Вопросы к зачёту по КСЕ 1)Научные методы и критерии научности  2)Предмет и специфика математики и её эффективность для естествознания 3)механицизм и его основные признаки 4)Первый удар по механицизму. Статистическая молекулярно-кинетическая теория (газов) 5)Второй удар по механицизму. Статистическая термодинамика Больцмана 6)Третий удар по механицизму. Классическая электродинамика Максвелла. Понятие физического поля. 7)Специальная теория относительности. Сущность и постулаты 8)Специальная теория относительности. Основной физический смысл 9)Общая теория относительности. Сущность и постулаты 10) Общая теория относительности. Основной физический смысл 11)Предыстория возникновения квантовой механики (Планк, Розерфорд, Бор, Луи де Бройль) 12)Основания квантовой механики. Уравнивание Шредингера. Волновая и матричная версии квантовой механики. 13)Корпускулярно-волновой дуализм 14)Принцип наблюдаемости и наглядность квантово-механических явлений 15)Соотношение неопределённостей Гейзенберга 16)Принцип дополнительности Бора 17)Вероятностно-статистическая природа квантовых объектов 18)Проблема интерпретации квантовой механики (стандартная копенгагенская и альтернативные интерпретации)

1. Концепция современного естествознания Физика Космология Биология Классическая физика и механическая картина мира Физика в лице механики возникает в процессе перехода Европы к новому времени (а именно во 2 половине 17 века) в связи с деятельностью выдающихся умов той эпохи, связанных с философией и с более ранними разработками в области физики и математики. Формальная дата начала механики связана с выходом в свет фундаментального труда Ньютона «Математические начала натуральной философии» в Лондоне в 1689. Первые идеи, связанные с возможностью построения новой науки (физики и механики) связаны с Фрэнсисом Бэконом, который в противовес господствовавшей до этого форме развития науки в лице схоластики, утверждал, что истинная наука, если она стремиться получать истинные знания о мире, должна быть основана на следующих, отсутствовавших ранее, предпосылках:  1. Эксперимент 2. Математической обработке результата Что касается эксперимента, то с него должно начинаться развитие научных теорий и им же должно заканчиваться, поскольку только сопоставление теории с экспериментом может гарантировать истинные результаты.  Важной фигурой в ходе дальнейшего выстраивания предпосылок науки нового времени, был николай Коперник, которому принадлежит создание гелиоцентрической системы мира. Начавшись с мысли о том, что для описания ближнего космоса такая изощренная математика избыточна, Коперник заканчивает математическими вывода, из которых следует, что солнце и землю необходимо поменять местами. Выдающийся итальянский мыслитель Джордано Бруно был не физиком-математиком, а философом, который расширил пределы Коперниканского космоса до всей вселенной в целом, правда, чисто умозрительно. Перед взором современников, благодаря Бруно, возникала картина бесконечного космоса, дополненного многообразием планет и планетных систем, а так же существованием других форм жизни и разума. Тихо Браге, выдающийся датский астроном конца эпохи 16-17 веков, который отличался необычайной остротой зрения и создал наиболее полные на тот момент каталоги звезд, которые очень пригодились как для астрономического уточнения представлений Бруно, так и для дальнейшего развития физики. Его ученик Иоганн Кеплер на основе данных своего учителя строит первую математически оформленную небесную механику, в лице формулировки 3 знаменитых законов Кеплера. Наиболее выдающейся фигурой, связанной уже с непосредственным построением основ механики, был великий итальянский физик Галилео Галилей, которому принадлежит прямое воплощение на практике методологических требований Бэкона. Это означало, что Галилей был как выдающимся экспериментатором, так и ученым, который результаты экспериментов всегда облачал в математическую формулу. Галилео принадлежит в области механики: 1. Построение кинематики (статика изучает равновесие тел в пространстве, а кинематика - процесс перемещения тел в пространстве, причем с точки зрения простого описания (отвечает на вопрос «как происходит движение?»)) 2. Разработка исходных начал динамики, прежде всего, в лице формулировки первого закона динамики. Роль окончательного создателя классической механики выпала на долю Исаака Ньютона, выдающегося философа, физика и естествоиспытателя второй половине 17 века. Ньютону принадлежит последовательная разработка динамики как раздела механики, открытие закона всемирного тяготения, исследование в области оптики и некоторые другие. Конкретно, Ньютон формулирует 2ой (F=ma) и 3ий (F=-F) законы динамики.  Динамика как раздел механики изучает движение тел с точки зрения причин, его вызывающих (не как, а почему происходит движение). В законе всемирного тяготения утверждается, что все тела притягиваются друг к другу прямо пропорционально своим массам и обратно пропорционально квадрату расстояния. В принципе, чтобы понять как механика описывает мир, необходимо уточнить всего 3 составляющих:  1. Элементарные объекты механики 2. Тип взаимодействия между ними 3. Пространство и время

