Тема 02-01. Принципы симметрии, законы сохранения

Пространство, время, симметрия

Тема 01-06. Развитие представлений о взаимодействии

Представления Аристотеля о взаимодействии: одностороннее воздействие движущего на движимое; воздействие передается только через посредников при непосредственном контакте.

Механическая картина мира:

- возникновение концепции взаимодействия (третий закон Ньютона – равенство действия и противодействия)

- открытие первого фундаментального взаимодействия (закон всемирного тяготения)

- принятие концепции дальнодействия (мгновенной передачи взаимодействия через пустоту на любые расстояния).

Электромагнитная картина мира:

- открытие второго фундаментального взаимодействия (электромагнитное);

- возврат к концепции близкодействия (взаимодействие передаётся только через материального посредника — физическое поле — с конечной скоростью);

- полевой механизм передачи взаимодействий (заряд создаёт соответствующее поле, которое действует на другие заряды)

Современная научная картина мира:

- четыре фундаментальных взаимодействия (гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое);

- квантово-полевой механизм передачи взаимодействий (заряд испускает виртуальные частицы-переносчики соответствующего взаимодействия, поглощаемые другими аналогичными зарядами);

- частицы-переносчики фундаментальных взаимодействий: гравитоны, фотоны, глюоны, промежуточные векторные бозоны;

- характеристики фундаментальных взаимодействий определяются свойствами частиц-переносчиков: расстояние, на котором эффективно фундаментальное взаимодействие, определяется массой его частиц-переносчиков.

Фундаментальные взаимодействия, преобладающие между объектами:

- микромира (сильное, слабое и электромагнитное);

- макромира (электромагнитное);

- мегамира (гравитационное).

Примеры объектов, стабильность которых обеспечивается конкретным видом взаимодействия:

- атом, молекула, вещество - электромагнитное
- планетные системы, галактики - гравитационное
- ядра атомов – сильное.

Понятие симметрии в естествознании: инвариантность (неизменность) относительно тех или иных преобразований.

Симметрия характеризует стабильность, устойчивость, равновесность; нарушение симметрии приводит к нестабильности, неустойчивости, неравновесности.

Эволюция рассматривается как цепочка нарушений симметрии.

Простейшие симметрии:

- однородность (одинаковые свойства во всех точках)

- изотропность (одинаковые свойства во всех направлениях)

Симметрии пространства и времени:

- однородность пространства

- изотропность пространства

- однородность времени

Анизотропность времени – нет симметрии между прошлым и будущим, т.е. время однонаправлено.

Теорема Нётер – существует взаимосвязь симметрий с законами сохранения:

- закон сохранения энергии вытекает из однородности времени

- закон сохранения импульса (количества поступательного движения) является следствием однородности пространства

- закон сохранения момента импульса (количества вращательного движения) связан с изотропностью пространства.

Второе начало термодинамики (закон возрастания энтропии, существование необратимых процессов) определяется анизотропностью времени.