Klassikalise füüsika seadused. Kepleri planeetide liikumise seadused
Planeet Maa teadlased kasutavad palju tööriistu, et kirjeldada, kuidas loodus ja universum tervikuna toimivad. Et nad jõuavad seaduste ja teooriateni. Mis vahe on? Teadusliku seaduse võib sageli taandada matemaatiliseks väiteks, näiteks E = mc²; see väide põhineb empiirilistel andmetel ja selle tõesus on reeglina piiratud teatud tingimustega. Kui E = mc² - valguse kiirus vaakumis.
Teaduslik teooria püüab sageli sünteesida konkreetsete nähtuste faktide või tähelepanekute kogumit. Ja üldiselt (kuid mitte alati) on looduse toimimise kohta selge ja kontrollitav väide. Teaduslikku teooriat pole üldse vaja taandada võrrandiks, kuid see esindab looduse toimimise kohta midagi fundamentaalset.
Nii seadused kui ka teooriad sõltuvad teadusliku meetodi põhielementidest, nagu hüpoteeside püstitamine, katsete tegemine, empiiriliste tõendite leidmine (või mitteleidmine) ja järelduste tegemine. Lõppude lõpuks peavad teadlased suutma tulemusi korrata, kui katsest saab üldtunnustatud seaduse või teooria alus.
Selles artiklis vaatleme kümmet teaduslikku seadust ja teooriat, mida saate värskendada isegi siis, kui te ei kasuta näiteks skaneerivat elektronmikroskoopi nii sageli. Alustame plahvatusest ja lõpetame ebakindlusega.
Kui tasub teada vähemalt ühte teaduslikku teooriat, siis las see seletab, kuidas universum oma praegusesse seisu jõudis (või ei jõudnud). Edwin Hubble'i, Georges Lemaitre'i ja Albert Einsteini uuringutele tuginedes eeldab Suure Paugu teooria, et universum sai alguse 14 miljardit aastat tagasi tohutu paisumisega. Mingil hetkel oli universum suletud ühte punkti ja hõlmas kogu praeguse universumi ainet. See liikumine jätkub tänapäevani ja universum ise laieneb pidevalt.
Suure Paugu teooria saavutas teadusringkondades laialdase poolehoiu pärast seda, kui Arno Penzias ja Robert Wilson avastasid 1965. aastal kosmilise mikrolaine tausta. Kaks astronoomi on raadioteleskoopide abil tuvastanud kosmilise müra ehk staatilise müra, mis aja jooksul ei haju. Koostöös Princetoni teadlase Robert Dicke'iga kinnitas teadlaste paar Dicke'i hüpoteesi, et algne Suur Pauk jättis maha madala taseme kiirgust, mida võib leida kogu universumist.
Hubble'i kosmilise paisumise seadus
Hoidkem Edwin Hubble'i korraks käes. Sel ajal, kui 1920. aastatel möllas suur depressioon, tegi Hubble murrangulisi astronoomilisi uuringuid. Ta mitte ainult ei tõestanud, et peale Linnutee on ka teisi galaktikaid, vaid ta leidis ka, et need galaktikad tormasid meie omadest eemale – seda liikumist nimetas ta taandumiseks.
Selle galaktilise liikumise kiiruse kvantifitseerimiseks pakkus Hubble välja kosmilise paisumise seaduse ehk Hubble'i seaduse. Võrrand näeb välja selline: kiirus = H0 x kaugus. Kiirus on galaktikate languse kiirus; H0 on Hubble'i konstant ehk parameeter, mis näitab universumi paisumiskiirust; kaugus on ühe galaktika kaugus selle galaktika vahel, millega võrdlus tehakse.
Hubble'i konstanti on juba mõnda aega arvutatud erinevatel väärtustel, kuid praegu on see kinni jäänud kiirusele 70 km/s megaparseki kohta. Meie jaoks pole see nii oluline. Oluline on see, et seadus on mugav viis galaktika kiiruse mõõtmiseks meie omaga võrreldes. Ja mis veelgi olulisem, seadus kehtestas, et universum koosneb paljudest galaktikatest, mille liikumist saab jälgida Suure Pauguni.
Kepleri planeetide liikumise seadused
Teadlased on sajandeid võidelnud omavahel ja usujuhtidega planeetide orbiitide pärast, eriti selle pärast, kas need tiirlevad ümber päikese. 16. sajandil esitas Kopernik oma vastuolulise heliotsentrilise päikesesüsteemi kontseptsiooni, mille kohaselt planeedid tiirlevad ümber päikese, mitte Maa. Kuid alles Johannes Kepler, kes tugines Tycho Brahe ja teiste astronoomide töödele, tekkis planeetide liikumisele selge teaduslik alus.
Kepleri kolm planeetide liikumise seadust, mis töötati välja 17. sajandi alguses, kirjeldavad planeetide liikumist ümber päikese. Esimene seadus, mida mõnikord nimetatakse ka orbiitide seaduseks, ütleb, et planeedid tiirlevad ümber Päikese elliptilisel orbiidil. Teine seadus, pindalade seadus, ütleb, et planeeti päikesega ühendav joon moodustab korrapäraste ajavahemike järel võrdsed alad. Teisisõnu, kui mõõta Maast Päikesest tõmmatud joonega loodud pindala ja jälgida Maa liikumist 30 päeva jooksul, on pindala sama sõltumata Maa asukohast lähtekoha suhtes.
Kolmas seadus, perioodide seadus, võimaldab teil luua selge seose planeedi tiirlemisperioodi ja Päikese kauguse vahel. Tänu sellele seadusele teame, et Päikesele suhteliselt lähedal asuval planeedil, nagu Veenusel, on palju lühem tiirlemisperiood kui kaugetel planeetidel nagu Neptuun.
Universaalne gravitatsiooniseadus
See võib olla tänapäeval võrdväärne, kuid rohkem kui 300 aastat tagasi pakkus Sir Isaac Newton välja revolutsioonilise idee: mis tahes kaks objekti avaldavad üksteisele gravitatsioonilist külgetõmbe, olenemata nende massist. Seda seadust esindab võrrand, millega paljud koolilapsed füüsika ja matemaatika vanemates klassides kokku puutuvad.
F = G × [(m1m2)/r²]
F on gravitatsioonijõud kahe objekti vahel, mõõdetuna njuutonites. M1 ja M2 on kahe objekti massid, samas kui r on nendevaheline kaugus. G on gravitatsioonikonstant, mis on praegu arvutatud kui 6,67384(80) 10 -11 või N m² kg -2 .
Universaalse gravitatsiooniseaduse eeliseks on see, et see võimaldab arvutada gravitatsioonilist külgetõmmet mis tahes kahe objekti vahel. See võime on äärmiselt kasulik, kui teadlased viivad näiteks orbiidile satelliidi või määravad kindlaks Kuu kursi.
Newtoni seadused
Kui me räägime ühest suurimast teadlasest, kes Maal kunagi elanud, siis räägime teistest Newtoni kuulsatest seadustest. Tema kolm liikumisseadust moodustavad kaasaegse füüsika olulise osa. Ja nagu paljud teised füüsikaseadused, on need oma lihtsuses elegantsed.
Esimene kolmest seadusest ütleb, et liikuv objekt jääb liikuma, kui sellele ei mõju välisjõud. Põrandal veereva palli puhul võib välisjõuks olla palli ja põranda vaheline hõõrdumine või poiss, kes lööb palli teises suunas.
Teine seadus loob seose objekti massi (m) ja selle kiirenduse (a) vahel võrrandi F = m x a kujul. F on jõud, mida mõõdetakse njuutonites. See on ka vektor, mis tähendab, et sellel on suunakomponent. Tänu kiirendusele on põrandal veereval kuulil oma liikumissuunas spetsiaalne vektor ja seda arvestatakse jõu arvutamisel.
Kolmas seadus on üsna tähendusrikas ja peaks olema teile tuttav: igale tegevusele on võrdne ja vastupidine reaktsioon. See tähendab, et iga pinnal olevale objektile rakendatud jõu korral tõrjutakse objekt sama jõuga.
Termodünaamika seadused
Briti füüsik ja kirjanik C.P. Snow ütles kord, et ebateadlane, kes ei teadnud termodünaamika teist seadust, on nagu teadlane, kes pole kunagi Shakespeare'i lugenud. Snow nüüdseks kuulus avaldus rõhutas termodünaamika tähtsust ja vajadust, et isegi teaduskauged inimesed seda teaksid.
Termodünaamika on teadus selle kohta, kuidas energia süsteemis töötab, olgu selleks siis mootor või Maa tuum. Selle võib taandada mõnele põhiseadusele, mida Snow kirjeldas järgmiselt:
- Sa ei saa võita.
- Te ei väldi kaotusi.
- Te ei saa mängust väljuda.