Тема:

Необходимость представления теории

-носитель

-взаимодействие

-место

Носитель

1)Элементарный объект клас. мех. связан с введением понятия матерьяльной точки, которая замещает собой объекты реальности и является абстракцией при формировании которой отвлекаются от всех сво-в предметов не существенных с мех. Точки зрения (в том чесле от размерности объектов) Кроме наличия массы.

В качестве формы взаимодействия, между объектами реального мира, представлеными в теории понятием мат.точки, принимется силовое взяимодействие связаное с механическим воздействием силы на любой объект. (Физическое взаимодейств)

2)Кроме того физизическое взаимодействие означает что 2 реалальных объекта, представляемыми в теории реально точки осуществляют прямой контакт в формате удара. Это и означет что на обеъкт осуществляется Воздействие механической Силы.

Что касается пространство и времени механическое событий, то в класс механики принято так называемая субст концепция пространства и времени возникшая в философии ГОРАЗДО РАНШЬЕ и приспособленная Ньютоном.

Субст концепция пространства и времени предполагает что в реальном мире существуют 3 несводимых субстанции: материя, пространство и время

Концепция преполагает что независимые субст. Образют сложный окр. Мир и будщучи не зависимыми по происхождению тем не менее созидают то многообразие которое человек наблюдает.

С этой целью Ньютон вводит разделение понятий: абсалютного или математического прстр. А так же времени и относительно физ. измер простр.

Что такое абсалютное простр и абсалютное время? Согласно определению а.п и а.в принципиально не измеримы, тогда для чего они нужны?

3)Что ксается простр. То на уровне абсалют. Простр оно может мыслится как чистая протяженность, то есть протяженность сама по себе.

Абсалютное же время может мыслется как чистая длительность, длит. Сама по себе.

Как только мы вносим в пустой мир вещество, появляется возможность измерять пространство. Протяженность и врем. Длительность. Но в классической механики время и пространство. На ряду с возможными измерения существуют сами по себе и в этом отношении мир есть просто комбинации сосуществующих вещества пространство и времени.

В механике как и в любой физ теории для описании процессов и решения задчь исползуются прежде всего простр. И время во втором смысле.

Соотвественно с класс. мех. Точки зрения мир устроен как комбинация 3 субстанций, независимых друг от друга, но существующих одновременно.

Дальнейшее развитие и прнципиальное изменения мировозрения классической механики на протяжении 18-19 века.

В течении 18 века классическая механика стремительно развивается охватывая все новые области реальности, в частности создается механика тела, механикка жидкости, механика газов и т. д.

Эти новации требовали изменений некоторых объектных представлений, но не затрагивали сути механики как таковой. На основе столь успешного развития в течении длит.врем у ученых сформировалось представление о всесилии механики для окон. Познания мира. И эта мировозр. Уст получила названия механицизм.

19.10.11

Лекция№ 3

Проблема механицизма. К началу 19 века на основе существенных успехов Достигнутых в развитии механики к этому периду (от механики . К механики тела, от фэро и гидро мех.) у специалистов постепенно сформировалось имеющее психологическую природу убеждение втом, что механика явл. Универсальной наукой о реальности и на её основе возможно полное познание мира.

Достижение абсолютной истины. Кульминацией этих представлений явился так называемый лапласовский детермизм. Лаплас был убежден в том, что осталось совсем не много времени до того как будут построены окон уравнения полностью описывыающие мир. Тем не мене Лаплас отдавал себе отчет в том что получить н этой основе вполне конкретные решения не удасться не по математическим, а по чисто техническим причинам. Дело в том что для решения уравнений необходимо подставить вы них конкретные начальные граничные условия выраженные соотвествующими коэфицентами. Однако если считать, что вселенная не бесконечна, а просто конечна и очень велика, у нас нет возможностей снять знанчение всех объектов. То есть абсалютное знание не достижимо. Но проблема в том, что мы принципиально способны сформулировать в математической форме структуру мира с механической точки зрения выраженную соотвествующими уравнениями.

