ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ. Задание на выбор. Определённых порций энергии

• Название: Определённых порций энергии
• Анкор: ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ
• Дата: 20.04.2021
• Размер: 29.66 Kb.
• Имя файла: Задание на выбор.docx
• Тип: Документы; #196763

1. Составить словарь основных терминов по теме:

Квант-  (от лат. quantum — «сколько») — неделимая часть какой-либо величины в физике; общее название определённых порций энергии (квант энергии), момента количества движения (углового момента), его проекции и других величин, которыми характеризуют физические свойства микро- (квантовых) систем.

Квантовая механика -  один из основных и, в то же время, специфических разделов современной физики, посвященный изучению микрочастиц и явлений микромира. Оказывается, что поведение частиц в малых масштабах сильно отличается от механики макрообъектов. В частности, описание движения оказывается возможным только на вероятностном уровне, а изменение параметров системы в большинстве случаев происходит дискретно (квантово). Наибольшую трудность представляет описание внутренних механизмов квантовых процессов, поэтому квантовая механика и квантовая физика вообще в большей степени является формальной математизированной теорией, оперирующей понятиями было-стало.

Фотон - Квазичастица, соответствующая упругой волне в кристаллической решётке
Электрон - элементарные частицы, составляющие вместе с протонами и нейтронами атомы веществ. Электроны имеют отрицательный электрический заряд и вращаются по орбите вокруг атомного ядра.

Дифракция электронов - процесс рассеяния электронов на совокупности частиц вещества, при котором электрон проявляет волновые свойства. Данное явление объясняется корпускулярно-волновым дуализмом, в том смысле, что частица вещества (в данном случае взаимодействующий с веществом электрон) может быть описана, как волна.

Дискретность -  свойство, противопоставляемое непрерывности, прерывистость. Синонимы к слову дискретный: дробный, конечный, корпускулярный, отдельный, прерывистый, раздельный. Дискретность — всеобщее свойство материи. Так, дискретным называют процесс, изменяющийся между несколькими различными стабильными состояниями, например, процесс перемещения стрелки в механических часах. Дискретные системы (объекты) рассматриваются как состоящие из чётко отграниченных (логически или физически) элементов; также дискретными иногда называют и сами элементы дискретной системы на уровне её рассмотрения.

Принцип дополнительности -  один из важнейших методологических и эвристических принципов науки, а также один из важнейших принципов квантовой механики, сформулированный в 1927 году Нильсом Бором. Согласно этому принципу, для полного описания квантовомеханических явлений необходимо применять два взаимоисключающих («дополнительных») набора классических понятий, совокупность которых даёт исчерпывающую информацию об этих явлениях как о целостных. Например, дополнительными в квантовой механике являются пространственно-временная и энергетически-импульсная картины. Описания любого физического объекта как частицы и как волны дополняют друг друга, одно без другого лишено смысла, корпускулярный и волновой аспекты описания обязательно должны входить в описание физической реальности^[1]. При получении информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект, неизбежно теряется информация о других физических величинах, дополнительных к первым

Корпускулярно-волновой дуализм - свойство природы, состоящее в том, что материальные микроскопические объекты могут при одних условиях проявлять свойства классических волн, а при других — свойства классических частиц^[2][3].

Вероятность - степень (относительная мера, количественная оценка) возможности наступления некоторого события. Когда основания для того, чтобы какое-нибудь возможное событие произошло в действительности, перевешивают противоположные основания, то это событие называют вероятным, в противном случае — маловероятным или невероятным. Перевес положительных оснований над отрицательными, и наоборот, может быть в различной степени, вследствие чего вероятность (и невероятность) бывает большей либо меньшей^[1]. Поэтому часто вероятность оценивается на качественном уровне, особенно в тех случаях, когда более или менее точная количественная оценка невозможна или крайне затруднена. Возможны различные градации «уровней» вероятности

Принцип относительности - фундаментальный физический принцип, один из принципов симметрии, согласно которому все физические процессы в инерциальных системах отсчёта протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.

Принцип инвариантности скорости света - следует из принципа относительности^[1] (гласящего, что все физические законы инвариантны относительно выбора инерциальной системы отсчёта) и является воплощением лоренц-инвариантности электродинамики. Более обобщенно можно говорить, что максимальная скорость распространения взаимодействия (сигнала), называемая скоростью света^[2], должна быть одинаковой во всех инерциальных системах отсчёта.

СТО,(специальная теория относительности) - теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света (в рамках специальной теории относительности классическая механика Ньютона является приближением низких скоростей). Фактически СТО описывает геометрию четырёхмерного пространства-времени и основана на плоском (то есть неискривлённом) пространстве Минковского. Обобщение СТО для гравитационных полей называется общей теорией относительности.

