Фундаментальными теориями классической физики являются

· Классическая механика

· Термодинамика и статистическая физика

· Классическая электродинамика

От Галилея и Ньютона до Максвелла и Больцмана в рамках классической физики была создана картина строения физического мира, казавшаяся во второй половине XIX в. безупречно точной и исчерпывающе полной.

ВОПРОС 9. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЩЕЙ И СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ (Лаура, не по конспекту)

Специа́льная тео́рия относи́тельности(СТО; также называемая ча́стная тео́рия относи́тельности) — теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света. В рамках специальной теории относительности классическая механика Ньютона является приближением низких скоростей. Фактически СТО описывает геометрию четырёхмерного пространства-времени и базируется на плоском (то есть неискривленном) пространстве Минковского. Обобщение СТО для гравитационных полей называется общей теорией относительности.

В этой теории постулируется, что гравитационные и инерциальные силы имеют одну и ту же природу.

Отсюда следует, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а деформацией самого́ пространства-времени, которая связана, в частности, с присутствием массы-энергии.

Общая теория относительности отличается от других метрических теорий тяготения использованием уравнений Эйнштейна для связи кривизныпространства-времени с присутствующей в нём материей.

ОТО в настоящее время — самая успешнаятеория гравитации, хорошо подтверждённая наблюдениями и рутинно используемая в астрономии и в инженерных приложениях, таких как системы спутниковой навигации. Первый успех общей теории относительности состоял в объяснении аномальной прецессии перигелия Меркурия. Затем, в 1919 году, Артур Эддингтон сообщил о наблюдении отклонения света вблизи Солнца в момент полного солнечного затмения, что качественно и количественно подтвердило предсказания общей теории относительности. С тех пор многие другие наблюдения и экспериментыподтвердили значительное количество предсказаний теории, включая гравитационное замедление времени, гравитационное красное смещение, задержку сигнала в гравитационном поле и гравитационное излучение. Кроме того, многочисленные наблюдения интерпретируются как подтверждения одного из самых таинственных и экзотических предсказаний общей теории относительности — существования чёрных дыр.

Несмотря на ошеломляющий успех общей теории относительности, в научном сообществе существует дискомфорт, связанный, во-первых, с тем, что её не удаётся переформулировать как классический предел квантовой теории, а во-вторых, с тем, что сама теория указывает границы своей применимости, так как предсказывает появление неустранимых физических расходимостей при рассмотрении чёрных дыр и вообще сингулярностей пространства-времени. Для решения этих проблем был предложен ряд альтернативных теорий, некоторые из которых также являются квантовыми. Современные экспериментальные данные, однако, указывают, что любого типа отклонения от ОТО должны быть очень малыми, если они вообще существуют.

Значение общей теории относительности выходит далеко за пределы теории тяготения. В математике специальная теория относительности стимулировала исследования в области теории представлений групп Лоренца в гильбертовом пространстве, а общая теория относительности стимулировала исследования по обобщению геометрии Римана и возникновение дифференциальной геометрии пространств аффинной связности, а также разработку теории представлений непрерывных групп.

ВОПРОС 10. ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ И ЕЕ СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ. (Лаура, не по конспекту)

Вселенная – окружающий нас мир, бесконечный в пространстве, во времени и по многообразию форм заполняющего его вещества и его превращений.

Мир един, гармоничен и одновременно имеет многоуровневую организацию. Вселенная – это мегамир. Нет жесткой границы, однозначно разделяющей микро-, макро– и мегамиры. При несомненном качественном отличии они взаимосвязаны. Так, наша Земля представляет макромир, но в качестве одной из планет Солнечной системы она одновременно выступает и как элемент мегамира. Вселенная представляет собой упорядоченную систему отдельных взаимосвязанных элементов различного порядка. Это небесные тела (звезды, планеты, спутники, астероиды, кометы), планетные системы звезд, звездные скопления, галактики.

