8. Неопределенности (В.Гейзенберг) – невозможность одновременно точного определения координаты и импульса частицы: ?x.?px?h.
9. Дополнительности – волновое и корпускулярное описания микропроцессов не исключают, а дополняют друг друга. Этот принцип утверждает зависимость описания поведения физических объектов от условий наблюдения.
10. Суперпозиции – два тела взаимодействуют друг с другом независимо от наличия других тел.
11. Относительности (Галилея – в классической механике, Эйнштейна – в релятивистской): все инерциальные системы отсчета (ИСО) равноправны относительно любых физических явлений. Релятивистская физика отказывается от принципов механистического детерминизма.
И другие принципы…
Лекция 6. Состояние и способы его описания
Динамические и статистические закономерности в природе.
Понятие состояния - центральный элемент физических теорий - совокупность данных, характеризующих объект в данный момент времени. Для задания состояния системы необходимо:
1) определить параметры состояния – совокупность физических величин, описывающих явление,
2) выделить начальные условия (параметры в начальный момент времени),
3) 3)применить законы, описывающие эволюцию системы.
Закон - объективная, необходимая, всеобщая повторяющаяся связь между явлениями и событиями.
Структурность и системность - общие свойства материи.
Структурность – внутренняя расчлененность материи.
Системность – организованность, упорядоченность существования материи.
Единство структурности и системности – определяет существование мира как систему систем: система объектов, система свойств или отношений и т.п.
Бытие – сложноорганизованная иерархия систем, все элементы которой находятся в закономерной связи друг с другом.
Система - комплекс взаимодействующих элементов (неразложимых компонентов системы). По характеру связей между элементами системы и с окружающей средой системы делятся на:
a) суммативные (элементы автономны) и целостные (каждый элемент зависит от целостности);
b) открытые (обменивающиеся энергией, ве6ществом, информацией с окружающей средой) и закрытые (элементы взаимодействуют только между собой).
Лекция 7. Законы сохранения в макропроцессах
Теорема Нётер и законы сохранения.
В 1918 г. Эмми Нётер доказала теорему, из которой следует, что если некоторая система инвариантна относительно некоторого глобального преобразования, то для нее существует определенная сохраняющаяся величина. (Каждый закон сохранения связан с какой-либо симметрией).
a. закон сохранения энергии – следствие временной трансляционной симметрии (однородности времени),
b. закон сохранения импульса – трансляционной симметрии (однородности) пространства,
c. закон сохранения момента импульса - симметрии относительно поворотов в пространстве (изотропности пространства) и т.д.
Диссипация энергии - (необратимый процесс) - переход энергии из одних форм в другие, более низкие по классу (самая низкая – тепловая энергия).
Закон сохранения и превращения энергии - всеобщий закон Природы.
В обратимых процессах S= const, в необратимых - S^. (Отличие прошлого от будущего ).
В равновесных состояниях S= const и max, а энергия min.
Принцип Больцмана – любое макросостояние может быть осуществлено определенным числом микросостояний (W).
Законы термодинамики.
I. (Закон сохранения энергии) ?U=Q – A (изменение внутренней энергии равно полученному количеству теплоты минус работа системы). Первый закон не указывает направления тепловых процессов.
II. Несколько формулировок:
a) процесс, единственным результатом которого было бы изъятие теплоты из резервуара, невозможен;
b) невозможно осуществить процесс, единственным результатом которого было бы превращение тепла в работу при постоянной температуре (Карно);
c) тепло не может передаваться самопроизвольно от холодного тела к горячему;
d) энтропия изолированной системы при протекании необратимых процессов возрастает.
II закон устанавливает наличие фундаментальной асимметрии в природе - однонаправленности самопроизвольных процессов.
III. Невозможно достижение абсолютного нуля ( 0К = - 273,15 оС) как сверху, так и снизу.
В 18 веке произошла промышленная революция (паровые машины - Уатт, Стефенсон, Фултон, Черепанов; цикл Карно; телеграф - Морзе).
21.Эволюционно-синергетическая парадигма.
Синергетика – теория самоорганизации в сложных, открытых, неравновесных и нелинейных системах любой природы. (Совокупность идей о принципах самоорганизации и суммы общих математических методов ее описания).
Самоорганизация - возникновение порядка из хаоса без управляющего воздействия извне, за счет внутренней перестройки системы – общее свойство сложных (состоящих из множества элементов), открытых (находящихся в состоянии обмена энергией, веществом, информацией с окружающей средой), нелинейных (описываемых нелинейными уравнениями) и неравновесных (находящихся вдали от состояния термодинамического равновесия) систем.
