- •Краткий курс лекций по “Концепциям современного естествознания” для очного отделения
- •Тема 1. Естествознание как отрасль научного познания.
- •Тема 2. Методы научного познания
- •2.1 Понятие метода. Классификация методов.
- •2.2 Общенаучные методы эмпирического познания
- •2.2.1 Наблюдение
- •2.2.2 Эксперимент
- •2.2.3 Измерение
- •2.3 Общенаучные методы теоретического познания
- •2.3.1 Абстрагирование.
- •2.3.2 Идеализация.
- •2.3.3 Формализация. Язык науки
- •2.3.4 Индукция и дедукция
- •2.4 Общенаучные методы, применяемые на эмпирическом и теоретическом уровнях познания
- •2.4.1 Анализ и синтез
- •2.4.2 Аналогия и моделирование
- •Тема 3. История естествознания
- •Античный период развития естествознания
- •Древнегреческий этап (6 в. До н.Э. – 4 в. До н.Э.)
- •Эллинистически – римский период (4 в. До н.Э. – 5 в. Н.Э.)
- •3.2 Естествознание в эпоху Средневековье
- •3.2.1 Достижения средневековой арабской культуры (5-12вв.)
- •3.2.2 Средневековая Европа (12-13вв.)
- •3.3 Естествознание эпохи Возрождения (14-16вв.)
- •3.3.2 Дж. Бруно.
- •3.4 Научная революция 17 века. Возникновение классической механики.
- •3.4.1 И. Кеплер.
- •3.4.2 Г. Галилей.
- •3.4.3 И. Ньютон
- •3.5. Естествознание 18-19 веков
- •3.5.1 Теплородная и кинетическая теории теплоты
- •3.5.2 Развитие учения об электричестве и магнетизме в XVII - IX в.
- •3.5.3 Теории света
- •3.5.4 Открытие закона сохранения и превращения энергии
- •3.5.5 Первое и второе начала термодинамики
- •3.5.6 Статистическая физика
- •3.5.7 Развитие представлений о пространстве и времени
- •3.5.8 Великие открытия конца XIX начала XX века, которые привели к новой научной революции.
- •Тема 4. Современная физическая картина мира. Научная революция в физике начала XX в.: возникновение релятивистской и квантовой физики.
- •4.1 Фундаментальные противоречия в основаниях классической механики
- •4.2. Создание а. Эйнштейном специальной теории относительности
- •4.3. Создание и развитие общей теории относительности
- •4.4. Возникновение и развитие квантовой физики
- •4.5 Создание нерелятивистской квантовой механики
- •4.6. Фундаментальные физические взаимодействия
- •4.6.1 Гравитация
- •4.6.2 Электромагнетизм
- •4.6.3 Слабое взаимодействие
- •4.6.4 Сильное взаимодействие
- •4.7. Классификация элементарных частиц
- •4.7.1 Характеристики субатомных частиц
- •4.7.2 Лептоны
- •4.7.3 Адроны
- •4.7.4 Частицы - переносчики взаимодействий
- •Тема 5. Современная биологическая картина мира.
- •Теория эволюции Ламарка.
- •Катастрофизм.
- •5.3 Дарвинизм
- •5.4 Синтетическая теория эволюции.
- •5.5 Глобальный эволюционизм
- •5.6. Теории возникновения жизни
- •5.7. Антропосоциогенез.
- •5.7.1 Биологическая эволюция человека.
- •5.7.2 Социальная эволюция человека.
- •5.8 Биосфера по Вернадскому.
- •Тема 6. Астрономическая картина мира.
- •6.2 Солнечная система.
- •6.3 Звезды, их эволюция.
- •6.4 Эволюция Вселенной.
- •Тема 7. Научные революции.
- •Тема 8. Основные концепции экологии
- •Экология, объект изучения.
- •Компоненты экосистемы.
- •8.3 Потоки энергии в экосистеме.
- •8.4 Круговорот веществ в экосистеме.
- •8.5. Экологическая ниша.
- •8.6 Динамика популяций
4.6.4 Сильное взаимодействие
К представлению о существовании сильного взаимодействия физика пришла в ходе изучения структуры атомного ядра. Какая-то сила должна удерживать положительно заряженные протоны в ядре, не позволяя им разлетаться под действием электростатического отталкивания. Гравитация слишком слаба и не может это обеспечить. Очевидно, что необходимо какое-то взаимодействие, причем, более сильное, чем электромагнитное. Впоследствии оно было обнаружено.
Особенности:
1. По своей величине сильное взаимодействие существенно превосходит все остальные фундаментальные взаимодействия.
2. Как и в случае слабого взаимодействия, радиус действия новой силы оказался очень малым: сильное взаимодействие проявляется на расстоянии, определяемом размерами ядра, т.е. примерно 10-13 см.
3. Сильное взаимодействие испытывают не все частицы. В сильном взаимодействии участвуют обычно только тяжелые частицы.
Оно ответственно за образование ядер и многие взаимодействия элементарных частиц.
4.7. Классификация элементарных частиц
4.7.1 Характеристики субатомных частиц
Исторически первыми экспериментально обнаруженными элементарными частицами были электрон, протон, а затем нейтрон. Казалось, что этих частиц и фотона (кванта электромагнитного поля) достаточно для построения известных форм вещества — атомов и молекул. Однако вскоре выяснилось, что мир устроен значительно сложнее. По мере развития экспериментальной ядерной физики к этим частицам добавились еще свыше 300 частиц.
Характеристиками субатомных частиц являются масса, электрический заряд, спин, время жизни частицы и др.
Когда говорят о массе частицы, имеют в виду ее массу покоя, поскольку она не зависит от состояния движения. Частица, имеющая нулевую массу покоя, движется со скоростью света (фотон). Нет двух частиц с одинаковыми массами. Электрон — самая легкая частица с ненулевой массой покоя. Протон и нейтрон тяжелее электрона почти в 2000 раз. А самая тяжелая из полученных в ускорителях элементарных частиц (Z-частица) обладает массой в 200 000 раз большей массы электрона.
Электрический заряд меняется в довольно узком диапазоне и всегда кратен фундаментальной единице заряда — заряду электрона (- 1). Некоторые частицы (фотон, нейтрино) вовсе не имеют заряда.
Важная характеристика частицы — спин — собственный момент импульса частицы. Частица со спином 0 при любом угле поворота выглядит одинакова. Частицы со спином 1 принимает тот же вид после полного оборота на 3600.
В зависимости от спина все частицы делятся на две группы:
бозоны — частицы с целыми спинами 0, 1, 2;
фермионы — частицы с полуцелыми спинами 1/2, 3/2.
Частицы характеризуются временем жизни. По этому признаку частицы делятся на стабильные и нестабильные. Стабильные частицы — это электрон, протон, фотон и нейтрино. Нейтрон стабилен, когда находится в ядре атома, но свободный нейтрон распадается примерно за 15 минут. Все остальные известные частицы нестабильны, время их жизни колеблется от нескольких микросекунд до 10-24 с.
Физики выяснили, что прежде всего свойства частицы определяются ее способностью (или неспособностью) участвовать в сильном взаимодействии. Частицы, участвующие в сильном взаимодействии, образуют особый класс и называются адронами. Частицы, не участвующие в сильном взаимодействии называются лептонами. Кроме того, существуют частицы – переносчики взаимодействий.
Рассмотрим свойства этих основных типов частиц.