Симметрии в природе. Законы сохранения.

1) Из свойства симметрии пространства - однородность пространства вытекает закон сохранения импульса. Это следует из свойства пространства как однородность.

2) Из свойства симметрии однородность времени вытекает закон сохранения механической энергии.

3) Из изотопности пространства вытекает закон сохранения момента импульса.

Микромир. Концепции современной физики. Фундаментальные открытия в области физики на рубеже 19-20 столетия.

1895 года Джозеф Джон Томпсон открывает электрон, входящий в состав всех атомов. Элементарная частица электрон имеет условный заряд = -1. Масса электрона порядка 10 в минус 30 степени килограмма.

1896 год Антуан Анри Беккере открывает естественную радиоактивность Урана. А годом позже С. Монре-кьюри атом радиоактивного элемента превращается в атом другого элемента в результате радиоактивного излучения.

Вывод: В конце 19 столетия физикам стало ясно, что атом – частица делимая. Атом имеет сложную. структуру.

2) Развитие представлений о квантах. Рубеж эпох 19-20 столетия немецкий физик Макс Планк 14 декабря 1900 году – электрон поглощается и излучается не непрерывно, а отдельными порциями – квантами. Энергия каждого кванта равняется «Аш умноженное на Нью». Нью – это частота излучения. Величина обратно пропорциональная длине волны. Аш – это третья фундаментальная константа (Постоянная Планка).6,1* 10 в минус 34 степени Джоуль* на секунду.

1905 год – А. Эйнштейн выдвигает 2 основных постулата, которые положены в основу квантовой теории света. А именно: 1) Свет – это постоянно распространяющееся в пространстве волновое явление (волновая природа света экспериментально подтверждается явлениями дифракции и интерференциями). 2) Свет – имеет прерывистую структуру (корпускулярную), представляет собой поток фотонов, позиционирующиеся как «зёрна света». Корпускулярная структура света подтверждается явлением фотоэлектрического эффекта. Фотоэффект – это физическое явление в выбивании электрона из вещества под действием электромагнитных волн.

3) Корпускулярно-волновой дуализм. 1924 год – начало 20 столетия, Французский физик Луи Деброй выдвигает смелейшую гипотезу, суть которой: волновые свойства, наряду с корпускулярными, присущи всем видам материи (электрон, протон, атом, молекула и даже макроскопические тела). Его посчитали сумасшедшим, но в 1927 году было получено эмпирическое подтверждение гипотезы Деброя. Лестер Девисон открывает явление дифракции электрона. Электроны – материальные частицы.

Годом позже, 1928 году были обнаружены – дифракции нейтронов, протонов. Сегодня говорим, что все макроскопические тела обладают биополями.

4) Соотношение неопределенностей и границы применимости классической механики. Связан с открытия Вернера Вейзенберга 1827 год. Делает следующее открытие: Для объектов микромира никогда нельзя одновременно определить значение координаты и импульса микрочастицы. Неопределенность координаты больше либо равно постоянной Планка.

Принцип дополнительности Нильса Бора. В истории естествознания вошел из-за открытия в 1924 году, что для полного описания квантово-механических явлений необходимо применять 2 взаимоисключающих классических понятий: 1) Понятия волны. 2) Понятия частицы.

Данный принцип имеет общее методологическое значение. Для того, чтобы иметь описать любой объект материального мира (иметь целостную картину), 2 взаимоисключающих классических понятия. Например, человек: Что такое человек? Человек часть социума и человек представитель животного мира.

5) Эволюции представлений о строении атома. Как только стало понятно, что атом – частица делимая. То первая модель была предложена Д. Томпсоном. Границы атома хаотично разбросаны. Данная модель просуществовала недолго.

1911 год – Э. Резерфорд предлагает планетарную модель строения атома. Положительно заряженный атом в раках данной модели находится в центре атома, а вокруг него как планеты вокруг Солнца движутся отрицательно заряженные электроны. Но данная модель не состоятельна с точки зрения классической электродинамики так как: 1) С точки зрения классической электродинамики, разноименно заряженные притягиваются и если представить себе позицию Резерфорда, то отрицательные электроны должны притягиваться друг к другу и время существования такого атома 10 в минус 8 степени секунды. То есть атом должен быть нестабильным, а физики знают, что атом стабилен. 2) К началу 20 века физики имели спектр атомов, который имеет линейчатую структуру. А если предположить, что модель как у Резерфорда – электрон должен излучать постоянно. Из теории Резерфорда следует, что спектр должен иметь сплошной характер, а реально имеет полосатую структуру. Отсюда следует, что теория Резерфорда неверно отражает действительность и, безусловно, на смену ей приходит другая:

1913 году были сформулированы основные положения квантовой модели строения атома: Базируется на 2 постулатах: 1) В атоме существуют стационарные орбиты, двигаясь по которым, электрон не излучает и не поглощает энергии. 2) При переходе электрона из одного стационарного состояния в другое, атом поглощает, излучает (поглощает) квант энергии. Энергия кванта равняется «Аш умноженная на Нью».

