46) Элементарные частицы. Их характеристика.

• Абсолютно нейтральная частица - элементарная частица или связанная система элементарных частиц, у которой все характеристики, отличающие частицу от античастицы, равны нулю. Абсолютно нейтральная частица тождественна своей античастице.

• Адроны - элементарные частицы, участвующие в сильных взаимодействиях.

• Барионы - тяжелые элементарные частицы. Барионы подразделяются:

- на нуклоны и их античастицы;

- на гипероны и их античастицы

• Кси-минус-частица - элементарная частица:

- с массой покоя, равной 2586 массам электрона;

- с периодом полураспада около 0.000'000'000'1 сек.

• Лептоны - элементарные частицы, не участвующие в сильных взаимодействиях: электроны, мюоны, нейтрино.

• Нейтрон - входящая в состав ядерных ядер электрически нейтральная элементарная частица:

- с массой покоя, равной 1838 массам электрона;

- распадающаяся в свободном состоянии на протон, электрон и антинейтрино;

- с периодом полураспада 750 сек.;

- имеющая античастицу (антинейтрон).

• Пи-мезон - элементарная частица:

- с массой покоя, равной 273 массам электрона;

- с периодом полураспада 0.000'000'015 сек.;

- образующаяся при столкновении нуклонов;

- имеющая античастицу пи-минус-мезон.

• Позитрон - античастица электрона; элементарная частица:

- с массой, равной массе электрона;

- с положительным элементарным электрическим зарядом;

- со спином, равным 1/2.

При встрече электрона с позитроном оба они превращаются в два гамма-фотона.

• Протон - входящая в состав ядерных ядер устойчивая элементарная частица:

- с положительным электрическим зарядом;

- со спином 1/2;

- с массой покоя, равной 1836 массам электрона;

- имеющая античастицу (антипротон).

• Сигма-минус-частица - элементарная частица:

- с массой покоя, равной 2342 массам электрона;

- с периодом полураспада около 0.000'000'000'2 сек.

• Сигма-плюс-частица - элементарная частица:

- с массой покоя, равной 2327 массам электрона;

- с периодом полураспада около 0.000'000'000'1 сек.

• фотон — частица, переносящая электромагнитное взаимодействие;

• гравитон — частица, переносящая гравитационное взаимодействие. Существование гравитонов, хотя пока не доказано экспериментально в связи со слабостью гравитационного взаимодействия, считается вполне вероятным.

• Электро́н — стабильная, отрицательно заряженная элементарная частица, одна из основных структурных единиц вещества.

47) Волновые свойства микрочастиц

1)Гипотеза де Бройля

2)Дифракция электронов

3)Копускулярно-волновой дуализм частиц

Важным доказательством существования волновых свойств у частиц вещества является наличие явлений дифракции и интерференции для потока таких частиц. Первые экспериментальные исследования были выполнены американскими учёными К. Девиссоном и Л. Джермером в 1927 году. Они исследовали дифракцию электронов на монокристалле никеля, кристаллическая структура которого была известна из опытов по дифракции рентгеновского излучения.

48) Корпускуля́рно-волново́й дуали́зм микрочастиц — принцип, согласно которому любой объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные свойства. Был введён при разработке квантовой механики для интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, с точки зрения классических концепций. Дальнейшим развитием принципа корпускулярно-волнового дуализма стала концепция квантованных полей в квантовой теории поля.

Как классический пример, свет можно трактовать как поток корпускул (фотонов), которые во многих физических эффектах проявляют свойства электромагнитных волн. Свет демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной световой волны. Например, даже одиночные фотоны, проходящие через двойную щель, создают на экране интерференционную картину, определяемую уравнениями Максвелла.

49) В науке выделяются три уровня строения материи:

. Макромир. Микромир. Мегамир

 макромир – мир макрообъектов

Микромир – это мир на уровне элементарных частиц.

Весь наш привычный мир построен всего из трех элементарных частиц, которые были открыты первыми – это электрон, протон и нейтрон. К элементарным частицам относят также фотон – частицу электромагнитного поля. Так как все вещество построено из протонов, нейтронов и электронов, а электромагнитное поле – из фотонов, можно утверждать, что основное население микромира состоит из этих четырех частиц. Способность к взаимным превращениям – это наиболее важное свойство всех элементарных частиц. Элементарные частицы способны рождаться и уничтожаться (испускаться и поглощаться). 

50) Все ранее установленные законы природы оказались классическими. Были выявлены квантовые законы природы, и установлена их связь с классическими.

51) физическое поле − это материальная среда, находящаяся в неравновесном состоянии под воздействием полеобразующего заряда.

