Вопросы (стр. 1 )

1.Естественнонаучная и гуманитарная культуры. Две культуры как отражение двух типов мышления.

Вся совокупность проявления материи образуют систему-вселенную. Во вселенной действуют космологический принцип, т. е все процессы протекающие в отдаленных областях вселенной подчиняются отдельным законом, они идентичны. Ближний космос – образец вселенной в целом. Вселенная эволюционирует как единое целое.

Фундаментальное средство материального мира явилось основой общности научного знания. Человек в течении многих веков изучая окружающую природу и самого себя, выстроил систему достоверных и обобщенных знаний о окружающем мире т. е науку.

Научные знания делятся на 2 подсистемы:

1)Естественные науки – естествознание

2)Гуманитарные, социальные

На ранних этапах эволюции гуманитарные и естествознание развивалось совместно.

Причины:

1)Знания были скудными

2)Представления о окружающем мире носили умозрительный характер.

3)Наукой занимались одни и те же люди

В следствии развития науки произошла специализация знаний.

Разделение труда è дифференциация наук

Объектом изучения естествознания стали все формы неживой материи. Простейшие формы живой материи.

Объектами изучения гуманитарных наук стали наиболее сложные формы живой материи связанные с человеком è человеческое сознание, творчество, право, языки, общественное мнение.

В результате разделения, естественные и гуманитарные науки вырабатывали независимые методы и средства познания, а также достигли различных уровней развития.

В связи с этим начали говорить о формировании 2ух различных культур.

Между этими двумя культурами накопились противоречия в традициях, целях, методах познания, что привело к несовпадению оценок достижений человечества. Поэтому стали говорить о проблеме двух культур.

На современном этапе на ряду с дифференциацией наук идет процесс интеграции наук.

2.Естествознание. Предмет и метод естествознания. Научный метод.

– раздел науки основанный на проверке гипотез и создание теории или эмпирических обобщений описывающих природные явления.

Предметом естествознания являются все процессы, явления обнаруживаемые органами чувств.

Естествознание – пронизывает междисциплинарные и трансдисциплинарные идеи.

Структура

Научного исследования представляет собой способ научного познания или научный метод как таковой.

Метод – совокупность действий помогающих в достижении результата.

Методы научного познания принято подразделять по степени, общности и широте применимости в процессе научного познания.

Всеобщие методы:

1)диалектический

2)метафизический

Общенаучные методы эмпирического и теоретического уровня

Эмпирический уровень

Наблюдение

Описание, фиксация сведений

Измерение – сравнение объектов, по каким либо сходным свойствам, сторонам

Эксперимент – наблюдение явления в специально создаваемых и контролируемых условиях, что позволяет восстанавливать ход явлений.

Теоретический уровень

1)Формализация – построение абстрактно материальных моделей.

2)Аксиоматизация – построение теории на основе аксиом

3)Гипотетично – дедуктивный - построение дедуктивно связанных гипотез с целью вывода утверждений о эмпирических фактах.

Анализ – расчленение предмета на составные части с целью их подробного изучения

Синтез – соединение ранее выделенных частей предмета в единое целое.

Абстрагированное – отвлечение от ряда несущественных признаков для исследования с одновременным выделением интересующих признаков.

Обобщение – прием мышления в результате которого устанавливаются общие свойства или признаки объектов.

Индукция – метод исследования и способ рассуждения в котором общий вывод строится на основе частных посылок.

Дедукция – способ рассуждения. Из общих посылок следуют выводы частного характера.

Аналогия – прием познания при котором из сходства объектов в одних признаках делается вывод об их сходстве в других признаках.

Моделирование - изучение объекта оригинала путем создании его копии, модели который замещает оригинал с определенных сторон.

Классификация – разделение объектов на группы.

3.Этика научных исследований. Псевдонаука.

