Учебник по физике для поступающих в ВУЗ /Экзаменационные вопросы по физике (2006-2007)/

Гамма-излучение естественных радиоактивных изотопов земной коры (урана, тория, калия) составляет около 8% естественного фона. Такой же процент составляет космическое излучение – поток γ-квантов и быстрых заряженных частиц, проникающих через атмосферу Земли.

Кроме внешнего излучения, каждый организм подвергается внутреннему облучению, составляющему 11% естественного радиационного фона. Оно обусловлено естественной радиоактивностью химических элементов, попадающих в организм с пищей, водой и воздухом (углерод, калий, уран, радий, радон)

Около 18% в естественный фон вносят искусственные источники радиации – ядерные реакторы, ускорители, рентгеновские установки и т.д.

Наличие естественного радиационного фона – необходимое условие эволюции жизни на земле. Обязательным условием эволюции является изменчивость как следствие мутации. Одним из факторов, вызывающих мутации, является естественный радиационный фон.

Значительные эквивалентные доза поглощенного излучения могут вызвать в живом организме острое поражение, проявляющееся в нарушении деления клеток, образовании новых патологических клеток и т.д.

Острое поражение организма взрослого человека обнаруживается, начиная с пороговой эквивалентной дозы 0.5 Зв.

Основным механизмом действия на организм является ионизация.

Ионы вступают в химическую реакцию с клеткой и нарушают ее деятельность, что приводит к гибели или мутации клетки.

Повышенная чувствительность к облучению раковых клеток обуславливает использование радиационного излучения для их разрушения и лечения злокачественных опухолей.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ(уч.11кл.стр.390-405)

Элементарные и фундаментальные частицы

Классификация элементарных частиц

Фермионы и бозоны

Принцип Паули

Античастицы

Аннигиляция и рождение пары

Лептонный заряд

Закон сохранения лептонного заряда

Слабое взаимодействие лептонов

Адроны

Классификация адронов

Мезоны и барионы

Структура адронов. Кварки

Закон сохранения барионного заряда

Цвет кварков

Взаимодействие кварков. Глюоны

Фундаментальные частицы в настоящее время.

Фундаментальные взаимодействия (см.ниже)

Элементарная частица – микрообъект, который невозможно расщепить на составные части.

Некоторые частицы (например, адроны) имеют сложную внутреннюю структуру, но разделить их на части оказывается невозможно. Другие элементарные частицы являются бесструктурными и могут рассматриваться как первичные фундаментальные частицы.

Фундаментальные частицы – бесструктурные элементарные частицы, которые до настоящего момента времени не удалось описать как составные.

До 1932 г. были известны три фундаментальные частицы: электрон, протон, нейтрон и фотон, переносящий электромагнитное взаимодействие. Казалось, что из этих частиц можно построить целостную картину мира. Протоны и нейтроны, образующие ядро, вместе с электронами составляют атомы, из атомов комбинируются молекулы, которые объединяясь образуют вещество.

Когда открыли распад нейтрона – к числу элементарных частиц добавились мюоны и пионы. Их масса составляла от 200 до 300 электронных масс.

Несмотря на то, что нейтрон распадается на протон, электрон и нейтрино, внутри него этих частиц нет, и он считается элементарной частицей.

С 1932 г. было открыто более 400 элементарных частиц.

Большинство элементарных частиц нестабильны, и имеют периоды полураспада порядка 10-6-10-16с.

Для их классификации используют такие физические величины, как масса покоя, электрический заряд, спин, время жизни, а так же некоторые другие.

По величине спина (собственного момента количества движения) все частицы делятся на два класса: фермионы и бозоны.

Фермионы – частицы с полуцелым спином ћ/2, 3 ћ/2, ...

К фермионам относятся, например, электрон е-, протон p, нейтрон n, электронное нейтрино υe

Бозоны - частицы с целым спином 0, ћ, 2 ћ, ...

К бозонам относятся, например, фотон γ, π+мезон

Для распределения фермионов по возможным энергетическим состояниям справедлив принцип Паули:

Принцип Паули:

В одном и том же энергетическом состоянии могут находится не более двух фермионов с противоположными спинами.

