Научные революции и научные картины мира
Структурные образования научного знания могут выступать в виде:
Научная картина мира
Революция в науке
Революция в науке
Исторические типы научных картин мира и научных революций
Исторические типы научных картин мира и научных революций
Исторические типы научных картин мира и научных революций
Аристотелевская Период: VI—IV века до нашей эры
Ньютоновская научная революция (XVI—XVIIIв.)
Открытия: Николая Коперника, Иоганна Кеплера
Открытия: Галилео Галилей Galileo Galilei
Исаак Ньютон Isaac Newton
Исаак Ньютон Isaac Newton  1642–1727
Динамика Законы Ньютона
Классическая механика
Лапласовский детерминизм
Механистическая картина мира (XVI-XVIII вв.)
Картины мира и их отличительные признаки
Картины мира и их отличительные признаки
Некоторые предпосылки создания новой картины мира
Новые физические теории
Особенности систем, состоящих из огромного числа частиц
Динамические и статистические законы
Различие между динамическими и статистическими законами
Различие между обратимыми и необратимыми процессами
Николя́ Леона́р Сади́ Карно́ (фр. Nicolas Léonard Sadi Carnot)
Майкл Фарадей и Джеймс Клерк (Кларк) Ма́ксвелл
Джеймс Прескотт Джоуль (англ. James Prescott Joule)
Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц (нем. Hermann von Helmholtz)
Рудольф Юлиус Эммануель Клаузиус (нем. Rudolf Julius Emanuel Clausius), имя при рожд. — Рудольф Готтлиб
Джозайя Уиллард Гиббс (англ. Josiah Willard Gibbs)
Статистические и термодинамические свойства макросистем
Статистические и термодинамические свойства макросистем
Основное уравнения МКТ
Термодинамика
Термодинамика
Закон сохранения энергии в макроскопических процессах 1 закон (первое начало)термодинамики:
Закон сохранения энергии в макроскопических процессах 1 закон (первое начало)термодинамики:
Концепция необратимости 2 закон (второе начала) термодинамики
Понятие энтропии S
Виды термодинамических систем
Понятие энтропии
Принцип возрастания энтропии
Формулировки 2 закона (второго начала) термодинамики
Принцип возрастания энтропии
Статистическая формулировка 2 закона термодинамики
К началу XX физика изучает материю в двух ее проявлениях –вещество и поле
Теория электромагнитного поля
Электромагнитная картина мира (вт.пол. XIX в.)
Картины мира и их отличительные признаки
Картины мира и их отличительные признаки
Революционные теории XX века
К концу 19в. ученые считали, что вплотную подошли к исчерпывающему описанию Вселенной
Cкорость света с - константа
Точные значения C: Метров в секунду 299 792 458 Планковских единиц1 Приблизительные значения C километров в секунду 300 000
Специальная теория относительности пространства-времени
Постулаты СТО
СТО
СТО
Общая теория относительности - теория гравитации (1907-1915)
Общая теория относительности - теория гравитации (1907-1915)
Общая теория относительности - теория гравитации (1907-1915)
Общая теория относительности - теория гравитации (1907-1915)
Искривление пространства массивным телом
Кривизна пространства-времени
Кривизна пространства-времени
Кривизна пространства-времени
Квантовая механика
Исходные положения квантовой механики:
Исходные положения квантовой механики:
Исходные положения квантовой механики:
Электромагнитное излучение
Принципы
Квантово-полевая картина мира
Единая теория поля современная физическая исследовательская программа
Краткий обзор различных семейств элементарных и составных частиц, и теории, описывающие их взаимодействия
Станда́ртная моде́ль 
Станда́ртная моде́ль – теория всех негравитационных сил, действующих в природе
Формирующаяся научная картина мира — эволюционно-синергетическая (последняя четверть XX века)
Глобальный эволюционизм
Теоретический каркас эволюционно-синергетической картины мира:
8.19M
Категория: ФилософияФилософия

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
English     Русский Правила