Номер 3, страница 5 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 1. Развитие представлений о природе теплоты. Параграф 1.1. Физика и механика - номер 3, страница 5.

Условие.

3. Укажите причины краха механической картины мира.

Решение.

Механическая картина мира, доминировавшая в науке с XVII по XIX век и основанная на законах механики Ньютона, столкнулась с рядом неразрешимых проблем и противоречий на рубеже XIX-XX веков. Эти противоречия привели к ее краху и формированию новой, релятивистско-квантовой картины мира. Основными причинами краха стали следующие открытия и теории:

1. Проблемы в электродинамике

Создание Джеймсом Максвеллом теории электромагнитного поля показало, что, помимо вещества, существует и другая форма материи — поле. Электромагнитное поле (и свет как его частный случай) обладало свойствами, которые не укладывались в механическую картину мира. Например, электромагнитные волны могли распространяться в вакууме, что ставило под сомнение необходимость существования гипотетической среды — светоносного эфира, — которую пытались описать с механических позиций. Эксперимент Майкельсона-Морли, не сумевший обнаружить движение Земли относительно этого эфира, стал серьезным ударом по механическим представлениям о распространении света.

2. Развитие термодинамики и статистической физики

Второе начало термодинамики ввело понятие необратимости процессов в природе и стремления замкнутых систем к состоянию с максимальной энтропией. Это противоречило обратимости во времени всех механических процессов, описываемых законами Ньютона. Кроме того, статистическая физика, развитая Людвигом Больцманом, показала, что тепловые явления носят вероятностный, а не строго детерминированный характер. Она описывала поведение систем через усредненные характеристики огромного числа частиц, вводя в физику понятие вероятности как фундаментальную характеристику, что было чуждо абсолютному детерминизму механической картины мира.

3. Открытия, приведшие к созданию квантовой теории

Классическая физика не смогла объяснить ряд экспериментальных фактов, наблюдавшихся на микроуровне. К таким фактам относились излучение абсолютно черного тела (классическая теория предсказывала "ультрафиолетовую катастрофу", что было решено гипотезой Макса Планка о квантовании энергии), фотоэффект (объяснение Альберта Эйнштейна потребовало признания существования частиц света — фотонов) и линейчатые спектры и устойчивость атомов (необъяснимые в рамках классической электродинамики). Эти и другие явления привели к созданию квантовой механики, которая ввела принципиально новые понятия: вероятностный характер описания микрообъектов, принцип неопределенности Гейзенберга и квантование физических величин. Это полностью разрушило основы механического детерминизма.

4. Создание теории относительности

Специальная теория относительности (СТО) Альберта Эйнштейна отказалась от фундаментальных для механики понятий абсолютного пространства и абсолютного времени. Пространство и время оказались относительными, зависящими от системы отсчета, и объединенными в единый четырехмерный пространственно-временной континуум. Общая теория относительности (ОТО) пошла еще дальше, представив гравитацию не как силу (как в законе всемирного тяготения Ньютона), а как проявление искривления пространства-времени под действием массы и энергии. Это было принципиально новое, геометрическое, а не механическое, понимание гравитации.

Таким образом, совокупность этих открытий продемонстрировала, что законы классической механики являются лишь частным случаем, справедливым для макроскопических тел, движущихся с малыми (по сравнению со скоростью света) скоростями, и не могут быть применены для описания всего многообразия явлений во Вселенной.

Ответ: Причинами краха механической картины мира стали фундаментальные открытия конца XIX – начала XX века, которые не могли быть объяснены в ее рамках. Ключевыми из них являются:

1. Создание электромагнитной теории Максвелла, введшей понятие поля как особой формы материи, и отрицательный результат опыта Майкельсона-Морли, поставивший под сомнение существование механического эфира.

2. Развитие термодинамики (введение понятия необратимости процессов и энтропии) и статистической физики, которая показала вероятностный, а не строго детерминированный характер явлений в макросистемах.

3. Появление квантовой теории, вызванное неспособностью классической физики объяснить излучение абсолютно черного тела, фотоэффект и устойчивость атомов. Квантовая механика ввела принципы дискретности (квантования), корпускулярно-волнового дуализма и неопределенности, разрушив основы классического детерминизма.

4. Создание специальной и общей теории относительности Эйнштейна, которые заменили ньютоновские представления об абсолютном пространстве и времени на концепцию единого пространства-времени, а механистическое понимание гравитации как силы — на ее геометрическую трактовку как искривления пространства-времени.