Для бозонов принцип Паули не применим, поэтому в одном энергетическом состоянии может находиться любое число бозонов.

Античастицы

Для элементарных частиц справедлив принцип зарядового сопряжения:

для каждой элементарной частицы должна существовать античастица.

Античастица «»элементарной частицы «а» – элементарная частица, имеющая по отношению к «а», равную массу покоя, одинаковый спин, время жизни и противоположный заряд.

Первая античастица была обнаружена американским физиком Карлом Андерсом в 1932 г. при фотографировании в камере Вильсона траекторий космических частиц. Он обнаружил трек, принадлежащий частице с массой электрона, но двигавшейся в магнитном поле в противоположном направлении (по окружности радиуса R = mev/(eB) ) и следовательно обладавшей положительным зарядом, равным по модулю заряду электрона.

Античастица электрона была названа позитроном e+ (лат. positivus – положительный)

В 1947 г. был обнаружен антипион π-, в 1955 – антипротон, в 1956 – антинейтрино. Были получены атомы антидейтерия, антитрития и антигелия, у которых отрицательно заряженные ядра и оболочка из позитронов.

Антивещество – вещество, построенное из антинуклонов и позитронов.

Истинно нейтральной частицей является фотон, совпадающей со своей античастицей.

Также существуют истинно-нейтральные частицы, полностью совпадающие со своими античастицами (пи-нуль-мезон π0 и эта-нуль-мезон η0).

При столкновении частицы и античастицы они аннигилируют.

Аннигиляция – процесс взаимодействия элементарной частицы с ее античастицей, в результате которого они превращаются в γ-кванты (фотоны) электромагнитного поля или другие частицы.

Например: e- + e+ ® 2γ

Образование одного γ-кванта невозможно из-за необходимости одновременного выполнения законов сохранения импульса и энергии.

Минимальная энергия образующихся γ-квантов: Emin = 2mec2 ≈ 1.02МэВ

При аннигиляции вещества выделяется энергия почти в 1000 раз большая чем при термоядерном взрыве.

Фундаментальные частицы взаимопревращаются – они могут как исчезать, так и рождаться.

Рождение пары – процесс, обратный аннигиляции.

В соответствии с законами сохранения, частицы никогда не возникают поодиночке.

Электрон-позитронная пара может возникнуть, например, при взаимодействии γ-кванта с веществом.

γ ® e- + e+ (Выполняется закон сохранения заряда)

Для рождения пары у γ-кванта должна быть минимальная энергия равная сумме покоя образующихся частиц 2mec2. При больших энергиях возможно рождение частиц большей массы.

Лептонный заряд

Наиболее удобной является классификация элементарных частиц по видам взаимодействия, в которых они участвуют.

Все частицы, обладающие массой, гравитационно взаимодействуют друг с другом.

По отношению к сильному взаимодействию все элементарные частицы делятся на две большие группы:

адроны (греч. hadros – большой, сильный) – элементарные частицы, участвующие в сильном взаимодействии

лептоны (греч. leptos – легкий) - элементарные частицы, не участвующие в сильном взаимодействии

К лептонами относятся 12 частиц (6 частиц и 6 античастиц).

Все лептоны являются фермионами – обладают полуцелыми спинами ћ/2.

В реакции слабого взаимодействия лептонов участвуют лептон-нейтринные дуплеты.

Для выделения класса лептонов вводят понятие лептонного заряда L.

Для лептонов L = 1, для антилептонов L = -1, для адронов L = 0.

Закон сохранения лептонного заряда:

Сумма лептонных зарядов до и после взаимодействия сохраняется.

Лептонный заряд электрона e- и электронного нейтрино νе, образующих первый лептонный дуплет, равен единице, а позитрона e+ и электронного антинейтрино -1.

