2. Физические концепции мира

А

Абсолютно черное тело - объект, полностью поглощающий падающее на него электромагнитное излучение. Такими свойствами обладает отверстие в непрозрачном полом теле.

Адиабатический процесс - термодинамический процесс в отсутствие обмена теплом между системой и внешней средой.

Адроны (греч. adros - сильный) - элементарные частицы, участвующие в сильном взаимодействии (барионы и мезоны, включая все резонансы).

Аннигиляция (лат. annihilatio - превращение ни во что, уничтожение) - превращение элементарных частиц и античастиц в другие частицы, число и вид которых определяются законами сохранения (например, при аннигиляции пары электрон - позитрон образуются фотоны).

Антивещество - вещество, состоящее из античастиц.

Античастицы - элементарные частицы, масса, спины и время жизни точно равны этим же параметрам данной частицы, а электрический заряд и магнитный момент и некоторые другие характеристики (барионный лептонный заряды, странность и др.) равны, но отличаются по знаку. Все элементарные частицы, кроме фотонов, нейтральных пионов и мезонов (для них античастицы тождественны с частицей) имеют свои античастицы. При взаимодействии частицы и античастицы происходит аннигиляция.

Антропный принцип - рассмотрение законов Вселенной и ее строения на основе того, что познание ведется Человеком разумным. Природа такова, как она есть, только потому, что в ней живет человек. Антропный принцип не противоречит возможности жизни на других космических объектах, но в другом для нас виде.

Атом - (греч. atomos - неделимый) - мельчайшая частица химического элемента, носитель его свойств, структурный элемент (квантовомеханическая система) микромира, состоящий из ядра и электронной оболочки.

Б

Барионы (греч. - тяжелый) – общее название адронов, элементарные частицы с полуцелым спином и массой не меньше массы протона.

Барионный заряд - барионное число, обозначается символом «В». Внутренняя характеристика барионов, равна разности барионов и антибарионов в системе.

Близкодействие - передача взаимодействия посредством полей от точки к точке с конечной скоростью, не превышающей скорость света в вакууме.

Бозон - элементарная частица с цельным спином, подчиняющаяся статистике Бозе - Эйнштейна.

В

Вакуум (лат. - пустота) - пространство, в котором отсутствуют реальные частицы и выполняется условие минимума плотности энергии в данном объеме. В квантовой теории поля - наинизшее энергетическое состояние.

Вещество - некая субстанция, представляющая вид материи и состоящая из дискретных образований, обладающих массой покоя, в том числе из неделимых элементарных частиц, обладающих физическими параметрами (заряд, масса, энергия, спин и т.д.). Эта субстанция структурирована, и ее структурные элементы находятся в беспрерывном движении, взаимодействуют друг с другом и образуют материальные тела. В физическом смысле природа вещей определяется веществом.

Взаимодействие - развертывающийся во времени и пространстве процесс воздействия одних объектов на другие путем обмена материей и движением; определяет существование и структурную организацию любой материальной системы.

Виртуальность - в общем смысле понимается как возможность существования (виртуальные миры, виртуальные частицы, виртуальные перемещения - бесконечно малые перемещения частиц без нарушения связей в системе).

Виртуальные частицы - частицы, рассматриваемые в квантовой теории поля, находящиеся в промежуточных состояниях, непрерывно возникающие и исчезаемые в очень короткие промежутки времени U Можно предположить, что виртуальные частицы - элементарные частицы, существующие в пространствах, дополнительных к реальному, и непосредственно в реальном пространстве не наблюдаются.

Внутренняя энергия - энергия физической системы, зависящая от ее внутреннего состояния, она включает энергию хаотического движения всех микрочастиц системы и энергию их взаимодействия. Понятие ввел в 1851 г. Кельвин (У. Томсон).

Волна – изменение состояния среды или поля, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью, при этом возможно явление отражения, преломления, дисперсии, интерференции, дифракции, поляризации, поглощения и рассеяния волн.

