Понятие экзотической материи в физике

Шесть теорий путешествий во времени, которые могут сработать (2 фото)

Понятие экзотической материи в физике

Концепция машины времени вызывает в воображении образы неправдоподобного устройства, которое слишком часто используется в сюжетах научно-фантастических.

Однако согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна, которая объясняет работу гравитации во Вселенной, путешествия во времени — это не только плод воображения.

И если в фильмах путешествие во времени — это сюжетный поворот, то как насчет реальности?

Путешествие вперед во времени, согласно теории Эйнштейна, абсолютно возможно. По сути, физикам удалось отправить крошечные частицы под названием мюоны, очень похожие на электроны, вперед во времени, манипулируя гравитацией вокруг них. Это не означает, что технология для отправки людей вперед в будущее станет возможной в ближайшие 100 лет, но все же.

1. Червоточины

Астрофизик Эрик Дэвис из Международного института перспективных исследований EarthTech в Остине считает, что это возможно. Все, что вам нужно — это кротовая нора или червоточина, теоретический проход сквозь ткань пространства-времени, предсказанный в рамках теории относительности.

Червоточины пока не были доказаны, и если их когда-нибудь и найдут, они будут настолько малы, что в них не поместится даже человек, не говоря о космическом корабле. При всем этом Дэвис полагает, что червоточины вполне можно использовать для перемещения обратно в прошлое.

Как общая теория относительности, так и квантовая теория предлагают несколько возможностей для путешествия — например, «закрытую времяподобную кривую» или путь, который сокращает пространство-время, то есть машину времени.

Дэвис утверждает, что современное научное понимание законов физики «кишит машинами времени, то есть многочисленными решениями геометрии пространства-времени, которые позволяют путешествовать во времени или обладают свойствами машины времени».

Как вы понимаете, червоточина позволила бы судну, например, пройти из одной точки в другую быстрее скорости света — почти как в варп-пузыре.

Все потому, что корабль прибудет в пункт назначения раньше, чем луч света, пройдя по короткому пути сквозь пространство-время.

Транспорт, таким образом, не нарушит правило универсального ограничения скорости, которое накладывает свет, поскольку сам корабль не путешествует с такой скоростью.

Такая червоточина может теоретически вести не сквозь пространство, но и сквозь время.

«Машины времени неизбежны в нашем физическом пространстве-времени», — пишет Дэвис в работе. — «Проходные червоточины включают машины времени».

Тем не менее, добавляет Дэвис, превратить червоточину в машину времени будет нелегко. Понадобятся титанические усилия. Все потому, что как только червоточина будет создана, один или оба ее конца нужно будет ускорить во времени к пункту назначения, что следует из общей теории относительности.

2. Машина времени: цилиндр Типлера

Чтобы использовать машину времени на основе цилиндра Типлера, вам нужно покинуть Землю на космическом корабле и отправиться в космос к цилиндру, который там вращается.

Когда вы достаточно приблизитесь к поверхности цилиндра (пространство вокруг него будет по большей части «варпнуто», деформировано), вам нужно будет несколько раз обогнуть его и вернуться на Землю.

Вы прибудете в прошлое.

Насколько далеко в прошлое — зависит от того, сколько раз вы обогнете цилиндр по орбите.

Даже если вам покажется, что ваше собственное время движется вперед как обычно, пока вы огибаете цилиндр, за пределами искаженного пространства вы неизбежно будете двигаться в прошлое.

Это все равно, что вы поднимаетесь по винтовой лестнице и обнаруживаете, что с каждым полным кругом находитесь на одну ступеньку ниже.

3. Пончиковый вакуум

По мнению Амоса Ори из Израильского технологического института в Хайфе, пространство может быть достаточно скручено для создания локального гравитационного поля, которое напоминает пончик определенных размеров. Гравитационное поле образует круги вокруг этого пончика, поэтому пространство и время крепко закручены.

Важно отметить, что такое положение дел сводит на нет необходимость какой-либо гипотетической экзотической материи. Хотя как это будет выглядеть в реальном мире описать довольно трудно. Ори говорит, что математика показала, что через равные промежутки времени внутри пончика в вакууме будет образовываться машина времени.

Все, что вам нужно — это попасть туда. В теории можно будет отправиться в любой момент времени с тех пор, как была построена машина времени.