Vaatame seda natuke. Lumi mõtles, öeldes, et te ei saa võita, et kuna aine ja energia säilivad, ei saa te üht võita ilma teist kaotamata (st E=mc²). See tähendab ka seda, et mootori töötamiseks on vaja soojust varustada, kuid täiesti suletud süsteemi puudumisel pääseb osa soojust paratamatult avatud maailma, mis viib teise seaduseni.
Teine seadus - kaod on vältimatud - tähendab, et entroopia suurenemise tõttu ei saa te naasta eelmisse energiaolekusse. Ühte kohta koondatud energia kaldub alati madalama kontsentratsiooniga kohtadesse.
Lõpetuseks kolmas seadus – mängust välja ei pääse – viitab madalaimale teoreetiliselt võimalikule temperatuurile – miinus 273,15 kraadi Celsiuse järgi. Kui süsteem jõuab absoluutse nullini, siis molekulide liikumine peatub, mis tähendab, et entroopia saavutab oma madalaima väärtuse ja kineetilist energiat ei tekigi. Kuid tegelikus maailmas on absoluutse nullini jõudmine võimatu – ainult sellele väga lähedale.
Archimedese tugevus
Pärast seda, kui Vana-Kreeka Archimedes avastas oma ujuvuse põhimõtte, hüüdis ta väidetavalt "Eureka!" (Leitud!) ja jooksis alasti läbi Syracuse. Nii ütleb legend. Avastus oli nii tähtis. Legend räägib ka, et Archimedes avastas põhimõtte, kui märkas, et vesi vannis tõuseb, kui keha on sellesse kastetud.
Archimedese ujuvusprintsiibi järgi on vee all või osaliselt vee all olevale objektile mõjuv jõud võrdne vedeliku massiga, mille objekt välja tõrjub. See põhimõte on ülimalt oluline tiheduse arvutamisel, samuti allveelaevade ja muude ookeanilaevade projekteerimisel.
Evolutsioon ja looduslik valik
Nüüd, kui oleme paika pannud mõned põhimõisted selle kohta, kuidas universum sai alguse ja kuidas füüsikaseadused meie igapäevaelu mõjutavad, pöörame tähelepanu inimese vormile ja uurime, kuidas me selle punktini jõudsime. Enamiku teadlaste sõnul on kogu elul Maal ühine esivanem. Kuid selleks, et moodustada nii suur erinevus kõigi elusorganismide vahel, pidi osa neist muutuma eraldi liigiks.
Üldises mõttes on see diferentseerumine toimunud evolutsiooniprotsessis. Organismide populatsioonid ja nende tunnused on läbinud selliseid mehhanisme nagu mutatsioonid. Need, kellel on rohkem ellujäämisomadusi, nagu pruunid konnad, kes maskeerivad end soodes, valiti loomulikult ellujäämiseks. Siit pärineb termin looduslik valik.
Neid kahte teooriat saab korrutada mitme-palju kordadega ja tegelikult tegi Darwin seda 19. sajandil. Evolutsioon ja looduslik valik seletavad elu tohutut mitmekesisust Maal.
Üldrelatiivsusteooria
Albert Einstein oli ja jääb kõige olulisemaks avastuseks, mis muutis igaveseks meie nägemust universumist. Einsteini peamine läbimurre oli väide, et ruum ja aeg ei ole absoluutsed ning gravitatsioon ei ole ainult objektile või massile rakendatav jõud. Pigem on gravitatsioon seotud asjaoluga, et mass koolutab ruumi ja aega ennast (aegruumi).
Selle mõistmiseks kujutage ette, et sõidate üle Maa sirgjooneliselt ida suunas näiteks põhjapoolkeralt. Kui keegi soovib mõne aja pärast teie asukohta täpselt määrata, asute oma algsest asukohast palju lõunas ja ida pool. Seda seetõttu, et maakera on kõver. Otse itta sõitmiseks tuleb arvestada Maa kujuga ja sõita veidi põhja poole. Võrrelge ümmargust palli ja paberilehte.
Ruum on peaaegu sama. Näiteks on ümber Maa lendava raketi reisijatele ilmne, et nad lendavad kosmoses sirgjooneliselt. Kuid tegelikkuses kõverdub neid ümbritsev aegruum Maa gravitatsioonijõu mõjul, pannes nad nii edasi liikuma kui ka Maa orbiidile jääma.
Einsteini teoorial oli tohutu mõju astrofüüsika ja kosmoloogia tulevikule. Ta selgitas väikest ja ootamatut anomaaliat Merkuuri orbiidil, näitas, kuidas tähevalgus paindub, ja pani mustade aukude teoreetilise aluse.
Heisenbergi määramatuse printsiip
Einsteini relatiivsusteooria avardumine õpetas meile rohkem universumi toimimise kohta ja aitas panna aluse kvantfüüsikale, mis viis teoreetilise teaduse täiesti ootamatu piinlikkuseni. 1927. aastal viis arusaam, et kõik universumi seadused on teatud kontekstis paindlikud, saksa teadlase Werner Heisenbergi jahmatava avastuse.
Postuleerides oma määramatuse printsiipi, mõistis Heisenberg, et osakese kahte omadust üheaegselt suure täpsusega teada saada on võimatu. Suure täpsusega saate teada elektroni asukohta, kuid mitte selle impulssi ja vastupidi.
Hiljem tegi Niels Bohr avastuse, mis aitas Heisenbergi põhimõtet selgitada. Bohr leidis, et elektronil on nii osakese kui laine omadused. Seda mõistet hakati nimetama laine-osakeste duaalsuseks ja see pani aluse kvantfüüsikale. Seetõttu defineerime elektroni asukohta mõõtes selle osakesena teatud ruumipunktis, millel on määramatu lainepikkus. Impulsi mõõtmisel käsitleme elektroni laineks, mis tähendab, et saame teada selle pikkuse amplituudi, kuid mitte asukohta.
Sissejuhatus
1. Newtoni seadused
1.1. Inertsi seadus (Newtoni esimene seadus)
1.2 Liikumisseadus
1.3. Impulsi jäävuse seadus (impulsi jäävuse seadus)
1.4. Inertsjõud
1.5. Viskoossuse seadus
2.1. Termodünaamika seadused
Gravitatsiooniseadus
3.2. Gravitatsiooniline interaktsioon
3.3. Taevamehaanika
Tugevad gravitatsiooniväljad
3.5. Kaasaegsed klassikalised gravitatsiooniteooriad
Järeldus
Kirjandus
Sissejuhatus
Füüsika põhiseadused kirjeldavad kõige olulisemaid nähtusi looduses ja universumis. Need võimaldavad meil seletada ja isegi ennustada paljusid nähtusi. Niisiis, tuginedes ainult klassikalise füüsika põhiseadustele (Newtoni seadused, termodünaamika seadused jne), uurib inimkond edukalt kosmost, saadab kosmoseaparaate teistele planeetidele.
Tahan selles töös käsitleda kõige olulisemaid füüsikaseadusi ja nende seost. Klassikalise mehaanika kõige olulisemad seadused on Newtoni seadused, millest piisab makrokosmose nähtuste kirjeldamiseks (arvestamata kiiruse või massi kõrgeid väärtusi, mida uuritakse GR - Üldrelatiivsusteoorias või SRT - Erirelatiivsusteoorias.)
Newtoni seadused
Newtoni mehaanika seadused - kolm seadust, mille aluseks on nn. klassikaline mehaanika. Sõnastas I. Newton (1687). Esimene seadus: "Iga keha hoitakse puhkeolekus või ühtlases ja sirgjoonelises liikumises seni, kuni rakendatud jõud sunnivad seda seisundit muutma." Teine seadus: "Impulsi muutus on võrdeline rakendatud liikumapaneva jõuga ja toimub selle sirgjoone suunas, mida mööda see jõud toimib." Kolmas seadus: "Tegevusele on alati võrdne ja vastupidine reaktsioon, vastasel juhul on kahe keha vastastikmõjud üksteise vastu võrdsed ja suunatud vastassuunas."
1.1. Zako ́ n ine ́ rtions (esimene seadus, uus ́ toon) : vaba keha, mida teistelt kehadelt lähtuvad jõud ei mõjuta, on puhkeseisundis või ühtlases sirgjoonelises liikumises (kiiruse mõiste kehtib siinkohal keha massikeskme kohta mittetranslatsioonilise liikumise korral). Teisisõnu iseloomustab kehasid inerts (ladina keelest inerts - "inaktiivsus", "inerts"), see tähendab kiiruse säilitamise nähtus, kui välismõju neile kompenseeritakse.
Võrdlusraame, milles inertsiseadus on täidetud, nimetatakse inertsiaalseteks tugiraamistikeks (ISR).
