Научные революции и научные картины мира

1. Научные революции и научные картины мира

2. Структурные образования научного знания могут выступать в виде:

Научной картины мира
2) Исследовательской
программы :
1)
1- научно-исследовательская
программа Имре Лакатоса (19221974)
2 - физическая
исследовательская программы
М.Д.Ахундова и С.В.Илларионова
(эволюцию концепций,
составляющих содержание
физики как наиболее развитой
естественно-научной
дисциплины)
3) Научной парадигмы
научная парадигма Тома Куна
(1922-1996)
                                     
                            
Их качественные
преобразования оцениваются
как революционный скачок
в науке

3. Научная картина мира

форма систематизации научного знания
одновременно компонента научного мировоззрения
(миропредставление)
  
                              
                              
     

4. Революция в науке

период развития науки, во
время которого старые научные
представления замещаются
частично или полностью
новыми
Содержание «научной
революции» : ученые делают
научные открытия в различных
областях наук
устанавливают «неизвестные
ранее объективно
существующие закономерности,
свойства и явления
материального мира, вносящие
коренные изменения в уровень
познания».

5. Революция в науке

период развития науки, во
время которого старые научные
представления замещаются
частично или полностью
новыми
Содержание «научной
революции» : ученые делают
научные открытия в различных
областях наук
устанавливают «неизвестные
ранее объективно
существующие закономерности,
свойства и явления
материального мира, вносящие
коренные изменения в уровень
познания».
Отрезок времени примерно от
даты публикации работы
Николая Коперника «
Об обращениях небесных сфер
» (1543 г.), до опубликования, «
Математические начала натура
льной философии
» Исаака Ньютона (1687 г.),
обычно называют периодом
«научной революции».

6. Исторические типы научных картин мира и научных революций

1)
2)
3)
Чётко и однозначно
фиксируемых радикальных
смен научной картины мира и
научных революций в
истории развития науки можно
выделить три
Обычно их персонифицируют
по именам трёх ученых,
сыгравших наибольшую роль в
происходивших изменениях:
Аристотелевская
Ньютоновская научная
революция
Эйнштейновская революция

7. Исторические типы научных картин мира и научных революций

Аристотелевская революция
Период: VI—IV века до нашей
эры
Ньютоновская революция
Классическое естествознание
Период: XVI—XVIII века
Исходный пункт: переход от
геоцентрической модели мира
к гелиоцентрической.
Итог: появление
механистической научной
картины мира

8. Исторические типы научных картин мира и научных революций

Эйнштейновская революция
Период: рубеж XIX—XX веков.
Открытия:
сложная структура атома
явление радиоактивности
дискретность характера
электромагнитного излучения
и др.
Итог: была подорвана
важнейшая предпосылка
механистической картины
мира — убежденность в том, что
с помощью простых сил,
действующих между
неизменными объектами, можно
объяснить все явления природы.

9. Аристотелевская Период: VI—IV века до нашей эры

Результат:
возникновение самой науки
отделение науки от других форм
познания и освоения мира
создание определенных норм и
образцов научного знания.
В космологии: Аристотель
создает геоцентрическую
систему мировых сфер,
развитую позднее Птоломеем: в
центре сферическая,
неподвижная Земля,окруженная
сферами

10. Ньютоновская научная революция (XVI—XVIIIв.)

1)
2)
3)
4)
5)
6)
Основные изменения:
Язык математики.
-выделение объективных
количественных характеристик
земных тел (форма величина,
масса, движение),
-выражение их в
математических закономерностях
Методы экспериментального
исследования.
Исследуемые явления — в строго
контролируемых условиях
Отказ от концепции гармоничного,
завершенного космоса.
Представления:
Вселенная бесконечна и
объединена только действием
идентичных законов
Доминанта: Механика
Познавательная деятельность:
чёткая оппозиция субъекта и
объекта исследования.
Итог: появление
механистической научной
картины мира на базе
экспериментально
математического естествознания.

11. Открытия: Николая Коперника, Иоганна Кеплера

создание гелиоцентрической
системы – (Н. Коперник 1543 г. ):
- в центре находится неподвижное
Солнце
-Земля вращается вокруг своей
оси
-планеты обращаются вокруг
Солнца.
Учение о множественности миров
и бесконечности Вселенной (Дж.
Бруно)
Открытие И.Кеплером законов
движения планет:
-планеты движутся не по
круговым, а по эллиптическим
орбитам

12. Открытия: Галилео Галилей Galileo Galilei

Астрономические открытия
(1-ый телескоп):
-Солнце, и, следовательно, все
планеты, вращаются вокруг своей
оси
Впервые сформулировал
принципы инерции и
относительности для
механического движения:
Во всех инерциальных системах
отсчета законы классической
динамики имеют одинаковую
форму
(дальнейшее обобщение сделано
в теории относительности
А.Эйнштейном)
Портрет Галилео Галилея (1635)
кисти Юстуса Сустерманса
философ, физик, астроном, математик

