Внутрішньою симетрією
Шпоргалка з курсу природознавства
Під внутрішньою симетрією розуміють симетрію між частинками з різними внутрішніми квантовими числами. Серед внутрішніх симетрій можна назвати глобальні і локальні симетрії. Симетрія одновимірна й у фігур з однією особливим напрямом – бордюрів, стрічок, стрижнів. Симетрія двовимірна властива фігурам із двома особливими напрямками: сітчастим орнаментам та шарам.
Симетрія в механіці.
Простір поблизу земної поверхні фізично неоднорідний: всі тіла прагнуть зайняти найнижчі положення, ближче до Землі. Так само неоднорідний простір поблизу Сонця. Але вся Сонячна система як ціле рухається прямолінійно, принаймні протягом мільйонів років відхилень від прямолінійного руху не було. Простір, в якому вона рухається, вільний від тіл, що тяжіють до нього, і тут можна говорити про його однорідність. З другого закону Ньютона випливає прямолінійність та рівномірність руху центру інерції системи тіл у однорідному просторі. Жодні внутрішні сили не порушують однорідності простору по відношенню до системи як до цілого.
Ізотропія простору – ще один вид симетрії щодо поворотів координатних систем. У фізиці це проявляється в тому, що навколо будь-якої прямої можна повернути координатну систему на будь-який кут, і повернена система буде в усіх відношеннях рівноцінна початковій.
Простір має групу симетрії щодо довільних переносів за трьома взаємно перпендикулярними напрямками. Симетрія часу нагадує симетрію прямий щодо переносів. Час однорідно, тобто. всі його моменти рівноцінні, принаймні по відношенню до суто механічних явищ.
Симетрія в живій природі.
Якщорозглядати царство живого, будь-якому його представнику, від найпростішої водорості до евкаліпта, від крихітного жучка до кита, від черв'яка до людини, можна приписати одну з груп симетрії (крапкових або просторових), виведених для матеріальних фігур.
Живий організм немає кристалічного будови, проте, упорядковані структури у ній представлені дуже широко. Якщо вони рідкі, їх називають рідкими кристалами. Це і жовч, і кров, і кришталик ока, і сіра речовина мозку.
15.Симетрія подібності як глобальна генетична програма. Просторово-часові та внутрішні принципи симетрії. Ієрархія принципів симетрії у законах збереження фізичних величин.
Симетрія подібності.Являє собою своєрідні аналогії трансляцій, відображень у площинах, повороти навколо осей, пов'язані з одночасним збільшенням або зменшенням подібних частин фігури та відстаней між ними.
Симетрія подоби повсюдно проявляється у природі, у всьому, що зростає. Природа виявляє подібність як власну глобальну генетичну програму. Подібність править живою природою загалом. Геометрична подоба – загальний принцип просторової організації живих структур. Лист клена подібний до листа клена, берези - березі. Клітина, що належить цілісному організму, виконує функцію його відтворення на новий. Вона є точкою «початку», яка в результаті розподілу виявиться перетворена на об'єкт, подібний до початкового. Цим об'єднуються всі види живих структур, тому й існують стереотипи життя.
Просторово-часові та внутрішні принципи симетрії.
Принципи симетрії діляться на просторово-часові (геометричні чи зовнішні) і внутрішні, що описують властивості елементарних частинок.
Просторово-часові принципи симетрії:
- Зсув системи відліку не змінює фізичних законів, тобто. всі точки простору рівноправні. Це означає однорідність простору.
- Поворот системи відліку просторових координат залишає фізичні закони постійними, тобто. всі властивості простору однакові в усіх напрямках, простір ізотропний.
- Зрушення у часі не змінює фізичних законів, тобто. усі моменти часу об'єктивно рівноправні. Час однорідний. Будь-який час можна взяти за початок відліку.
- Закони природи однакові у всіх інерційних системах відліку.
– Дзеркальна симетрія природи не змінює фізичних законів.
– Фундаментальні фізичні закони не змінюються при зверненні знаку часу.
– Заміна всіх частинок на античастинки не впливає на фізичні закони, не змінює характеру процесів природи.
У сучасній фізиці виявлено певну ієрархію законів симетрії: одні виконуються за будь-яких взаємодій, інші ж – лише за сильних і електромагнітних. Ця ієрархія виразно проявляється у внутрішніх симетріях.
Внутрішні принципи симетрії діють у мікросвіті. У релятивістській квантовій теорії передбачається взаємне перетворення елементарних частинок:
- за всіх перетвореннях елементарних частинок сума елементарних зарядів частинок залишається незмінною
- Баріонний або ядерний заряд залишається постійним.
- Заряд лептону зберігається.
16. Золотий перетин – закон прояву гармонії природи.
«Золоте перетин» – це закон пропорційного зв'язку цілого і його частин. Правило золотого перерізу показує, що більше відноситься до меншого, як ціле – до більшого. Піфагор першим звернув увагу на це гармонійнерозподіл будь-якого відрізка, а Леонардо да Вінчі ввів сам термін «золотого перерізу». Класичний приклад золотого перерізу – це розподіл відрізка у середньопропорційному відношенні: a/b=(a+b)/a. У людини золотий перетин – це відношення його зростання до відстані від пупка до підошви ніг: при народженні він дорівнює 2, а до 21 року у чоловіків – 1,625, у жінок – 1,6. Феномен золотого перерізу – один із яскравих проявів гармонії природи. Він у загальної картині історичного становлення архітектури, виявляється у формах живої природи, у сфері музичної гармонії, мистецтво, у техніці, в астрономії тощо.
17. Принципи суперпозиції, невизначеності, додатковості
Принципи суперпозиції, невизначеності та додатковості є одними з основних принципів теоретичної фізики.
Принцип суперпозиції - це припущення, згідно з яким результуючий ефект складного процесу впливу є сумою ефектів, що викликаються кожним ефектом окремо, за умови, що ефекти не впливають взаємно один на одного. Принцип суперпозиції дозволяє отримувати результатуючий ефект від накладення (суперпозиції) кількох незалежних впливів як суму ефектів, викликаних кожним впливом окремо. У квантовій механіці принцип суперпозиції відноситься до хвильових функцій: якщо фізична система може перебувати в станах, що описуються двома або декількома хвильовими функціями, вона також може перебувати в стані, що описується будь-якою лінійною комбінацією цих функцій.
Принцип невизначеності вперше сформулював німецький фізик Вернер Гейзенберг. Цей принцип є фундаментальним становищем квантової теорії, що полягає в тому, що характеризують фізичну систему так звані додаткові.фізичні величини (наприклад, координата та імпульс) не можуть одночасно набувати точних значень. Інакше висловлюючись, що точніше одне із сполучених величин, тим менш точної виявляється інша. Принцип невизначеності виражається формулою: ΔхΔр = h, де h - постійна Планка (h = 6626 * 10-34 Дж с), х - координата р - імпульс. Таким чином, квантова теорія відрізняється від класичної тим, що її передбачення мають лише імовірнісний характер і тому вона не забезпечує точних передбачень.