Волновая функция - комплексная функция, описывающая состояние квантовомеханической системы. Квадрат модуля волновой функции равен вероятности (или плотности вероятности) того, что физические величины, с помощью которых задано состояние системы, принимают определенные значения.

Время - понятие, описывающее последовательность смены явлений и состояний материи, длительность процессов. Форма существования (наряду с пространством) материи, существует объективно и связано с движением материи.

Г

Галактика (греч. - млечный) - Млечный Путь - наша звездная система, включающая звезды, в том числе Солнце со всеми планетами.

Галактики (греч. galaktikos - млечный) - гигантские (до сотен млрд. звезд) звездные системы; к ним относится и наша галактика, включающая Солнечную систему. Галактики подразделяются: на эллиптические (Е), спиральные (S) и неправильные (Ir). Ближайшие к нам галактики - Магелановы Облака (Ir) и туманность Андромеды (S).

Гелиоцентризм - теория, согласно которой Солнце является центральным телом Солнечной системы, вокруг которого обращаются планеты.

Геоцентризм - теория, указывающая на центральное положение Земли во Вселенной (например, теория Аристотеля - Птолемея).

Гипероны (греч. - сверх) - нестабильные барионы с массами, большими массы нейтрона и большим временем жизни по сравнению с ядерным временем.

Глюоны - гипотетические частицы с нулевой массой и спином, равным единице, осуществляющие взаимодействия между кварками.

Гравитационное взаимодействие - притяжение между любыми видами материи, радиус действия бесконечность.

Гравитационный коллапс - катастрофическое сжатие массивной звезды под действием сил тяготения после исчерпания в ее недрах источников ядерной энергии. Ведет к образованию пульсара или черной дыры.

Гравитация (лат. gravitas - тяжесть - или тяготение) - универсальное; взаимодействие между любыми видами физической материи.

Гравитон - гипотетический квант гравитационного поля, имеющий нулевую массу покоя и заряд.

Д

Дальнодействие - действие на расстоянии, при котором действие тел друг на друга передается мгновенно через пустоту на любые расстояния без каких-либо посредствующих звеньев.

Детерминированная система - динамическая система, функционирование которой однозначно определено в пространственно-временном интервале законами классической механики при задании начальных условий.

Динамическая закономерность - закономерности с однозначной предсказуемостью. Они отражают однозначные причинно-следственные связи, например: законы Ньютона, уравнения Максвелла, уравнения теории относительности.

Динамическая система - математическое представление реальных систем (физических, химических, биологических и любых других), эволюция которых во времени на бесконечном интервале времени однозначно определена начальными условиями.

Дискретность (лат. discretus - разделенный, прерывистый) - прерывность.

Дифракция (лат. - разломанный) волн - огибание волнами препятствий, имеет место, если размеры препятствия порядка длины волны. В более общем смысле - любое отклонение от законов геометрической оптики в неоднородных средах.

Доплера эффект - если объект приближается к нам, то частота колебаний исходящих от него волн возрастает, и наоборот.

Дополнительности принцип - утверждающий, что никакое знание не может быть самодостаточным, и требует дополнения.

Дуализм - (от лат. dualis - двойственный) - методологический подход, утверждающий равноправность любых противоположных моментов, сторон и т.д. как реальной действительности, так и познания.

З

Законы сохранения - законы, согласно которым численные значения некоторых физических величин (интегралы движения в механике) не изменяются с течением времени при различных процессах (законы сохранения энергии, импульса, момента количества движения, изотопического спина, электрического, барионного и лептонного заряда и ряд других).

Звезда – светящийся газо-плазменный объект. Основа энергии звезды – гравитация и термоядерные процессы.

И

Изотопический мультиплет - группа элементарных частиц с одинаковыми массами, спином и некоторыми другими характеристиками, но различными электрическими зарядами.

Изотопический спин - величина J, определяющая число частиц в изотопическом мультиплете.

