Правительство Москвы Московский комитет образования Московский городской педагогический университет Юридический факультет
Скачать 3.86 Mb.
|
39. Элементарные частицы – субатомные объекты, представляющие собой специфическую форму структурной организации вещества в микромире. Могут быть стабильными: электрон, протон, нейтрино, фотон и нестабильными: нейтрон, различные мезоны и гипероны, а также представлять класс особенно короткоживущих, (порядка 10-24 сек.), называемых резонансными. Лептоны составляют класс легких частиц, мезоны – это промежуточные по массе между барионами (т.е. тяжелыми или, правильнее, массивными частицами) и лептонами, а гипероны – это «сверхмассивные» частицы. В настоящее время с помощью ускорителей обнаружено очень большое количество элементарных частиц (несколько сотен), представляющих класс адронов (т.е. сильно взаимодействующих), среди которых только барионы – протон и нейтрон широко распространены и составляют основу строения мира. Все остальные объекты микромира короткоживущи и практически мгновенно распадаются за счет слабого или сильного взаимодействия. В действительности (кроме лептонов – фотона и нейтрино и м.б. электрона) все эти объекты элементарными не являются, а имеют сложную внутреннюю структуру. Согласно современной теории элементарных частиц, все частицы (кроме лептонов) можно «построить» посредством известной комбинации «истинно элементарных» частиц – т.н. кварков (см.). Следует заметить, что введенное в физику микромира название лептоны (легкие), соответствующее подразделению объектов по массе, относительно более тяжелых протона и нейтрона (барионов), не отражает современное положение вещей – так, например, «тау»-частица, относящаяся по всем признакам к лептонам, имеет массу, превышающую массу типичных барионов и даже гиперонов. Все элементарные частицы (кроме фотона) имеют соответствующие античастицы, фотон является сам себе античастицей. Поведение элементарных частиц, их взаимодействие с полями и процессы их взаимопревращений достаточно хорошо описываются законами квантовой механики. Все, представленные в таблице частицы, согласно принципу симметрии, имеют соответствующие античастицы. Таблица некоторых основных элементарных частиц: Название масса (э.м.) заряд время жизни (сек) А). Лептоны: Электрон 1 -1 стабилен Мюон 206,7 -1 2,2*10-6 Тау-лептон 3536,0 -1 10-12 Электронное нейтрино 0 0 стабильно Мюонное нейтрино 0 0 стабильно Тау-нейтрино 0 0 стабильно Б). Мезоны – (пионы и каоны): Пи-мезон (заряж.) 273,2 -1 2.56*10-8 Пи-мезон (нейтр.) 260 0 4*10-16 Ка-мезон (заряж.) 966,5 -1 1,22*10-8 Ка-мезон (нейтр.) 966 0 10-10 В). Гипероны: Лямбда-ноль 2182 0 2,63*10-10 Сигма-плюс 2333 +1 0,8*10-10 Сигма-минус 2348 -1 1,48*10-10 Сигма-ноль 2339 0 6,0*10-20 Кси-ноль 2220 0 2,9*10-10 Кси-минус 2592 -1 1,65*10-10 Омега-минус 3280 -1 1,1*10-10 Одной из самых фундаментальных характеристик элементарных частиц является спин. Спин (от англ. вращаться) – это собственный механический момент количества движения (импульса) элементарных частиц или атомных ядер, имеющий квантово-механическую природу и не связанный с движением частицы как целого. Спин имеет векторный характер (т.е. характеризуется величиной и направлением) и может служить для ориентации частицы в данной системе координат. Спиновое квантовое число измеряется в единицах постоянной Планка и может иметь целое, полуцелое и нулевое значение. В соответствии с этим по статистическим закономерностям поведения ансамбля частиц их относят к фермионам или бозонам. Представление о спине возникло на заре развития квантовой механики и связано с классической аналогией, согласно которой частица (в виде шарика) вращается вокруг своей оси (как волчок), что и приводит к появлению вектора момента импульса. По той же аналогии вводится другой квантовый параметр, характеризующий движение электрона вокруг атомного ядра по соответствующим орбитам – т.