Наука свободна от моральной оценки. Закон природы выводится вне зависимости от этических соображений. Сущность науки внеморальна. Этика может воздействовать на ход исследований. В новое время более важны были мировоззренчиские задачи-желание доказать пользу и ценность науки, затем собственно-познавательные и технические.. Моральный кризис науки. Наука это благо. Само знание нейтрально, но его применение включает в себя этические соображения. Наука содействует процессу принятия решения, благодаря определению последствий возможного выбора. Псевдонаука – деятельность имитирующая научную, но по сути таковой не являющаяся. Характерные черты. Игнорирование, искажение фактов. Отказ от сверки теории с результатами наблюдений в пользу апелляций к здравому смыслу или авторитетному мнению. Использование не подтвержденных экспериментами данных. Невозможность проверки и повтора. Политические и религиозные установки.

4.История естествознания.

НКМ – основные идеи наук о природе, закономерности, составляющие единство знаний о природе, определяющие стиль научного мышления на данном этапе развития и культуры человечества. Первая НКМ в Др Греции. Из разрозненных знаний формируется системы. Геоцентрическая, Механическая, Гелеоцентрическая НКМ. Эл-динамическая НКМ. Переход от ремесленничества к производству. Длится до 1911.

5.Панорма современного естествознания, его незавершенность.

Приходят квантовые представления. Вещество излучает и поглощает энергию квантами. М. Планк ввел понятие кванта. h – постоянная планка E=h? h делит все представления на квантовые и неквантовые. h E=h?. Опыты Резерфорда. Полу-квант полу-класс теория. Ген. Объяснены мутации. Лидер научного познания. Основные направления биологии. Эволюционное учение, генетика, экология(Вернандский).Синергетика-наука о сложноорганизованных эволюционизирующих системах. Кибернетика – наука об управлении систем самой разной природы.

6.Пространство и время. Свойства пространства и времени. Пространнсвенно-временные масштабы.

Пространственно – временный масштабы.

Пространство и время - формы бытия материи.

По Ньютону пространство это неизменное вместилище вещей.

По Лейбницу пространство зависит от свойств тел находящихся в пространстве.

По Ньютону пространство является трехмерным а время одномерным. Пространство и время по Ньютону абсолютны, т. е не зависят друг от друга.

Пространство отвечает за расположение тел относительно друг друга.

Пространство и время однородны. Однородность пространства означает физическую приемлемость всех точек пространства. Т. е при любом переносе объекта в пространстве.

Однородность времени означает физическую неразличимость всех моментов времени.

Другими словами если объекты не взаимодействуют т. е являются свободными то любой момент времени для них может быть принят за начальный.

Однородность пространства и времени это свойство симметрии пространства и времени.

Пространство изотропно, т. е физическая неразличимость всех направлений в пространстве.

Т. е любой поворот тела, на любой угол, не повлияет на процессы происходящие с ним.

Кроме того наше пространство является плоским, т. е удовлетворяет аксиомам геометрии Эвклида.

7.Понятие о состоянии системы. Лаплассовский детерминизм.

Система отсчёта – тело отсчета и связанные с этим телом система координат и прибор для регистрации времени. Состояние объекта определяется его координатами или радиус-вектором. Л д заключается в том, что если известно начальное состояние объекта, то есть его координаты и начальная скорость, то зная закон его движения(2 закон Ньютона) можно абсолютно точно определить его состояние в любой последующий момент времени.

Лапласовский детерминизм – понятие о состоянии системы. Т. к пространство и время однородны то свободные объекты движутся, последовательно меняя свое местоположение с течением времени.

Т. к пространство является плоским то их движение прямолинейно.

Свойства пространства и времени в масштабе вселенной могут изменяться.

Движение тел по инерции есть проявление однородности пространства и времени.

Система отсчета – тело отсчета связаны с этим телом система координат и прибор для регистрации времени.

В качестве системы координаты используют декартовую системы координат.

Иррациональная система отсчета.

Геоцентрическая система отсчета (связано с землей)

Гелиоцентрическая система отсчета (связано с солнцем)

Все инерциальные системы отсчета эквивалентные.

Т. е математическая формулировка не меняется.

Если известно состояние объекта в начальный момент времени, то зная закон движения объекта можно определить состояние объекта в любой момент времени.