Изотопы (греч. - равное место) - разновидности одного и того же химического элемента, отличающиеся массой атомов. Ядра атомов изотопов содержат равное число протонов, но различаются числом нейтронов. Изотопы занимают одно и то же место в периодической системе элементов, бывают стабильными и радиоактивными.

Изотропность (от изо... и гр. tropos - поворот, направление) - независимость свойств физических объектов от направления; например, изотропность пространства.

Импульс - в физике - произведение массы на скорость; в физиологии - быстро распространяющаяся по нервному волокну волна возбуждения, возникающая при раздражении окончания чувствительного нервного волокна, тела нервной клетки или самого нервного волокна (сопровождается быстрым изменением возбудимости, проводимости, обмена веществ и физических свойств нервного волокна).

Инерция - в механике свойство тела сохранять покой или равномерное движение в отсутствие внешних воздействий. В общем смысле - свойство сохранять какое-то состояние.

Инерциальная система - система, движущаяся прямолинейно и равномерно, и в которой выполняются законы классической механики.

Инерциальная система отсчета - система, для которой выполняются классические законы динамики, и в частности законы сохранения.

Интерференция волн - пространственное чередование усиления и ослабления в спектре волн при наложении когерентных волн в противоположных фазах.

К

Квазар (англ. - квазизвездный источник радиоизлучения) - космический объект большой удаленности от Солнечной системы, обладающий интенсивным радиоизлучением, источник огромной энергии которого неизвестен.

Квант - понятие, введенное М. Планком для обозначения элементарной дискретной порции энергии.

Кварк - теоретически вычисленная элементарная частица с дробным электрическим зарядом. «Кирпичики», из которых по современным физическим представлениям сложен мир. Их шесть типов с дробным электрическим зарядом. Последний, шестой из теоретически предсказанных, был открыт в 1994 г.

Комета - тело Солнечной системы, движущееся в большинстве случаев по сильно вытянутой орбите, имеющее вид туманного пятна или хвостатой звезды, состоящее из головы (ядра с оболочкой) и хвоста.

Континуальность (от гр. continuum - непрерывное) - непрерывность; например, непрерывная совокупность всех точек отрезка.

Континуум (лат. - непрерывное, сплошное) - сплошная материальная среда, свойства которой изменяются в пространстве непрерывно.

Корпускула (лат. corpusculum - частица) - частица в классической (неквантовой) физике.

Корпускулярно-волновой дуализм - двойственная природа вещества, т.е. представление о сущности микрочастиц, заключающееся в том, что в их поведении проявляются корпускулярные и волновые свойства.

Космология - учение о Вселенной как целом, основанное на исследовании той ее части, которая доступна для астрономических наблюдений и других способов ее изучения.

Космос (от гр. kosmos) - синоним астрономического определения Вселенной. Выделяют так называемый ближний Космос, исследуемый с помощью космических аппаратов и межпланетных станций, и дальний Космос - мир звезд и галактик.

Красное смещение - увеличение длин волн линий в спектре излучения источника (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров, возникает, когда расстояние между источником излучения и приемником увеличивается. По красному смещению излучения космических объектов подтверждена модель расширяющейся Вселенной.

Л

Лептонный заряд - лептонное число, особое квантовое число, обозначается буквой L, показывает разность между числом лептонов и антилептонов.

Лептоны (греч. - легкий) - элементарные частицы со спином 1/2, не участвующие в ядерных взаимодействиях. К лептонам относятся: электроны, мюоны и лептоны, электронное, мюонное и лептонное нейтрино и их античастицы. Все они участвуют в слабых взаимодействиях.

М

Масса - одна из основных физических характеристик материи, определяющая ее инерционные и гравитационные свойства. В механике - коэффициент пропорциональности между действующей на тело силой и ускорением: величина, измеряющая количество вещества в теле.

Масса покоя частицы (тела) - масса частицы в системе отсчета, в которой она покоится.

Материальная точка – точка, имеющая массу. В механике понятием материальной точки пользуются в тех случаях, когда размеры и форма тела при изучении его движения не имеют значения, а важна только масса.

