Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные теории естествознания в вопросах и ответах. Учебное пособие.pdf
21
2) электромагнитная научная картина мира – …
2)
полевой механизм передачи взаимодействий
1)
дальнодействие
3)
частицы-переносчики взаимодействий
движущее тело и движимое тело
3) современная научная картина мира – …
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
В единственной картине мира Аристотеля стороны взаимодействия считались неравноправными: выделялась активная сторона (движущее) и пассивная сторона (движимое). В механиче-
ской картине мира была принята концепция дальнодействия –
мгновенной передачи взаимодействия на какое угодно расстояние без какого-либо посредника. В электромагнитной картине
мира появилось представление о том, что взаимодействие передается материальным посредником – тем или иным полем (полевой механизм передачи взаимодействий). В современной науч-
ной картине мира этот посредник рассматривается не только как
непрерывное поле, но и как виртуальные частицы-переносчики,
которыми обмениваются взаимодействующие объекты [2].
Вопрос
Какое соответствие существует между фундаментальным
взаимодействием и его свойством:
1) гравитационное – …
2) сильное – …
3) слабое – …
22
Укажите в таблице варианты ответов:
3)
единственное фундаментальное взаимодействие, частицы-переносчики которого имеют массу
обладает зарядами двух разных сортов
1)
наиболее дальнодействующее из всех фундаментальных
взаимодействий
2)
обладает зарядами трех разных сортов
Объяснение
Заряд есть мера способности тел участвовать во взаимодействии. В гравитационном взаимодействии участвуют все тела,
обладающие массой, так что масса тела – это и есть его гравитационный заряд. Поскольку не обнаружено тел с отрицательными
массами, то гравитационные заряды бывают только одного знака.
Заряды электрические бывают двух сортов – положительные
и отрицательные. А вот для сильного взаимодействия заряды
могут быть трех разных сортов, которые называют «цветами»
(условно красный, зеленый, синий). Это название отражает тот
факт, что взаимно нейтрализовать друг друга (стать бесцветными) заряды сильного взаимодействия могут, только сложившись
в комбинации «красный + зеленый + синий», или «красный + антикрасный», «синий + антисиний» и т.д.
Электромагнитное взаимодействие переносится фотонами.
Гравитационное – гравитонами (пока не открыты). Сильное –
глюонами. Общим для этих частиц является нулевая масса. Зато
частицы, переносящие слабое взаимодействие (промежуточные
векторные бозоны), массивны, во много раз тяжелее атома водорода.
Радиус действия фундаментального взаимодействия обратно
пропорционален массе частиц-переносчиков. Поэтому теоретиче-
23
ский радиус гравитационного, электромагнитного и сильного
взаимодействий бесконечен. Однако по-настоящему дальнодействующими оказываются только гравитационные силы. Это
связано с тем, что заряды как электромагнитного, так и сильного
взаимодействия могут взаимно компенсироваться. Например,
атомы, состоящие из электрически заряженных ядер и электронов, нейтральны. Сумма положительных и отрицательных зарядов в любом теле с высокой точностью равна нулю. Заряды сильного взаимодействия компенсируют друг друга еще эффективнее,
в результате чего любой объект, размеры которого превышают
размеры атомного ядра (10
–15
м), нейтрален по отношению
к сильному взаимодействию. И лишь гравитационные заряды (то
есть массы) не могут взаимно компенсироваться, поскольку все
имеют один и тот же знак [3].
24
2. ПРОСТРАНСТВО, ВРЕМЯ, СИММЕТРИЯ
1)
инвариантность относительно того или иного преобразования
равенство, одинаковость свойств объекта во всех возможных направлениях
2)
правильное, соразмерное, взаимно согласованное расположение частей
3)
равенство, одинаковость свойств объекта во всех его
точках
2.1. Принципы симметрии, законы сохранения
Вопрос
Какое соответствие существует между понятием и его определением:
1) симметрия вообще (в естественных науках и математике)
– …
2) симметрия в обыденном понимании – …
3) однородность – …
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
В обыденной жизни симметрия обычно понимается по
С.И. Ожегову: «соразмерность, одинаковость в расположении
частей чего-нибудь по противоположным сторонам от точки,
прямой или плоскости». В естествознании принято более широкое понимание симметрии – как инвариантности относительно
тех или иных преобразований. При этом преобразования могут
рассматриваться самые разные. Например, если мы в качестве
преобразований рассматриваем перемещения между точками
пространства (параллельные переносы), то инвариантность относительно них называется однородностью. Инвариантность отно-
25
сительно поворотов во всевозможных направлениях принято на-
2)
промежуточная степень симметричности
1)
самая высокая, практически сферическая симметричность
3)
низкая симметричность
полное отсутствие симметричности
зывать изотропностью [3].
Вопрос
Какое соответствие имеется между живым организмом
и симметричностью его строения и функционирования:
1) простейшее одноклеточное – …
2) морская звезда – …
3) зебра – …
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
Согласно общему правилу, по мере эволюционного развития
симметрия развивающейся системы понижается. Поэтому чем
выше стоит организм на эволюционной лестнице, тем менее он
симметричен с точки зрения как строения, так и функционирования. Однако даже у высших животных сохраняются определенные элементы симметрии, например билатеральная (двусторонняя) симметрия строения тела.