4. Экзотическая материя

В физике экзотическая материя — это материя, которая так или иначе отличается от нормальной и обладает некоторыми «экзотическими» свойствами.

Поскольку путешествие во времени считается нефизическим, физики полагают, что так называемые тахионы (гипотетические частицы, для которых скорость света — это состояние покоя) либо не существуют, либо неспособны взаимодействовать с нормальной материей.

Но когда отрицательная энергия или масса — та самая экзотическая материя, или вещество — скручивает пространство-время, становятся возможными все невероятные явления: червоточины, которые могут выступать туннелями, соединяющими удаленные участки вселенной; варп-двигатель, который позволит путешествия быстрее скорости света; машины времени, которые позволят отправиться в прошлое.

5. Космические струны

Космические струны — это гипотетические 1-мерные (пространственно) топологические дефекты в ткани пространства-времени, оставшиеся еще со времен образования вселенной. С их помощью в теории могут быть образованы поля замкнутых времениподобных кривых, позволяющих путешествовать в прошлое. Некоторые ученые предлагают использовать «космические струны» для построения машины времени.

Если подвести две космические струны достаточно близко одна к другой или одну струну к черной дыре, в теории это может создать целый массив «замкнутых времениподобных кривых». Если делать тщательно рассчитанную «восьмерку» на космическом корабле вокруг двух бесконечно длинных космических струн, в теории можно оказаться где угодно и когда угодно.

6. Сквозь черную дыру

Черная дыра оказывает невероятное влияние на время, замедляя его так, как ничто другое в галактике. По сути, это природная машина времени.

Если бы миссией облета вокруг черной дыры управляло наземное агентство, для них облет орбиты занял бы 16 минут. Но для смелых людей на борту корабля, который находится близко к массивному объекту, время шло бы очень медленно.

Куда медленнее, чем на Земле. Время для команды замедлилось бы вдвое. За каждые 16 минут они переживали бы только 8.

Источник: https://nlo-mir.ru/mashinavremeni/27041-shest-teorij-puteshestvij-vo-vremeni-kotorye-mogut-srabotat-2-foto.html

Виды материи: вещество, физическое поле, физический вакуум. Понятие материи

Понятие экзотической материи в физике

Основополагающим элементом изучения подавляющего количества естественных наук является материя. В этой статье мы рассмотрим понятие, виды материи, формы её движения и свойства.

Что такое материя?

На протяжении многих веков понятие материи менялось и совершенствовалось. Так, древнегреческий философ Платон видел её как субстрат вещей, который противостоит их идее.

Аристотель же говорил, что это нечто вечное, что не может быть ни сотворено, ни уничтожено.

Позже философы Демокрит и Левкипп дали определение материи как некой основополагающей субстанции, из которой состоят все тела в нашем мире и во Вселенной.

Современное понятие материи дал В. И. Ленин, согласно которому она является самостоятельной и независимой объективной категорией, выражаемой человеческим восприятием, ощущениями, она также может быть скопирована и сфотографирована.

Атрибуты материи

Главными характеристиками материи являются три признака:

  • Пространство.
  • Время.
  • Движение.

Первые два отличаются метрологическими свойствами, то есть их можно количественно измерить специальными приборами. Пространство измеряется в метрах и его производных величинах, а время в часах, минутах, секундах, а также в сутках, месяцах, годах и т. д. У времени есть также другое, не менее важное свойство – необратимость.

Нельзя вернуться на какую-либо исходную временную точку, вектор времени всегда имеет одностороннюю направленность и движется от прошлого к будущему. В отличие от времени, пространство — более сложное понятие и имеет трёхмерное измерение (высота, длина, ширина).

Таким образом, все виды материи могут передвигаться в пространстве за определённый промежуток времени.

Всё, что нас окружает, передвигается в пространстве и взаимодействует друг с другом. Движение происходит непрерывно и является главным свойством, которым обладают все виды материи. Между тем этот процесс может протекать не только при взаимодействии нескольких объектов, но и внутри самого вещества, обуславливая его видоизменения. Различают следующие формы движения материи:

  • Механическая – это перемещение предметов в пространстве (падение яблока с ветки, бег зайца).
  • Физическая – возникает, когда тело изменяет свои характеристики (например, агрегатное состояние). Примеры: тает снег, испаряется вода и т. д.
  • Химическая – видоизменение химического состава вещества (коррозия металла, окисление глюкозы)
  • Биологическая – имеет место в живых организмах и характеризует вегетативный рост, обмен веществ, размножение и др.
  • Социальная форма – процессы социального взаимодействия: общение, проведение собраний, выборов и т. д.
  • Геологическая – характеризует движения материи в земной коре и недрах планеты: ядре, мантии.

