Состояние физической системы. Динамические, статистические закономерности в природе - Биология и естествознание доклад

Главная

Биология и естествознание
Состояние физической системы. Динамические, статистические закономерности в природе

Понятие состояния физической системы как центрального элемента физической теории, ее разделение на динамическую и статистическую. Существование ограничений в применимости законов Ньютона. Характеристика состояния в классической и квантовой механике.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
АКАДЕМИЯ ТРУДА И СОЦИАЛЬНЫХ ОТНОШЕНИЙ
БАШКИРСКИЙ ИНСТИТУТ СОЦИАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ (Филиал)
По дисциплине: Концепции современного естествознания
На тему: Состояние физической системы. Динамические, статистические закономерности в природе
1. Понятие состояния физической системы
2. Понятие состояния в динамических теориях
2.2 Классическая равновесная термодинамика
3. Понятие состояния в статистических теориях
Появление собственно науки происходит в Древней Греции в VII-VI вв. до н.э. именно в знаниях, накопленных греками, появляются те характеристики, которые позволяют говорить о природе как о науке.
Развитие греческой науки выражалось прежде всего в развитии философии как учения о природе. Именно здесь на смену простому созерцания природы и их наивному толкованию приходят попытки научно объяснить эти явления, разгадать их истинные причины.
К середине XIX в. Физика электрических и магнитных явлений достигла определенного завершения. Был открыт ряд важнейших законов Кулона, Ампера, закон электромагнитной индукции, законы постоянного тока и т.д.
Так в рамках классической физики возникла достаточно тройная и завершенная картина мира, описывающая и объясняющая движение, гравитацию, теплоту, электричество и магнетизм, свет. Это и дало повод лорду Кельвину (У. Томсону) сказать, что здание физики практически построено, не хватает лишь нескольких деталей…
В своем докладе хотелось бы подробнее остановиться на состоянии физической системы, а именно на динамических и статистических закономерностях в природе.
1. ПОНЯТИЕ СОСТОЯНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Понятие состояния физической системы является центральным элементом физической теории. Казалось бы, в науке речь должна идти только о закономерностях в поведении различных явлений природы. Открытие этих закономерностей, установление законов природы, отражающих устойчивые, необходимые связи между различными сторонами явления, вот истинная цель науки. Однако, имеются по крайней мере, два возражения по поводу того, что все законы природы всегда носят приближенный характер и действуют в определенных рамках, называемых границами применимости физических законов. Мы уже убедились в существовании трех ограничений в применимости законов Ньютона: во-первых, если скорость рассматриваемых тел близка к скорости света, то нужно применять релятивистскую кинематику и релятивистскую динамику специальной теории относительности. Во-вторых, в случае сильных гравитационных полей следует пользоваться теорией тяготения Эйнштейна, то есть общей теорией относительности. Появление гравитации как искривления пространства-времени приводит к неадекватности описания поведения частицы в искривленном пространстве с помощью теории Ньютона. В-третьих, классическая ньютоновская механика не работает в микромире; аппаратом, описывающим движения микрообъектов, является квантовая теория.
Второе возражение состоит в том, что при установлении законов всегда пытаются абстрагировать от случайности, множество факторов, всегда сопровождающих любое явление. На это обстоятельство особенно указывает величайший математик Е. Вигнер в своей книге «Этюды о симметрии», подчеркивая, что для описания поведения какого-либо объекта, одних только законов природы недостаточно, важно знать так же начальные условия, описывающие состояние данного объекта в начальный момент времени. «Именно в четком разделении законов природы и начальных условий и состоит удивительное открытие ньютоновского века», - пишет Е. Вигнер.
Состояние физической системы - это конкретная определенность системы, однозначно детерминирующая ее эволюцию во времени.
Для задания состояния системы необходимо:
1. определить совокупность физических величин, описывающих данное явление и характеризующих состояние системы, - параметры состояния системы;
2. выделить начальные условия рассматриваемой системы (зафиксировать значение параметров состояния в начальный момент времени);
3. применить законы движения, описывающие эволюцию системы.
Попробуем применить данный алгоритм к тем обладателям физики, которые нами рассмотрены в данном докладе. Однако предварительно разделим физические теории на динамические и статистические и, используя понятия состояния, попытаемся провести сравнение между ними и выяснить, в каком отношении друг к другу находятся динамические и статистические закономерности в природе. Это глубоко и полно сделано Г.Я. Мякишевым в книге «Динамические и статистические закономерности в физике», результатами которой мы воспользуемся при последующем изложении материала.
2. ПОНЯТИЕ СОСТОЯНИЯ В ДИНАМИЧЕСКИХ ТЕОРИЯХ
Параметром, характеризующим состояние механической системы, что является совокупность всех координат и импульсов материальных точек, составляющих эту систему. Задать состояние механической системы - значит указать все координаты rі (xі, yі, zі) и импульсы Pі всех материальных точек. Основная задача динамики состоит в том, чтобы, зная начальное состояние системы и законы движения (законы Ньютона), однозначно определить состояние системы во все последующие моменты времени, то есть однозначно определить траектории движения частиц.
