Voprosy_k_zachetu_po_KSYe

Происхождение юлианского и григорианского календарей.

Нет пространства без времени и нет времени без пространства. В 1 веке до н.э. был разработан первый календарь (юлианский). За единицу измерения в юлианском календаре было принято время обращения земли вокруг солнца. В 16 веке во времена папы Григория 13 перешли на другое летоисчисление (сдвинули календарь на 14 дней). Юлианский и Грегорианский календари. Каждый год, последние две цифры которых делятся на 4, високосные, кроме годов, оканчивающиеся на два нуля.

Эталоном времени является секунда.

Период полураспада – время, за которое количество вещества уменьшается вдвое. На этом свойстве основан радиоизотопный метод определения возраста (используется в археологии и палеонтологии).

Пространственно-временной континуум.

Для того, чтобы определить положение какого-либо объекта достаточно задать три координаты. Но для того, чтобы задать координаты какого-либо явления к этим трем координатам необходимо добавить четвертую координату – время. Таким образом мы имеем четырёхмерное пространство (пространственно-временной континуум). Континуум означает непрерывность. Связь пространства и времени подтверждается тем, что при движении тела со сверхсветовыми скоростями течение времени замедляется и изменяется длина тела.

Структура материального мира.

Метагалактика, ячеистая структура, скопление и группы галактик, галактики, звездные скопления, звезды и планетные системы, космические тела (кометы, астероиды), макроскопические тела, микроскопические тела, молекулы, атомы, ядра и элементарные частицы, лептоны и кварки.

Метагалактика – это доступная для наблюдения, изученная часть вселенной со всеми объектами. Включает в себя миллиарды галактик.

Ячеистая структура отражает неравномерность расположения галактик во вселенной (расположение галактик напоминает структура пчелиных сот – большинство галактик расположены по сторонам «сот», максимальное скопление в местах пересечения этих ребер).

Скопление галактик содержит их сотни и тысячи (наиболее изученные – млечный путь, туманность Андромеды).

Галактики – это звездные системы, связанные между собой гравитацией. В состав галактик входят звезды, газ и пыль. Их масса составляет только 10% от массы галактики. Остальные 90% - скрытая масса, не видимая для человека. Масса галактик составляет от миллиарда масс Солнца и больше.

Звездные скопления – это гравитационно-связанные группы звезд, имеющие общее происхождение и движущиеся как единое целое.

Звезды. В зависимости от массы, размера и возраста звезды проходят различные эволюционные фазы. Все звезды делятся на две группы: обыкновенные (нормальные), которые имеют размеры, сопоставимые с солнечными; нейтронные звезды – белые карлики и черные дыры.

Кварки – это элементарные далее не делимые частицы, их которых состоят другие частицы.

Основные положения специальной и общей теории относительности Эйнштейна..

В 1905 году Эйнштейном была создана специальная теория относительности и в 1915 году – общая теория относительности. Специальная теория относительности не отрицает механики Ньютона, но утверждает, что она не действует при скоростях, близки к скоростям света. Специальная теория относительности основывается на двух положениях:

Любые физические законы действуют одинаково во всех инерциальных (т.е. движущихся равномерно и прямолинейно) системах;
Скорость света одинакова во всех инерциальных системах.

Выводы Эйнштейна:

Длина стержня, движущегося с около световой скоростью, уменьшается;
Время в системе, которая движется с около световой скоростью, замедляется;
Масса представляет собой энергию, а энергия обладает массой;
Скорость света в вакууме постоянна и не одно тело не может двигаться со скоростью больше скорости света. Разработав общую теорию относительности, Эйнштейн предсказал, что луч света в гравитационных полях не должен иметь прямолинейные траектории. Позже его вывод был экспериментально подтвержден;
Сильное поле тяготения замедляет течение времени.

Подтверждением общей теории относительности явилось открытие черных дыр. Черные дыры – космические объекты, обладающие огромной массой и огромными силами тяготения. Эти силы тяготения на столько велики, что они не выпускают за свои пределы ни вещество ни излучение.

Чем больше масса тела и чем меньше радиус, тем сильнее сила, с которым тело сжимается под воздействием собственных сил гравитации. Радиус, при котором сила сжатия становиться бесконечной, называют гравитационным радиусом.

Эволюция звёзд.