Все вышеназванные формы материи взаимосвязаны, взаимодополняют и взаимозаменяют друг друга. Они не могут существовать самостоятельно и не являются самодостаточными.

Свойства материи

Древняя и современная наука приписывали материи множество свойств. Самое распространённое и очевидное – это движение, однако имеются и другие универсальные свойства:

  • Она несотворима и неуничтожима. Это свойство означает, что любое тело или вещество какое-то время существует, развивается, перестаёт существовать как исходный объект, однако материя не прекращает своего существования, а просто превращается в другие формы.
  • Она вечна и бесконечна в пространстве.
  • Постоянное движение, преобразование, видоизменение.
  • Предопределённость, зависимость от порождающих факторов и причин. Данное свойство является своего рода объяснением происхождения материи как следствия определённых явлений.

Основные виды материи

Современные ученые выделяют три фундаментальных вида материи:

  • Вещество, обладающее определённой массой в состоянии покоя, представляет собой наиболее распространённый вид. Оно может состоять из частиц, молекул, атомов, а также их соединений, которые образуют физическое тело.
  • Физическое поле — это особая материальная субстанция, которая призвана обеспечивать взаимодействие объектов (веществ).
  • Физический вакуум — является материальной средой с наименьшим уровнем энергии.

Далее более подробно остановимся на каждом из видов.

Вещество

Вещество – вид материи, главным свойством которого является дискретность, то есть прерывистость, ограниченность. В его структуру входят мельчайшие частицы в виде протонов, электронов и нейтронов, из которых состоит атом. Атомы соединяются в молекулы, формируя вещество, которое, в свою очередь, образует физическое тело или текучую субстанцию.

Любое вещество обладает рядом индивидуальных характеристик, отличающих его от других: масса, плотность, температура кипения и плавления, структура кристаллической решётки. При определённых условиях разные вещества можно соединять и смешивать.

В природе они встречаются в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. При этом конкретное агрегатное состояние лишь соответствует условиям содержания вещества и интенсивности молекулярного взаимодействия, но не является его индивидуальной характеристикой.

Так, вода при разных температурах может принимать и жидкую, и твёрдую, и газообразную форму.

Физическое поле

Виды физической материи включают и такую компоненту, как физическое поле. Оно представляет собой некую систему, в которой материальные тела взаимодействуют. Поле является не самостоятельным объектом, а, скорее, носителем специфичных свойств образовавших его частиц. Таким образом, импульс, высвобожденный от одной частицы, но не поглощённый другой, является принадлежностью поля.

Физические поля – это реальные неосязаемые формы материи, обладающие свойством непрерывности. Их можно классифицировать по различным критериям:

  1. В зависимости от полеобразующего заряда выделяют: электрическое, магнитное и гравитационное поля.
  2. По характеру движения зарядов: динамическое поле, статистическое (содержит неподвижные относительно друг друга заряженные частицы).
  3. По физической природе: макро- и микрополя (создаются движением отдельных заряженных частиц).
  4. В зависимости от среды существования: внешнее (которое окружает заряженные частицы), внутреннее (поле внутри вещества), истинное (суммарное значение внешнего и внутреннего полей).

Физический вакуум

В XX веке в физике как компромисс между материалистами и идеалистами для объяснения некоторых явлений появился термин «физический вакуум». Первые приписывали ему материальные свойства, а вторые утверждали, что вакуум — это не что иное, как пустота.

Современная физика опровергла суждения идеалистов и доказала, что вакуум – это материальная среда, также получившая название квантового поля. Число частиц в нём приравнивается к нулю, что, однако, не препятствует кратковременному возникновению частиц в промежуточных фазах.

В квантовой теории уровень энергии физического вакуума условно принимается за минимальный, то есть равный нулю. Однако экспериментально доказано, что энергетическое поле может принимать как отрицательные, так и положительные заряды.

Существует гипотеза, что Вселенная возникла именно в условиях возбуждённого физического вакуума.

