1. Естествознание как особая форма освоения объективной реальности. Статус естествознания в современном мире

• Название: 1. Естествознание как особая форма освоения объективной реальности. Статус естествознания в современном мире
• Анкор: Otvety_po_KSE.docx
• Дата: 02.04.2017
• Размер: 112.74 Kb.
• Имя файла: Otvety_po_KSE.docx
• Тип: Документы; #4453
• страница: 4 из 7

25. Вещество и поле.

Вещество и поле - фундаментальные физические понятия, обозначающие два осн. вида материи на макроскопическом уровне:

Вещество - совокупность дискретных образований, обладающих массой покоя (атомы, молекулы и то, что из них построено);

Поле - вид материи, характеризующейся непрерывностью и имеющей нулевую массу покоя (электромагнитное П. и П. тяготения - гравитационное).

Открытие поля как вида материи имело огромное философское значение, т. к. обнаружило несостоятельность метафизического отождествления материи с веществом.

Разработка Лениным диалектико-материалистического определения материи во многом опиралась на философское обобщение развития учения о П. На субатомном уровне (т. е. на уровне элементарных частиц) различие В. и п. становится относительным. П. (электромагнитное и гравитационное) утрачивают чисто непрерывный характер: им необходимо соответствуют дискретные образования - кванты (фотоны и гравитоны). А элементарные частицы, из к-рых состоит вещество - протоны, нейтроны, электроны, мезоны и т. д. - выступают как кванты соответствующих нуклонных, мезонных и др. полей и утрачивают свой чисто дискретный характер.

Неправомерно на субатомном уровне различать В. и п. и по наличию или отсутствию массы покоя, т. к. нуклонные, мезонные и т. д. поля обладают массой покоя. В совр. физике поля и частицы выступают кан две неразрывно связанные стороны микромира, как выражение единства корпускулярных (дискретных) и волновых (континуальных, непрерывных) свойств микрообъектов. Представления о П. выступают также как основа для объяснения процессов взаимодействия, воплощая принцип близкодействия.

26.Корпускулярно-волновой дуализм.

В 1924 г. произошло одно из величайших событий в истории физики: французский физик Луи де Бройль выдвинул идею о волновых свойствах материи. В своей работе «Свет и материя» он писал о необходимости использовать волновые и корпускулярные представления не только в соответствии с учением Энштейна в теории света, но также и в теории материи.

Бройль утверждал, что волновые св-ва, наряду с корпускулярными, присущи всем видам материи: электронам, протонам, атомам, молекулам и даже макроскопическим телам.

Согласно Бройлю, любому телу с массой m, движущемуся со скоростью v, соответствует волна

h

λ=

m*v

Фактически аналогичная формула была известна раньше, но только применительно к квантам света – фотонам.

В 1926 г. австрийский физик Шредингер нашел математическое уравнение, определяющее поведение волн материи, так называемое уравнение Шредингера. Английский физик Дирак обобщил его.

Смелая мысль Бройля о всеобщем «дуализме» частицы и волны позволила построить теорию, с помощью которой можно было охватить св-ва материи и света в их единстве.

Однако гипотеза де Бройля нуждалась в опытном подтверждении. Наиболее убедительным свидетельством существования волновых св-в материи стало обнаружение в 1927г. дифракции электронов американскими физиками Дэвиндсоном и Дмермером.

Во всех случаях результаты полностью подтверждали гипотезу де Бройля. Признание корпускулярно-волнового дуализма в современной физике стало всеобщим. Любой материальный объект характеризуется наличием как корпускулярных, так и волновых св-в.

Тот факт, что один тот же объект проявляется и как частица и как волна, разрушал традиционные представления.

27. Свет. Корпускулярная, волновая, квантовая, электромагнитная концепция света.

Свет — электромагнитное излучение, испускаемое нагретым или находящимся в возбуждённом состоянии веществом, воспринимаемое человеческим глазом. Под светом понимают не только видимый свет, но и примыкающие к нему широкие области спектра.

Сложившиеся к началу XIX в. представления о строении материи были односторонними и не давали возможности объяснить ряд экспериментальных факторов. Разработанная М. Фарадеем и Дж. Максвеллом в XIX в. теория электромагнитного поля показала, что признанная концепция не может быть единственной для объяснения структуры материи. В своих работах М. Фарадей и Дж. Максвелл показали, что поле -- это самостоятельная физическая реальность.

Таким образом, в науке произошла определенная переоценка основополагающих принципов, в результате которой обоснованное И. Ньютоном дальнодействие заменялось близкодействием, а вместо представлений о дискретности выдвигалась идея непрерывности, получившая свое выражение в электромагнитных полях.

