- •1. Лекция №1 4
- •8.1. Концепция измерения в неклассическом естествознании. 65
- •8.2. Концепция моделирования состояний 68
- •9.3. Целостность микросостояний. Особенность микросостояний системы тождественных частиц 83
- •11.2. Флуктуации и альтернативная корреляция между ними в микромире 98
- •1.Лекция №1
- •1.1.Место, цели и задачи дисциплины
- •1.2.Распределение учебных часов и материала
- •1.3.Понятия об измерениях
- •1.4.Вопросы к экзамену
- •39. Флуктуации и альтернативная корреляция между ними в микромире.
- •Лекция №2
- •2.1. Естествознание как трансдисциплинарная область научного знания.
- •2.2. Трансдисциплинарная идея моделирования природы.
- •2.3. Трансдисциплинарная идея единства объекта и его окружения.
- •2.4. Трансдисциплинарная идея пространственно-временных отношений в природе.
- •2.5. Трансдисциплинарная идея целостности природы.
- •2.6. Трансдисциплинарная идея экспериментальной достоверности.
- •2.7. Роль трансдисциплинарных идей в целостном понимании природы.
- •1. Дайте определение понятию “парадигма”.
- •2. Дайте определение понятию “трансдисциплинарность”.
- •3. Какими обстоятельствами ограничивается выбор модели в естественной науке?
- •4. Какие цели в науке имеет познавательный процесс?
- •5. Что такое методология?
- •6. Какую стратегию мышления порождает классическая стратегия мышления?
- •7. Сформулируйте две фундаментальные парадигмы естествознания.
- •Лекция №3.
- •3.1. Образ природы в классическом естествознании.
- •3.1.1. Концепция измерения в классическом естествознании.
- •3.1.2. Концепция единого пространства-времени.
- •3.1.3. Концепция моделирования объектов
- •3.1.4. Концепция контролируемого воздействия.
- •3.2. Образ природы в неклассическом естествознании
- •3.2.1. Концепция измерения в неклассическом естествознании
- •3.2.2. Концепция моделирования состояний
- •3.2.3. Целостность микросостояний. Особенность микросостояний системы тождественных частиц
- •3.2.4.Концепция макросостояний объектов
- •3.2.5. Концепция флуктуации и их корреляций
- •3.2.6. Флуктуации и альтернативная корреляция между ними в микромире
- •1. Дать определение термину «состояние физической системы».
- •2. Что называют косвенными измерениями?
- •3. Что называют системой единиц?
- •4. Дать определение термину «масса».
- •5. Назовите закон фундаментальной силы тяготения.
- •6. Почему пространство и время относительны?
- •7. Какие исходные утверждения лежат в основе специальной теории относительности Эйнштейна?
- •8. Как происходит передача взаимодействия с точки зрения физики?
- •9. Какие характеристики описывают контролируемое воздействие на частицу?
- •Лекция №4.
- •4. Концепция измерения в классическом естествознании. Классические измерительные системы. Проблема измерения в классическом естествознании. Единицы измерения и системы единиц.
- •4.1. Проблема измерения в классическом естествознании.
- •4.2. Единицы измерения и системы единиц.
- •4.3. Возникновение систем мер.
- •4.4.Возникновение и распространение метрической системы мер.
- •4.5. Эталоны.
- •4.6. Атомные часы.
- •1. В чем состоит смысл проведения серий повторных экспериментов в естествознании и как на практике обрабатываются результаты измерений?
- •2. Чем обусловлена точность измерений в рамках классических представлений?
- •3. Что такое эталон единицы измерения физических величин?
- •Лекция №5
- •5.1. Временные отношения в природе
- •5.2. Пространственные отношения в природе
- •5.3. Взаимосвязь Пространства и времени
- •5.4. Целостное описание пространства-времени
- •1. Какое первое свойство пространства и времени?
- •2. Назовите второе свойство пространства и времени.
- •3. Что называется пространственными координатами?
- •4. Что может выступать в роли системы отсчета (со)?
- •Лекция №6
- •6.1. Моделирование
- •6.2. Традиции атомизма и непрерывности в естествознании.
- •6.3. Фундаментальные физические модели объектов
- •6.4. Масса как универсальная характеристика инертности и гравитации
- •6.6. Полная энергия и полный момент как фундаментальные характеристики объекта
- •6.7. Роль фундаментальных законов сохранения в описании природы
- •1. Что такое «моделирование»?
- •Лекция №7.
- •Концепция контролируемого воздействия:
- •7.1. Воздействие и взаимодействие
- •7.2.Характеристики контролируемого воздействия на частицу
- •7.3. Фундаментальные силы
- •7.4. Механическая энергия и динамика частицы
- •7.5. Энергия взаимодействия в системе частиц
- •6.Опишите энергию взаимодействия в системе частиц.
- •Лекция №8.
- •8.1. Концепция измерения в неклассическом естествознании.
- •8.2. Концепция моделирования состояний
- •8.2.1. Неклассические представления о характеристиках объектов и состояний
- •8.2.2. Фундаментальные модели неклассической физики
- •1. Почему с неклассической точки зрения прибор оказывается неидеальным каналом связи между экспериментатором и исследуемым объектом?
- •3. Каким понятием описывается макроскопическая обстановка, в которой находится исследуемый объект:
- •Лекция №9.
- •9.1. Ограничение воздействия на микроуровне как фундаментальный закон природы
- •9.2. Микросостояние одной микрочастицы.
- •9.3. Целостность микросостояний. Особенность микросостояний системы тождественных частиц
- •10. Что возникает в результате аннигиляции электрона и его античастицы?
- •11. Что называют бозонами?
- •12. Что представляет собой материя на макроуровне?
- •13. Что называют фермионами?
- •Лекция №10.
- •10.1. Тепловое равновесие как макросостояние.
- •10.2. Детерминированное и стохастическое движения. Ограничение воздействия на макроуровне как фундаментальный закон природы
- •10.3. Макропараметры как характеристики объектов и их макросостояний в тепловом равновесии
- •10.4. Два способа описания природы на макроуровне.
- •Лекция №11.
- •11.1. Флуктуации и их роль в описании природы
- •11.2. Флуктуации и альтернативная корреляция между ними в микромире
- •11.3. Флуктуации и неальтернативная корреляция между ними в макромире
- •11.4. Универсальные корреляции между флуктуациями в неклассической физике.
- •Лекция №12.
- •12. Физические принципы создания современной эталонной базы. Использование явления сверхпроводимости.
- •12.1. Свойство сверхпроводимости
- •12.2. Изотопический эффект
- •12.4 Высокотемпературная сверхпроводимость
- •6. Назовите известные теоретические модели высокотемпературной сверхпроводимости.
- •7. Какое промышленное применение находит сверхпроводимость?
- •Лекция №13.
- •13. Явление Зеемана. Явление Джозефсона.
- •13.1. Эффект Зеемана
- •13.2. Явление Джозефсона.
- •5. Эффекта Джозефсона применяется:
- •Лекция №14.
- •14. Явление Мессбауэра. Другие эффекты квантовой физики
- •14.1. Краткая история жизни знаменитого ученого. Научные достижения
- •14.2. Предыстория вопроса
- •14.3. Открытие Мёссбауэра
- •14.4. Общие применения метода
- •14.5. Применение эффекта Мессбаура для изучения свойств поверхности и объема кристаллов
- •14.6. Химические применения метода
- •14.7. Выводы
- •Лекция №15.
- •15.1.Общие сведения.
- •15.2. Объяснение эффекта Холла с помощью электронной теории
- •15.3. Эффект Холла в ферромагнетиках.
- •15.4. Эффект Холла в полупроводниках
- •15.5. Эффект Холла на инерционных электронах в полупроводниках
- •15.6. Датчик эдс Холла
- •1. Что такое эффект Холла?
