Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Реферат
Фунда ментальные физические константы
Введение
Фундаментальные физические константы - одни из важнейших элементов современной физической картины мира. Эволюция этого понятия тесно связана с эволюцией физики и отражает общие закономерности развития физического знания. В классической физике физические константы появились в связи с установлением специфических свойств материальных объектов (плотности тел, скорость звука, света и т.д.) и не играли в структуре физической теории такой фундаментальной роли, которую они приобрели в XX в. В результате научной революции конца XIX - начала XX вв. физическая теория вышла на качественно новый уровень своего развития, изменилось понятие физической реальности, а такие физические постоянные, как скорость света и постоянная Планка, приобрели фундаментальный статус. Дальнейшее развитие физики также отражает развитие концепции фундаментальных постоянных, особенно в связи с открытием макроскопических квантовых эффектов, что привело к революции в метрологии и ее переходу в квантовую метрологию.
Их потолки в настоящее время соответствуют последовательности более 1% в течение всего времени жизни Вселенной при условии соблюдения основополагающих допущений. Точность, которую мы приписываем константам, увеличивалась на одну десятичную точку каждые 15 лет. Такие улучшения не могут продолжаться вечно, поскольку, очевидно, должно быть ограничение того, сколько физических измерений может быть выполнено. В настоящее время мы все еще далеки от всех естественных пределов. За последние 20 лет точность электрических констант была увеличена в той же степени, что и электрические единицы.
В данной работе ставится задача исследования основных концептуальных моментов эволюции физики, связанных с появлением и «фундаментализацией» физических постоянных, изучение истории опытов и первооткрывателей, которые открыли фундаментальные физические постоянные.
Главы посвящены истории пяти постоянных - скорости света с, гравитационной постоянной G, постоянной Планка h, элементарному заряду e, постоянной Больцмана k.
Неопределенность в своем воплощении в сочетании с нашим знанием тонких структурных констант доминирует в текущих оценках. Единство напряженности было соответствующим образом адаптировано во всех странах. Определение значений физических констант является важным связующим звеном между теорией и экспериментом. Таким образом, наши знания в отдельных областях физики могут быть очень эффективно проверены и сопоставлены друг с другом, потому что различные комбинации численных значений констант могут быть связаны с измерениями различных физических явлений.
Если история скорости света и постоянной Планка в целом была достаточно основательно исследована в связи с историей возникновения специальной теории относительности (СТО) и квантовой механики (КМ), то история появления гравитационной постоянной до сих пор была совершенно неизученной. Также в XX в. получило широкое распространение модернизация истории физики со стороны физиков, имеющих свое представление об исторической реальности, что привело к искажению реальной истории, в том числе истории фундаментальных физических постоянных. Поэтому данная работа так же посвящена исследованию новых фундаментальных физических постоянных, возникших на рубеже XX-XXI веков.
Захватывающие новые методы, которые часто приносили Нобелевскую премию заинтересованным ученым, заменили старые и дали новый импульс физике. Измерение Милликаном элементарного заряда с помощью капель масла заменялось косвенными измерениями, в которых играли роль комбинации фундаментальных констант. Скорость света никоим образом не является частью оценки и даже была основой определения единицы длины метров.
Обычно необходимо принимать измерения большего размера, так как необходимо определить фундаментальные константы. Это позволяет обнаружить расхождения. Недавние определения значительно отличаются друг от друга, чем пределы ошибок. В результате появились новые соображения и дальнейшие измерения. Первоначально значения, полученные различными исследователями из имеющихся данных, не были согласованы. Ценности, которые он предложил, были признаны на международном уровне. В своих работах он обнаружил некоторые интересные несоответствия, особенно в измерениях элементарного заряда и постоянной Ридберга.
В своей работе я основывалась на статьи журнала «Успехи физических наук»: «Фундаментальные физические константы: роль в физике и метрологии и рекомендованные значения» Каршенбойма С.Г. и «Иерархии фундаментальных констант (к пунктам 16,17 и 27 из списка В.Л. Гинзбурга)» Рубакова В.А.