До сих пор не до конца изучена структура физического вакуума, хотя и известны многие его свойства. Согласно дырочной теории Дирака, квантовое поле состоит из движущихся квантов с одинаковыми зарядами, неясным остаётся состав самих квантов, скопления которых перемещаются в виде волновых потоков.

Источник: https://FB.ru/article/302678/vidyi-materii-veschestvo-fizicheskoe-pole-fizicheskiy-vakuum-ponyatie-materii

Теория экзотической материи| Теория космических струн | Врата Штейна Amino

Понятие экзотической материи в физике

1. Теория экзотической материи.

Экзотическая материя, как уже было сказано в описании теории кротовых нор, может иметь отрицательную массу. Но, так как существование экзотической материи до сих пор не подтверждено, отрицательная масса так же остаётся только гипотетическим фактом.

Экзотическая материя — понятие физики элементарных частиц, описывающее любое (как правило, гипотетическое) вещество, которое нарушает одно или несколько классических условий, либо не состоит из известных барионов. Подобные вещества могут обладать такими качествами, как отрицательная плотность энергии или отталкиваться, а не притягиваться вследствие гравитации.

2. Теория космических струн.

Теория космических струн так же, как и Теория кротовых нор, была описана Курису

–“Космическая струна – это похожая на струну, тонкая щель огромной массы. Диаметр космических струн гораздо меньше, чем элементарная частица, а длинной они с небольшую галактику.”

–“Космическая струна очень массивна, и поэтому может искажать пространство-время. Если вы попытаетесь сделать полный оборот внутри искажения, вы повернётесь менее чем на 360 градусов.”

–“Другими словами, ваше действие будет напоминать искривление… Это называется пространственно-временным дефицитом угла. В связи с потерей угла, если объект пройдёт некую зоне с дефицитом угла, то время, прошедшее для этого объекта, будет равно нулю.”

–“Если это предположение верно, тогда космическая струна движется со скоростью, близкой к скорости света. Тогда, согласно теории относительности, время космической струны течёт медленнее относительно других объектов. При прохождении через искажённые дефицитом угла зоны время прохождение, изначально равное нулю, станет отрицательным.

Таким образом, после прохождения вы окажетесь в прошлом. При использовании двух космических струн, прыжок пространственного дефицита становится возможен. Если объект внутри пространственного дефицита путешествует вперёд, а затем возвращается на то же место, то он вернётся в то же время, откуда началось путешествие.

Это грубое объяснение путешествия во времени, основанное на теории космических струн.”

–“Для предотвращения недоразумений я должна заметить, что теория космических струн и теория суперструн – разные вещи. Итак, чтобы путешествие во времени с помощью космических струн стало возможно, должны выполняться 3 условия: 1) две космические струны.

Ох, кстати говоря, гипотетически, они существуют только в том месте пространства, где Вселенная была сформирована, так что их трудно обнаружить. 2) даже если вы нашли их, вам нужно заставить их двигаться со скоростью близкой к скорости света.

Интересно, сколько же энергии нужно, чтобы заставить двигаться щель длиной в галактику со скоростью света… Я уверена, что больше, чем 1.21 джигаватт. 3) космический корабль, способный добраться до космической струны. Эти условия должны быть выполнены.”

1.Теория скорости света

Теория относительности говорит нам, что при приближении скорости объекта к скорости света, его время замедляется относительно покоящегося объекта. Этот эффект называется релятивистское замедление времени и его нельзя считать настоящим путешествием во времени, так как это лишь одни из эффектов в теории относительности.

Теорию скорости света мы частично описали в первом посте о теориях перемещения во времени, поэтому не будем зацикливаться и перейдем сразу ко второй теории:

2.Теория кротовых нор

В визуальной новелле, теорию кротовых нор объяснила Курису во время своей лекции.

–“Давайте рассмотрим теорию кротовых нор. Я думаю, это более реалистично чем, теория космических струн. Итак, Хооуин-сан, вы знаете, что такое кротовая нора?”

–“Это проход сквозь пространство… верно?”

–“Да, правильно. Есть две дыры, соединенные туннелем. Время прохождения через него равно нулю вне зависимости от его длинны.”

–“Но не всё так просто. Червоточина подвергается супергравитации и схлопывается, как только туннель открывается. Поэтому нам нужно что-то, чтобы компенсировать эффект гравитации.”

