Скорость света с точки зрения классической механики

Принцип относительности Л о р е н т ц а-Э й н ш т е й н а занял почётное положение в современной физике; ввиду этого, без сомнения, покажется весьма странным утверждение, что этот принцип представляет собою не что иное, как косвенное и замаскированное признание зависимости скорости светового луча от скорости источника света. Между тем, с этой точки зрения, легко объясняются не только факты, лёгшие в основу теории Лорентца-Эйнштейна, что доказывал В. Ритц в 1908 г., и что в настоящее время признают многие европейские и американские учёные; но с этой точки зрения находит себе поразительно простое объяснение и сам принцип относительности: уравнения преобразования Лорентца и, столь импонирующие своей парадоксальностью, выводы новой механики. Теория Ритца, который в сущности возвращается к теории света Ньютона, приспособляя последнюю к современным взглядам на электромагнитную природу света, эта модернизированная теория истечения наталкивается в своём развитии ещё на очень большие трудности 1 ) . Не имея возможности разобрать в настоящей статье этот важный вопрос по существу, мы только попытаемся доказать, что все трудности, выпадающие на долю теории Ритца, должна делить с нею теория Эйнштейна; всё, что противоречит одной из этих двух теорий, противоречит также и другой; всё, что служит подтверждением для одной теории, подтверждает и другую. Иными словами, мы предполагаем доказательство того положения, что между теорией Лорентца-Эйнштейна с одной стороны и теорией Ньютона-Ритца с другой – нет, и не может быть принципиально произведён «experimentum crusis».

В классической механике, неразрывно связанной с именем Ньютона, отрезок длины имеет определённое значение, независимо от того, находится ли он в покое или движении по отношению к наблюдателю; точно так же два события в системе S одновременны или неодновременны, независимо от движения системы. В новой же механике – это считается правильным только приблизительно и только для скоростей очень малых сравнительно со скоростью света. Отсюда вывод: классическая механика представляет из себя частный случай новой механики; она даёт приблизительную картину явлений, совершающихся при малых скоростях. Величина v 2 / c 2 , которая входит почти во все формулы принципа относительности, становится ничтожно малой при малых v , вследствие чего формулы принципа относительности превращаются в формулы классической механики. Но это только одно из двух возможных толкований. Уравнения преобразования Лорентца превращаются в уравнения классическое механики не только тогда, когда v очень мало, но и тогда, когда c бесконечно велико. С этой последней точки зрения, классическая механика изображает явления не в том виде, в каком мы их можем наблюдать, но в том виде, в каком они наблюдались бы, если бы скорость света была бесконечно велика. В основных формулах принципа относительности, полученных чисто математически, дедуктивным путём, величина c означает скорость передачи сигнала вообще; полагая эту величину равной бесконечности, тем самым мы превращаем формулы принципа относительности в уравнения классической механики. Следовательно, классическая механика даёт нам картину явлений в том виде, как они могли бы наблюдаться, если бы передача каких-либо сигналов была мгновенной. Иными словами, классическая механика представляет явления такими, как они происходят для некоторого воображаемого наблюдателя, могущего улавливать мгновенную передачу сигналов, например, взаимные возмущения тяготеющих масс.

Которое из двух толкований надо считать правильным? Даёт ли классическая механика приближённое изображение событий, применимое только для малых скоростей движущихся тел, или она даёт совершенно точное изображение событий для каких угодно скоростей, но представляет события в том виде, в каком они должны были наблюдаться, если бы передача сигналов была мгновенной? Без всякого сомнения, никто из творцов классической механики не согласился бы с первым толкованием, наоборот, второе толкование всегда было, если не высказываемой, то само собою подразумевающейся, быть может, подсознательной предпосылкой. Классическая механика всегда представляла явления в том виде, в каком они действительно происходят. Но очевидно, что наблюдать явления в совершенно точном и неискажённом виде можно только в том случае, когда скорость передачи сигналов идеальна.

Допустимо, что в природе не существует скоростей во много раз превосходящих скорость света; более чем вероятно, что не существует исследователя, могущего наблюдать скорость сигналов большую, нежели скорость света. Однако ничто не мешает нам вообразить такого исследователя. По самому свойству нашего ума, наблюдения этого идеального исследователя имеют для нас бòльшую ценность, нежели наблюдения других исследователей. Если бы наши собственные наблюдения разошлись с наблюдениями исследователя, улавливающего мгновенную передачу сигналов, мы не колеблясь, признали бы свои наблюдения неправильными и ввели в них поправки.

Но, как бы ни было, определённый отрезок времени или длины представляет собою некоторую величину и для нашего воображаемого наблюдателя; следовательно, выражение: «величина какого-либо отрезка длины l или времени t для наблюдателя, могущего улавливать бесконечно большую скорость сигнала» – не заключает в себе никакого противоречия как определение.

Теперь, с одной стороны, очевидно, что величина отрезков времени или длины в системе S будет величиной совершенно одинаковой для нашего идеального наблюдателя, независимо от того, находится ли система S в относительном движении, или в относительном покое; масштабы не изменяют своих длин, часы не изменяют своего хода для нашего наблюдателя при изменении скорости движения, так как всякая скорость ничтожна по сравнению с наблюдаемой им бесконечно большой скоростью сигнала. С другой же стороны не может быть сомнения, что картина, наблюдаемая нашим идеальным исследователем, в точности совпадает с представлениями классической механики.

Итак, классическая механика может дать вполне удовлетворительный ответ на вопрос, что подразумевать под величиной отрезка времени или длины в системе S . Величина отрезка времени или длины в системе S будет различна для обычного наблюдателя, и будет находиться в зависимости от относительной скорости системы. Для классической же механики данный отрезок времени или длины при всех условиях будет иметь одно и то же определённое значение, а именно то значение, которое должно было бы наблюдаться, если бы передача световых, или каких-либо иных сигналов сделалась мгновенной. Мы не впадём ни в какое противоречие с духом классической механики, если назовём это последнее значение «абсолютной величиной» данного отрезка времени или длины. Абсолютные величины отрезков, очевидно, легко могут быть вычислены.

В дальнейших рассуждениях мы будем исходить из теории Эйнштейна, и шаг за шагом, сравнивая заключения Эйнштейна с заключениями классической механики, убедимся, что вся теория Эйнштейна построена на косвенном признании зависимости скорости световых лучей от скорости источника света.

С точки зрения принципа относительности пара часов A и B находится в одинаковых фазах, если, при передаче световых сигналов от A к B , часы B в момент получения сигнала показывают как раз середину промежутка времени, необходимого световому лучу для прохождения пути AB туда и обратно. Для классической же механики синхронны те часы одинаковость фаз которых должна была бы обнаружиться с непосредственной очевидностью, если бы передачу сигналов возможно было сделать мгновенной.