н. орбитальный момент количества движения. На самом деле и спин частиц, и орбитальный момент количества движения электрона являются чисто квантовыми понятиями, имеющими очень отдаленное сходство с их прототипами из мира классической механики. Концепция спина была введена в физику элементарных частиц в 1925 году американскими физиками Дж. Уленбеком и С. Гаудсмитом, исходившими из экспериментальных данных по магнитным свойствам отдельных электронов. Однако здесь выявился квантовомеханический парадокс, заключающийся в аномальной величине собственного магнитного момента электрона, который оказался в два раза больше, чем следует из классической электродинамики в модели вращающегося вокруг своей оси электрически заряженного шарика. Из ряда других экспериментов со спином электрона при вращении его в магнитном поле следует, что электрону свойственна особая форма вращательной симметрии, состоящая в том, что для возвращения электрона в исходное состояние необходимо совершить полный поворот не на 360 градусов, как в макромире, а на 720, т.е. по нашим понятиям совершить не один, а два полных оборота. Интересно то, что при, условно говоря, движении электрона по атомным орбитам, которое характеризуется орбитальным механическим моментом количества движения, связанная с этим «вращением» величина магнитного момента никаких аномалий не проявляет. Это свидетельствует о том, что такие особенности пространственной метрики микромира, как особого уровня реальности, которые в современной физике принято считать его фундаментальными свойствами, недоступны классическому сознанию и требуют для описания и интерпретации использования строгого математического языка квантовомеханического формализма. Любые попытки наглядного толкования этих и других необычных свойств мира элементарных частиц в доступных человеку образах и понятиях здравого смысла с привлечением привычных аналогий из классической науки для введения новых знаний в общекультурный контекст в целом искажают и огрубляют картину микромира, часто закрепляя в сознании удобные популярные заблуждения. В некоторых случаях в картину микромира даже вносятся элементы антропоморфизма, вроде представлений о свободе воли электрона при трактовке вероятностного и неоднозначного поведения квантовых объектов. Такие гипотезы довольно серьезно обсуждались неспециалистами в первой половине 20-го века, однако в действительности подобные эффекты, характерные для микромира, подпадают под действие принципа неопределенности и объясняется чисто естественнонаучным образом. (См. также: Электрон, Позитрон, Нейтрон). 40. Энтропия – (от греч. поворот, превращение), функция состояния термодинамической системы, определяемая для обратимого процесса как отношение количества тепловой энергии Q, сообщенной системе или отведенной от неё к абсолютной температуре T, при которой проходил этот обратимый процесс: S=(Q2-Q1)/T0 K. Например, при плавлении твердого тела энтропия равна количеству теплоты, затраченной на этот процесс, деленному на температуру плавления по абсолютной шкале Кельвина. Основной принцип термодинамики (т.н. второе начало термодинамики) гласит, что в замкнутой системе в необратимых процессах энтропия всегда возрастает или в случае идеального циклического процесса без тепловых потерь (полностью обратимого), её изменение равно нулю. Энтропия характеризует направление тепловых процессов, причем самопроизвольно тепло может переходить только от более нагретого тела к менее нагретому, что соответствует возрастанию энтропии и приводит к выравниванию температуры во всей системе тел, т.е. к равновесному состоянию, или состоянию теплового хаоса, которое характеризуется максимальным значением энтропии. Обратный процесс без затраты энергии извне невозможен, и если на замкнутую систему не оказывать никакого воздействия, она постепенно придет в такое состояние, в котором кроме малых флуктуаций, никаких процессов не происходит – т.н. равновесное термодинамическое состояние теплового хаоса, или «тепловой смерти». Понятие энтропии в 1865 году ввел в термодинамику выдающийся немецкий физик Рудольф Клаузиус, он же сформулировал второе начало термодинамики и, считая Вселенную замкнутой системой, пришел к выводу о её неизбежной «тепловой смерти», поскольку, согласно его формулировке: «Энергия Вселенной есть величина постоянная, энтропия Вселенной стремится к максимуму». В 1872 году выдающийся австрийский физик Людвиг Больцман на основании статистической модели сложных термодинамических систем связал энтропию с вероятностью того или иного состояния системы, т.