Войти на сайт

или
Регистрация

Навигация


13. Статистические системы и характеристики их законов. Средние величины. Понятие энтропии. Флуктуации

Законы классической механики имеют универсальный характер, т.е. они относятся ко всем без исключения изучаемым объектам. Их особенностью является то, что их предсказания достоверны и однозначны. Но законы, действующие для статистических систем (систем с множеством объектов) не являются однозначными, а только вероятностными. Но это не является свидетельством недостоверности, т.к. квантовая механика показала, что существование неопределенности корениться в самом фундаменте материи (см. 8). По этой причине эти законы носят название вероятностных, или — статистических, т.к. информация носит статистический характер. Эта исходная информация об объектах исследования собирается, например, методом длительных наблюдений, затем анализируется методами статистики и выводиться какое-то среднее значение определяемой величины. Статистические методы используются для изучения свойств сложных систем — газов, жидкостей, твердых тел и их связь со свойствами отдельных частиц — атомов, молекул. Для описания больших статистических систем используются среднестатистические значения параметров, отвлекаясь от конкретных значений этих параметров для каждой частицы, например определяется средняя энергия для данной системы, вместо определения энергий каждой молекулы. Большое значение для статистической физики имели работы американского физика Гиббса, который дал общий метод вычисления усредненных величин для произвольной системы. Но на практике исследователи, использующие усредненные величины какого-либо параметра, имеют дело с флуктуациями. Флуктуации это — небольшие нерегулярные, хаотические изменения какой-либо физической величины. Обычно эти отклонения в физике связывают с тепловыми или квантовыми явлениями. Например, в квантовой механике температура одноатомного газа определяется кинетической энергией атомов. Но из-за столкновений атомов энергия каждого из них не остается постоянной, а все время меняется. Если взять большой объем, то энергия, усредненная по всем атомам, будет практически постоянна. Если же газа в этом объеме мало, то флуктуации энергии будут значительны. Величина флуктуации обратно пропорциональна корню квадратному из числа частиц N.

Если статистическая физика рассматривает теплоту как беспорядочное движение огромного числа молекул, то термодинамика не анализирует внутреннее строение систем, а исследует физические процессы преобразования тепловой энергии. Так первый закон термодинамики утверждает, что всякое тело обладает внутренней энергией U, причем она может уменьшиться, если тело совершило работу А, и увеличиться, если ему сообщают теплоту Q: DU = Q-А.

При формулировании второго закона термодинамики была введена специальная функция S, которую назвали энтропией. Сформулирован он так: при самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает. Физический смысл энтропии по мнению австрийского физика Больцман — мера беспорядка в системе. Полный порядок соответствует минимуму энтропии, любой беспорядок ее увеличивает. Максимальная энтропия соответствует полному хаосу. Третий закон термодинамики гласит о том, что энтропия стремиться к нулю, при стремлении температуры к нулю. Эти три закона термодинамики справедливы для любых систем и веществ: твердых, жидких, газообразных, плазмы, металлов, полупроводников, диэлектриков и т.д.

14. Развитие взглядов на строение солнечной системы от Птолемея до Кеплера. Планета Земля

15. Мега мир. Космологические модели Вселенной. Стандартные модели эволюции Вселенной. Реликтовое излучение

Если атомистические взгляды на развитие систем сводят все к свойствам мельчайших частиц материи из которых состоит систем, то системные и эволюционные взгляды обращают большее внимание на характер взаимодействий элементов. Существуют различные гипотезы эволюции Вселенной. Вселенную как единое целое изучает наука космология.

Космологическая модель Вселенной базируется на общей теории относительности (уделяя внимание кривизне четырехмерного пространства—времени), на важнейших открытиях внегалактической астрономии (таких как явление «разбегания» галактик), на теоретических доказательствах того, что Вселенная, заполнена тяготеющим веществом, не может быть стационарной и периодически сжимается и расширяется.

