Современные концепции физической картины мира

3.1. Соотношение динамических и статистических законов.

3.2. Принципы современной физики.

3.3. Структурные уровни материи.

3.4. Виды физического взаимодействия.

3.5. Концепции пространства и времени в современном естествознании.

В физике существует два типа физических законов: динамические и статистические.

Динамический закон – это физический закон, отображающий объективную закономерность в форме однозначной связи физических величин, выражаемых качественно. Динамическая теория – это физическая теория, представляющая совокупность динамических законов. Исторически первой и наиболее простой теорией такого рода явилась классическая механика Ньютона.

В середине XIX века были сформулированы законы, предсказания которых являются вероятными. Они получили название статистических законов. Статистические законы, в отличие от динамических, отражают связь статистических распределений физических величин.

Важной частью современной физической картины мира являются четыре принципы современной физики – наиболее общие законы, влияние которых распространяется на все физические процессы, все формы движения материи.

1. Принцип симметрии.

С точки зрения физики симметричным является объект, который в результате определенных преобразований остается неизменным, инвариантным. Есть целый ряд симметрий, действующих в микромире. Они описывают разные аспекты взаимопревращений элементарных частиц и лежат в основе таких законов, как, например, закон сохранения электрического заряда.

2. Принцип дополнительности и соотношения неопределенностей.

Принцип дополнительности является основополагающим в современной физике. Он был сформулирован в 1927 г. Н. Бором. Человек – существо макроскопическое, поэтому его органы чувств не воспринимают микропроцессов. Чтобы компенсировать неадекватность своего восприятия и представления об объектах микромира, человеку приходится применять два дополняющих друг друга набора понятий, которые с точки зрения классической науки взаимно исключают друг друга: частицы и волны.

Частным случаем принципа дополнительности является соотношение неопределенностей, которое иллюстрирует отличие квантовой теории от классической механики, в соответствии с которым, чем точнее фиксирован импульс, тем большая неопределенность будет в значении координаты, и наоборот.

3. Принцип суперпозиции.

Принцип суперпозиции – это допущение, согласно которому результирующий эффект представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым воздействующим явлением в отдельности при отсутствии влияния друг на друга. В микромире принцип суперпозиции – фундаментальный принцип, который наряду с принципом неопределенности составляют основу математического аппарата квантовой механики.

4. Принцип соответствия.

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

Взаимодействие – универсальная форма движения и развития, определяющая существование и структурную организацию любой материальной системы. В ХХ в. физика смогла глубже проникнуть в тайны взаимодействия, понять его механизм на уровне процессов, происходящих в микромире. Также удалось свести многочисленные виды взаимодействий к фундаментальным физическим взаимодействиям.

В настоящее время известны четыре типа фундаментальных взаимодействий, которые определяют структуру всех объектов во Вселенной.

Сильное взаимодействие обусловливает связь между протонами и нейтронами в атомных ядрах. Оно является наиболее интенсивным из всех фундаментальных взаимодействий, радиус действия его порядка 10^{-15 м. частицы-переносчики сильного взаимодействия – глюоны.}

Электромагнитное взаимодействие определяет связь между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами в атоме, а также между атомами в молекуле. К электромагнитному взаимодействию сводятся все силы: упругости, трения, поверхностного натяжения; им определяются агрегатные состояния вещества, оптические явления и др. Переносчик электромагнитного взаимодействия – фотон. То обстоятельство, что масса фотона равна нулю, определяет бесконечный радиус электромагнитного взаимодействия.

Слабое взаимодействие вызывает превращения элементарных частиц с участием нейтрино. Примером его проявления может служить бета-распад. Радиус действия слабого взаимодействия составляет порядка 10^{-18 м, частица-переносчик – промежуточный бозон.}

Гравитационное взаимодействие, проявлением которого служит сила тяжести, является наименее интенсивным. Тем не менее, гравитация определяет строение всей Вселенной: образование всех космических систем;

существование звезд, планет, галактик.

В настоящее время заметна тенденция к объединению фундаментальных взаимодействий. Первым успехом здесь стало объединение электромагнитного и слабого взаимодействий в единое электрослабое взаимодействие. В перспективе ставится задача объединения всех четырех типов фундаментальных взаимодействий – суперобъединение.

Темы рефератов:

1. Мир микрообъектов и его «неклассические» свойства (квантование, дуализм «волна-частица», туннельный эффект).

2. Природа внутриядерных сил. Проблемы атомной энергетики.

3. Эффекты и «парадоксы» специальной теории относительности (СТО).

4. Четырехмерный мир Минковского.

5. Проблема эфира в современной науке.

6. Различие и связь механики Ньютона и Эйнштейна. Эквивалентность массы и энергии.

7. Научная деятельность А. Эйнштейна.

8. Квантовофизическая картина мира: успехи и проблемы.

9. Динамические и вероятностные закономерности. Детерминизм и индетерминизм.

10. Проблема единства физики. На пути к Великому объединению.