- •2. Дайте объяснение эффекта Холла с помощью электронной теории.
- •3. Опишите эффект Холла в ферромагнетиках.
- •4. Опишите эффект Холла в полупроводниках.
- •5. Опишите эффект Холла в инерционных электронах в полупроводниках.
- •6. Что такое датчик эдс Холла?
- •Лекция №16.
- •16. Измерение абсолютного заряда электрона и его удельного заряда. Опыт Милликена. Метод Томсона. Метод магнитной фокусировки Буша.
- •16.1. Инерционный метод измерения заряда. История открытия электрона
- •16.2. Метод магнитной фокусировки Буша
- •16.3. Опыт Милликена
- •1. В чем сущность метода Томсона?
- •2. Трубка Томсона?
- •3. Вывод формулы отношение заряда к массе частицы?
- •4. В чем основная задача электронной и ионной оптики? и как их принято называть?
- •5. Когда был открыт «метод магнитной фокусировки»?
- •6. В чем суть «метода магнитной фокусировки»?
- •7. Какие требования необходимо соблюдать при выполнении опыта?
- •8. Определение элементарного заряда посредством вычислительного эксперимента?
- •9. Вывод формулы заряда капли через скорость падения капли?
- •10. Современное значение "атома" электричества?
- •Лекция №17.
- •17.1. Шумы, обусловленные дискретностью вещества. Помехи
- •17.2. Дробовый эффект
- •17.3.Критерий устойчивости Найквиста. Формула Найквиста
- •17.4. Естественные пределы точности измерений
- •17.5. Методы повышения точности средств измерений и выполнения измерений
- •17.6. Фундаментальный источник погрешностей измерений. Основные понятия и виды погрешностей
- •17.7. Броуновское движение
- •1. Какие виды шумов вы знаете?
- •2. Как и где используются Шумы Найквиста?
- •3. Что называется Броуновским движением?
- •4. Что такое диффузия?
- •5. В чем различие между диффузией и броуновским движением?
- •6. Что такое точность измерений?
- •7. Какие виды погрешности вы знаете?
- •8. В чем заключается Дробовый эффект?
- •9. Дайте определение помехе.
- •Ответы на вопросы:
6.Опишите энергию взаимодействия в системе частиц.
Это характеристика воздействия на частицу со стороны другого, более массивного математического объекта, который мы принимаем за неподвижный.
Энергию взаимодействия в системе частиц не зависит от координат более легкой частицы.
Перемещение энергии остается постоянной.
Напишите свой ответ, если вы считаете, что выше предложенные варианты не верны.
Лекция №8.
8. Концепция измерения в неклассическом естествознании. Концепция моделирования состояний. Неклассические представления о характеристиках объектов и состояний. Фундаментальные модели неклассической физики.
8.1. Концепция измерения в неклассическом естествознании.
Известно, что эксперимент является неотъемлемой частью естественнонаучного познания, но лишь в неклассическом естествознании раскрываются его глубинные особенности. Смысл эксперимента состоит в том, что исследователь целенаправленно наблюдает за определенным объектом природы с помощью специальной аппаратуры. Наблюдение предназначено для сравнения результатов эксперимента с теоретическими умозаключениями.
Для наблюдения нужны приборы, которые поставляют информацию об объекте. Прежде всего, они нужны для подготовки объекта в тот вид, который позволит получить нужную для исследования информацию.
В любом специально поставленном эксперименте прибор является макроскопическим объектом, он отстранен от объекта наблюдения, служит орудием внешнего мира.
Будем считать, что прибор как макроскопический объект ассоциируется с самим исследователем, составляя с ним единое целое. В классической стратегии познания система человек + прибор расположена как бы снаружи, при этом исследователю доступны лишь внешние характеристики объекта в виде тех или иных наблюдаемых величин. Прибор можно рассматривать как канал связи между объектом и исследователем. В этом случае канал оказывается «идеальным» – он как бы абсолютно прозрачен для передачи информации о характеристиках объекта, и она передается без искажений.