2.2. Эволюция представлений о пространстве и времени
Вопрос
Какое соответствие существует между утверждениями
о свойствах пространства и времени и научными (натурфилософскими) картинами мира или научными теориями, для которых
они характерны:
26
1) пространство (вакуум) нельзя рассматривать как абсо-
2)
картина мира Аристотеля
1)
современная научная картина мира
3)
теория относительности
механическая научная картина мира
лютную пустоту, это одна из форм материи – …
2) понятие места в пространстве можно определить, только
указав между какими материальными телами находится
это место – …
3) с точки зрения авиадиспетчера, все часы в пролетающем
мимо самолете отстают, и тем сильнее, чем быстрее летит
самолет – …
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
Представление о том, что вакуум – это не просто пустое пространство, но одна из форм материи, обладающая сложной структурой, динамикой и энергией, характерно для современной на-
учной картины мира. Идею о том, что положение в пространстве, а следовательно, и само пространство можно определить
только относительно материальных тел, высказал Аристотель.
Зависимость темпа течения времени от присутствия и движения
материальных тел устанавливается в теории относительности
(специальной и общей) Эйнштейна [3].
Вопрос
Какое соответствие существует между научными (натурфилософскими) картинами мира и свойствами, которые приписываются в них времени:
1) натурфилософская картина мира Аристотеля – …
2) механическая научная картина мира – …
3) современная научная картина мира – …
27
1)
время служит лишь мерой движения, изменения тел
и собственным существованием не обладает
3)
время течет по-разному в зависимости от присутствия
и движения материальных тел, их массы и энергии
время устроено циклически, так что мир в целом постоянно возвращается к одному и тому же состоянию
2)
по самой своей сущности время абсолютно, без всякого
отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
Аристотель описывал время как понятие, производное от
понятия материи. Он писал, что понятие времени возникает лишь
тогда, когда имеется ряд событий, упорядоченных в определенной последовательности, а событие – это в общем случае какоенибудь изменение некоторого материального тела.
Механическая научная картина мира опиралась на нью-
тоновские представления об Абсолютном времени, бесконечном,
однородном, никак не связанном с материальными телами.
Современная научная картина мира в части представлений о пространстве и времени опирается на теории относительности – специальную и общую. В специальной теории относительности показывается, что время объекта течет в темпе, зависящем от скорости его движения относительно наблюдателя.
В общей теории относительности устанавливается, что темп течения времени зависит не только от движения, но и от одного
лишь присутствия материальных тел: вблизи массивных тел время течет медленнее. У такого объекта, как черная дыра, обладающего чрезвычайно сильным гравитационным полем, течение
времени может вообще остановиться (с точки зрения отдаленного
наблюдателя).
28
2.3. Специальная теория относительности
время такая же полноправная координата, как и три
пространственные
1)
время неравноправно с пространственными координатами и выступает как дополнительный параметр
2)
масса эквивалентна энергии
масса может превратиться в энергию и наоборот
Вопрос
Какое соответствие существует между парами понятий и отношениями в этих парах:
1) пространство и время – …
2) масса и энергия – …
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
В рамках специальной теории относительности пространство и время едины в том смысле, что при смене систем отсчета
пространственные и временные промежутки изменяются строго
согласованным образом. Однако говорить об эквивалентности
пространства и времени нельзя, поскольку между ними имеются
принципиальные различия: пространство трехмерно, время одномерно; пространство изотропно, время анизотропно. Отношение эквивалентности связывает массу и энергию: согласно знаменитой формуле А. Эйнштейна, если тело обладает массой m, то
в силу одного этого факта, без каких-либо дополнительных условий, оно обладает энергией E = mc2, где с – скорость света в вакууме. Закон взаимосвязи массы и энергии утверждает, что любое изменением массы тела сопровождается изменением его полной энергии, однако при этом речь не идет о превращении массы
в энергию и наоборот [3].
29
Вопрос
1)
все инерциальные системы отсчета равноценны, среди
них нет выделенной или предпочтительной
2)
скорость света в вакууме постоянна и не зависит от
движения источника и приемника света
ускоренное движение физически эквивалентно покою
в гравитационном поле
Какое соответствие существует между постулатами специальной теории относительности Эйнштейна и их формулировками:
1) первый постулат – …
2) второй постулат – …
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
Первый постулат А. Эйнштейна – это принцип относительности, устанавливающий, что ход любого природного явления не
зависит от того, в какой из инерциальных систем отсчета мы его
рассматриваем. Другими словами, все инерциальные системы отсчета равноправны, ни одна из них не хуже и не лучше любой
другой. Второй постулат А. Эйнштейна – принцип инвариантности скорости света. Он утверждает, что скорость света в вакууме
(300 000 км/с) одинакова во всех инерциальных системах отсчета
и не зависит от движения источника или приемника света. Скорость света абсолютна, всегда одна и та же, и говоря о ней не надо указывать систему отсчета [1].
Вопрос
Какое соответствие существует между промежутком времени и его свойством, согласно теории относительности:
1) промежуток времени между причинно-несвязанными со-
бытиями…
2) промежуток времени между причинно-связанными собы-
тиями…
30
Укажите в таблице варианты ответов:
2)
при смене системы отсчета может менять величину, но
не знак
при смене систем отсчета остается неизменным
1)
при смене системы отсчета может менять как величину,
так и знак
2)
движение с любыми скоростями, меньшими скорости
света, в любых гравитационных полях
движение с любыми скоростями, меньшими скорости
света, в слабых гравитационных полях
1)
движение с небольшими скоростями в слабых гравитационных полях
Объяснение
В специальной теории относительности показывается, что
промежутки времени между двумя событиями относительны, то
есть зависят от выбора системы отсчета, и могут менять свою величину как для причинно-связанных, так и причинно-несвязанных событий. В то же время порядок, в котором происходят
события, связанные между собой как причина и следствие, от выбора системы отсчета не зависят, то есть являются инвариантами,
поэтому знак не меняется [1].
2.4. Общая теория относительности
Вопрос
Какое соответствие существует между научными теориями
и областями применимости этих теорий:
1) классическая механика – …
2) общая теория относительности – …
Укажите в таблице варианты ответов: