Билет 44: Принцип соответствия. Соотношение между классической механикой и теорией относительности, классической и квантовой механиками.

В физике принципом соответствия называется утверждение о том, что поведение квантовомеханической системы стремится к классической физике в пределе больших квантовых чисел. Этот принцип ввёл Нильс Бор в 1923 году. В более широком смысле под принципом соответствия понимают утверждение о том, что любая новая физическая теория должна в некотором пределе воспроизводить результаты старой проверенной теории, например, любая теория гравитации в пределе малых скоростей и слабых гравитационных полей должна сводиться к гравитации Ньютона.

Правила квантовой механики очень успешно применяются в описании микроскопических объектов, типа атомов и элементарных частиц. С другой стороны, эксперименты показывают, что разнообразные макроскопические системы (пружина, конденсатор и т.д) можно точно описать в соответствии с классическими теориями, используя классическую механику и классическую электродинамику. Однако, весьма разумно полагать, что окончательные законы физики должны быть независимыми от размера описываемых физических объектов. Это предпосылка для принципа соответствия Бора, который утверждает, что классическая физика должна появиться как приближение к квантовой физике, поскольку системы становятся большими.

Условия, при каких квантовая и классическая механики совпадают называется классическим пределом. Бор предложил грубый критерий для классического предела: переход происходит, когда квантовые числа, описывающие систему, являются большими, означая или возбуждение системы до больших квантовых чисел, или то, что система описана большим набором квантовых чисел, или оба случая. Более современная формулировка говорит, что классическое приближение справедливо при больших значениях действия.

Соотношение между классической и квантовой механикой определяется существованием универсальной мировой постоянной - постоянной Планка, которая называется также квантом действия и имеет размерность действия. Если в условиях данной задачи физические величины размерности действия значительно больше постоянной Планка, то применима классическая механика. Формально это условие и является критерием применимости классической механики.

Принцип соответствия - один из инструментов, доступных физикам для того, чтобы выбрать соответствующую действительности квантовую теорию. Принципы квантовой механики довольно широки - например, они заявляют, что состояния физической системы занимают пространство Гильберта, но не говорят, какое именно.

Билет 45: Строение Солнечной системы. Солнечно-земные связи.

Наша планета Земля входит в систему планет и других небесных тел, которые вращаются вокруг звезды под названием Солнце. Отсюда и название нашей системы, Солнечная. Но Солнечная система является лишь одной из многих подобных систем во Вселенной.

Солнце (желтый карлик) – сосредоточило в себе 99,866 % всей массы Солнечной системы. Оставшиеся 0,134 % вещества представлены девятью планетами (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон) и несколькими десятками спутников планет (в настоящее время их открыто более 60), малыми планетами – астероидами (~100 тысяч), кометами (~10¹¹объектов), огромным количеством мелких фрагментов – метеороидов, а также космической пылью. Механически эти объекты объединены в общую систему силой притяжения Солнца.

В средине XVI века была раскрыта общая структура строения Солнечной системы польским астрономом Николаем Коперником. Он опровергнул представление того, что Земля – это центр Вселенной и обосновал представление движения планет вокруг Солнца. Такая модель Солнечной системы получила название гелиоцентрической.

В XVII веке Кеплер открыл закон движения планет, а Ньютон сформулировал закон всемирного притяжения. Но только после того, как Галилей в 1609 году изобрел телескоп, стало возможным изучение физических характеристик, входящих в состав Солнечной системы, космических тел. Так Галилей, наблюдая за солнечными пятнами, впервые открыл вращение Солнца вокруг своей оси. Пять планет - Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн - благодаря своему яркому блеску известны людям с незапамятных времен. Николай Коперник к числу планет отнес и нашу Землю. А самые далекие планеты - Уран, Нептун и Плутон - были открыты с помощью телескопов.

Планеты, которые находятся ближе всего к Солнцу (Меркурий, Венера, Земля, Марс) очень сильно отличаются от последующих четырех. Они называются планетами земного типа, так как, подобно Земле, состоят из твердых пород.

Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, называются планетами юпитерианского типа, а также планетами-гигантами, и в отличие от них состоят в основном из водорода.

Перечень больших планет Солнечной системы дополняет необычный объект – Плутон, который в момент своего открытия в 1930 году занимал наиболее удаленное от Солнца положение, соответствующее месту девятой планеты Солнечной системы. Но орбита Плутона обладает значительным эксцентриситетом, в 1969 году он пересек орбиту Нептуна, превратившись в восьмую по удаленности от Солнца планету. В этом статусе Плутон пребывал до 2009 года.

Между орбитами Марса и Юпитера существует большой промежуток, где могла бы разместиться еще одна планета. Это пространство, на самом деле, заполнено множеством небесных тел небольшого размера, которые называют астероидами, или малыми планетами. Церера – это название самого крупного астероида, диаметр которого около 1000 км. К настоящему времени открыто 2500 астероидов, которые в своих размерах значительно меньше Цереры. Орбиты некоторых астероидов выходят далеко за пределы этого пояса, а иногда приближаются довольно-таки близко к Земле.

Эти астероиды нельзя увидеть невооруженным глазом, потому что их размеры слишком малы, и они очень от нас удалены. Но другие обломки – например, кометы – могут быть видимы в ночном небе благодаря своему яркому сиянию.

Кометы – это небесные тела, которые состоят изо льда, твердых частиц и пыли. Большую часть времени комета движется в дальних участках нашей Солнечной системы и невидима для глаза человека, но когда она приближается к Солнцу, то начинает светиться.

Также существуют и такие космические объекты, которые можно наблюдать почти каждый вечер. Они сгорают при попадании в атмосферу Земли, оставляя при этом в небе узкий светящийся след – метеор.

Метеориты — это крупные метеорные тела, которые достигают земной поверхности. Из-за столкновения с Землей огромных метеоритов, в далеком прошлом, образовались огромные кратеры на ее поверхности.

Большие газопылевые туманности, или облака разбросаны среди звезд нашей галактики. В таком же облаке, около 4600 млн. лет назад, родилась и наша Солнечная система. Произошло это рождение в результате коллапса (сжатия) этого облака под действием сил гравитации. Затем это облако начало вращение. А со временем оно превратилось во вращающийся диск, основная масса вещества которого сосредоточилась в центре. Гравитационный коллапс продолжался, центральное уплотнение постоянно уменьшалось и разогревалось. Термоядерная реакция началась при температуре в десятки миллионов градусов, и тогда центральное уплотнение вещества вспыхнуло новой звездой – Солнцем. Планеты сформировались из находящихся в диске пыли и газа. Столкновение частиц пыли, а также их превращение в большие глыбы, происходило во внутренних разогретых областях. Этот процесс называется аккреция – приращение.

Солнечно-земные связи - система прямых или опосредованных физ. связей между процессами на Солнце и Земле. Важнейшие из них – солнечные вспышки, – внезапные плазменные взрывы на Солнце, начинающиеся обычно в его хромосфере и привносящие в Солнечную систему огромную дополнительную энергию. Наиболее мощные события равносильны взрывам миллионов атомных бомб. Они могут вызывать на Земле ухудшение связи, сильные магнитные бури, усиляет полярные сияния. В климатологии и метеорологии получены доказательства статистической связи между частотой засух и 22-летним солнечным циклом, изменением приземного давления и мощностью солнечного ветра, поведением метеопараметров и уровнем геомагнетической возмущённости в целом Эти эффекты географически обусловлены и связаны с распределением аномалий геомагнетического поля, с областями неустойчивости атмосферы.

Статистически установлена циклическая связь между уровнем солнечной и геомагн. активности и ходом ряда процессов в биосфере Земли –динамикой популяций животных, эпидемий, эпизоотии и т. п. (солнечно-биосферные связи). Показано также, что колебания геомагн. поля могут вызывать ответную реакцию центральной нервной, эндокринной, сердечно-сосудистой и кроветворной систем человека, влиять на его общее состояние.