Номер 10, страница 273 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

10. Какие общенаучные (философские) принципы были сформулированы в современной физической картине мира?

Современная физическая картина мира, сформировавшаяся в XX веке на основе теории относительности и квантовой механики, внесла революционные изменения в научное мировоззрение. Она породила ряд новых общенаучных и философских принципов, которые коренным образом изменили представления о пространстве, времени, материи, причинности и самом процессе познания.

Принцип относительности

Сформулированный А. Эйнштейном, этот принцип является основой специальной и общей теории относительности. Он утверждает, что все физические законы инвариантны (имеют одинаковую форму) во всех инерциальных системах отсчета. Философское значение этого принципа заключается в отказе от понятий абсолютного пространства и абсолютного времени, которые были фундаментальными в классической механике Ньютона. Пространство и время оказались неразрывно связанными в единый четырехмерный пространственно-временной континуум, свойства которого зависят от распределения массы и энергии. Это привело к пониманию относительности одновременности событий, длин и промежутков времени, а также к эквивалентности массы и энергии ($E=mc^2$).

Ответ: Принцип относительности утверждает инвариантность физических законов и приводит к относительности пространства и времени, объединяя их в единый континуум, свойства которого зависят от материи и энергии.

Принцип соответствия

Предложенный Н. Бором, этот принцип устанавливает связь между новой (квантовой или релятивистской) и старой (классической) теориями. Согласно принципу соответствия, в предельных случаях, когда условия применимости новой теории совпадают с условиями старой (например, для макроскопических тел, при скоростях, малых по сравнению со скоростью света, или при больших квантовых числах), законы новой теории должны переходить в законы классической физики. Этот принцип имеет огромное методологическое значение, так как обеспечивает преемственность научного знания и показывает, что новые, более общие теории не отбрасывают старые, а включают их в себя как частные случаи, очерчивая границы их применимости.

Ответ: Принцип соответствия гласит, что новая физическая теория должна в предельных случаях сводиться к старой, проверенной теории, обеспечивая преемственность и эволюционное развитие научного знания.

Принцип дополнительности

Также сформулированный Н. Бором, этот принцип является одним из столпов копенгагенской интерпретации квантовой механики. Он гласит, что для полного описания квантового объекта необходимо использовать взаимоисключающие (дополнительные) наборы классических понятий. Например, микрообъект может проявлять как волновые, так и корпускулярные свойства, но никогда одновременно в одном и том же эксперименте. Выбор экспериментальной установки определяет, какое из этих свойств проявится. Философски это означает, что наше описание реальности на микроуровне зависит от способа взаимодействия с ней (роль прибора и наблюдателя), и что объективная реальность не может быть полностью познана в рамках одного классического описания.

Ответ: Принцип дополнительности утверждает, что для полного описания микрообъекта необходимо использовать взаимоисключающие классические понятия (например, волновые и корпускулярные свойства), которые дополняют друг друга.

Принцип неопределенности

Математически сформулированный В. Гейзенбергом, этот принцип является количественным выражением принципа дополнительности. Он устанавливает фундаментальный предел точности, с которой можно одновременно измерить пары сопряженных физических величин, таких как координата ($x$) и импульс ($p_x$) частицы. Соотношение неопределенностей выглядит как $\Delta x \cdot \Delta p_x \ge \hbar/2$, где $\hbar$ — редуцированная постоянная Планка. Этот принцип подрывает классический детерминизм (лапласовский детерминизм), согласно которому, зная положение и импульс всех частиц во Вселенной в один момент времени, можно точно предсказать ее будущее. В квантовом мире будущее принципиально вероятностно.

Ответ: Принцип неопределенности устанавливает фундаментальный предел на одновременное точное измерение сопряженных величин (например, координаты и импульса), что вносит в физику элемент принципиальной непредсказуемости и вероятностности.

Вероятностный характер законов микромира

В отличие от классической физики, где законы носят строгий детерминистский характер, законы квантовой механики являются статистическими (вероятностными). Основное уравнение квантовой механики — уравнение Шрёдингера — описывает эволюцию волновой функции, квадрат модуля которой определяет плотность вероятности нахождения частицы в той или иной точке пространства или в определенном состоянии. Это означает, что на фундаментальном уровне природа управляется случайностью. Мы можем предсказать лишь вероятность того или иного исхода эксперимента, но не сам исход. Этот принцип изменил само понятие физического закона, перейдя от жесткой причинности к вероятностной.

Ответ: Фундаментальные законы микромира, описываемые квантовой механикой, носят вероятностный, а не детерминистский характер, предсказывая лишь вероятности исходов физических процессов.

Принцип системности и целостности (нелокальность)

Современная физика рассматривает Вселенную не как совокупность отдельных, изолированных объектов, а как единую целостную систему. Ярчайшим проявлением этого является квантовая запутанность (entanglement), когда две или более частицы оказываются в состоянии, где их характеристики взаимосвязаны независимо от расстояния между ними. Измерение параметра одной частицы мгновенно определяет соответствующий параметр другой. Это явление нелокальности указывает на глубокую взаимосвязанность всего сущего, что противоречит классическим представлениям о локальности взаимодействий и составляет основу для системного подхода в познании.

Ответ: Современная физика, особенно через явление квантовой запутанности, утверждает принцип системности и нелокальной целостности мира, где части системы могут быть мгновенно взаимосвязаны независимо от расстояния.