Inertsiseaduse sõnastas esmakordselt Galileo Galilei, kes jõudis paljude katsete järel järeldusele, et vaba keha pideva kiirusega liikumiseks pole vaja välist põhjust. Enne seda oli üldtunnustatud teistsugune (Aristotelese ajast pärit) seisukoht: vaba keha on puhkeasendis ja konstantse kiirusega liikumiseks on vajalik konstantse jõu rakendamine.
Seejärel sõnastas Newton inertsiseaduse esimesena oma kolmest kuulsast seadusest.
Galilei relatiivsusprintsiip: kõigis inertsiaalsetes tugisüsteemides kulgevad kõik füüsikalised protsessid ühtemoodi. Inertsiaalse tugiraamistiku suhtes puhkeolekusse viidud või ühtlase sirgjoonelise liikumisega tugisüsteemis (tinglikult "puhkeolekus") toimuvad kõik protsessid täpselt samamoodi nagu puhkeolekus.
Tuleb märkida, et inertsiaalse tugiraamistiku mõiste on abstraktne mudel (reaalse objekti asemel vaadeldakse mõnda ideaalset objekti. Abstraktse mudeli näideteks on absoluutselt jäik keha või kaalutu niit), reaalsed tugiraamid on alati seotud mõne objektiga ja sellistes süsteemides tegelikult vaadeldud kehade liikumise vastavus arvutuste tulemustele jääb puudulikuks.
1.2 Liikumisseadus - matemaatiline sõnastus selle kohta, kuidas keha liigub või kuidas toimub mingi üldisema kujuga liikumine.
Materiaalse punkti klassikalises mehaanikas on liikumisseadus kolme ruumilise koordinaadi kolme sõltuvust ajast või ühe vektorsuuruse (raadiusvektori) vormi sõltuvusest ajast.
Liikumisseaduse võib olenevalt ülesandest leida kas mehaanika diferentsiaalseaduste või integraalseaduste järgi.
Energia jäävuse seadus – põhiline loodusseadus, mis seisneb selles, et suletud süsteemi energia säilib ajas. Teisisõnu, energia ei saa tekkida eimillestki ega kao kuhugi, see saab liikuda ainult ühest vormist teise.
Energia jäävuse seadust leidub erinevates füüsikaharudes ja see väljendub erinevat tüüpi energia jäävuses. Näiteks klassikalises mehaanikas avaldub seadus mehaanilise energia (potentsiaalsete ja kineetilise energia summa) jäävuses. Termodünaamikas nimetatakse energia jäävuse seadust termodünaamika esimeseks seaduseks ja see räägib energia jäävusest summaarselt soojusenergiaga.
Kuna energia jäävuse seadus ei viita konkreetsetele suurustele ja nähtustele, vaid peegeldab üldist mustrit, mis on rakendatav kõikjal ja alati, siis on õigem nimetada seda mitte seaduseks, vaid energia jäävuse printsiibiks.
Erijuhtum - Mehaanilise energia jäävuse seadus - konservatiivse mehaanilise süsteemi mehaaniline energia säilib ajas. Lihtsamalt öeldes, kui puuduvad sellised jõud nagu hõõrdumine (hajutavad jõud), ei teki mehaaniline energia mitte millestki ega saa kuhugi kaduda.
Ek1+Ep1=Ek2+Ep2
Energia jäävuse seadus on terviklik seadus. See tähendab, et see koosneb erinevate seaduste toimest ja on nende koosmõju omadus. Näiteks öeldakse mõnikord, et igiliikuri loomise võimatus tuleneb energia jäävuse seadusest. Aga ei ole. Tegelikult rakendub igas igiliikuri projektis üks diferentsiaalseadustest ja just tema muudab mootori töövõimetuks. Energia jäävuse seadus lihtsalt üldistab seda fakti.
Noetheri teoreemi kohaselt on mehaanilise energia jäävuse seadus aja homogeensuse tagajärg.
1.3. Zako ́ n salvestada ́ ja ́ pulss (Zako ́ n salvestada ́ kui ́ liikumise kvaliteet) kinnitab, et suletud süsteemi kõigi kehade (või osakeste) momentide summa on konstantne väärtus.
Newtoni seadustest saab näidata, et tühjas ruumis liikudes säilib impulss ajas ning vastastikmõju olemasolul määrab selle muutumise kiiruse rakendatud jõudude summa. Klassikalises mehaanikas tuletatakse impulsi jäävuse seadus tavaliselt Newtoni seaduste tulemusena. See jäävusseadus kehtib aga ka juhtudel, kus Newtoni mehaanika ei ole rakendatav (relativistlik füüsika, kvantmehaanika).
Nagu iga säilivusseadus, kirjeldab impulsi jäävuse seadus ühte põhisümmeetriat, ruumi homogeensust.
Newtoni kolmas seadus selgitab, mis juhtub kahe vastastikku toimiva kehaga. Võtke näiteks kahest kehast koosnev suletud süsteem. Esimene keha võib teisele mõjuda teatud jõuga F12 ja teine - esimesele jõuga F21. Kuidas on jõud omavahel seotud? Newtoni kolmas seadus ütleb, et mõjujõud on suuruselt võrdne ja vastupidine reaktsioonijõule. Rõhutame, et need jõud rakenduvad erinevatele kehadele ja seetõttu ei kompenseerita neid üldse.
Seadus ise:
Kehad mõjuvad üksteisele samale sirgjoonele suunatud jõududega, mis on suuruselt võrdsed ja vastassuunalised: .
1.4. Inertsjõud
Newtoni seadused kehtivad rangelt võttes ainult inertsiaalsetes võrdlusraamistikes. Kui me ausalt kirja paneme keha liikumisvõrrandi mitteinertsiaalses võrdlusraamistikus, siis see erineb välimuselt Newtoni teisest seadusest. Kuid sageli võetakse kaalumise lihtsustamiseks kasutusele mõni fiktiivne "inertsjõud" ja seejärel kirjutatakse need liikumisvõrrandid ümber kujul, mis on väga sarnane Newtoni teise seadusega. Matemaatiliselt on siin kõik õige (õige), kuid füüsika seisukohalt ei saa uut fiktiivset jõudu pidada millekski reaalseks, mingi reaalse interaktsiooni tulemusena. Rõhutame veel kord: "inertsiaalne jõud" on lihtsalt mugav parametriseerimine selle kohta, kuidas liikumisseadused erinevad inertsiaalsetes ja mitteinertsiaalsetes tugisüsteemides.
1.5. Viskoossuse seadus
Newtoni viskoossuse seadus (sisehõõrdumine) on matemaatiline avaldis, mis seostab sisehõõrdepinget τ (viskoossus) ja keskkonna v kiiruse muutust ruumis.
(pingekiirus) vedelate kehade (vedelikud ja gaasid):
kus η väärtust nimetatakse sisehõõrdeteguriks või dünaamiliseks viskoossuse koefitsiendiks (CGS ühik - poise). Viskoossuse kinemaatiline koefitsient on väärtus μ = η / ρ (CGS ühik on Stokes, ρ on keskkonna tihedus).
Newtoni seadust saab analüütiliselt saada füüsikalise kineetika meetoditega, kus viskoossust arvestatakse tavaliselt samaaegselt soojusjuhtivuse ja vastava Fourier' soojusjuhtivuse seadusega. Gaaside kineetilises teoorias arvutatakse sisehõõrdetegur valemiga
kus on molekulide soojusliikumise keskmine kiirus, λ on keskmine vaba tee.
2.1. Termodünaamika seadused
Termodünaamika põhineb kolmel seadusel, mis on sõnastatud katseandmete põhjal ja seetõttu võib neid postulaatidena aktsepteerida.
* Termodünaamika 1. seadus. See on termodünaamiliste protsesside energia jäävuse üldise seaduse sõnastus. Lihtsamal kujul saab selle kirjutada kujul δQ \u003d δA + d "U, kus dU on süsteemi siseenergia kogudiferentsiaal ning δQ ja δA on elementaarne soojushulk ja süsteemiga tehtud elementaarne töö. Tuleks meeles pidada, et δA ja δQ ei saa käsitleda diferentsiaalidena selle mõiste tavapärases tähenduses. Kvantmõistete seisukohalt saab seda seadust tõlgendada järgmiselt: dU on energia muutus. antud kvantsüsteemist on δA süsteemi energia muutus süsteemi energiatasemete populatsiooni muutumise tõttu ja δQ on kvantsüsteemi energia muutus, mis on tingitud süsteemi struktuuri muutumisest. energiatasemed.
* Termodünaamika 2. seadus: termodünaamika teine seadus välistab teist tüüpi igiliikuri loomise võimaluse. Sellel seadusel on mitu erinevat, kuid samal ajal samaväärset sõnastust. 1 – Clausiuse postulaat. Protsess, mille käigus muid muutusi peale soojuse ülekandumise kuumalt kehalt külmale ei toimu, on pöördumatu, see tähendab, et soojus ei saa liikuda külmalt kehalt kuumale ilma muude süsteemimuutusteta. Seda nähtust nimetatakse energia hajumiseks või hajutamiseks. 2 – Kelvini postulaat. Protsess, mille käigus töö muudetakse soojuseks ilma muude süsteemimuutusteta, on pöördumatu, st kogu ühtlase temperatuuriga allikast võetud soojust pole võimalik tööks muuta ilma süsteemis muid muudatusi tegemata.