В истории развития учения о свете сменяли друг друга корпускулярная теория света (Ньютон) и волновая (Р. Гук, Ч. Гюйгенс, Т. Юнг, Ж. Френель), представлявшая свет как механическую волну. В 70-х годах после утверждения теории Максвелла под светом стали понимать электромагнитную волну.

В начале 20-го века на основе экспериментов было неопровержимо доказано, что свет обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Было также обнаружено, что в проявлении этих свойств существуют вполне определенные закономерности: чем меньше длина волны, тем сильнее проявляются корпускулярные свойства света.

По современным представлениям квантовый объект - это не частица, не волна, и даже не то и не другое одновременно. Квантовый объект - это нечто третье, не равное простой сумме свойств частицы и волны. Для выражения свойства квантового объекта у нас в языке просто нет соответствующих понятий. Но, поскольку сведения о микрообъекте, о его характеристиках мы получаем в результате взаимодействия его с прибором (макрообъектом), то и описывать этот микрообъект приходится в классических понятиях, т.е. используя понятия волны и частицы.

28. Микрочастицы. Их свойства и классификация.

МИКРОЧАСТИЦЫ - частицы очень малой массы; к ним относятся элементарные частицы, атомные ядра, атомы, молекулы.

Экспериментальная и теоретическая физика установила, что микрочастица это частица вещества и полевой материи. Полевая материя является переносчиком взаимодействия. Теоретическая физика стремится к созданию единой теории поля, к объединению всех полей взаимодействия: гравитационного, слабого, сильного и т.д.

Физика микрочастиц открывая новые микрочастицы одновременно открывает закономерности математического аппарата, который описывает поля и предсказывает в них то или иное физическое явление (каналы распада микрочастиц или их образование). В настоящее время нет описания пространства, обладающего той связностью, которая рас кодировала бы тот огромный материал, который накоплен в экспериментах.

Фундаментальное понятие связности, которое дало особенно сильные результаты в теории Коши, вообще не отражено при классификации микрочастиц.

Таким аппаратом являются методы теории функций пространственного комплексного переменного (ТФКПП). Структура много связного пространства, описываемая этим аппаратом, соответствует структуре физического пространства микрочастиц.

29. Кварковая модель адронов.

Главная идея, высказанная впервые М. Гелл-Манном и Дж. Цвейгом, состоит в том, что все частицы, участвующие в сильных взаимодействиях, построены из более фундаментальных частиц – кварков.

Целый пласт новых явлений и понятий был вскрыт благодаря гипотезе, гласящей что все адроны построены из фундаментальных частиц, названных кварками.

Кварковая модель была предложена в то время, когда были известны лишь так называемые легкие адроны, то есть состоящие только из легких кварков, u, d и s.

Эта модель сразу привела в порядок всю систематику этих адронов. На ее основе не только была понята структура уже известных к тому времени частиц, но и предсказан ряд неизвестных в то время частиц, а открытие очарованных частиц, а затем и еще более тяжелых адронов, содержащих b-кварки, и исследование их свойств явилось блестящим подтверждением кварковой теории адронов.

Впервые, благодаря большой массе с- и b-кварков, предстала во всем своем богатстве и наглядности картина уровней системы кварк-антикварк. Эффект от этого открытия был очень велик.

В кварки поверили даже те, кто раньше относился к ним более чем скептически. Создание и развитие квантовой хромодинамики так же пролило свет на несогласованности имевшие место в кварковой модели.

В настоящее время нет ни одного факта, который бы противоречил квантовой хромодинамике. Однако целый ряд явлений находит в ней лишь качественное объяснение, а не количественное описание.

30. Классификация кварков: ароматы и цвета.

Для согласования кварковой модели адронов с принципом Паули был предложен новый, усложненный вариант модели. Эта модель была предложена в 1965г Н. Н. Боголюбовым, Б. В. Струминским, А. Н. Тавхелидзе в СССР и независимо Й. Намбу, М. И. Ханом в США.

В ней каждый из кварков может появляться в трех различных состояниях, идентичных по всем свойствам, кроме нового особого свойства, названного “цветом” (например, кварки могут быть красными, синими или желтыми). Цвет не имеет прямого отношения к тому, что принято называть цветом в повседневной жизни.

Кварки никак нельзя мыслить в виде окрашенных шариков. Определенный тип кварков (u, d или s) часто именуют “ароматом”. Кварки, как говорят, различают по цвету и аромату.

Согласно этой терминологии каждый аромат кварка может проявляться в трех различных цветовых состояниях, характеризуемых одинаковыми массами, электрическими зарядами и всеми другими свойствами. Антикварки имеют цвета антижелтый, антисиний, антикрасный. Число различных кварков, включая антикварки, равно: 6 x 2 x 3 = 36.