Можно доказать, что, если пара часов укреплена в точках A и B движущейся системы S , и если наблюдатели, движущиеся вместе с системой S , поставят часы синхронно по световым сигналам, то такая пара часов будет также синхронна с точки зрения классической механики. Допустим противное: мы имеем пару часов, синхронных с точки зрения классической механики, но для того, чтобы поставить их синхронно по световым сигналам, один из наблюдателей в системе S должен перевести стрелки на своих часах; часы более не будут иметь одинаковый фазы с точки зрения классической механики. Но для классической механики часы не меняют своего хода при перемещении в пространстве, и следовательно, если такую пару часов сблизить на достаточно малое расстояние, на котором время передачи световых сигналов исчезает, то разность фаз часов непременно будет обнаружена; таким образом, наблюдатель в системе S имел бы способ обнаружить неравномерное распространение света, что противоречит принципу относительности.

Теперь предположим, что часы A и B , установленные описанным образом наблюдает исследователь, относительно которого система S движется. Из формулы преобразования Лоренца следует, что часы, синхронные для наблюдателя, движущегося вместе с системой S , для неподвижного наблюдателя обнаружат во-первых определённую разность фаз, и во-вторых – замедленный ход. Следовательно, с точки зрения классической механики, неподвижный наблюдатель совершает ошибку, определяя времена в системе S единицами своей системы; отсюда вывод: времена в движущейся системе надо измерять в единицах этой же системы.

Положим далее, что часы A и B , синхронные с точки зрения классической механики, движутся навстречу друг другу, или же удаляются друг от друга, причём наблюдатель движется вместе с часами A . Очевидно, что наблюдатель рассматривает часы A , как находящиеся в покое, и часы B , как движущиеся: стало быть, он найдёт, что часы B имеют замедленный ход, сравнительно с часами A . Но в момент встречи часы A и B , как синхронные для классической механики, должны оказаться в одинаковых фазах; следовательно, приближающиеся часы наблюдатель должен считать ушедшими вперёд, а удаляющиеся часы отставшими на величину Δ t , зависящую от расстояния X между часами, от относительной скорости U и определяемую уравнениями преобразований Лорентца.

Легко доказать также, что с точки зрения классической механики длины в движущейся системе S , нужно измерять в единицах этой системы; измеряя же длины в системе S единицами другой системы, относительно которой система S движется, иными словами, измеряя кинематические длины масштабов в системе S , наблюдатель совершает ошибку. В самом деле, пусть наблюдатели, движущееся вместе с системой S , измеряют длину AB каким-нибудь способом, например, измеряя время, необходимое световому лучу для прохождения длины AB . С точки зрения классической механики, они имеют правильно идущие и находящееся в одинаковых фазах часы в точках A и B , поэтому они могут правильно определить моменты подачи и получения световых сигналов и в определении длины не допустят никакой ошибки. Наблюдатель же, находящийся в другой системе, относительно которой система S движется со скоростью V , измеряя то же расстояние AB , получит величину меньшую в раз, и, следовательно, ошибочную.

Итак, чтобы привести выводы какого-либо наблюдателя в согласие с законами классической механики, надо времена и длины в движущихся системах выражать в единицах этих же систем, употребляя для переоценки формулы преобразования Лорентца.

После этих предварительных замечаний приступим к доказательству положения, что между теориями Ритца и Эйнштейна, невозможно произвести «experimentum crusis».

Обе упомянутые теории распространяют принцип относительности Ньютона на электродинамику; обе теории отвергают мировой эфир и отказываются рассматривать свет как волнообразные возмущения неподвижной среды. В этом обе теории чрезвычайно близки. Но в следующем между ними существует, по-видимому, полная противоположность: Эйнштейн утверждает, что скорость света в пустоте C есть универсальная постоянная, наблюдаемая всегда и при всех условиях. По теории же Ритца, C – это есть скорость удаления поверхности волны от её геометрического центра, а кроме того, световая волна, как целое, обнаруживает движение по касательной к траектории относительного движения источника света. Следовательно, относительная скорость света слагается из этих двух составляющих и поэтому, неравна C для двух тел, движущихся друг относительно друга.

Ввиду этого, сущность опыта, решающего вопрос в пользу той или другой теории, может заключаться только в следующем: нужно измерить скорость световых лучей, испускаемых приближающимся источником света, а также скорость лучей, испускаемых удаляющемся источником, напр., скорость лучей, испускаемых противоположными краями солнечного диска.

Допустим, что «experimentum crusis» произведён, что скорость лучей, вышедших из приближающегося источника света измерена и оказалась равной C ; затем измерена скорость лучей, вышедших из удаляющегося источника света, и также оказалась равной C .

Произведём теперь расчёт с точки зрения теории Эйнштейна, а также с точки зрения классической механики.

Рис. 1.

С точки зрения теории Эйнштейна расчёт, по-видимому, очень прост: система S (рис. 1), в которой имеется источник света, движется по направлению от B к A со скоростью V . В момент t’ , когда источник света находился в точке B , на расстоянии X от A , был дан световой сигнал; сигнал этот достиг точки A спустя время Δ t . Скорость света равна C и Δ t=X/C.

Но с точки зрения классической механики, весь этот расчёт ошибочен: неверно определён момент подачи светового сигнала, и неверно определена длина пути светового луча; поэтому и величина, полученная для скорости света, должна быть подвергнута переоценке. Переоценка даёт следующее:

1) Время передачи сигнала от источника света до точки A . Величина X представляет собою кинематическую длину отрезка AB ; между тем эту длину надо выразить в единицах движущейся системы S . Положим, что длина AB , выраженная в единицах системы S , равна X’ .

В таком случае из уравнений преобразования Лорентца вытекает, что часы в системе S ушли вперёд по сравнению с часами, находящимися в точке A , на величину, равную VX’ / C 2 .

Но c точки зрения классической механики – это неверно; иными словами, с точки зрения классической механики момент t’ подачи сигнала в системе S наступил позднее, чем следует по расчёту теории Эйнштейна; и время, в течение которого луч прошёл расстояние от S до A , должно быть уменьшено на величину VX’ / C 2 .

Исправленное время передачи сигнала Δ t’ должно быть равно:

Δ t’=X’ / C–VX’ / C 2 = X’ ( C–V )/ C 2 ……………………(1)

2) Путь, пройденный лучом. Так как время t’ в системе S наступило позднее, чем следует по расчёту теории Эйнштейна, то в момент, когда система S находились в положении B (рис. 1), часы показывали не t’ , но время меньшее на величину VX’ / C 2 . В течение этого промежутка времени, двигаясь со скоростью V , система прошла расстояние V 2 X’ / C 2 . Следовательно, световой сигнал дан не в точке B , но в точке C ; и путь, пройденный лучом, также должен быть уменьшен.

AC=X’–V 2 X’ / C 2 = X’ ( C 2 –V 2 )/ C 2 …………..…………(2)

Чтобы определить действительную скорость луча, надо (2) разделить на (1); при этом очевидно:

Т.е. относительная скорость света равна скорости удаления поверхности волны от её геометрического центра плюс относительная скорость источника света.