13. Исаак Ньютон Isaac Newton

Исходя из наблюдений итальянского
ученого Галилея, датского астронома
Тихо Брагге и немецкого ученого
Иоганна Кеплера, Ньютон путем
размышлений вывел:
три простых закона механики и их
гениальное обобщение –
закон Всемирного тяготения.
«…с законов движения Ньютона пошел
отсчет истории современной физики и
вообще естественных наук»
© 2005-2010 «Элементы»
25 декабря 1642 - 20 марта 1727
(84 года)

14. Исаак Ньютон Isaac Newton  1642–1727

Исаак Ньютон
Isaac Newton 1642–1727
Законы механики Ньютона (1687):
1.В отсутствие внешних силовых
воздействий тело будет продолжать
равномерно двигаться по прямой (закон
инерции)
2.Ускорение движущегося тела
пропорционально сумме приложенных
к нему сил и обратно пропорционально его
массе:
a= F/ m
где F — сила, m — масса, a — ускорение
3.Всякому действию сопоставлено равное по
силе и обратное по направлению
противодействие.
25 декабря 1642 - 20 марта 1727
(84 года)

15. Динамика Законы Ньютона

http://www.youtube.com/watch?v=iSoH0u-Nu8M
ДИНАМИКА
ЗАКОНЫ НЬЮТОНА

16.

Сколько существует
вселенных
https://www.youtube.com/wat
ch?v=e6Dd9tzbVCk

17. Классическая механика

«Затравочные образы»
Ньютоновской механики:
атомы (корпускулы)
пустота
абсолютное пространство
абсолютное время
Фундаментальная теория Ньютона –
механика материальной
точки
Базисная теория (синтез нескольких
фундаментальных теорий)
исследовательской программы аналитическая механика

18. Лапласовский детерминизм

Выражает идею абсолютного
детерминизма :
-все происходящее имеет
причину в человеческом
понятии
- есть познанная и еще не
познанная разумом
необходимость
Случайность - досадная
помеха в получении истинного
результата
Пьер-Симоон Лаплаос
Pierre-Simon Laplace
23 марта 1749 — 5 марта 1827

19. Механистическая картина мира (XVI-XVIII вв.)

1.
2.
3.
4.
5.
Мироздание - бесконечное число
атомов, перемещающихся в
пространстве и во времени по
неизменным законам движения
Универсальное средство
взаимодействия тел тяготение (гравитация)
Пространство и время две сущности, независящие ни от
материи, ни друг от друга
Взаимодействие тел,
рассматривается с позиций
принципа дальнодействия:
взаимодействие передается
мгновенно в абсолютной
пространственно-временной среде
Любое событие жестко
детерминировано.
Случайность - недостаток
2. Гравитация проявляется во
взаимном притяжении
материальных тел
4. Принцип дальнодействия:
взаимодействие передается на
любое расстояние мгновенно
без участия какого-либо
материального агента
5. Любое событие
предопределено, свершается с
"железной" необходимостью.
Случайность исключена,
Трактуется как недостаток
знания, его ограниченность

20. Картины мира и их отличительные признаки

Механистическая картина мира ( XVI-XVIII вв.)
1. Виды взаимодействия
2. Принцип дальнодействия
3.Пространство и время
4. Свойства:
Время
Пространство
5. Виды материи
6. Местоположение и
скорости частиц
7. Законы
8. Процессы

21. Картины мира и их отличительные признаки

Механистическая картина мира ( XVI-XVIII вв.)
1. Виды взаимодействия
Гравитационное
2. Принцип дальнодействия
Тела взаимодействуют на расстоянии и
взаимодействие происходит мгновенно
3.Пространство и время
Абсолютное
4. Свойства:
Время
Пространство
Одномерное
Трехмерное
5. Виды материи
Вещество
6. Местоположение и
скорости частиц
Определяются абсолютно точно
7. Законы
Динамические (жесткая
детерминированность всех событий)
8. Процессы
Обратимые (могут идти как в прямом, так и
в обратном направлении)

22. Некоторые предпосылки создания новой картины мира

К середине XIXв.
формируются новые отрасли
физики:
статистическая физика
термодинамика
электродинамика
изучение электромагнитных
процессов
объект их изучения системы, состоящие
из большого числа
частиц
материя не
только
вещество, но и
поле

23. Новые физические теории

От «индивидуальных
себетождественных,
внеположенных» тел
(классическая механика) к
системам, состоящих из
огромного числа частиц
Многие физические понятия
стало невозможным
описывать законами
движения одной
индивидуальной частицы
Пример - температура
Макроскопические
характеристики имеют смысл
только в случае большого
числа частиц

24. Особенности систем, состоящих из огромного числа частиц

Состояние системы –
это вероятностная ее
характеристика
Уравнения движения системы
по-прежнему однозначно
определяют состояние
(статистическое
распределение) в любой
последующий момент
времени по заданному
распределению в начальный
момент

25. Динамические и статистические законы

Законы классической
механики обратимые и динамические
Термодинамика:
вводит понятие о
необратимых процессах и
статистических законах

26. Различие между динамическими и статистическими законами

Предсказания
Законы
классической
механики
Новые законы
В динамических законах –
необходимость - абсолютная
противоположность случайного
однозначные и достоверные
В статистических законах
необходимость выступает в
диалектической связи со
случайностью
имеют вероятностный характер

27. Различие между обратимыми и необратимыми процессами

Обратимые процессы
могут идти как в прямом,
так и в обратном
направлении
По возращении системы в
исходное состояние не
происходит никаких
изменений
Необратимые
процессы любые другие процессы

28.