Обратная связь – непременный атрибут самоорганизации, а именно положительная ОС (усиливающая) – изменения, появляющиеся в системе, не устраняются, а накапливаются и усиливаются, что приводит к появлению нового порядка и структуры. Отрицательная (успокаивающая) ОС приводит к устранению внешнего воздействия.
Эволюция - постепенное развитие. Развитие самоорганизующейся системы проходит через скачки (точки бифуркации, в которых имеется несколько возможных направлений развития).
Кибернетика («искусство управления») – изучает системы с отрицательной ОС.
Составляющие эволюционно-синергетической парадигмы.
a) принцип глобального эволюционизма,
b) концепция фундаментального единства материи,
c) представление об универсальности алгоритма развития как проявления самоорганизации в природных и социальных системах,
d) принцип необратимости эволюции.
Примеры самоорганизации в неживой природе - реакция Белоусова-Жаботинского, лазер, сверхпроводимость. (Эффект Мейснера – явление полного вытеснения магнитного поля из объема сверхпроводника при понижении температуры ниже критической).
22. Связь между энтропией и информацией.
Информация – центральное понятие кибернетики.
• одна из сущностей мира (материя - дух - информация);
• философская категория;
• всеобщее свойство материи;
• сведения, которыми обменивается система;
• система знаков;
• мера свободы чьего-либо выбора, логарифм доступных выборов.
Информационная энтропия – мера неполноты информации о внутренней структуре системы.
Теорема Шеннона - (касается передачи сигнала при наличии помех, приводящих к искажениям), возможность восстановления сигнала зависит от скорости его передачи, при скорости выше критической сигнал не может быть восстановлен.
Лекция 8. Современные взгляды на устройство и происхождение Вселенной.
23.Гипотезы образования Вселенной.
1) Больцман – флуктуационная гипотеза: на фоне всеобщей тепловой смерти появляются и существуют отдельные миры.
2) Фридман А.А. – Вселенная должна изменяться со временем: расширяться, сжиматься, либо пульсировать.
3) Сахаров А.Д. – до рождения Вселенной была антивселенная, которая сжалась в сингулярность.
4) Бонди, Голд, Хойл (Кэмбридж) – гипотеза «стационарной Вселенной» – идея непрерывного творения материи.
5) В настоящее время наиболее популярны две гипотезы: Большой Взрыв Г.Гамова и инфляционная модель Линде и Гута. Отличаются до 10–30 секунд наличием во второй модели стадии инфляции (раздувания).
Хаббл обнаружил «разбегание» галактик - расширение Вселенной в настоящее время. Фотометрический парадокс – Ж.Шеро - при бесконечности Вселенной небо должно быть освещено равномерно.
Время существования Вселенной – 13-20 млрд лет.
Галактики - спиральные, эллиптические, неправильные. Наша Галактика - Млечный путь. Квазары – ядра галактик в состоянии активности. Черные дыры- звезды, которые в результате гравитационного коллапса сжались до такой плотности, что даже излучение не может выйти наружу.
Лекция 9. Химические процессы
Периодический закон Д.И.Менделеева и строение атомов.
Открыт в 1869 г., в то время в таблице было 62 элемента. Свойства элементов находятся в периодической зависимости от заряда их атомных ядер. Штарк – ввел понятие валентности, связав его с числом электронов на внешнем энергетическом уровне.
Гайтлер и Лондон – предложили модель электронного облака вокруг ядра.
Эрнест Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель атома: в ядре протоны 11p (положительно заряженные частицы) и нейтроны 01n (незаряженные частицы). Вокруг ядра вращаются отрицательно заряженные частицы – электроны. Число протонов равно числу электронов и равно номеру элемента в периодической таблице.
Изотопы – совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.
Место и роль химии в современной цивилизации.
Основные понятия химии:
1)Молекула – мельчайшая частица вещества, сохраняющая его индивидуальные свойства. Молекулы состоят из атомов, связанных химическими связями. Расстояние между атомами в молекуле 1 – 4 ангстрема (1A=10–10м). В настоящее время молекулы, макромолекулы, монокристаллы и другие квантово-механические системы относятся к химическим соединениям. Известно около 8 млн. химических соединений, 96% из них – органические.
2)Типы химических связей:
-ионная (один атом отдает другому один или 2 электрона), например, NaCl;
-ковалентная (возникает обобществленная пара электронов), например, Si, H2;
-водородная (атом Н соединен ковалентной связью с другим атомом так, что его водородная часть оказывается положительной и соединенной с третьим атомом) – самая слабая, но наиболее распространенная в природе.