Для реакции β-распада закон сохранения лептонного заряда:

n ® p + e- + 0 = 0 + 1 -1

Второй лептонный дуплет образуют отрицательно заряженный мюон μ- и мюонное нейтрино νμ. Мюон был открыт в 1936 г. в космических лучах и по своим свойствам напоминает тяжелые электроны. Он тяжелее электрона примерно в 200 раз. Мюон распадается на электрон, электронное антинейтрино и мюонное нейтрино.

Лептонный заряд мюона и мюонного нейтрино L = 1, для их античастиц L = -1.

μ- ® e- + + νμ 1 = 1 – 1 + 1

Третий лептонный дуплет составляют таон и таонное нейтрино.

В 1975 г. был открыт самый тяжелый лептон – таон τ-. Он в 3492 раза тяжелее электрона и в 2 раза тяжелее протона. Распадается на мюон μ-, мюонное антинейтрино и таонное нейтрино ντ.

Лептонный заряд таона и таонного нейтрино L = 1

τ - ® μ- + + ντ 1 = 1 – 1 +1

Слабое взаимодействие лептонов

Любое взаимодействие обусловлено обменом виртуальными частицами.

Сильное взаимодействие нуклонов обеспечивается обменом π+-мезоном.

В 1956 г. американский физик Джулиан Швингер предположил, что переносчиком слабого взаимодействия являются два заряженных векторных бозона W-,W+ (англ. weak – слабый)

В 1961 г. американский ученый Шелдон Глэшоу предположил, что таким переносчиком может быть нейтральный Z0 бозон.

Массы промежуточных бозонов были определены экспериментально в 1983 г. группой европейских ученых под руководством Карло Руббиа и Симона Ван дер Меера.

Классификация адронов

К классу адронов относится порядка 300 элементарных частиц, участвующих в сильном взаимодействии.

В зависимости от спина адроны делятся на две группы:

мезоны (греч. meso – средний) – бозоны со спином 0, ћ, участвующие в сильном взаимодействии

барионы (греч. barys – тяжелый) – фермионы со спином ћ/2, 3ћ/2, участвующие в сильном взаимодействии.

В группе барионов выделяют две подгруппы:

нуклоны (протон и нейтрон) с s = ½

гипероны (все остальные барионы) с s =1/2, 3/2

За исключением протона (время жизни 1031 лет) все другие адроны распадаются. Наиболее быстрый распад (10-23с) адронов происходит за счет сильного взаимодействия, более медленный (10-20с) за счет электромагнитного, самый медленный (1нс) при слабом взаимодействии.

Структура адронов. Кварки

Большие массы адронов по сравнению с лептонами позволили в 1963 г. американским физикам-теоретикам Мюррею Геллману и Джорджу Цвейгу предположить, что адроны являются составными частицами. Согласно их гипотезе, нуклоны состоят из трех фундаментальных, электрически заряженных частиц, названных кварками.

Наличие этих частиц можно обнаружить, например, при рассеивании частиц высоких энергий.

В 1969 г. в Стэнфорде было экспериментально подтверждена кварковая структура нуклонов при опытах по рассеиванию электронов с энергией 20 ГэВ на протонах и нейтронах. Было обнаружено пространственное распределение электрического заряда в нуклоне.

При увеличении энергии рассеивающихся электронов до 50ГэВ удалось установить существование трех точечных зарядов в нуклонах. Эти частицы, свободно перемещающиеся внутри нуклона, и есть кварки.

Их заряд может быть как положительным, так и отрицательным

Кварки имеют полуцелый спин

Характерной особенностью кварков, не встречающихся у других частиц, является дробный электрический заряд.

Кварк с зарядом +2/3е – u-кварк (англ. up – вверх)

Кварк с зарядом -1/3е – d-кварк (англ. down – вниз)

Кварковый состав протона можно представить как uud, нейтрона – udd

Важной характеристикой кварка является его барионный заряд.

Закон сохранения барионного заряда:

Во всех взаимодействиях барионный заряд сохраняется.

Массовое число А является барионным зарядом ядра : В = А

Для всех барионов В = 1, у антибарионов В = -1.

У частиц, не являющихся барионами, В = 0.

