Лекции по КСЕ5 / Лекция 2

Лекция 2

Тема 2 Современные представления о пространстве и времени

Понятия пространства и времени являются философскими категориями и не определяются в естествознании. Для естественных наук важно уметь определять их численные характеристики - расстояния между объектами и длительности процессов, а так же - описывать их свойства, поддающиеся экспериментальному изучению

Эмпирические факты, относящиеся к проблеме пространства и времени – трехмерность пространства и одномерность и однонаправленность времени, независимость скорости света от скорости источника, относительность состояния покоя

Принцип относительности – все физические явления протекают одинаково в различных инерциальных системах отсчета (не существует абсолютной системы отсчета) (пояснить на примере)

Понятие одновременности (почему оно стало относительным)

Какие события можно назвать одновременными? Какая сложность возникает, если речь идет о событиях, происходящих в разных точках?

ЧТо такое - "длина движущегося объекта "

Следствия из СТО – замедление времени, сокращение продольных размеров, зависимость инертности тел от скорости, связь массы и энергии

Под энергией обычно понимают способность физической системы совершить какую -то работу

Чем подтверждается СТО (прямые эксперименты по замедлению времени, атомная бомба, космические лучи, ускорители элементарных частиц)

Парадоксы СТО (парадокс близнецов, парадокс с гаражом и машиной)

О сверхсветовых скоростях - в СТО нет запрета на сверхсветовые скорости (!)

Размерность пространства – существуют ли естественнонаучные обоснования того факта, что наш мир трехмерен

Общая теория относительности

Исходные посылки ОТО – не эмпирические (пример с лифтом и лучом света)

Основная идея - эффекты тяготения и эффекты, возникающие при ускоренном движении неотличимы (эквивалентность инертной и гравитационной масс)

Можно показать, что из принципа эквивалентности, постулата о постоянстве скорости света и принципа Ферма (свет всегда идет по кратчайшему расстоянию между двумя точками) логически вытекает кривизна пространства вблизи массивных тел.

Основные предсказания ОТО – замедление времени и искривление пространства вблизи массивных тел, существование черных дыр

«Пространство говорит материи, как ей двигаться, а материя говорит пространству – как ему искривляться» (американский физик Дж. Уилер)

Что сумели объяснить (ОТО) – во-первых, как отклоняется луч света, проходящий вблизи Солнца (по Ньютоновской теории тяготения свет также должен был отклоняться, но на в два раза меньший угол), как должен смещаться перигелий Меркурия, как должны замедляться часы на поверхности массивного тела.

Что предсказали (ОТО) – как может эволюционировать Вселенная (стационарная и нестационарная модели, замкнутая и открытая модели), существование Черных Дыр, существование гравитационных волн с необычными свойствами.

Взаимодействия и поля

Понятие поля - связано с конечностью скорости света (обосновать близкодействие).

Поле – это некая материальная субстанция, являющаяся переносчиком физических взаимодействий.

Виды взаимодействий и их необходимость для нашей Вселенной –гравитационное (между телами, обладающими массой, необходимо для возникновения звезд из газопылевых туманностей, для существования планетных систем), ЭМ (необходимо для существования атомов), слабое (обуславливает распад нейтрона, необходимо для термоядерного синтеза – источника звездной энергии), сильное (обуславливает существование и стабильность ядер атомов).

Законы (отражение объективно существующих закономерностей) и закономерности (устойчивое, повторяющееся, необходимое отношение). Эмпирические (как обобщение опытных фактов) и фундаментальные (требуют выход за рамки наблюдаемого) законы.

Законы сохранения –энергии, заряда, импульса (привести пример, показывающий, что сохраняется энергии, а не вещество, не масса). Принципы симметрии (симметрия - это инвариантность относительно какого-либо преобразования). Свойства пространства и времени как следствие существования симметрии в мироздании.