Глоссарий к лекции

Атомизм – учение, согласно которому все вещи состоят из самостоятельных (дискретных) элементов (атомов).

Близкодействие – передача взаимодействия от тела к телу, от точки к точке с конечной скоростью, не превышающей скорость света в вакууме.

Взаимодействие – развертывающийся во времени и пространстве процесс воздействия одних объектов на другие путем обмена материей, энергией и движением.

Дальнодействие – теория, согласно которой действие тел друг на друга передается мгновенно через пустоту на любое расстояние без каких-либо посредствующих звеньев.

Дискретный – прерывный, состоящий из отдельных частей. Инерция – (в широком смысле) бездеятельность, отсутствие

инициативы, активности.

Континуальность – непрерывность, неразрывность явлений, процессов; антоним дискретности.

Материя – объективная реальность, существующая независимо от человеческого сознания.

Электродинамика – классическая теория электромагнитных процессов в различных средах. Все электромагнитные явления можно описать с помощью уравнений Максвелла, которые устанавливают связь величин, характеризующих электрическое и магнитное поля, с распределением в пространстве зарядов и токов. Из теории Максвелла вытекает конечность скорости распространения электромагнитных взаимодействий и существование электромагнитных волн.

53

Тесты к лекции

3.1В механической картине мира выделяли следующие формы материи:

1)вещество, состоящее из дискретных корпускул;

2)вещество, физическое поле;

3)вещество и физический вакуум;

4)вещество, физическое поле и физический вакуум.

3.2Авторы атомистической программы – Левкипп и Демокрит, утверждали:

1)материя – это совокупность мельчайших корпускул (неделимых, непроницаемых атомов), которые движутся по законам классической механики;

2)существует несколько различных форм материи, но резкой грани между ними нет;

3)существует два вида реальности: дискретное атомистическое вещество и непрерывное электромагнитное поле;

4)мир состоит из бесчисленного числа атомов, расположенных в бесконечном пустом пространстве.

3.3Фундаментальные взаимодействия по величине относительной интенсивности (от большей к меньшей) располагаются в следующем порядке:

1)слабое, гравитационное, сильное, электромагнитное;

2)сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное;

3)электромагнитное, гравитационное, сильное, слабое;

4)гравитационное, электромагнитное, слабое, сильное.

3.4Согласно механизму дальнодействия любой вид взаимодействия передается:

1)мгновенно через пустоту на любые расстояния;

2)мгновенно только между соседними структурами;

3)между соседними структурами с конечной скоростью;

4)между любыми структурами с конечной скоростью;

3.5 Существование атома обусловлено … взаимодействием:

1)слабым;

2)сильным;

3)электромагнитным;

4)гравитационным.

54

ТЕМА 2 ПРОСТРАНСТВО, ВРЕМЯ, СИММЕТРИЯ Лекция 4 Пространство, время, симметрия 4.1 Принципы симметрии, законы сохранения

В той и ли иной степени представление о симметрии есть у всех людей, так как этим свойством обладают самые разные предметы, играющие важную роль в повседневной жизни.

Обычно под симметрией понимают однородность, пропорциональность, гармонию каких-либо материальных объектов.

Наглядных примеров симметрий известно довольно много. Люди давно обратили внимание на правильность формы кристаллов, цветов, пчелиных сот и других естественных объектов и стали воспроизводить эту пропорциональность в произведениях искусства, в создаваемых ими предметах, через понятие симметрии. Симметрию можно обнаружить в живописи, музыке, поэзии, танце. В изобилии симметрии встречаются в природе (снежинка, дождевая капля, различные кристаллы и т. д.).

Все названные нами примеры симметрии связаны с представлениями о структуре предметов, которая не меняется при проведении некоторых преобразований. С точки зрения физики симметричным является объект, который в результате определенных преобразований остается неизменным, инвариантным. Инвариантность – это неизменность какой-либо величины при изменении физических условий, способность не изменяться при определенных преобразованиях.

Виды геометрических симметрий:

• Центральная симметрия: симметричность относительно точки, центра.

Пример: шар, радиолярии (рисунок 4.1).

55

Рисунок 4.1 – Радиолярии – пример центральной симметрии

• Поворотная (осевая) симметрия: симметричность относительно произвольных вращений.

Пример: снежинки (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 – Снежинка – пример поворотной симметрии

• Трансляционная симметрия (пространственная):

симметричность относительно сдвигов пространства в каком-либо направлении на некоторое расстояние.

Пример:колебательные химическиереакции, кристалл (рисунок 4.3).

56

Рисунок 4.3 – Кристалл – пример трансляционной симметрии

• Зеркальная симметрия: симметричность относительно зеркального отражения или вращения.

Пример: крылья бабочки (рисунок4.4).

Рисунок 4.4 – Бабочка – пример зеркальной симметрии

Симметрии в физике тесно связаны с законами сохранения физических величин – утверждениями, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются со временем в любых процессах или определенных классах процессов.

Наиболее общий подход к взаимосвязи симметрий и законов сохранения содержится в знаменитой теореме Нётер. В 1918 г. Эмма Нётер, работая в составе группы по проблемам теории относительности, доказала теорему, упрощенная формулировка которой гласит: если свойства системы не меняются относительно какого-либо преобразования переменных, то этому соответствует некоторый закон сохранения.

Так, закон сохранения энергии вытекает из однородности времени. Симметрия относительно произвольного сдвига во времени приводит к сохранению энергии для консервативных (замкнутых) систем:

E = const.

Закон сохранения импульса следует из однородности пространства. Т. е. неизменность характеристик системы при

57

произвольном перемещении ее как целого в пространстве на произвольный вектор приводит к сохранению импульса p:

p = mv = const.

Закон сохранения момента импульса исходит из изотропности пространства, т. е. симметрии относительно произвольных пространственных поворотов:

L = mω2r = const.

Кроме рассмотренных выше симметрий, имеет место целый ряд симметрий, действующих в микромире. Они описывают различные аспекты взаимопревращений элементарных частиц и лежат в основе таких законов сохранения, как закон сохранения электрического заряда, барионного и лептонного зарядов и ряда других законов, открытых в последнее время.

Но, стоит отметить, что физические законы не являются симметричными относительно вращающихся систем отсчета. Кроме того, физические законы не являются симметричными и относительно масштабных преобразований систем – т. н. преобразований подобия. Поэтому законы макромира нельзя автоматически переносить на микромир и мегамир.

При рассмотрении действия тех или иных фундаментальных законов не следует забывать, что каждому виду симметрии соответствует своя асимметрия.

Мелкие организмы, взвешенные в воде, имеют почти шарообразную форму. У организмов, живущих в морских глубинах и подверженных высокому давлению воды, уже иная симметрия: у них вращательная способность свелась к отдельным поворотам вокруг некоторой оси. Филогенетическая эволюция стремилась вызывать наследственное различие между правым и левым, однако ее действие сдерживалось теми преимуществами, которое животное извлекало из зеркально-симметричного расположения своих органов. Этим, повидимому, можно объяснить, почему наши конечности более подчиняются симметрии, чем наши внутренние органы. Так, расположение сердца и закручивание кишечника человека почти всегда левостороннее.

58