13
Салима Адер [email protected]

тема 5. общие физические принципы

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: тема 5. общие физические принципы

Салима Адер

[email protected]

Page 2: тема 5. общие физические принципы

5.1. Причинность и случайность. Физика как учение о наиболее общих базовых связях мира. Познавательная и предсказательная

ценность физики. Связанные с физикой опасности

• Причинность — это такая генетическая связь между явлениями, при которой одно явление, называемое причиной, при наличии определённых условий с необходимостью порождает, вызывает к жизни другое явление, называемое следствием.

• Утверждение о всеобщем характере причинной обусловленности явлений называется принципом причинности: «Всякое изменение в состоянии какого бы то ни было материального тела может быть вызвано только материальным воздействием, определённым материальным процессом».

• В микромире — через статистические, случайные (вероятностные) закономерности. Вероятностные законы являются более глубокими, более фундаментальными.

Page 3: тема 5. общие физические принципы

5.1.2. Физика как учение о наиболее общих базовых связях мира. Познавательная и предсказательная ценность физики.

Связанные с физикой опасности

• Научная теория содержит постулаты, определения, гипотезы и законы, объясняющие наблюдаемое явление. (Постулат — это базовое утверждение для какой-то гипотезы).

• Особенно ценной в физике считается теория, предсказывающая новые экспериментальные эффекты, которые не могут быть объяснены в рамках прежней теории.

• Одной из центральных проблем, которые характеризуют особенности современной физики, является вопрос об ответственности учёных перед обществом: «Насколько и в какой мере учёные ответственны за последствия применения их идей или технических разработок? В какой мере они причастны к многочисленным и многообразным негативным последствиям использования достижений науки и техники?»

Page 4: тема 5. общие физические принципы

5.2. Принципы в физике (действующие в отношении природы самые распространённые представления, действие которых

доказывает абсолютное соответствие вытекающих из них выводов с экспериментом). Сравнение с математикой (аксиомы)

• Принцип (от латинского pricipium — основа, первоначало). Этот термин используется в двух значениях. Первое значение —основное, исходное положение какой-либо теории, учения. Второе значение — закон. Например, «принцип сохранения энергии» и «закон сохранения энергии» — синонимичные выражения.

• Принцип наблюдаемости требует, чтобы в науку вводились не умозрительные, а наблюдаемые величины.

• Принцип воспроизводимости состоит в утверждении, что экспериментальные результаты признают достоверными, если они воспроизводимы. Это значит, что эксперимент, выполненный в какой-либо лаборатории, может быть повторен и приведёт к тем же результатам в любой другой лаборатории.

Page 5: тема 5. общие физические принципы

К числу важнейших принципов отбора относят законы сохранения. Законы сохранения в физике считаются наиболее общими законами природы. Они говорят нам о тех величинах, которые сохраняются при различных взаимодействиях и превращениях. • Закон сохранения энергии имеет абсолютный характер, т.е.

нарушение его до сих пор не наблюдалось. Это позволило сделать вывод о невозможности создания вечного двигателя.

• Принцип соответствия. Этот принцип сыграл важную роль в развитии и становлении квантовой физики. Согласно этому принципу квантовая механика содержит в себе классическую как предельный случай. Принцип соответствия является в квантовой физике неотъемлемой частью теории.

• Принцип соответствия считается одним из важнейших достижений всего естествознания в ХХ в. Благодаря ему история физической науки предстаёт перед нами не как хаотическая смена различных теорий, не как череда их крушений, а как закономерный и последовательный процесс развития познания, идущего ко всё более широким обобщениям, как познавательный прогресс, каждая ступень которого имеет объективную ценность.

Page 6: тема 5. общие физические принципы

5.3. Доля и целая часть. Атомистический принцип (природа не делится бесконечно на части одним и тем же способом). Атомистика в физике и химии.

• Атом состоит из электронов, протонов и нейтронов (рис. 1а)). По современным представлениям, протон и нейтрон являются сложными частицами, состоящими из трёх кварков (рис. 1 б)).

Page 7: тема 5. общие физические принципы

5.3.2. Принцип минимума энергии (все объекты природы стараются перейти в состояние с наименьшей энергией)

• Принцип минимума потенциальной энергии:

если равновесие тела или системы тел обусловлено действием только потенциальных сил — тяготения, упругости или электростатических сил, — то положению устойчивого равновесия соответствует минимальное значение потенциальной энергии.

• Вот как можно применить этот принцип к нескольким классическим задачам. На рисунке показаны три возможных случая равновесия шара, находящегося на опоре.

• а) устойчивое; б) неустойчивое; в) безразличное

Page 8: тема 5. общие физические принципы

5.3.3. Принцип запрета (материальные объекты нельзя поместить друг в друга)

• В макромире две вещи не могут одновременно занимать одно и то же место. Но действует ли эта аксиома по отношению к микрочастицам? Выясняется, что — да, по крайней мере, в отношении электрона — действует.

• Физик Вольфганг Паули обнаружил странный принцип запрета: электроны всячески избегали совместно занимать одну и ту же орбиту. Как оказалось, принцип Паули имеет всеобщее значение и справедлив для любых атомов и систем, содержащих электроны. Этот принцип приводит к тому, что электроны в своём коллективном движении вокруг ядра образуют развитую конфигурацию «скорлупок», или оболочек. Действительно, все электроны не могут одновременно занять самую низкую орбиту.

Page 9: тема 5. общие физические принципы

5.4. Сложение полей или принцип суперпозиций. Принцип абсолютных скоростей (движение поля относительно вещества происходит всегда с наибольшей возможной скоростью или с

абсолютной скоростью, в то время как движение между материальными объектами относительное)

• Принцип суперпозиции утверждает, что результат одновременного воздействия на данный объект нескольких объектов может быть вычислен как сумма результатов воздействия каждого из них в отдельности. Этот принцип используется в механике, электродинамике, теории электрических цепей, квантовой механике.

• Электромагнитные поля распространяются со скоростью примерно 300 000 км/c. Скорость электромагнитной волны имеет удивительную особенность — она является максимальной скоростью, с которой может распространяться материальный объект, и не зависит от системы отсчёта. Скорость света абсолютна.

Page 10: тема 5. общие физические принципы

5.5.1. Сущность релятивистской физики

• Альберт Эйнштейн создал новую теорию — теориюотносительности, или релятивистскую механику (от английского relаtivity — относительность).

• Теория относительности — новое объяснение пространства и времени и их взаимодействия с материей (новое по отношению к старому — ньютоновскому или классическому).

• Для макромира пространство и время абсолютны, а для мегамира они относительны. Это и показал Эйнштейн в своей теории относительности. Этот вывод связан с тем, что при скоростях, близких к скорости света, пространство и время меняются: время замедляется, а пространство искривляется, перестаёт быть евклидовым. Такого рода эффекты характерны только для движения со скоростями, близкими к скорости света.

Page 11: тема 5. общие физические принципы

5.5.2. Эквивалентность массы и энергии

Page 12: тема 5. общие физические принципы
Page 13: тема 5. общие физические принципы