8.Эволюция представлений о пространстве и времени. Принцип относительности Галилея.

Принцип относительности Галилея

Все законы механики инварианты относительно выбора иррациональной системы отчета

Основы специальной теории относительности

В основе этой работы лежат 2 постулата:

1) Принцип относительности ( все законы природы инварианты относительно выбора иррациональной системы отсчета)

2) Принцип инвариантности скорости света (скорость света в вакууме не зависит от скорости движения и является величиной одинаковой и предельной)

è

Если два события в системе отсчета К происходят в одной точке и одновременно то в системе отсчета К( штрих) они также происходят в одной точке и одновременно.

Если эти два события происходят в одной точке но не одновременно, то в системе К (штрих) они не только одновременны но и пространственно разобщены.

События связанные причинно следственной связью не могут происходить одновременно ни в одной иррациональной системе отсчета. Ибо всякому следствию соответствует своя причина.

Лоренцево сокращение длины

Пусть в системе отсчета К (штрих) покоится линейка и она вместе с системой отсчета К (штрих) движется с постоянной скоростью U.

Длина линейки измерена в той системе отсчета относительно которой она покоится называется собственной длиной. Длина измеренная в той системе отсчета относительно которой она движется с постоянной скоростью U называется релятивисткой длиной линейки ( L )

Таким образом длина линейки движущиеся со скоростью света в направлении своего линейного размера сокращается

«Лоренцево сокращение длины»

Лоренцево замедление времени

Пусть в системе отсчета К (штрих) покоятся часы которые вместе с системой отсчета К(штрих) движутся с постоянной скоростью U. Время отсчитанное по часам в той системе отсчета относительно которой они покоятся – собственное время

А время отсчитанное по часам в той системе отсчета относительно которой часы движутся со скоростью U, близкой к скорости света, называется релитивистким временем.

Часы движущиеся со скоростью света идут медленнее.

Увеличение массы тела движущегося со скоростью света.

Масса покоя частицы это масса измеренная в той системе относительно которой тело движется.

Масса играет роль энергосодержания.

9.Специальная теория относительности.

Релятивистская теория. Основа СТО. Принцип относительности. Принцип инвариантности скорости света. Следствие преобразований Лоренца. Одновременность событий. Замедление времени. Сокращение длины. Увеличение массы тела. 4Хмерный интервал.

10.Общая теория относительности.

Общая теория относительности (ОТО)

В 1916 Эйнштейн опубликовал статью «основы общей теории относительности». В этой статье он распространил принципы относительности для неинерциальных и инерциальных систем отсчета.

«Для наблюдателя находящегося в изолированной системе нет способа отличить эффекты вызываемые гравитационным полем от эффектов обусловленных ускорением»

В рамках общей теории относительности Эйнштейн отожествил понятие инертной и гравитационной массы.

В основе лежит принцип эквивалентности гравитационной и инертной масс. Учитывая соотношение E=mc2 и учитываяпринцип эквивалентности масс можно предположит, что с энергией световой волны связана некоторая гравитационная масса. Значит световая волна подвержена действию гравитационных тел. Эйнштейн рассчитал, что луч света вблизи солнца отклонится на 1,75 с. Вывод: в природе нет тел не подверженных гравитационному взаимодействию, в природе нет эталонов прямых линий. Нарушаются аксиомы геометрии Эвклида. ОТО связана с искревлением 4хмерного пространства времени. Геометрия Лобачевского, Римана. Все тела в гравитац поле движутся с одинаковым ускорением, если фотон движется вверх, то он теряет свою энергию, уменьшается частота, длина. Эффект красного смещания. Грав взаимодействие распространяется со скоростью света, можно предположить что существует грав волна, и гравитон.

11.Структурные уровни организации материи.

Элементарные частицы – ядра – атомы – молекулы – Микромир

Вещество(газ, жидкость, ТВ. Тела, плазм. Тело.) – Макромир

Планеты – звёзды – галактики – Вселенная в целом – Мегамир

12.Материя, формы существования материи.