е. показал, что энтропия с точки зрения статистической физики – это мера упорядоченности или неупорядоченности элементов системы. Если в данной системе осуществилось W элементарных состояний, то величина энтропии S равна: S=k*ln W , где k = 1,381*10-23 Дж/Кельвин – постоянная Больцмана. Отсюда видно, что наиболее вероятное состояние любой системы – это состояние равновесного хаоса, т.е. беспорядка, когда количество микросостояний её элементов очень велико и отсутствуют какие-либо различия между отдельными областями системы. Такое состояние характеризуется большим значением энтропии и следовательно, отсутствием порядка в структуре, в то время как уникальная, идеально упорядоченная (м.б. почти невероятная), система с одним возможным устойчивым состоянием или какая-нибудь редчайшая, но очень продуктивная флуктуация имеют очень малое или нулевое значение энтропии, (т.к. логарифм единицы в формуле Больцмана равен нулю). Современная трактовка понятия энтропии в больцмановском виде на основе идей синергетики считает Вселенную такой суперсистемой, к которой нельзя приложить понятие замкнутой системы и в которой, при её практической бесконечности и неравновесности, могут в качестве больших флуктуаций происходить редкие и необратимые во времени диссипативные процессы самоорганизации и самоупорядочения структур с локальным уменьшением энтропии. И наконец, загадка антиэнтропийной деятельности живого вещества, создающего и поддерживающего свою структуру в порядке длительное время, объясняется тем, что живой организм также не является замкнутой системой, а наоборот – принципиально открытой, участвующей в постоянном обмене веществ, энергии и информации с внешней средой. К деятельности живых организмов применимы все выводы теории самоорганизации в сложных неравновесных системах. Трофические цепи в биосфере сложились таким образом, что каждый вид на каждой стадии, начиная с автотрофов, всё в большей степени упорядочивает вещество, служащее пищей организмам более высокой ступени, т.е. затрачивая внешнюю энергию, живые организмы с определенным (и в принципе не очень высоким) КПД как бы создают в природе запас отрицательной энтропии, повышая при этом энтропию и, следовательно, беспорядок в окружающей среде. По образному выражению одного из создателей квантовой механики Э. Шредингера, живые организмы питаются отрицательной энтропией (т.н. негэнтропией), заключенной в высокоупорядоченном органическом веществе. С точки зрения физики жизнь протекает в постоянной борьбе деградирующего и хаотизирующего влияния процессов самопроизвольной термодинамической деструкции и распада менее вероятных сложных структур в более вероятные простые (согласно второму началу термодинамики) и противоэнтропийной деятельности живых организмов, восстанавливающей порядок в нарушенных структурах, за счет использования внешних источников энергии. Это происходит согласно тому принципу порядка, который закодирован в самой упорядоченной структуре, созданной природой – молекуле ДНК, носительнице генетической наследственной информации о принципах строения и развития каждого данного вида организмов. Естественная смерть одного организма – это локальная победа энтропии и равновесного хаоса над индивидуальной сложностью, гармонией и порядком, но это вместе с тем и залог возникновения новых параметров порядка, появления и развития в природе новых форм, а значит, и новых разнообразных видов организмов и типов экосистем. Универсальность понятия энтропии стала особенно осознаваться с появлением в информатике формулы, выведенной в 1947 году американским математиком и специалистом по передаче информации Клодом Шенноном, которая аналогична формуле Больцмана, где информация получает количественную меру, а энтропия трактуется как мера первоначальной неопределенности исхода какого-либо опыта стохастического типа, - т.