1 . Понятие фундаментальных физических констант
Сегодня мы можем использовать компьютеры, чтобы помочь, и мы также знаем некоторые очень сложные процедуры, чтобы получить согласованный, согласованный набор значений из определенного объема данных. Но решающая сила оценщиков всегда имеет решающее значение. Как только вы согласитесь здесь, какие измерения необходимо предпринять, и нужно ли модифицировать исходные оценки неопределенностей измерений, статистические методы используются для определения, так сказать, беспристрастного набора значений и оценок неопределенностей.
Однако некоторые прецеденты в таких ситуациях говорят о том, что это должно быть осторожным! Экспериментальные данные можно разделить на две группы. Первыми являются так называемые вспомогательные константы; к ним относятся размеры, в десять раз более точные, чем остальные. Поэтому число констант, которые были менее известны, может быть резко уменьшено. Все эти размеры теперь известны с точностью лучше 2 - 10 8.
физический константа гравитационный
Фундаментальные физические постоянные - постоянные, входящие в уравнения, описывающие фундаментальные законы природы и свойства материи. Фундаментальные физические постоянные возникают в теоретических моделях наблюдаемых явлений в виде универсальных коэффициентов в соответствующих математических выражениях.
Можно предположить, что каждая индивидуальная комбинация менее точных констант будет влиять на значения в другом направлении, причем тренд является наиболее точным для наиболее точных измерений. В предварительной оценке следует указать, какие из имеющихся измерений следует исключить, поскольку они слишком сильно отклоняются от других и какие неопределенности должны быть расширены или ограничены. Отказ от существующих данных всегда является рискованным, тем более, что в прошлом уже было показано, что опубликованные значения группируются вокруг неправильного значения.
Слово «постоянная» в физике употребляется в двояком смысле:
· численное значение некоторой величины вообще не зависит от каких-либо внешних параметров и не меняется со временем,
· изменение численного значения некоторой величины несущественно для рассматриваемой задачи.
Физические постоянные делятся на две основные группы - размерные и безразмерные постоянные. Численные значения размерных постоянных зависят от выбора единиц измерения. Численные значения безразмерных постоянных не зависят от систем единиц и должны определяться чисто математически в рамках единой теории.
Большинство измерений объединяет небольшой статистически определенный компонент с более крупным компонентом неопределенности, который в значительной степени определяется чувством соответствующего метролога. При следующей оценке неопределенности многих констант должны быть в десять раз меньше, чем в настоящее время. Сегодняшние величины характеризуют физику века, и нужно знать, что простое существование многих из них сто лет назад едва ли было признано. Некоторые читатели, вероятно, нуждаются в значениях фундаментальных констант в их цитируемой точности.
Среди размерных физических постоянных следует выделять константы, которые не образуют между собой безразмерных комбинаций. Их максимальное число равно числу основных единиц измерения - это и есть собственно фундаментальные физические постоянные (скорость света, постоянная Планка и др.). Все остальные размерные физические постоянные сводятся к комбинациям безразмерных постоянных и фундаментальных размерных постоянных.
Однако следует отметить, что многие из определенных значений тесно взаимосвязаны. Это означает, что если одна из констант окажется ошибочной, другие будут иметь только сопоставимую точность. Поэтому предостерегает не вычислять неопределенность комбинаций констант, которые не указаны в таблице, без применения полной дисперсии, а именно матрицы ковариационной неопределенности. Питание: скорость света и радиоволны.
Петли: фундаментальные константы и граница измерения. Крамер: единицы и фундаментальные константы в физике и химии. Рейнальд Лед Натали Фишер Вальтер Грейлих Карстен Хейниш Соня Нагель Доктор. Артур Шарманн, Гиссен Доктор. В квадратных скобках стоит знак авторинга, число в круглой скобке - номер области темы; список предисловий можно найти в предисловии.
С точки зрения фундаментальных констант эволюция физической картины мира это переход от физики без фундаментальных констант (классическая физика) к физике с фундаментальными константами (современная физика). Классическая физика при этом сохраняет своё значение как предельный случай современной физики, когда характерные параметры исследуемых явлений далеки от фундаментальных постоянных.