Материя – философская категория которая дана человеку в его ощущениях, которые копируются, фотографируется, отображается его органами чувств существуя независимо от него.

Формы материи: вещество (частицы различной степени сложности и обладающих массой покоя) и поле (осуществляет действие одних частиц на другие с конечной скоростью, связывает частицы в макроскопические тела).

Формы могут переходить друг в друга (электрон и позитрон). Материя связана с движением (изменение материи, способ существования материи). Формы движения: ток, свет, хим реакции.

Фундаментальный закон природы: вечность и неуничтожимость материи и её движения. Материя существует в поле. Бытие: пространство и время.

Корпуск. и континуал. концепции природы

Корпускулярная – все состоит из частиц – атомов, движ в пустоте (др. греция – демокрит, левклип, эпикур)

Континуальная – непрерывная бесконечно делимая субстанция, заполняющая пространство без пустот и не имеющая границ (др. греция – фалес, эпидокл, аристотель)

Пространство – непрерывная по протяженности величина, время непрерывно по последовательности.

Споры привели к открытию корпускулярно-волнового дуализма – дискретность и непрерывность мира слились.

Взаимодействие.

Ядра – связанная си ядра и электронов

Молекула – связанная си атомов

Вещество – связанная си молекул и атомов.

Чтобы разложить такую си нужна энергия взаимодействия.

Фундаментальные взаимодействия:

Гравитационное (космос гравитон), Электромагнитное (от частиц до космоса фотон), Ядерное (силное) (ядро глюон), Слабое (элементарные частицы, бозоны).

Материя – объективная реальность, которая дана человеку в его ощущениях, которая копируется, фотографируется, отображается его органами чувств и существует не зависимо от него. Существуют 2 формы материи. Вещество – форма материи, которая состоит из отдельных частиц различной степени сложности. Поле – особая форма материи, которая осуществляет взаимодействие между частицами и передает взаимодействие от точки к точке с конечной скоростью, собирая их в совокупности в макроскопические тела. Материя находится в непрерывном движении. Движение – всякое изменение материи от простого перемещения до сложнейших процессов мышления. Формы существования, бытия.

13.Корпускулярная и континуальная концепции описания природы.

1.Все в мире состоит из отдельных частиц, корпускул

2.Основой вещей является некая непрерывная субстанция, бесконечно делимая не имеющая определенных границ и заполняющая вселенную без пустот.

14. Элементарные частицы

Это простейшие структурные образования из которых состоит материя (все частицы – не атомы и не ядра)

Классификация:

Лептоны (легкие) – электрон, мюон, таон и их нейтрины Адроны – барионы (протон нейтрон гиперон, барионные резонансы) и мезоны (геамезон, лимезон, мезонные резонансы). Открыто 400 элементарных частиц, 300 – резонансы.

Бозоны (целочисленный спин и подчиняются статистике бозе-эйнштейна – фотон и гравион), Фермионы (нецелочисленный спин, подчиняются статистике Ферми-Дирока – электрон)

По видам взаимодействия: 1 – сильное (адроны), 2 – слабое (всем, кроме фотона), 3 – электромагнитное (все заряженные элементарные и фотоны), 4 – гравитационное (все). Адрон – во всех видах, лептон – не в сильном, фотон – перенощик электромагнитного взаимодейстия, гравитон – гравитационное.

Св-ва электромагнит. частиц:

Масса покоя – масса, измеренная в си отсчета относительно которой частица покоится 1 аем = 1/12 С,

Фотон не имеет массы покоя.

Среднее время жизни – мера стабильности элементарной частицы, время существования частицы до распада. Абсолютная стабильных элементарных частиц – 4: электрон, протон, фотон, нейтрино. Нейтрон – квазистабильная частица. Самые короткоживущие – резонсы. Время жизни – 10 в минус 23. Электрический заряд – св-во элементарной частицы участвовать в электромагнитном взаимодействии. Электрический заряд измеряется в элементарных зарядах.

Электрический заряд кратен элементарному…..