Источником энергии любой звезды является термоядерные реакции, в которых участвует водород. Со временем запасы водорода заканчиваются, но к этому времени в центре звезды начинается другая термоядерная реакция с участием углерода. И идущее из центра звезды энергия начинает эту звезду «раздувать». Таким образом образуется красный гигант (звезда с температурой 3000-4000 градусов и диаметром от сотен миллионов до миллиардов километров). С течением времени большой гигант остывает и превращается в туманность, в центре которой находиться звезда, которую называют красный карлик (температура 10000 градусов и массой около солнечной). Таких звезд в нашей галактике большинство. Если масса относительно не велика, то звезда со временем начинает остывать и со временем превращается в белый карлик (реакции там никакие не идут). Если же масса звезды больше 10 солнечных, то силы тяготения таковы, что протоны и электроны сливаются образуя нейтроны и таким образом образуется нейтронная звезда (1.5 – 2 массы солнца и радиусом 10-20 километров). Масса стабильной нейтронной звезд не может быть больше 3 солнечных масс. Если же больше, то с учетом её размеров, радиус становиться меньше гравитационного и сила сжатия бесконечна. Нейтронная звезда начинает сжиматься и образуется черная дыра. Поверхность черной дыры называется горизонтом событий. Приливные силы тяготения – увеличение силы тяготение до разрыва тела. За горизонтом событий эти силы становятся бесконечными (сингулярность).

Гравитационный радиус и горизонт событий «чёрных дыр».

Для того, чтобы понять как черные дыры образуются необходимо просмотреть эволюцию звезд. Далее выше

Корпускулярно-волновой дуализм.

Корпускулярно-волновой дуализм – свойство любой микрочастицы обнаруживать признаки частицы (корпускулы) и волны. Наиболее ярко корпускулярно-волновой дуализм проявляется у элементарных частиц. Электрон, нейтрон, фотон в одних условиях ведут себя как хорошо локализованные в пространстве материальные объекты (частицы), двигающиеся с определёнными энергиями и импульсами по классическим траекториям, а в других – как волны, что проявляется в их способности к интерференции и дифракции. Так электромагнитная волна, рассеиваясь на свободных электронах, ведёт себя как поток отдельных частиц – фотонов, являющихся квантами электромагнитного поля (Комптона эффект), причём импульс фотона даётся формулой р = h/, где – длина электромагнитной волны, а h – постоянная Планка. Эта формула сама по себе – свидетельство дуализма. В ней слева – импульс отдельной частицы (фотона), а справа – длина волны фотона.

Дуализм электронов, которые мы привыкли считать частицами, проявляется в том, что при отражении от поверхности монокристалла наблюдается дифракционная картина, что является проявлением волновых свойств электронов. Количественная связь между корпускулярными и волновыми характеристиками электрона та же, что и для фотона: р = h/ (р – импульс электрона, а – его длина волны де Бройля).

Корпускулярно-волновой дуализм лежит в основе квантовой физики.

Принцип неопределённости Гейзенберга.

Экспериментальные исследования свойств микрочастиц (атомов, электронов, ядер, фотонов и др.) показали, что точность определения их динамических переменных (координат, кинетической энергии, импульсов и т.п.) ограничена и регулируется открытым в 1927 г. В. Гейзенбергом принципом неопределенности. Согласно этому принципу динамические переменные, характеризующие систему, могут быть разделены на две (взаимно дополнительные) группы:

1) временные и пространственные координаты (t и q);

2) импульсы и энергия (p и E).

При этом невозможно определить одновременно переменные из разных групп с любой желаемой степенью точности (например, координаты и импульсы, время и энергию). Это связано не с ограниченной разрешающей способностью приборов и техники эксперимента, а отражает фундаментальный закон природы. Его математическая формулировка дается соотношениями:

где Dq, Dp, DE, Dt - неопределенности (погрешности) измерения координаты, импульса, энергии и времени, соответственно; h - постоянная Планка.

Обычно достаточно точно указывают значение энергии микрочастицы, так как эта величина сравнительно легко определяется экспериментально.

Виды фундаментальных взаимодействий.

Фундаментальных взаимодействий в современной квантовой физике 4:

1. Электромагнитное. Переносится фотонами - частицами с нулевой массой покоя и спином 1. Соответствует электромагнитному полю в неквантовой физике. Имеет бесконечный радиус и среднюю силу. Обычно проявляется слабо, поскольку может быть противоположных знаков, что обычно компенсирует.

2. Слабое. Переносится W и Z бозонами Вайнберга-Салама-Глэшоу с массой около 100 протонных и спином 1. Короткодействующее и слабое, но много сильнее гравитационного. Сегодня влияет на мир мало вследсти огромной массы переносчика. Классических аналогов не имеет.