Точно так же, если система S движется в противоположном направлении, и следовательно, удаляется от A , с точки зрения теории Эйнштейна, произойдёт следующее: световой сигнал дан в момент t’ , когда источник света находился в B (рис. 1); путь луча равен X , время прохождения лучом длины AB равно Δ t , скорость света равна С ; при этом Δ t = X / C .

Переоцениваем все эти величины с точки зрения классической механики. Расстояние AB , выраженное в единицах движущейся системы S , равно X’ ; из формул преобразования Лорентца следует, что часы в системе S отстали от часов, находящихся в точке A , на величину, равную V 2 X’ / C 2 . Так как с точки зрения классической механики, это неверно, то момент t’ подачи сигнала наступил ранее, чем следует по расчёту теории Эйнштейна, а время передачи сигнала в действительности равно не X / C , но X’ / C+VX’ / C 2 = X’ ( C+V )/ C 2 . Сигнал подан, таким образом не в точке B , но ранее, в точке C , причём AC опять равно X’ ( C 2 –V 2 )/ C 2 . Разделяя длину пути на время, получим для скорости света:

т.е. в этом случае величину, меньшую C .

Таким образом, результаты опытов, подтверждающие теорию Эйнштейна, могут быть переоценены с точки зрения классической механики и приведены в согласие с теорией Ритца. Следовательно, и наоборот, результаты опытов, подтверждающие теорию Ритца, нисколько не противоречат теории Эйнштейна и могут быть выражены при помощи формул принципа относительности. Это обстоятельство раскрывает перед нами структуру теории Эйнштейна и смысл, который с точки зрения классической механики, имеют формулы преобразования Лорентца.

Положим, что в точке A (рис. 1) отмечен момент t получения светового сигнала, данного источником света, приближающимся со скоростью V . Спрашивается: на каком расстоянии X от A дан более светлый сигнал, и какому моменту времени t 1 , на часах, находящихся в точке A , соответствует момент t’ подачи светового сигнала? Могут быть сделаны троякого рода допущения:

1) Скорость луча равна C+V . Если это предположите справедливо, то время t 1 и расстояние X будут определены согласно с законами классической механики, и принцип относительности получит наиболее простое и законченное выражение: всякая скорость относительна, следовательно, и скорость света .

2) Скорость луча равна C , но в системе, заключающей источник света, время движется иным темпом, понятие о синхронности иное, длины в направлении движения сократились и т. д. В этом случае расстояние X и момент времени t 1 будут определены с таким расчётом, чтобы непременно получилась знаменитая «универсальная постоянная» C . В результате получается блестящая и стройная система, представляющая все явления в четырёхмерном пространстве, выводы которой могут быть проведены как угодно далеко, нигде не впадая в противоречие. Но в своей сущности эта грандиозная система построена на том предположении, что скорость света зависит от скорости источника. Если это предположение окажется неверным, тогда «новая механика» непременно встанет в противоречие с фактами и потерпит крушение.

3) Всякое третье предположение противоречит распространению принципа относительности на оптику.

Рассмотрим ещё формулы сложения скоростей Эйнштейна. Можно убедиться, что эти формулы не противоречат правилу параллелограмма скоростей, но сами получены по правилу параллелограмма.

Рис. 2.

В положительном направлении по оси X -ов со скоростью V относительно точки O движется система S ; а точка B движется относительно системы S со скоростью U также в положительном направлении от O к C по оси X (рис. 2).

Абсциссы OB и OC точек B и C в момент t’ 1 равны X’ 1 и X’ 2 . В момент t’ 2 точка B догонит точку C . Скорость U точки B относительно C равна ( X’ 2 – X’ 1 )/( t’ 2 – t’ 1 ), и скорость W точки B относительно O равна U+V . Времена и длины выражены в единицах системы S ; часы в точках B и C синхронны; весь расчёт произведён с точки зрения классической механики. С точки зрения теории Эйнштейна этот расчёт надо переоценить следующим образом:

Скорость U преувеличена. В случае S понятие о синхронности иное, нежели в O . Точка B находится позади точки C в направлении движения, и следовательно, часы в B ушли вперёд по сравнению с часами в C на величину V ( X’ 2 – X’ 1 )/ C 2 , но несмотря на это считаются в системе S синхронными.

Поэтому момент t’ 1 взят позднее, чем следует, и промежуток времени t’ 2 – t’ 1 должен быть увеличен на V ( X’ 2 – X’ 1 )/ C 2 .

Когда часы в B показывали момент t’ 1 , часы в C показывали меньшее время и, стало быть, точка C имела меньшую абсциссу, не X’ 2 , но X’ 2 –V 2 ( X’ 2 – X’ 1 )/ C 2 ; стало быть, расстояние X’ 2 – X’ 1 должно быть уменьшено на V 2 ( X’ 2 – X’ 1 )/ C 2 . Исправленная скорость U’ точки B относительно C равна:

Чтобы найти теперь W’ – скорость точки B относительно O , надо сложить скорости V и U’ по правилу параллелограмма.

То есть мы получаем формулу Эйнштейна.

Если бы системы S и точки C не существовало и наблюдалась бы только относительная скорость точек B и O , то не впадая в противоречие, с точки зрения Эйнштейна мы опять должны получать скорость W’ . Отсюда можно сделать важный вывод. Всякую наблюдённую скорость W’ можно разложить по правилу параллелограмма на две составляющие, из которых, по крайней мере, одна будет меньше действительной, с точки зрения классической механики. Но этот вывод можно было представить a priori, так как градации всевозможных скоростей от нуля до бесконечности, допускаемой классической механикой, по теории Эйнштейна соответствуют скорости от нуля до C .

В общих чертах мы разобрали структуру теории Эйнштейна. В настоящее время невозможно, конечно, предсказать, удержится ли в науке эта теория. Если теория Эйнштейна сохранит своё господствующее положение, то теория Ритца всё-таки будет полезна, как вспомогательное представление, при разработке наиболее трудных вопросов о непрямолинейном и неравномерном движении, которые в теории Эйнштейна разработаны ещё очень мало. Как должны меняться времена, длины и проч. в системах, движущихся по криволинейным траекториям, обладающих ускоренным или замедленным движением, при толчках, остановках, при комбинации вращательных и поступательных движений? Этот сложный вопрос можно упростить, представив себе сначала, что должно получиться с точки зрения теории Ритца, а затем уже полученные результаты перевести на язык теории Эйнштейна.

Но, как бы ни было, если соображения, высказанные в настоящей статье справедливы, то теория Эйнштейна заключает в себе хотя и в замаскированном виде, признание зависимости скорости света от скорости источника. Обе теории, следовательно, не конкурируют по отношению к опытным фактам и выбор между ними нужно делать только на основании теоретических соображений.

По поводу статьи И. Орлова.– Основные формулы принципа относительности с точки зрения классической механики.

П. Эренфест
Опыт E 1 ) .

