Методическая разработка (стр. 18 )

Нейтронные звезды были обнаружены в 1967 г. как дискретные источники ритмического радиоизлучения, получившие название пульсаров. Современная теория пульсаров опирается на да условия: во-первых, нейтронная звезда – это просто вращающееся тело с периодом в десятые и даже сотые доли секунды, и, во-вторых, обладая сильным магнитным полем, пульсар излучает узконаправленный пучок электромагнитных волн. Радиолуч вращается вместе с пульсаром и периодически “задевает” Землю. Именно в этот момент радиотелескоп фиксирует радиоимпульс. Типичным пульсаром оказалась нейтронная звезда в центре Крабовидной туманности, наблюдаемая также в оптическом и радиодиапазонах.

В некоторых случаях при вспышке сверхновой сила тяжести на поверхности ядра взрывающейся звезды может превысить величину, начиная с которой даже давление вырожденных нейтронов не способно остановить безудержное сжатие ядра. Такое явление называют гравитационным коллапсом. Гравитационный коллапс неизбежен в том случае, если радиус сжимающегося объекта окажется равным

r= ,

где r- гравитационный радиус.

Из формулы нетрудно усмотреть, что в этом случае вторая космическая скорость (скорость убегания) становится равной скорости света. Отсюда ясно, что из-под гравитационного радиуса не может “выйти наружу” никакое излучение, никакая информация. Неудержимо сжимающиеся объекты принято называть черными дырами.

К настоящему времени теория гравитационного коллапса разработана весьма подробно, но пока еще с полной уверенностью нельзя сказать, что открыта хотя бы одна черная дыра. В то же время “подозреваемые” объекты есть. Поскольку черные дыры непосредственно ненаблюдаемы, поиски их сопряжены с большими трудностями. В принципе можно указать три способа, позволяющие регистрировать такие объекты.

Во-первых, если черная дыра образовалась в двойной системе звезд, то она должна обнаружить себя по обращению второго компонента вокруг “пустого места”, так как поле тяготения при коллапсе сохраняется. Во-вторых, при падении вещества на черную дыру должно возникать мощное рентгеновское излучение. Наконец, в-третьих, согласно общей теории относительности, коллапс должен сопровождаться излучением гравитационных волн. Следует, правда, отметить, что последний способ является гипотетическим, поскольку до сих пор таких волн зарегистрировать не удалось.

Итак, мы видим, что характер эволюции звезд определяется их начальной массой. Кроме того, от начальной массы зависит также время пребывания звезды в стационарном состоянии на главной последовательности. Для наиболее массивных звезд эволюция завершается за время 10-10 лет. Звезды с массой, близкой к солнечной, заканчивают свою эволюцию за 10-10 лет. Для звезд малой массы жизнь на главной последовательности может длиться 10 лет.

На основе современной теории эволюции звезд можно сделать еще один важный вывод: между звездами и межзвездной средой существует тесная генетическая связь. Химический состав молодых звезд определяется составом газово-пылевых комплексов, в которых они формировались. С другой стороны, недра звезд представляют собой “фабрику” ядер элементов практически всей таблицы Менделеева, за исключением водорода. При сбрасывании своей оболочки звезда химически обогащает межзвездную среду. Меняется состав газово-пылевых комплексов, из вещества которых образуются звезды последующих поколений, и т. д. Таким образом, благодаря термоядерной переработке вещества в недрах звезд происходит необратимое развитие материального мира.

Методы научного познания. Физическая картина мира.

Методы и законы физики.

Физика – наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи, а также законы ее движения.

Физика – экспериментальная наука, ее законы базируются на фактах, установленных опытным путем.

Экспериментальная физика – опыты, проводимые для обнаружения новых фактов и проверки известных физических законов.

Теоретическая физика – формулирование законов природы и объяснение конкретных явлений на основе законов, предсказание новых явлений. При изучении любого явления эксперимент и теория в равной степени необходимы и взаимосвязаны.

Эксперимент – метод познания, при помощи которого в контролируемых и управляемых условиях исследуются явления природы.