Классическая
термодинамика и
статистическая физика
Создание и развитие связано с
именами:
С. Карно,
Дж. Джоуля,
Г. Гельмгольца,
Р. Клаузиуса,
Л.Больцмана,
Дж.Гиббса,
В. Нернста и др.
Электродинамика
Основоположники:
Дж. К. Максвелл и
М. Фарадей

29. Николя́ Леона́р Сади́ Карно́ (фр. Nicolas Léonard Sadi Carnot)

Николяя Леонаяр Садия Карноя
(фр. Nicolas Léonard Sadi Carnot)
Дата рождения:1 июня1796
Место рождения:Париж
Дата смерти:24 августа 1832
(36 лет)
Место смерти:Париж
Страна: Франция
Научная сфера:
Термодинамика
Альма-матер:
Политехническая школа
Известен как:
первооткрыватель
цикла Карно

30. Майкл Фарадей и Джеймс Клерк (Кларк) Ма́ксвелл

Майкл Фарадей и
Джеймс Клерк (Кларк) Маяксвелл
Майкл Фарадей. Художник Томас Филипс.1842г.
(Michael Faraday 1791 —1867)
английский физик, химик и физико-химик
член Лондонского королевского общества
(1824)
Основоположник учения
об электромагнитном поле
Джеймс Клерк (Кларк) Маоксвелл
(англ. James Clerk Maxwell;
(1831, Эдинбург —1879, Кембридж)
британский физик и математик.
Член Лондонского королевского общества (
1861)
Заложил основы современной классической
электродинамики
Один из основоположников
статистической физики

31. Джеймс Прескотт Джоуль (англ. James Prescott Joule)

Джеймс Прескотт Джоуль
(англ. James Prescott Joule)
Дата рождения:24 декабря
1818(1818-12-24)
Место рождения:Ланкашир,
Англия
Дата смерти:11 октября 1889
(1889-10-11) (70 лет)
Место смерти:Чешир, Англия
Страна: Великобритания
Научная сфера:Физика
Джоуль изучал природу тепла, и
обнаружил её связь с
механической работой. Это
привело к теории сохранения
энергии и к разработке первого
закона термодинамики.
В честь Джоуля названа единица
измерения энергии — джоуль.

32. Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц (нем. Hermann von Helmholtz)

Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц (
нем. Hermann von Helmholtz)
Дата рождения:31 августа
1821(1821-08-31)
Место рождения:Потсдам,
Германский союз
Дата смерти:8 сентября 1894
(1894-09-08) (73 года)
Место смерти:Шарлоттенбург,
Германская империя
Страна: Германская империя
Научная сфера:физика,
физиология
Гельмгольц формулирует
законы сохранения энергии в
химических процессах и вводит
в 1881 году понятие
свободной энергии

33. Рудольф Юлиус Эммануель Клаузиус (нем. Rudolf Julius Emanuel Clausius), имя при рожд. — Рудольф Готтлиб

Рудольф Юлиус Эммануель Клаузиус (нем.
Rudolf Julius Emanuel Clausius),
имя при рожд. — Рудольф Готтлиб
Дата рождения:2 января 1822,
Кёслин
Дата смерти:24 августа 1888, Бонн
)
Научная сфера:
физика и математика
Клаузиус предложил одну из
формулировок
второго начала термодинамики,
известную сейчас как
формулировка Клаузиуса. Клаузиус
доказал и несколько новых теорем
в механической теории тепла,
которые носят его имя.
Им же было введено понятие
энтропии.

34. Джозайя Уиллард Гиббс (англ. Josiah Willard Gibbs)

Джозайя Уиллард Гиббс
(англ. Josiah Willard Gibbs)
Дата рождения:11 февраля 1839
Место рождения:Нью-Хейвен, Коннектикут
, США
Дата смерти:28 апреля 1903 (64 года)
Место, смерти: США
Страна: США
Научная сфера:математика, физика
Один из создателей векторного анализа,
статистической физики, математической
теории термодинамики,что во многом
предопределило развитие всех
современных точных наук и естествознания
в целом.
Его имя присвоено многим величинам и
понятиям химической термодинамики:
энергия Гиббса, парадокс Гиббса,
правило фаз Гиббса — Гельмгольца,
треугольник Гиббса — Розебома,
уравнения Гиббса — Дюгема и др.