Существуют различные модели Вселенной, но общим для них является представление о нестационарном изотропном и однородном характере ее модели. Нестационарность означает, что Вселенная либо расширяется, либо сжимается, но не может находиться в стационарном положении. «Разбегание» галактик по-видимому свидетельствует о расширении, хотя существуют модели где это свидетельствует о «пульсации» Вселенной. Изотропность указывает на независимость ее свойств от направлений. Однородность характеризует распределение вещества во Вселенной.

Существуют открытая модель, в которой кривизна отрицательна или равна нулю, и замкнутая модель с положительной кривизной. В открытой модели Вселенная непрерывно увеличивается, что соответствует бесконечной Вселенной. В замкнутых моделях Вселенная оказывается конечной, но столь же неограниченной, т.к. двигаясь по ней нельзя достичь какой-либо границы.

Стандартная модель эволюции Вселенной предполагает, что начальная температура превышала 1013 градусов по Кельвину (0о по К=-273оС) гигантская плотность материи достигала 1093 г/см2. В этих условиях был неизбежен взрыв, поэтому эту теорию называют теорией «большого взрыва». Предположительно это произошло 15-20млрд лет назад и сопровождалось сначала быстрым, потом умеренным расширением и постепенным охлаждением Вселенной. Когда температура упала до 6млрд градусов по Кельвину, первые 8 секунд после взрыва там существовала в основном смесь электронов и позитронов. Пока эта смесь находилась в тепловом равновесии, между частицами происходили столкновения, в результате чего происходило непрерывное превращение вещества в излучение и наоборот, излучения в вещество. Вследствие этого между веществом и излучением сохранялась симметрия. Нарушение этой симметрии произошло после дальнейшего расширения Вселенной и понижения температуры. На этой стадии возникли более тяжелые ядерные частицы — протоны и нейтроны. Но самое гласное было нарушение симметрии — произошел перевес вещества над излучением (один протон на миллиард фотонов). Это послужило основой для дальнейшей эволюции и возникновения разнообразных материальных образований, начиная от атомов, молекул, кристаллов, и кончая планетами, звездами и галактиками.

В момент, когда возникли нейтральные атомы водорода и гелия, вещество сделалось прозрачным для фотонов, и они стали излучаться в мировое пространство. В настоящее время такой остаточный процесс наблюдается в виде реликтового излучения. Это явление находится в полном соответствии с моделью «горячей» Вселенной.


Информация о работе «Концепция естествознания»
Раздел: Естествознание
Количество знаков с пробелами: 69861
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 0

Похожие работы

Скачать
37673
1
4

... , так и видоизмененное неживое вещество. К биокосным телам относятся почвы, илы, природные воды. [2, с.119] 2. Взаимодействие структур в микро и макромирах Многие основополагающие концепции современного естествознания прямо или косвенно связаны с описанием фундаментальных взаимодействий. Взаимодействие и движение - важнейшие атрибуты материи, без которых невозможно ее существование. ...

Скачать
5466
4
0

... , что, очевидно, невозможно в рамках односеместрового курса, и весьма проблематично для естественно научных факультетов университетов. По убеждению автора в курсе "Современные концепции естествознания" для студентов экономических специальностей основное внимание должно уделяться следующим аспектам: 1. Объективное существование законов природы, независящих от определяемых мировоззрением ...

Скачать
53844
0
1

... что свойства Вселенной для каждого заданного момента времени одинаковы во всех ее точках (свойство однородности пространства) и во всех направлениях (свойство изотропии пространства). Этот космологический принцип однородности и изотропии Вселенной подтверждается наблюдениями: в сверхбольших масштабах в распределении сверхскоплений галактик и в самом деле не обнаружено отклонений от однородности и ...

Скачать
42356
0
0

... , или концепция биогенеза). В XIX веке ее окончательно опроверг Л. Пастер, доказав, что появление жизни там, где она не существовала, связано с бактериями (пастеризация – избавление от бактерий). 3. Концепция современного состояния предполагает, что Земля и жизнь на ней существовали всегда, причем в неизменном виде. 4. Концепция панспермии связывает появление жизни на Земле с ее занесением из ...

0 комментариев


Наверх