Теория – система основных идей в той или иной отрасли знания; форма научного знания, дающая целостное представление о закономерностях и существенных связях действительности.

Моделирование – исследование каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей.

Математическое моделирование – замена изучения некоторого объекта или явления теоретическим исследованием его модели, в основу которой положены теоретические физические законы, подтвержденные практикой.

Физическое (экспериментальное) моделирование – замена изучения некоторого объекта или явления экспериментальным исследованием его модели, имеющей ту же физическую природу.

Научная гипотеза – предположение, при котором на основе фактов делается вывод о существовании явления, связи, объекта. Научная гипотеза требует проверки, доказательства, после чего она становится или научной теорией, или отбрасывается, если результат проверки отрицательный.

Физический закон – раскрывает внутреннюю связь явлений или свойств материальных объектов.

Частные законы – пример – закон равномерного движения.

Общие законы – для больших групп явлений, например, закон сохранения механической энергии, выполняется только в механике.

Универсальные (всеобщие) законы – справедливы для любых явлений природы, например, закон сохранения и изменения энергии.

Границы применимости физических законов.

Физические законы имеют границы своей применимости, например, формулы кинематики и динамики специальной теории относительности справедливы при скоростях, близких к скорости света; если скорость меньше скорости света, то они переходят в законы и формулы механики Ньютона.

Роль математики в физике.

Законы физики представляют собой количественные соотношения и формулируются на математическом языке. Математика дает не только формы записи физических законов, но и создает методы получения этих законов.

Единая физическая картина мира.

Физическая картина мира (ФКМ) – представление о природе, исходящее из некоторых общих физических принципов. ФКМ зависит от уровня развития цивилизации. ФКМ – совместный плод развития философии и наук естественного цикла: физики, химии, математики. Границы, отделяющие физику от других естественных наук, условны и меняются с течением времени. Понятия и законы физики лежат в основе всего естествознания.

Эволюция ФКМ определяется общим характером развития научных знаний общества и сменой его представлений о физическом устройстве мира. В истории физики различают три уровня научного мировоззрения – три ФКМ: механическая картина мира (МКМ), электромагнитная картина мира (ЭМКМ), квантово-полевая картина мира (КПКМ).

Механическая картина мира (МКМ).

Основой для создания послужили открытые в 17 веке Ньютоном законы механики. Все сложные явления природы ученые пытались объяснить на основе законов механики. Исследования электромагнитных процессов показали, что они не подчиняются механике Ньютона.

Основные открытия этого периода.

У. Гильберт	1544-1603 Англия	исследования природного электромагнетизма
И. Кеплер	1571-1630 Германия	законы движения небесных тел
Г. Галилей	1564-1642 Италия	механическое движение, телескоп
Р. Декарт	1596-1650 Франция	система координат, функция, импульс
Э. Торричелли	1608-1648 Италия	атмосферное давление, барометр
Э. Мариотт	1620-1684 Франция	газовые законы
Р. Бойль	1662-1691 Англия	газовые законы
Х. Гюйгенс	1629-1695 Голландия	маятник, волновая теория света
И. Ньютон	1642-1727 Англия	механика, корпускулярная теория света

Электромагнитная картина мира (ЭМКМ).

Основой для создания послужил открытый Максвеллом новый тип фундаментальных законов – законов электромагнитного поля, которые не находили объяснения в рамках МКМ и ступали с ней в противоречие.

Основные открытия этого периода.

Л. Гальвани	1737-1798 Италия	электрические контактные потенциалы
А. Вольта	1745-1827 Италия	первый химический источник тока
А. Ампер	1775-1836 Франция	законы и теория магнетизма
Х. Эрстед	1777-1851 Дания	магнитное действие электрического тока
Г. Ом	1787-1854 Германия	основной закон электричества
М. Фарадей	1791-1867 Англия	электромагнитная индукция, электролиз
Э. Ленц	1804-1865 Россия	электромагнитная индукция, тепловое действие тока
Д. Максвелл	1831-1879 Англия	электромагнитная теория

Квантово-полевая (современная) картина мира (КПКМ).