35. Статистические и термодинамические свойства макросистем

В XIX в. создаются:
-атомная теории
Дальтона,
-атомно-молекулярная
теория Авогадро,
-формулируются
понятия: атом,
молекула, ион и т.д.
Совершаются открытия:
закона сохранения массы
(закон Лавуазье –
Ломоносова) в середине
XVIIIв.
закона постоянства
состава (Пруст) - начало
XIX в.
закон эквивалентов начало XIX в., и т.д.

36. Статистические и термодинамические свойства макросистем

К концу XIX в. создается
теория, описывающая
свойства большой
совокупности атомов и
молекул с помощью
статистического метода –
молекулярно-кинетическая
теория (МКТ)
или статистическая механика
Основное уравнение МКТ
где k – постоянная Больцмана
(отношение универсальной
газовой постоянной R к числу
Авогадро NA),
i - число степеней свободы
молекул.
Основное уравнение МКТ
связывает макроскопические
параметры (давление, объём,
температура) газовой системы с
микроскопическими (масса
молекул, средняя скорость их
движения).

37. Основное уравнения МКТ

Пусть Ек— среднее значение
кинетической энергии всех молекул,
тогда:
откуда:
Для одного моля выражение примет
вид :
В современной физике МКТ заменила
физическая кинетика и статистическая механика.

38. Термодинамика

Классическая термодинамика
XIX века изучала
механическое действие
теплоты.
В дальнейшем термодинамика
включила в себя изучение
превращений энергии во всех
ее формах.
Термодинамика основана на
небольшом числе утверждений
законов или начал
Единица
измерения
энергии —Джоуль

39. Термодинамика

Одно из основных
достижений XIX в. –
признание энергии как
наиболее общего понятия,
позволяющего
рассматривать с единой
точки зрения все явления и
процессы.
Понятие «энергия» пришло
на смену введенному во
времена Ньютона (XVII в.)
понятию «сила».
Энергия – это способность
совершать работу
Единица
измерения
энергии —
Джоуль

40.

Виды энергии:
    
     
     
     
     
‹♦›
    
Механическая
Электрическая
Электромагнитная
Химическая
Ядерная
Тепловая
Вакуума
Гипотетические:
 
Тёмная
Энеоргия — скалярная
физическая величина
мера различных форм
движения материи и
мера перехода движения
материи из одних форм в
другие

41. Закон сохранения энергии в макроскопических процессах 1 закон (первое начало)термодинамики:

Закон сохранения и
превращения энергии
(общая формулировка):
«Энергия в природе не
возникает из ничего и не
исчезает: количество
энергии неизменно, оно
только переходит из одной
формы в другую»
Внутренняя энергия (U) –
энергия движения и
взаимодействия огромного
числа частиц, составляющих
систему

42. Закон сохранения энергии в макроскопических процессах 1 закон (первое начало)термодинамики:

1 закон ( первое начало)
термодинамики:
Q=∆U + А
Теплота, подводимая к
системе, расходуется на
изменение внутренней
энергии и совершение
работы
Невозможно создание
вечного двигателя 1 рода,
который совершал бы работу
без затрат энергии

43. Концепция необратимости 2 закон (второе начала) термодинамики

Второе начало
термодинамики:
устанавливает наличие в
природе фундаментальной
ассиметрии, т.е.
однонаправленности всех
самопроизвольно
протекающих в ней
процессов.
указывает естественное
направление, в котором
происходит изменение
распределения энергии

44. Понятие энтропии S

Энтропия S –
мера беспорядка системы,
состоящей из многих
элементов
Является функцией состояния
системы – ее изменение не
зависит от вида процесса и
определяется только начальным
и конечным состоянием
системы
В случае изолированных
систем понятие энтропии
позволяет отличить
обратимые
процессы : S- max,
const
от необратимых: S ↑

45. Виды термодинамических систем

Открытые системы обмениваются энергией и
массой с окружающей средой
Закрытые - обмениваются
энергией с окружающей средой
Замкнутые
(изолированные) –
не обмениваются ни
массой , ни энергией

46. Понятие энтропии

dS ≥ δQ /T
где dS - приращение энтропии;
δQ - минимальная теплота
подведенная к системе;
T - абсолютная температура
процесса, К
S остаётся постоянной
при
обратимых процессах (=)
в необратимых — её
изменение всегда
положительно (›)

47. Принцип возрастания энтропии

Для изолированных систем направление
самопроизвольного протекания процесса
определяется изменением энтропии S :
В изолированных системах
самопроизвольно могут
протекать только такие
процессы, в которых
энтропия возрастает
Энтропия системы,
находящейся в равновесном
состоянии, максимальна и
постоянна.
Ludwig Eduard Boltzmann

48. Формулировки 2 закона (второго начала) термодинамики

1)
Невозможен самопроизвольный
переход тепла от тела, менее
нагретого, к телу, более нагретому
2)
Невозможно создание вечного
двигателя 2 рода, который бы
периодически превращал энергию
окружающей среды в работу
3)
КПД (= работа/теплота) тепловых
машин всегда ‹1

49. Принцип возрастания энтропии

Связь между энтропией
системы S и ее
упорядоченностью
сформулировал австрийский
физик Людвиг Больцман в
1872 г.
нем. Ludwig Eduard Boltzmann,
1844, Вена,
Австрийская империя
-1906, Дуино, Италия)
австрийский физик-теоретик,
основатель
статистической механики и
молекулярно-кинетической тео
рии
.

50. Статистическая формулировка 2 закона термодинамики

Термодинамическая
вероятность системы
пропорциональна энтропии
этой системы
W -термодинамическая
вероятность, равная числу
микроскопических способов, с
помощью которых это состояние
может быть достигнуто,
К – постоянная Больцмана
S = к lnW
Система, предоставленная
самой себе, стремится перейти
в состояние с большим
значением W
2 закон термодинамики является следствием
статистических законов поведения большой совокупности частиц

51. К началу XX физика изучает материю в двух ее проявлениях –вещество и поле

В механике Ньютона тела
взаимодействуют на расстоянии и
взаимодействие происходит
мгновенно
(принцип дальнодействия).
Исследования М Фарадея и
Дж.Максвелла привело к выводу:
взаимодействие между телами
осуществляется посредством тех
или иных полей, непрерывно
распределенных в пространстве
(принцип близкодействия)
Свойства частиц вещества
дискретность,
конечность числа степеней
свободы
Свойства поля
непрерывность
распространения в
пространстве
бесконечное число
степеней свободы

52. Теория электромагнитного поля

Фарадей в 30-е годы :
понятие электромагнитного поля
Электрическое и магнитное поле
неразрывно взаимосвязаны и
образуют единое электрическое
поле
Максвелл приходит к выводу , что
свет – это электромагнитная
волна.
Неожиданное открытие :
скорость света - постоянна
Синусоидальная (гармоническая)
электромагнитная волна
Скорость c распространения
электромагнитных волн в вакууме

53. Электромагнитная картина мира (вт.пол. XIX в.)

1.
2.
3.
4.
5.
Материя - единство двух видов:
1)
вещество (прерывность)
2)
поле (непрерывность)
Колебательное движение в поле
первично по отношению к
механическому движению
Принцип дальнодействия заменен
принципом близкодействия
− Представление о вероятности
материальных процессов
− Действие статистических законов в
некоторых классах физических
явлений
Сформулированы новые
фундаментальные законы природы
3.
4.
5.
все взаимодействия в
материальных телах
передаются полем от
одной точки к другой
непрерывно и с
конечной скоростью
например, движение
огромного множества
молекул в газах
закон сохранения и
превращения энергии,
принцип возрастания
энтропии и др.

54. Картины мира и их отличительные признаки

Электромагнитная картина мира (вт.пол. XIX в.)
1.Виды взаимодействия
2.Принцип близкодействия
3.Пространство и время
4.Время
Пространство
5.Виды материи
6.Местоположение и
скорости
7.Законы
Сформулированы новые
фундаментальные з-ны
8.Процессы

55. Картины мира и их отличительные признаки

Электромагнитная картина мира (вт.пол. XIX в.)
1.Виды взаимодействия
Гравитационное
Электромагнитное
2.Принцип близкодействия
взаимодействие между телами осуществляется
посредством полей (непрерывно, с конечной ск-тью)
3.Пространство и время
Абсолютное
4.Время
Пространство
Одномерное
Трехмерное
5.Виды материи
Вещество
Поле
6.Местоположение и
скорости
Уравнения движения системы по-прежнему
однозначно определяют состояние
7.Законы
Динамические
Статистические (необходимость выступает в
диалектической связи со случайностью)
Сформулированы новые
фундаментальные з-ны
8.Процессы
- закон сохранения и превращения энергии,
- принцип возрастания энтропии и др.
Обратимые
Необратимые

56. Революционные теории XX века

Наука XX века связана с
двумя революционными
концепциями:
1. теорией
относительности
Эйнштейна
2. квантовой теория,
творцами которой являются
М. Планк, Н. Бор, В.
Гейзенберг, Э. Шредингер,
М.. Борн, П. Дирак и др.

57. К концу 19в. ученые считали, что вплотную подошли к исчерпывающему описанию Вселенной

По представлению ученых
конца 19в. пространство
было заполнено
непрерывной сферой –
«эфиром».
Лучи света и радиосигналы
рассматривались как волны
эфира.
Ожидалось, что свет должен
распространяться по эфиру
с фиксированной скоростью.
Однако экспериментально
эти представления не
подтвердились.