Имеется Лаборатория и в ней наблюдатель; вне Лаборатории – красный источник свата, неподвижный но отношению к Лаборатории, и зелёный источник света, удаляющийся от Лаборатории с большою скоростью. Мгновенно открывается отверстие в стене Лаборатории, так что через это отверстие проникают одновременно красный и зелёный свет и начинают распространяться по направлению к противоположной стене Лаборатории. Через короткий промежуток времени лучи света достигают глаза наблюдателя, стоящего у этой стены.

Наблюдатель решает вопрос, увидит ля он

а) сперва красный цвет,

б) или с самого начала белый 2 ).

теория Ритца требует: сперва красный ,

теория Эйнштейна требует: сразу белый .

Я спрашиваю г. Орлова:

а) допускает ли он, что теории Ритца и Эйнштейна требуют именно указанные выше два положения или он оспаривает это?

b) если он допускает это, то считает ли он всё-таки правильным своё утверждение ( стр. 172 ): «… результаты опытов… в согласии с теорией Ритца».

1 ) В противоположность к описанному в статье И. Орлова «experimentum crusis», настоящий опыт поставлен так, что нет необходимости ни в часах, ни в масштабах. Данное замечание существенно!

2 ) Красный и зелёный выбраны, как дополнительные цвета (cum grano salis [с известной оговоркой] в виду явления Доплера).

Ответ проф. Эренфесту
И. Орлов

Когда открывается отверстие в стене, противоположной от наблюдателя, и оба луча – красный (от неподвижного источника) и зелёный (исходящий из удаляющегося источника) одновременно попадают в лабораторию, то возможны два случая:

1) Наблюдатель увидит сначала красный свет.

2) Наблюдатель с самого начала увидит белый свет.

Разберём второй случай, противоречащий теории Ритца. Можно доказать , что этот случай противоречит также и теории Эйнштейна, и, следовательно, теории относительности вообще. Чтобы сделать это ясным, мы сначала несколько изменим обстановку этого гипотетического опыта и введём в рассуждение то обстоятельство, что каждый луч света вышел из источника в определённый момент.

Рис. 3.

Допустим, что опыт производят два наблюдателя (см. рис. 3): наблюдатель B находится непосредственно позади отверстия и получает оба луча одновременно с открытием отверстия. Наблюдатель A находится около противоположной стены; лучи достигают его спустя малое время. Допустим, что лучи от красного (на рис. E ) и от зелёного (на рис. F ) источников света попадают в глаз наблюдателя отдельно друг от друга. Наконец предположим, что лучи удаляющегося источника света датированы, т.е. заключают в себе указание на момент выхода их из источника; напр., если зелёный источник света прикрыт прозрачным циферблатом, по которому движется секундная стрелка (возможен какой угодно другой способ вместо часов). Луч, вышедший из удаляющегося источника света в тот момент, когда последний находился в точке F , на расстоянии x от B спустя время X / C достигает B . В этот момент отверстие открывается, и наблюдатель B получает оба луча, которые затем проходят через лабораторию до A , причём длина лаборатории равна Δ x .

Если в момент открытия отверстия часы B показывают момент t , то момент, которым отмечен дошедший до B зелёный луч равен t–x / C – v x’ / C 2 , так как x / C – время передачи луча, и v x’ / C 2 – время, на которое отстала все процессы в движущейся системе, с точки зрения B . Спустя время Δ x / C наблюдатель A получает тот же самый луч ! В момент получения наблюдателем A зелёного и красного разность между показанием его часов и тем моментом, которым отмечен зелёный луч достигнет ( x+ Δ x )/ C + v x’ / C 2 . Между тем, по теории Эйнштейна эта разность должна равняться ( x+ Δ x )/ C + v ( x’+ Δ x’ )/ C 2 . По теории Эйнштейна наблюдатель в этот момент должен получить более ранний луч, но так как в данном случае этот более ранний луч задержан препятствием , то теория Эйнштейна расстраивается . Наблюдатель A найдёт, что время в системе движущегося источника отстало на величину v x’ / C 2 , а не на величину v ( x’+ Δ x’ )/ C 2 , как должно быть по теории Эйнштейна! Дело происходит таким образом, как будто в течение времени Δ x / C , пока первый луч проходит расстояние от B до A , относительность времени не существовала , и в движущейся системе зелёного источника время двигалось тем же, а не более медленным темпом, нежели в неподвижной системе AB . Так как величину Δ x можно предположить как угодно большой, то и отклонения от теории Эйнштейна могут быть как угодно велики.

Возвратимся теперь к гипотетическому опыту в той форме, какая приведена проф. Эренфестом.

Посла открытия отверстия наблюдатель с самого начала увидит белый свет, т. е. красный и зелёный лучи достигнут его глаз одновременно. Но мы теперь уже знаем, что это возможно только потому, что по крайней мере, с момента открытия отверстия и до момента получения наблюдателем первого луча относительности времени не существовало .

Этот вывод можно было, также, ожидать a priori , так как, c точки зрения классической механики, разбираемый нами случай не представляется возможными согласовать с теорией относительности.

Итак, приведённый проф. Эренфестом гипотетический опыт в действительности имеет значение «experimentum crusis» между теорий Ритца с одной стороны – и теориями, рассматривающими свет, как возмущение абсолютно неподвижной среды – с другой. Теорию Эйнштейна в данном случае возможно устранить до опыта, так как оба допустимых исхода опыта ей противоречат.

Тезис моей статьи – теория Эйнштейна заключает в себе косвенное признание зависимости скорости света от скорости источника – таким образом, остаётся в силе.

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Класси́ческая меха́ника— видмеханики(разделафизики, изучающего законы изменения положений тел в пространстве со временем и причины, это вызывающие), основанный назаконах Ньютонаипринципе относительности Галилея. Поэтому её часто называют «Ньютоновской механикой».

Классическая механика подразделяется на:

статику(которая рассматривает равновесие тел)

кинематику(которая изучает геометрическое свойство движения без рассмотрения его причин)

динамику(которая рассматривает движение тел).

Классическая механика даёт очень точные результаты, если её применение ограничено телами, скоростикоторых много меньшескорости света, а размеры значительно превышают размерыатомовимолекул. Обобщением классической механики на тела, двигающиеся с произвольной скоростью, являетсярелятивистская механика, а на тела, размеры которых сравнимы с атомными —квантовая механика.Квантовая теория полярассматривает квантовые релятивистские эффекты.

Тем не менее, классическая механика сохраняет своё значение, поскольку:

она намного проще в понимании и использовании, чем остальные теории

в обширном диапазоне она достаточно хорошо описывает реальность.

Классическую механику можно использовать для описания движения таких объектов, как волчок и бейсбольный мяч, многих астрономических объектов (таких, как планетыигалактики), и иногда даже многих микроскопических объектов, таких какмолекулы.