Спин элементарной частицы – собственный момент импульса элементарной частицы (момент импульса измеренный в той си отсчета, относительно которой она покоится

Если элементарная частица неподвижна то только спин задает направление элементарной частицы.

У каждой элементарной частицы – своя античастица (такая же масса, спин, время жизни) Их заряды равны, но противоположны. Есть внутренне квантовое св-во: у нейтрона и анти св-ва противоположны. Предсказано в 1928г Дироком, а в 1932г Андерсен обнаружил в космических лучах позитрон, но не антивещество. В 1964г – гипотеза о существовании кварков: Гелл-Манн и Цвейг (кварковая модель адронов). Адроны состоят из кварков: верхний нижний странный прелестный очарованный и истинный. Ароматы кварков: 3 цвета: красный голубой зеленый. Заряды1/3 2/3.

15. Концепции взаимодействия

Близкодействие – удаленные тела взаимодействуют с помощью звеньев с конечной скоростью

Дальнодействие – тела взаимодействуют через пустоту и мгновенно

16 Ядра и ядерные реакции

Ядра - связанные системы нуклонов, т. е. протонов и нейтронов. Заряд ядра=сумма зарядов протонов. Масса ядра не равна сумме масс частиц на дефект масс.

Дефект масс определяется энергией связи и является мерой энергосодержания. Самые прочные (8мэв) – железо, кобальт, никель.

В таб Менделеева номер клетки совпадает с зарядом. Изотопы – количество протонов одинакого, нейтронов – разное. Возможно отличить только физизическим способом в магнитном поле.

Юкаба предположил, что сущесвтуют силы, которые удерживают нуклоны в ядре – ядерные силы.

Св-ва ядерных сил:

-короткодействие, одинакого действие м/у нуклонами, - насыщение (конеч. число), - интенсивность

Изобары – одинаковое массовое число, изотоны – одинаковое число нейтронов..

Z и A одинаковые – изомеры (разные периоды полураспада).

Ядерные реакции – процессы, в которых происходят превращения ядер в другие и их синтез. В ядерных реакциях сохраняются законы сохранения массы, импульса, момента импульса и энергии.

Экзотерм реакция – выделение энергии, эндотерм – уменьшение.

Уран при облучении распадается на ядра середины таблицы менделеева ->капельная модель Бора. Радиоактивный распад сопровождается излучением (гелий, электрон, коротковолное излучение) В-распад: электронный и позитронный.

Распад приводит к уменшьшению числа элементов.

Период полураспада – время, за котрое распадается половина радиоактивных ядер.

19 век – открыт электрон и позитрон.

17. Атомы и молекулы.

Модель атома томсона – положительно заряженный шар, внутри – электрон. Атом нейтрален.

В 1911 резерфорд – эксперименты по бомбардированию атома Л-частицами.

Нильс Бор – полуклассическая полуквантовая теория атома Бора. Постулаты:

Стационарных расстояний – атом может находится в стационар состояниях, не излучает и не поглащает энергию. Электрон находится на стационарных орбитах, момент импульса квантуется

Постулат частот – атом переходит из одного стационарного состояния в другое, или поглащает, или испускает один квант энергии (правило частот)

Строение атома.Все вещества состоят из крошечных частиц - атомов. Атомы соединяются в молекулы, крупнейшие из которых имеют сложное строение, состоящее из тысяч атомов.

О том, что все сущее состоит из частиц, знали еще древние греки. Около 420 г. до н. э. философ Демокрит поддержал гипотезу, что материя состоит из крошечных, неделимых частиц. По-гречески atomos означает "неделимый", поэтому эти частицы назвали атомами.

В 1911 году Эрнест Резерфорд, британский физик, уроженец Новой Зеландии, работавший вместе с Томсоном, предложил строение атома, реально объясняющее его поведение во время экспериментов. Резерфорд предположил, что центр (или ядро) атома имеет положительный заряд и относительно большую массу, а вокруг ядра вращаются крайне легкие и отрицательно заряженные электроны. Однако Резерфорд не осознавал, что обычно в ядре атома находятся как положительно заряженные, так и нейтральные частицы. Существование положительно заряженных частиц было признано в 1920 г., и они получили название протоны. В 1932 г. английский физик Джеймс Чэдвик открыл незаряженные частицы и назвал их нейтронами. В результате картина строения атома была завершена и с тех пор является основой нашего понимания материи.