ОТО, (общая теория относительности) - геометрическая теория тяготения, развивающая специальную теорию относительности (СТО), предложенная Альбертом Эйнштейном в 1915—1916 годах^[1][2].В этой теории постулируется, что гравитационные и инерциальные силы имеют одну и ту же природу.Отсюда следует, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а деформацией самого́ пространства-времени, которая связана, в частности, с присутствием массы-энергии^[⇨].

Релятивистские эффекты -  физ. явления, наблюдаемые при скоростях тел (частиц) v, сравнимых со скоростью света с. К ним относятся: релятивистское сокращение продольных (в направлении движения тела) длин, релятивистские замедление времени, увеличение массы тела с ростом его энергии и т. п., рассматриваемые в частной (специальной) относительности теории. Для квантовых систем частиц (атомов, атомных ядер и др.), в к-рых относит. движение частиц происходит со скоростями  , Р. э. дают поправки к уровням энергии, пропорц. степеням отношения u/с (см., напр., Спин-орбитальное взаимодействие ).Релятивистскими наз. также эффекты общей теории относительности (релятивистской теории тяготения), напр. эффект замедления течения времени в сильном грави-тац. поле 

Геометрические свойства пространства-времени - Первые научные геометрические представления выражены в евклидовой геометрии, по которой пространство характеризуется трехмерностью и изотропностью (независимостью свойств от направления), а прямая есть кратчайшее расстояние между двумя точками. Рассматривая физические и геометрические свойства пространства и времени, полезно затронуть вопрос об их соотношении и предпочтении той или иной геометрии для построения конкретных физических моделей явлений.

искривление пространства под действием гравитации –  Гравитационное поле — это «кривизна» пространства-времени. Во Вселенной, подчиняющейся законам квантовой гравитации, кривизна пространства-времени и даже сама его структура тоже должны будут флуктуировать. Возможно, что последовательность каких-то событий в мире и самый смысл понятий прошедшего и будущего окажутся подверженными изменениям. Любая точка на пространственно-временно́й диаграмме определяет положение объекта в пространстве в данный момент времени; она называется событием. Пространственное расстояние между двумя событиями зависит от выбранной системы отсчёта, это же справедливо для временно́го интервала между ними. Само понятие одновременности зависит от системы отсчёта. Если два события можно соединить горизонтальной линией, то они одновременны в данной системе отсчёта, но не в других системах.

Двумерные искривлённые пространства изучались со времён античности. Они назывались искривлёнными поверхностями и обычно рассматривались с позиций трёхмерного евклидова пространства, в котором они помещены. Риман показал, что искривлённые пространства могут иметь любое число измерений и что для их изучения нет необходимости считать, что они находятся в евклидовом пространстве высшей размерности. Риман указал также, что физическое пространство, в котором мы существуем, может оказаться искривлённым. По его мнению, этот вопрос может быть решён только экспериментально. 

Принцип эквивалентности -  эвристический принцип, использованный Альбертом Эйнштейном при выводе общей теории относительности. Его краткая формулировка: тяжёлая и инертная массы любого тела равны^[1].

Все физические явления в гравитационном поле происходят совершенно так же, как и в соответствующем поле сил инерции, если напряжённости обоих полей в соответствующих точках пространства совпадают, а начальные условия одинаковы для всех тел замкнутой системы.^[2]

инерционная масса -  является одним из видов массы. Она служит мерой инерции тела, то есть определяет степень его сопротивления внешним воздействиям. Чем больше инертная масса тела, тем медленнее и слабее тело реагирует на действие внешних сил. Инертная масса, как правило, входит в уравнения движения, самым простым из которых является второй закон Ньютона. Согласно современным представлениям, инертная масса зависит от скорости движения частицы. Также считается, что инертная масса всегда тождественна гравитационной массе, что позволяет использовать общий термин масса.

Гравитационная масса - (пассивная и активная) показывает, с какой силой тело взаимодействует с внешними полями тяготения^[3] и какое гравитационное поле создаёт само это тело^[4], она входит в закон всемирного тяготения и положена в основу измерения массы взвешиванием.

Дефект массы - (от лат. defectus – не­дос­та­ток, изъ­ян), раз­ность ме­ж­ду мас­сой свя­зан­ной сис­те­мы взаи­мо­дей­ст­вую­щих тел (час­тиц) и сум­мой их масс в сво­бод­ном со­стоя­нии. Д. м. ΔMΔM оп­ре­де­ля­ет­ся энер­ги­ей свя­зи EсвEсв сис­те­мы: ΔM=Eсв/c2ΔM=Eсв/c2 (cc – ско­рость све­та). В слу­чае атом­ных ядер Д. м. пред­став­ля­ет со­бой раз­ность ме­ж­ду сум­мой масс ну­клонов (ней­тро­нов и про­то­нов), со­став­ляю­щих атом­ное яд­ро, и мас­сой яд­ра.