* Termodünaamika 3. seadus: Nernsti teoreem: Iga süsteemi entroopia absoluutse nulltemperatuuri juures võib alati võtta võrdseks nulliga
3.1. Gravitatsiooniseadus
Gravitatsioon (universaalne gravitatsioon, gravitatsioon) (ladina keelest gravitas - "gravitatsioon") on looduses toimuv pikamaa põhiline interaktsioon, millele alluvad kõik materiaalsed kehad. Tänapäeva andmetel on tegemist universaalse vastasmõjuga selles mõttes, et erinevalt teistest jõududest annab see eranditult kõigile kehadele ühesuguse kiirenduse, olenemata nende massist. Kosmilisel skaalal mängib otsustavat rolli eelkõige gravitatsioon. Mõistet gravitatsioon kasutatakse ka gravitatsioonilist vastastikmõju uuriva füüsikaharu nimetusena. Klassikalise füüsika edukaim kaasaegne gravitatsiooni kirjeldav füüsikateooria on üldine relatiivsusteooria, gravitatsioonilise vastastikmõju kvantteooria pole veel üles ehitatud.
3.2. Gravitatsiooniline interaktsioon
Gravitatsiooniline interaktsioon on üks neljast meie maailma põhilisest interaktsioonist. Klassikalise mehaanika raames kirjeldab gravitatsioonilist vastastikmõju Newtoni universaalse gravitatsiooniseadusega, mis ütleb, et gravitatsiooni tõmbejõud kahe materiaalse punkti vahel massiga m1 ja m2, mis on eraldatud vahemaaga R, on
Siin on G gravitatsioonikonstant, mis on võrdne m³ / (kg s²). Miinusmärk tähendab, et kehale mõjuv jõud on suunalt alati võrdne kehale suunatud raadiusvektoriga, st gravitatsiooniline vastastikmõju viib alati mis tahes kehade külgetõmbeeni.
Gravitatsiooniväli on potentsiaalne. See tähendab, et on võimalik sisestada paari kehade gravitatsioonilise külgetõmbe potentsiaalset energiat ja see energia ei muutu pärast kehade liigutamist mööda suletud kontuuri. Gravitatsioonivälja potentsiaalsus kätkeb endas kineetilise ja potentsiaalse energia summa jäävuse seadust ning kehade liikumist gravitatsiooniväljas uurides lihtsustab see sageli lahendust oluliselt. Newtoni mehaanika raames on gravitatsiooniline vastastikmõju pikamaa. See tähendab, et olenemata sellest, kuidas massiivne keha liigub, sõltub gravitatsioonipotentsiaal ükskõik millises ruumipunktis ainult keha asukohast antud ajahetkel.
Suured kosmoseobjektid - planeedid, tähed ja galaktikad on tohutu massiga ja loovad seetõttu olulisi gravitatsioonivälju. Gravitatsioon on kõige nõrgem jõud. Kuna see aga toimib kõikidel vahemaadel ja kõik massid on positiivsed, on see universumis siiski väga oluline jõud. Võrdluseks: nende kehade kogu elektrilaeng on null, kuna aine tervikuna on elektriliselt neutraalne. Samuti on gravitatsioon erinevalt teistest vastastikmõjudest universaalne oma mõjus kogu ainele ja energiale. Pole leitud objekte, millel pole üldse gravitatsioonilist vastasmõju.
Oma globaalse olemuse tõttu vastutab gravitatsioon selliste suuremahuliste mõjude eest nagu galaktikate ehitus, mustad augud ja Universumi paisumine ning elementaarsed astronoomilised nähtused - planeetide orbiidid ning lihtsad külgetõmbed Maa pinnale ja langevad kehad.
Gravitatsioon oli esimene matemaatilises teoorias kirjeldatud interaktsioon. Iidsetel aegadel uskus Aristoteles, et erineva massiga objektid langevad erineva kiirusega. Alles palju hiljem tegi Galileo Galilei eksperimentaalselt kindlaks, et see pole nii – kui õhutakistus kõrvaldada, kiirendavad kõik kehad võrdselt. Isaac Newtoni gravitatsiooniseadus (1687) kirjeldas hästi üldist gravitatsiooni käitumist. 1915. aastal lõi Albert Einstein üldise relatiivsusteooria, mis kirjeldab gravitatsiooni täpsemalt aegruumi geomeetria kaudu.
3.3. Taevamehaanika ja mõned selle ülesanded
Mehaanika osa, mis uurib kehade liikumist tühjas ruumis ainult gravitatsiooni mõjul, nimetatakse taevamehaanikaks.
Taevamehaanika lihtsaim ülesanne on kahe keha gravitatsiooniline vastastikmõju tühjas ruumis. See probleem lahendatakse analüütiliselt lõpuni; selle lahenduse tulemus on sageli sõnastatud Kepleri kolme seaduse kujul.
Kui interakteeruvate kehade arv suureneb, muutub probleem palju keerulisemaks. Nii et juba kuulsat kolme keha probleemi (st kolme nullist erineva massiga keha liikumist) ei saa üldisel kujul analüütiliselt lahendada. Numbrilise lahenduse korral saabub üsna kiiresti lahenduste ebastabiilsus algtingimuste suhtes. Päikesesüsteemi puhul muudab see ebastabiilsus võimatuks ennustada planeetide liikumist skaalal, mis ületab saja miljoni aasta.
Mõnel erijuhul on võimalik leida ligikaudne lahendus. Kõige olulisem on juhtum, kui ühe keha mass on oluliselt suurem kui teiste kehade mass (näited: päikesesüsteem ja Saturni rõngaste dünaamika). Sellisel juhul võime esimeses lähenduses eeldada, et valguskehad ei interakteeru üksteisega ja liiguvad mööda Kepleri trajektoore ümber massiivse keha. Nendevahelisi koostoimeid saab häirete teooria raames arvesse võtta ja ajaliselt keskmistada. Sel juhul võivad tekkida mittetriviaalsed nähtused, nagu resonants, atraktorid, juhuslikkus jne. Hea näide sellistest nähtustest on Saturni rõngaste mittetriviaalne struktuur.
Vaatamata katsetele kirjeldada suure hulga ligikaudu sama massiga ligitõmbavate kehade süsteemi käitumist, ei ole see dünaamilise kaose nähtuse tõttu võimalik.
3.4. Tugevad gravitatsiooniväljad
Tugevates gravitatsiooniväljades hakkavad relativistlikul kiirusel liikudes ilmnema üldise relatiivsusteooria mõjud:
Gravitatsiooniseaduse kõrvalekalle Newtoni omast;
Gravitatsiooniliste häirete piiratud levimiskiirusega seotud potentsiaalide viivitus; gravitatsioonilainete ilmumine;
Mittelineaarsed efektid: gravitatsioonilained kipuvad üksteisega suhtlema, mistõttu lainete superpositsiooni põhimõte tugevates väljades enam ei kehti;
Ajaruumi geomeetria muutmine;
Mustade aukude tekkimine;
3.5. Kaasaegsed klassikalised gravitatsiooniteooriad
Kuna gravitatsiooni kvantefektid on äärmiselt väikesed ka kõige ekstreemsemates katse- ja vaatlustingimustes, pole nende kohta siiani usaldusväärseid vaatlusi. Teoreetilised hinnangud näitavad, et valdaval enamusel juhtudel võib piirduda gravitatsioonilise interaktsiooni klassikalise kirjeldusega.
On olemas kaasaegne kanooniline klassikaline gravitatsiooniteooria – üldine relatiivsusteooria ja palju seda täpsustavaid hüpoteese ning erineva arenguastmega teooriaid, mis konkureerivad omavahel (vt artiklit Alternatiivsed gravitatsiooniteooriad). Kõik need teooriad annavad väga sarnaseid ennustusi selle lähenduse piires, milles praegu katseteste tehakse. Järgnevalt on toodud mõned peamised, kõige paremini arenenud või tuntud gravitatsiooniteooriad.
Newtoni gravitatsiooniteooria põhineb gravitatsiooni kontseptsioonil, mis on pikamaajõud: see toimib koheselt igal kaugusel. Tegevuse selline hetkelisus ei sobi kokku kaasaegse füüsika väljaparadigmaga ja eriti 1905. aastal Einsteini loodud erirelatiivsusteooriaga, mis on inspireeritud Poincaré ja Lorentzi töödest. Einsteini teooria kohaselt ei saa ükski teave liikuda kiiremini kui valguse kiirus vaakumis.
