При субсветовых скоростях и в квантовой механике, где возможно взаимопревращения материи и энергии, сохраняется материя и энергия в их взаимосвязи

Другие характеристики, например момент вращения, спины частиц, четность и др

Законы сохранения в замкнутых системах и законы симметрии

Замкнутыми называются системы в которых не действуют посторонние силы, нет притока или потерь материи и энергии. Размер таких систем может быть любым от элементарной частицы до скопления галактик, свойства также могут быть различным, например живой организм или песчинка. Поэтому замкнутыми можно считать очень многие системы и любую систему можно сделать замкнутой добавив в нее те части с которыми она обменивается материей, энергией или силами. Для таких систем, при любых физических, химических, биологических и других процессах, протекающих со скоростями во много раз меньше скорости света, сохраняются:

1. Материя, масса М =м1 +м2 + м3 = constant

2. Энергия U = E кинет+ Eпотенц.+Eтепловая = constant

3. Импульс P=m*V =m1*V1 + m2*V2= constant

4. Заряд q =q1 + q2= constant

E = m *C-энергия аннигиляции массы m (формула Эйнштейна)

m = mo / - зависимость массы от субсветовой скорости.

Законы сохранения выглядят в более общей форме. Вообще говоря, в природе существует множество законов сохранения, в том числе и неизвестных нам, и они часто однозначно определяют течение физических процессов.

Законы симметрии.

Многим объектам микро, макро и мега мира свойственна геометрическая симметрия. Для объектов мега мира, прежде всего, свойственна радиальная симметрия. Объекты являются шарообразными или эллиптическими. Такими их делают силы тяготения. Взрывы и катастрофы разрушают эту симметрию, а силы тяготения, действуя миллионы и миллиарды лет, снова ее восстанавливают. Радиальной симметрией обладают и отдельные атомы и молекулы. Живые одноклеточные и даже многоклеточные организмы, вирусы, также часто имеют радиальную симметрию. Рассечение радиально симметричных тел плоскостью проходящей через их диаметр дает две одинаковые по геометрической форме и распределению материи части. При сферической симметрии можно получить сечениями по диаметрам множество одинаковых частей, как куски шарообразного пирога. Многоклеточные существа обладают правой или левой симметрией, но не имеют симметрии низ-верх, так как функции нижних и верхних конечностей у них различны. Правая и левая симметрия как правило предполагает наличие двух иногда четного количества одинаковых органов. Например, две ноги, руки, уха, глаз и других органов. Существует симметрия отдельных органов, внутренних и внешних, например, лицо человека или морда животного. Механизм, порождающий симметрию в биологии еще не известен. Природа дублирует важные органы и создает более красивые существа.

Симметрией обладают не только отдельные тела, но и распределения тел, частиц, физических полей и излучений. Разнообразной симметрией обладают элементарные частицы, из которых состоят ядра атомов. Симметрия имеет и более глобальный смысл в нашей Вселенной. В частности законы сохранения связаны с симметрией пространства, времени, материи, их структуры и форм существования.

9.3 Атомная физика ядра атомов и элементарные частицы

На рубеже 19 и 20-го веков было изучено строение атома. Знаменитая планетарная модель атома Эрнеста Резерфорда состоит из тяжелого ядра, занимающего тысячную долю размера атома, а вокруг его на удаленных орбитах вращаются электроны, как планеты вокруг Солнца. Ядро содержит почти всю массу атома, состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов (их называют еще нуклонами). Ядро имеет положительный заряд равный числу протонов. Именно число протонов определяет порядковый номер атома в таблице Д.И. Менделеева, а атомный вес определяется также и числом нейтронов. Атомы, имеющие одинаковое число протонов, но различное число нейтронов называются изотопами. Для 106 элементов таблицы Менделеева имеется более 1500 изотопов. Число электронов на орбитах равно числу протонов, если атом не возбужден и находится в нейтральном состоянии. Электроны располагаются на строго определенных орбитах в соответствии с принципом квантования Нильса Бора. Если электрон переходит с верхней энергетической орбиты на нижнюю, то атом излучает квант электромагнитного излучения. Переход одного электрона на более высокую энергетическую орбиту происходит при поглощении кванта атомом.

Каждый атом имеет свою систему электронных орбит и может излучать и поглощать только кванты с определенной энергией и длинной волны, по закону излучения Макса Планка (см. лекцию электромагнитное излучение). Это позволяет определять химический состав далеких звезд по их спектрам. Химические свойства атомов определяются расположением электронов в верхних орбитах.

При поглощении дополнительного электрона атом становится отрицательно заряженным, а при потери электрона положительно заряженным ионом. Ионизация атомов превращает нейтральный газ в заряженную плазму, на которую действуют электрические и магнитные поля, а поток заряженных атомов создает электрический ток. Именно из плазмы водорода, гелия состоят светящиеся поверхности звезд, нагретые от 3000 до 50000 градусов.

В целом атом является электромагнитной системой и вступает в электромагнитное взаимодействие с другими атомами через кванты электромагнитного излучения. Именно кванты или фотоны электромагнитного излучения от жесткого рентгена до километровых радиоволн являются переносчиками электромагнитного взаимодействия.

Астрономическая картина мира

Приложение к лекциям Шабанова М.Ф. Лекция № 10.

Дата добавления: 2014-01-06