При β-распаде закон сохранения барионного заряда имеет вид:

n ® p + e- + 1 = 1 + 0 + 0

Барионный заряд кварков принят равным 1/3, что дает для барионов (протона и нейтрона) В = 1.

Сохранение барионного заряда объясняет невозможность распада протона на более мелкие частицы.

Для антикварков электрические и барионные заряды имеют противоположные знаки.

После обнаружения элементарных частиц, состоящих из всех комбинаций u- и d-кварков, были открыты тяжелые адроны, для объяснения свойств которых пришлось использовать еще два пара кварков: s (англ. strange - странный), c(англ. charmed - очарованный), b(англ. beauty - красота), t(англ. truth - правда) Массы этих кварков значительно превышают массы u- и d-кварков.

Все кварки – фермионы. Они имеют полуцелый спин, так как адроны являются фермионами.

Различные типы кварков называют ароматом.

Цвет кварков

Использование кварковой модели привело к тому, что некоторые барионы должны были состоять из кварков только одного аромата, что невозможно по принципу Паули.

Была выдвинута гипотеза, что кварки отличаются цветом. Согласно этой гипотезе каждый тип (аромат) кварков может иметь три цветовых заряда: красный, зеленый, синий. Поэтому кварки одинакового аромата не одинаковы, а отличаются цветом.

Реально кварки не окрашены. Цвет – удобная аналогия для оперирования сложными понятиями.

Антикварки имеют антицвет: антикрасный (фиолетовый), антизеленый (красный), антисиний (желтый) Основные цвета (красный, зеленый, синий) как бы подобны положительному электрическому заряду, а антицвета – отрицательному.

Цветовой заряд является характеристикой взаимодействия кварков, а не адронов в целом. Цветовое взаимодействие между адронами не наблюдается на опыте.

Все адроны цветонейтральны.

Все цвета представлены в равных количествах, что в результате дает белый цвет

Отдельный кварк имеет цвет и потому не может существовать в свободном состоянии. Цветные кварки, притягивая друг друга, образуют бесцветные комплексы, например нуклоны.

Протоны и нейтроны состоят из кварков, но выделить кварки нельзя. Свободные кварки не наблюдаемы. Это принципиально ограничивает бесконечное дробление структуры материи.

Каждый барион, являясь фермионом, состоит из трех ароматов разного цвета.

В целом барион – цветонейтрален.

Мезоны, как и все адроны, цветонейральны.

С помощью определенной комбинации разноцветных кварков можно построить любой адрон. Существует 6 кварков и 6 антикварков, каждый из них может иметь по три цвета.

Полное число кварков - 36

Фундаментальные частицы

В настоящее время фундаментальными частицами считаются кварки и лептоны.

Кварки – фундаментальные частицы, участвующие в сильном взаимодействии

Лептоны – фундаментальные частицы , не участвующие в сильном взаимодействии.

Лептонов и антилептонов - 12

Все фундаментальные частицы являются фермионами.

Учитывая, что известно 6 кварков и 6 лептонов, можно говорить о кварко-лептонной симметрии мира. Лептоны и кварки образуют начальный структурный уровень организации материи.

Окружающая нас Вселенная состоит из 48 фундаментальных частиц.

Соответствующие пары кварков и лептонов образуют три поколения фундаментальных частиц.

Все стабильные структуры окружающего низкотемпературного мира состоят из фундаментальных частиц первого поколения: двух стабильных лептонов (электрона и нейтрино) и двух кварков (u и d)

При более высоких температурах и больших энергиях существуют второе и третье поколения нестабильных частиц, которые рождались на ранних этапах возникновения горячей Вселенной. В настоящее время такие частицы возникают в результате сильных и слабых взаимодействий в мощных ускорителях заряженных частиц.

Взаимодействие кварков. Глюоны

Сильное взаимодействие между кварками осуществляется при обмене глюонами (англ. glue – клей)

Глюон – бозон со спином 1, переносчик сильного взаимодействия.

Глюон электрически нейтрален и не имеет массы покоя.

Фотон, являясь переносчиком электромагнитного излучения, не переносит заряд.

