Автор работы: Пользователь скрыл имя, 08 Февраля 2013 в 09:39, контрольная работа
Работа содержит ответы на вопросы для экзамена (или зачета) по дисциплине "КСЕ"
МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИНСТИТУТ «ИНФО-
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Концепции современного
Выполнила студентка: Акулич Г.П. № 23774
Группа : Экономика (финансы и кредит)
Контрольная работа 1
Вариант № 4
1.2.4
Может ли классическая механика разрешить «путешествие» из будущего в прошлое? Почему?
Классическая механика работает лишь в определенных пределах, при скоростях распространения взаимодействия, меньших скорости света, и массах, больших грамма. Движение с отрицательным временем полностью эквивалентно движению с положительным временем. Таким образом, классическая механика не устанавливает знака времени и следовательно, движение обратимо. Поэтому формально в равной степени возможны события, происходящие как от прошлого к будущему, так и от будущего к прошлому. Например, если мы будем осуществлять обратную «прокрутку» кинопленки, на которой снято перемещение точки в таком движении, то не сможем отличить прямого хода времени от обратного.
1.2.7
В чем заключается вклад
Галилея и Ньютона в
Галилей положивший в основу физики не философию, а эксперимент, считал, что количественным параметром, определяющим движение, изменяющим его, является именно ускорение - вариация в состоянии движения. А ускорение, как выяснилось далее, как раз и связано с параметрами причины и характера движения - понятиями силы и массы. Это уже динамика, которая на самом деле может рассматривать глубже и более широко не только понятие механического движения, но вообще действие всех сил в природе и обществе, если применить к ним физические модели. В связи с рассмотрением траекторий, следуя Галилею, мы можем рассматривать физический мир как набор траекторий, которые являются функциями времени.
Ньютон максимально использовал работы своих предшественников, особенно детальные эксперименты и рассуждения Галилея. Ему удалось дать полное количественное описание динамики движущихся тел, и она, эта динамика, не отменена современной наукой, прекрасно и активно работает в нашей жизни и технике. Ньютон сумел создать действенную теорию, способную объяснить в деталях многие физические явления, несмотря на шаткость ее логического обоснования, да может быть, и физической сущности ее. Ньютон кроме понятий массы и силы и формулировки законов динамики ввел также понятие количества движения или импульс Р = mV и законы всемирного тяготения, а также разработал дифференциальное и интегральное исчисление.
1.2.11
Какие принципы оптимальности Вы знаете? В чем их вероятностный смысл?
Принцип оптимальности (его еще можно назвать принципом экстремальности или вариационным принципом). Согласно этому принципу, если есть какая-то обобщенная характеристика, то она экстремальна. Существуют также и другие принципы оптимальности в науке, связанные c обобщенными понятиями, например с той же энергией, энтропией и информацией. Рассмотрим их кратко, причем принцип оптимальности энергии может быть рассмотрен не только в физическом понимании, а гораздо шире. Например еще Лейбниц сказал: «Мудрому не свойственно тратить силы сверх надобности». А применительно к биологии живых организмов это положение было развито Рашевским в 1954 г. в форме принципа оптимальной конструкции: «организм имеет оптимально возможную конструкцию по отношению к экономии расходуемых материала и энергии, необходимых для выполнения заданных функций». На основе этого принципа были получены и конкретные результаты относительно строения кровеносной системы, формы туловища, ног, деления клеток, длины, толщины и количества веток у растений, и даже углов ветвления артерий, размеров и формы эритроцитов и т.д. Можно привести и другие примеры действия принципа экономии энергии: например, тропинки в городских скверах, упорно пролагаемых людьми в обход тротуаров, клин летящих журавлей и т.д.
