36. Какое понятие является ключевым, в физической картине мира?

Ключевым в физической картине мира служит понятие «материя», на которое выходят важнейшие проблемы физической науки.

Поэтому смена физической картины мира связана со сменой представлений о материи. В истории физики это происходило два раза. Сначала был совершен переход от атомистических, корпускулярных представлений о материи к полевым - континуальным. Затем, в XX веке, континуальные представления были заменены современными квантовыми. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга физических картинах мира.

37)Установите соответствие принципов и выражающих их идей:

I. Принцип близкодействия: взаимодействия передаются с помощью особых материальных посредников и с конечной скоростью

2. Принцип дальнодействия: Согласно концепции дальнодействия, тела действуют друг на друга без материальных посредников, через пустоту, на любом расстоянии. Такое взаимодействие осуществляется с бесконечно большой скоростью

38) Какой учёный ввел в естествознание принцип дшаодейсшп и концепцию абсолютного пространства и времени? (!)

Ньютон

39)Кто из учёных ввел понятие поля в физическую картину мире? (I)

Фарадей

Вопросы 40-42: Постулаты специальной и общей теории относительности

Из постулатов специальной теории относительности и известных преобразований Лоренца (которые выражают правила перехода от одной инерциальной системы отсчета к другой), Эйнштейн сделал выводы-следствия: когда скорость движения тела становится сравнимой со скоростью света, линейные размеры тела физически сокращаются в направлении его движения. Со временем происходят противоположные изменения: течение времени замедляется, ритмика течения времени растягивается (т.е. длительность процессов в движущейся системе по сравнению с покоящейся возрастает).

Следует иметь в виду, что эти релятивистские эффекты связаны с физическими явлениями, наблюдаемыми при скоростях тел, сравнимых со скоростью света в вакууме, которые рассматриваются в СТО. К таким явлениям относятся сокращение продольных длин тел, замедление времени и др.

Таким образом, специальная теория относительности (СТО) обобщает классическую физику и электродинамику Максвелла и выступает как релятивистская физика, в которой дается новая теория таких понятий, как движение, пространство, время. Если в классической физике пространство оторвано от времени, и они рассматриваются как абсолютные, не зависящие от движущихся материальных тел, то специальная теория относительности устанавливает зависимость пространства и времени от скорости движения материальных тел. Кроме того, она устанавливает неразрывную связь пространства и времени, поскольку они изменяются синхронно, и притом в противоположных направлениях. Поэтому рассмотрение физических событий должно относиться к единому четырехмерному пространственно-временному континууму: х, у, z, t. Один из создателей СТО Г. Минковский углубил понимание неразррывности пространства и времени, показав, что в своем единстве они абсолютны, независимы от системы отсчета. Абсолютный интервал Минковского, объединяющий три пространственные и одну временную координаты (единое пространство-время), не зависит от системы отсчета, и в любой из них имеет одно и то же значение.

Таким образом, создание специальной теории относительности в 1905–1908 годах трудами Г.Лоренца, А.Пуанкаре, А.Эйнштейна и Г.Минковского – пример перехода к более общей теории не путем абстрагирования и упрощения, а методом конкретизации и обогащения содержания теории.

Найденное Эйнштейном объединение расширенного принципа относительности Галилея с относительностью одновременности получило название ПРИНЦИПА ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ЭЙНШТЕЙНА. Понятие относительности с тех пор стало одним из основных в современном естествознании.

В специальной теории относительности не учитывается наличие гравитации. В «Основах общей теории относительности» (ОТО) (1916) А. Эйнштейн рассматривал уже не инерциальные системы, а системы, движущиеся с ускорением. Выяснилось, что не только инерциальные, но и любые системы отсчета равноценны, а инерционная и гравитационная массы эквивалентны. Тяготение неразрывно связано с пространством-временем, и правомерно говорить о вещественно-пространственно-временном континууме. Влияние массы вещества на свойства такого континуума удалось обнаружить уже в 1919 году, наблюдая (во время солнечного затмения) искривление луча света в поле тяготения. Другим надежным доказательством ОТО считается объяснение ею прецессии (отклонения) орбиты Меркурия от классической. Рассмотрим подробнее основные идеи ОТО.