е. как мера статистического разнообразия исходов операций со случайной величиной в процессах передачи информации (см.). Этот вывод Шеннона вполне соответствует высказыванию самого Больцмана о том, что энтропия вообще есть мера недостающей информации о состоянии сложной системы. В этой трактовке информация уже выступает в качестве меры порядка, а всякий процесс получения информации становится инструментом упорядочивания хаотических потоков различной природы в соответствующих сложных системах любого типа и создает условия для появления в них устойчивых организованных структур. Аналогия, использующая формальное сходство между разнообразием термодинамических микросостояний физических систем и разнообразием вероятностных исходов в информационных системах, оказалась универсальной и весьма продуктивной в общенаучном смысле. Так, считая разумную человеческую культурную деятельность процессом, создающим целенаправленные энергетические потоки и упорядоченные структуры, ранее не существовавшие в природе, в которых актуализирована или закреплена конкретная информация, резко уменьшающая меру неопределенности, можно согласиться с мнением выдающегося отечественного культуролога Ю.М. Лотмана о том, что «культура есть устройство, вырабатывающее информацию». Любой текст или изделие, созданные разумной деятельностью человека представляют собой упорядоченные структуры, возникшие как результат антиэнтропийных процессов локального масштаба, требующие соответствующих затрат энергии и повышающие энтропию и хаос в окружающей среде (суперсистеме). Причем, чем "уникальнее" творение, тем, в некотором смысле, величина энтропии, характеризующая это состояние упорядоченного материала, меньше и тем «необратимее» во времени «траектория развития» этого процесса. Антиэнтропийная деятельность культуры, происходящая аналогично жизнедеятельности организмов, отмечена Лотманом так: «Основная работа культуры состоит в структурной организации окружающего человека мира. Культура – это генератор структурности и этим она создает вокруг человека социальную сферу, которая, подобно биосфере, делает возможной жизнь, но не органическую, а общественную». Таким образом, на основе этой аналогии проводится важная общесистемная параллель между антиэнтропийным характером совокупных процессов самоорганизации в «первой природе» - биосфере, где определяющим фактором прогрессивной эволюции видов является спонтанное самоупорядочение биологической информации, и также антиэнтропийной, но только уже целенаправленной структурной организацией окружающей человека среды и создания в процессе этой деятельности «второй природы» – т.е. сферы человеческой культуры. В таких же антиэнтропийных понятиях, (называя упорядоченные структуры стройностями), выражал смысл эволюции живой материи и человеческого культурного развития один из представителей русской космической философии естественнонаучного направления, – известный физик и математик Н.А. Умов: «Эволюция живой материи в общих чертах увеличивает количество и повышает качество стройностей в природе. По отношению к человеку эволюция выражается тем, что он вводит в круг своих стройностей растительное и животное царство, в своих орудиях и машинах распространяет эти стройности на неорганизованную материю и борется во имя этих стройностей со случайным распорядком событий в природе <…> Стройность есть необходимый признак живой материи». Общий принцип самоорганизации в сложных неравновесных системах как процесс создания упорядоченных психо-информационных структур, использует в своих теориях личности и выдающийся швейцарский психолог Карл Густав Юнг. По Юнгу упорядочивание отношений в системе «индивидуальное сознание - коллективное бессознательное» происходит в процессе индивидуации личности. Этот процесс, как и любой процесс упорядочивания, представляет собой антиэнтропийную деятельность индивидуума, прилагающего энергию для преодоления энтропийного хаоса бессознательного и создания условий для самоидентификации. Таким образом, Юнг кладет в основание психологии, а Лотман – в основание культурологии один из универсальных принципов всего естествознания, и этот подход к трактовке психических процессов и важнейших феноменов человеческого поведения – с одной стороны, и закономерностей совокупной историко-культурной деятельности человечества – с другой, интегрирует гуманитарные науки в самый широкий контекст человеческого знания и служит преодолению оппозиции «двух культур» (см.). Общий закон возрастания энтропии в замкнутых системах, отражающий переход термодинамической или информационной системы к состоянию равновесного теплового или информационного хаоса, распространяется и на социально-культурную сферу существования человечества. Развитие любой изолированной от мирового сообщества тоталитарной закрытой государственной системы требует для поддержания равновесного состояния