Вопрос 1. Физическая картина мира.
Понятие «физическая картина мира» употребляется давно, но лишь в последнее время оно стало рассматриваться не только как итог развития физического знания, но и как особый самостоятельный вид знания – самое общее теоретическое знание в физике (система понятий, принципов и гипотез), служащее исходной основой для построения теорий.
Старые физические понятия и принципы ломаются, новые возникают, одна картина мира сменяет другую. С изменением физической картины мира начинается новый этап в развитии физики с иной системой исходных понятий, принципов, гипотез и стиля мышления.
Ключевым в классической физической картине мира являлось понятие «материя». Поэтому смена физической картины мира была связана со сменой представлений о материи, со сменой научной парадигмы. В истории физики это происходило два раза. Сначала был совершен переход от атомистических, корпускулярных представлений о материи к полевым – континуальным. Затем, в ХХ веке, континуальные представления были заменены современными квантовыми.
В неклассической физике сложилось особое научное представление о материи: каждый элемент (заряженная частица) на физическом уровне организации мира обладает свойствами и волны, и частицы. (Однако следует заметить, что для многих физиков противоречивые свойства заряженных микрочастиц оказались «камнем преткновения». Не в силах преодолеть трудности проникновения в мир микрокосмоса, они согласны считать мир непознаваемым, а материю – несуществующей). Основным объектом познания выступает квантовое поле, переход его из одного состояния в другое, сопровождаемый изменением числа частиц в системе.
|
|
|
Меняется представление о движении, которое на физическом уровне сливается со взаимодействием.
Пространство и время перестают быть независимыми друг от друга, и, согласно теории относительности, сливаются в едином четырехмерном пространственно-временном континууме.
Спецификой квантово-полевых представлений о закономерностях и причинности является то, что они выступают в вероятностной форме, в виде статистических законов.
Квантово-полевая парадигма впервые включает в себя наблюдателя, от присутствия которого зависит получаемая картина мира. Наш мир таков, как он есть, только благодаря существованию человека, появление которого стало закономерным результатом эволюции Вселенной.
Вопрос 2. Структурные уровни организации материи.
В естественных науках выделяются два больших класса материальных систем: системы неживой природы, системы живой природы.
В неживой природе в качестве структурных уровней организации материи выделяют физический вакуум, элементарные частицы, атомы, молекулы, поля, макроскопические тела, планеты и планетные системы, звезды и звездные системы – галактики, системы галактик – метагалактику.
|
|
|
В живой природе к структурным уровням организации материи относят системы доклеточного уровня – нуклеиновые кислоты и белки; клетки как особый уровень биологической организации, представленные в форме одноклеточных организмов и элементарных единиц живого вещества; многоклеточные организмы растительного и животного мира; надорганизменные структуры, включающие виды, популяции и биоценозы и, наконец, биосферу, как всю массу живого вещества.
Промежуточное положение занимают системы, которые включают элементы как живой, так и неживой природы – биогеоценозы.
В естествознании выделяют три уровня строения мира:
Макромир – мир макрообъектов 10-6-107 см, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в, мм, см, м, км, а время – в сек., мин., час., годах.
Микромир – мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16 см (например, нанометр, одна миллиардная части метра, т. е. 10−9м), а время жизни – от бесконечности до 10-24 сек.
|
|
|
Мегамир – мир огромных космических масштабов до 1028 см; и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет.
Микро-, макро- и мегамиры взаимосвязаны.
Современное естествознание выделяет три основных вида материальных состояний: вещество,физическое поле ифизический вакуум, или так называемое темное вещество. Вещество – это химический уровень материи, обладающий массой покоя. К вещественным объектам относятся атомы, молекулы и многочисленные образованные из них материальные объекты (даже живые организмы строятся на основе химического носителя). Физическое поле соответствует различным заряженным частицам: электромагнитное, гравитационное, волновое. Поскольку нельзя с достаточной точностью измерить одновременно и координаты частицы, и ее заряд, мы привыкли говорить о микрочастицах: «не имеет массы покоя». Однако энергия поля – это не «чистая» энергия, без носителя. Масса не может превратиться в энергию! Это две разные характеристики материальных объектов, сохраняемые при всех их взаимных превращениях. Трудности связаны с познанием (фиксированием) этих характеристик человеком его далеко не совершенными приборами, чей размер не соответствует размерам микромира. При этом мы знаем, что физическое поле обладает энергией, импульсом, дискретностью и др.) Физический вакуум – низшее по уровню организации энергетическое состояние квантового поля. Этот термин введен в квантовой теории для объяснения некоторых микропроцессов взаимного превращения частиц друг в друга. Среднее число положительно и отрицательно заряженных частиц – квантов поля – в вакууме равно нулю, но только среднее число! Реально до 95% массы вселенной сосредоточено в виде этого недавно открытого «темного вещества». Оно прежде было не выявлено именно потому, что по мере уменьшения размеров частиц, составляющих бесчисленное множество галактик, их вес (масса) резко, по экспоненте возрастает. Еще одна характеристика этого таинственного пока для обыденного сознания феномена: время существования частиц безгранично мало.
|
|
|
Итак, в вакууме могут рождаться «виртуальные» частицы, то есть частицы, существующие короткое время, а также пары: частица-античастица. Сегодня науке известно более 300 элементарных частиц, их открытия продолжаются. У большинства из них есть античастицы, отличающиеся противоположными знаками электрического заряда и магнитного момента (электрон-позитрон, протон-антипротон, нейтрон-антинейтрон и т.д.). Все другие свойства античастиц аналогичны свойствам обычных частиц. Из них могут образовываться устойчивые атомные ядра, атомы, молекулы и антивещество.
Элементарными называются частицы, у которых сегодня не обнаружена внутренняя структура, и их размеры недоступны измерению (элементарное расстояние, доступное современным средствам измерения – 10-18 см).
Основными характеристиками элементарных частиц являются следующие: масса, заряд, среднее время жизни, спин и квантовые числа. Поясним эти физические понятия.
· МАССА[2] ПОКОЯ: в теории относительности масса объекта, находящегося в состоянии покоя. Считается, что масса ФОТОНА равна нулю, однако скорость фотона равна скорости света во всех случаях, и его невозможно привести в состояние покоя
Массу покоя элементарных частиц определяют по отношению к массе покоя электрона. Частицы, имеющие массу покоя делятся на лептоны (легкие частицы); существует три поколения лептонов:
· первое поколение: электрон, электронное нейтрино
· второе поколение: мюон, мюонное нейтрино
· третье поколение: тау-лептон, тау-нейтрино
мезоны (средние частицы с массой от 1 до 1000 масс электрона; назовем некоторые из них: пион, каон, эта, ро, фи)
барионы (тяжелые частицы, чья масса превышает 1000 масс электрона и в состав которых входят протоны, нейтроны, гипероны и многие резонансы. Единственным стабильным барионом является протон; все остальные барионы нестабильны и путём последовательных распадов превращаются в протон и лёгкие частицы. Нейтрон в свободном состоянии — нестабильная частица, однако, в связанном состоянии внутри атомных ядер он стабилен.).
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 214; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!