Основные понятия и принципы КПКМ

Как и все предшествующие картины Мира, КПКМ представляет собой процесс дальнейшего развития и углубления наших знаний о сущности физических явлений. Процесс становления и развития КПКМ продолжается и прошел уже ряд стадий, в частности:

1) утверждение корпускулярно-волновых представлений о материи;

2) изменение методологии познания и отношения к физической реальности;

Пояснение: Ранее считалось, что устройство мира можно познавать, не вмешиваясь в него, не влияя на протекающие в нем процессы, т.е. находясь как бы вне его, вне абсолютной физической реальности. Эйнштейн не включал в понятие «физическая реальность» акт наблюдения, а Бор считал его важным элементом физической реальности. Картина реальности в квантовой механике становится как бы двуплановой: с одной стороны в нее входят характеристики исследуемого объекта, а с другой – условия наблюдения. Таким образом, в КПКМ появляется принцип относительности к средствам наблюдения.

Все рассмотренные ранее картины мира отличались своей трактовкой таких фундаментальных понятий как пространство и время, движение, принцип причинности, взаимодействия. Рассмотрим, как они представлены в КПКМ.

Пространство и время. При рассмотрении МКМ подчеркивалось, что пространство и время в ней абсолютны и независимы друг от друга. Для характеристики объекта в пространстве вводились три пространственные координаты (X,Y,Z), а для обозначения времени независимо от них вводилась одна временная координата t. В СТО и ЭМКМ они потеряли абсолютный и независимый характер. Появилось новое пространство-время как абсолютная характеристика четырехмерного Мира (пространственно-временного континуума Минковского). И новая величина – пространственно-временной интервал стал оставаться неизменным (инвариантным) при переходе от одной системы отсчета к другой.

Причинность. В МКМ при описании объектов используется два класса понятий: пространственно-временные, которые дают кинематическую картину движения и энергетически импульсные, которые дают динамическую (причинную) картину. В МКМ и ЭМКМ они независимы. В КПКМ, в соответствии соотношением неопределенностей они не могут применяться независимо друг от друга, они дополняют друг друга. Таким образом, пространство, время и причинность оказались относительными и зависимыми друг от друга.

Независимость пространства, времени и причинности в МКМ позволяет говорить о точной локализации объекта в пространстве, его траектории, об однозначной причинно-следственной связи (лапласовский детерминизм), об одновременном, точном измерении координат и скорости, энергии и времени.

В квантовой механике относительность пространства-времени и причинности приводит к неопределенности координат и скорости в данный момент, к отсутствию траектории движения микрообъекта. И если в классической физике вероятностным законам подчинялось поведение большого числа частиц, то в квантовой механике поведение каждой частицы подчиняется не динамическим (детерминистским), а статистическим законам. Таким образом, причинность в современной КПКМ имеет вероятностный характер (вероятностная причинность).

Взаимодействие. Все многообразие взаимодействий подразделяется в современной физической картине мира на 4 типа: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. По современным представлениям все взаимодействия имеют обменную природу, т.е. реализуются в результате обмена фундаментальными частицами – переносчиками взаимодействий. Каждое из взаимодействий характеризуется так называемой константой взаимодействия, которое определяет его сравнительную интенсивность, временем протекания и радиусом действия. Рассмотрим кратко эти взаимодействия.

· Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в ядре. Константа взаимодействия равна приблизительно 10⁰, радиус действия порядка

· 10^-15, время протекания t»10^-23с. Частицы – переносчики - p-мезоны.

· Электромагнитное взаимодействие: константа порядка 10^-2, радиус взаимодействия не ограничен, время взаимодействия t» 10^-20с. Оно реализуется между всеми заряженными частицами. Частица – переносчик – фотон (g-квант).

· Слабое взаимодействие связано со всеми видами b-распада, многие распады элементарных частиц и взаимодействие нейтрино с веществом. Константа взаимодействия порядка 10^-13, t» 10^-10с. Это взаимодействие, как и сильное, является короткодействующим: радиус взаимодействия r»10^-18м.