В релятивистской физике считается, что чем выше скорость движения тела, тем труднее увеличить ее. Поскольку сопротивление изменению скорости тела называется его массой (инертной), то отсюда следует, что масса тела возрастает с ростом скорости его движения. Это изменение массы можно обнаружить лишь при больших скоростях, например, при движении электрона вокруг ядра атома. Отсюда Эйнштейн сделал два радикальных вывода:

1) о равенстве весовой(тяжелой) и инертной массы;

2) об относительности массы и энергии,

и сформулировал закон релятивистской механики - закон взаимосвязи энергии и массы: при движении тел с около световой скоростью энергия и масса взаимосвязаны по формуле:

Е_ = mc²

где с – скорость света в вакууме; Е_ - энергия покоя тела. Именно энергия покоя, дремлющая в массивных телах, частично освобождается в ядерных реакциях.

Введя в электромагнитную картину мира идею относительности пространства и времени, Эйнштейн тем самым устранил противоречие между пониманием материи как определенного вида поля и ньютоновскими представлениями о пространстве и времени. Введение в электромагнитную картину мира релятивистских представлений о пространстве и времени открыло новые возможности для ее развития.

Именно так появилась общая теория относительности (ОТО), ставшая последней крупной теорией, созданной в рамках электромагнитной картины мира. В этой теории исходным постулатом стал принцип эквивалентности инерциальных и ускоренных систем отсчета: «В поле тяготения (малой пространственной протяженности) все происходит так, как в пространстве без тяготения, если в него вместо «инерциальной» системы отсчета ввести систему, ускоренную относительно ее». Центральным положением ОТО стало утверждение о том, что не существует привилегированных систем координат – это означает, что «Законы физики должны быть применимы к произвольно движущимся системам отсчета». Выведенные из этого центрального положения ОТО следствия, привели Эйнштейна к дальнейшему обобщению представлений о пространстве и времени.

Если ускоренное движение нейтрализует тяготение в какой-либо системе отсчета, то гравитация и кинематика связаны между собой по существу. А поскольку кинематика (то есть теория механического движения, изучающая геометрические свойства движения тел) – это геометрия, к которой добавлена еще одна переменная – время, то Эйнштейн интерпретирует гравитационное поле как геометрию пространства-времени. Из эквивалентности гравитации с геометрией пространства-времени вытекают интересные и важные следствия:

1. Вблизи больших тяготеющих масс изменяются метрические свойства пространства и времени, а именно: линейный размер тела сокращается в радиальном направлении, а течение времени вблизи такой массы замедляется.

2. Если бы в мире вещественные массы были распределены равномерно, то пространство окружающего мира описывалось бы геометрией Евклида. Поскольку же в реальном мире вещественные массы распределены крайне неравномерно, то такой мир не является евклидовым, его геометрические свойства зависят от распределения масс и от скорости их движения. Именно неевклидова геометрия лежит в основе общей теории относительности с ее искривлением пространства-времени).

Общая теория относительности – это по существу – новая теория тяготения, более общая и глубокая, чем ньютоновская. В ней впервые дано объяснение природы тяготения. На основе принципа относительности пространства и времени, и постулата конечности скорости света в ОТО установлено, что метрические свойства определяются распределением и взаимодействием тяготеющих масс, а силы тяготения зависят от свойств пространства. Отсюда вывод о кривизне единого четырехмерного пространственно-временного континуума, зависящей от распределения тяготеющих масс.