Предположительное развитие Вселенной, начиная от Большого Взрыва

Звезды вместе с их планетными системами и межзвездной средой образуют галактики. Галактика –гигантская звездная система, насчитывающая более 100млрд звезд, обращающихся вокруг ее центра. Внутри галактики отмечают звездные скопления. Звездные скопления – группы звезд, разделенные между собой меньшим расстоянием, чем обычные межзвездные расстояния. Звезды в такой группе связаны общим движением в пространстве и имеют общее происхождение. Галактики образуют метагалактику. Метагалактика – грандиозная совокупность отдельных галактик и скоплений галактик.

В современной трактовке понятия "метагалактика" и "Вселенная" чаще отождествляют. Но иногда метагалактика толкуется лишь как видимая часть Вселенной, при этом Вселенная сводится к бесконечности. Однако если принять, что за пределами метагалактики существует космический вакуум, то такую форму материи трудно отнести к Вселенной, потому что там нет устойчивых элементарных частиц и атомов, нет звезд, нет галактик. Поэтому для бесконечного мира более подходит философское понятие материального мира, частью которого является Вселенная или метагалактика.

ВОПРОС 13. РАННИЙ И ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОДЫ РАЗВИТИЯ ЗЕМЛИ КАК ПЛАНЕТЫ.(Люба, не по конспекту)

ВОПРОС 14. ВНУТРЕНЕЕ СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ. ПЛАНЕТАРНЫЙ РЕЛЬЕФ ПЛАНЕТЫ (Люба, не по конспекту)

Земля, так же, как и многие другие планеты, имеет слоистое внутреннее строение. Наша планета состоит из трех основных слоев. Внутренний слой – это ядро, наружный– земная кора, а между ними размещена мантия.

Ядро представляет собой центральную часть Земли и расположено на глубине 3000-6000 км. Радиус ядра составляет 3500 км. По мнению ученых, ядро состоит из двух частей: внешней – вероятно, жидкой, и внутренней - твердой. Температура ядра составляет около 5000 градусов. Современные представления о ядре нашей планеты получены в ходе длительных исследований и анализа полученных данных. Так, доказано, что в ядре планеты содержание железа достигает 35%, что обусловливает его характерные сейсмические свойства. Внешняя часть ядра представлена вращающимися потоками никеля и железа, которые хорошо проводят электрический ток.

Происхождение магнитного поля Земли связано именно с этой частью ядра, так как глобальное магнитное поле создается электрическими токами, протекающими в жидком веществе внешнего ядра. Из-за очень высокой температуры внешнее ядро оказывает значительное влияние на соприкасающиеся с ним участки мантии. В некоторых местах возникают громадные тепломассопотоки, направленные к поверхности Земли. Внутреннее ядро Земли твердое, также имеет высокую температуру. Ученые полагают, что такое состояние внутренней части ядра обеспечивается очень высоким давлением в центре Земли, достигающим 3 млн. атмосфер. При увеличении расстояния от поверхности Земли повышается сжатие веществ, при этом многие из которых переходят в металлическое состояние.

Промежуточный слой – мантия – покрывает ядро. Мантия занимает около 80% объема нашей планеты, это самая большая часть Земли. Мантия расположена кверху от ядра, но не достигает поверхности Земли, снаружи она соприкасается с земной корой. В основном, вещество мантии находится в твердом состоянии, кроме верхнего вязкого слоя толщиной примерно 80 км. Это астеносфера, в переводе с греческого языка означает «слабый шар». По мнению ученых, вещество мантии непрерывно движется. При увеличении расстояния от земной коры в сторону ядра происходит переход вещества мантии в более плотное состояние.

Снаружи мантию покрывает земная кора – внешняя прочная оболочка. Ее толщина варьирует от нескольких километров под океанами до нескольких десятков километров в горных массивах. На долю земной коры приходится всего 0,5% общей массы нашей планеты. В состав коры входят оксиды кремния, железа, алюминия, щелочных металлов. Континентальная земная кора делится на три слоя: осадочный, гранитный и базальтовый. Океаническая земная кора состоит из осадочного и базальтового слоев.