Молекулы состоят из одного сорта атомов(простые) и разного(сложные). ДНК, РНК - биология

17. Корпускулярно-волновой дуализм — принцип, согласно которому любой объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные свойства. Был введён при разработке квантовой механики для интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, с точки зрения классических концепций.

В частности, свет — это и корпускулы (фотоны), и электромагнитные волны. Свет демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной световой волны. Например, одиночные фотоны, проходящие через двойную щель, создают на экране интерференционную картину, определяемую уравнениями Максвелла.[1]. Тем не менее, эксперимент показывает, что фотон не есть короткий импульс электромагнитного излучения, например, он не может[источник не указан 574 дня] быть разделён на несколько пучков оптическими делителями лучей. Корпускулярные свойства света проявляются при фотоэффекте и в эффекте Комптона. Фотон ведет себя и как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны (например, атомными ядрами), или вообще могут считаться точечными (например, электрон).

В настоящий момент концепция корпускулярно-волнового дуализма представляет лишь исторический интерес, так как служила только интерпретацией, способом описать поведение квантовых объектов, подбирая ему аналогии из классической физики. На деле квантовые объекты не являются ни классическими волнами, ни классическими частицами, приобретая свойства первых или вторых лишь в некотором приближении. Методологически более корректной является формулировка квантовой теории через интегралы по траекториям (пропагаторная), свободная от использования классических понятий.

В 1923 году произошло примечательное событие, которое в значительной степени ускорило развитие квантовой физики. Французский физик Л. де Бройль выдвинул гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Де Бройль утверждал, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также и волновыми свойствами.

Согласно де Бройлю, с каждым микрообъектом связаны, с одной стороны, корпускулярные характеристики – энергия E и импульс p, а с другой стороны, волновые характеристики – частота n и длина волны l.

Корпускулярные и волновые характеристики микрообъектов связаны такими же количественными соотношениями, как и у фотона:

Гипотеза де Бройля постулировала эти соотношения для всех микрочастиц, в том числе и для таких, которые обладают массой m. Любой частице, обладающей импульсом, сопоставлялся волновой процесс с длиной волны n = h / p.

19. Принцип неопределенности и дополнительности. Принцип суперпозиции.

Гейзенберг: произведение неопределенности координаты и соответствующего импульса не может быть меньше постоянной планка -> нельзя одновренменно точно определить координаты и импульс микрочастицы, так как это связано со спецификой микрообъекта, а именно следствием корпуск-волнового дуализма микрочастиц. В классической механике принято, что измерение координаты и импульса можно производить сколь угодно точно, а соотношение гейзенберга является лишь квантовым ограничением применимости классических предствалений квантовым объектам.

Принцип дополнительности: принцип неопределенности –частный случай. В 1927 г. В гало Н. Бор сформулировал как могут существовать м\у собой модели корпускуляр и волновой модели без противоречий. Показал, что из-за соотношений неопределенности эти 2 модели никогда не могкт войти в противоречие, так как чем больше уточняется одна, тем меньше проявляется другая.

Таким образом, микрочастицам присущ корпуск-волновой дуализм, она предстоит либо одном, либо в другом, но не одновременно. Взаимоисключающие аспекты. 

При́нцип суперпози́ции — один из самых общих законов во многих разделах физики. В самой простой формулировке принцип суперпозиции гласит:

результат воздействия на частицу нескольких внешних сил есть просто сумма результатов воздействия каждой из сил.

Наиболее известен принцип суперпозиции в электростатике, в которой он утверждает, что электростатический потенциал, создаваемый в данной точке системой зарядов, есть сумма потенциалов отдельных зарядов.Принцип суперпозиции может принимать и иные формулировки, которые, подчеркнём, полностью эквивалентны приведённой выше:

Взаимодействие между двумя частицами не изменяется при внесении третьей частицы, также взаимодействующей с первыми двумя. Энергия взаимодействия всех частиц в многочастичной системе есть просто сумма энергий парных взаимодействий между всеми возможными парами частиц. В системе нет многочастичных взаимодействий. Уравнения, описывающие поведение многочастичной системы, являются линейными по количеству частиц.