Материя (лат.) - объективная реальность, которая дана человеку в его ощущениях и существует независимо от них, некая субстанция, основа всех реально существующих объектов и систем, их свойств, связей между ними и форм движения, есть то, из чего состоят все тела. Формы существования материи - пространство и время.

Мезоны - нестабильные элементарные частицы с нулевым или целым спином, принадлежащие к классу адронов.

Метагалактика - часть Вселенной, доступная современным астрономическим методам исследований; содержит несколько млрд. галактик.

Метеориты - малые тела Солнечной системы, падающие на Землю из межпланетного пространства; масса одного из крупнейших метеоритов - Гоба метеорита - около 60 000 кг; различают железные и каменные метеориты.

Микрочастица - частица весьма малой массы (элементарные частицы, ядра, атомы, молекулы), движение которых описывается квантовой механикой.

Момент (лат. - движущаяся сила, толчок) - понятие теории вероятностей, характеристика распределения случайных величин.

Момент импульса (момент количества движения) - мера механического движения поля или системы относительно центра или оси L = mvr.

Момент инерции - характеристика распределения масс в теле при вращательном движении, аналог массы при поступательном движении.

Мультиплеты - группы частиц, возникающих при сильных взаимодействиях.

Н

Нейтрино (итал. neutrino, уменьшит, от neutrone - нейтрон) - стабильная незаряженная элементарная частица со спином 1/2, относящаяся к лептонам.

Нейтрон (англ.) - нейтральная элементарная частица со спином 1/2, относящаяся к барионам, вместе с протонами образуют ядра атомов.

Неинерциальные системы - системы отсчета, движущиеся относительно друг друга с ускорением или замедлением.

Нуклон (лат. - ядро) - общее название протона и нейтрона - частиц, из которых построены ядра.

П

Параметр - величина, характеризующая какое-либо свойство процесса, явления или системы.

Пи-мезоны - элементарные частицы, с помощью которых осуществляется взаимодействие между частицами, входящими в состав ядер атомов.

Плазма - ионизированный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов равны. В состоянии плазмы находится подавляющая часть вещества во Вселенной.

Планета - небесное тело, светящееся в ночное время отражённым солнечным светом.

Поле - в физике специфичная форма существования материи, которая связывает частицы (объекты) вещества в единые системы и передает с конечной скоростью действие одних частиц (объектов, понятий - смысловое поле) на другие. Поскольку в реальном мире пространство непрерывно, то набор любых параметров в различных точках пространства и времени имеет определенные значения и такой набор является физической моделью поля. В целом поле - это некое абстрактное математическое представление о распределении скалярных и векторных величин, описывающих реальный мир (примеры полей - скалярное температурное поле, векторные поля текущей жидкости, векторы напряженности электромагнитного поля, гравитационное поле и т.д.). Таким образом, физическое поле - это любая физическая величина, которая в разных точках пространства принимает различные значения. В математическом смысле поле можно рассматривать как математические функции пространства и времени. В силу непрерывности функций, описывающих поле, оно определяется бесконечным числом степеней свободы. Такое представление о поле применимо ко многим явлениям природы, социума и биосферы.

Потенциальная энергия - часть общей механической энергии системы, зависящая от взаимного расположения ее частиц и от их положения во внешнем силовом поле (например, гравитационном).

Преобразования Лоренца - в специальной теории относительности преобразования координат и времени при переходе от одной системы координат к другой, движущейся с постоянной скоростью, при скоростях, близким к скоростям света.

Принцип неопределенности - квантово-механический принцип, согласно которому дополняющие друг друга физические величины (например, координата и импульс) не могут одновременно принимать точные значения и быть точно измеренными: большая точность в измерении одной из величин влечет за собой большую неопределенность в другой. Принцип отражает двойственную корпускулярно-волновую природу частиц материи и выражается соотношением неопределенностей ∆p ∆х ≥ h, где h - постоянная Планка.