Литосферу Земли формирует земная кора вместе с верхним слоем мантии. Литосфера слагается из тектонических литосферных плит, которые как будто «скользят» по астеносфере со скоростью от 20 до 75 мм в год. Двигающиеся друг относительно друга литосферные плиты различны по величине, а кинематику передвижения определяет тектоника плит.

Планетарный рельеф Земли

Основными формами планетарного рельефа являются материки и впадины океанов. Их образование связано с внутренними силами Земли, сформировавшими материковый и океанический тип земной коры.

Как отмечалось, кора материкового типа характеризуется большей мощностью – в среднем 35 км, а местами до 70 км. Она состоит из трех слоев:

1. Осадочный слой: от 0 до 20 км;

2. Гранитный слой: от 15 до 30 км (под горами);

3. Базальтовый слой: от 15 до 20 км.

Кора океанического типа резко отличается от материковой. Ее мощность колеблется от 5 до 10 км. Под осадочными породами мощностью от 100 м до нескольких километров, залегает слой, состоящий из базальтовых и уплотненных осадочных пород, переходящий в базальтовый слой мощностью 4-7 км. Здесь, как видно, нет гранитного слоя.

Особое строение земная кора имеет на границах материков с океанами, то есть в современных подвижных поясах, где отмечаются сложные переходы одного типа коры в другой, а также интенсивный вулканизм и высокая сейсмичность.

Своеобразными чертами характеризуется земная кора под срединно-океаническими хребтами. Она выделяется в рифтовый тип земной коры.

Итак, материковому типу земной коры соответствуют материки, которые образуют основные массивы суши. Некоторые площади материков затоплены водами океанов. Это подводные окраины материков. Границами материков является самая нижняя часть подводной окраины материков, где выклинивается гранитный слой, и кора материкового типа сменяется океанической.

В расположении материков на Земле отмечаются следующие закономерности:

1. Суммарная площадь их в 2,5 раза меньше площади Мирового океана. При этом вес горных пород, слагающих материки, также в 2,5 раза больше удельного веса океанических вод.

2. Материки, обычно своими антиподами имеют Океаны. Исключение составляет Ю. Америка.

3. Северное и Западное полушария отличаются меньшей водностью, чем Южное и Восточное.

4. Отмечаются: парность материков (исключая Антарктиду), а также изгиб всех материков к востоку и сдвиг также к востоку южного материка в каждой паре.

5. Прослеживается совпадение конфигурации береговых линий материков. Например, восточного берега Ю. Америки и западного – Африки.

Как установлено, на Земле происходили большие перемещения материков. Гипотеза такого «плавания материков» связана с именем немецкого ученого Альфреда Вегенера и в наше время во многом подтверждается. По этой гипотезе, высказанной А. Вегенером в 1912 году, до конца палеозоя земная кора была собрана в один материк – Пангею, который находился на месте Европы. В мезозое (170 млн. лет назад) начался раскол и перемещение материков. Первой отделилась и сместилась к западу Южная Америка, затем последовательно отделялись: Африка, Антарктида, Австралия и Северная Америка.

Вначале эта гипотеза была отвергнута большинством ученых. Однако позднее появились убедительные факты в ее пользу:

1. Намагничивание одновозрастных пород;

2. Точные геодезические измерения, говорящие о перемещении материков.

Сейчас установлено, что литосфера расчленена на несколько огромных плит толщиной 100-150 км. При этом одни плиты полностью океанические, а другие – смешанные, то есть включают в себя земную кору двух типов. Эти плиты медленно перемещаются по пластичной астеносфере вместе с материками и океанами.

Среди малых плит и микроплит: X – Хуан-де-Фука; Ко – Кокос; К – Карибская; А – Аравийская; Кт – Китайская; И – Индокитайская; О – Охотская; Ф – Филиппинская.

1 – дивергентные границы (оси спрединга);

2 – конвергентные границы (зоны субдукции, реже – зоны коллизии);

3 – трансформные разломы и прочие границы;

4 – векторы «абсолютных» движений литосферных плит (в координатах горячих точек).