3. Сильное или ядерное. Переносится глюонами - векторными частицами с нулевой массой и сином 1. Самое сильное и самое короткодействующее. Держит вместе нуклоны в ядре и кварки в протоне и нейтроне. Классических аналогов не имеет. Черезвычайно короткодействующее несмотря на нулевую массу покоя глюона вследствие эффекта конфайенмента - сила притяжения кварка или глюона, имеющего нескомпенсированное квантовое число, названное вследствие ехидства физиков "цветом" столь велико, что его энергии хватает на порождение необходимой античастицы из вакуума. Поэтому невиртуальных глюонов не существует. (такое вот естествознание в мире духов).

Гравитационное. Переносчик - гравитон, частица с массой покоя 0 и спином 2.

самое слабое, но вследствие того, что его источником является любая масса, а они складываются - в Космосе - самое сильное взаимодействие. В неквантовой ОТО ему соответствует даже не поле, а геометричекие искажения пространства. Поскольку квантовой тоерии гравитации не существует, то и его заоны непонятны.

Первые три взаимодействия связаны и при больших энергиях их свойства выравниваются. Сначала, при энергии соответствующе массе Вайнберг-Саламовских бозонов, сравниваются слабые и электромагнитные взаимодействия (т.е. Z и W - это такие странные фотоны, только почему-то тяжёлые, а значит и движущиеся медленнее света, да и нстабильные впридачу), а при очень больших энергиях с ними сливаестся и глюонное поле, хотя это Веио объединение, в отличие от теории Вайнберга-Салама, сегодня тоже до конца непонятно.

Кварки.

Кварки это элементарные частицы, то есть частицы, которые не имеют своей внутренней структуры (по крайней мере так считается).

К настоящему времени было открыто 6 кварков и новых кварков не предвидится .Из кварков, в частности, состоят протоны (2u+d) и нейтроны (2d+u).Каждый из шести кварков имеет свое собственное имя

Этапы развития космологии.

Науку о вселенной о её строении, эволюции называют космологией. Становление космологии как науки связывают с именем Н.Коперника (в центр вселенной он поместил Солнце). Дальше пошел Дж.Брунно, он считал, что звезды – это далекие «солнца». Он считал, что такие солнца согревают планеты такие как наша и считал, что существует бесконечное количество звезд и миров и предположил, что могут существовать планеты подобные нашей.

Кеплер вывел закономерности движения планет. Вычислил орбиты всех планет солнечной системы и установил, что они движутся по элептическим орбитам.

Ньютон считается создателем небесной механики. Он обнаружил, что все тела тяготеют друг к другу. В его концепции вселенная была бесконечна в пространстве и во времени. Основным законом является закон всемирного тяготения. Пространство, как он полагал, никак не связано с телами (планетами, звездами). Количество звезд и планет во вселенной бесконечно.

Проведенные исследования вселенной установили следующие факты:

1. Вселенная расширяется;

2. Существует ассиметрия между веществом и антивеществом (вещества больше);

3. Материя вселенной однородна.

4. Во вселенной присутствует реликтовое излучение, которое появилось в момент образования вселенной. Реликтовое излучение соответствует излучению абсолютно черного тела температурой 3 градуса кельвина.

Концепции расширяющейся и пульсирующей Вселенной.

Существует несколько сценариев эволюции вселенной:

1. Расширяющаяся вселенная;

2. Сжимающаяся вселенная;

3. Пульсирующая вселенная.

Первоначально концепция расширяющейся вселенной вытекала не из экспериментов, а из общей теории относительности. Впоследствии это предположение было подтверждено экспериментально. Хаббл установил, что галактики «разбегаются», причем чем дальше галактики, тем больше скорость «разбегания». Существует эффект Доплера. Он заключается в том, что если есть источник излучения неподвижный, то наблюдатель воспринимает частоту излучения точно такую же, какую испускает источник. Если же источник удаляется, то для наблюдателя частота уменьшается. И наоборот.

Центра расширения вселенной нет. Вселенная расширяется равномерно.

Существует теория, в соответствии с которой расширение вселенной в какой-то момент может остановиться и начнется обратный процесс – вселенная начнет сжиматься. Таким образом, может чередоваться процесс сжатия и расширения (концепция пульсирующей вселенной). Но однако на день сегодняшний ученые не могут сказать, какой сценарий будет реализован для нашей вселенной.

Процессы расширения и сжатия объясняются наличием скрытой массы (которую мы не можем обнаружить и зафиксировать). Тем не менее считается, что скрытая масса составляет 90% от всей массы вселенной. Наличие скрытой массы как раз и было обнаружено путем разбегания галактик. Измерялись фактические скорости «разбегания» и эти скорости сравнивались с расчетными. Обнаруживались расхождения, которые можно было объяснить наличием скрытой массы (в том числе это и черные дыры).

Содержание