Принцип дополнительности - сформулированный Н. Бором принцип, согласно которому при экспериментальном исследовании микрообъекта могут быть получены одновременно точные данные либо об его энергии и им пульсе, либо о поведении в пространстве и времени. Имеет более широкое толкование при объяснении явлений в природе, социуме и биосфере и активно используется в современном естествознании.

Принцип относительности Эйнштейна - любое физическое явление при одинаковых условиях протекает одинаково во всех инерциальных системах.

Принцип суперпозиции - в классической физике: результирующий эффект от нескольких независимых воздействий представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым эффектом в отдельности; справедлив для систем, описываемых линейными уравнениями. В квантовой механике - если система может находиться в состояниях, описываемых несколькими волновыми функциями, то она может быть также и в состоянии, описываемом любой линейной комбинацией этих функций.

Пространственно временной континуум - целостное, непрерывное единство пространственных и временных координат.

Пространство - объективная реальность; форма существования материи, характеризующая ее протяженность и объем; сосуществование и взаимодействие материальных объектов и процессов; совокупность отношений координации и расположения объектов друг относительно друга.

Протон (греч. - первый) - стабильная элементарная частица со спином 1/2 и массой равной 1836 масс электрона, относится к барионам. Вместе с нейтронами протоны образуют все атомные ядра.

Пульсары (англ. - пульсирующие источники радиоизлучения) - космические источники импульсного радиооптического, рентгеновского и гамма-излучения.

Р

Реликт (лат.- остаток) - организм, предмет или явление, сохранившееся как пережиток от древних эпох.

Реликтовое излучение - фоновое космическое излучение, спектр которого близок к спектру абсолютно черного тела с температурой 2,7 К; происхождение реликтового излучения связывают с эволюцией Вселенной, которая в прошлом имела очень высокую температуру и плотность излучения (горячая Вселенная).

Релятивизм (лат. - относительный) - методологический принцип, состоящий в метафизической абсолютизации относительности и условности наших знаний и ведущий к отрицанию возможности познания объективной истины. В физике - фундаментальное свойство элементарных частиц, состоящее в том, что уравнения, описывающие их, инвариантны относительно преобразований (например, преобразований Лоренца в специальной теории относительности).

С

Сверхпроводимость - физическое явление, наблюдаемое у некоторых веществ (сверхпроводников) при охлаждении их ниже определенной температуры и состоящее в обращении в нуль электрического сопротивления постоянному току и в выталкивании магнитного поля из объема образца; критическая температура высокотемпературных сверхпроводников составляет около 100 К.

Сильное взаимодействие - ядерное взаимодействие, обеспечивающее связь протонов и нейтронов в ядре атома.

Симметрия - соразмерность, одинаковость в расположении частей, свойств чего-либо; сохранение, выявление общего в объектах или явлениях, ограничение числа возможных вариантов.

Симметрия волновой функции - зависимость значения волновой функции системы тождественных частиц от перестановки местами пары таких частиц.

Сингулярность (лат. - отдельный, особый) - точечный объем с бесконечно большой плотностью.

Слабое взаимодействие - ядерное взаимодействие, отвечающее за медленно протекающие распады элементарных частиц. Например - β распад.

Солнечная система - состоит из центрального светила - Солнца и 9 планет, обращающихся вокруг него, их спутников, множества малых планет, комет и метеорного вещества.

Соответствия принцип - сформулированный Н. Бором принцип взаимоотношений последовательно меняющих друг друга теорий в той или иной области знаний. Суть данного принципа заключается в том, что всякая новая теория не отвергает начисто предшествующую, а включает ее в себя на правах частного случая. Так, законы релятивистской механики переходят в законы классической механики Ньютона, если скорости тел существенно меньше скорости света; а законы квантовой механики приводят к тем же результатам, что и законы классической механики, если можно пренебречь величиной кванта действия и т. д.

Состояние - характеристика системы, определяемая значениями характерных для данной системы параметров (если они не зависят от времени, то это устойчивое стационарное состояние, если изменяются во времени, то это процесс).

Спин (англ. spin - вращение) - собственный механический момент количества движения микрочастицы, имеющий квантовую природу.

Стационарные состояния - устойчивые состояния, в которых все характеризующие систему физические величины не зависят от времени.

Суперпозиция - наложение независимых событий, состояний, явлений.

Т

Теорема Неттер - одна из них: каждому виду симметрии соответствует свой закон сохранения.

Термоядерная энергия - реакция синтеза атомных ядер при сверхвысоких температурах и поддерживающая эти температуры за счет большого энерговыделения.

Тяготение - форма взаимодействия между всеми телами. Тяготение совершенно одинаково действует на разные тела, сообщая им одинаковые ускорения независимо от их массы, химического состава и других свойств. Так, на поверхности Земли все тела падают под влиянием ее поля тяготения с одинаковым ускорением - ускорением свободного падения, что было установлено опытным путем Г. Галилеем и сформулировано как принцип строгой пропорциональности гравитационной массы, определяющей взаимодействие тела с полем тяготения и входящей в закон всемирного тяготения, и инертной массы, определяющей сопротивление тела действующей на него силе и входящей во второй закон механики Ньютона.

У

Уравнение Шрёдингера - основное уравнение нерелятивистской квантовой механики, позволяет находить возможные состояния и их изменения во времени через волновую функцию.

Ф

Фермион - элементарная частица с полуцельным спином (1/2, 3/2); к ним относятся электроны, протоны, нейтроны, кварки.

Физический вакуум (лат. - пустота) - рассматривается как особый вид вещества, состоящий из виртуальных частиц и ответственный за квантовые и релятивистские свойства всех вещественных тел.

Физическое поле - особая форма материи. Известно несколько видов физического поля: электромагнитное, гравитационное, поле ядерных сил и волновые (квантовые) поля, соответствующие различным элементарным частицам.

Флуктуация - случайное отклонение величины, характеризующей систему, от ее среднего значения; прекращение стационарного равновесия и переход системы к неравновесности.

Фотон - квант света, квант электромагнитного поля, одна из нейтральных элементарных частиц с нулевой массой и спином.

Фотоэффект - явление, связанное с испусканием электронов под действием электромагнитных излучений (света, ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучений).

Фундаментальные взаимодействия - четыре вида взаимодействий посредством соответствующих полей и частиц - переносчиков взаимодействия с характерными для них мировыми константами: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое.

Ч

Черная дыра - космологический объект, аномально сильное гравитационное поле, которого действует так, что вещество непрерывно захватывается этим объектом (затягивается, как в «дыру») и падает на него. Из-за сильной гравитации никакое материальное тело, в том числе свет, не может выйти за пределы гравитационного радиуса объекта, и поэтому любому наблюдателю они кажутся «черными». Предсказаны Лапласом и Эйнштейном, сам термин ввел Уиллер.

Э

Электромагнитное взаимодействие - физическое взаимодействие, характеризуемое участием электромагнитного поля. Дальнодействующее, проявляется в притяжении или отталкивании заряженных тел.

Электрон (греч.) - стабильная отрицательно заряженная элементарная частица со спином 1/2, массой 9•10^-28 г и магнитным моментом, равным магнетону Бора; относится к лептонам, участвует в электромагнитном, слабом и гравитационном взаимодействиях; является одним из основных структурных элементов вещества.

Элементарные частицы - мельчайшие известные частицы физической материи, однако четкого критерия «элементарности» частицы нет. Адроны состоят из кварков, кварки - из протокварков и т.д. Тем не менее в известной мере их можно считать кирпичиками» мироздания на современном уровне познания материи, несмотря на их взаимные превращения. Классификация элементарных частиц по типам фундаментальных взаимодействий, в которых они участвуют.

Эффект Доплера - изменение длины волны (или частоты), наблюдаемое при движении источника волн относительно их приемника. Характерен для любых волн (свет, звук и т.д.)