52) В классическом представлении в естествознании различают два вида материи:вещество и поле. В современном представлении к ним следует добавить третий вид материи - физический вакуум. Некоторые ученые в духе концепции корпускулярно-волнового дуализма объединяют вещество и поле в единую материю, которая действует на наши органы чувств и проявляется в одних условиях как вещество (физические тела, молекулы, атомы, частицы), а в других - как поле (свет, радиация, гравитация, радиоволны

53) Время моделируется посредством моментов, последовательно сменяющих друг друга и никогда не приходящих вновь.. В результате получаем представление времени в виде одномерного линейного континуума, который описывается множеством действительных чисел.

В классической механике Ньютона пространство вводится посредством евклидовой трехмерной геометрии. В силу этого оно непрерывно, упорядочено, трехмерно, бесконечно, безгранично - это трехмерный континуум точек.

54) Пространство обладает свойством однородности и изотропно сти, а время —однородности. Однородность пространства за ключается в равноправии всех его точек, а изотропность — в равноправии всех направлений. Во времени все точки равно правны, не существует преимущественной точки отсчета, лю­бую можно принимать за начальную.

Указанные свойства пространства и времени связаны с главными законами физики — законами сохранения. Если свойства системы не меняются от преобразования переменных, то ей соответствует определенный закон сохранения.

55) Пространственно-временной континуум - это математическая модель, абстракция, с помощью которой люди пытаются описать реальность. Слово "континуум" указывает на то, что реальность в этой модели обладает свойством непрерывности. Пространство и время - еще два свойства реальности. В конкретной модели пространственно-временного континуума все эти свойства объединены особым образом.

56) Современной теорией метрических свойств пространства и времени является  теория относительности.

Относительности теория, физическая теория, рассматривающая пространственно-временные свойства физических процессов. Закономерности, устанавливаемые О. т., являются общими для всех физических процессов, поэтому часто о них говорят просто как о свойствах пространства-времени. Как было установлено А. Эйнштейном, эти свойства зависят от гравитационных полей (полей тяготения), действующих в данной области пространства-времени

57. Под релятивистским замедлением времени обычно подразумевают кинематический эффект специальной теории относительности, заключающийся в том, что в движущемся теле все физические процессы проходят медленнее, чем следовало бы для неподвижного тела по отсчётам времени неподвижной (лабораторной) системы отсчёта.

Релятивистское замедление времени проявляется, например, при наблюдении короткоживущих элементарных частиц, образующихся в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей и успевающих благодаря ему достичь поверхности Земли.

Данный эффект, наряду с гравитационным замедлением времени учитывается в системе GPS - ход времени часов спутников скорректирован на разницу с поверхностью Земли, составляющую 38 микросекунд в день

58. Парадокс близнецов - мысленный эксперимент, при помощи которого пытаются «доказать» противоречивость специальной теории относительности. Согласно СТО, с точки зрения «неподвижных» наблюдателей все процессы у двигающихся объектов замедляются. С другой стороны, принцип относительности декларирует равноправие инерциальных систем отсчёта. На основании этого строится рассуждение, приводящее к кажущемуся противоречию. Для наглядности рассматривается история двух братьев-близнецов. Один из них (далее путешественник) отправляется в космический полёт, второй (далее домосед) - остаётся на Земле. Чаще всего «парадокс» формулируется следующим образом:

Формулировка I. С точки зрения домоседа часы движущегося путешественника имеют замедленный ход времени, поэтому при возвращении они должны отстать от часов домоседа. С другой стороны, относительно путешественника двигалась Земля, поэтому отстать должны часы домоседа. На самом деле братья равноправны, следовательно, после возвращения их часы должны показывать одно время.

Тем не менее, согласно СТО отставшими окажутся часы путешественника. В таком нарушении видимой симметричности братьев и усматривается противоречие.

59. По сравнению с принципом относительности Галилея ("При одинаковых начальных условиях в ОДИНАКОВЫХ инерциальных системах отсчета все процессы будут происходить одинаково") принцип относительности в СТО выглядит так: "При одинаковых начальных условиях в ЛЮБЫХ инерциальных системах отсчета все процессы будут происходить одинаково".

60. Нельзя говорить, что неевклидова геометрия уточняет Евклидову - каждая занимает в системе моделей свое место, являясь точной в соответствии с внутренними критериями точности, и находит применение там, где это необходимо. Точно так же нельзя говорить, что теория относительности уточняет классическую механику - это разные модели, имеющие, вообще говоря, и разные сферы приложения.

61. Ось времени, временная ось (именуемая также в контексте термодинамики стрелою времени) - концепция, описывающая время как прямую (т. е. математически одномерный объект), протянутую из прошлого в будущее. Из любых двух несовпадающих точек оси времени одна всегда является будущим относительно другой

62. Кривизна простр́анства-вр́емени - физический эффект, проявляющийся в девиации геодезических линий, то есть в расхождении или сближении траекторий свободно падающих тел, запущенных из близких точек пространства-времени. Величиной, определяющейкривизну пространства-времени, является тензор кривизны Римана, входящий в уравнение девиации геодезических линий

63. С философской точки зрения наиболее значительным результатом общей теории относительности является установление зависимости пространственно-временных свойств окружающего мира от расположения и движения тяготеющих масс.