Классическая механика является самосогласованной теорией, то есть в её рамках не существует утверждений, противоречащих друг другу. Однако, её объединение с другими классическими теориями, например классической электродинамикойитермодинамикойприводит к появлению неразрешимых противоречий. В частности, классическая электродинамика предсказывает, чтоскорость светапостоянна для всех наблюдателей, что несовместимо с классической механикой. В началеXX векаэто привело к необходимости созданияспециальной теории относительности. При рассмотрении совместно с термодинамикой, классическая механика приводит кпарадоксу Гиббса, в котором невозможно точно определить величинуэнтропии, и культрафиолетовой катастрофе, в которойабсолютно чёрное телодолжно излучать бесконечное количество энергии. Попытки разрешить эти проблемы привели к возникновению и развитию квантовой механики.

10 билет МЕХАНИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА.ТЕРМОДИНАМИКА

Термодина́мика(греч.θέρμη— «тепло»,δύναμις— «сила») — разделфизики, изучающий соотношения и превращениятеплотыи других формэнергии. В отдельные дисциплины выделилисьхимическая термодинамика, изучающаяфизико-химическиепревращения, связанные с выделением или поглощением тепла, а такжетеплотехника.

В термодинамике имеют дело не с отдельными молекулами, а с макроскопическими телами, состоящими из огромного числа частиц. Эти тела называются термодинамическими системами. В термодинамике тепловые явления описываются макроскопическими величинами — давление, температура, объём, …, которые не применимы к отдельным молекулам и атомам.

В теоретической физикенаряду с феноменологической термодинамикой, изучающейфеноменологиютепловых процессов, выделяют термодинамику статистическую, которая была создана для механического обоснования термодинамики и была одним из первых разделовстатистической физики.

Термодинамика может быть применена в широком круге вопросов в области науки и техники, таких, как двигатели, фазовые переходы,химические реакции, явления переноса, и дажечёрные дыры. Термодинамика имеет важное значение для других областей физики и химии, химической технологии, аэрокосмической техники,машиностроения,клеточной биологии,биомедицинской инженерии,материаловедения, и полезно в таких других областях, какэкономика [

11 билет ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Электродина́мика— разделфизики, изучающийэлектромагнитное полев наиболее общем случае (то есть, рассматриваются переменные поля, зависящие от времени) и его взаимодействие с телами, имеющимиэлектрический заряд(электромагнитное взаимодействие). Предмет электродинамики включает связь электрических и магнитных явлений,электромагнитное излучение(в разных условиях, как свободное, так и в разнообразных случаях взаимодействии с веществом),электрический ток(вообще говоря, переменный) и его взаимодействие с электромагнитным полем (электрический ток может быть рассмотрен при этом как совокупность движущихся заряженных частиц). Любое электрическое и магнитное взаимодействие между заряженными телами рассматривается в современной физике как осуществляющееся через посредство электромагнитного поля, и, следовательно, также является предметом электродинамики.

Чаще всего под термином электродинамикапо умолчанию понимаетсяклассическаяэлектродинамика, описывающая только непрерывные свойстваэлектромагнитного поляпосредством системыуравнений Максвелла; для обозначения современнойквантовой теорииэлектромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами обычно используется устойчивый терминквантовая электродинамика.

12 билет ПОНЯТИЕ СИММЕТРИИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ

Теоре́ма Эмми Нётерутверждает, что каждой непрерывнойсимметриифизической системы соответствует некоторыйзакон сохранения. Так,закон сохранения энергиисоответствует однородностивремени,закон сохранения импульса— однородностипространства,закон сохранения момента импульса—изотропиипространства,закон сохранения электрического заряда—калибровочной симметриии т. д.

Теорема обычно формулируется для систем, обладающих функционаломдействия, и выражает собойинвариантностьлагранжианапо отношению к некоторойнепрерывной группепреобразований.

Теорема установлена в работах учёных гёттингенскойшколыД. Гильберта,Ф. КлейнаиЭ. Нётер. В наиболее распространенной формулировке была доказана Эмми Нётер в1918 году.

Типы симметрий, встречающиеся в математике и в естественных науках:

двусторонняя симметрия— симметричность относительнозеркального отражения. (Билатеральная симметрия)

симметрия n-го порядка— симметричность относительноповоротовна угол 360°/n вокруг какой-либо оси. Описывается группой Z_n.

аксиальная симметрия(радиальная симметрия,лучевая симметрия) — симметричность относительноповоротовна произвольный угол вокруг какой-либо оси. Описывается группойSO(2).

сферическая симметрия— симметричность относительновращенийв трёхмерном пространстве на произвольные углы. Описывается группой SO(3). Локальная сферическая симметрия пространства или среды называется такжеизотропией.

вращательная симметрия— обобщение предыдущих двух симметрий.

трансляционная симметрия— симметричность относительносдвигов пространствав каком-либо направлении на некоторое расстояние.

лоренц-инвариантность— симметричность относительно произвольных вращений впространстве-времениМинковского.

калибровочная инвариантность— независимость вида уравнений калибровочных теорий вквантовой теории поля(в частности,теорий Янга — Миллса) при калибровочных преобразованиях.

суперсимметрия— симметрия теории относительно заменыбозоновнафермионы.

высшая симметрия— симметрия в групповом анализе.

кайносимметрия— явлениеэлектронной конфигурации(термин введёнС. А. Щукаревым, открывшим его), которым обусловленавторичная периодичность(открытаЕ. В. Бироном).

Специальная теория относительности(СТО; такжечастная теория относительности) — теория, описывающая движение, законымеханикии пространственно-временные отношения при произвольныхскоростяхдвижения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких кскорости света. В рамках специальной теории относительностиклассическая механикаНьютонаявляется приближением низких скоростей. Обобщение СТО для гравитационных полей называетсяобщей теорией относительности.

Описываемые специальной теорией относительности отклонения в протекании физических процессов от предсказаний классической механики называют релятивистскими эффектами, а скорости, при которых такие эффекты становятся существенными, —релятивистскими скоростями.

О́бщая тео́рия относи́тельности(ОТО;нем.allgemeine Relativitätstheorie) —геометрическаятеориятяготения, развивающаяспециальную теорию относительности(СТО), опубликованнаяАльбертом Эйнштейномв1915—1916 годах. [1][2] В рамках общей теории относительности, как и в другихметрических теориях, постулируется, что гравитационные эффекты обусловлены несиловым взаимодействиемтел иполей, находящихся впространстве-времени, а деформацией самого́ пространства-времени, которая связана, в частности, с присутствием массы-энергии. Общая теория относительности отличается от других метрическихтеорий тяготенияиспользованиемуравнений Эйнштейнадля связикривизныпространства-времени с присутствующей в нёмматерией.

ОТО в настоящее время — самая успешнаятеория гравитации, хорошо подтверждённая наблюдениями. Первый успех общей теории относительности состоял в объяснении аномальнойпрецессииперигелияМеркурия. Затем, в1919 году,Артур Эддингтонсообщил о наблюдении отклонения света вблизиСолнцав момент полногозатмения, что качественно и количественно подтвердило предсказания общей теории относительности [3] . С тех пор многие другиенаблюдения и экспериментыподтвердили значительное количествопредсказаний теории, включаягравитационное замедление времени,гравитационное красное смещение,задержку сигнала в гравитационном полеи, пока лишь косвенно,гравитационное излучение [4] . Кроме того, многочисленные наблюдения интерпретируются как подтверждения одного из самых таинственных и экзотических предсказаний общей теории относительности — существованиячёрных дыр [5] .

