Головна

Принципи сучасної фізики (симетрія, відповідності, додатковості, співвідношення невизначеностей, суперпозиції)

  1. II. Принципи громадянства РФ.
  2. III. Принципи конституційного статусу особистості.
  3. А. Файоль і принципи класичного менеджменту.
  4. Автобіографічна підсистема довготривалої пам'яті. Принципи організації знань в автобіографічній пам'яті.
  5. Адміністративна відповідальність (поняття, принципи, види адміністративних, покарань).
  6. Акономерності і принципи процесу навчання.
  7. АКТУАЛЬНІ ПРОБЛЕМИ СУЧАСНОЇ логопед


принцип симетрії
 Під симетрією розуміють однорідність, пропорційність, гармонію якихось матеріальних об'єктів. асиметрія - Поняття протилежне. Будь-який фізичний об'єкт містить елементи симетрії і асиметрії. Розглянемо симетрії у фізиці, хімії та біології.
 У фізиці симетрія визначається наступним чином: якщо фізичні закони не змінюються при певних перетвореннях, яким може бути піддана система (фізичний об'єкт), то вважається, що ці закони мають симетрією (або інваріантні) щодо цих перетворень.
Симетрії ділять на просторово-часові і внутрішні, останні відносяться тільки до мікросвіту.
 Серед просторово-часових розглянемо основні.
1. Зрушення часу. Зміна початку відліку не змінює фізичних законів. Час однорідно по всьому простору.
2. Зрушення системи відліку просторових координат. Така операція не змінює фізичних законів. Всі точки простору рівноправні, і простір однорідний.
3. Поворот системи відліку просторових координат також зберігає фізичні закони незмінними - значить, простір изотропно.
4. Класичний принцип відносності Галілея встановлює симетрію між спокоєм і рівномірним прямолінійним рухом.
5. Звернення знака часу не змінює фундаментальних законів в макросвіті, тобто процеси макросвіту можуть описуватися і при зверненні знаку часу. На рівні макросвіту спостерігається необоротність процесів, так як вони пов'язані з нерівновагим станом Всесвіту.
 У хімії симетрії проявляються в геометричній конфігурації молекул. Це визначає як хімічні, так і фізичні властивості молекул. Більшість простих молекул мають осі симетрії, площини симетрії. Наприклад, молекула аміаку NH3 є правильну трикутну піраміду, молекула метану CH4 - правильний тетраедр. Уявлення про симетрії вельми корисні при теоретичному аналізі будови комплексних сполук, їх властивостей і поведінки.
 У біології симетрії давно вивчаються фахівцями. Найбільший інтерес представляє структурна симетрія біооб'єктів. Вона проявляється у вигляді того чи іншого закономірного повторення. На нижчих етапах розвитку живої природи зустрічаються представники всіх класів точкової симетрії (правильні багатогранники, кулі). На більш високих щаблях еволюції зустрічаються рослини і тварини в основному з аксіальної і актиноморфними симетрією. Біооб'єкти з аксіальної симетрією характеризуються віссю симетрії (медуза, квітка флокса), а з актиноморфними - віссю симетрії і пересічними на цій осі площинами (наприклад, метелик з двосторонньою симетрією).
 Широко відома симетрія кристалів. Це властивість кристалів як би поєднуватися з собою в різних положеннях шляхом поворотів, відбитків, паралельних переносів. Симетрія зовнішньої форми кристалів визначається симетрією їх атомної будови.
 Все це пов'язано з симетрією фізичних властивостей кристалів.
 Симетрія і закони збереження

 У 1918 р німецький математик Еммі Нетер довела фундаментальну теорему, що встановлює зв'язок між властивостями симетрії і законами збереження. Суть теореми в тому, що безперервними перетвореннями в просторі-часі, що залишають інваріантним дія, є: зсув у часі, зсув в просторі, тривимірне просторове обертання, чотиривимірні обертання в просторі-часі. Згідно з теоремою Нетер, з інваріантності щодо зсуву в часі слід закон збереження енергії; з інваріантності щодо просторових зрушень - закон збереження імпульсу; з інваріантності щодо просторового обертання - закон збереження моменту імпульсу; інваріантність щодо перетворень Лоренца (чотиривимірні обертання в просторі-часі) - узагальнений закон руху центру мас: центр мас релятивістської системи рухається рівномірно і прямолінійно. Теорема Нетер відноситься не тільки до просторово-часових симетрій, а й до внутрішніх. Наприклад, при всіх перетвореннях елементарних частинок сума електричних зарядів частинок зберігається незмінною.