Именно благодаря воздействию тел с большими массами происходит искривление путей движения световых лучей. Следовательно, гравитационное поле, создаваемое такими телами, определяет в конечном итоге пространственно-временные свойства мира. В специальной теории относительности абстрагируются от действия гравитационных полей и поэтому ее выводы оказываются применимыми лишь для небольших участков пространства - времени.

64. 1. Всякое движение может описываться только по отношению к другим телам, которые могут приниматься за системы отсчета, связанные с определенной системой координат.

2. Пространство и время тесно взаимосвязаны друг с другом, ибо только совместно они определяют положение движущегося тела. Именно поэтому время в теории относительности выступает как четвертая координата для описания движения, хотя и отличная от пространственных координат.

3. Специальная теория относительности показала, что ковариантность, или одинаковость, формы законов механики для всех инерциальных систем отсчета сохраняет свою силу и для законов электродинамики, но только для этого вместо преобразований Галилея используются преобразования Лоренца.

4. При обобщении принципа относительности и распространении его на электромагнитные процессы постулируется постоянство скорости света, которое никак не учитывается в механике.

Общая теория относительности отказывается от требования рассматривать лишь инерциальные системы отсчета, что соблюдается в специальной теории относительности. Благодаря такому глубокому обобщению общая теория относительности приходит к выводу:

Все системы отсчета являются равноценными для описания законов

природы.

65. Свет — электромагнитное излучение, испускаемое нагретым или находящимся в возбуждённом состоянии веществом, воспринимаемое человеческим глазом.

Свет  обладает двумя  свойствами :

1.При распространении он  проявляет  волновые  свойства .

2.При взаимодействии с веществом  проявляет  корпускулярные  свойства . Его  свойства  не сводятся ни к волнам, ни к частицам.

Свет   проявляет   свойства  материальных частиц в следующих (в частности) взаимодействиях (наблюдениях): фотоэлектрический эффект, давление  света , эффект Комптона, люминесценция, фотохимические превращения.

Свет   проявляет   свойства  волны (электромагнитного поля) в следующих процессах: интерференция, дифракция, поляризация, дисперсия.

66. Квант - Наименьшее количество энергии, отдаваемое или поглощаемое физической величиной в ее нестационарном состоянии.

Первый шаг в этом направлении был сделан немецким физиком М. Планком. В процессе работы по исследованию теплового излучения, которую М. Планк назвал самой тяжелой в своей жизни, он пришел к ошеломляющему выводу о том, что в процессах излучения энергия может быть отдана или поглощена не непрерывно и не в любых количествах, а лишь в известных неделимых порциях —  квантах 

Если введение  кванта  еще не создало настоящей квантовой теории, как неоднократно подчеркивал М Планк, то все же 14 декабря 1900 г., в день опубликования формулы, был заложен ее фундамент. Поэтому в истории физики этот день считается днем рождения квантовой теории. А поскольку понятие элементарного  кванта  действия служило в дальнейшем основой для понимания всех свойств атомной оболочки и атомного ядра, то 14 декабря 1900 г. следует рассматривать как день рождения всей атомной физики и начало новой эры естествознания. Первым физиком, который восторженно принял открытие элементарного  кванта  действия и творчески развил его был А. Эйнштейн. В 1905 г. он перенес гениальную идею квантованного поглощения и отдачи энергии при тепловом излучении на излучение вообще и таким образом обосновал новое учение о свете. А. Эйнштейн предположил, что речь идет о естественной закономерности всеобщего характера. Не оглядываясь на господствующие в оптике взгляды, он применил гипотезу Планка к свету и пришел к выводу, что следует признать корпускулярную структуру света.

67.Классическая физика занимается описанием поведения материальных объектов, в то время как квантовая физика сосредоточена только на математическом описании процессов наблюдения и измерения.

Квантовая механика-объект изучающий микромир, классическая механика-объект изучающий макромир.

68.Согласно ньютоновской системе, физическая реальность характеризуется понятиями  пространства,  времени,  материальной  точки  и  силы (взаимодействия материальных точек). В ньютоновской  концепции  под физическими событиями следует понимать движение материальных точек в пространстве, управляемое неизменными законами".

71.Современная   физика  также исходит из представления об атомной  структуре  материи, но с ее  точки   зрения   атом  представляет собой нечто совершенно отличное от того, что понимали под этим словом древние мыслители. По  современным  представлениям,  атом , будучи составной частью вещества, имеет весьма сложную  структуру . Действительными же  атомами  в смысле древних являются,  с   точки   зрения  новейшей  физики , так называемые элементарные частицы, например электроны, которые рассматриваются сегодня (может быть, временно) как последние неделимые составляющие  атомов  и, следовательно, материи.