Глюон переносит цветовой заряд: цвет-антицвет.

Полное число глюонов – 8 (6 с цветовым зарядом, 2 бесцветных)

Общая закономерность в систематике элементарных частиц заключается в том, что все фундаментальные частицы (48) являются фермионами, а все переносчики взаимодействия – бозонами (13)

Поглощение или излучение глюона, несущего цветовой заряд, изменяет цвет кварка, но не его аромат. Обмениваясь глюонами, кварки как бы меняются местами, происходит цветовой обмен.

Цветовой обмен кварков показан на диаграмме Фейнмана.

При всех ядерных распадах, идущих через слабое взаимодействие, изменяется аромат кварков.

Цветовой заряд кварка при слабом взаимодействии не изменяется.

Теория элементарных частиц в настоящее время не завершена и активно разрабатывается чтобы глубже понять природу фундаментальных частиц, пространства и времени.

(См.ниже «Фундаментальные взаимодействия»)

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ (уч.10кл.стр.9-16)

Фундаментальные взаимодействия

Виды фундаментальных взаимодействий

Радиус действия фундаментального взаимодействия

Взаимодействие как связь структур вещества

Слабое взаимодействие

Электромагнитное взаимодействие

Гравитационное взаимодействие

Фундаментальные взаимодействия – взаимодействия, которые не могут быть сведены к другим, более простым взаимодействиям.

Все процессы и явления происходят в результате этих взаимодействий.

Всего различают 4 вида фундаментальных (несводимых к другим) взаимодействия:

- гравитационное

- электромагнитное

- слабое

- сильное.

Электромагнитное взаимодействие объясняется обменом виртуальными фотонами (Из неопределенности Гейзенберга следует, что за небольшое время электрон за счет своей внутренней энергии может выпустить квант, и возместить потерю энергии захватом такого же. Испущенный квант поглощается другим, таким образом обеспечивая взаимодействие.)

Электромагнитное взаимодействие связывает между собой только заряженные частицы.

Cильное взаимодействие – обменом глюонами (спин 1, масса 0, переносят "цветовой" кварковый заряд)

Сильное взаимодействие определяет связи только между адронами.

Слабое взаимодействие – обменом векторными бозонами.

Слабое взаимодействие присуще всем частицам, кроме фотона.

Гравитационное взаимодействие не объясняется, но кванты гравитационного поля теоретически должны иметь массу 0, спин 2.

Гравитационное взаимодействие универсально: в нем участвуют все элементарные частицы.

Важнейшей характеристикой фундаментального взаимодействия является радиус действия.

Радиус действия – максимальное расстояние между частицами, за пределами которого взаимодействием можно пренебречь.

При малом радиусе действия взаимодействие называют короткодействующим, при большом – дальнодействующим.

Сильное и слабое взаимодействия являются короткодействующими.

Их интенсивность очень быстро убывает с расстоянием.

Электромагнитное и гравитационное взаимодействия являются дальнодействующими. Они медленно убывают с расстоянием и не имеют конечного радиуса действия.

В атомном ядре связь протонов и нейтронов обуславливает сильное взаимодействие. Оно обеспечивает исключительную прочность и стабильность ядра.

Слабое взаимодействие в миллион раз менее интенсивно, чем сильное. Оно действует между большинством элементарных частиц, находящихся друг от друга на расстоянии 10-17м.

Слабым взаимодействием определяется радиоактивный распад, реакции термоядерного синтеза на Солнце.

Электромагнитное взаимодействие определяет структуру вещества за пределами радиуса действия сильного взаимодействия. Оно связывает электроны и ядра в атомах и молекулах, объединяет атомы и молекулы в вещества, определяет химические и биологические процессы.

Электромагнитное взаимодействие не оказывает существенного влияния на движение макроскопических тел большой массы, так как те электрический нейтральны.

Гравитационное взаимодействие прямо пропорционально массам взаимодействующих тел и потому наиболее сильно проявляется между макроскопическими телами. Из-за малой массы микрочастиц оно несущественно в процессах микромира.