С непростым понятием энтропии, также связан принцип максимума энтропии: система стремится к равномерному распределению всех возможных состояний. Заметим, что этот принцип по существу заложен в статистическом смысле энтропии: S = klnW: чем больше число состояний W, в которых может быть реализована система, тем больше энтропия. Этот принцип позволяет находить устойчивое равновесное состояние для очень широкого класса явлений, и не только физических, но и биологических, социальных и других. Не рассматривая здесь этот принцип более подробно, заметим, что применение его для живых систем нетривиально, но расширяет область применения этого принципа за пределы чисто физического подхода. Так, работы Лурье и Ватенсберга применительно к экологии позволили вывести распределения биомассы в экологической системе: чем больше масса особи какого-то типа, тем реже он встречается в природе (например слоны и насекомые). Другой пример из социальной сферы: преуспевающая фирма не делает различия между центром и удаленными филиалами - относительные доли (вероятности) вклада в их развитие будут практически одинаковы, а энтропия близка к максимуму, поскольку отсутствует дефицит ресурсов. Это, кстати, свидетельствует об экспансии, диффузии, поисковой активности. Иначе ведет себя начинающая фирма - она экономит капитал. Упомянем теперь принцип максимума информации. Рассмотрим его на примере использования также для живых организмов. Идею использования информационного подхода к изучению живых систем предположил в 1958 г. М.И. Шмальгаузен. Это было связано с тем, что теория информации и ее успехи в кодировании, передаче и распознавании сигналов породили у биологов большие надежды. Суть принципа максимума информации заключается в следующем: при описании поведения сложной самоорганизующейся системы, которой, без сомнения, является живой организм, она может рассматриваться как открытая, неравновесная и иерархическая структура. Можно ввести три параметра: R - результат, состояние жизненно важных характеристик, Х - стимул, условия внешней среды и Y - реакция на стимул. Тогда для достижения оптимального результата путем выбора реакций и стимулов система должна обеспечить максимум взаимной информации между условиями среды и реакциями на них организма:
I(X, Y, R) = max.
Причем понятия стимулов и реакций могут трактоваться очень широко. Например, стимул - это и нервный импульс в ответ на раздражение, и гипотеза ученого на основе наблюдений, и признак, складывающийся у организма под влиянием внешних условий и т.д.
Заметим, что рассмотренные принципы оптимальности в целом отражают стремление системы к стабильности.
1.2.12
Основные положения
Принцип классического детерминизма нашел свое крайнее выражение в идее мирового дифференциального уравнения Лапласа. Это некое гипотетическое уравнение описывает, подобно упомянутому уравнению Гамильтона, движение всех составляющих Вселенную частиц и их взаимодействие. Задав начальные условия, можно точно определить положение каждой из частиц в любой момент времени, т.е. в принципе предсказать будущее мироздания и описать прошлое. Мировые линии согласно Д'Аламберу и Лагранжу уходят и в прошлое, и в будущее.
1.3.4
Чем была вызвана необходимость перехода от механической и электромагнитной картины Мира?
Введение в классической электродинамике понятия электромагнитного поля с передачей взаимодействия и энергии путем распространения волн через пространство, позволило отойти от механического представления эфира. В старом представлении понятие эфира как некой среды, объясняющей передачу контактного действия сил, было опровергнуто как экспериментально опытами Майкельсона по измерению скорости света, так и, главным образом, теорией относительности Эйнштейна. Через поля оказалось возможным описывать физические взаимодействия, для чего собственно и были сформулированы общие для разных типов полей характеристики, о которых мы здесь говорили. Правда следует отметить, что сейчас идея эфира отчасти возрождается некоторыми учеными на базе понятия физического вакуума.
Так после механической картины сформировалась новая к тому времени электромагнитная картина мира. Ее можно рассматривать как промежуточную по отношению к современной естественнонаучной. Отметим некоторые общие характеристики этой парадигмы. Поскольку она включает не только представления о полях, но и появившиеся к тому времени новые данные об электронах, фотонах, ядерной модели атома, закономерностях химического строения веществ и расположения элементов в периодической системе Менделеева и ряд других результатов по пути познания природы, то, конечно, в эту концепцию вошли также идеи квантовой механики и теории относительности.
Главным в таком представлении является возможность описать большое количество явлений на основе понятия поля. Было установлено, в отличие от механической картины, что материя существует не только в виде вещества, но и поля. Электромагнитное взаимодействие на основе волновых представлений достаточно уверенно описывает не только электрические и магнитные поля, но и оптические, химические, тепловые и механические явления. Методология полевого представления материи может быть использована и для понимания полей иной природы. Сделаны попытки увязать корпускулярную природу микрообъектов с волновой природой процессов. Было установлено, что «переносчиком» взаимодействия электромагнитного поля является фотон, который подчиняется уже законам квантовой механики. Делаются попытки найти гравитон, как носитель гравитационного поля.
1.3.7
Понятия близкодействия и дальнодействия.