–“Экзотическая материя. Это вещество с отрицательной массой, и гравитация действует на него по-другому.”

–“Представим, что кротовая нора сжимается невидимым кулаком. Чтобы пройти через неё нужно что-то, чтобы противостоять “сжимающей силе” моего кулака, чтобы я не могла его больше сжимать.”

–“Использование экзотической материи стабилизирует объект, и прохождение туннеля станет возможным. Представьте, что вход в кротовую нору в Акихабаре, а выход в Лос-Анджелесе. Теперь представьте, что дыра в Лос-Анджелесе проходит и возвращается с конца Вселенной со скоростью, близкой к скорости света.

Согласно теории относительности, время замедляется для объектов, движущихся со скоростью света. Значит, мы можем считать, что дыра, вернувшаяся в Лос-Анжелес, будет в прошлом. И благодаря этому Хооуин-сан может войти в кротовую нору и выйти из неё в Лос-Анджелесе за несколько лет до того, как он туда вошел.

Однако, сейчас мы не можем назвать это ничем кроме как псевдо-путешествием во времени или релятивистским замедлением времени. Важным шагом является возвращение в кротовую нору в Лос-Анджелес.

Тогда время прохождения туннеля будет равно нулю и Хооуин-сан появится в Акихабаре в то же время, в которое он войдёт в дыру в Лос-Анджелесе. Путешествие во времени завершится. Условия для теории кротовых нор выполнить проще, чем для теории космических струн. 1) Собственно кротовые норы.

Они должны быть где-то во Вселенной, но никто их не видел. 2) Энергия, чтобы заставить нору двигаться со скоростью, близкой к скорости света, до конца Вселенной и обратно. 3) Подтвердить существование экзотической материи.”

Источник: https://aminoapps.com/c/vrata-shtainera/page/blog/teoriia-ekzoticheskoi-materii-teoriia-kosmicheskikh-strun/Jdwj_8QCdur645XPKn14wVNVrJXpo5zgrD

Понятие экзотической материи в физике

Понятие экзотической материи в физике

Определение 1

Экзотическая материя – это собирательное понятие, которое относят к веществу, свойства которого не соответствует классическим теориям или составлено из частиц, которые нельзя отнести к известным барионам.

Экзотическая материя может обладать следующими «неклассическими» свойствам:

  • отрицательной плотностью энергии;
  • отсутствием проявления гравитационных свойств.

К экзотической относят материю, которую сложно создать, например:

  • металлический водород,
  • конденсат Бозе-Эйнштейна,
  • кварк-глюонная плазма.

Замечание 1

Экзотической материей можно называть вещество, которое создано из экзотических частиц.

Материя с отрицательной массой

В физике имеется теория о веществе, масса которого обладает противоположным значением массы обычного вещества. В качестве аналога можно привести электрические заряды, которые имеют положительное и отрицательное значения.

Материя, имеющая отрицательную массу:

  • нарушает энергетические условия,
  • должна проявлять особенные свойства.

В ряде теорий считается, что вещество, имеющее отрицательную массу можно применять для создания кротовых нор в пространственно- временном континууме.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

В 2017 году появились сообщения о том, что коллектив ученых из США, Японии и Китая смог создать вещество, проявляющее свойства экзотической материи, имеющей отрицательную массу.

Замечание 2

К особенным свойствам полученного вещества можно отнести то, что при толчке данного вещества, оно ускоряется в сторону, обратную направлению приложенной силы.

Чтобы создать вещество, имеющее отрицательную массу, экспериментаторы получили конденсат частиц Бозе-Эйнштейна. При этом были охлаждены атомы рубидия до температуры близкой к абсолютному нулю ($T=0K$).

При такой температуре частицы перемещаются с очень малыми скоростями, а квантовые эффекты проявляются на макроскопическом уровне. Это означает, что в соответствии с положениями квантовой механики поведение частиц соответствует поведению волн.

Так, частицы реализуют синхронизацию между собой и текут сквозь капилляры без диссипации энергии (проявляется эффект сверхтекучести).

В ходе эксперимента ученые с оздали условия, при которых конденсат из частиц Бозе-Эйнштейна образовался в объеме $10{-3}мм3 $. Частицы замедлили при помощи лазера.

Через некоторое время некоторая доля частиц с наибольшей энергией ушла из выделенного объема, что еще больше уменьшило температуру вещества. На этой стадии жидкость находилась в сверхтекучем состоянии, но обладала положительной массой.

Если бы герметичность емкости, в которой находятся атомы рубидия была нарушена, то они разлетелись бы в разные стороны.

Это произошло бы из-за того, что центральные атомы стали бы выталкивать атомы, расположенные ближе к поверхности, которые приобретали бы ускорение, направленное в сторону действия силы.

Чтобы получить отрицательную эффективную массу у вещества, ученые использовали лазерную систему, которая изменяла бы спин некоторой доли атомов. При изменении спина в отдельных областях емкости, частицы могут получать отрицательную массу. Наблюдали данный процесс, исследуя увеличение плотности материи в зависимости от времени в симуляциях.

В конденсате частицы ведут себя как волны, распространяются в направлении, которое не соответствует направлению распространения обычных частиц.

Темная материя

Астрономы полагают, что большая доля вещества Вселенной не излучает и не поглощает, следовательно, невидима для современных способов детекции. О существовании данного вида материи узнают по ее взаимодействию с «обычной» (излучающей) материей при помощи сил гравитации.

Определение 2

Темная материя — это вид материи, который не осуществляет взаимодействия с электромагнитным излучением.

Плотность вещества во Вселенной ($\rho$) оценивают, наблюдая за перемещением отдельных Галактик. Часто плотность $\rho$ приводят в единицах критической плотности ($\rho_c$), которая равна как:

$\rho_c=\frac{3H2}{8\pi G}(1),$

где $G$ — гравитационная постоянная; $H$ — константа Хаббла.

Замечание 3

Значение постоянной Хаббла в настоящее время точно не известно, полагают, что она находится в интервале: $0,4 $ < $H $ < $1$. Некоторые ученые считают, что эта константа зависит от времени.

Космологическая плотность, равная:

$\Omega=\frac{\rho}{\rho_c}(2),$

которую находят, наблюдая динамику совокупностей Галактик находится в интервале:

$0,1 $ < $\Omega $ < $0,3$.

Проводя наблюдения процессов удаления крупных частей Вселенной при помощи инфракрасного астрономического спутника IRAS получили, что

$0,25 $ < $\Omega $ < $2$.

Оценка барионной плотности вещества Вселенной приводит к существенно меньшей величине $\Omega $ < $0,02$.

Данную разницу в полученных величинах плотности вещества Вселенной принято объяснять наличием невидимой материи.

Если учитывать все формы барионной материи: межзвездная пыль, материя всех звезд, черные дыры, MACHO – объекты (компактные галактические объекты большой массы), оказывается, что для пояснения всех явлений, которые можно наблюдать, необходимо наличие большой доли небарионной материи.

К свидетельствам о наличии темной материи во Вселенной кроме сказанного выше относят:

  1. Галактические ротационные кривые.
  2. Динамику скопления Галактик.

Одним из фаворитов на роль темной материи считается обычная барионная материя, которая не способна излучать. Такую материю уподобляют некоему межзвездному (или межгалактическому) газу. Проблемой в этом случае можно считать отсутствие характерных линий излучения и поглощения.

Следующим кандидатом на эту роль могут быть космические тела, имеющие массы существенно меньшие, чем масса Солнца, так называемые коричневые карлики.

Гравитационное давление внутри коричневых карликов мало для реализации процессов слияния протонов с образованием гелия.

Поскольку ядерного синтеза в этих звездах нет, то излучение данных объектов крайне мало (исключение составляют коричневые карлики ранних стадий развития).

Звезды на последних стадиях своей жизни тоже могут входить в состав темной материи, поскольку может находиться в неизлучающей форме.

Имеются теории о существовании небарионной темной материи на основе:

  • легких и тяжелых нейтрино,
  • суперсимметричных частиц $SUSY$ — моделей,
  • аксионов,
  • космионов,
  • магнитных монополей,
  • частиц Хиггса.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/fizicheskie_gipotezy/ponyatie_ekzoticheskoy_materii_v_fizike/

Представления о материи с точки зрения физики

Понятие экзотической материи в физике



Обратная связь

ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение

Как определить диапазон голоса — ваш вокал

Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими

Целительная привычка

Как самому избавиться от обидчивости

Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам

Тренинг уверенности в себе

Вкуснейший «Салат из свеклы с чесноком»

Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

Как научиться брать на себя ответственность

Зачем нужны границы в отношениях с детьми?

Световозвращающие элементы на детской одежде

Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Как слышать голос Бога

Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)

Глава 3. Завет мужчины с женщиной

Оси и плоскости тела человека — Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков — Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) — В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Физические картины мира

Физика, как и все естествознание, развивалась по пути научных революций. Ключевое понятие в физической картине мира – «материя». Именно смена представлений о материи вызывала смену всей физической картины мира. В истории физики такие смены происходили 2 раза, соответственно, существовали 3 физические картины мира.

I. Механистическая картина мира (сложилась в XVI – XVII веках, в основе – атомизм древнегреческих философов и механика Ньютона).

Основные черты МКМ:

Ø Материясостоит из атомов, связанных между собой (корпускулярная модель реальности).

Ø Движение тел происходит в соответствии с тремя законами механики Ньютона.

Ø Взаимодействие тел происходит мгновенно на любом расстоянии – по принципу дальнодействия (т.е. тела взаимодействуют мгновенно на любом расстоянии и без каких-либо материальных посредников).

Ø Пространство и время абсолютны – они существуют независимо от материи (пространство – это гигантский «черный ящик», вмещающий все тела в мире, но если бы эти тела вдруг исчезли, пространство все равно бы осталось. Так же, в образе «текущей реки», представлялось и время, то же существующее независимо от материи).

Ø Любые события предопределяются законами механики. (все события предсказуемы, случайность исключена).

Ø Присутствие человека в мире ничего не меняет. (если человек даже исчезнет с лица Земли – мир продолжит существовать как ни в чем не бывало).

На основе МКМ в 18-19 в. была разработана земная, небесная и молекулярная механика, т.е. макро-, мега- и микромир подчинялись общим законам → МКМ считалась универсальной, способной объяснить любые процессы. МКМ господствовала в физике до середины 19 в.

Однако к середине 19 в. накопились эмпирические данные, которые МКМ объяснить не могла (оптические и электромагнитные явления).

Например, попытка объяснения природы света с точки зрения механики — корпускулярная теория света, предложенная Ньютоном:

Свет – поток мельчайших частиц, которые излучают светящиеся тела. Эти частицы движутся в соответствии с законами механики и при попадании в глаз вызывают ощущение света.

Но эта теория не могла объяснить явления интерференции (наложение волн друг на друга) и дифракции (огибание волнами препятствий) света.

Тогда для их объяснения было введено понятие «светоносного эфира» (упругая среда, заполняющая все пространство).

Аналогично объяснялись электричество, магнетизм, тепловые явления – с помощью понятий «теплорода», «электрической» и «магнитной» жидкости и т.п.

Таким образом, опытные факты искусственно подгонялись под МКМ → физика нуждалась в смене представлений о материи, в смене физической картины мира.

II. Электромагнитная картина мира (сложилась в середине 19 века, в основе – электродинамика Фарадея и Максвелла).

Основные черты ЭМКМ:

Ø Материя состоит из электрически заряженных частиц вещества (атомы, молекулы – они непроницаемы), которые взаимодействуют друг с другом посредством электро-магнитного поля (проницаемо) (полевая, континуальная (непрерывная) модель реальности).

Ø Движение – распространение колебаний в поле; описывается законами электродинамики.

Ø Тела взаимодействуют попринципу близкодействия – взаимодействие передается полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью.

Ø Пространство и время относительны – они несамостоятельны и зависимы от материи, т.к. они связаны с процессами, происходящими в поле (поле – абсолютно непрерывная материя → пустого пространства просто нет).

Ø Представление о человеке – не изменилось. Появление человека – это только каприз природы.

Новая картина мира объяснила большой круг явлений, непонятных с точки зрения МКМ; глубже показала материальное единство мира, т.к. электричество и магнетизм объяснялись на основе одних и тех же законов.

Однако с конца 19 в. обнаруживалось все больше противоречий, которые не могла объяснить и ЭМКМ – это открытия, опровергающие представление об атомах как о неделимых частицах:

· открытие электрона (Томсон, 1895);

· открытие ядра(Резерфорд);

· открытие радиоактивности – способности атомов одних элементов превращаться в атомы других элементов (Беккерель).