Ульрих Килиан Кристин Вебер. Мартин Дрессел, Штутгарт Доктор Дитрих Один, Гархинг Доктор Ян Луис, Галле Доктор Карл Отто Мюннич, Гейдельберг Доктор Стефан Тейзен, Мюнхен. Необходимо определить точное положение небесных тел и тем самым устранить все те влияния, которые приводят к явной позиционной смене звезд на небесной сфере. Большинство этих констант связаны с размером, фигурой и гравитационным полем, а также с движением Земли. Внутри системы астрономических констант не все величины независимы друг от друга.
Некоторые из них являются математическими отношениями, так что оставшиеся вторичные константы могут быть рассчитаны из подходящих выбранных первичных констант. Вторичными константами являются, среди прочего. длина астрономической единицы, солнечный параллакс, солнечная масса, а также постоянная аберрации.
2 . Ха рактеристика основных фундаментальных физических констант
2 . 1 Скорость света в вакууме
Скорость света в вакууме - абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме. В физике традиционно обозначается латинской буквой «c ».
Скорость света в вакууме - фундаментальная постоянная, не зависящая от выбора инерциальной системы отсчёта (ИСО). Она относится к фундаментальным физическим постоянным, которые характеризуют не просто отдельные тела или поля, а свойства пространства-времени в целом. По современным представлениям, скорость света в вакууме - предельная скорость движения частиц и распространения взаимодействий.
Часть вторичных констант доступна для прямого наблюдения, так что существует возможность управления и создания самосогласованной целостной системы. Величина гравитационной постоянной может быть определена только эмпирически и с относительно низкой степенью точности все результаты производной, из которой используется гравитационная константа, связаны с соответствующими ошибками. По мере роста нашей вселенной мы знаем почти 90 лет. Тот факт, что все галактики удалены от нас и друг от друга, интерпретируется как вселенная, которая расширяется.
Наиболее точное измерение скорости света
с=299 792 458 ± 1,2 м/с
на основе эталонного метра было проведено в 1975 году.
На данный момент считают, что скорость света в вакууме - фундаментальная физическая постоянная, по определению, точно равная
с=299 792 458 м/с = 1 079 252 848,8 км/ч.
Точность значения связана с тем, что с 1983 года метр в Международной системе единиц (СИ) определён, как расстояние, которое проходит свет в вакууме за промежуток времени, равный 1 / 299 792 458 с. Для решения школьных задач и разного рода оценок, не требующих большой точности, обычно используют значение
Линейная связь между радиальной скоростью и расстоянием галактики описывается известным законом Хаббла. Постоянная, которая посредничает между обеими величинами, которая определяет, насколько быстро скорость галактик с их расстоянием растет, является постоянной Хаббла.
Фактически, это имя вводит в заблуждение, потому что постоянная Хаббла постоянно меняет свое значение с момента Большого взрыва. Если вы можете точно определить это значение, вы можете получить массу интересной информации о нашей вселенной. Например, возраст Вселенной - это значение констант Хаббла. Необходимо только вычислить, сколько времени оно прошло, пока Вселенная не развилась до своего текущего размера с момента Большого взрыва с известной скоростью расширения.
с=300 000 000 м/с (3Ч10 8 м/с).
В природе со скоростью света в вакууме распространяются:
· собственно, видимый свет и другие виды электромагнитного излучения (радиоволны, рентгеновские лучи, гамма-кванты и др.);
· предположительно - гравитационные волны.
Массивные частицы могут иметь скорость, приближающуюся почти вплотную к скорости света, но всё же не достигающую её точно. Например, околосветовую скорость имеют массивные частицы, полученные на ускорителе или входящие в состав космических лучей.
Однако ценность дает еще более подробные сведения о космологической модели, с помощью которой описывается наша Вселенная, например природа темной энергии или физика нейтрино. Точное значение констант Хаббла было довольно спорным. Трудность измерения обусловлена сложным определением космических расстояний, которое происходит из-за того, что мы видим видимую вселенную только как проекцию на двумерную сферу неба. С другой стороны, лучевые скорости космических объектов можно сравнительно легко измерить с помощью эффекта Допплера, что приводит к зависящему от движения смещению спектральных линий.