Несмотря на ошеломляющий успех общей теории относительности, в научном сообществе существует дискомфорт, связанный, во-первых, с тем, что её не удаётся переформулировать как классический предел квантовой теории, а во-вторых, с тем, что сама теория указывает границы своей применимости, так как предсказывает появление неустранимых физических расходимостей при рассмотрении чёрных дыр и вообщесингулярностейпространства-времени. Для решения этих проблем был предложен рядальтернативных теорий, некоторые из которых также являютсяквантовыми. Современные экспериментальные данные, однако, указывают, что любого типа отклонения от ОТО должны быть очень малыми, если они вообще существуют.

15 билет РАСШИРЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ.ЗАКОН ХАББЛА

Расширение Вселенной— явление, состоящее в почтиоднородномиизотропномрасширении космического пространства в масштабах всейВселенной. Экспериментально расширение Вселенной наблюдается в виде выполнениязакона Хаббла. Началом расширения Вселенной наука считает так называемыйБольшой взрыв. Теоретически явление было предсказано и обоснованоА. Фридманомна раннем этапе разработкиобщей теорией относительностииз общефилософскихсоображений об однородности иизотропности Вселенной.

Зако́н Ха́ббла(закон всеобщего разбегания галактик) —эмпирический закон, связывающийкрасное смещениегалактики расстояние до нихлинейным образом [1] :

где z—красное смещениегалактики,D— расстояние до неё,H— коэффициент пропорциональности, называемыйпостоянной Хаббла. При малом значенииzвыполняется приближённое равенствоcz=V_r, гдеV_r— скорость галактики вдоль луча зрения наблюдателя,c—скорость света. В этом случае закон принимает классический вид:

С помощью этого законаможно рассчитать так называемый Хаббловский возрастВселенной:

Этот возраст является характерным временем расширения Вселеннойна данный момент и с точностью до множителя 2 соответствует возрасту Вселенной, рассчитываемому постандартной космологической модели Фридмана.

16 билет МОДЕЛЬ ФРИДМАНА.СИНГУЛЯРНОСТЬ

Вселе́нная Фри́дмана(метрика Фридмана — Леметра — Робертсона — Уокера) — одна из космологических моделей, удовлетворяющих полевым уравнениямобщей теории относительности, первая из нестационарных моделей Вселенной. ПолученаАлександром Фридманомв1922. Модель Фридмана описывает однородную изотропнуюнестационарнуюВселенную с веществом, обладающую положительной, нулевой или отрицательной постоянной кривизной. Эта работа учёного стала основным теоретическим развитием ОТО после работ Эйнштейна 1915—1917 гг.

гравитационная сингулярность— областьпространства-времени, через которую нельзя продолжитьгеодезическую линию. Часто в нейкривизнапространственно-временного континуума обращается вбесконечность, либометрикаобладает иными патологическими свойствами, не допускающими физической интерпретации (например,космологическая сингулярность— состояние Вселенной в начальный моментБольшого взрыва, характеризующееся бесконечной плотностью и температурой вещества);

17 билет ТЕОРИЯ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА.РЕЛИКТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Рели́ктовое излуче́ние(иликосмическое микроволновое фоновое излучениеотангл.cosmic microwave background radiation) [1] — космическоеэлектромагнитное излучениес высокой степеньюизотропностии соспектром, характерным дляабсолютно чёрного теластемпературой2,725К.

Существование реликтового излучения было предсказано теоретически в рамках теории Большого взрыва. Хотя в настоящее время многие аспекты первоначальной теории Большого взрыва пересмотрены, основы, позволившие предсказатьтемпературуреликтового излучения, остались неизменны. Считается, что реликтовое излучение сохранилось с начальных этапов существованияВселеннойи равномерно её заполняет. Экспериментально его существование было подтверждено в1965 году. Наряду скосмологическим красным смещением, реликтовое излучение рассматривается как одно из главных подтверждений теории Большого взрыва

Большо́й взрыв(англ.Big Bang) —космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной [1] , а именно — началорасширения Вселенной, перед которымВселеннаянаходилась всингулярном состоянии.

Обычно сейчас автоматически сочетают теорию Большого взрыва и модель горячей Вселенной, но эти концепции независимы и исторически существовало также представление охолодной начальной Вселеннойвблизи Большого взрыва. Именно сочетание теории Большого взрыва с теорией горячей Вселенной, подкрепляемое существованиемреликтового излучения, и рассматривается далее.

18 билет КОСМИЧЕСКИЙ ВАКУУМ

Ва́куум(отлат.vacuum— пустота) — пространство, свободное от вещества. В технике и прикладной физике под вакуумом понимают среду, содержащуюгазпридавленияхзначительно нижеатмосферного. Вакуум характеризуется соотношением междудлиной свободного пробегамолекул газаλи характерным размером средыd. Подdможет приниматься расстояние между стенкамивакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода и т. д. В зависимости от величины соотношенияλ/dразличают низкий (), средний () и высокий () вакуум.

Следует различать понятия физического вакуумаитехнического вакуума.

19 билет КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА

Ква́нтовая меха́ника— разделтеоретической физики, описывающий физические явления, в которыхдействиесравнимо по величине спостоянной Планка. Предсказания квантовой механики могут существенно отличаться от предсказанийклассической механики. Поскольку постоянная Планка является чрезвычайно малой величиной по сравнению с действием повседневных объектов, квантовые эффекты в основном проявляются только в микроскопических масштабах. Если физическое действие системы намного больше постоянной Планка, квантовая механика органически переходит в классическую механику. В свою очередь, квантовая механика является нерелятивистским приближением (то есть приближением малых энергий по сравнению сэнергией покоямассивных частиц системы)квантовой теории поля.

Классическая механика, хорошо описывающая системы макроскопических масштабов, не способна описать явления на уровне атомов, молекул, электроновифотонов. Квантовая механика адекватно описывает основные свойства и поведение атомов, ионов, молекул,конденсированных сред, и других систем с электронно-ядерным строением. Квантовая механика также способна описывать поведение электронов, фотонов, а также другихэлементарных частиц, однако более точное релятивистски инвариантное описание превращений элементарных частиц строится в рамках квантовой теории поля. Эксперименты подтверждают результаты, полученные с помощью квантовой механики.

Основными понятиями квантовой кинематики являются понятия наблюдаемойисостояния.

Основные уравнения квантовой динамики — уравнение Шрёдингера,уравнение фон Неймана,уравнение Линдблада,уравнение Гейзенбергаиуравнение Паули.

Уравнения квантовой механики тесно связаны со многими разделами математики, среди которых: теория операторов,теория вероятностей,функциональный анализ,операторные алгебры,теория групп.