Специальная и общая теории относительности первыми ознаменовали переход от классической картины мира к неклассической и преодолели ограниченность механистической трактовки таких базовых понятий как пространство, время, движение, энергия, масса. Но нельзя утверждать, что они отрицают (опровергают) классическую физику. Теория относительности показывает, что нельзя абсолютизировать понятия, принципы и законы классической механики, они верны лишь для определенных условий и включаются в специальную теорию относительности как ее частный случай. В этом смысле говорят, что релятивистская физика находится в отношении соответствия с классической физикой.42

43, корпускулярно-волновой дуализм – наличие у каждого элемента материи свойств волны и частицы. Концепция корпускулярно-волнового дуализма является физической основой квантовой механики. Это означает, что теория движения микрочастиц учитывает наличие у них свойств как частицы, так и волны, что с необходимостью приводит к отказу от таких классических представлений, как траектория частицы

44. идея объединения всех четырех фундаментальных взаимодействий, включая гравитацию

45. вещество, поле и физический вакуум

46. Вселенная – это весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Часть Вселенной, охваченная астрономическими наблюдениями, называется Метагалактикой, или нашей Вселенной.

47. Современная космология как наука о строении и эволюции Вселенной еще очень молодая наука, возникшая в начале ХХ века. . Предмет космологии – весь окружающий нас мегамир, вся «большая Вселенная». Задача космологии состоит в описании наиболее общих свойств, строения и эволюции нашей Вселенной. Поэтому выводы космологии имеют большое мировоззренческое значение и опираются на данные астрономии и астрофизики. Современный же этап ее истории свидетельствует о полном слиянии двух, в прошлом различных, отраслей знания – космологии и физики элементарных частиц в одну науку.

48. 1. модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной. В основе этой модели лежат два предположения:

1. свойства Вселенной одинаковы во всех ее точках (однородность) и направлениях (изотропность);

2. наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна.

Красное смещение – это понижение частот электромагнитного излучения: в видимой части спектра линии смещаются к его красному концу.

Вселенная тогда представляла собой одну гигантскую «ядерную каплю». По каким-то причинам эта «капля» пришла в неустойчивое состояние и взорвалась. Такой процесс называется «Большим взрывом».

Сама Вселенная возникла примерно 20 млрд лет тому назад из некоего плотного и горячего протовещества.

Гипотеза о цикличности состояния Вселенной.

2. Вселенная не расширялась «от точки до точки», а как бы пульсирует между конечными пределами плотности. Это означает, что в прошлом скорость разлета галактик была меньше, чем сейчас, а еще раньше система галактик сжималась, т.е. галактики приближались друг к другу с тем большей скоростью, чем большее расстояние их разделяло. Такая модель имеет название «пульсирующей Вселенной».

теории горячей Вселенной рассматривались ядерные реакции, протекавшие в самом начале расширения Вселенной в очень плотном веществе.

49.Что выражает принцип глобального эволюционизма?

Современный этап в развитии космологии характеризуется интенсивным исследованием проблемы начала космологического расширения, когда плотности материи и энергии частиц были огромными. Руководящими идеями являются новые открытия в физике взаимодействия элементарных частиц при очень больших энергиях. При этом рассматривается глобальная эволюция Вселенной. Сегодня эволюция Вселенной всесторонне обосновывается многочисленными астрофизическими наблюдениями, имеющими под собой прочный теоретический базис всей физики.

50.В чём суть антропного космологического принципа?

Современная космология обнаруживает сопряженность, «взаимозависимость» Вселенной и человека, и фиксирует это обстоятельство в содержании антропного космологического принципа (АКП), согласно которому Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование разумного мыслящего существа – наблюдателя (Б. Картер, Р. Дирак). Хотя существует широкое неприятие антропного принципа как ненаучной идеи, но без сколько-нибудь строгого физического и логического обоснования.

51.С какими идеями связана концепция большого взрыва?

Конечна или бесконечна Вселенная, какая у нее геометрия - эти и многие другие вопросы связаны с эволюцией Вселенной, в частности с наблюдаемым расширением