- •Парадоксы классической космологии и их разрешение. Модели Вселенной.
- •15. Фундаментальная симметрия пространства и времени, ее связь с законами сохранения.
- •Концепции дальнодействия и близкодействия. Понятие материального поля. Классические представления о природе света.
- •Непрерывность и дискретность в описании структуры материи.
- •Историческое развитие концепции пространства и времени в естествознании. Становление специальной теории относительности.
- •Постулаты специальной теории относительности Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Относительность одновременности.
- •Основные следствия из преобразований Лоренца. «Сокращение» длины движущихся объектов. «Замедление» хода движущихся часов.
- •Релятивистская динамика. Связь между массой и энергией.
- •Концепция искривленного 4-мерного пространства-времени в общей теории относительности.
- •Современная наука о пространстве и времени. Описание пространства и времени в ведущих физических теориях.
- •Развитие представлений о природе тепловых явлений. Начала термодинамики. Цикл Карно.
- •Проблема необратимости и ее статистическое решение.
- •Термодинамический и статистический смысл понятия энтропии.
- •Проблема «тепловой смерти» Вселенной: формулировка, развитие и современное решение.
- •Динамические и статистические закономерности в естествознании. Особенности описания состояний в динамических и статистических теориях. Проблема детерминизма.
- •Зарождение и развитие квантовых представлений в естествознании.
- •Квантовая механика как пример статистической теории. Описание состояния и движения микрообъектов. Принцип суперпозиции квантовых состояний.
- •Вопрос 31. Принцип дополнительности и его применение к описанию динамики объектов. Корпускулярно-волновой дуализм.
- •Вопрос 32. Принцип неопределённости Гейзенберга как частное выражение принципа дополнительности
- •Вопрос 33. Основные представления о квантовой теории атомов и зонной теории кристаллов.
- •Вопрос 34. Историческое развитие идей атомизма. Квантовый механизм взаимодействия элементарных частиц. Современные представления о классификации элементарных частиц.
- •Вопрос 35.Фундаментальные взаимодействия в природе. Их характеристики и перспективы объединения.
- •Вопрос 36. Парадоксы классической космологии и их разрешения.
- •Вопрос 37. Современная космология о ранних стадия эволюции Вселенной.
- •Вопрос 38. Элементы спектральной астрономии.
- •Вопрос 39. Эволюция звезд: их рождение, жизнь и смерть.
- •Вопрос 40 Строение Земли и основные характеристики ее оболочек. Термодинамика Земли.
- •Вопрос 41. Образование и основные этапы эволюции Земли.
- •Вопрос 43. Иерархия уровней организации живой материи.
- •Вопрос 46.Особенности эволюционных процессов в природе,их отличие от динамических и статистических закономерностей. Общее описание процесса самоорганизации в неравновесных системах.
- •Вопрос 47. Общие свойства систем, способных к самоорганизации.
- •48. Примеры самоорганизующихся систем в физике.Конвективные ячейки Бенара.Лазеры.
- •49. Открытие диссипативные системы в химии и биологии. Примеры самоорганизации.
- •50. Синергетический подход к анализу экономических явлений и моделированию социальных процессов.Примеры.
- •51. Проблемы прогнозирования в контексте синергетики. Динамический хаос.Фракталы.
-
48. Примеры самоорганизующихся систем в физике.Конвективные ячейки Бенара.Лазеры.
1)Эффект Бенара. Классический пример возникновения структур из полностно-хаотичной фазы.
Оказывается такая структура возникает в горизонтальном тонком слое жидкости с вертикальным градиентом температуры(изменение температуры внутри жидкости-разница t)
Бенар наблюдал ртуть, налитую в сосуд, подогреваемую снизу. Если снизу подогреть неглубокий сосуд с вязкой жидкостью, возникает разность между температурами между верхней и нижней поверхностями жидкостями. ∆ T=T2-T1>0 Пока ∆ T мало в близи равновесия. Жидкость не движется из-за её вязкости и тепло «переноситься»снизу вверх благодаря теплопроводности. Но при некотором критичном пороговом значении ∆ T
∆T≥∆Tкрит.системы становится неустойчивой,Vжидкости приходит в движении. В жидкости возникает конвекция. Перенос тепла увеличивается.
Причины конвекции:
-разная плотность нагретых и холодных слоёв жидкости.
-сила тяжести, которая стремится поменять эти слои местами.
Конвекторное движение происходит строго упорядочным образом.V жидкости разделяется на небольшие одинаковые шестигранные вертикальные призмы, которые и называются ячейками Бенара.
Одна такая призма содержит 10 в степени 21 молекул и такое огромное кол-во молекул движется согласовано(когерентно).
Особенности эффекта Бенара:
-упорядоченная структура образовывается в результате коллективного согласованного поведения многих молекул в жидкости.
-система обменивается теплом в стационарных условиях и получают столько же тепла, сколько и отдаёт.
∆S=Q/T2-Q/T1<0 общая энтропия системы уменьшается.
-сильно неравномерные системы становятся чувствительными к факторам не влияющих на их поведение вблизи равновесия. В образе ячеек Бенара решающую роль играет гравитация.
-пороговый характер процесса ∆ T≥∆ Tкрит. При ∆ T>∆Tкрит. ячейки Бенара обязательно проявляются (в этом проявляется детерминизм),но направление их вращения в данном месте пространства непредсказуемо.
2.Лазерное излучение.
Рабочее тело лазера - это газ, жидкость или твёрдое тело.
Газ(гелий+неон).Составляющие его атомы находятся/стремятся перейти в основное состояние, где их энергия минимальна.
При переходе на уровень с наименьшей энергией атом, испускает квант света с энергией =E2-E1 Ё
Поглощение фотона обратимый процесс.
Пусть атом находится в возбужденном состоянии с Е2 и пусть на такой атом падает фотон с энергией =Е2-Е1,этот фотон не может возбудить атом, но может вызвать обратный процесс, так назв. «высвечивание». В результате возникают два фотона, каждый с энергией , которые вылетают из атома в фазе одновременно и движутся в одном направлении. Эти фотоны усиливают друг друга, такой процесс наз-ся индуцированным или вынужденным излучением, а само излучение наз-ся когерентным (согласованным).
Если в состоянии Е2 находится не один атом, а некоторое количество. Тогда всегда лишь 1 фотон может вызвать высвечивание этих атомов за счёт индуцированного излучения, а каждый индуцированный фотон может стимулировать излучение других атомов. Возникшая теория называется «лавина фотонов». Устройство для получения индуцированного светового излучения наз-ся лазером. Усиление света по средством индуцированного излучения.