Существует теория «великого объединения», согласно которой слабое, сильное и электромагнитное взаимодействия объединены и существует всего два типа взаимодействия : объединенное и гравитационное.

Не исключено, что все четыре взаимодействия являются проявлениями единого взаимодействия.

МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ И ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

ЭКСПЕРИМЕНТ И ТЕОРИЯ В ПРОЦЕССЕ ПОЗНАНИЯ МИРА(уч.10кл.стр.4-7)

Возникновение физики. Основоположники

Определение физики, как науки

Диапазон восприятий органов чувств человека

Органы чувств в процессе познания

Особенности научного эксперимента

Физический закон

Научная гипотеза

Научная теория

Роль эксперимента в теории

Фундаментальные физические теории и их особенности

Физика, как экспериментальная наука, возникла из астрономии, фиксировавшей закономерность и повторяемость астрономических явлений.

Астрономы фиксировали и классифицировали данные своих наблюдений и, что особенно важно, проводили измерения. На результатах измерений строились количественные объяснения закономерностей движения небесных тел.

Начало физике положил итальянский ученый Галилео Галилей, поставивший первые физические эксперименты и предложивший теоретическое объяснение движения тел.

До него все основывалось на чисто философских выводах и было описательным.

Физика – наука о наиболее общих и фундаментальных закономерностях, определяющих структуру и эволюцию материального мира.

Физика, как и любая другая наука, основывается на количественных наблюдениях.

Важно не просто наблюдать и фиксировать события, но и производить измерения для получения количественных соотношений между физическими величинами. Это важно для научного объяснения тех или иных закономерностей природы.

Органы чувств (осязание, вкус, обоняние, слух, зрение) ограничивают возможности познания человеком природы явлений из-за сравнительного узкого диапазона воспринимаемой ими информации.

Повседневный опыт оказывается недостаточным при изучении явлений, характеризуемых пространственными размерами и временными интервалами, недоступными для непосредственного наблюдения.

В этих условиях дополнительную информацию можно получить лишь с помощью экспериментальных установок, существенно расширяющих диапазон принимаемых информационных сигналов.

Суть любого научного эксперимента состоит в наблюдении и получении данных, его характеризующих.

Классификация и анализ экспериментальных данных выявляют характер изменения наблюдаемых величин. Результаты таких исследований формулируются в виде определенных закономерностей

Физический закон – описание соотношений в природе, проявляющихся при определенных условиях в эксперименте.

Особая ценность получаемого из опыта закона состоит в том, что с его помощью можно описать не только изучаемое явление, но и ряд других явлений и экспериментов. Сравнительно небольшое число основных фундаментальных физических законно достаточно для описания многих природных явлений.

Научная гипотеза является предположением о том, что существует связь между известным и вновь объясняемым явлением.

Научная теория содержит постулаты, определяющие наблюдаемые явления.

Любая физическая теория является некоторым приближением к реальности.

Результаты теории постоянно проверяются или опровергаются экспериментом, являющимся критерием правильности теории.

Даже временное совпадение теории с экспериментом не означает ее абсолютной правильности.

Расхождение теории и эксперимента приводит к совершенствованию старой или созданию принципиально новой теории, дающей более глубокое понимание физической реальности.

Особенно ценно в физике считается теория, предсказывающая новые экспериментальные эффекты, которые не могут быть объяснены в рамках прежних теорий.

Пример – общая теория относительности Альберта Эйнштейна.

Особенностью фундаментальных физических теорий является их преемственность.

Более общая теория включает частные, уже известные законы и определяет границы применимости предыдущих теорий.

Например: механика Ньютона и теория относительности Эйнштейна.

Ни одна физическая теория не может быть признана окончательной и верной навсегда. Всегда существует вероятность, что новые наблюдения и эксперименты потребуют уточнения теории.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЯВЛЕНИЙ И ОБЪЕКТОВ ПРИРОДЫ (уч.10кл.стр.7-9)

Модельные приближения

Определение модели в физике

Пределы применимости физической теории

Изучение сложных явлений природы в полном объеме часто невозможно без введения упрощающих предположений. В таком случае полученные теорией результаты могут служить в качестве приближения к реальной картине явления.