Абсолютно чёрное тело— физическая идеализация, применяемая втермодинамике, тело, поглощающее всё падающее на негоэлектромагнитное излучениево всех диапазонах и ничего не отражающее. Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметьцвет.Спектр излученияабсолютно чёрного тела определяется только еготемпературой.

Важность абсолютно чёрного тела в вопросе о спектре теплового излучения любых (серых и цветных) тел вообще, кроме того, что оно представляет собой наиболее простой нетривиальный случай, состоит ещё и в том, что вопрос о спектре равновесного теплового излучения тел любого цвета и коэффициента отражения сводится методами классической термодинамики к вопросу об излучении абсолютно чёрного (и исторически это было уже сделано к концу XIX века, когда проблема излучения абсолютно чёрного тела вышла на первый план).

Наиболее чёрные реальные вещества, например, сажа, поглощают до 99 % падающего излучения (то есть имеютальбедо, равное 0,01) в видимом диапазоне длин волн, однако инфракрасное излучение поглощается ими значительно хуже. Среди телСолнечной системысвойствами абсолютно чёрного тела в наибольшей степени обладаетСолнце.

Термин был введён Густавом Кирхгофомв1862 году.

20 билет ПРИНЦИПЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ

Все задачи современной физики можно разделить на две группы: задачи физики классической и задачи физики квантовой, Изучая свойства обычных макроскопических тел, почти не приходится встречаться с квантовыми задачами, потому что квантовые свойства становятся ощутимыми лишь в микромире. Поэтому физика XIX в., исследовавшая лишь макроскопические тела, совершенно не знала квантовых процессов. Это и есть физика классическая. Для классической физики характерно, что она не учитывает атомистическое строение вещества. Ныне же развитие экспериментальной техники столь широко раздвинуло границы нашего знакомства с природой, что мы теперь знаем, и притом весьма детально, строгние отдельных атомов и молекул. Современная физика изучает атомное строение вещества и, потому принципы старой классической физики XIX в. должны были измениться в соответствии с новыми фактами, причем измениться коренным образом. Это изменение принципов и есть переход к физике квантовой

21 билет КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ

Корпускуля́рно-волново́й дуали́зм—принцип, согласно которому любой объект может проявлять какволновые, так икорпускулярныесвойства. Был введён при разработкеквантовой механикидля интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, с точки зрения классических концепций. Дальнейшим развитием принципа корпускулярно-волнового дуализма стала концепцияквантованных полейвквантовой теории поля.

Как классический пример, светможно трактовать как поток корпускул (фотонов), которые во многих физических эффектах проявляют свойстваэлектромагнитных волн. Свет демонстрирует свойства волны в явленияхдифракциииинтерференциипри масштабах, сравнимых с длиной световой волны. Например, дажеодиночныефотоны, проходящие черездвойную щель, создают на экране интерференционную картину, определяемуюуравнениями Максвелла [1] .

Тем не менее, эксперимент показывает, что фотон не есть короткий импульс электромагнитного излучения, например, он не может быть разделён на несколько пучков оптическими делителями лучей, что наглядно показал эксперимент, проведённый французскими физиками Гранжье, Роже и Аспэ в 1986 году [2] . Корпускулярные свойства света проявляются прифотоэффектеи вэффекте Комптона. Фотон ведет себя и как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны (например,атомными ядрами), или вообще могут считаться точечными (например,электрон).

В настоящий момент концепция корпускулярно-волнового дуализма представляет лишь исторический интерес, так как служила только интерпретацией, способом описать поведение квантовых объектов, подбирая ему аналогии из классической физики. На деле квантовые объекты не являются ни классическими волнами, ни классическими частицами, приобретая свойства первых или вторых лишь в некотором приближении. Методологически более корректной является формулировка квантовой теории через интегралы по траекториям(пропагаторная), свободная от использования классических понятий.

22 билет ПОНЯТИЕ О СТРОЕНИЕ АТОМА.МОДЕЛИ АТОМА

Модель атома Томсона(модель «Пудинг с изюмом»,англ.Plum pudding model).Дж. Дж. Томсонпредложил рассматривать атом как некоторое положительно заряженное тело с заключёнными внутри негоэлектронами. Была окончательно опровергнутаРезерфордомпосле проведённого им знаменитого опыта по рассеиваниюальфа-частиц.

Ранняя планетарная модель атома Нагаоки. В 1904 году японский физикХантаро Нагаокапредложил модель атома, построенную по аналогии с планетойСатурн. В этой модели вокруг маленького положительного ядра по орбитам вращались электроны, объединённые в кольца. Модель оказалась ошибочной.

Планетарная модель атома Бора-Резерфорда. В 1911 году [3] Эрнест Резерфорд, проделав ряд экспериментов, пришёл к выводу, что атом представляет собой подобиепланетной системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг расположенного в центре атома тяжёлого положительно заряженного ядра («модель атома Резерфорда»). Однако такое описание атома вошло в противоречие склассической электродинамикой. Дело в том, что, согласно классической электродинамике, электрон при движении сцентростремительным ускорениемдолжен излучатьэлектромагнитные волны, а, следовательно, терятьэнергию. Расчёты показывали, что время, за которое электрон в таком атоме упадёт на ядро, совершенно ничтожно. Для объяснения стабильности атомовНильсу Борупришлось ввестипостулаты, которые сводились к тому, что электрон в атоме, находясь в некоторых специальных энергетических состояниях, не излучает энергию («модель атома Бора-Резерфорда»). Постулаты Бора показали, что для описания атома классическая механика неприменима. Дальнейшее изучение излучения атома привело к созданиюквантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых фактов.

А́том(отдр.-греч.ἄτομος— неделимый) — наименьшая химически неделимая частьхимического элемента, являющаяся носителем его свойств [1] . Атом состоит изатомного ядраиэлектронов. Ядро атома состоит из положительнозаряженныхпротонови незаряженныхнейтронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называетсяионом. Атомы классифицируются по количеству протонов и нейтронов в ядре: количество протонов определяет принадлежность атома некоторому химическому элементу, а число нейтронов —изотопуэтого элемента.

Атомы различного вида в разных количествах, связанные межатомными связями, образуютмолекулы.

23 билет ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Фундамента́льные взаимоде́йствия— качественно различающиеся типы взаимодействияэлементарных частици составленных из них тел.

На сегодня достоверно известно существование четырех фундаментальных взаимодействий:

При этом электромагнитное и слабое взаимодействия являются проявлениями единого электрослабого взаимодействия.

Ведутся поиски других типов фундаментальных взаимодействий, как в явлениях микромира, так и в космических масштабах, однако пока какого-либо другого типа фундаментального взаимодействия не обнаружено.