Именно линейность фундаментальной теории в рассматриваемой области физики есть причина возникновения в ней принципа суперпозиции.

20. Порядок и беспорядок в природе. Хаос. Хаотическое поведение динамических систем.

Рассмотрим кинетическую энергию совокупности частиц. Если вдруг окажется, что все частицы движутся в одном и том же направлении с одинаковыми скоростями, то вся система, подобно теннисному мячу, будет находится в состоянии полета. Система ведет себя в этом случае аналогично одной массивной частице, и к ней применимы обычные законы динамики, такое движение называется движением центра масс.

Существует, однако, и другой вид движения. Можно представить себе, что частицы системы движутся не упорядоченно, а хаотически: полная энергия системы может быть той же самой, что и в первом случае, но теперь отсутствует результирующее движение, поскольку направления и скорости движения атомов беспорядочны. Если бы мы могли проследить за какой-либо отдельной частицей, то увидели бы, что она проходит небольшое расстояние вправо, затем, соударяясь с соседней частицей, смещается немного влево, снова соударяется и т. д. Основная черта этого вида движения состоит в отсутствии корреляции между движениями различных частиц; иными словами, их движения некогерентны (неупорядочены).

Описанное случайное, хаотическое, некоррелированное, некогерентное, неупорядоченное движение называется тепловым движением. Очевидно, понятие теплового движения неприменимо к отдельной частице, поскольку бессмысленно говорить о некоррелированном движении одной частицы. Иными словами, когда мы переходим от рассмотрения движения отдельной частицы к системам многих частиц и при этом возникает вопрос о наличии корреляций в их движениях, мы по существу переходим от обычной динамики в новую область физики, которая называется термодинамикой.

Итак, существует два вида движения частиц в сложных системах: движение может быть когерентным (упорядоченным), когда все частицы движутся согласованно (“в ногу”), или, напротив, неупорядоченным, когда все частицы движутся хаотически.

Динами́ческий ха́ос — явление в теории динамических систем, при котором поведение нелинейной системы выглядит случайным, несмотря на то, что оно определяется детерминистическими законами. Причиной появления хаоса является неустойчивость по отношению к начальным условиям и параметрам: малое изменение начального условия со временем приводит к сколь угодно большим изменениям динамики системы. Так как начальное состояние физической системы не может быть задано абсолютно точно (например, из-за ограничений измерительных инструментов), то всегда необходимо рассматривать некоторую (пусть и очень маленькую) область начальных условий. При движении в ограниченной области пространства экспоненциальная расходимость с течением времени близких орбит приводит к перемешиванию начальных точек по всей области. После такого перемешивания бессмысленно говорить о координате частицы, но можно найти вероятность её нахождения в некоторой точке.

Примерами хаотических динамических систем могут являться подкова Смейла и преобразование пекаря. Обратным, в некотором смысле, к динамическому хаосу является динамическое равновесие и явления гомеостаза.

21. Принцип симметрии. Законы сохранения.

Зако́ны сохране́ния — фундаментальные физические законы, согласно которым при определённых условиях некоторые измеримые физические величины, характеризующие замкнутую физическую систему, не изменяются с течением времени. Некоторые из законов сохранения выполняются всегда и при всех условиях (например, законы сохранения энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда), или, во всяком случае, никогда не наблюдались процессы, противоречащие этим законам. Другие законы являются лишь приближёнными и выполняющимися при определённых условиях (например, закон сохранения массы выполняется в нерелятивистском приближении; закон сохранения чётности выполняется для сильного и электромагнитного взаимодействия, но нарушается в слабом взаимодействии). Законы сохранения связаны с симметриями физических систем (теорема Нётер). Так, законы сохранения энергии, импульса и момента импульса являются следствиями пространственно-временных симметрий (соответственно: однородности времени, однородности и изотропности пространства). При этом перечисленные свойства пространства и времени в аналитической механике принято понимать как инвариантность лагранжиана относительно изменения начала отсчета времени, переноса начала координат системы и вращения ее координатных осей. Законы сохранения энергии, импульса, момента импульса, массы, электрического заряда, лептонного числа, барионного числа, чётности.