минимума творческой энергии, но со временем неизбежно, в силу возрастания энтропии, обречено на культурный застой и деградацию (равновесный хаос). Открытая социальная структура, испытывая постоянные влияния извне (флуктуации различной природы), может в своей траектории развития выйти в область, далекую от равновесия (состояние турбулентного хаоса). Однако именно (и только) при таком неравновесном состоянии государственной системы, целенаправленно приложив «социальную энергию», можно повысить вероятность появления новых параметров порядка и, следовательно, пусть через социальные потрясения (бифуркации) создать условия для процесса самоорганизации новых структур. Пути эволюции или траектории развития самоорганизующейся государственной или социальной системы также, как и для любого сложного нелинейного процесса, определяются существующими для таких структур аттракторами, или притягивающими множествами решений. Таковыми являются известные в истории мировой цивилизации типы государственного устройства, вероятность осуществления каждого из которых зависит от многих факторов - как внутренних, так и внешних. Эти известные в истории события (эмпирические факты), хоть каждое из которых по-своему уникально и неповторимо, имеют похожие общесистемные черты. Их энтропийный характер и бифуркационная необратимость во времени получают, с данной точки зрения, общенаучное теоретическое объяснение. Таким образом, понятие энтропии, так же как и понятие энергии, приобретает в современной постнеклассической науке универсальный и фундаментальный смысл одной из основных категорий познания мира и человека. ******************************************************** Некоторые дополнительные сведения по дисциплине КСЕ |
Похожие:
 | Московский городской педагогический университет Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования города Москвы |  | Московский городской психолого-педагогический университет Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования города Москвы |
| Учебно-методический комплекс дисциплины ооп 050100. 62 «Педагогическое образование» Департамент образования города Москвы Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования города Москвы... | | Программа вступительных испытаний в магистратуру по направлению 44.... Департамент образования города москвы государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования... |
| Повышение эффективности взаимодействия участников учебного процесса Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования города Москвы «Московский городской педагогический... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования города Москвы «Московский городской педагогический... |
| Московская Городская Педагогическая Гимназия-лаборатория» «Московский... Руководитель – К. Х. Н., доцент кафедры «Органическая химия мгпу» Ройтерштейн Дмитрий Михайлович | | Московский городской психолого-педагогический университет |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Программа предназначена для поступающих на второй и последующие курсы Педагогического института физической культуры и спорта Государственного... | | «московский психолого-социальный университет» юридический факультет утверждаю Автор-составитель – Вериго Сергей Александрович, кандидат экономических наук, доцент |
| К детям в образовательном процессе Международных Педагогических Чтений, руководитель лаборатории гуманной педагогики при гоу впо московский Городской Педагогический... | | Московский городской педагогический университет Научная специальность: 13. 00. 02 Теория и методика обучения и воспитания (иностранные языки) (педагогические науки) |
| Московский городской психолого-педагогический университет Факультет... Министерством образования и науки Российской Федерации. В 2012-2013 учебном году литературное образование в школе на базовом уровне... | | Отчет по исполнению I этапа Государственного контракта №05. 043.... Исполнитель (Поставщик): Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования города Москвы... |
| Московский государственный университет имени м. В. Ломоносова юридический факультет ... | | Отчет по исполнению I этапа Государственного контракта №05. 043.... Исполнитель (Поставщик): Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования города Москвы... |