Подобные приближения часто называют модельными.

Модель в физике – упрощенная версия физической системы (процесса), сохраняющая ее (его) главные черты

Созданная идеализированная модель явления должна содержать наиболее важные черты системы, пренебрегая не самыми существенными ее характеристиками.

Границы применения теории определяются физическими упрощающими предположениями, сделанными при постановке задачи и в процессе вывода соотношений

Границы применимости физической теории определяются пределами применимости используемой модели.

Для описания сложных физических систем используется целый ряд стандартных физических моделей:

- материальная точка

- абсолютно твердое тело

- математический маятник

- абсолютно упругое столкновение

- идеальный проводник

- точечный заряд и т.д.

Любая теория является описанием некоторой модели физической системы, некоторым приближением к реальности и потому в дальнейшем может быть развита и обобщена.

Одни и те же модели могут использоваться для объяснения различных физических явлений.

НАУЧНЫЕ ГИПОТЕЗЫ

ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ И ГРАНИЦЫ ИХ ПРИМЕНИМОСТИ(уч.10кл.стр.9-16)

Физический закон, гипотеза, теория (см.выше)

Инварианты

Симметричные системы

Симметрия в пространстве и времени

Однородность пространства

Изотропность пространства

Однородность времени

Физический закон – описание соотношений в природе, проявляющихся при определенных условиях в эксперименте.

Научная теория содержит постулаты, определяющие наблюдаемые явления.

Любая физическая теория является некоторым приближением к реальности.

Наиболее общими фундаментальными законами физики являются законы сохранения физических величин – импульса, энергии, электрического заряда.

Инварианты – постоянные величины, не изменяющиеся в процессе эволюции системы.

Например: полная энергия системы, полный электрический заряд, импульс системы.

Инварианты характерны для геометрически симметричных систем.

Система обладает симметрией, если в результате происходящих в ней изменений какая-то характеристика системы остается постоянной (инвариантной)

Наличие постоянных физических величин в окружающем мире отражает симметрию пространства и времени.

Физическое пространство и время характеризуют три основных типа симметрии:

- однородность пространства

- изотропность пространства

- однородность времени

Однородность пространства означает эквивалентность (равноправие) всех точек физического пространства, т.е. параллельный сдвиг физической системы в любом направлении не влияет на характер протекающих в ней процессов.

Изотропность пространства соответствует эквивалентности всех направлений в пространстве и симметрии физической системы относительно ее произвольного поворота, который не влияет на процессы, протекающие в системе.

Однородность времени отражает симметрию по отношению к сдвигу времени, не влияющему на характер процессов в физической системе, т.е. эквивалентность всех моментов времени.

Гипотеза о том, что наиболее общие фундаментальные законы сохранения в физике отражают симметрию, содержащуюся в физических явлениях может быть сформулирована следующим образом:

Каждому типу непрерывной симметрии пространства и времени соответствует закон сохранения определенной физической величины.

Возможно обратное утверждение:

Каждый закон сохранения отражает определенный тип непрерывной симметрии пространства и времени.

МЕНЮ

Учебник по физике для поступающих в ВУЗ /Экзаменационные вопросы по физике (2006-2007)/

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ(уч.11кл.стр.390-405)

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ (уч.10кл.стр.9-16)

МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ И ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

ЭКСПЕРИМЕНТ И ТЕОРИЯ В ПРОЦЕССЕ ПОЗНАНИЯ МИРА(уч.10кл.стр.4-7)

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЯВЛЕНИЙ И ОБЪЕКТОВ ПРИРОДЫ (уч.10кл.стр.7-9)

НАУЧНЫЕ ГИПОТЕЗЫ

ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ И ГРАНИЦЫ ИХ ПРИМЕНИМОСТИ(уч.10кл.стр.9-16)

РОЛЬ МАТЕМАТИКИ В ФИЗИКЕ

ПРИНЦИП СООТВЕТСТВИЯ

ПРИНЦИП ПРИЧИННОСТИ

ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА