- •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:
8.2. Концепция моделирования состояний
8.2.1. Неклассические представления о характеристиках объектов и состояний
Обсудим следующий этап естественнонаучного познания природы.
Исходя из изучения идеи неразрывности объекта и его окружения, в физике строится наиболее общая модель природы в виде так называемой физической реальности. Ключевыми понятиями, которые рассматриваются в ней, являются характеристики объекта и его состояния, которые получаются по результатам исследования объекта с позиций неклассической стратегии.
Понятия физической реальности как модели природы подразделяются на два класса. В один входят понятия, которые описывают непосредственно исследуемый объект, это его характеристики или физические величины, которые в принципе можно измерить в эксперименте.
Другой класс составляют характеристики окружения, которое как бы готовит объект для рассмотрения в конкретной ситуации, преподносит его исследователю в некотором виде. То есть для задания состояния используется не сама вероятность, а плотность вероятности в виде так называемой функции распределения значений определенной величины.
Состояние – это понятие, отражающее условия, внешнюю обстановку, в которой находится объект к началу его исследования. В некоторых случаях состояние может быть задано качественно, путем указания конкретного прибора, формирующего экспериментальные условия для наблюдения объекта.
Причина всего этого в природе отражается в том, что изменение состояния сказывается на поведении характеристик объекта. Таким образом, в основе понятийного аппарата физической реальности лежат два фундаментальных понятия – характеристики объекта и его состояния, на которых и через которые строится все описание природы.
Неоценимый вклад в становление этих понятий внесла квантовая физика, которая не просто ввела их в научный обиход, но и определила собой новую культуру мышления в естествознании. Эти понятия имеют глубочайший смысл и играют фундаментальную роль в тепловой физике и во многих разделах естествознания. Характеристика объекта – это, конечно, плод физического знания, но она также применяется во всех науках, где вводятся количественные характеристики.
Любое естественнонаучное исследование, так или иначе, направлено на изучение объектов и их состояний. Иными словами, деление понятий физической реальности на характеристики объектов и их состояний представляет собой самый общий способ классификации естественнонаучных понятий.
Итак, нужно различать характеристики объекта и характеристики его состояний, т.е. внешних условий, которые созданы для исследования объекта. В естественных условиях эти понятия равноправны и неразделимы, нельзя сказать, какое из них важнее, где причина, а где следствие – они взаимосвязаны.
Физика, развиваясь, долгое время в рамках классической стратегии познания, сначала интересовалась только характеристиками объектов. Любую неопределенность в их значениях приписывали недостаткам эксперимента, не принимая ее в расчет даже теоретически. Когда исследователь использует неклассическую стратегию познания, тогда он может почувствовать характеристики состояния непосредственно. При этом характеристики объекта отходят на второй план, но и не исчезают вовсе. Только теперь они выступают в виде средних значений, вокруг которых проводятся дальнейшие исследования. На этом основаны квантовая и статистическая физика, а также неклассическая химия и неклассическая биология.
Сказанное выше открывает лишь один аспект современного понимания характеристик объекта и его состояния и их роли в физической реальности. Условно этот аспект можно назвать статическим или синхронным. Это связано с тем, что до сих пор обсуждался их смысл лишь в определенный момент времени. Другой аспект современного понимания этих характеристик раскрывается при рассмотрении динамики на основе учета отношений между объектом и его окружением, которые показывают во времени поведение объекта. Оказывается, что характеристики объекта и его состояния так чутко воспринимают эти взаимоотношения, что по их изменениям можно делать достоверные заключения о событиях, в которых принимает участие исследуемый объект.
Понятия объекта и его состояния фундаментальны, так как несут отпечаток определенной природной сущности. «Системность» природы означает, что природу нельзя расчленить и что в ней все взаимосвязано. На этом основании в исследовании природы необходимо исходить из двух начал. Первое – это признание единства объекта и условий его наблюдения. Их неразрывность воплощается во взаимосвязи фундаментальных понятий физической реальности. Описывая природу в терминах характеристик объектов и их состояний, мы воспроизводим в физической реальности целостность природы.
Второе – это признание причинной обусловленности явлений природы. Она является противоположной стороной идеи целостности и воплощается в возможности изменения фундаментальных характеристик физической реальности во времени. В различных областях естествознания конкретные характеристики состояний могут быть качественно различными, форма описания их изменения со временем совершенно одинакова и определяется только причинной обусловленностью явлений. Она сводится к прогнозу состояний системы, если известно ее состояние в данный момент времени.
Взаимосвязанность и обусловленность всего в природе, как в сложном целостном объекте, порождает реакцию одних объектов на влияние, которое они испытывают со стороны других объектов.