Раздел 4 Современная физическая картина мира

Создание новых способов изучения физической реальности: релятивистского и квантового. Математизация физических исследований и отказ от попыток создания наглядных моделей физических явлений микромира (искривленного пространства, частиц, одновременно являющихся волной, Большого взрыва и т.д.). Переход к системному исследованию микромира. Видимость, кажимость и реальность. Преодоление всесилия классической механики и переход к новой фундаментальной теории движения – специальной теории относительности (СТО). Интерпретации характера связи вещества и среды (Т. Юнг).

Утверждение всеобщности принципов относительности. Геометрия плоского четырехмерного пространства-времени Г. Минковского. Конус Г. Минковского. Роль наблюдателя и приборов в познавательном процессе.

Создание неклассической теории гравитации – ОТО. Неинерциальные системы отсчета как реальность. Обобщение принципов относительности движения. Принцип эквивалентности сил инерции и сил тяготения. Проблемы пространства-времени в ОТО. Гравитационные волны. Точки сопряжения физики и геометрии. Физика и современная топология. Топосы.

Уровни организации материи в микромире: кварковый, нуклонный. атомный, молекулярный. Атом как система элементарных частиц. Модели строения атома – У. Томсона, Э. Резерфорда, Н. Бора. Субатомные частицы. Их свойства и характеристики.

Фундаментальные физические взаимодействия: гравитационные, слабые, электромагнитные, сильные. Переносчики этих взаимодействий: гравитоны, вионы, фотоны, глюоны. Теория «Великого объединения» всех форм физического взаимодействия – супергравитация.

Понятие калибровочных полей и спонтанного нарушения симметрии. Законы А. Нетер. Принципы симметрии и законы сохранения. Типы симметрии.

Тяжелые векторные бозоны. Поле Хиггса. Понятие физического вакуума. Физический вакуум. Ложный вакуум, его характеристики. Силы космического отталкивания.

Квантовая физика

Выдвижение П. Прево идеи об испускании энергии каждым объектом природы независимо от среды. Развитие спектроскопии и экспериментальное исследование спектропоглощения.

Создание В. Гейзенбергом и Э. Шредингером квантовой нерелятивистской механики. Основные понятия квантовой механики: квантовое состояние, вектор состояний, оператор и т.д. Характеристики электрона: масса, заряд, спин, время жизни, внутреннее квантовое число. Принцип запрета В. Паули.

Изучение строения атомов, молекул, природы химических связей, физики твердого тела, теории радиоактивного распада и т.д. Обобщение квантово-релятивистских закономерностей П. Дираком.

Открытие элементарных частиц. Постоянная М. Планка и признание атомизма энергии. Создание различных теорий строения атома (Э. Резерфорд, Н. Бор). Гипотеза Л. Бройля о всеобщем характере корпускулярно-волнового дуализма. Постулаты Н. Бора. В. Гейзенберг – соотношение неопределенностей. Уравнение Э. Шредингера – как описание изменений во времени состояний квантовых объектов.

Особенности квантовой механики: абстрактность квантово-механических формализмов, вероятностно-статистический характер описания, замена динамических закономерностей статистическими, кинематических и динамических переменных абстрактными символами некоммутативной алгебры, отсутствие понятий о траектории движения частиц, электронной орбите.

Активная роль приборов в выделении и исследовании природы микрообъектов. Дискуссии А. Эйнштейна, Н. Бора, В. Гейзенберга, М. Борна по поводу методологии доработки квантовой механики и степени ее фундаментальности. Предмет дискуссии – введение принципа дополнительности. Описание поведения прибора на языке классической механики. Методология познания микроявлений: эксперимент, фиксация изменения познавательного отношения субъекта и объекта, понимаемого как принцип дополнительности, описание свойств объекта через принцип неопределенности.

Мир элементарных частиц, их классификация и характеристика их свойств. Частицы как переносчики взаимодействия. Теория кварков.