Курс «Естественнонаучная картина мира» Лектор: к. п. н.

Курс «Естественнонаучная картина мира» Лектор: к. п. н. Елизарова Ирина Сергеевна

Лекция № 5 общие представления о вселенной; вселенная далекая и близкая; законы современной физики, принципы современной физики,

Вселенная это небесные тела (звезды, планеты, спутники, астероиды, кометы), планетные системы звезд, звездные скопления, галактики.

Звезды – гигантские раскаленные самосветящиеся небесные тела. Планеты – холодные небесные тела, которые обращаются вокруг звезды. Спутники (планет) – холодные небесные тела, которые обращаются вокруг планет. Солнечная система (или планетная система) – совокупность небесных тел – планет, их спутников, астероидов, комет, обращающихся вокруг Солнца под действием силы его тяготения. В Солнечную систему входят 9 планет, их спутники, свыше 100 тысяч астероидов, множество комет.

Астероиды (или малые планеты) – небольшие холодные небесные тела, входящие в состав Солнечной системы. Имеют диаметр от 800 км до 1 км и менее, обращаются вокруг Солнца по тем же законам, по которым движутся и большие планеты. Кометы – небесные тела, входящие в состав Солнечной системы. Имеют вид туманных пятнышек с ярким сгустком в центре – ядром. Ядра комет имеют маленькие размеры – несколько километров.

Галактика – гигантская звездная система, насчитывающая более 100 млрд звезд, обращающихся вокруг ее центра. Внутри галактики отмечают звездные скопления. Звездные скопления – группы звезд, разделенные между собой меньшим расстоянием, чем обычные межзвездные расстояния. Звезды в такой группе связаны общим движением в пространстве и имеют общее происхождение. Галактики образуют метагалактику. Метагалактика – грандиозная совокупность отдельных галактик и скоплений галактик.

При изучении объектов Вселенной имеют дело со сверхбольшими расстояниями. Для удобства при измерении таких сверхбольших расстояний в космологии используют специальные единицы: ♦ Астрономическая единица (а. е. ) соответствует расстоянию от Земли до Солнца – 150 млн км. Эта единица, как правило, применяется для определения космических расстояний в пределах Солнечной системы. Например, расстояние от Солнца до самой удаленной от него планеты – Плутона – 40 а. е.

♦ Световой год – расстояние, которое световой луч, движущийся со скоростью 300 000 км/с, проходит за один год, – 1013 км; 1 а. е. равна 8, 3 световой минуты. В световых годах определяют расстояние до звезд и других космических объектов, находящихся за пределами Солнечной системы. ♦ Парсек (пк) – расстояние, равное 3, 3 светового года. Используют для измерения расстояний внутри звездных систем и между ними.

Изучение эволюции Вселенной основано на следующем: универсальные физические законы считаются действующими во всей Вселенной; выводы из результатов астрономических наблюдений признаются распространимыми на всю Вселенную; истинными признаются только те выводы, которые не противоречат возможности существования самого наблюдателя, то есть человека (антропный принцип).

В основе современной космологии лежит эволюционный подход к вопросам возникновения и развития Вселенной, в соответствии с которым разработана модель расширяющейся Вселенной. Согласно этой модели, Вселенная обладает следующими свойствами: однородностью, то есть имеет одинаковые свойства во всех точках; изотропностью, то есть имеет одинаковые свойства по всем направлениям. нестационарностью. Впервые вывод о нестационарности Вселенной сделал А. А. Фридман, российский физик и математик, в 1922 г.

В 1929 г. американский астроном Эдвин Хаббл открыл так называемое красное смещение. ► Красное смешение – это понижение частот электромагнитного излучения: в видимой части спектра линии смешаются к его красному концу. На основе результатов проведенных исследований Э. Хаббл сформулировал важный для космологии закон (закон Хаббла): ► Чем дальше галактики отстоят друг от друга, тем с большей скоростью они удаляются друг от друга. Это означает, что Вселенная нестационарна: она находится в состоянии постоянного расширения.

Убедительными аргументами, подтверждающими обоснованность космологической модели расширяющейся Вселенной, являются установленные факты. К числу таких фактов относятся следующие: расширение Вселенной в соответствии с законом Хаббла; однородность светящейся материи на расстояниях порядка 100 Мпк; существование реликтового фона излучения с тепловым спектром, соответствующим температуре 2, 7 К.

Квазары – мощные источники космического радиоизлучения, которые, как предполагают, являются самыми яркими и далекими из известных сейчас небесных объектов. Нейтронные звезды – предполагаемые звезды, состоящие из нейтронов, образующиеся, вероятно, в результате вспышек сверхновых звезд. Черные дыры (или «застывшие звезды» , «гравитационные могилы» ) – объекты, в которые, как предполагают, превращаются звезды на заключительной стадии своего существования.

Наша Галактика – это звездная система, в которую входят все звезды, видимые в созвездиях, и все звезды Млечного Пути, а также газовые и пылевые туманности. Пылевые туманности – облака в межзвездном пространстве, образованные очень мелкой космической пылью.

Теории происхождения солнечной системы: Небулярная гипотеза Канта—Лапласа. Приливная, или планетозимальная, гипотеза. Гипотеза захвата Солнцем межзвездного газа. Кометная гипотеза происхождения планет Солнечной системы.

Планеты солнечной системы Ближайшие к Солнцу планеты – Меркурий, Венера, Земля и Марс – называются твердыми планетами, поскольку имеют плотность, в 4– 5 раз превышающую плотность воды, и твердую поверхность. Каждую из планет можно охарактеризовать по девяти основным параметрам. Это расстояние от Солнца, период обращения вокруг своей оси, средняя плотность (г/см 3), диаметр экватора в километрах, относительная масса (масса Земли принимается за единицу), температура поверхности, число спутников, преобладание газа в атмосфере.

Планеты солнечной системы Вторая четверка планет (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) – газообразные, большие, с плотностью 0, 7– 1, 7 г/см 3 (то есть чуть меньше или чуть больше плотности воды). Юпитер является крупнейшей планетой Солнечной системы. Вместе со своими 16 спутниками он составляет Солнечную систему в миниатюре. Масса Юпитера в три раза превосходит массу всех остальных планет Солнечной системы.

Законы современной физики Закон сохранения импульса Как известно, количеством движения, или импульсом, называют произведение скорости на массу движущегося тела: p = mv Эта физическая величина позволяет найти изменение движения тела за какой-нибудь определенный промежуток времени. ► Если сумма внешних сил равна нулю, импульс системы тел остается постоянным при любых происходящих в ней процессах.

Закон сохранения момента импульса Вращение твердых тел удобно характеризовать физической величиной, которая называется моментом импульса. При вращении твердого тела вокруг неподвижной оси каждая отдельная частица тела движется по окружности радиусом ri с какой-то линейной скоростью vi. Скорость vi и импульс p = mivi перпендикулярны радиусу ri. Произведение импульса p = mivi на радиус ri называется моментом импульса частицы: Li = mi vi ri = Pi ri · Момент импульса всего тела:

Закон сохранения энергии Энергия – это универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Энергия, отданная одним телом другому, всегда равна энергии, полученной другим телом. Кинетическая энергия механической системы – это энергия механического движения этой системы. Сила, вызывающая движение тела, совершает работу, а энергия движущегося тела возрастает на величину затраченной работы. Как известно, тело массой m, движущееся со скоростью v, обладает кинетической энергией E = mv 2/2.

Потенциальная энергия – это механическая энергия системы тел, которые взаимодействуют посредством силовых полей, например посредством гравитационных сил. Работа, совершаемая этими силами, при перемещении тела из одного положения в другое не зависит от траектории движения, а зависит только от начального и конечного положения тела в силовом поле. Такие силовые поля называют потенциальными, а силы, действующие в них, – консервативными

Закон сохранения механической энергии (1686 г. , Лейбниц) гласит, что в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется неизменной во времени. При этом могут происходить превращения кинетической энергии в потенциальную и обратно в эквивалентных количествах. Закон сохранения заряда Электрические заряды – это источники электромагнитного поля. Вся совокупность электрических явлений есть проявление существования движения и взаимодействия электрических зарядов.

► в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов системы остается неизменной во времени, какие бы процессы ни происходили внутри этой замкнутой системы. Такое понятие существовало в физике давно, а в 1843 г. М. Фарадей экспериментально подтвердил этот закон. Как и другие законы сохранения, закон сохранения заряда справедлив на всех структурных уровнях материального мира. Закон сохранения заряда вместе с законом сохранения энергии характеризует устойчивость электрона. Он не может превратиться самопроизвольно в более тяжелую частицу или в более легкую.

Принципы современной физики Принцип симметрии Под симметрией понимают однородность, пропорциональность, гармонию каких-то материальных объектов. Асимметрия – понятие противоположное. Любой физический объект содержит элементы симметрии и асимметрии

Симметрия в физике В физике симметрия определяется следующим образом: если физические законы не меняются при определенных преобразованиях, которым может быть подвергнута система (физический объект), то считается, что эти законы обладают симметрией (или инвариантны) относительно этих преобразований.

Симметрии делят на пространственно-временные и внутренние, последние относятся только к микромиру. Среди пространственно-временных рассмотрим основные. 1. Сдвиг времени. 2. Сдвиг системы отсчета пространственных координат. 3. Поворот системы отсчета пространственных координат 4. Классический принцип относительности Галилея.

Принцип дополнительности В общей форме принцип дополнительности можно сформулировать так: ► В области квантовых явлений наиболее общие физические свойства какой-либо системы должны быть выражены с помощью дополняющих друга пар независимых переменных, каждая из которых может быть лучше определена только за счет соответствующего уменьшения степени определенности другой.

Принцип неопределенности Гейзенберга В. Гейзенберг (1927 г. ), учитывая двойственную природу микрочастиц, пришел к выводу, что невозможно одновременно с любой наперед заданной точностью характеризовать микрочастицу и координатами, и импульсом.

Принцип соответствия: никакая новая теория не может быть справедливой, если она не содержит в качестве предельного случая старую теорию, относящуюся к тем же явлениям, поскольку старая теория уже оправдала себя в своей области.

Спасибо за внимание!