Траектории движения получаются путем интегрирования дифференциальных уравнений движения. Траектории движения дают полное описание поведения частиц в прошлом, настоящем и будущем, то есть характеризуются свойствами детерминированности и обратимости. Здесь полностью исключается элемент случайности, все заранее жестко причинно-следственно обусловлено. Можно сказать, что в динамических теориях необходимость, отраженная в формуле закона выступает как абсолютная противоположность случайному.
В науке утвердилась точка зрения о том, что только динамические законы полностью отражают причинность в природе. Причем понятие причинности связывается со строгим детерминизмом в лапласовском духе. Здесь уместно привести фундаментальный принцип, провозглашенный Лапласом, и отметить вошедший в науку в связи с принципом образ, именуемый «демоном Лапласа»: «Мы должны рассматривать существующее состояние Вселенной как следствие предыдущего состояния и как причину последующего. Ум, который в данный момент знал бы все силы, действующие в природе, и относительное положение всех составляющих ее сущностей, если бы он еще был столь обширен, чтобы ввести в расчет все эти данные, охватил бы одной и той же формулой движения крупнейших тел Вселенной и легчайших атомов. Ничто не было бы для него достоверным, и будущее, как и прошедшее, стояло бы перед его глазами».
Возникновение теории относительности не изменило бы установившегося в классической физике детерминистского подхода. В релятивной теории, несмотря на совершенно иной взгляд на пространство - время, вся эволюция физических явлений так же определяется знанием начальных условий и дифференциальных уравнений движения, на основе чего однозначно можно охарактеризовать состояние системы в прошлом, настоящем и будущем в любой заданный момент времени. То есть при описании четырехмерного пространства теория относительности предполагает заданной всю совокупность состояний, способствующих любому моменту времени (для каждого наблюдателя как совокупность состояний по мере течения его собственного времени).
2.2 КЛАССИЧЕСКАЯ РАВНОВЕСНАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
физический теория закон ньютон механика
Классическая равновесная термодинамика вводит две однозначно равномерные функции состояния - внутреннюю энергию и энтропию. Понятие равновесности процессов, то есть процессов, протекающих бесконечно медленно, практически снимает вопрос о рассмотрении эволюции систем. Поэтому с помощью термодинамики, в основном, устанавливаются связи между термодинамическими параметрами различных равновесных состояний.
Здесь состояния электромагнитного поля задается значениями напряженностей Е и Н и индукцией D и В электрических и магнитных полей. Уравнения Максвелла позволяют для этих четырех величин по заданным начальным значениям Е и Н внутри некоторого объёма (и граничным условиям) однозначно определить величину электромагнитного поля в любой последующий момент времени.
3. ПОНЯТИЕ СОСТОЯНИЯ В СТАТИСТИЧЕСКИХ ТЕОРИЯХ
При рассмотрении систем, состоящих из огромного числа частиц, состояние системы характеризуют неполным набором значений координат и импульсов всех частиц, а вероятностью того, что эти значения лежат внутри определенных интервалов. Тогда состояния системы задается с помощью функции распределения, зависящей от координат, импульсов всех частиц системы и от времени. Функция распределения интерпретируется как плотность вероятности обнаружения той или иной физической величины (например, xі или Pі) в определенных интервалах. По известной функции распределения можно найти среднее значение любой физической величины, зависящей от координат и импульсов, и вероятность того, что эта величина принимает определенное значение в заданных интервалах.
В квантовой механике вектором состояния является волновая функция, представляющая собой амплитуду вероятности. Уравнение Шредингера однозначно описывает эволюцию состояния в течении времени. Волновая функция представляет собой, таким образом полную характеристику состояния: зная волновую функцию, можно вычислять вероятность обнаружения определенного значения любой физической величины в средние значения всех физических величин. Существует разное различие между описанием состояния в статистической физике и в квантовой механике. Оно состоит в том, что состояние в квантовой механике описывается не плотностью вероятности, а амплитудой вероятности. Плотность вероятности пропорциональна квадрату амплитуды вероятности. Это и приводит к сугубо квантовому эффекту интерференции вероятностей.
Как уже отмечалось выше, идеалом классического описания физической реальности считалась динамическая детерминированная форма законов физики. Поэтому первоначально физики негативно относились к введению вероятности в статистические законы. Многие считали, что вероятность в законах свидетельствует о мере нашего незнания. Однако это не так. Статистические законы также выражают необходимость связи в природе. Действительно, во всех фундаментальных статистических теориях состояние представляет собой вероятную характеристику системы, но управления движения по-прежнему однозначно определяют состояние (статистическое распределение) в любой последующий момент времени по заданному распределению в начальный момент. Г.Я. Мякишев подчеркивает, что главное отличие статистических законов от динамических состоит в учете случайного (флуктуаций).