Силы взаимодействия между дискретными объектами вызывают изменение параметров их движения (скорость, импульс, момент импульса), меняют их энергию, совершают работу и т.д. И это в общем-то было наглядно и понятно. Однако с изучением природы электричества и магнетизма возникло понимание, что взаимодействовать между собой электрические заряды могут без непосредственного контакта. В этом случае мы как бы переходим от концепции близкодействия к бесконтактному дальнодействию.
Если гравитацинное взаимодействие происходит «мгновенно», т.е. является дальнодействующим, то электрическое взаимодействие будет в этом смысле близкодействующим, так как распространение волн в пространстве происходит с конечной скоростью. Характерными примерами является затухание и дисперсия света в различных средах.
Таким образом, уравнения Максв
В 1887 г. Герц экспериментально подтвердил наличие электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от 10 до 100 м с помощью искрового разряда и регистрацией сигнала в контуре в нескольких метрах от разрядника. Измерив параметры излучения (длину и частоту волны), он получил, что скорость распространения волны совпадает со скоростью света. Впоследствии были изучены и освоены другие диапазоны частот электромагнитного излучения. Было установлено, что можно получить волны любой частоты при условии наличия соответствующего источника излучения. Электронными методами можно получить электромагнитные волны до 1012 Гц (от радиоволн до микроволн), за счет излучения атомов можно получать инфракрасные, световые, ультрафиолетовые и рентгеновские волны (диапазон частот от 1012 до 1020 Гц). Гамма-излучение с частотой колебаний выше 1020 Гц испускается атомными ядрами. Таким образом было установлено, что природа всех электромагнитных излучений одинакова и все они различаются лишь своими частотами.
1.3.8
Сопоставьте свойства поля и вещества в классической физике.
Проще всего сказать, что поле - это любая физическая величина, которая в разных точках пространства принимает различные значения. Существует четыре уравнения Максвелла, которые описывают практически все законы электричества и магнетизма через представление полей. Там, правда, используются еще два понятия: дивергенция - расхождение (например, того же потока в пространстве), описывающая меру источника, и ротор - вихрь. Но они нам для качественного рассмотрения уравнений Максвелла не понадобятся. Мы, естественно, приводить их, а тем более запоминать, в нашем курсе не будем. Более того, из этих уравнений вытекает, что электрическое и магнитное поля связаны друг с другом, образуя единое электромагнитное поле, в котором распространяются электромагнитные волны, со скоростью, равной скорости света с = 3 ×108 м/с. Отсюда, кстати, и был сделан вывод об электромагнитной природе света.
1.4.2
Для чего была нужна модель мирового эфира? В чем ее достоинства и недостатки?
Представления об эфире - одна из самых известных физических моделей колебательных процессов. Эта гипотеза была введена, чтобы объяснить ньютоновскую теорию тяготения, как «действие на расстоянии» - передачу гравитационной силы через пустое пространство. Эфир наглядно представили в виде некоторого невидимого и невесомого «желе», которое передавало «толчок» действия из одной точки в другую. Это была нематериальная среда без всяких контактных сил, но способная передавать в том числе световые колебания. Однако в этой модели эфира при объяснении многих экспериментальных фактов приходилось вводить много произвольных допущений. Например, эфир увлекается движущейся Землей, так что все лабораторные установки, на которых проводятся эксперименты, всегда покоятся относительно эфира, т.е. мы как бы его можем не замечать, игнорировать. В то же время Земля свободно движется через эфир, который покоится относительно «неподвижных» звезд. А движущаяся материальная среда, в которой распространяется свет, увлекает за собой эфир, но уже со скоростью, составляющей половину скорости среды. Натолкнувшись на эти противоречивые нелогичности теория эфира, как говорится, критики не выдержала. Отметим, что в окончательном виде теории Фарадея - Максвелла место эфира при объяснении сил, действующих на расстоянии, заняла теория поля.
1.4.5
Выделяет ли теория относительности направленный ход времени?
Наш повседневный опыт приучил нас к тому, что все события во времени происходят упорядоченно и регулярно: существует прошлое, настоящее и будущее и мы всегда можем установить, предшествовало ли одно событие другому или же оба события произошли одновременно. Как уже упоминалось выше, современная физика признает «стрелу времени», т.е. направленный ход времени. Однако в специальной теории относительности не существует четкого разграничения между прошлым и будущим. События, происходящие в определенной последовательности с точки зрения одного наблюдателя, могут совершатся в иной последовательности с точки зрения другого наблюдателя, движущегося относительно первого. По-видимому, это - самый поразительный результат СТО.
1.4.11
Основные положения теории относительности.