В современной физике считается хорошо обоснованным утверждение, что причинное воздействие не может переноситься со скоростью, большей скорости света в вакууме (в том числе посредством переноса такого воздействия каким-либо физическим телом). Существует, однако, проблема «запутанных состояний» частиц, которые, судя по всему, «узнают» о состоянии друг друга мгновенно. Однако и в этом случае сверхсветовой передачи информации не происходит, поскольку два запутанных фотона всё равно разлетаются друг от друга со скоростью света.
В дополнение к методу определения текущего значения константы Хаббла с помощью точных измерений расстояния и скорости был использован альтернативный метод измерения, основанный на космическом фоновом излучении. Это несоответствие было подтверждено измерением, основанным на дополнительном методе определения констант Хаббла. Этот эффект описывает тот факт, что кривизна пространства, вызванная массовыми скоплениями, такими как галактики, отклоняет свет подстилающих источников, подобных оптической линзе.
На астрономических снимках можно увидеть эффект эффекта гравитационной линзы, например, несколько раз увидеть объект, лежащий за линзой, или разделить на кольцо. Если удаленный объект излучает свет, интенсивность которого изменяется со временем, как, например, с активными ядрами галактик, можно измерить свет, перемещающийся по-разному с наблюдателем, в зависимости от пути, проходящего вокруг линзы есть. Измерение этих разностей во времени может быть использовано для непосредственного определения константы Хаббла.
Хотя в принципе, движение каких-то объектов со скоростью, большей скорости света в вакууме, вполне возможно, однако это могут быть, с современной точки зрения, только такие объекты, которые не могут быть использованы для переноса информации с их движением.
Например, солнечный зайчик в принципе может двигаться по стене со скоростью большей скорости света, но никак не может быть использован для передачи информации с такой скоростью от одной точки стены к другой.
Новая процедура, старое несоответствие
В дополнение к измерению различий в времени прохождения, метод основан на точном моделировании массового накопления, действующего как линза, а также на знании распределения масс на прямой видимости между источником и наблюдателем. Он получил значение постоянной Хаббла 9 километров в секунду на мегапарсек, точность которого составляет 8%. Эта точность будет продолжать расти, поскольку текущие и запланированные программы наблюдения находят тысячи дополнительных зависящих от времени систем объективов, которые могут быть измерены соответствующим образом.
2 .2 Гравитационная постоянная
Гравитационная постоянная, постоянная Ньютона - фундаментальная физическая постоянная, константа гравитационного взаимодействия.
Гравитационная постоянная фигурирует в современной записи закона всемирного тяготения, однако отсутствовала в явном виде у Ньютона и в работах других ученых вплоть до начала XIX века.
Гравитационная постоянная в нынешнем виде впервые была введена в закон всемирного тяготения, по-видимому, только после перехода к единой метрической системе мер. Возможно, впервые это было сделано французским физиком Пуассоном в «Трактате по механике» (1809). По крайней мере никаких более ранних работ, в которых фигурировала бы гравитационная постоянная, историками не выявлено.
В 1798 году Генри Кавендиш поставил эксперимент с целью определения средней плотности Земли с помощью крутильных весов, изобретённых Джоном Митчеллом (Philosophical Transactions 1798). Кавендиш сравнивал маятниковые колебания пробного тела под действием тяготения шаров известной массы и под действием тяготения Земли. Численное значение гравитационной постоянной было вычислено позже на основе значения средней плотности Земли. Точность измеренного значения G со времён Кавендиша увеличилась, но и его результат был уже достаточно близок к современному.
В 2000 г. было получено значение гравитационной постоянной
см 3 г -1 c -2 , с погрешностью 0,0014%.
Последнее значение гравитационной постоянной было получено группой ученых в 2013, работавших под эгидой Международного Бюро Мер и Весов, и оно составляет
см 3 г -1 c -2 .
В будущем, если опытным путём будет установлено более точное значение гравитационной постоянной, то оно может быть пересмотрено.
Значение этой постоянной известно гораздо менее точно, чем у всех других фундаментальных физических постоянных, и результаты экспериментов по его уточнению продолжают различаться. В то же время известно, что проблемы не связаны с изменением самой постоянной от места к месту и во времени, но вызваны экспериментальными трудностями измерения малых сил с учётом большого числа внешних факторов.