В физике механическая энергия делится на два вида — потенциальнуюикинетическую энергию. Причиной изменения движения тел (изменения кинетической энергии) является сила (потенциальная энергия) (см.второй закон Ньютона).Исследуя окружающий нас мир, мы можем заметить множество самых разнообразных сил:сила тяжести,сила натяжения нити,сила сжатия пружины,сила столкновения тел,сила трения,сила сопротивления воздуха,сила взрываи т. д. Однако когда была выясненаатомарнаяструктура вещества, стало понятно, что все разнообразие этих сил есть результат взаимодействия атомов друг с другом. Поскольку основной видмежатомного взаимодействия—электромагнитное, то, как оказалось, большинство этих сил — лишь различные проявленияэлектромагнитного взаимодействия. Одно из исключений составляет, например, сила тяжести, причиной которой являетсягравитационное взаимодействиемежду телами, обладающимимассой.

24 билет ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ИХ СВОЙСТВА

Элемента́рная части́ца— собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части.

Следует иметь в виду, что некоторые элементарные частицы (электрон,фотон,кваркии т. д.) на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичныефундаментальные частицы. Другие элементарные частицы (так называемыесоставные частицы—протон,нейтрони т. д.) имеют сложную внутреннюю структуру, но, тем не менее, по современным представлениям, разделить их на части невозможно (см.Конфайнмент).

Строение и поведение элементарных частиц изучается физикой элементарных частиц.

Кварки и антикварки никогда не были обнаружены в свободном состоянии — это объясняется явлением конфайнмента. На основании симметрии между лептонами и кварками, проявляемой вэлектромагнитном взаимодействии, выдвигаются гипотезы о том, что эти частицы состоят из более фундаментальных частиц −преонов.

25 билет ПОНЯТИЕ БИФУРКАЦИИ.ТОЧКА БИФУРКАЦИИ

Бифуркация — это приобретение нового качества в движениях динамической системыпри малом изменении её параметров.

Центральным понятием теории бифуркации является понятие (не)грубой системы (см. ниже). Берётся какая-либо динамическая система и рассматривается такое (много)параметрическое семейство динамических систем, что исходная система получается в качестве частного случая — при каком-либо одном значении параметра (параметров). Если при значении параметров, достаточно близких к данному, сохраняется качественная картина разбиения фазового пространства на траектории, то такая система называется грубой. В противном случае, если такой окрестности не существует, то система называетсянегрубой.

Таким образом в пространстве параметров возникают области грубых систем, которые разделяются поверхностями, состоящими из негрубых систем. Теория бифуркаций изучает зависимость качественной картины при непрерывном изменении параметра вдоль некоторой кривой. Схема, по которой происходит изменение качественной картины называется бифуркационной диаграммой.

Основные методы теории бифуркаций — это методы теории возмущений. В частности, применяется метод малого параметра(Понтрягина).

Точка бифуркации— смена установившегося режима работы системы. Термин изнеравновесной термодинамикиисинергетики.

Точка бифуркации— критическое состояние системы, при котором система становится неустойчивой относительнофлуктуацийи возникает неопределенность: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более дифференцированный и высокий уровень упорядоченности. Термин изтеории самоорганизации.

26 билет СИНЕРГЕТИКА – НАУКА ОБ ОТКРЫТЫХ САМООРГАНИЗУЮЩИХСЯ СИСТЕМАХ

Синерге́тика(отдр.-греч.συν-— приставка со значением совместности иἔργον— «деятельность») —междисциплинарноенаправление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принциповсамоорганизациисистем(состоящих изподсистем). «…Наука, занимающаяся изучением процессов самоорганизации и возникновения, поддержания, устойчивости и распада структур самой различной природы…» [1] .

Синергетика изначально заявлялась как междисциплинарный подход, так как принципы, управляющие процессами самоорганизации, представляются одними и теми же (безотносительно природы систем), и для их описания должен быть пригоден общий математический аппарат.

С мировоззренческой точки зрения синергетику иногда позиционируют как «глобальный эволюционизм» или «универсальную теорию эволюции», дающую единую основу для описания механизмов возникновения любых новаций подобно тому, как некогдакибернетикаопределялась, как «универсальная теория управления», одинаково пригодная для описания любых операций регулирования и оптимизации: в природе, в технике, в обществе и т. п. и т. д. Однако время показало, что всеобщий кибернетический подход оправдал далеко не все возлагавшиеся на него надежды. Аналогично — и расширительное толкование применимости методов синергетики также подвергается критике [2] .

Основное понятие синергетики — определение структурыкаксостояния, возникающего в результате многовариантного и неоднозначного поведения таких многоэлементных структур или многофакторных сред, которые не деградируют к стандартному для замкнутых систем усреднению термодинамического типа, а развиваются вследствие открытости, притока энергии извне, нелинейности внутренних процессов, появления особыхрежимов с обострениеми наличия более одного устойчивого состояния. В обозначенных системах неприменимы нивторое начало термодинамики, нитеорема Пригожинао минимуме скорости производстваэнтропии, что может привести к образованию новых структур и систем, в том числе и более сложных, чем исходные.

Этот феноментрактуется синергетикой как всеобщий механизм повсеместно наблюдаемого в природе направленияэволюции: от элементарного и примитивного — к сложносоставному и более совершенному.

В отдельных случаях образование новых структур имеет регулярный, волновой характер и тогда они называются автоволновыми процессами (по аналогии с автоколебаниями).

27 билет ПОНЯТИЕ ЖИЗНЬ.ПРОБЛЕМА ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ

Жизнь— активная форма существованиясубстанции, в некотором смысле высшая по сравнению с её физической и химической формами существования [1][2][3] ; совокупность физических и химических процессов, протекающих вклетке, позволяющих осуществлятьобмен веществиеё деление. Основной атрибут живой материи —генетическая информация, используемая длярепликации. Более или менее точно определить понятие «жизнь» можно только перечислением качеств, отличающих её от нежизни. Вне клетки жизнь не существует,вирусыпроявляют свойства живой материи только после переноса генетического материала в клетку [ источник не указан 268 дней ] . Приспосабливаясь к окружающей среде, живая клетка формирует всё многообразие живых организмов.

Также под словом «жизнь» понимают период существования отдельно взятого организма от момента возникновениядо егосмерти(онтогенез) [4] .

В 1860 годупроблемой происхождения жизни занялся французский химикЛуи Пастер. Своими опытами он доказал, чтобактериивездесущи, и что неживые материалы легко могут быть заражены живыми существами, если их не стерилизовать должным образом. Учёный кипятил в воде различные среды, в которых могли бы образоваться микроорганизмы. При дополнительном кипячении микроорганизмы и их споры погибали. Пастер присоединил к S-образной трубке запаянную колбу со свободным концом. Споры микроорганизмов оседали на изогнутой трубке и не могли проникнуть в питательную среду. Хорошо прокипячённая питательная среда оставалась стерильной, в ней не обнаруживалось зарождения жизни, несмотря на то, что доступ воздуха был обеспечен.

В результате ряда экспериментов Пастер доказал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг теорию спонтанного зарождения [1] .

28 билет КОНЦЕПЦИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ ОПАРИНА