Лапласовский детерменизм очень быстро был доказан как ложное, в ходе дальнейшего развития физики.

Первый удар по лаплосовскому детерменизму был нанесен в ходе денамики и малекулярной физики. Первая потребность в рзавитии физики была обусловлене пркатической деятельстью. И была связана с изобретением первых тепловых машин (конец 18 ).

Однако рассчет тепловых машинсвязан с вязан с рассчетом поведения газа в стуктуре тепловой машины.

Как известно газ состоит из малекул работать с которыми на эксперементальном уровне было не возможно.

Для того что бы решать задачу тепловых машин физики пошли на введению статистический усреденных велечин замер и рассчет которых не представляет трудносте.

Указания на то что этим подрываются основы клас.мех поскольку нам ничего не известно о поведении каждого элемента в сестеме как бы опровергались указанием практическое решение задачи с точностью и с указанием на том что в дальнейшем решить задачу полностью можно будет в будующем когда мы сможем экспеременально работать с каждой малекулой.

Второй удар по механицизму был нанесен в 40-60-х годах 19 века в связи с созданием статистической термодинамики Больцмана.

Распостраняя классическую термодинамику на всю всленную, физики пришли к однозначеому выводу о том, что вселенная даже если она конечна в простр. и во врем. уже давно должна находится в состянии тепловой смерти, то есть в состянии с максимальной энтропии, когда все виды энергии постоянно превращаясь друг в друга переходят в энергию тепловую, а последняя равномерено рассевается по пространсву вселенной. По скольку наблюдения явно протеворечат такой картине то это противоречие нужно объяснить. С позиции статестической термодинамики Больцмана: вся вселеная находится в состянии тепловой смерти.

Однако по скольку термодинамика является статистической то это означает что в любом месте такой вселенной в любое время может произойти статистически реализуемый случай (флуктуация) в результате которого в этом месте энтропия скачкообразно уменшится до минимальных значений и эта область мира будет вполне организована и соотвествующий наблюдениям. Однако с течение времени с не произойдет тоже что произошло с большой вселенной и область орг. Материи сольется со всем пространсвом большой вселенной. Но в другое время в другом месте опять возникнут новые флоктуации и так будет всегда на протяжении существования вселенной.

26.10.11

Лекция№4

Еще более решительный удар по основанием мех. и класс.науки вообще нанес 3 крезис во основаниях физического знания связанный с постраением класс.электродинами Максфела.

Периоды

Классическая наука от созданий основ динамики 17 век

до

Неклассическая наука охватывает период времени до создания основ сенергетики 20 век

Постклассическая наука с 20 по 21 век.

В рамках классической аэродинамики удалось построить предельно обобщенную теорию которую единым образом описывала весь спектор электромагнитных явлений. Из теориии вытекали все известные до этого закономерности в обласи электрических и электромагнитных явлений. Однако, ценой за постранение такой универсальной теории оказались некоторые каптиальные противоречия, причем принципиально не устранимые к числу которых прежде всего относился факт неинвариатности уравнений максфела, относительно преобразований галерея.

Природа= законы природы + краевые условия (начальные, граничные и т.д.)

Возникала следующая делема, либо верна механика, и тогда электродинамика максвела ошибочна, либо, верна электродинамика и тогда ошибочна классическая механика.

Второе практически исключалось, поскольку механика непрерывно подтверждалсь. Большие сомнения касались классической электродинамики, но после тчательных проверок, выяснилась не обоснованность и этой позиции.

Важнейшим эксперементальной электродинамики явилось открытие Герцином реальным процессом перемещением волн.

В этой ситауции в ходе дальнейших попыток устранения противоречия и обоснование самой электродинамики выяснилось, что, во-первых, октрыта принципиально новая форма материи, а имеенно электромагнитное поле, а во-вторыъ электродинамика Максфела имеет дело с принципиально иным, чем тот который зафиксирован класс.мех типом простиранства и времени.

Физическое поле в отличии от вещества представляет собой как бы размазанную в пространстве напряженное состоянии среды не сводимой к вещественным проявлениям. Твердое вещество, элементарно воспринемается нами.