По астрономическим данным постоянная G практически не изменялась за последние сотни миллионов лет, ее относительное изменение не превышает 10 ?11 - 10 ?12 в год.
Согласно Ньютоновскому закону всемирного тяготения, сила гравитационного притяжения F между двумя материальными точками с массами m 1 и m 2 , находящимися на расстоянии r , равна:
Коэффициент пропорциональности G в этом уравнении называется гравитационной постоянной. Численно она равна модулю силы тяготения, действующей на точечное тело единичной массы со стороны другого такого же тела, находящегося от него на единичном расстоянии.
В единицах Международной системы единиц (СИ) рекомендованное Комитетом данных для науки и техники (CODATA) на 2008 год значение было
G = 6,67428 (67)·10 ?11 м 3 ·с?2 ·кг?1
в 2010 году значение было исправлено на:
G = 6,67384 (80)·10 ?11 м 3 ·с?2 ·кг?1 , или Н·мІ·кг?2 .
В октябре 2010 в журнале Physical Review Letters появилась статья, предлагающая уточнённое значение 6,67234 (14), что на три стандартных отклонения меньше величины G , рекомендованной в 2008 г. комитетом данных для науки и техники (CODATA), но соответствует более раннему значению CODATA, представленному в 1986 г.
Пересмотр величины G , произошедший в период с 1986 г. по 2008 г., был вызван исследованиями неупругости нитей подвесок в крутильных весах.
Гравитационная постоянная является основой для перевода других физических и астрономических величин, таких, например, как массы планет во Вселенной, включая Землю, а также других космических тел, в традиционные единицы измерения, например, килограммы. При этом из-за слабости гравитационного взаимодействия и результирующей малой точности измерений гравитационной постоянной отношения масс космических тел обычно известны намного точнее, чем индивидуальные массы в килограммах.
2 . 3 Постоянная Планка (элементарный квант действия)
В отличие от многих фундаментальных физических констант постоянная Планка h имеет точную дату своего рождения - 14 декабря 1900 г. В этот день профессор Берлинского университета Макс Карл Эрнст Людвиг Планк сделал доклад, в котором для объяснения излучательной способности чёрного тела была дана формула, в которой фигурировала новая для физики величина h.
Постоянная Планка (квант действия) - основная константа квантовой теории, коэффициент, связывающий величину энергии кванта электромагнитного излучения с его частотой так же, как и вообще величину кванта энергии любой линейной колебательной физической системы с её частотой. Связывает энергию и импульс с частотой и пространственной частотой, действия с фазой. Является квантом момента импульса. Впервые упомянута Планком в работе, посвящённой тепловому излучению, и потому названа в его честь. Обычное обозначение - латинское.
Часто применяется величина
называемая редуцированной (иногда рационализированной или приведённой) постоянной Планка или постоянной Дирака. Применение этого обозначения упрощает многие формулы квантовой механики, так как в эти формулы традиционная постоянная Планка входит в виде деленной на константу.
Формула Планка - выражение для спектральной плотности мощности излучения абсолютно чёрного тела, которое было получено Максом Планком для равновесной плотности излучения. Формула Планка была получена после того, как стало ясно, что формула Рэлея - Джинса удовлетворительно описывает излучение только в области длинных волн.
В 1900 году Планк предложил формулу с постоянной (впоследствии названной постоянной Планка), которая хорошо согласовывалась с экспериментальными данными. При этом Планк полагал, что данная формула является всего лишь удачным математическим трюком, но не имеет физического смысла. То есть Планк не предполагал, что электромагнитное излучение испускается в виде отдельных порций энергии (квантов), величина которых связана с частотой излучения выражением:
Коэффициент пропорциональности впоследствии назвали постоянной Планка,
1.054·10 ?34 Дж·с.
На 24-й Генеральной конференции по мерам и весам 17-21 октября 2011 года была единогласно принята резолюция, в которой, в частности, предложено в будущей ревизии Международной системы единиц (СИ) переопределить единицы измерений СИ таким образом, чтобы постоянная Планка была равной точно
h=6,62606X·10 ?34 Дж·с,
где Х заменяет одну или более значащих цифр, которые будут определены в дальнейшем на основании наиболее точных рекомендаций CODATA.