· Гравитационное взаимодействие является универсальным, однако в микромире учитывается, так как его константа равна 10^-38, т.е. из всех взаимодействий является самым слабым и проявляется только при наличии достаточно больших масс. Его радиус действия не ограничен, время также не ограничено. Обменный характер гравитационного взаимодействия до сих пор остается под вопросом, так как гипотетическая фундаментальная частица гравитон пока не обнаружена.

Контрольные вопросы

1. Назовите важнейшие законы и открытия в области электричества и магнетизма, положенные в основу ЭМКМ.
2. В чем состоит суть открытия Эрстеда?
3. В чем отличие силовых линий электрического и магнитного полей?
4. Кто является создателем электродинамики?
5. Охарактеризуйте вклад М.Фарадея в создание ЭМКМ.
6. Раскройте сущность теории Максвелла. Каким утверждениям соответствуют уравнения Максвелла?
7. Какая новая физическая реальность была введена в научную картину мира в результате исследований Максвелла?
8. Объясните понятие инвариантности.
9. Какие величины не являются инвариантными относительно выбора ИСО в преобразованиях Галилея? Какие величины не являются инвариантными?
10. Назовите основные постулаты СТО.
11. Что такое релятивистская механика?
12. Материальное тело движется со скоростью 60 м/с. Можно ли описать его движение в рамках механики Галилея-Ньютона или следует привлечь релятивистскую механику? Какими формулами следует пользоваться, если тело движется со скоростью 6×10⁷м/с? Ответ обоснуйте вычислениями.
13. Может ли частица с массой покоя, не равной нулю, двигаться со скоростью, равной скорости света?
14. Может ли частица, с массой покоя, равной нулю, двигаться со скоростью света?
15. Может ли частица, с массой покоя, равной нулю, двигаться со скоростью, меньшей скорости света?
16. При увеличении скорости тела его масса относительно неподвижной системы отсчета

а) возрастает

б) убывает.

1. Что такое парадокс близнецов? Объясните его с помощью формул Лоренца.
2. Назовите основные принципы ОТО.
3. Как ведет себя луч света в поле тяготения согласно ОТО? Что происходит с частотой световой волны?
4. Перечислите основные идеи ЭМКМ.
5. Какое свойство материи – континуальность или дискретность является главным в ЭМКМ?
6. Как связаны пространство и время в СТО? Что такое пространственно-временной континуум?
7. Объясните понятия «мировая точка», «мировая линия».
8. Назовите основные этапы формирования КПКМ
9. Что такое «ультрафиолетовая катастрофа»?
10. Какая гипотеза легла в основу квантовой физики?
11. В чем заключается общность современных воззрений на природу света и представлений Ньютона?
12. Чему равна масса покоя фотона?
13. Запишите основное уравнение фотоэффекта.
14. Что такое корпускулярно-волновой дуализм?
15. Напишите и объясните формулу де Бройля.
16. Объясните понятие «квантовый объект».
17. В чем заключается сущность принципа дополнительности в квантовой физике? Как общего принципа познания?
18. Кто автор принципа дополнительности?
19. Запишите соотношение неопределенностей. Объясните его.
20. Охарактеризуйте понятия пространства и времени с позиций КПКМ.
21. Назовите типы взаимодействий. Чем характеризуются типы взаимодействий?
22. Какие взаимодействия следует учитывать при описании объектов и явлений микромира?
23. Какие взаимодействия следует учитывать при описании объектов и явлений макромира?
24. Какое взаимодействие является самым слабым?

Литература

1. Дягилев Ф.М. Концепции современного естествознания. - М.: Изд. ИЭМПЭ, 1998.

2. Савельев И.В. Основы теоретической физики. Т.1. Механика. – М.:Наука, 1991.

Дата добавления: 2014-01-07