На первый взгляд может показаться, что утроение числа кварков должно привести к значительному увеличению числа адронов, составленных из кварков. Однако в действительности это не так. Чтобы результаты новой кварковой модели согласовались с действительностью, вводится принцип “бесцветности”. Согласно этому принципу все адроны должны быть бесцветными или белыми. Это означает, что каждый барион должен состоять из трех кварков различных цветов. Так как кваркам приписывают основные цвета спектра, то каждая комбинация может быть названа белой, поскольку при смешении основных цветов получается белый цвет.

34.Происхождение Вселенной. Модель расширяющейся Вселенной.

Вселенная возникла примерно 14 млрд лет назад из некоторого начального сингулярного состояния с гигантскими температурой и плотностью и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается. В последнее время ученым удалось определить, что скорость расширения Вселенной, начиная с определённого момента в прошлом, постоянно увеличивается, что уточняет некоторые концепции теории Большого взрыва. Современная стандартная модель развития Вселенной в физической космологии (Лямбда-CDM модель) учитывает эти модификации.

Прежде всего с научной достоверностью установлено, что наша Вселенная не бесконечна и не вечна. Она имеет свои измеряемые размеры, начало и стремится к своему естественному концу. Вот наиболее очевидные аргументы такого научного заключения:

1. Светометрический парадокс. Если бы Вселенная была бесконечной и в ней было нескончаемое количество звезд, то на каждой линии нашего зрения присутствовала бы та или иная ( и не одна) самосветящаяся звезда. В таком случае все ночное небо было бы сплошь усеяно святящимися звездами. Но этого мы не наблюдаем потому. Что число самосветящихся звезд и галактик в нашей Вселенной ограничено, исчислимо.

2. Гравитационный парадокс. Если бы во Вселенной существовало бесконечное число небесных тел, то сила гравитационного притяжение была бы настолько бесконечно великим, что любое движение материальных тел в ней было бы невозможным.

3. Тепловой парадокс. В нашей Вселенной везде и повсеместно господствует закон энтропии, согласно которому тепло (энергия) от более нагретых тел постоянно перетекает к телам холодным до тех пор, пока между ними не установится тепловое (энергетическое) равновесие. Если бы Вселенная существовала вечно, то это естественное равновесие давным-давно установилось бы во Вселенной. Но этого мы опять не наблюдаем.

4. Расширение Вселенной. Наша Вселенная в целом и во всех ее составляющих вещественных частях постоянно и неуклонно расширяется с ускорением 1/3 своего радиуса за каждые миллион лет. На пределах видения самые отдаленные части Вселенной (галактики) удаляются от нас со скоростью 140-150 тысяч километров за секунду. Если наблюдаемую скорость расширения Вселенной запустить в обратном направлении, то течении 18-20 миллиардов лет все вещество Вселенной соберется в одну точку. Следовательно, наша Вселенная начала расширятся, примерно, 18-20 миллиардов лет тому назад.

5. Радиоактивный распад вещества. Все химические элементы, с которых состоит вещество нашей Вселенной, в той или иной мере являются радиоактивными и подвержены радиораспаду, превращению в энергетическое поле. Этот радиораспад имеет популярное название «аннигиляции вещества». Если бы Вселенная существовала вечно, то за вечность все ее вещество давным-давно аннигилировало бы.

35. Вклад Гамова в астрономию.

Георгию Антоновичу Гамову (4 марта 1904 г., Одесса - 20 августа 1968, Болдер, США) принадлежат три научных достижения самого высокого, "нобелевского" ранга в трех фундаментальных областях науки ХХ века - физике, космологии и генетике:

• он открыл квантовую природу альфа-распада (1928);

• построил теорию горячей Вселенной и на ее основе предсказал существование космического реликтового излучения (1946-1953);

• разгадал структуру универсального генетического кода.

Первая из этих работ была сделана до отъезда из России, две другие - в Америке, где он жил с 1934 года.

Специалисты и до сих пор высоко ценят множество других научных результатов, полученных Гамовым в астрофизике, ядерной физике и физике элементарных частиц. Он написал три научные монографии (все по ядерной физике), первая из которых была издана еще в России, и кроме того сочинил 20 (!) научно-популярных книг, каждая из которых выходила десятками изданий на многих языках мира. В 1970 году в США вышла его последняя книга - неоконченная книга воспоминаний "Моя мировая линия: неформальная автобиография".

Первое событие на его мировой линии произошло ровно сто лет назад.

36. Эволюция и строение галактики.

Галактика – гигантская система, состоящая из скоплений звезд и туманностей, образующих в пространстве достаточно сложную конфигурацию.