2 .4 Элементарный заряд
Элементарный электрический заряд - фундаментальная физическая постоянная, минимальная порция (квант) электрического заряда. Равен приблизительно
e=1,602 176 565 (35)·10 ?19 Кл
в Международной системе единиц (СИ). Тесно связан с постоянной тонкой структуры, описывающей электромагнитное взаимодействие.
«Любой наблюдаемый в эксперименте электрический заряд всегда кратен элементарному» - такое предположение было высказано Б. Франклином в 1752 году и в дальнейшем неоднократно проверялось экспериментально. Впервые элементарный заряд был экспериментально измерен Милликеном в 1910 году.
Тот факт, что электрический заряд встречается в природе лишь в виде целого числа элементарных зарядов, можно назвать квантованием электрического заряда. При этом в классической электродинамике вопрос о причинах квантования заряда не обсуждается, поскольку заряд является внешним параметром, а не динамической переменной. Удовлетворительного объяснения, почему заряд обязан квантоваться, пока не найдено, однако уже получен ряд интересных наблюдений.
· Если в природе существует магнитный монополь, то, согласно квантовой механике, его магнитный заряд обязан находиться в определённом соотношении с зарядом любой выбранной элементарной частицы. Отсюда автоматически следует, что одно только существование магнитного монополя влечёт за собой квантование заряда. Однако обнаружить в природе магнитный монополь не удалось.
· В современной физике элементарных частиц разрабатываются и другие модели, в которых все известные фундаментальные частицы оказывались бы простыми комбинациями новых, ещё более фундаментальных частиц. В этом случае квантование заряда наблюдаемых частиц не представляется удивительным, поскольку оно возникает «по построению».
Не исключено также, что все параметры наблюдающихся частиц будут описаны в рамках единой теории поля, подходы к которой разрабатываются в настоящее время. В таких теориях величина электрического заряда частиц должна вычисляться из крайне небольшого числа фундаментальных параметров, возможно, связанных со структурой пространства-времени на сверхмалых расстояниях. Если такая теория будет построена, тогда то, что мы наблюдаем как элементарный электрический заряд, окажется некоторым дискретным инвариантом пространства-времени. Такой подход развивается, например, в модели С. Бильсона-Томпсона, в которой фермионы стандартной модели интерпретируются, как три ленты пространства-времени, заплетённые в косу, а электрический заряд (точнее, треть от него) соответствует перекрученной на 180° ленте. Однако несмотря на изящество таких моделей, конкретных общепринятых результатов в этом направлении пока не получено.
2 .5 Постоянная Больцмана
Среди фундаментальных постоянных постоянная Больцмана k занимает особое место. Ещё в 1899 г. М. Планк предлагал следующие четыре числовых константы в качестве фундаментальных для построения единой физики: скорость света c , квант действия h , гравитационную постоянную G и постоянную Больцмана k . Среди этих констант k занимает особое место. Она не определяет элементарных физических процессов и не входит в основные принципы динамики, но устанавливает связь между микроскопическими динамическими явлениями и макроскопическими характеристиками состояния частиц. Она же входит в фундаментальный закон природы, связывающий энтропию системы S с термодинамической вероятностью её состояния W :
S = klnW (формула Больцмана)
и определяющий направленность физических процессов в природе. Особое внимание следует обратить на то, что появление постоянной Больцмана в той или иной формуле классической физики всякий раз совершенно отчётливо указывает на статистический характер описываемого ею явления. Понимание физической сущности постоянной Больцмана требует вскрытия громадных пластов физики - статистики и термодинамики, теории эволюции и космогонии.
Исследования Л. Больцмана
Начиная с 1866 г. Одна за другой выходят в свет работы австрийского теоретика Л. Больцмана. В них статистическая теория получает столь солидное обоснование, что превращается в подлинную науку о физических свойствах коллективов частиц.
Распределение было получено Максвеллом для простейшего случая одноатомного идеального газа. В 1868 г. Больцман показывает, что и многоатомные газы в состоянии равновесия будут также описываться распределением Максвелла.