Matemaatiliselt tuletatakse Newtoni gravitatsioonijõud gravitatsiooniväljas oleva keha potentsiaalsest energiast. Sellele potentsiaalsele energiale vastav gravitatsioonipotentsiaal järgib Poissoni võrrandit, mis ei ole Lorentzi teisenduste korral muutumatu. Mitteinvariantsuse põhjuseks on see, et erirelatiivsusteooria energia ei ole skalaarsuurus, vaid läheb 4-vektori ajakomponenti. Gravitatsiooni vektorteooria osutub sarnaseks Maxwelli elektromagnetvälja teooriaga ja viib gravitatsioonilainete negatiivse energiani, mis on seotud interaktsiooni olemusega: gravitatsioonis sarnased laengud (massid) tõmbavad ligi, mitte ei tõrju, nagu elektromagnetismis. Seega on Newtoni gravitatsiooniteooria kokkusobimatu erirelatiivsusteooria alusprintsiibiga – loodusseaduste muutumatusega mis tahes inertsiaalses võrdlusraamistikus ja Newtoni teooria otsese vektorüldistusega, mille pakkus esmakordselt välja Poincaré 1905. aastal oma teoses. töö "Elektroni dünaamika kohta", viib füüsiliselt ebarahuldavate tulemusteni.
Einstein hakkas otsima gravitatsiooniteooriat, mis oleks kooskõlas loodusseaduste muutumatuse põhimõttega mis tahes võrdlusraamistiku suhtes. Selle otsingu tulemuseks oli üldine relatiivsusteooria, mis põhines gravitatsiooni- ja inertsiaalse massi identsuse printsiibil.
Gravitatsiooni- ja inertsiaalmasside võrdsuse põhimõte
Klassikalises Newtoni mehaanikas on kaks massi mõistet: esimene viitab Newtoni teisele seadusele ja teine universaalse gravitatsiooni seadusele. Esimene mass – inerts (või inerts) – on kehale mõjuva mittegravitatsioonijõu ja selle kiirenduse suhe. Teine mass - gravitatsiooniline (või, nagu seda mõnikord nimetatakse, raske) - määrab keha külgetõmbejõu teiste kehade poolt ja tema enda külgetõmbejõu. Üldjuhul mõõdetakse neid kahte massi, nagu kirjeldusest näha, erinevate katsetega, seega ei pea need omavahel üldse proportsionaalsed olema. Nende range proportsionaalsus võimaldab meil rääkida ühest kehamassist nii mittegravitatsioonilises kui ka gravitatsioonilises vastasmõjus. Sobiva ühikuvalikuga saab need massid omavahel võrdseks teha.
Põhimõtte enda esitas Isaac Newton ja masside võrdsust kontrollis ta eksperimentaalselt suhtelise täpsusega 10–3. 19. sajandi lõpus viis Eötvös läbi peenemaid katseid, viies printsiibi kontrollimise täpsuse 10−9-ni. 20. sajandi jooksul võimaldasid eksperimentaalsed tehnikad masside võrdsust kinnitada suhtelise täpsusega 10−12-10−13 (Braginsky, Dicke jt).
Mõnikord nimetatakse gravitatsiooni- ja inertsiaalmasside võrdsuse põhimõtet nõrgaks samaväärsuse printsiibiks. Albert Einstein pani selle üldise relatiivsusteooria aluseks.
Mööda geodeetilisi jooni liikumise põhimõte
Kui gravitatsioonimass on täpselt võrdne inertsiaalmassiga, siis keha kiirenduse avaldises, millele mõjuvad ainult gravitatsioonijõud, vähenevad mõlemad massid. Seetõttu ei sõltu keha kiirendus ja seega ka selle trajektoor keha massist ja siseehitusest. Kui kõik kehad samas ruumipunktis saavad sama kiirenduse, siis saab seda kiirendust seostada mitte kehade omadustega, vaid ruumi enda omadustega selles punktis.
Seega võib kehadevahelise gravitatsioonilise vastasmõju kirjelduse taandada kehade liikumise aegruumi kirjelduseks. On loomulik eeldada, nagu tegi Einstein, et kehad liiguvad inertsist, st nii, et nende kiirendus nende enda võrdlusraamis on null. Kehade trajektoorideks saavad siis geodeetilised jooned, mille teooria töötasid välja matemaatikud juba 19. sajandil.
Geodeetilised jooned ise on leitavad, määrates aegruumis kahe sündmuse vahelise kauguse analoogi, mida traditsiooniliselt nimetatakse intervalliks või maailmafunktsiooniks. Intervalli kolmemõõtmelises ruumis ja ühemõõtmelises ajas (teisisõnu neljamõõtmelises aegruumis) annavad meetrilise tensori 10 sõltumatut komponenti. Need 10 numbrit moodustavad ruumimõõdiku. See määratleb "kauguse" kahe lõpmatult lähedase aegruumi punkti vahel eri suundades. Füüsiliste kehade maailmajoontele vastavad geodeetilised jooned, mille kiirus on väiksem kui valguse kiirus, osutuvad suurima õige aja joonteks, st ajaks, mida mõõdetakse seda trajektoori järgiva keha külge jäigalt kinnitatud kellaga.
Kaasaegsed katsed kinnitavad kehade liikumist piki geodeetilisi jooni sama täpsusega kui gravitatsiooni- ja inertsiaalmasside võrdsust.
Järeldus
Newtoni seadustest tulenevad kohe mõned huvitavad järeldused. Niisiis, Newtoni kolmas seadus ütleb, et hoolimata sellest, kuidas kehad interakteeruvad, ei saa nad oma koguimpulssi muuta: tekib impulsi jäävuse seadus. Edasi on vaja nõuda, et kahe keha vastastikmõju potentsiaal sõltuks ainult nende kehade koordinaatide erinevuse moodulist U(|r1-r2|). Siis tekib interakteeruvate kehade mehaanilise koguenergia jäävuse seadus:
Newtoni seadused on mehaanika põhiseadused. Kõik muud mehaanika seadused on neist tuletatavad.
Samas ei ole Newtoni seadused klassikalise mehaanika sõnastuse sügavaim tasand. Lagrangi mehaanika raames on ainult üks valem (mehaanilise toime registreerimine) ja üksainus postulaat (kehad liiguvad nii, et tegevus on minimaalne) ja sellest saab tuletada kõik Newtoni seadused. Veelgi enam, Lagrangi formalismi raames võib kergesti käsitleda hüpoteetilisi olukordi, kus tegevusel on mõni muu vorm. Sel juhul ei meenuta liikumisvõrrandid enam Newtoni seadusi, kuid klassikaline mehaanika ise on endiselt rakendatav ...
Liikumisvõrrandite lahendus
Võrrand F = ma (st Newtoni teine seadus) on diferentsiaalvõrrand: kiirendus on koordinaadi teine tuletis aja suhtes. See tähendab, et mehaanilise süsteemi evolutsiooni ajas saab üheselt määrata, kui selle algkoordinaadid ja algkiirused on määratud. Pange tähele, et kui meie maailma kirjeldavad võrrandid oleksid esimest järku võrrandid, siis sellised nähtused nagu inerts, võnkumised ja lained kaoksid meie maailmast.
Füüsika põhiseaduste uurimine kinnitab, et teadus areneb järk-järgult: iga etapp, iga avastatud seadus on arenguetapp, kuid ei anna lõplikke vastuseid kõigile küsimustele.
Kirjandus:
Suur Nõukogude Entsüklopeedia (Newtoni mehaanikaseadused ja muud artiklid), 1977, "Nõukogude entsüklopeedia"
Interneti-entsüklopeedia www.wikipedia.com
Föderaalne Haridusagentuur
GOU VPO Rybinski Riiklik Lennuakadeemia. P.A. Solovjova
Üld- ja tehnilise füüsika osakond
ESSEE
Distsipliinis "Kaasaegse loodusteaduse kontseptsioonid"Teema: "Füüsika põhiseadused"
Rühm ZKS-07
Õpilane Balshin A.N.Lektor: Vasilyuk O.V.
See tähendab, et need ei sõltu kuidagi ruumi täitvast ainest ja selle liikumisest, samas kui ruumiliste ja ajaliste intervallide mõõtmise tulemused ei sõltu valitud võrdlussüsteemid, eelkõige mõõdetava objekti liikumiskiiruse kohta vaatleja suhtes;
Klassikalise füüsika põhiteooriad on
- Termodünaamika ja statistiline füüsika
"Uue füüsika" kujunemine
Kvantteooria
Tänu kvantkontseptsioonidele õnnestus leida adekvaatseid kirjeldusi aatomite tuumades ja tähtede sügavustes toimuvatest nähtustest, radioaktiivsusest, elementaarosakeste füüsikast, tahkisfüüsikast, madala temperatuuri füüsikast (ülijuhtivus ja ülivoolavus). Need ideed olid teoreetiliseks aluseks paljude praktiliste füüsikarakenduste loomisel: tuumaenergia, pooljuhttehnoloogia, laserid jne.