III. Квантово-полевая картина мира (возникла в начале ХХ века, в основе – квантовая механика Луи де Бройля, Шредингера, Гейзенберга и Борна)

Основные черты КПКМ:

Ø Изучение свойств открытых микрочастиц показало, что они проявляют не только свойства частицы, но и свойства волны (интерференция и дифракция электрона) → Материяобладает одновременно и корпускулярными, и волновыми свойствами (квантово-полевая модель реальности).

Ø Материя способна изменяться, т.к. основные свойства элементарных частиц – это их взаимозависимость и взаимопревращаемость.

Ø Движение – это только частный случай физического взаимодействия (известно 4 вида фундаментальных физических взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое – поговорим позже).

Они осуществляются на основе принципа близкодействия – т.е. взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке; скорость передачи конечна и не превышает Vсвета в вакууме (300 000 км/с).

Ø Пространство и времяотносительны, они зависят от материи и друг от друга и, согласно теории относительности, сливаются в едином четырехмерном пространственно-временном континууме (сплошная материальная среда, свойства которой изменяются в пространстве и во времени непрерывно).

Ø Изменились представления о человеке. Человек – это наблюдатель от которого зависит получаемая картина мира. Наш мир таков, каков он есть сейчас, только благодаря существованию человека. Появление человека – закономерный результат эволюции Вселенной.

КПКМ и сейчас находится в стадии становления, с каждым годом к ней добавляются новые элементы, гипотезы, теории и т.п.

Мы уже говорили о том, что ключевым понятием физики является «материя». Поэтому в обязательном порядке нужно поговорить о представлениях о материи с точки зрения физики, об основных физических законах, характеризующих материю.

Представления о материи с точки зрения физики

1. Законы сохранения физических величин.

Учеными выяснена важная особенность природы – симметрия (означает соразмерность).

Симметрия проявляется на всех уровнях строения материи: · в микромире (после взаимодействий элементарные частицы неразличимы); · в макромире – множество примеров: молекулы (зеркальная симметрия – изомеры) кристаллы (поворотная симметрия), живые организмы (радиальная; двусторонняя симметрия); · в мегамире (структура спиральных и эллиптических галактик, шарообразное строение звезд и планет). Известно и множество примеров нарушения симметрии: o при анатомической симметрии правого и левого полушарий у человека общеизвестна их функциональная асимметрия (право- и леворукость); o в состав живых организмов входят только «правовращающие» сахара и «левовращающие» АК; o во Вселенной нарушена симметрия между веществом и антивеществом (последнего намного меньше).

В начале 20 в. (1918 г.) немецким математиком Эммой Нетер была доказана теорема, согласно которой именно из свойства симметрии вытекают все законы сохранения. Что же такое – законы сохранения:

Законы сохранения физических величин – это утверждения, согласно которым численные значения некоторых величин не изменяются со временем в любых процессах.

Законы сохранения – самые важные, основополагающие утверждения современного естествознания, демонстрирующие единство материального мира. Они обязательно выполняются во всех процессах, происходящих без обмена веществом и энергией с окружающей средой.

З-н сохранения вещества и энергии – при любых физических взаимодействиях вещество и энергия не возникают и не исчезают, а только превращаются из формы в другую.

Переходы вещества: образование оксидов при горении веществ (масса увеличивается, т.к. добавляется масса О2) — особенно ярко проявляется в химии.

Переходы энергии: трение → теплота, электричество → магнетизм, механическое движение → электричество, тепло → электричество и т.д.

Теория относительности Эйнштейна связала массу и энергию уравнением Е=mc2: «масса тела есть мера содержащейся в нем энергии».

З-н сохранения импульса

Импульс– произведение массы на скорость (Р=mV). В замкнутой системе при любых взаимодействиях тел сумма их импульсов остается постоянной.

На этом принципе построена игра в бильярд.

Также на з-не сохранения импульса основана стрельба из огнестрельного оружия. Посланная вперед пуля и стрелок имеют сумму импульсов, равную нулю. Для выполнения з-на сохранения импульса маленькая масса пули требует большой скорости. Стрелок же из-за своей большой массы (по сравнению с пулей) получает ничтожную скорость в виде отдачи ружья.

Источник: https://megapredmet.ru/1-59501.html

Booksm
Добавить комментарий