Больцман развивает в трудах Клаузиуса представление о том, что газовые молекулы нельзя рассматривать как отдельные материальные точки. У многоатомных молекул имеются ещё вращение молекулы как целого и колебания составляющих её атомов. Он вводит в рассмотрение число степеней свободы молекул как число «переменных, требующихся для определения положения всех составных частей молекулы в пространстве и их положения друг относительно друга» и показывает, что из данных эксперимента по теплоёмкости газов следует равномерное распределение энергии между различными степенями свободы. На каждую степень свободы приходится одна и та же энергия
Больцмана напрямую связал характеристики микромира с характеристиками макромира. Вот ключевая формула, устанавливающая это соотношение:
1/2 mv2 = kT
где m и v - соответственно масса и средняя скорость движения молекул газа, Т - температура газа (по абсолютной шкале Кельвина), а k - постоянная Больцмана. Это уравнение прокладывает мостик между двумя мирами, связывая характеристики атомного уровня (в левой части) с объемными свойствами (в правой части), которые можно измерить при помощи человеческих приборов, в данном случае термометров. Эту связь обеспечивает постоянная Больцмана k, равная 1,38 x 10-23 Дж/К.
Заканчивая разговор о постоянной Больцмана, хочется ещё раз подчеркнуть её фундаментальное значение в науке. Она содержит в себе громадные пласты физики - атомистика и молекулярно-кинетическая теория строения вещества, статистическая теория и сущность тепловых процессов. Изучение необратимости тепловых процессов раскрыло природу физической эволюции, сконцентрировавшейся в формуле Больцмана S = klnW . Следует подчеркнуть, что положение, согласно которому замкнутая система рано или поздно придёт в состояние термодинамического равновесия, справедливо лишь для изолированных систем и систем, находящихся в стационарных внешних условиях. В нашей Вселенной непрерывно происходят процессы, результатом которых является изменение её пространственных свойств. Нестационарность Вселенной неизбежно приводит к отсутствию в ней статистического равновесия.
Заключение
Постоянная скорости света была открыта в конце XVII - начале XVIII вв. как специфическая характеристика света - ее скорость распространения. Статус с существенно вырос после опыта В. Вебера и Р. Кольрауша (1856) и последовавшем затем объединении электричества и магнетизма и создании электромагнитной теории света (Максвелл, 1860-е гг.). Дальнейшее развитие физики (открытие релятивистских преобразований, отрицательные результаты опытов по обнаружению абсолютного движения) закономерно привело к отказу от абсолютности пространства и времени, к установлению фундаментальности скорости света, операциональному определению одновременности, реабилитации принципа относительности с учетом фундаментальности с (принцип релятивистской инвариантности), открытию связи пространства и времени и переформулировке классической механики и других теорий на этой основе (Г. Лоренц, А. Пуанкаре, А. Эйнштейн, Г. Минковский).
Постоянные Планка h и Больцмана к появились в 1900 г. в результате исследования взаимодействия теплового излучения с веществом как размерные коэффициенты в законе теплового излучения. Постоянные, вводившиеся другими учеными в 1890-е годы в связи с предлагавшимися ими законами теплового излучения, являются комбинациями постоянных h, к и с и математических постоянных. В дальнейшем выяснилась эвристическая роль постоянной Планка в объяснении фотоэффекта (Эйнштейн) и теории строения атома (Бор). Дальнейшее развитие физики закономерно привело к пересмотру основ классической механики и созданию в 1925-27 гг. квантовой механики, в которой постоянная Планка играет фундаментальную роль.
Постоянная е (элементарный заряд) появилась в результате открытия законов электролиза с учетом концепции атомарного строения вещества. Роль элементарного заряда выросла в связи теорией атома и атомного ядра (квантование заряда ядра в единицах е) и с развитием физики элементарных частиц (все свободные частицы имеют заряды, кратные е). Квантование заряда в единицах е ставит элементарный заряд в один ряд с постоянными с и Л в связи с их ролью естественных масштабов физических величин. В то же время, появление е, в отличие от постоянных с и /г, не привело к пересмотру оснований физических теорий и их модификации.