По форме галактики условно разделяются на три типа: эллиптические, спиральные и неправильные.

Эллиптические галактики обладают пространственной формой эллипсоида с разной степенью сжатия. Они являются простыми по структуре: распределение звезд равномерно убывает от центра.

Спиральные галактики представлены в форме спирали, включая спиральные ветви. Это самый многочисленный вид галактик, к которому относится и наша Галактика – Млечный путь.

Неправильные галактики не обладают выраженной формой, в них отсутствует центральное ядро.

В строении правильных галактик очень упрощенно можно выделить центральное ядро и сферическую периферию, представленную либо в форме огромных спиральных ветвей, либо в форме эллиптического диска.

Ядра галактик проявляют свою активность в разных формах:

• в непрерывном истечении потоков вещества;

• в выбросах сгустков газа и облаков газа с массой в миллионы солнечных масс;

• в нетепловом радиоизлучении из околоядерной области.

В ядре галактики сосредоточены самые старые звезды, возраст которых приближается к возрасту галактики. Звездного и молодого возраста расположены в диске галактики.

37. Строение и эволюция звезд.

На современном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится преимущественно в звездном состоянии. 97% вещества в нашей Галактике сосредоточено в звездах, представляющих собой гигантские плазменные образования различной величины, температуры, с разной характеристикой движения. У многих др. галактик, если не у большинства, звездная субстанция составляет более чем 99,9% их массы.

Рождение звезд происходит в газово-пылевых туманностях под действием гравитационных и других сил, благодаря которым идет формирование неустойчивых однородностей и диффузная материя распадается на ряд сгущений. Если такие сгущения сохраняются достаточно долго, то с течением времени они превращаются в звезды.

Образовавшиеся газовые тела притягиваются друг другу, но не обязательно объединяются в одно громадное тело. Вместо этого они начинают вращаться относительно друг друга, и центробежная сила этого движения противодействует силе притяжения. Звезды эволюционируют от протозвезд, гигантских газовых шаров, к звездам – плотным плазменным телам с температурой в миллионы градусов. Затем начинается процесс ядерных превращений.

Огромная энергия, излучаемая звездами, образуется в результате ядерных процессов, происходящих внутри звезд. Те же силы, которые высвобождаются при взрыве водородной бомбы, образуют внутри звезды энергию, позволяющую ей излучать свет и тепло в течение миллионов и миллиардов лет за счет превращения водорода в более тяжелые элементы, и прежде всего в гелий.

Звезды не существуют изолированно, а образуют системы. Простейшие звездные системы - так называемые кратные системы состоят из двух, трех, четырех, пяти и больше звезд, образующихся вокруг общего центра тяжести.

Звезды объединены также в еще большие группы – звездные скопления, которые могут иметь «рассеянную» или «шаровую» структуру. Скопления звезд, также не являются неизменными и вечно существующими. Через определенное количество времени, исчисляемое миллионами лет, они рассеиваются силами галактического вращения.

38. Солнечная система и ее происхождение.

Солнечная система представляет собой групп небесных тел, весьма различных по размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, девять больших планет, десятки спутников планет, тысячи малых планет (астероиды), сотни комет и бесчисленное множество метеоритных тел.К 1979 г. было известно 34 спутника и 2000 астероидов. Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела – Солнца.

Солнечная система является упорядоченной системой, имеющей свои закономерности строения. Первые теории происхождения Солнечной системы были выдвинуты немецким философом Кантом и французским математиком Лапласом. Их теории вошли в науку как некая коллективная космогоническая гипотеза Канта-Лапласа. Согласно этой гипотезе система планет вокруг Солнца образовалась в результате действия сил притяжения и отталкивания между частицами рассеянной материи, находящейся во вращательном движении вокруг Солнца.

Началом следующего этапа в развитии взглядов на образование Солнечной системы послужила гипотеза английского физика и астрафизика Дж.Х.Джинса. Он предложил, что когда-то Солнце столкнулось с другой звездой, в результате из него была вырвана струя газа, которая, сгущаясь, преобразовалась в планеты.

Современные концепции происхождения планет Солнечной системы основываются на том, что нужно учитывать не только механические силы, но и другие, в частности электромагнитные. Эта идея была выдвинута шведским физиком и астрофизиком Х.Альфвеном и англ.астрофизиком Ф.Хойлом. Считается, что именно электромагнитные силы сыграли решающую роль при зарождении Солнечной системы.

Теория происхождения Солнечной системы носят гипотетический характер, однозначно решить вопрос об их достоверности на своевременном этапе развития науки невозможно. Во всех теориях имеются противоречия и неясные места.