58. Cкорость света с - константа

Альберт Майкельсон
Получалось, будто свет
всегда движется
относительно вас с одной
и той же скоростью,
независимо от того, как
быстро и в каком
направлении движетесь вы
сами.
Сравнение скорости света в двух
лучах, идущих под прямым утлом
друг к другу

59. Точные значения C: Метров в секунду 299 792 458 Планковских единиц1 Приблизительные значения C километров в секунду 300 000

Точные значения C:
Метров в секунду 299 792 458
Планковских единиц1
Приблизительные значения C
километров в секунду 300 000
Время распространения светового луча в масштабной модели Земля-Луна.
Для преодоления расстояния от поверхности Земли до поверхности Луны
свету требуется 1,255 с.

60. Специальная теория относительности пространства-времени

СТО (
релятивистская механика )
теория,
описывающая движение,
законы механики и
пространственно-временные
отношения при скоростях
движения, близких к
скорости света
С= 300 000 км/с
Уравнение Эйнштейна:
E=mc2

61. Постулаты СТО

1. Принцип относительности:
все законы природы
одинаковы во всех
инерциальных системах
отсчета
2. Принцип постоянства
(инвариантности) скорости
света:
Скорость света в пустоте
одинакова во всех
инерциальных системах
отсчета и не зависит от
движения источников и
приемников света
Следствие ТО - связь между
массой и энергией
С= 300 000 км/с
Уравнение Эйнштейна:
E=mc2
Инерциальная система отсчета
система покоится, либо движется
прямолинейно и равномерно
относительно какой-то другой
системы, неподвижной или
движущийся прямолинейно и с
постоянной скоростью
Инвариантность неизменность физических
величин или свойств природных
объектов при переходе от одной
системы отсчета к другой

62. СТО

Объединяет пространство и время в
единый четырехмерный
пространственно-временной
континуум
Пространственно-временные
свойства тел зависят от скорости их
движения
пространственные размеры
сокращаются в направлении
движения при приближении
скорости тел к скорости света в
вакууме
временные процессы
замедляются в
быстродвижущихся системах,
масса тела увеличивается.

63.

Свойства времени
Классическая физика
Релятивистская физика
Однородность - любой процесс в принципе Однородность
повторим через некоторый промежуток
времени
Изотропность
Изотропность
Абсолютность:
а) вечность
?
б) бесконечность
?
в) независимость от материи
Длительность - последовательность
сменяющих друг друга моментов или
состояний
Длительность
Одномерность
Непрерывность
?

64.

Свойства времени
Классическая физика
Релятивистская физика
Однородность - любой процесс в принципе Однородность
повторим через некоторый промежуток
времени
Изотропность - независимость свойств от
Изотропность
направления
Абсолютность:
Относительность:
а) вечность
?
б) бесконечность
?
в) независимость от материи
Длительность - последовательность
сменяющих друг друга моментов или
состояний
Длительность
Одномерность
Непрерывность
?

65.

Свойства времени
Классическая физика
Релятивистская физика
Однородность - любой процесс в принципе Однородность
повторим через некоторый промежуток
времени
Изотропность - независимость свойств от
Изотропность
направления
Абсолютность:
Относительность:
а) вечность
?
б) бесконечность
?
в) независимость от материи
зависимость от материи
Длительность - последовательность
сменяющих друг друга моментов или
состояний
Длительность
Одномерность
Непрерывность
?

66.

Свойства времени
Классическая физика
Релятивистская физика
Однородность - любой процесс в принципе Однородность
повторим через некоторый промежуток
времени
Изотропность
Изотропность
Абсолютность:
Относительность:
а) вечность
?
б) бесконечность
?
в) независимость от материи
зависимость от материи
Длительность - последовательность
сменяющих друг друга моментов или
состояний
Длительность
Одномерность
Четырехмерный континуум
Непрерывность
?

67.

Свойства пространства
Классическая физика
Релятивистская физика
Однородность одинаковость свойств во всех точках
Однородность
Изотропность независимость свойств от направления
Изотропность
Абсолютность:
а) вечность
?
б) бесконечность
?
в) независимость от материи
Трехмерность (длина, ширина, высота)
Непрерывность
?
Протяженность
Протяженность

68.

Свойства пространства
Классическая физика
Релятивистская физика
Однородность одинаковость свойств во всех точках
Однородность
Изотропность независимость свойств от направления
Изотропность
Абсолютность:
Относительность:
а) вечность
?
б) бесконечность
?
в) независимость от материи
зависимость от материи
Трехмерность (длина, ширина, высота)
Четырехмерный континуум
Непрерывность
?
Протяженность
Протяженность

69. СТО

E=mc2
↑m
С= 300 000 км/с
↑ v скорости
↓l
массы любого объекта
линейное сжатие объектов
↓ τ замедление хода времени
Вселенная имеет 4 координаты
4х-мерное «пространство – время»
пространство и время
относительны
релятивистское
замедление
времени
гравитационное
- в сильном
поле тяготения
результаты измерения длины и времени
зависят от того, движется наблюдатель или нет

70. Общая теория относительности - теория гравитации (1907-1915)

Общая теория относительности теория гравитации (1907-1915)
Новая теория искривленного
пространства-времени
получила название общей
теории относительности,
чтобы отличить ее от
первоначальной теории,
которая не включала
гравитацию и ныне известна
как специальная СТО.