Relatiivsusteooria
1905. aastal pakkus Albert Einstein välja spetsiaalse relatiivsusteooria, mis lükkab ümber ruumi ja aja absoluutsuse kontseptsiooni ning deklareerib nende relatiivsust: mõne füüsilise objektiga seotud ruumi- ja ajasegmentide suurus sõltub objekti kiirusest. valitud võrdlussüsteem (koordinaatsüsteem). Erinevates koordinaatsüsteemides võivad need suurused võtta erinevaid väärtusi. Eelkõige oli suhteline ka sõltumatute füüsiliste sündmuste samaaegsus: ühes koordinaatsüsteemis samaaegselt toimunud sündmused võisid teises toimuda erinevatel aegadel. See teooria võimaldas luua maailmast loogiliselt järjepideva kinemaatilise pildi, kasutamata mittejälgimatu absoluutse ruumi, absoluutse aja ja eetri mõisteid. teine planeet, mis on Päikesele lähemal kui Merkuur ja mida pole kunagi avastatud. Tänapäeval on juba olemas suur hulk eksperimentaalseid tõendeid relatiivsusteooria kehtivuse kohta. Eelkõige 19. sajandil avastatud selgitus. elektroni massi sõltuvus selle kiirusest: relatiivsusteooria järgi on iga füüsilise keha vaadeldav mass seda suurem, mida suurem on selle liikumise kiirus vaatleja suhtes ning katsetes vaadeldavatel elektronidel on tavaliselt piisavalt suur kiirus, et relativistlike efektide avaldumine oleks märgatav.
Klassikaline füüsika tänapäeval
Hoolimata asjaolust, et paljusid nähtusi ei ole klassikalise füüsika raames piisavalt kirjeldatud, on see tänapäevalgi inimteadmiste "kuldfondi" oluline osa ning on enim nõutud enamikes füüsika- ja inseneriteaduste rakendustes. See on kohustuslik komponent kõigis maailma loodus- ja tehnikaõppeasutustes õpetatavates füüsika üldkursustes.
Seda seletatakse asjaoluga, et "uue füüsika" eelised mõjutavad ainult erijuhtudel.
- Kvantefektid avalduvad oluliselt mikrokosmoses – aatomi suurusega võrreldavatel kaugustel palju suurematel kaugustel taandatakse kvantvõrrandid klassikalisteks.
- Mikromaailma tasandil märkimisväärne Heisenbergi määramatus on makrokosmose tasandil kaduvalt väike võrreldes füüsikaliste suuruste praktiliste mõõtmiste vigadega ja nendel mõõtmistel põhinevate arvutuste tulemustega.
- Relativistlik füüsika kirjeldab täpsemalt hiiglasliku massiga objekte (võrreldav galaktikate massiga) ja kehade liikumist valguse kiirusele lähedase kiirusega. Kirjeldatud objektide väikeste kiiruste ja väikese massi korral taandatakse relatiivsusteooria võrrandid klassikalise mehaanika võrranditeks.
Samas on klassikalise füüsika matemaatiline aparaat igapäevakogemuse seisukohalt lihtsam ja arusaadavam ning enamasti rahuldab klassikalise füüsika meetoditega saadud tulemuste täpsus praktika vajadusi täielikult.
Seega "uus füüsika" mitte ainult ei toonud kaasa klassikalise füüsika meetodite ja saavutuste täielikku eitamist, vaid päästis selle "üldisest lüüasaamisest", millest A. Poincaré kirjutas 1905. aastal, sellisest loobumise hinnaga. klassikalised printsiibid nagu determinism, füüsikaliste suuruste muutumise järjepidevus ning ruumi ja aja absoluutsus.
Füüsikalised seadused ei ole "kuidas loodus tegelikult toimib". Seadused on inimeste poolt välja mõeldud, loodust jälgides. Mõnel juhul (mikromaailm) käitub loodus ühtemoodi, teistel juhtudel (makromaailm, "tavamaailm") - teistmoodi. Inimesed jälgivad seda, valivad sobivad valemid – ja ilmubki seadus.
Miks on Newtoni universaalse gravitatsiooni seadus F = G * m1 * m2 / (r * r) selline? Kuidas ta töötab? On ebatõenäoline, et iga planeet, komeet, asteroid määrab silma järgi kõik lähimad objektid ja mingisuguse sisseehitatud kalkulaatori abil korrutavad, liidavad ja nii otsustavad, kuhu lennata. Ei, see on kindlasti midagi muud. Kuid Newton ei vastanud sellele küsimusele. Ta ei teadnud, miks planeedid nii käitusid. Ta lihtsalt mõtles kõvasti – ja arvas, et valem (ülalpool kirjutatud) sobib siia ideaalselt. See on kogu seadus.
Ja kui füüsikud jälgivad loodust kvanttasandil, märkavad nad, et klassikalised valemid on siin valed. Võiks muidugi kogu Newtoni füüsika maha kriipsutada ja öelda, et "tegelikult" on kõik need valemid sellised (kui laiendada kvantmaailma seadused suurele maailmale, saame lihtsalt Newtoni mehaanika, ainult palju keerulisem vorm). Aga miks loobuda headest, end tõestanud valemitest, kui on palju rakendusvaldkondi, kus need valemid on mugavamad?
P.S. Lisaks on olukordi, kus kvantseadused sobivad arvutusteks väga halvasti (peavad üldse mitte sobivaks). Pean silmas üldtuntud "opositsiooni" relatiivsusteooria ja kvantfüüsika vahel. Suurte masside ja suurte kiiruste puhul ei anna kvantfüüsika soovitud tulemust, mis annabki relatiivsusteooria. Ja relatiivsusteooria, vastupidi, mikrokosmoses ei tööta. Eeldatakse, et teadlased püüavad välja töötada uut universaalset teooriat, mis suudab "võtta parima" relatiivsusteooriast ja kvantfüüsikast.
Teie vastus tervikuna – ei ole vastuolus. Vastus on üldiselt hea.
Kuid fraas "kaasaegse teaduse seisukohalt toimib maailm üheainsa seaduse järgi, mida pole veel avastatud" on facepalm. Usun, et sel viisil viitasite "kõige teooriatele" (näiteks superstringiteooria). Kuid sõnastus osutus minu arvates ebaõnnestunuks.
See on nagu ütlemine: "mustad augud on olemas, aga me pole veel ühtegi leidnud", "inimene põlvnes ahvidest, aga meil pole õrna aimugi, kuidas" jms.
Kaasaegne teadus ei saa kategooriliselt väita midagi, mida ta pole veel avastanud. Teadlased on inimesed, kes võtavad oma sõnu tõsiselt. Ei avanud, ei kontrollinud – vait. Või võite öelda "on hüpoteese, et", "meil on põhjust uskuda" jne. Ja mitte ultimaatumina "tegelikult on, aga me pole seda kunagi näinud".
Hea fraas võiks olla "kaasaegne füüsika tunnistab, et olemasolevates teooriates on lünki ja teadlased loodavad need lüngad täita uue teooriaga, mis suudab olemasolevaid ühendada".
Näib, et ütlesite sama asja, kuid teie fraas annab teise tooni. Teie fraasi järgi selgub, et tänapäeva teadus sai kuidagi teada (siseinfo loojajumalalt?), et mingi seadus on olemas, et see on olemas, aga see on peidetud ("sa otsid valest kohast") . Ja teadlased teavad nüüd, et on olemas seadus ("Ma vannun oma ema"), kuid nad ei leia seda veel.
Ülalkirjeldatud dünaamilised seadused on oma olemuselt universaalsed, see tähendab, et need kehtivad eranditult kõigile uuritavatele objektidele. Selliste seaduste eripäraks on see, et nende põhjal saadud ennustused on usaldusväärsed ja üheselt mõistetavad. Koos nendega formuleeriti loodusteaduses eelmise sajandi keskel seadused, mille ennustused pole kindlad, vaid ainult tõenäolised. Need seadused on saanud oma nime nende sõnastamiseks kasutatud teabe olemuse järgi. Neid nimetati tõenäosuslikeks, kuna nende põhjal tehtud järeldused ei tulene olemasolevast informatsioonist loogiliselt ning ei ole seetõttu usaldusväärsed ja üheselt mõistetavad. Kuna informatsioon ise on statistilise iseloomuga, siis sageli nimetatakse selliseid seaduspärasusi ka statistilisteks ja see nimetus on loodusteadustes palju laiemalt levinud. Spetsiaalset tüüpi seaduspärasuste kontseptsiooni, mille puhul teoorias sisalduvate suuruste vahelised seosed on mitmetähenduslikud, võttis Maxwell esmakordselt kasutusele aastal 1859. Ta oli esimene, kes mõistis, et kui mõelda süsteemidele, mis koosnevad tohutust hulgast osakestest, siis üks. peab probleemi püstitama hoopis teistmoodi, kui seda tehti Newtoni mehaanikas. Selleks tõi Maxwell füüsikasse tõenäosuse mõiste, mille matemaatikud on varem välja töötanud juhuslike nähtuste, eelkõige hasartmängude analüüsimisel.