В системе человек + прибор исследователю становятся подвластными внутренние характеристики состояния объекта. Они сами по себе столь чувствительны, что реагируют на любой акт измерения. Процесс измерения может оказать на объект неконтролируемое воздействие, которое, с одной стороны, невозможно описать в виде точной количественной характеристики, а с другой – необходимо принимать во внимание при изучении поведения объекта. Итак, получается, что за счет прибора происходит искажение состояния объекта. Прибор перестает быть «абсолютно прозрачным» каналом связи между исследователем и объектом, то есть в нем происходит потеря части истинной информации. Поэтому серия повторных измерений дает значительное отличие значений и его появление можно охарактеризовать лишь с определенной степенью вероятности. И только в собственных состояниях можно получить строго повторяющийся результат.
Таким образом, в неклассическом естествознании, фактически исследуется не объект сам по себе, а особая целостная система, состоящая из объекта и прибора. В этой связи Н. Бор всегда подчеркивал целостность процесса наблюдения в неклассической науке – ведь в ней не имеет смысла говорить о свойствах объекта вне определенного класса приборов. В формулировке В. Гейзенберга сказанное означает следующее: то, что мы экспериментально наблюдаем в неклассическом естествознании – это не сама природа, а природа, открывающаяся нам в том виде, который предусмотрен характером проводимого эксперимента (то есть – используемого прибора). Крупнейший физик-теоретик В.А. Фок сформулировал очень важный принцип, который можно назвать принципом обобщенного релятивизма научного познания: наше познание относительно к средствам измерения. Используя разные приборы, мы можем получить информацию не только о различных характеристиках объекта, но и о его состоянии. При этом, используя неадекватный прибор, можно существенно исказить состояние объекта.
Измеряемые характеристики объекта и его состояния неразрывно связаны с прибором. Понятие состояния системы можно связать с условиями эксперимента или с той макро-обстановкой, которая формируется подготавливающим прибором. Это значит, что необходимо задавать определенные начальные условия эксперимента для описания дальнейших событий, происходящих с системой.
В зависимости от условий эксперимента начальные данные относительно некоторых величин могут быть известны точно. В этом случае принято говорить, что мы имеем дело с «чистым» состоянием. Но часто бывают такие экспериментальные ситуации, в которых нет определенной информации о начальных характеристиках. Если они задаются с помощью некоторой функции распределения, то мы имеем дело уже со «смешанным» состоянием.
Чтобы добиться достоверности результатов можно не всегда проводить серию измерений. Можно сразу приготовить много идентичных объектов, поставить их всех в одинаковые условия и проводить измерения одновременно над всеми объектами. В этом случае говорят, что измерения проводятся над ансамблем. И полученные для ансамбля данные можно рассматривать как серию последовательных результатов, относящихся к одному объекту.
Каждую экспериментальную ситуацию всегда нужно оценивать с двух позиций: анализа условий приготовления состояния и анализа условий измерения некой физической величины в этом состоянии.
В неклассическом естествознании существует некий принципиальный запрет на одновременное точное измерение некоторых пар величин, то есть, измеряя одну величину невозможно одновременно измерить еще какую-либо неизвестную величину. Такие величины называются несоизмеримыми. Это характерная особенность измерений в неклассическом естествознании.
Из выше сказанного следует, что эксперимент всегда проводится не над одной системой, а над совокупностью одинаковых систем.
Итак, прибору в неклассическом естествознании отводится чрезвычайно важная роль. Через него осуществляется связь между исследованием и природой. А также определенное состояние системы можно реализовать, если все для него подготовить, а для этого необходим прибор.
Прибор, который формирует состояние, является не обязательно искусственно созданной экспериментальной установкой, в роли прибора может выступать и естественная среда.
Для объекта прибор является средством измерения, а для состояния он выступает в качестве средства приготовления условий задачи. Отсюда следует, что характеристики объекта и его состояния включают в себя и эксперимент, и естественнонаучное мышление.