-------------------
Вы знаете, как устроен наш мир?



---Load files---
Совет: если изображения отображаются неправильно, попробуйте очистить кеш браузера!
Поиск на странице - нажмите "Ctrl+F", Поиск на сайте - поле ввода "Яндекс-Найти" на "шапке",
Поиск в интернете - 1) выделите текст, 2) нажмите правую клавишу мыши и 3) выберите поисковик.

С О Д Е Р Ж А Н И Е

------- Тимин В.А. (mail: timinva@yandex.ru) Дата последней загрузки: May 15 2019. -------
Ссылка на этот материал: Границы_применимости.htm)


1      Границы применимости.

Законы Ньютона, строго говоря, справедливы только в инерциальных системах отсчета. Если мы честно запишем уравнение движения тела в неинерциальной системе отсчета, то оно будет по виду отличаться от второго закона Ньютона. Однако часто, для упрощения рассмотрения, вводят некую фиктивную "силу инерции", и тогда эти уравнения движения переписываются в виде, очень похожем на второй закон Ньютона. Математически здесь всё корректно (правильно), но с точки зрения физики новую фиктивную силу нельзя рассматривать как нечто реальное, как результат некоторого реального взаимодействия. Ещё раз подчеркнём: «сила инерции» — это лишь удобная параметризация того, как отличаются законы движения в инерциальной и неинерциальной системах отсчета.

Замечание. В общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна силы инерции получают свою реальность, в т.ч. и  как гравитационные силы.

При произвольном движении неинерциальной системы относительно инерциальной системы первый закон Ньютона (закон инерции) в этой системе не имеет места, – свободные тела  в ней будут с течением времени менять свою скорость движения. Второй закон Ньютона также необходимо модифицировать с учетом сил инерции. Третий закон Ньютона будет верен локально (или контактно). Во всех трех случаях необходим учет сил инерции.

Глобальное применение законов Ньютона для разнесенных в пространстве объектов будет затруднено в связи с усложнением определения прямой линии между объектами взаимодействия.

Термодинамика – еще одна область, в которой классическая механика терпит неудачу. Оно связано с тем, что невозможно абсолютно точно определить состояние системы с большим (в пределе – континуум) количеством степеней свободы в произвольный момент пршлого и будущего. Согласно классической доктрине, состояние системы полностью определено начальными условиями. Но в сложных системах невозможно абсолютно точно описать текущее состояние большого числа объектов и предсказать состояние каждого элементарного объекта в произвольный момент будущего. Здесь для этого имеются как чубъективные, так и объективные причины. Согласно законам термодинамики, состояние больших сложных систем в будущем определено только статистически: система стремится перейти в состояние с максимальной энтропией с некоторыми средними параметрами.

Законы Ньютона терпят неудачу также при описании движения волновых процессов в первом, линейном, приближении. Несмотря на то, что описать сам процесс волнового движения и рассчитать ее параметры возможно в рамках механики Ньютона, изучая процесс распространения возмущения в сплошной среде, окончательное уравнение волнового движения оказывается не ковариантным относительно галилеевых преобразований координат. В это уравнение явно войдет скорость движения фоновой сплошной среды, в котором распространяется волна, или необходимо рассматривать волновое движение в АСО среды.. Например, скорость распространения возмущения c', т.е. фронта волны, в с.о., движущейся относительно среды, будет равна c' = c - v, где v – скорость с.о., а эта скорость явно входит в волновое уравнение

(33)

К тому же эта скорость не изотропна. Получается, что для каждого направления распространения должно писаться отдельное волновое уравнение. Сплошная среда нарушает принцип эквивалентности ИСО.

Другое открытие, пошатнувшее устои классической механики, было создание теории электромагнитного поля. Классическая механика пыталась свести все явления природы к силам, действующим между частицами вещества, – на этом основывалась концепция электрических жидкостей. В рамках этой концепции реальными были  лишь субстанция и ее изменения – здесь важнейшим признавалось описание действия двух электрических зарядов с помощью относящихся к ним понятий. Описание же поля между этими зарядами, а не самих зарядов было весьма существенным для понимания действия зарядов. Вот простой пример нарушения третьего закона Ньютона в таких условиях: если заряженная частица удаляется от проводника, по которому течет ток, и соответственно вокруг него создано магнитное поле, то результирующая сила, действующая со стороны заряженной частицы на проводник с током в точности равна нулю.

Созданной новой реальности места в механической картине мира не было. В результате физика стала иметь дело с двумя реальностями – веществом и  полем. Если классическая физика строилась на понятии вещества, то с выявлением новой реальности физическую картину мира приходилось пересматривать. Попытки объяснить электромагнитные явления с помощью эфира  оказалось несостоятельными. Несмотря на то, что моделью при создании теории электромагнитного поля был именно "некий эфир". Эфир экспериментально обнаружить не удалось. Точнее, эфир оказался просто ненужным для объяснения линейной теории электромагнитных явлений. Это привело к созданию теории относительности, заставившей пересмотреть представления о пространстве и времени, характерные для классической физики.

Вследствие развития физики в начале XX века еще более сузилась область применения классической механики: ее законы выполняются для движений, скорость которых много меньше скорости света. Было установлено, что с ростом скорости масса тела возрастает. При последовательном рассмотрении этого факта оказалось, что и свойства пространства-времени-материи становятся не классическими взаимно независимыми, а тесно связанными. Эта связь усматривается в специальной и общей теории относительности, открытыми Альбертом Эйнштейном.

Следующее несоответствие в классической механике связано с открытием микромира. В классической механике перемещения в пространстве и определение скорости изучались вне зависимости от того, каким образом эти перемещения реализовывались. Применительно к явлениям микромира подобная ситуация, как выяснилось, невозможна принципиально. Здесь пространственно-временная локализация, лежащая в основе кинематики, возможна лишь для некоторых частных случаев, которые зависят от конкретных динамических условий движения. В макромасштабах использование кинематики вполне допустимо. Для микромасштабов, где главная роль принадлежит квантам, кинематика, изучающая движение вне зависимости от динамических условий, теряет смысл.

Для масштабов микромира и второй закон Ньютона оказался несостоятельным – он справедлив лишь для явлений большого масштаба. Выяснилось, что попытки измерить какую-либо величину, характеризующую изучаемую систему, влечет за собой неконтролируемое изменение других величин, характеризующих данную систему: если предпринимается попытка установить положение в пространстве и времени, то это приводит к неконтролируемому изменению соответствующей сопряженной величины, которая определяет динамическое состояние системы. Так, невозможно точно измерить в одно и то же время две взаимно сопряженные величины. Чем точнее определяется значение одной величины, характеризующей систему, тем более неопределенным оказывается значение сопряженной ей величины. Это обстоятельство повлекло за собой существенное изменение взглядов на понимание природы вещей.

Более общей наукой, описывающей такие движения, является квантовая механика, согласно которой неопределенность в знании значений координат и импульса определяется соотношением неопределенности Гейзенберга

DxDp ³ h/2.

(34)

В применении к обычным телам, например к футбольному мячу весом 0,5 кг, движущемуся со скоростью 30 м/сек, с хорошей точностью применима механика классическая. Так, если мы не знаем скорость с точностью выше, чем DU = 10-2 мкм/с (то есть DxDp ³ h/2 - огромная точность), а Dx = 10-3 мкм (10 Å), то DxDp » 5*10-12 эрг·сек ³ h/2. Таким образом, классическая механика Ньютона изучает медленные движения макроскопических тел.

Несоответствие в классической механике исходило из того, что будущее в известном смысле полностью содержится в настоящем – этим и определяется возможность точного предвидения поведения системы в любой будущий момент времени. Такая возможность предлагает одновременное определение взаимно сопряженных величин. В области микромира это оказалось невозможным, что и вносит существенные изменения в понимание возможностей предвидения и взаимосвязи явлений природы: раз значение величин, характеризующих состояние системы в определенный момент времени, можно установить лишь с долей неопределенности, то исключается возможность точного предсказания значений этих величин в последующие моменты времени, т.е. можно лишь предсказать вероятность получения тех или иных величин.

Таким образом, две концепции – теория относительности и теория квантов – стали фундаментом для новых физических концепций.

 

Ссылка на этот материал: Границы_применимости.htm)

- - - ВЫ МОЖЕТЕ ОСТАВИТЬ ПЕРВЫЙ КОММЕНТАРИЙ! - - -


Введите логин:      Введите эл.адрес:

Введите пароль:    Ваш телефон:        

Введите Ваш комментарий:
Формулы:

(возможно использование BB-кодов для оформления комментария и кодов LaTeX для ввода формул)

Решите пример: 49 plus "четырнадцать" equally:

---Load files---
Сегодня - 24_10_2019
Время переоткрытия сайта 05 ч 37 м по Гр.
Календарь
на ОКТЯБРЬ месяц 2018 г.
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12 13
14 15 16 17 18 19 20
21 22 2 24 25 26 27
28 29 30 31 1 2 3
(10 231)

---Load files---
---Load files---


© Все права защищены 2017-2019 При использовании материалов сайта ссылка на http://lowsofphisics.ru обязательна.

В НАЧАЛО
КОММЕНТ
В КОНЕЦ
U:2 V:3 N:5
Уникальных посетителей за текущие сутки: 2 Просмотров: 3 Этой страницы (всего): 5