Реферат: Статистические и динамические закономерности в природе

Идея сохранения появилась сначала как чисто фило­софская догадка о наличии неизменного (стабильного) в вечно меняющемся мире. Еще античные философы-ма­териалисты пришли к понятию материи как неуничто­жимой и несотворимой основы всего сущего. С другой стороны, наблюдение постоянных изменений в природе приводило к представлению о вечном движении мате­рии как важном ее свойстве. С появлением математичес­кой формулировки механики на этой основе появились законы сохранения.

Законы сохранения тесно связаны со свойствами сим­метрии физических систем. При этом симметрия пони­мается как инвариантность физических законов относи­тельно некоторой группы преобразований входящих в них величин. Наличие симметрии приводит к тому, что для данной системы существует сохраняющаяся физическая величина. Если известны свойства симметрии системы, как правило, можно найти для нее закон сохранения и наоборот.

Таким образом, законы сохранения:

1.Представляют наиболее общую форму детерминизма.

2. Подтверждают структурное единство материального мира.

3. Позволяют сделать заключение о характере поведе­ния системы.

4. Обнаруживают существование глубокой связи между разнообразными формами движения материи. Важнейшими законами сохранения, справедливыми для любых изолированных систем, являются:

■ закон сохранения и превращения энергии;

■ закон сохранения импульса;

■ закон сохранения электрического заряда;

■ закон сохранения массы.

Кроме всеобщих существуют законы сохранения, спра­ведливые лишь для ограниченного класса систем и явле­ний. Так, например, существуют законы сохранения, дей­ствующие только в микромире. Это:

■ закон сохранения барионного или ядерного заряда;

■ закон сохранения лептонного заряда;

■ закон сохранения изотопического спина;

■ закон сохранения странности.

В современной физике обнаружена определенная иерархия законов сохранения и принципов симметрии. Одни из этих принципов выполняются при любых взаи­модействиях, другие же — только при сильных. Эта иерар­хия отчетливо проявляется во внутренних принципах симметрии, которые действуют в микромире.

Рассмотрим важнейшие законы сохранения.

2.2. Закон сохранения массы

Бесконечно разнообразны превращения, изменения вещества в природе. Исследователей волновал вопрос: сохраняется ли вещество при этих изменениях? Каждому из нас приходилось наблюдать, как со временем изна­шивается, уменьшается в размерах любая вещь, даже стальная. Но значит ли это, что мельчайшие частички металла исчезают бесследно? Нет, они только теряются, разлетаются в разные стороны, выбрасываются с сором, улетают, создавая пыль.

В природе происходят и иные превращения. Вы, на­пример, курите сигарету. Проходит несколько минут — и от табака ничего не остается, не считая маленькой куч­ки пепла и легкого голубоватого дыма, рассеявшегося в воздухе. Или, например, горит свеча. Постепенно она становится все меньше и меньше. Здесь не остается даже пепла. Сгорая без остатка, свеча и то, из чего она состо­ит, испытывают химическое превращение вещества. Частицы табака и свеча не разлетаются в стороны не теря­ются постепенно в разных местах. Они сгорают и внеш­не пропадают бесследно.

Наблюдая природу, люди давно обратили внимание и на другие явления, когда вещество как бы возникает из «ничего». Так, например, из маленького семени вы­растает в цветочном горшке большое растение, а вес земли, заключенной в горшке, остается почти прежним. Может ли в действительности что-то существующее в мире исчезнуть или, наоборот, появиться из ничего? Иными словами — уничтожима или неуничтожима ма­терия, из которой строится все многообразие нашего мира?

За 2400 лет до н. э. знаменитый философ Древней Греции Демокрит писал, что: «Из ничего ничто произойти не может, ничто существующее не может быть уничтожимо».

Значительно позже, в XVI—XVII вв. эта мысль возро­дилась и высказывалась уже многими учеными. Однако такие высказывания были лишь догадкой, а не научной теорией, подтвержденной опытами. Впервые доказал и подтвердил это положение опытом великий русский уче­ный М.В. Ломоносов.

Ломоносов был твердо убежден в неуничтожимости материи, в том, что в мире ничто не может исчезнуть бесследно. При любых изменениях веществ, химических взаимодействиях — соединяются ли простые тела, обра­зуя сложные, или, наоборот, сложные тела разлагаются на отдельные химические элементы — общее количество вещества остается неизменным. Другими словами, при всех изменениях должен оставаться неизменным общий вес вещества. Пусть в результате какой-либо реакции исчезают два взаимодействующих вещества и получается неизвестное третье — вес вновь образовавшегося соеди­нения должен равняться весу первых двух.

Прекрасно понимая значение законов сохранения, неуничтожимости материи для науки, Ломоносов искал подтверждение своих мыслей. Он решил повторить опы­ты английского ученого XVII в. Р. Бойля.

Бойль интересовался вопросами изменения веса ме­талла при нагревании. Он поставил такой опыт: в стек­лянную реторту поместил кусочек металла и взвесил ее.

Затем, запаяв узкое горлышко сосуда, нагрел его на огне. Через два часа Бойль снял сосуд с пламени, обломил горлышко реторты и, охладив ее, взвесил. Металл увели­чился в весе.

Причину Бойль видел в том, что через стекло в сосуд проникают мельчайшие частицы «материи огня» и со­единяются с металлом. Во времена Бойля и Ломоносова непонятные явления природы ученые объясняли с помо­щью различных неуловимых «материй», но что они из себя представляют — сказать не могли. Ломоносов же не признавал существования таинственных «материй». Он был уверен, что причина увеличения веса заключается в другом, и решил доказать, что нет никакой «тонкой все­проникающей материи огня», а также что при химичес­ких превращениях общий вес вещества участвующих в реакции элементов остается неизменным.