20. Принципы современной физики.

Наряду с фундаментальными физическими теориями, описывающими определенные явления нашего мира (механическое или тепловое движение, электромагнитные процессы, физические процессы микромира и т.д.), существуют еще более общие законы, влияние которых распространяется на все физические процессы, все формы движения материи. Эти законы ученые назвали принципами современной физики. Они являются важной составной частью современной физической картины мира. Помимо уже рассмотренных нами принципов (например, классический принцип относительности Галилея), важнейшими принципами являются: принцип симметрии, принцип соответствия, принцип дополнительности и соотношения неопределенности, принцип суперпозиции.

В той или иной степени представление о симметрии есть у всех людей, так как этим свойством обладают самые разные предметы, играющие важную роль в повседневной жизни.

Обычно под симметрией (от греч. symmetria – соразмерность) понимают однородность, пропорциональность, гармонию каких-либо материальных объектов. Отсутствие некоторых элементов симметрии у тех или иных объектов называется дисимметрией. Симметрия противоположностей, связанная с изменением знака, называется антисимметрией. Типы симмтрий: зеркальная, поворотная, радиальная, трансляция, винтовая симметрия, симметрия подобия, колибровочная симметрия.

Принцип дополнительности возник из попыток осознать причину появления противоречивых наглядных образов, которые приходится связывать с объектами микромира. Он является основополагающим в современной физике.

В ряде экспериментов электрон и другие элементарные частицы обнаруживают корпускулярные свойства, то есть свойства частиц. Любое устройство для детектирования микрообъектов всегда регистрирует их как нечто целое, локализованное в очень малой области пространства.С другой стороны, при движении все микрочастицы обнаруживают типичные волновые свойства. Наблюдается интерференция и дифракция частиц на кристаллических решетках или искусственно созданных препятствиях. Электроны и другие частицы ведут себя подобно волнац, огибающим препятствия, и одновременно проходят через несколько щелей дифракционной решетки.Таким образом, всем микрообъектам присущ корпускулярно-волновой дуализм. Общий ответ на вопрос о том, каким образом эти противоречивые свойства совмещаются у одного объекта, был дан Н. Бором в 1927 г.Принцип неопределенности является частным выражением принципа дополнительности. Этот принцип наглядно иллюстрирует отличие квантовой теории от классической механики. Говоря о частице, мы представляем себе комочек вещества, находящийся в данный момент в определенном месте, обладающий определенной энергией и движущийся со строго определенной скоростью. При этом мы допускаем, что можно абсолютно точно знать координаты, импульс и энергию частицы в любой момент времени. Однако, связывая частицу с волной, мы переходим к образу неограниченной синусоиды, простирающейся во всем пространстве. И понятия «длина волны в данной точке», «импульс в данной точке», «энергия в данный момент времени» просто не имеют смысла. Утверждение, что электрон лишь приближенно может рассматриваться как материальная точка, означает, что его координаты, импульс и энергия могут быть заданы лишь приблизительно. Количественно это выражается соотношением неопределенностей Гейзенберга, Согласно этому принципу, чем точнее фиксирован импульс, тем большая неопределенность будет в значении координаты, и наоборот. Так же соотносятся энергия и время. Точность измерения энергии обратно пропорциональна длительности процесса измерения. Причина этого кроется во взаимодействии прибора с объектом измерения.

Принцип суперпозиции (наложения) – это допущение, согласно которому результирующий эффект представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым воздействующим явлением в отдельности. Принцип суперпозиции утверждает: если система может находиться в одном из квантовых состояний, то она может находиться и в состоянии, являющемся линейной комбинацией этих состояний.В общей форме принцип соответствия формулируется так: теории, справедливость которых была экспериментально установлена для определенной группы явлений, с построением новой теории не отбрасываются, но сохраняют свое значение для прежней области явлений как предельное выражение законов новых теорий. Выводы новых теорий в области, где справедлива старая теория, переходят в выводы старых теорий.