Перигелий Меркурия - обнаруженная в 1859 году особенность движения планеты Меркурий, сыгравшая исключительную роль в истории физики^[1]. Это смещение оказалось первым движением небесного тела, которое не подчинялось ньютоновскому закону всемирного тяготения^{[комм. 1][1]}. Физики были поставлены перед необходимостью искать пути модифицировать или обобщить теорию тяготения. Поиски увенчались успехом в 1915 году, когда Альберт Эйнштейн разработал общую теорию относительности (ОТО); из уравнений ОТО вытекало именно такое значение смещения, которое фактически наблюдалось. Позже были измерены аналогичные смещения орбит нескольких других небесных тел, значения которых также совпали с предсказанными ОТО.

гравитационное замедление времени -  это форма замедления времени, фактическая разница прошедшего времени между двумя событиями, измеренная наблюдателями, находящимися на разных расстояниях от гравитирующей массы. Чем ниже гравитационный потенциал (чем ближе часы к источнику гравитации), тем медленнее течет время, ускоряющееся с увеличением гравитационного потенциала (часы удаляются от источника гравитации). Альберт Эйнштейн первоначально предсказал этот эффект в своей теории относительности, и с тех пор он был подтвержден тестами общей теории относительности.

Гравитационное красное смещение -  проявление эффекта изменения частоты испущенного некоторым источником света (любых электромагнитных волн) по мере удаления от массивных объектов, таких как звёзды и чёрные дыры; оно наблюдается как сдвиг спектральных линий в излучении источников, близких к массивным телам, в красную область спектра. Свет, приходящий из областей с более слабым гравитационным полем, испытывает гравитационное синее смещение.

Эффекты смещения не ограничиваются исключительно электромагнитным излучением, а проявляются во всех периодических процессах — вдали от массивного объекта де-бройлевские частоты элементарных частиц (фотонов, электронов, протонов) выше, чем на его поверхности, и все процессы идут с большей скоростью. Данный эффект является одним из частных проявлений гравитационного замедления времени.

Черные дыры -  область пространства-времени^[1], гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Граница этой области называется горизонтом событий. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он представляет собой сферу с радиусом Шварцшильда, который считается характерным размером чёрной дыры.

Излучение Хокинга -  излучение элементарных частиц, которое испускают черные дыры из-за квантовых эффектов вблизи их горизонта событий. Предположение о происхождении такого процесса сделал английский физик-теоретик и космолог Стивен Хокинг в 1974 году. До того момента черные дыры считались учеными идеальными объектами, из которых никакие частицы не могут вырваться.  Это квантовый процесс теплового излучения, спонтанно испускаемого черными дырами. Когда он происходит, масса черных дыр и их энергия вращения постепенно уменьшаются. В результате они могут полностью исчезнуть. Поэтому эту теорию иногда называют испарением черных дыр.

Квантов-механическая теория утверждает, что частицы и античастицы непрерывно возникают во Вселенной и исчезают из нее.

Пары, состоящие из частицы и античастицы, появляются рядом с горизонтом событий черной дыры и могут быстро уничтожить друг друга. Но один из объектов может попасть в черную дыру до момента его уничтожения. Тогда другая частица ускользнет под действием излучения Хокинга.

Из этого выходит, что излучение – результат того, что виртуальные частицы поднимаются под действием гравитационного притяжения черной дыры и становятся настоящими частицами.

Стивен Хокинг обнаружил, что ключевое различие между излучением, которое испускает черное тело, и тем, что испускает черная дыра, заключается в том, что первое явление не является статистическим по своей сути.

В отличие от излучения черного тела процесс, обнаруженный Хокингом, не несет информацию о теле источника и зависит только от углового момента, массы и заряда черной дыры.

Нестационарная расширяющаяся Вселенная. - согласно современным научным представлениям наша вселенная расширяется. Давайте попробуем разобраться в экспериментальных и теоретических вопросах этого расширения. В 1929 году Эдвин Хаббл впервые экспериментально обнаружил эффект «разбегания» галактик. Позднее появился физический закон, названный законом Хаббла. Согласно этому закону, красное смещение удаленных объектов (звезд, галактик и т.д.) пропорционально их расстоянию от наблюдателя. Красное смещение отвечает за скорость объекта относительно наблюдателя и, таким образом, чем дальше от нас галактика, тем быстрее она от нас удаляется. Разумеется, галактики удаляются не только от Земли, но и друг от друга. Наглядно представить себе такое расширение вселенной довольно легко. Представим себе небольшой воздушный шарик, на котором мы нарисуем различные космические объекты. Когда мы начнем надувать этот шарик, то расстояние между всему нарисованными объектами будет увеличиваться. Причем, чем больше будет расстояние между рисунками, там быстрее оно будет увеличиваться. Таким образом, мы получаем картину расширения вселенной под действием закона Хаббла.