Arvukad füüsikalised ja keemilised katsed on näidanud, et põhimõtteliselt on võimatu mitte ainult jälgida ühe molekuli impulsi või asendi muutusi pika aja jooksul, vaid ka täpselt määrata kõigi gaasi või gaasi molekulide momente ja koordinaate. muu makroskoopiline keha antud ajahetkel. Lõppude lõpuks on molekulide või aatomite arv makroskoopilises kehas suurusjärgus 1023. Makroskoopilistest tingimustest, milles gaas asub (teatud temperatuur, ruumala, rõhk jne), on teatud momentide ja momentide väärtused. molekulide koordinaadid ei pruugi järgida. Neid tuleks käsitleda kui juhuslikke muutujaid, mis antud makroskoopilistes tingimustes võivad omandada erinevaid väärtusi, nii nagu täringute viskamisel võib välja kukkuda suvaline arv punkte 1 kuni 6. Kui palju punkte langeb, on võimatu ennustada välja antud täringuviskega. Aga väljakukkumise tõenäosust, näiteks 5, saab välja arvutada. Sellel tõenäosusel on objektiivne iseloom, kuna see väljendab tegelikkuse objektiivseid suhteid ja selle kasutuselevõtt ei tulene ainult meie teadmatusest objektiivsete protsesside kulgemise üksikasjadest. Seega on täringu puhul tõenäosus saada suvaline arv punkte vahemikus 1 kuni 6 1/6, mis ei sõltu selle protsessi tundmisest ja on seega objektiivne nähtus. Paljude juhuslike sündmuste taustal ilmneb teatud muster, mida väljendab arv. See arv - sündmuse tõenäosus - võimaldab teil määrata statistilised keskmised (kõikide suuruste individuaalsete väärtuste summa, jagatud nende arvuga). Seega, kui viskate konti 300 korda, on keskmine kukkumiste arv 300 "L \u003d 50 korda. Pealegi on täiesti ükskõik, kas visata sama luu või korraga 300 ühesugust luud. Kahtlemata, gaasimolekulide käitumine anumas on palju keerulisem kui visata Kuid ka siin võib tuvastada teatud kvantitatiivseid seaduspärasusi, mis võimaldavad arvutada statistilisi keskmisi, kui ainult probleem püstitada samamoodi nagu mänguteoorias ja mitte nagu klassikalises mehaanikas.see hetk,vaid püüda leida selle impulsi teatud väärtuse tõenäosus.Maxwellil õnnestus see ülesanne lahendada.Molekulide impulsi jaotuse statistiline seadus osutus lihtsaks.Kuid Maxwelli peamine väärtus ei seisnenud mitte lahendamises, vaid uue probleemi sõnastamises.Ta mõistis selgelt, et antud makroskoopilistes tingimustes on üksikute molekulide käitumine teatud teatud mingi tõenäosuslik (või statistiline) seadus. Pärast Maxwelli antud tõuget hakkas kiiresti arenema molekulaarkineetiline teooria (ehk statistiline mehaanika, nagu see hiljem tuntuks sai). Statistilistel seadustel ja teooriatel on järgmised iseloomulikud tunnused. 1. Statistilistes teooriates on iga olek süsteemi tõenäosuslik karakteristik. See tähendab, et statistilistes teooriates ei määra olekut mitte füüsikaliste suuruste väärtused, vaid nende suuruste statistilised (tõenäosused) jaotused. See on põhimõtteliselt erinev oleku tunnus kui dünaamilistes teooriates, kus oleku annavad füüsikaliste suuruste endi väärtused. 2. Statistilistes teooriates ei määrata teadaolevast algolekust üheselt mitte füüsikaliste suuruste endi väärtused, vaid nende väärtuste tõenäosused etteantud intervallide piires. Seega määratakse füüsikaliste suuruste keskmised väärtused üheselt. Need keskmised mängivad statistilistes teooriates sama rolli nagu füüsikalised suurused ise dünaamilistes teooriates. Füüsikaliste suuruste keskmiste väärtuste leidmine on statistilise teooria peamine ülesanne. Statistiliste teooriate tõenäosuslikud olekukarakteristikud erinevad dünaamiliste teooriate olekukarakteristikutest. Sellegipoolest näitavad dünaamilised ja statistilised teooriad kõige olulisemas osas märkimisväärset ühtsust. Oleku evolutsioon on statistilistes teooriates täpselt määratud liikumisvõrranditega, nagu ka dünaamilistes teooriates. Vastavalt antud statistilisele jaotusele (antud tõenäosusega) algsel ajahetkel määrab liikumisvõrrand üheselt statistilise jaotuse (tõenäosuse) igal järgneval ajahetkel, kui osakeste vastastikmõju energia omavahel ja väliskehadega. on tuntud. Kõigi füüsikaliste suuruste keskmised väärtused määratakse vastavalt üheselt. Siin ei erine dünaamilistest teooriatest tulemuste ainulaadsus. Statistikateooriad ju väljendavad nagu dünaamilisedki vajalikke seoseid looduses ja üldiselt ei saa neid väljendada teisiti kui olekute ühemõttelise seose kaudu. Statistiliste seaduste ja mustrite tasandil kohtame ka põhjuslikkust. Kuid determinism statistilistes mustrites on looduses determinismi sügavam vorm. Erinevalt jäigast klassikalisest determinismist võib seda nimetada tõenäosuslikuks (või kaasaegseks) determinismiks. Statistilised seadused ja teooriad on täiuslikum vorm füüsikaliste mustrite kirjeldamiseks; kõiki tänapäeval looduses tuntud protsesse kirjeldavad statistilised seadused täpsemalt kui dünaamilised. Olekute ühemõtteline seos statistilistes teooriates räägib nende ühisusest dünaamiliste teooriatega. Erinevus nende vahel on ühes - süsteemi oleku fikseerimise (kirjelduse) viis. Tõenäosusliku determinismi tõeline ja kõikehõlmav tähendus sai ilmsiks pärast kvantmehaanika loomist - statistilist teooriat, mis kirjeldab aatomiskaala nähtusi, st elementaarosakeste ja neist koosnevate süsteemide liikumist (teised statistilised teooriad on: mittetasakaaluliste protsesside teooria, elektroonikateooria, kvantelektrodünaamika). Kaasaegne füüsiline maailmapilt on fundamentaalsete teadmiste süsteem anorgaanilise aine olemasolu seaduspärasuste, loodusnähtuste terviklikkuse ja mitmekesisuse aluste kohta. Kaasaegne füüsika lähtub mitmest fundamentaalsest eeldusest: - esiteks tunnistab ta füüsilise maailma objektiivset olemasolu, kuid keeldub visualiseerimisest, kaasaegse füüsika seadused ei ole alati demonstratiivsed, mõnel juhul on nende visuaalne kinnitus – kogemus – lihtsalt võimatu; - teiseks väidab kaasaegne füüsika kolme kvalitatiivselt erineva aine struktuuritasandi olemasolu: megamaailm – kosmoseobjektide ja süsteemide maailm; makrokosmos - makroskoopiliste kehade maailm, meie empiirilise kogemuse tuttav maailm; mikromaailm - mikroobjektide, molekulide, aatomite, elementaaride, osakeste jne maailm. Klassikaline füüsika uuris vastastikmõju viise ja makroskoopiliste kehade ehitust, klassikalise mehaanika seadused kirjeldavad makrokosmose protsesse. Kaasaegne füüsika (kvant) tegeleb mikromaailma uurimisega, vastavalt kvantmehaanika seadused kirjeldavad mikroosakeste käitumist. Megamaailm on astronoomia ja kosmoloogia teema, mis põhinevad mitteklassikalise (relativistliku ja kvant)füüsika hüpoteesidel, ideedel ja põhimõtetel; - kolmandaks väidab mitteklassikaline füüsika füüsikaliste objektide käitumise kirjelduse sõltuvust vaatlustingimustest, s.t. inimeselt, kes neid protsesse tunneb (komplementaarsuse põhimõte);
Neljandaks tunnistab kaasaegne füüsika piirangute olemasolu objekti oleku kirjeldamisel (määramatuse printsiip); - viiendaks, relativistlik füüsika keeldub mehhaanilise determinismi mudelitest ja põhimõtetest, mis on sõnastatud klassikalises filosoofias ja mis viitavad võimalusele kirjeldada maailma olukorda igal ajahetkel, tuginedes teadmistele algtingimustest. Mikromaailmas toimuvaid protsesse kirjeldavad statistilised seaduspärasused, kvantfüüsika ennustused on aga tõenäosuslikud. Kõigi erinevustega uurib kaasaegne füüsika, nagu ka klassikaline mehaanika, looduse olemasolu seadusi. Seadust mõistetakse kui objektiivset, vajalikku, universaalset, korduvat ja olemuslikku seost nähtuste ja sündmuste vahel. Igal seadusel on piiratud ulatus. See on tõsi tänapäeva loodusteaduse seisukohast, kuid kas see on tõsi "igaviku vaatenurgast?" Sest teaduslik teooria tugineb teatud piiratud faktide valdkonnale. Samal ajal väidab universaalne teooria, et kirjeldab igal ajal ja mis tahes maailma piirkonnas lõpmatut hulka eksperimentaalseid olukordi. Isegi selline lihtne empiiriline seadus nagu väide: "kõik kehad paisuvad kuumutamisel" peaks hõlmama mitte ainult neid objekte, mis on uurija käsutuses, vaid ka kõiki muid makroobjekte. Sama, kuid veelgi suuremal määral, kehtib ka selliste põhiseaduste kohta nagu mehaanikaseadused või Maxwelli võrrandid. Ja kui nii, siis ei saa kunagi olla kindlust teooria universaalses tõesuses. Kui teooria universaalset tõde on võimatu “tõestada” isegi meelevaldselt suure hulga seda kinnitavate eksperimentaalsete faktidega, siis võib teooria mitteuniversaalsuse tõestamiseks piisata vaid ühest sellega vastuolus olevast faktist!