Классификация элементарных частиц:

На сегодняшний день физикам известно более 360 элементарных частиц.

Элементарные частицы классифицируют по:

1) Массе: 1) легкие (лептоны). Масса лептонов приблизительно равна массе электрона. К лептону относится электрон, нейтрино, мюон. 2) Средние элементарные частицы (Мезоны). Масса Мезонов лежит в диапазоне от 1 до 1000 масс покоя электрона. Относят все частицы – переносчики взаимодействия. 3) Тяжелые элементарные частицы (Барионы). Масса барионов значительно больше 1000 масс покоя электрона. Например, адроны.

2) Время жизни. Выделяют: 1) Стабильные. Короткоживущие. К стабильным относятся: фотон, электрон, нейтрино. 2) Нестабильные. Долгоживущие. Относят все другие, время их жизни оценивающее в 10 минус 10 и 10 в минус 24 степени секунды.

3) Заряд элементарной частицы. Делятся на 3 большие группы: 1) Положительно заряженные. 2) Отрицательно заряженные. 3) Нейтральные. Пример, фотон. Любая частица мироздания имеет свою античастицу. Особую группы образуют элементарные частицы, имеющие дробный электрический заряд – кварки. Входят в состав ядра атома. То есть составляющие протона и нейтрона. Ароматы кварков, с точки зрения современной физики выделяют 6 ароматов кварков: 1) Странный. 2) Очарованный. 3) Даун. 4) Ап. Каждый аромат кварка имеет по 3 цвета: 1) Синий. 2) Зеленый. 3) Красный.

4) Спин элементарной частицы. Описывает вращение элементарной частицы вокруг собственной оси. По спину все элементарные частицы делятся на 2 большие группы: 1) С целочисленным спином. 2) Дробным спином. Материя состоит и вещества и поля сил. Частицы, состоящие из фермионов называются дробными. Частицы поля имеют целочисленное. Частицы поля (фотон, глюон). Спин равен единице.

Фундаментальное взаимодействия и силы в природе.

С точки зрения современного естествознания выделяют 4 фундаментального взаимодействия, а именно:

1) Сильное взаимодействие. Силы взаимодействия характеризуются определенной силовой константой. Самый сильный тип взаимодействия – «сильное». Сильное взаимодействие обеспечивает (удерживает) протоны и нейтроны внутри ядра атома. Короткодействующее взаимодействие (радиус действия такого взаимодействия распространяется порядка на 10 в минус 15 степени метра). Переносчик сильного взаимодействия есть глюоны.

2) Слабое взаимодействие. Константа – 10 в минус 5 степени. Слабое взаимодействие отвечает за взаимодействиями не только внутри атома, но и атома в целом. Одним из проявлений слабого взаимодействия является бета-распад. Примером является бозон.

3) Электромагнитное. Константа равняется 1, деленная на 137. Переносчиком такого взаимодействия является фотон. Наиболее ярко начинает проявляться на молекулярном уровне.

4) Гравитационные взаимодействия. Сила = 10 в минус 28 степени. Элементарная частица под названием гравитон. Гравитационное взаимодействие универсальность и не универсальность взаимодействия.

Универсальным называется тип взаимодействия, которые реализуются на всех уровнях организации материи. К ним относится электромагнитное и гравитационное взаимодействие.

Сильное и слабое взаимодействие не являются универсальными.

Самым сильным типом взаимодействия является сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное.

Гравитон и кварк – переносчик взаимодействия является виртуальной элементарной частицей.

Основные понятия и принципы квантово-полевой картины мира.

1) Это детище открытий в области квантовой механики, СТО и ОТО Эйнштейна.

Что изменилось? 1) Изменилось представление о материи. А именно, материя двуедино. Обладает корпускулярными и волновыми свойствами. В рамках механистической картины мира физики считали, что устройство мира можно понять, не вмешиваясь в него. В рамках КПКМ знания об объекте зависят от свойств познающего субъекта, а именно речь идет об объектах микромира. Начинает действовать принцип неопределенности Вернера. 2) Взаимодействие в рамках КПКМ описывается в рамках 4 фундаментальных взаимодействиях. В МКМ описывается в рамках дальнодействия. А в КПКМ описывается в рамках близкодействия. 3) В рамках КПКМ материя, пространство, время тесно связаны между собой. На это указывает общая теория относительности. А на взаимодействие пространства и времени указывает СТО.