71. Общая теория относительности - теория гравитации (1907-1915)

Общая теория относительности теория гравитации (1907-1915)
Общая теория относительности
исходит из принципа
эквивалентности инерционной и
гравитационной масс,
Кинематические эффекты,
возникающие под действием
гравитационных сил,
эквивалентны эффектам,
возникающим под действием
ускорения.
В 1921 году

72. Общая теория относительности - теория гравитации (1907-1915)

Общая теория относительности теория гравитации (1907-1915)
На основе принципа
эквивалентности инерционной и
гравитационной масс был
обобщен принцип относительности,
утверждающий в ОТО
инвариантность законов природы
в любых системах отсчета, как
инерциальных, так и
неинерциальных
Уравнения гравитационного поля,
которые называются
уравнениями Эйнштейна:
В 1921 году

73. Общая теория относительности - теория гравитации (1907-1915)

Общая теория относительности теория гравитации (1907-1915)
Гравитационные эффекты
обусловлены не
силовым взаимодействием тел и
полей, а деформацией самого
пространства-времени
Масса и энергия изгибают
пространство-время
В поле тяготения пространство-время
обладает кривизной
В 1921 году

74. Искривление пространства массивным телом

Представим себе очень тонкий
лист резины, и будем считать,
что это – модель пространства.
Расположим на этом листе
шарики – модели звезд. Эти
шарики будут прогибать лист
резины тем больше, чем
больше масса шарика.
Это наглядно демонстрирует
зависимость кривизны
пространства от массы тела и
показывает также, что
привычная нам евклидова
геометрия в данном случае не
действует (работают геометрии
Лобачевского и Римана).

75. Кривизна пространства-времени

Слабой кривизне
соответствует
ньютоновская
гравитация
В сильных
гравитационных
полях, создаваемых
массивными
космическими
объектами, искривление
пространства-времени
становится
существенным
.

76. Кривизна пространства-времени

Артур Эддингтон показал, что свет
от звезды искривлялся вблизи
Солнца в точном соответствии с
предсказаниями ОТО.
Свет звезды проходит вблизи
Солнца и отклоняется, поскольку
Солнце искривляет пространствовремя (а). Это приводит к
небольшому смещению видимого
положения звезды при наблюдении
с Земли (б).

77. Кривизна пространства-времени

Вокруг массивного тела при
очень большой плотности
вещества искривление
становится настолько
существенным, что
пространство-время как бы
замыкается локально само на
себя, отделяя данное тело от
остальной Вселенной и
образуя черную дыру
Черная дыра поглощает
материальные объекты и
электромагнитное
излучение
Внутри черной дыры
наступает конец времени.

78. Квантовая механика

Первый шаг в сторону квантовой
теории был сделан в 1900г.
Макс Планк в Берлине открыл,
что свечение разогретого
докрасна тела м. объяснить,
если свет испускается и
поглощается только
дискретными порциями –
квантами
Новую картину физической
реальности, получившей
название квантовой механики,
разработали:
Вернер Гейзенберг в
Копенгагене,
Пол Дирак в Кембридже и
Эрвин Шрёдингер в Цюрихе.

79. Исходные положения квантовой механики:

1. Все объекты микромира
обладают корпускулярноволновымисвойствамиорпускулярноволновой двойственностью,
т. е ведут себя и как частица
и как волна
Корпускулярные свойства
E=hν
h ~10-34 Дж*с
Волновые свойства
m-масса,
v – скорость микрочастицы
λν=с,
Волновые свойства –
способность к
дифракции
и интерференции

80. Исходные положения квантовой механики:

1. Все объекты микромира
обладают корпускулярноволновыми
свойствамикорпускулярноволновой двойственностью,
Корпускулярно-волновые
свойства объектов микромира
описывает уравнение Луи де
Бройля (1924 г.)
m-масса,
v – скорость микрочастицы
Корпускулярные свойства
описываются уравнением Макса
Планка ( 1900 г):
h ~10-34 Дж*с
E=hν
Е –энергия кванта,
h- постоянная Планка,
ν -частота электромагнитных
колебаний
Волновые свойства
выражаются уравнением
λν=с,
λ- длина волны,
с – скорость распространения

81. Исходные положения квантовой механики:

2. Принцип неопределенности
Вернера Гейзенберга (1927)
Невозможно одновременно с
одинаковой точностью
определить положение и
импульс элементарной частицы.
Чем точнее определяется
импульс p (p=mv), тем больше
будет неточность в определении
координат, и наоборот.
∆px • ∆x ≥h
∆py • ∆y ≥h
∆pz • ∆z ≥h,
где ∆x,∆y,∆z-неопределенности
координат
∆px,∆py, ∆pz -неопределенности
импульсов
h ~10-34 Дж*с

82. Электромагнитное излучение

Название диапазона Длины
волн, λ
Радиоволны
Сверхдлинные более 10 км
Длинные
10 км — 1 км
Средние
1 км — 100 м
Короткие
100 м — 10 м
Ультракороткие
10 м — 1 мм
Инфракрасное излучение
1 мм — 780 нм
Видимое (оптическое) излучение
780—380 нм
Ультрафиолетовое380 — 10 нм
Рентгеновские
10 — 5×10−3
нм
Гамма
менее 5×10−3 нм
Электромагниотное излучеоние
(электромагнитные волны)
— распространяющееся в пространстве
возмущение (изменение состояния)
электромагнитного поля
(то есть, взаимодействующих друг с
другом электрического и магнитного
полей)

83. Принципы

1)
2)
3)
Принцип
неопределенности
Гейзенберга
Принцип
дополнительности
(комплементарности)
Бора
Концепция
целостности
1)
Можно говорить лишь о вероятности
того, где в данный момент находится
микрочастица
2)
Любое явление в микромире должно
включать в себя взаимодействие с
макроскопическим прибором.
С его помощью можно
исследовать либо корпускулярные
свойства микрообъекта, либо волновые, но не те и другие
одновременно.
3)
Мир – единая целостная единица,
несводимая к механическому
разложению на составляющие части

84. Квантово-полевая картина мира

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Материя обладает одновременно и
корпускулярными, и волновыми
свойствами
Отказ от постулата о неизменности
материи
Представление о едином
пространственно-временном
континууме
Фундаментальными признаны
статистические законы, частной
формой которых выступают
динамические
Постулат о закономерной
взаимосвязи свойств изучаемых
объектов и наблюдателя
(человека)
Фундаментальная согласованность
основных законов и свойств
Вселенной с существованием в ней
жизни и разума
2.
3.
Переход квантового поля
из одного состояния в
другое сопровождается
взаимопревращением
частиц друг в друга,
аннигиляцией одних
частиц и порождением
других
Трансформируется
понимание о
закономерности и
причинности, их
вероятностной природе

85.

Квантово-релятивистские представления
1.Виды взаимодействия
2.Принципы:
а) Неопределенности
б) Дополнительности
3.Пространство и время
4.Свойства пр-ва - времени
5.Виды материи
( М.- и корпускулярные и
волновые св-ва одноврем.)
6. Местоположение и
скорости микрочастиц
7.Законы

86.

Квантово-релятивистские представления
1.Виды взаимодействия
Гравитационное
Электромагнитное
2.Принципы:
а) Неопределенности
б) Дополнительности
а) Невозможно одновр. с одинаковой точностью опрть положение и импульс элементарной частицы
б) можно исследовать либо корпускулярные
свойства микрообъекта, либо - волновые
3.Пространство и время
Относительные. Зависят от материи.
4.Свойства пр-ва - времени
Единый пространственно-временной континуум
5.Виды материи
( М.- и корпускулярные и
волновые св-ва одноврем.)
Вещество
Поле
6. Местоположение и
скорости микрочастиц
Можно говорить только о вероятности того, где в
данный момент находится микрочастица
7.Законы
Статистические – фундаментальные
Динамические – их частная форма
Согласованность основных законов и свойств
Вселенной с существованием в ней жизни и
разума

87. Единая теория поля современная физическая исследовательская программа

1.
2.
3.
4.
Теоория всегоо (англ. Theory of everything,
TOE) — гипотетическая объединённая
физико-математическая теория,
  
описывающая все известные
фундаментальные взаимодействия .
Современная физика требует от «теории
всего» объединения четырёх известных в
настоящее время
фундаментальных взаимодействий :
гравитационное взаимодействие,
электромагнитное взаимодействие,
сильное ядерное взаимодействие,
слабое ядерное взаимодействие
Кроме того, она должна объяснять
существование всех элементарных частиц.
 
                                     
                            

88. Краткий обзор различных семейств элементарных и составных частиц, и теории, описывающие их взаимодействия

89. Станда́ртная моде́ль 

Стандаортная модеоль
Стандаортная модеоль —
теоретическая конструкция в
физике элементарных частиц,
описывающая
электромагнитное, слабое и
сильное взаимодействие всех
элементарных частиц.
Стандартная модель не
является теорией всего, так как
не описывает тёмную материю,
тёмную энергию и не включает
в себя гравитацию.
Подтверждение существования
бозона Хиггса в 2012 году
завершило экспериментальное
обнаружение
предсказываемых Стандартной
моделью элементарных частиц
.

90. Станда́ртная моде́ль – теория всех негравитационных сил, действующих в природе

Стандаяртная модеяль – теория всех
негравитационных сил, действующих в природе
Кварки участвуют в
сильных
слабых
электромагнитных
взаимодействиях
заряжённые лептоны
(электрон, мюон, таулептон)
слабых