Гравитационная постоянная в законе всемирного тяготения появилась не ранее начала XIX века, после реформы системы мер во Франции в конце XVIII века. Возможно, первым ее ввел С.Д. Пуассон в «Трактате по механике» (1811). Опыт Кавендиша был поставлен с целью определения средней плотности Земли, а не гравитационной постоянной, понятия которой в то время еще не существовало. Однако этот опыт открыл возможность определения численного значения гравитационной постоянной в практических единицах. Гравитационная постоянная рассматривается ныне как такая же фундаментальная постоянная, как си И, в связи с ролью планковских величин как границ применимости основных физических теорий.
Появление фундаментальных постоянных явилось закономерным результатом развития физики. Открытие и осознание фундаментального статуса постоянных привело к квантово-релятивистской перестройке всей физики, а классические теории оказались лишь предельным случаем более общих теорий, основанных на фундаментальности тех или иных постоянных.
Список литературы
1. Найдыш В.М. «Концепции современного естествознания» Учебник. - Изд. 2-е, перераб. И доп. - М.:Альфа-М; ИНФРА-М, 2003. - 622 с.
2. Журнал «Успехи физических наук», том 175, №3, Каршенбойм С.Г. «Фундаментальные физические константы: роль в физике и метрологии и рекомендованные значения», Москва, 2005 г. - 298 с.
3. Журнал «Успехи физических наук», том 177, №4, Рубаков В.А. «Иерархии фундаментальных констант (к пунктам 16,17 и 27 из списка В.Л. Гинзбурга)», Москва, 2007 г. - 414 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
История науки свидетельствует, что естествознание, возникшее в ходе научной революции XVI–XVII вв., было связано с развитием физики. Механистическая, электромагнитная картины мира. Становление современной физической картины мира. Материальный мир.
реферат , добавлен 06.07.2008
Квантово-полевая (неклассическая) картина мира, суть ее принципов. Особенности принципов соответствия и суперпозиции. Концепция детерминизма, динамические и статистические закономерности. Принципы эволюционно-синергетической (современной) картины мира.
реферат , добавлен 30.10.2012
Научные картины мира и научные революции в истории естествознания. Изучение физической картины мира в ее развитии. Явления электричества и магнетизма. Квантово-релятивистская физическая картина мира, законы электродинамики. Общая теория относительности.
реферат , добавлен 11.02.2011
Характеристика современной естественно-научной картины мира. Междисциплинарные концепции как важнейшие элементы структуры научной картины мира. Принципы построения и организации современного научного знания. Открытия XX века в области естествознания.
контрольная работа , добавлен 18.08.2009
Общие контуры и основные принципы построения современной естественно-научной картины мира. Синтетическая теория эволюции (синтез генетики и дарвинизма). Постулат о способности материи к саморазвитию в философии. Общий смысл комплекса синергетических идей.
реферат , добавлен 26.07.2010
Особенности формирования научной картины мира в эпоху становления классического естествознания. Развитие физики как науки. Исследование роли внутренних и внешних факторов в формировании физической картины мира. Новая гелиоцентрическая парадигма Коперника.
реферат , добавлен 27.12.2016
Исторические этапы и структура процессов эволюции. Суть теории бифуркации в синергетике. Кризис современной цивилизации и пути выхода. Синергетика как составляющая научной картины мира. Идея самоорганизации системы. Эволюционно-синергетическая концепция.
презентация , добавлен 22.11.2011
Античное естествознание как синтез натурфилософских идей и научных прозрений о "природы вещей". Эра механицизма в естествознании как становление системного знания действительной науки. Современная космологическая естественно-научная картина мира.
реферат , добавлен 05.06.2008
Научная картина мира в системе теоретического и эмпирического знания: понятие, функции, принципиальные особенности. Принципы универсального эволюционизма: системный, эволюционный, термодинамический подход. Обоснование универсального эволюционизма.
курсовая работа , добавлен 14.11.2007
Современная научная картина мира. Фундаментальные воздействия и фундаментальные законы в материальном мире. Геофизическое строение и эволюция Земли. Уникальность планеты Земля в ряду других планет Солнечной системы. Концепция устойчивого развития.
Похожие статьи