Lähtudes kogu teadmiste arengu käigust 20. sajandil. ja üldtuntud leninlike väidete kohta tõe absoluutsuse ja relatiivsuse kohta võib esitada järgmise teesi: igasugust teoreetiliselt ümberlükatavat (võltsitavat) teooriat ei saa mitte ainult ümber lükata, vaid varem või hiljem ka tegelikult ümber lükata. teaduslike teadmiste arendamine. Täpsemalt paljastab see teooria piiratud kohaldamisala ehk selle teooria ebauniversaalsuse. Nagu kirjutab kuulus Ameerika füüsik David Bohm, kui teooria “pistab pea välja”, siis varem või hiljem see katkeb. Sama võib öelda aegruumi postulaatide kohta. Kui on võimalik näidata kujuteldavat eksperimentaalset olukorda, kus mingi aegruumi omadus puudub, siis kunagi avastatakse selle omaduse mitteuniversaalsus reaalses eksperimendis. Me võime hästi teoreetiliselt ette kujutada maailmu, kus ruum on mitmemõõtmeline, aeg on vastupidine (meie oma suhtes) jne. Samuti võime välja tuua, kuidas katsed neis oletatavates olukordades erinevad meie tavapärastest eksperimentidest. Muidugi on probleemi väljatoodud lahendus liiga üldine, kuna see on õige ainult "igaviku seisukohalt". Võimalik, et meile tuttavate aja ja ruumi omaduste mitteuniversaalsus avaldub alles kauges tulevikus, ütleme, sajandite või isegi aastatuhandete pärast. Seetõttu on lisaks filosoofilisele alati vaja ühe või teise omaduse universaalsuse probleemi spetsiifilist metodoloogilist analüüsi, mis põhineb maailma füüsilisel pildil ja kaasaegsetel füüsikateooriatel. Vajalik on tutvustada mõistet "metodoloogiliselt universaalsed" printsiibid, mis sisalduvad kaasaegses füüsilises maailmapildis ja kõigis selle alusel üles ehitatud füüsikalistes teooriates.
Seega võime teha järgmise järelduse. Nagu tunnetuse areng näitab, on mis tahes konkreetsetel teaduslikel põhimõtetel ja teooriatel piiratud rakendusala ning need asendatakse varem või hiljem teistega, üldisemate ja adekvaatsemate. Sellega seoses ei saa luua lõplikku füüsikateooriat ega lõplikku pilti maailmast, sest üks maailmapilt füüsika ajaloos asendub teise, terviklikumaga ja nii edasi ilma lõputa. Näiteks on vastuvõetamatu mehaanikaseaduste laiendamine, mis õigustab end makrokosmoses, kvantinteraktsioonide tasemele. Mikrokosmoses toimuvad protsessid järgivad teisi seadusi. Seaduse avaldumine sõltub ka konkreetsetest tingimustest, milles see, see maailm, realiseerub, tingimuste muutumine võib tugevdada või vastupidi nõrgendada seaduse mõju. Ühe seaduse tegevust parandatakse ja muudetakse teiste seadustega. Dünaamilised mustrid iseloomustavad isoleeritud üksikute objektide käitumist ja võimaldavad luua täpselt määratletud seose objekti üksikute olekute vahel. Teisisõnu, dünaamilised mustrid korduvad igal konkreetsel juhul ja neil on ühemõtteline iseloom. Näiteks klassikalise mehaanika seadused on dünaamilised seadused. Klassikaline loodusteadus absolutiseeris dünaamilised mustrid. Absoluutselt õiged ettekujutused kõigi nähtuste ja sündmuste omavahelisest seotusest 17. - 18. sajandi filosoofias viisid vale järelduseni universaalse vajaduse olemasolust maailmas ja juhuse puudumisest. Seda determinismi vormi nimetatakse mehhanistlikuks. Mehaaniline determinism ütleb, et kõik vastastikused seosed ja vastastikmõjud on mehaanilised ja eitab juhuslikkuse objektiivset olemust. Näiteks arvas üks seda tüüpi determinismi pooldajaid B. Spinoza, et me nimetame nähtust juhuslikuks ainult oma teadmiste puudumise tõttu. Mehhanistliku determinismi tagajärjeks on fatalism – õpetus nähtuste ja sündmuste universaalsest ettemääratusest, mis tegelikult sulandub usuga jumalikku ettemääratusse. Mehhanistliku determinismi piirangute probleem on eriti selgeks saanud seoses avastustega kvantfüüsikas. Mikrokosmose vastastikmõjude mustreid osutus mehaanilise determinismi põhimõtete seisukohast võimatuks seletada. Alguses viisid uued avastused füüsikas determinismi tagasilükkamiseni, kuid hiljem aitasid need kaasa selle põhimõtte uue sisu kujunemisele. Mehaaniline determinism on lakanud seostumast determinismiga üldiselt. M. Born kirjutas: "... et uusim füüsika on põhjusliku seose tagasi lükanud, on täiesti ebamõistlik." Tõepoolest, kaasaegne füüsika on paljud traditsioonilised ideed kõrvale heitnud või neid muutnud; kuid see lakkaks olemast teadus, kui ta lõpetaks nähtuste põhjuste otsimise. Seetõttu pole põhjuslikkus postklassikalisest teadusest välja tõrjutud, kuid arusaamad sellest muutuvad. Selle tagajärjeks on determinismi printsiibi transformatsioon ja statistiliste seaduspärasuste mõiste kasutuselevõtt. Statistilised mustrid avalduvad nähtuste massis ja on trendi kujul. Neid seadusi nimetatakse muidu tõenäosuslikeks, kuna need kirjeldavad üksiku objekti olekut ainult teatud tõenäosusega. Statistiline seaduspärasus tekib suure hulga elementide koosmõjul, seetõttu iseloomustab see nende käitumist tervikuna. Vajadus statistiliste mustrite järele avaldub paljude juhuslike tegurite toimel. Seda tüüpi seadusi nimetatakse muidu keskmiste seadusteks. Samas on statistilised seaduspärasused, aga ka dünaamilised, determinismi väljendus. Statistiliste seaduspärasuste näideteks on kvantmehaanika seadused ning ühiskonnas ja ajaloos toimivad seadused. Statistiliste mustrite kirjelduses esinev tõenäosuse mõiste väljendab nähtuse või sündmuse võimalikkuse astet konkreetses tingimuste kogumis. Vaatamata sellele, et kvantmehaanika erineb oluliselt klassikalistest teooriatest, säilib ka siin fundamentaalteooriatele ühine struktuur. Füüsikalised suurused (koordinaadid, impulss, energia, nurkimpulss jne) jäävad üldiselt samaks, mis klassikalises mehaanikas. Peamine olekut iseloomustav suurus on komplekslainefunktsioon. Seda teades saab arvutada mitte ainult koordinaadi, vaid ka mis tahes muu füüsikalise suuruse teatud väärtuse leidmise tõenäosuse, aga ka kõigi suuruste keskmised väärtused. Mitterelativistliku kvantmehaanika põhivõrrand – Schrödingeri võrrand – määrab üheselt süsteemi oleku arengu ajas.
Suurepärane vene keel elab ja areneb
Muutus on väike elu Miks on vaja koolimuudatusi
Mis on intelligentsus: määratlus, näited