Мир элементарных частиц. Классификация элементарных частиц.

Давно было установлено, что все вещества состоят из атомов. Сначала атом считали наименьшей неделимой, элементарной час-тицей вещества. Потом был открыт электрон — отрицательно заря-женная микрочастица. Электроны входят в состав всех атомов. Так как атом в целом электро-нейтрален, то он должен иметь и положительно заряженные частицы-протоны. Эйнштейн высказал предположение о су-ществовании фотона — частицы с массой покоя, равной нулю. Далее были открыты нейтрино, нейтрон, позитрон и т.д. К настоящему времени известно более 350 различных элементарных частиц.

Свойства: 1. Электрон обладает механическим и магнитным моментами. М-еханический и магнитный моменты электрона — чисто квантовые свойства, которые нельзя объяснить наглядно, с позиций классической физики. 2. Превращаемость друг в друга. При b-распаде из ядра атома вылетает электрон, которого первоначально там не было: нейтрон превращается в протон и элек-трон, при этом суммарный заряд сохраняется. Оказалось, что в некоторых случаях баланс энергии не соблюдается. В. Паули предположил, что при b-распаде из ядра вместе с электроном выле-тает ещё одна частица, которая уносит с собой энергию, так что ба-ланс энергии соблюдается. Эта частица электрически нейтральна и её масса покоя близка к нулю или даже равна нулю. Э. Ферми пред-ложил назвать её нейтрино. 3. При определённых условиях взаимодействать между собой. Между заряженными час-тицами, согласно классической точке зрения, имеет место электро-магнитное взаимодействие. А с точки зре-ния квантовой теории этот процесс представляет собой обмен фото-нами между частицами. Япон-ский физик Юкава показал, что ядерные силы являются результатом обмена между нуклонами (протонами и нейтронами). И такие частицы были обнаруже-ны в космических лучах; их назвали мезонами ("промежуточными"). Ядерное взаимодействие называется сильным. Взаимодействие нейтрино с веществом, в котором участ-вуют все элементарные частицы, - слабое взаимодействие. 4. Каждой элементарной частице соот-ветствует своя античастица. Из теории П.Дирака следовало, что кроме обычного электрона должна существовать частица с массой электрона, но с положительным зарядом, по абсолютной величине равным заряду электрона- позитрон. Частица и античастица при столкновении анни-гилируют, — уничтожают друг друга, при этом возникают другие частицы. Например, электрон и позитрон превращаются в два фото-на, протон и антипротон — в четыре мезона. При аннигиляции вы-полняются обычные законы сохранения, а также некоторые другие законы, свойственные только элементарным частицам. Каждая элементарная частица имеет своё время существования. Частица, возникшая при аннигиляции, через некоторое время исче-зает без какого бы то ни было внешнего воздействия. Протон, электрон, нейтрино и их античастицы существуют неограниченно долго, это — стабильные частицы. А нейтрон превращается в группу мезонов примерно через 16 минут. В 60-ых годах было установлено, что протон и нейтрон — тоже не-элементарные частицы, они состоят из других, более элементарных частиц — кварков.Фотон--Лептоны (легкие частицы): электроны, нейтрино--Мезоны--Барионы (тяжёлые частицы) нуклоны, гипероны.

Проблема единства физики. В природе наблюдается 4 типа сил, 4 фундаментальных взаимодействия: Сильное (ядерное, связывающее протоны и нейтроны в ядрах химических элементов); электромагнитное; слабое(огтветственное за сравнительно медленные распады) и гравитационное(приводящее к закону всемирного тяготения Ньютона).

Эти 4 взаимодействия связаны, но можно их объединить в одну концепцию.

Слабое и электромагнитное взаимодействия же объединены в одну общую концепцию. Но идея Всемирного объединения воплотилась бы в жизнь, если бы соединились все 4 взаимодействия в одну концепцию. Стремление создать единую физику.

