Нерешенные проблемы физики

Принципы симметрии и законы сохранения

Существуют теории, которые позволяют по начальному состоянию объекта определить его состояние в будущем. Принципы симметрии или инвариантности (неизменности) имеют более обший характер. Симметрия – свойство геометрического объекта совмещаться с самим собой при некоторых преобразованиях, образующих группу. Симметрия законов относительно какого-либо преобразования означает, что эти законы не изменяются при проведении этого преобразования. Существует определенная иерархия симметрий (общие симметрии, которые выполняются для всех физических законов и для всх взаимодействий, и приближенные симметрии, область действия которых ограничена определенным кругом взаимодействий или даже типом их). Симметрии делятся на пространственные-временные (геометрические)и внутренние, справедливые в микромире.

Симметриями являются: сдвиг во времени (изменение начала отсчета времени не изменяет законов – время однородно), сдвиг или поворот системы отсчета пространственных координат (изменение начала или ориетации системы остчета в пространстве не изменяет законов – пространство однородно и изотропно), обращение знака времени (не изменяет законов в микромире) и др.

В 1918 г. Э. Нётер доказала теорему о связи свойств симметрий и законов сохранения: из инвариантности относительно сдвига во времени следует закон сохранения энергии, пространственных сдвигов – закон сохранения импульсов, пространственного вращения – закон сохранения момента импульса, преобразований Лоренца – обощенный закон движения центра масс. Теорема справедлива для внутренних симметрий. Так, при всех превращениях элементарных частиц суммарный электрический заряд сохраняется.

Астрофизика: состояние материи при больших плотностях и давлениях внутри нейтронных звёзд и «чёрных дыр»; природа квазаров и радиогалактик; причины вспышек сверхновых звёзд; появление всплесков -излучения, эволюция вселенной и др.);

Физика элементарных частиц: существование кварков и глюонов; спектр масс элементарных частиц; непротиворечивая теория элементарных частиц; квантовая теория тяготения; объединяющая четыре фундаментальных взаимодействия теория (единая теория поля) и др.

Физика ядра: создания последовательной теории ядра, способной рассчитывать энергию связи нуклонов и уровни энергии ядра; создание управляемого термоядерного синтеза и др.

Физика плазмы: разработка эффективных методов нагрева плазмы до температур 10⁹ К и удержание ее в этом состоянии в течение времени, достаточном для протекания проблема термоядерной реакции и др.

Физика конденсированного состояния вещества: получение общего уравнения состояния вещества, охватывающего газообразное, жидкое и твердое состояния при различных типах межмолекулярных и химических (например, ионных) сил; нефонное механизмы сверхпроводимости; получение сверхнизких температур физика биологических полимеров; и др.

Квантовая электроника: повышение мощности и расширение диапазона длин волн лазерного луча с плавной перестройкой по частоте; создание рентгеновского и гамма-лазеров и др.

Опытно установлено, что гравитационная и инерциальная массы пропорциональны одна другой (принцип эквивалентности), хотя теоретически это ниоткуда не следует. Первоначально масса рассматривалась как мера количества вещества. Ранее (классическая физика) считалось, что масса тела не изменяется ни в каких процессах (закон сохранения массы). В теории относительности масса тела связана с его энергией E:, где c – скорость света, а m₀ – масса покоя тела. При образовании устойчивой связи между телами-частицами (например, химической связи между атомами) выделяется энергия, то масса образовавшейся системы будет меньше суммы масс исходных тел-частиц на величину («дефект массы»). Природа массы – еще не решенная задача науки (непонятно, почему масса элементарных частиц имеет дискретный спектр значений).

ЛИТЕРАТУРА (МИНИМУМ) ЛЕКЦИЯ 3:

1. Физика. В кн.: Физическая энциклопедия. Т. 3. / Гл. ред. А.М.Прохоров. Ред. кол. Д.М.Алексеев, А.М.Балдин, А.М.Бонч-Бруевич и др. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1992, с. 310-321.

2. Физика. В кн.: Физический энциклопедический словарь / Гл. ред. А.М. Прохоров. Ред. кол. Д.М. Алексеев, А.М. Бонч-Бруевич, А.С. Боровик-Романов и др. – М.: Сов. Энциклопедия, 1983, с. 812-817.

3. Карякин Н.И., Быстров К.Н., Киреев П.С. Краткий справочник по физике. Изд. 3-е, стереотип. – М.: Высшая школа, 1969, с. 123-598.

4. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. Изд. 2-е, испр., М.: Наука. 1964, с. 131-847.

Дата добавления: 2014-01-11