- •Тема 1. Лекция
- •1.1. Наука. Функции науки
- •1.2. Естествознание – комплекс наук о природе
- •1.3. Методы естественнонаучных исследований
- •Тема 2. Лекция
- •2.1. Материя и ее свойства
- •2.2. Фундаментальные взаимодействия
- •Характеристики фундаментальных взаимодействий
- •2.3. Тепловое излучение. Рождение квантовых представлений
- •2.4. Гипотеза де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме свойств частиц
- •2.5. Опыты Резерфорда. Модель атома Резерфорда
- •2.6. Теория Бора для атома водорода. Постулаты Бора
- •2.7. Атом водорода в квантовой механике
- •2.8. Многоэлектронный атом. Принцип Паули
- •2.9. Квантово-механическое обоснование Периодического закона д. И. Менделеева
- •2.10. Основные понятия ядерной физики
- •2.11. Радиоактивность
- •Тема 3. Лекция
- •3.1. Ньютоновская концепция абсолютного пространства и времени. Законы движения
- •3.2. Законы сохранения
- •3.3. Принципы современной физики
- •3.4. Понятие о состоянии системы. Лапласовский детерминизм
- •3.5. Специальная теория относительности (сто)
- •3.6. Начала термодинамики. Представления об энтропии
- •Тема 4. Лекция
- •4.1. Химия как наука. Краткая историческая справка. Проблемы и перспективы современной химии
- •4.2. Химический элемент. Строение атома. Периодический закон
- •4.3. Химическое соединение, химическая связь
- •4.4. Химическая реакция, ее скорость, кинетика и катализ, биокатализаторы
- •4.5. Взаимосвязь химического строения и структуры неорганических и органических соединений
- •4.6. Эволюционная химия – отбор химических элементов во Вселенной
- •4.7. Концептуальные системы химических знаний
- •Тема 5. Лекция
- •Определения и терминология
- •Тема 6. Лекция
- •6.1. Общие представления о Вселенной
- •6.2. Галактики
- •6.3. Звезды
- •6.4. Солнечная система
- •Тема 7. Лекция
- •7.1. Форма и размеры Земли
- •7.2. Космические ритмы
- •7.3. Зональные комплексы
- •7.4. Комплексные природные зоны
- •7.5. Понятие о литосфере
- •7.6. Геологическое летосчисление
- •Геохронологическая шкала
- •7.7. Рельефообразующие процессы
- •Описание разрушений во время землетрясения и их соответствие баллам по шкалам Меркалли и Рихтера
- •7.8. Основные формы рельефа Земли
- •Классификация форм рельефа по их размерам
- •7.9. Минеральные ресурсы литосферы
- •Залежи полезных ископаемых в зависимости от строения и возврата участка земной коры и форм рельефа
- •7.10. Гидросфера
- •7.11. Атмосфера
- •7.12. Общие представления о географической оболочке
- •Тема 8. Лекция
- •8.1. Электромагнитные взаимодействия как определяющие химический и биологический уровень организации материи
- •8.2. Симметрия и асимметрия в природе
- •8.3. Самоорганизация природы (понятие синергетики)
- •8.4. Основные свойства самоорганизующихся систем Открытые системы
- •8.5. Представление о жизни в современном естествознании
- •8.6. Структурные уровни организации живой материи
- •Обзор царств организмов и некоторых важных подгрупп (по 3. Брему и и. Мейнке, 1999)
- •8.7. Гипотезы происхождения жизни
- •8.8. Физико-химические предпосылки для зарождения жизни на Земле
- •8.9. Теории эволюции органического мира Начальные этапы биологической эволюции
- •Возникновение и распространение организмов в истории Земли (по з. Брему и и. Мейнке, 1999 г.)
- •8.10. Основы генетики История возникновения генетики
- •Тема 9. Лекция
- •9.1. Биосфера, ее структура и функции
- •9.2. Живое вещество как системообразующий фактор биосферы
- •9.3. Биосфера – экосистема планетарного масштаба
- •9.4. Принципы устройства биосферы
- •9.5. Превращение биосферы в ноосферу
- •Тема 10. Лекция
- •10.1. Происхождение человека
- •10.2. Сходство и отличие человека и животных
- •10.3. Стадии эволюции человека
- •10.4. Соотношение биологического и социального в человеке
- •10.5. Здоровье человека. Демографические проблемы
- •10.6. Работоспособность и творчество
- •Тема 11. Лекция
- •11.1. Задачи, методы экологии как науки
- •11.2. Среды жизни, экологические факторы
- •Сравнительная характеристика сред жизни и адаптации к ним живых организмов
- •11.3. Современные экологические проблемы
- •11.4. Загрязнение окружающей среды
- •11.5. Влияние неблагоприятных экологических факторов на состояние здоровья человека
- •11.6. Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды
- •11.7. Экологическое образование
Характеристики фундаментальных взаимодействий
Из таблицы видно, что гравитационное взаимодействие гораздо слабее других взаимодействий. Радиус его действия неограничен. Оно не играет существенной роли в микропроцессах и в то же время является основным для объектов с большими массами. Электромагнитное взаимодействие сильнее гравитационного, хотя радиус его действия также неограничен. Сильное и слабое взаимодействия имеют очень ограниченный радиус действия.
Одна из важнейших задач современного естествознания – создание единой теории фундаментальных взаимодействий, объединяющей различные виды взаимодействия. Создание подобной теории означало бы также построение единой теории элементарных частиц.
2.3. Тепловое излучение. Рождение квантовых представлений
В конце XX в. волновая теория не могла объяснить и описать тепловое излучение во всем диапазоне частот электромагнитных волн теплового диапазона. А то, что тепловое излучение, и в частности свет, является электромагнитными волнами, стало научным фактом. Дать точное описание теплового излучения удалось немецкому физику Максу Планку.
14 декабря 1900 г. Планк выступил на заседании Немецкого физического общества с докладом, в котором изложил свою гипотезу квантовой природы теплового излучения и новую формулу излучения (формула Планка). Этот день физики считают днем рождения новой физики – квантовой. Выдающийся французский математик и физик А. Пуанкаре писал: «Квантовая теория Планка есть, без всякого сомнения, самая большая и самая глубокая революция, которую натуральная философия претерпела со времен Ньютона».
Планк установил, что тепловое излучение (электромагнитная волна) испускается не сплошным потоком, а порциями (квантами). Энергия каждого кванта —E = hv,
то есть пропорциональна частоте электромагнитной волны – v. Здесь h – постоянная Планка, равная 6,62 · 10-34 Дж · с.
Совпадение расчетов Планка с опытными данными было полным. В 1919 г. М. Планку присвоили Нобелевскую премию.
На основе квантовых представлений А. Эйнштейн в 1905 г. разработал теорию фотоэффекта (Нобелевская премия 1922 г.), поставив науку перед фактом: свет обладает и волновыми и корпускулярными свойствами, он излучается, распространяется и поглощается квантами (порциями). Кванты света стали называть фотонами.
2.4. Гипотеза де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме свойств частиц
Французский ученый Луи де Бройль (1892–1987) в 1924 г. в докторской диссертации «Исследования по теории квантов» выдвинул смелую гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма, утверждая, что поскольку свет ведет себя в одних случаях как волна, а в других – как частица, то и материальные частицы (электроны и др.) в силу общности законов природы должны обладать волновыми свойствами. «В оптике, – писал он, – в течение столетия слишком пренебрегали корпускулярным способом рассмотрения по сравнению с волновым; не делалась ли в теории вещества обратная ошибка? Не думали ли мы слишком много о картине «частиц» и не пренебрегали ли чрезмерной картиной волн?» В то время гипотеза де Бройля выглядела безумной. Лишь в 1927 г., три года спустя, наука пережила огромное потрясение: физики К. Дэвиссон и Л. Джермер экспериментально подтвердили гипотезу де Бройля, получив дифракционную картину электронов.
Согласно квантовой теории света А. Эйнштейна, волновые характеристики фотонов света (частота колебаний v и длина волна л = c/v) связаны с корпускулярными характеристиками (энергией εф, релятивистской массой mф и импульсом рф.
По идее де Бройля, любая микрочастица, в том числе и с массой покоя ш0Ц 0, должна обладать не только корпускулярными, но и волновыми свойствами.
Таким образом, соотношения Эйнштейна, полученные им при построении теории фотонов в результате гипотезы, выдвинутой де Бройлем, приобрели универсальный характер и стали одинаково применимыми как для анализа корпускулярных свойств света, так и при исследовании волновых свойств всех микрочастиц.