Номер 1, страница 18 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 1. Научный метод познания. Параграф 4. Физические теории. Вопросы - номер 1, страница 18.

Условие.

1. Какие четыре фундаментальных теоретических направления выделено в физике XX в.?

Решение.

Решение

В XX веке физика претерпела революционные изменения, которые привели к формированию четырех фундаментальных теоретических направлений, коренным образом изменивших наше представление о Вселенной. Эти направления заложили основу для всей современной физической науки.

1. Теория относительности. Это направление, разработанное в основном Альбертом Эйнштейном, включает в себя две ключевые, последовательно созданные теории:
- Специальная теория относительности (СТО, 1905 г.), которая пересмотрела классические представления о пространстве и времени, объединив их в единый четырехмерный пространственно-временной континуум. СТО базируется на двух постулатах: принципе относительности (инвариантность физических законов во всех инерциальных системах отсчета) и принципе постоянства скорости света. Из теории следуют такие выводы, как относительность одновременности, замедление времени, сокращение длины и эквивалентность массы и энергии, выраженная знаменитой формулой $E = mc^2$.
- Общая теория относительности (ОТО, 1915 г.), которая является современной теорией гравитации. В отличие от ньютоновской механики, ОТО описывает гравитацию не как силу, а как проявление искривления пространства-времени под действием массы и энергии. Эта теория успешно объяснила аномальную прецессию орбиты Меркурия и предсказала ряд новых явлений, таких как гравитационное линзирование, черные дыры и гравитационные волны, которые были экспериментально подтверждены.

2. Квантовая механика. Это фундаментальная теория, описывающая законы движения, взаимодействия и превращения частиц в микромире (на атомном и субатомном уровнях). Её создание было ответом на неспособность классической физики объяснить явления, наблюдаемые в экспериментах с атомами и излучением. Ключевые принципы квантовой механики включают:
- Квантование: многие физические величины, такие как энергия атома, могут принимать только определенные дискретные значения (кванты).
- Корпускулярно-волновой дуализм: микрообъекты (например, электроны и фотоны) обладают свойствами как частиц, так и волн.
- Принцип неопределенности Гейзенберга: существует фундаментальный предел точности, с которой можно одновременно определить некоторые пары сопряженных физических величин, например, координату и импульс частицы.
Квантовая механика лежит в основе понимания строения вещества и является теоретическим фундаментом для атомной и ядерной физики, физики конденсированного состояния, а также для таких технологий, как лазеры, полупроводники и квантовые компьютеры.

3. Квантовая теория поля (КТП). Это направление является синтезом квантовой механики и специальной теории относительности. В КТП фундаментальными объектами считаются не частицы, а квантованные поля, пронизывающие все пространство-время. Частицы же рассматриваются как возбуждения (кванты) этих полей. КТП предоставляет язык для описания процессов рождения и уничтожения частиц, что является неотъемлемой частью физики высоких энергий. Важнейшим достижением КТП стало создание Стандартной модели физики элементарных частиц, которая с поразительной точностью описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия всех известных элементарных частиц.

4. Синергетика и теория нелинейных динамических систем (включая теорию хаоса). Это междисциплинарное научное направление, возникшее во второй половине XX века, которое изучает общие закономерности процессов самоорганизации и возникновения упорядоченных структур из хаоса в сложных системах. Синергетика исследует открытые системы, далекие от термодинамического равновесия. Она ввела и объяснила такие понятия, как бифуркация (точка смены режима поведения системы), аттрактор (состояние, к которому стремится система) и фрактал. Частью этого направления является теория детерминированного хаоса, которая показывает, что даже простые, полностью детерминированные системы могут демонстрировать чрезвычайно сложное и практически непредсказуемое поведение из-за высокой чувствительности к начальным условиям.

Ответ:

Четыре фундаментальных теоретических направления, выделенных в физике XX века, – это теория относительности (специальная и общая), квантовая механика, квантовая теория поля и синергетика (теория нелинейных систем и хаоса).