В философии давно выработано представление о диалектическом тождестве и различии противоположных сторон любого явления. В диалектике необходимо и случайное - это две противоположности единого явления, которые взаимообуславливают друг друга, взаимопревращаются, не существуют друг без друга. Главное различие между динамическими и статистическими законами с философско-методологической точки зрения состоит в том, что в статистических законах необходимость выступает в диалектической связи со случайностью, а в динамических - как абсолютная противоположность случайного.
Динамические законы представляют собой первый низший этап в процессе познания окружающего нас мира; статистические законы обеспечивают более современное отображение объективных связей в природе: они выражают следующий, более высокий этап познания.
1. Концепции современного естествознания./ Под ред. А.С. Борщова. - М.: «Экзамен», - 2006.
Естествознание - наука о природе, выработавшая в процессе своей эволюции свои способы, методы и приёмы познания, которые, несомненно, могут служить эталоном для всех наук.
Метод - совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения действительности.
Задачи методологии - изучение происхождения, сущности, эффективности и других характеристик методов познания.
Научные наблюдения - чувственное отражение предметов и явлений внешнего мира.
Эксперимент - активные, целенаправленные и строго контролируемые воздействия исследования на изучаемый объект для выявления и изучения тех или иных его сторон, свойств, связей.
Единица измерения - эталон, с которым сравнивается измеряемая сторона объекта или явления.
Особенность квантовой механики, теории элементарных частиц. Значение закона неравномерности развития различных направлений физической науки. Эволюция законов движения от классической механики к теории относительности. Принцип тождества противоположностей. реферат [26,5 K], добавлен 27.12.2016
Возникновение классической науки. Классическая физика и астрономия. Характеристика системы Ньютона. Революция в физике на рубеже XIX и XX столетий. Вклад датского физика Нильса Бора в развитие квантовой теории. Специальная теория относительности. курсовая работа [28,5 K], добавлен 05.10.2009
Детерминизм как учение об объективной закономерной взаимосвязи и взаимообусловленности явлений материального и духовного миров. Общая характеристика законов сохранения, история открытия закона сохранения вещества. Эволюция закона сохранения энергии. реферат [23,5 K], добавлен 29.11.2009
Энтропия или теория хаоса. Показатель неопределенности состояния любой упорядоченной физической системы, или поведения любой системы, включая живые и неживые объекты и их функции. Энтропия мироздания, информации и мышления, термодинамики, информатики. реферат [18,0 K], добавлен 04.02.2010
Социально-биологические основы физической культуры. Функциональные системы организма. Адаптация как процесс приспособления его строения и функций к условиям существования. Аэробная и анаэробная производительность организма. Обмен веществ (метаболизм). презентация [7,4 M], добавлен 16.03.2014
Принципы неопределенности, дополнительности, тождественности в квантовой механике. Модели эволюции Вселенной. Свойства и классификация элементарных частиц. Эволюция звезд. Происхождение, строение Солнечной системы. Развитие представлений о природе света. шпаргалка [674,3 K], добавлен 15.01.2009
Конечное время существования любых звезд и планетных систем вокруг звезд. Сторонники теории стационарного состояния. Нахождение палеонтологических данных для подтверждения теории стационарного состояния. Теории самозарождения и стационарного состояния. презентация [6,5 M], добавлен 26.11.2013
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Состояние физической системы. Динамические, статистические закономерности в природе доклад. Биология и естествознание.
Объем Сочинения Егэ По Русскому Языку 2022
Курсовая работа по теме Роль русских и советских исследователей в картографировании Антарктиды
Написать Эссе На Тему Милосердие
Курсовая работа: Реклама и общество
Реферат: Культурное пространство человека в современном мире
Темы Курсовой Работы Управление Персоналом
Реферат по теме Судебная защита информационных прав личности в России
Контрольная Работа 7 Класс Биболетова
Реферат На Тему Бег Прыжки
Землеустроительное Проектирование Курсовая Работа
Сочинение На Тему Семья На Английском
Декабрьское Сочинение План Написания Структура
Контрольная работа по теме Складові процесу виховання
Критерии Декабрьского Сочинения 2022
Деньги В Воспитании Личности Реферат
Контрольная работа по теме Група Світового Банку та її роль у регулюванні МЕВ
Курсовая работа по теме Розробка транспортно–технологічного процесу перевезень (канцтоварів) в торгівельну мережу міста
Первая Мировая Война Кратко Сочинение
Курсовая Работа На Тему Правосубъектность
Дневник Практики Юриста В Юридическом Отделе
Регуляция дыхания - Биология и естествознание курсовая работа
Проектирование противопожарной автоматики - Безопасность жизнедеятельности и охрана труда дипломная работа
Концепции происхождения жизни на Земле - Биология и естествознание контрольная работа