Формы организации научного знания. Критерии научности знания. Поясним харак-терные черты науки, что позволит отличать науку от ненаучного знания:1. Достоверность. Выводы науки допускают проверку по правилам, устанавливаемым в самой науке.2. Универсальность. Всё можно подвергнуть научному исследованию. 3. Фрагментарность. Наука изучает различные фрагменты реальности и делится на от-дельные дисциплины. Ни одна из них не постигает мир в целом, каждая изучает лишь какую-то одну сторону действительности. 4. Незавершенность. Смысл науки в беспредель-ном продвижении на пути, где нет конечной цели; любой резуль-тат — лишь ступень для последующего развития. 5. Систематичность. Наука имеет структуру, не является простым набором отдельных составляющих её частей. 6. Преемственность 7. Критичность. 8. Внеморальность. 9. Рациональность и чувственность. 10. 0бщезначимость и обезличенность. Личность учёного никак не отражается на научных результатах.

Понятие «система», «структура», «элемент». Становление и сущность системного подхода. Системный подход – это постнеклассическая наука. Система – это вещь. (Маркс «Капитал») в первой пол. 20 в. Теории. Системы развивал Богданов Вернадский. В сер. 20 в. Когда системный подход проявил свою значимость возникла на стыке математики, философии, психологии – ОТС (общая теория относительности). Росс Эмби, Фон, Винер. В 50-60-е года 20 в. Возникла кибернетика. В 60-70 синергетика.

СИСТЕМА – это огранмченное, самостоятельное и материальное образование, обладающее ценностью.

Три признака системы: - расчленённость – связанность - целостность

Самое трудное при образовании системы – установление связанности частей.

ЭЛЕМЕНТ – компонент, который способен к самостоятельному осуществлению какой-либо функции. Должен обладать устойчивостью и качественной определённостью. Элементы связаны между собой, но взаимодействуют избирательно, поэтому качество связи зависит от того, какими сторонами взаимодействуют элементы между собой.

СТРУКТУРА – это совокупность устойчивых отношений между элементами. Относительно устойчивая система связей. Одни и те же элементы при взаимодействии образуют различные структуры. Одна и та же система может иметь несколько структур. Структура в определённом смысле независима от элемента.

Элемент и структура в системе образуют противоположности. Элементы меняются, структура неизменна. Вещь, Будучи целостной системой не изолирована от других, она сотрудничает с ними, как следствие, образование новых систем. В результате, материальный мир предстаёт в виде иерархии систем.

Классификация систем: материальные и идеальные; статичные и динамические; закрытые и открытые; однородные и разнородные.

Понятие и принцип синергетики. Любая макроскопическая система с течением времени переходит в состояние неупорядочное, хаотическое. Переход систем в беспорядочное состояние связано с законом возрастания энтропии замкнутой системы. В природе происходят процессы образования упорядочных структур из хаоса. Эти процессы и называются самоорганизацией. Этот процессы типичное свойство для нашего мира, следовательно, они должны подчиняться всеобщим закономерностям. Соответствующее научное направление получило название синергетика (основоположники – Пригожин и Хакен). Синергетика исследует возникновение новых структур за счет разрушения старых.Синергетика изучает принципы функционирования систем, в которых из беспорядочного хаотического состояния самопроизвольно возникают упорядочные пространственные, временные и пространственно - временные структуры. Свойства частиц, способных к самоорганизации: 1.процессы самоорганизации происходят в открытых системах, а если они происходят в замкнутых системах, то можно всегда найти такую открытую подсистему, в которой и происходит самоорганизация. 2. самоорганизация возможна лишь в системах, состоящих из большого числа элементов (только там возможно возникновение неоднородности, вокруг которой формируются структуры.) 3. Эволюция систем способных к самоорганизации описывается нелинейными уравнениями. 4. самоорганизация всегда связана с самопроизвольным снижением симметрии. Бифуркация- это точка, в которой определяется дальнейшее непредсказуемое направление эволюции систем. Синергетика это создание качественно естественного нового, связанное с событием в точке бифуркации. Представление об объективности случайного становиться фундаментальным принципом современной науки.

СИНЕРГЕТИКА – область научных исследований коллективного поведения частей сложных систем, связанных с неустойчивостями и касающихся процессов самоорганизации. Синергетика является теорией самоорганизации систем различной природы.