Симметрия - одно из фундаментальных понятий в современной физике, играющее важнейшую роль в формулировке современных физических теорий. Симметрии, учитываемые в физике, довольно разнообразны, начиная с симметрий обычного трехмерного "физического пространства" (такими, например, как зеркальная симметрия), продолжая более абстрактными и менее наглядными. Некоторые симметрии в современной физике считаются точными, другие - лишь приближенными. Также важную роль играет концепция спонтанного нарушения симметрии. Исторически использование симметрии в физике прослеживается с древности, но наиболее революционным для физики в целом, по-видимому, стало применение такого принципа симметрии, как принцип относительности. В теоретической физике, поведение физической системы описывается обычно некоторыми уравнениями. Если эти уравнения обладают какими-либо симметриями, то часто удаётся упростить их решение путём нахождения сохраняющихся величин (интегралов движения). Так, уже в классической механике формулируется теорема Нётер, которая каждому типу непрерывной симметрии сопоставляет сохраняющуюся величину. Из неё, например, следует, что инвариантность уравнений движения тела с течением времени приводит к закону сохранения энергии; инвариантность относительно сдвигов в пространстве — к закону сохранения импульса; инвариантность относительно вращений — к закону сохранения момента импульса.

22. Динамические и статистические закономерности в природе. Детерминизм в современной науке определяется как учение о всеобщей, закономерной связи явлений и процесс окружающего мира. Наличие таких связей является доказательством материального единства мира и существования мире общих закономерностей. В классической науке статистические законы не призна­вали подлинными законами, так как ученые в прошлом пред­полагали, что за ними должны стоять такие же универсаль­ные законы, как закон всемирного тяготения Ньютона, который считался образцом детерминистического закона, поскольку он обеспечивает точные и достоверные предска­зания приливов и отливов, солнечных и лунных затмений и других явлений природы. Статистические же законы при­знавались в качестве удобных вспомогательных средств исследования, дающих возможность представить в компактной и удобной форме всю имеющуюся информацию о каком-либо предмете исследования. Подлинными законами считались именно детерминистические законы, обеспечивающие точ­ные и достоверные предсказания. Эта терминология сохра­нилась до настоящего времени, когда статистические, или вероятностные, законы квалифицируются как индетерминистические, с чем вряд ли можно согласиться. Отношение к статистическим законам принципиально изменилось после открытия законов квантовой механики, предсказания которых имеют существенно вероятностный характер.

Таким образом, исторически детерминизм выступает в двух следующих формах[1]:

1) лапласовый, или механистический, детерминизм, в ос­нове которого лежат универсальные законы классической физики;

2) вероятностный детерминизм, опирающийся на статис­тические законы и законы квантовой физики.

В динамических теориях явления природы подчиняются однозначным (динамическим) закономерностям, а статистические теории основаны на объяснении процессов вероятностными (статистическими) закономерностями. К динамическим теориям относятся классическая механика (создана в XVII-XVIII вв.), механика сплошных сред, т. е. гидродинамика (XVIII в.), теория упругости (начало XIX в.), классическая термодинамика (XIX в.), электродинамика (XIX в.), специальная и общая теория относительности (начало ХХ в). К статистическим теориям относятся статистическая механика (вто­рая половина XIX в.), микроскопическая электродинамика ­(начало ХХ в.), квантовая механика (первая треть ХХ в.) ­Таким образом, XIX столетие получается столетием динамических теорий; ХХ столетие - столетием статистичес­ких теорий. Значит, динамические теории соответствовали первому этапу в процессе познания природы человеком, тог­да как на следующем этапе главную роль стали играть ста­тистические теории.