Хотя в принципе убедится в том что поле присутвет можно убедится элементарными путями. Кретерием различения вещества и поля ялвяется масса покоя элементарного чилса переносчика.

Масса покоя элементарных носителей вещества (протон-нейтрон-эектрпоны)всегда отличная от нуля. А масса покоя элементарных носителей поля.

-фатоны

-гравитоны

-промежутончые векторные базоны

По скольку классическая механика констуровалась длямира малых скоростей то представвление о простр и времени были соответсующими субстанцальная концепция прстранства и времени.

Распостранение полей характерезуется весьма высокими скоростями, а точнее велеченой адекватной скорорости света в вкакуме. То пространтсво и время в таком мире оказываются совершенно другими.

То есть два условия

1. Эксперементальное обнавружение предельной скорости распеределений взаимодейсвий, что потребавало перехода от принципа дальнодойсвия (бесконечная форма взаитмодействий) принципом близко действия указывающим на наличие в мире предельных скоростей

2. Это условие вытекает из особненностей первоого и свзяано с тем, что пространство в мире запредельных скоростей оказывается совсем другим чем в мире скоростей малых, которых и анализирует классическая механика.

Ещё более решительный удар по основаниям механицизма и классической науки вообще нанёс 3-й кризис в основаниях физического знания, связанный с построением классической электродинамики Максвелла.

(3 этапа истории науки но. Времени. Классическая наука – 2я половина 17 века до построения основ квантовой механики 20гг 20века.

Неклассическая наука. Квант. Механика – создание основ синергетики.

Пост/неонеклассическая наука. От появл. Синергетики – сер. 70хгг – до настоящего времени.)

В рамках классической электродинамики Максвеллу удалось построить предельно обобщённую теорию, которая единым образом описывала весь спектр электромагнитных явлений. Из теории однозначно вытекали все известные до этого закономерности в области электрических и магнитных явлений. Однако, ценой за построение такой универсальной теории оказались некоторые капитальные противоречия, при чём принципиально неустранимые, к числу которых, прежде всего, относился факт неинвариантности уравнений Максвелла относительно преобразований Галилея (посмотреть в вики). Возникала следующая дилемма: либо верна механика, и тогда электродинамика Максвелла ошибочна, либо верна электродинамика и тогда ошибочна классическая механика. Второе практически исключалось, поскольку механика непрерывно подтверждалась. Большие сомнения касались классической электродинамики, но после тщательных проверок выяснилась необоснованность и этой позиции. Важнейшим экспериментальным подтверждением электродинамики явилось открытие Генрихом Герцем реального процесса перемещения в пространстве электромагнитных волн. В этой ситуации в ходе дальнейших попыток устранения противоречий и обоснования самой электродинамики выяснилось, что, во-первых, открыта принципиально новая форма материи, а именно физическое (электромагнитное) поле, а во-вторых – электродинамика Максвелла имеет дело с принципиально иным, чем тот, которых зафиксирован в классической механике, типом пространства и времени. Физическое поле, в отличие от вещества, представляет собой как бы размазанное в пространстве напряжённое состояние среды, не сводимой к прямым вещественным проявлениям. Критерием различения вещества и поля является масса покоя элементарного носителя-переносчика, т.е. квантовые частицы вещества. Масса покоя элементарных носителей вещества (протоны, нейтроны, электроны) всегда отлична от нуля, а масса покоя элементарных носителей поля всегда тождественно равна нулю (фотоны, гравитоны, промежуточные векторные бозоны).

Поскольку классическая механика конструировалась для мира малых скоростей, то представления о пространстве и времени были соответствующими (субстанциальная концепция пространства и времени). Распространение полей характеризуется весьма высокими скоростями, а точнее, величиной, адекватной скорости света в вакууме, то пространство и время в таком мире оказываются совершенно другими. Но есть два условия. Первое условие связано с экспериментальным обнаружением предельной скорости распространения взаимодействий, что потребовало перехода от принципа дальнодействия, лежащего в основе классической физики (бесконечная скорость распространения взаимодействий) принципом близкодействия, указывающим на наличие в мире предельных скоростей. Второе условие вытекает из особенностей первого и связано с тем, что пространство и время в мире сверхвысоких, но предельных скоростей оказывается совсем другим, чем в мире скоростей малых, которые рассматривает классическая механика.

Лекция 02.11.2011