зберігається незмінною.
 Закон збереження заряду в макросистемах був підтверджений експериментальним шляхом задовго до Нетер, в 1843 р М. Фарадеєм. Суворого наукового пояснення причин виконання закону збереження заряду поки немає.
 принцип додатковості

 Принцип додатковості є основоположним в сучасній фізиці. Поняття додатковості було введено в науку М. Бором в 1928 р Це був час становлення квантової механіки. Важко переоцінити значення принципу додатковості для розвитку наших уявлень про світ і пізнання різних закономірностей. Ми практично завжди оперуємо принципом додатковості. Так, для характеристики багатьох фізичних процесів використовується одночасно дві величини. Наприклад, при оцінці руху матеріальної точки - координата точки і її швидкість. Одна величина як би доповнює іншу. Це характерно практично для будь-яких рухомих матеріальних об'єктів. Так працює на практиці принцип додатковості.
 Особливо яскраво принцип додатковості виступає в мікросвіті. Все мікрочастинки мають дуалістичну корпускулярно-образу-ву природу. Інструментальні методи дозволили виявити цю подвійність мікрочастинок спочатку у фотона, потім у електрона і інших мікрочастинок. Будь-який пристрій для детектування мікрочастинок реєструє їх як щось ціле, локалізоване в дуже малій області простору. З іншого боку, можна спостерігати дифракцію і інтерференцію цих же мікрочастинок на кристалічних решітках або штучно створених перешкоди при їх русі, тобто мікрочастинки мають виражені хвильовими властивостями.
 Однак при оцінці явищ навколишнього нас світу ми перебуваємо в полоні наших макроскопічних уявлень. Тому спостерігач, оцінюючи мікропроцеси, повинен, приймаючи без сумніву мікрочастинки як локалізовані об'єкти (частки або корпускули), одночасно «домислювати» їх хвильові властивості. Спостерігач повинен застосовувати два доповнюють один одного поняття. Тільки в сукупності цих двох наборів понять інформація про мікропроцесу буде достовірною.
 Таким чином, одна характеристика здатна відобразити тільки частина істини, а зібравши суперечать один одному характеристики одного об'єкта, можна отримати повну картину цього об'єкта. У загальній формі принцип додатковості можна сформулювати так:
 нних, кожна з яких може бути краще визначена тільки за рахунок відповідного зменшення ступеня визначеності.

Принцип невизначеності Гейзенберга
 Принцип невизначеності є фундаментальним законом мікросвіту. Його можна вважати приватним вираженням принципу додатковості.
 У класичній механіці частинка рухається по певній траєкторії, і в будь-який момент часу можливо точно визначити її координати і її імпульс. Щодо мікрочастинки таке уявлення неправомірно. Мікрочастинка не має чітко вираженої траєкторії, вона володіє і властивостями частинки, і властивостями хвилі (корпускулярно-хвильовий дуалізм). У цьому випадку поняття «довжина хвилі в даній точці» не має фізичного сенсу, а оскільки імпульс мікрочастинки виражається через довжину хвилі - p = к / л, то це означає, що мікрочастинка з певним імпульсом має повністю невизначену координату, і навпаки.
 В. Гейзенберг (1927 г.), з огляду на подвійну природу мікрочастинок, прийшов до висновку, що неможливо одночасно з будь-який наперед заданою точністю характеризувати мікрочастинок і координатами, і імпульсом.
 Співвідношеннями невизначеностей Гейзенберга називаються нерівності:
 px> = h, y y> = h, z z> = h.
 px, py, pz означають інтервали проекцій імпульсу на координатні осі x, y, z, h - постійна Планка. Відповідно до принципу невизначеностей, чим точніше фіксується імпульс, то більша буде невизначеність з координування, і навпаки.

принцип відповідності
 У міру розвитку науки, поглиблення накопичених знань нові теорії стають точнішими. Нові теорії охоплюють все ширші обрії матеріального світу і проникають в раніше незвідані глибини. Динамічні теорії змінюються статичними.
 Кожна фундаментальна теорія має певні межі застосування. Тому поява нової теорії не означає повного заперечення старої. Так, рух тіл в макросвіті зі швидкостями значно меншими, ніж швидкість світла, завжди буде описуватися класичної механікою Ньютона. Однак при швидкостях, порівнянних зі швидкістю світла (релятивістських швидкостях), механіка Ньютона непридатна.
 Об'єктивно має місце спадкоємність фундаментальних фізичних теорій. Це і є принцип відповідності, який можна сформулювати наступним чином: ніяка нова теорія не може бути справедливою, якщо вона не містить в якості граничного випадку стару теорію, що стосується тих же явищ, оскільки стара теорія вже виправдала себе в своїй області.

принцип суперпозиції
 Якщо поле утворено не одним зарядом, а кількома, то сили, що діють на пробний заряд, складаються за правилом додавання векторів. Тому і напруженість системи зарядів в даній точці, поля дорівнює векторній сумі напруженостей полів від кожного заряду окремо.
 Малюнок 1
 Згідно з принципом суперпозиції електричних полів можна знайти напруженість в будь-якій точці А поля двох точкових зарядів і (рис. 13.1). Сума векторів та проводиться за правилом паралелограма. Напрямок результуючого вектора знаходиться побудовою, а його абсолютна величина може бути підрахована за формулою

Динамічні і статистичні закони в природі і суспільстві, детермінізм. | Почала класичної термодинаміки. Замкнені, ізольовані і відкриті системи. Порядок і хаос. Ентропія.


Форми існування матерії. Спосіб існування матерії. | Класифікація елементарних частинок | Загальна характеристика ФІЗИЧНИХ ВЗАЄМОДІЙ | Гравітаційні ВЗАЄМОДІЯ | ЕЛЕКТРОМАГНІТНЕ ВЗАЄМОДІЯ | СИЛЬНА ВЗАЄМОДІЯ | Розвиток уявлень про простір і час. Властивості простору і часу. | Властивості простору і часу | Постулати та слідства загальної та спеціальної теорії відносності. | принцип еквівалентності |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати