Иллюзия материи: наш физический мир — не реально физический. Физика и познание мира Мэрион физика и физический мир
Лауреаты Нобелевской премии в области физики доказали, что, вне всяких сомнений, физический мир – это единый океан энергии, который возникает и спустя миллисекунды исчезает, пульсируя снова и снова.
Нет ничего сплошного и твердого. Таков мир квантовой физики.
Доказано, что только мысль позволяет нам собрать и удержать вместе те «объекты», которые мы видим в этом постоянно изменчивом поле энергии.
Так почему же мы видим человека, а не мигающий сгусток энергии?
Представьте себе катушку с фильмом.
Фильм – это набор кадров с частотой примерно 24 кадра в секунду. Кадры разделены интервалом времени. Однако, благодаря скорости, с которой один кадр сменяет другой, возникает обман зрения, и мы думаем, что видим непрерывное и движущееся изображение.
Теперь вспомните о телевидении.
Электронно-лучевая трубка телевизора – это просто трубка с множеством электронов, которые ударяются об экран определенным образом и создают тем самым иллюзию формы и движения.
Вот чем являются все объекты в любом случае. У вас есть 5 физических чувств (зрение, слух, осязание, обоняние и вкус). Каждое из этих чувств имеет определенный спектр (например, собака слышит звук в другом диапазоне, чем вы; змея видит свет в другом спектре, чем вы, и так далее).
Иначе говоря, ваш набор чувств воспринимает окружающее море энергии с определенной ограниченной точки зрения и, исходя из этого, строит изображение. Это не полная, и совсем не точная картина. Это - всего лишь интерпретация. Все наши интерпретации основаны исключительно на «внутренней карте» реальности, сформировавшейся у нас, а не на объективной истине. Наша «карта» – это результат накопленного в течение жизни опыта. Наши мысли связаны с этой невидимой энергией, и они определяют то, что формирует эта энергия. Мысли буквально перебирают вселенную частица за частицей с тем, чтобы создать физическую жизнь.
Оглянитесь вокруг. Все, что вы видите в нашем физическом мире, началось как идея, – идея, которая росла по мере того, как ею делились и выражали, пока не выросла достаточно, чтобы через несколько этапов стать физическим объектом.
Вы буквально становитесь тем, о чем больше всего думаете. Ваша жизнь становится тем, во что вы больше всего верите. Мир – это в буквальном смысле слова ваше зеркало, которое позволяет вам испытать в физическом плане то, что вы считаете истиной для себя … пока вы не измените точку зрения.
Квантовая физика демонстрирует нам, что окружающий мир – это не нечто жесткое и неизменное, как могло бы показаться. Напротив, это нечто непрерывно меняющееся, построенное на наших индивидуальных и коллективных мыслях.
То, что мы считаем истинным, на самом деле – иллюзия, почти цирковой трюк. К счастью, мы уже начали раскрывать эту иллюзию и, самое главное, искать возможности изменить ее.
Из чего состоит ваше тело? Человеческое тело состоит из девяти систем, включая кровообращение, пищеварение, эндокринную систему, мышечную, нервную, репродуктивную, дыхательную, скелетную системы и мочевые пути.
А из чего состоят они?
Из тканей и органов.
Из чего состоят ткани и органы?
Из клеток.
Из чего состоят клетки?
Из молекул.
Из чего состоят молекулы?
Из атомов.
Из чего состоят атомы?
Из субатомных частиц.
Из чего состоят субатомные частицы?
Из энергии!
Вы и я – это чистая энергия-свет в ее наиболее прекрасном и разумном воплощении. Энергия, постоянно изменчивая под поверхностью, но – под контролем вашего могущественного интеллекта. Вы – это одно большое звездное и могущественное Человеческое Существо.
Если бы вы могли увидеть себя под мощным электронным микроскопом и проводить другие эксперименты над собой, вы бы убедились в том, что состоите из сгустка постоянно меняющейся энергии в виде электронов, нейтронов, фотонов и так далее.
Так же – и все, что вас окружает. Квантовая физика говорит нам, что именно акт наблюдения объекта заставляет его быть там и таким, где и каким мы его видим. Объект не существует независимо от своего наблюдателя! Так что, как видите, ваши наблюдения, ваше внимание к чему-либо, и ваше намерение, буквально создает данный объект.
Это доказано наукой. Ваш мир состоит из духа, разума и тела. Каждый из этих трех элементов, дух, разум и тело, выполняет функцию, которая является уникальной для него и не доступна для остальных. То, что видят ваши глаза и ощущает ваше тело – это физический мир, который мы будем называть Тело. Тело – это эффект, созданный по причине.
Данная причина – это Мысль. Тело не может создавать. Оно может только ощущать и быть ощущаемым … в этом его уникальная функция. Мысль не может ощущать … она может только выдумывать, создавать и объяснять. Ей необходим мир относительности (физический мир, Тело), чтобы ощущать саму себя.
Дух есть Все Сущее, то, что дает Жизнь Мысли и Телу. Тело не имеет власти создавать, хотя и дарит такую иллюзию. Эта иллюзия является причиной множества разочарований. Тело – это просто результат, и не в его власти стать причиной или создать нечто.
Ключевым во всей этой информации является возможность для вас научиться видеть Вселенную иначе, для того чтобы дать воплощение всему, что является вашим истинным желанием.
Книга представляет собой вводный обзор всей современной физики, начиная от устоявшихся классических разделов ее до последних достижений в области физики элементарных частиц и астрофизики. Автор поставил цель подвести читателя к фундаментальным идеям физики и раскрыть некоторые из современных концепций, получивших развитие в середине XX столетия. С этой задачей он справился блестяще.
Книга написана достаточно строго, с большим педагогическим мастерством. В ней показаны красота, романтика и величие научного поиска. Автор не пользуется высшей математикой, изложение сопровождается многочисленными примерами и наглядными рисунками.
ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПРИРОДЫ.
Несколько сотен лет назад весь объем научных знаний был столь мал, что один человек мог подробно ознакомиться почти со всеми основными научными идеями. Действительно, ученого того времени называли «натурфилософом», подразумевая под этим, что он изучает все аспекты естествознания. Накопление научной информации начиная с эпохи Возрождения происходило так быстро, что представление об ученом, как о человеке, обладающем универсальными знаниями, давно уже потеряло смысл. В настоящее время ученые делятся на физиков, химиков, биологов, геологов и т. д. Однако мы по-прежнему стремимся связать воедино различные отрасли науки. Когда наше понимание природы станет более полным, мы сможем лучше понять, какая связь существует между физикой и биологией, между химией и геологией, между метеорологией и океанографией.
Физик старается познать самые элементарные системы в природе. Сделанные физика-
ми открытия не только расширяют наши знания об основных физических процессах, но часто играют решающую роль в развитии других наук. Так, например, открытие квантовой теории позволило химикам осмыслить все разнообразие накопленных ими фактов о химическом строении и химических реакциях. Сформулированные физиками законы распространения звуковых волн в твердых телах позволили геологам использовать методы сейсмологии для исследования земных недр. Теория движения газовых потоков оказалась исключительно важной для метеорологов и океанографов. Законы физики управляют всеми физическими процессами. Мы открыли лишь некоторые из этих законов - остальные пока ускользают от нас.
Оглавление
Предисловие к русскому изданию 7
Предисловие автора 9
1. Структура физики и ее язык 11
2. Длина, время, масса 35
3. Галактики и атомы 53
4. Движение 93
5. Сила и импульс 135
6. Основные силы в природе 167
7. Энергия 191
8. Поля 243
9. Движение электрических зарядов 269
10. Колебания, волны и излучение 309
11. Теория относительности 351
12. Основы квантовой теории 387
13. Атомы и кванты 425
14. Строение вещества 467
15. Атомные ядра 501
16. Элементарные частицы 541
17. Астрофизика и космология 575
18. Нерешенные вопросы физики 607
Ответы на некоторые задачи 614
Предметный указатель 620.
Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Физика и физический мир, Мэрион Дж.Б., 1975 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.
Скачать djvu
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России.
«Физика - 10 класс»
С самого рождения мы привыкаем к вещам и явлениям, окружающим нас. Так, мы узнаём, что предмет всегда падает вниз, что есть твёрдые предметы, о которые можно удариться, что огонь может обжечь и т. д.
Однако как ни важны подобные знания, они ещё не образуют науку.
Человек всегда задаёт вопросы: почему что-то происходит? В чём причина наблюдаемого явления? Поиск ответов на эти вопросы и есть предмет научной деятельности.
Физика и другие науки
Именно развитие наук о природе дало в руки человека современную технику и привело к преобразованию окружающего нас мира. Основную роль сыграла физика - важнейшая наука, изучающая самые глубокие законы природы. Физика составляет фундамент главнейших направлений техники. Так, открытие транзистора, сделанное в лаборатории физики твёрдого тела, определило современное развитие электроники, радиотехники и вычислительной техники. Создание лазера позволило осуществить связь на большие расстояния, получить высококачественные объёмные изображения (голография), предложить один из способов удержания высокотемпературной плазмы, создать уникальные технологии операций на глазах и многое другое.
Открывая законы природы, спрятанные под покровом бесконечно многообразного мира явлений, человек научился применять их для своих целей, создавать устройства, без которых немыслима современная комфортная жизнь. Учёные продолжают исследования Вселенной, создают уникальные материалы, ведут поиск новых источников энергии.
Физика - это наука, занимающаяся изучением основополагающих и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира.
Поэтому понятия физики и её законы лежат в основе естествознания.
Физика очень тесно связана с астрономией, геологией, химией, биологией и другими естественными науками. Например, открытие двойной спирали ДНК, «главной молекулы», было сделано в физической лаборатории. Это открытие определило пути развития молекулярной биологии, призванной ответить на вопрос, что такое жизнь. Квантовая теория позволила химикам объяснить химическое строение вещества, законы распространения звука помогают геологам изучать земные недра.
Физика способствовала развитию многих областей математики. Английский физик Дж. Максвелл говорил: «Точные науки стремятся к тому, чтобы свести загадки природы к определению некоторых величин путём операций с числами». Английский учёный И. Ньютон создал дифференциальное и интегральное исчисления, пытаясь написать уравнения движения тел. Стремление к простоте математического описания позволило австрийскому физику Э. Шредингеру записать уравнение, которое описывает мир атомов.
Физическими методами исследования пользуются учёные практически всех областей науки.
Научный метод
Какими же путями добывается научная истина? Несколько сотен лет назад были выработаны основы физического метода исследования. Он состоит в следующем: опираясь на опыт, делая предположения о сути того или иного явления, отыскивают сначала качественные, а затем количественные (формулируемые математически) законы природы; открытые законы проверяются практикой. Таким образом, схема научного познания выглядит так:
наблюдение - гипотеза - теория - эксперимент.
Именно эксперимент является критерием правильности теории.
«К физике относится только то, что может быть измерено» - это высказывание принадлежит американскому физику П. Бриджмену (1882-1961) и точно отражает особенность физики. Главным судьёй, который призван утвердить или отбросить данную теорию, является эксперимент. Физика имеет дело с воспроизводимыми ситуациями. Повторяя эксперимент при различных условиях, мы можем оценить влияние этих условий на данное физическое явление.
Модели в физике
Одним из мощных методов исследования в физике является метод моделирования.
Моделирование
- это процесс замены реального объекта, процесса или явления другим, называемым моделью.
Модель
- это идеализация реального объекта или явления при сохранении основных свойств, определяющих данный объект или явление.
Подчеркнём, что модель должна сохранять те свойства реального объекта, которые определяют его поведение. Модели бывают теоретическими и лабораторными, в последнее время широко используются компьютерные модели.
При создании теоретической модели используются результаты наблюдений и экспериментов. Очевидно, что проблема становится более понятной с помощью конкретных образов, именно поэтому модель чаще всего бывает механической. Например, движение молекул газа наглядно можно представить как движение упругих шариков, строение атома сначала предполагалось аналогичным строению Солнечной системы.
Одна из первых моделей, которой мы будем пользоваться, - это материальная точка, т. е. тело, размерами и формой которого можно пренебречь в условиях данной задачи. Последние слова являются ключевыми: именно условия конкретной задачи позволяют применить данную модель.
Сначала, когда данных мало, модель, как правило, получается грубой, но по мере накопления экспериментальных фактов она уточняется, однако для ответов на некоторые важные вопросы можно остановиться и на примитивной модели.
В лаборатории моделируются, как правило, явления, изучение которых в природных условиях представляет значительные трудности. Например, течение реки, изменение её русла моделируются в гидравлических лотках, испытание моделей самолётов проводится в аэродинамической трубе. При этом должны выполняться разные условия подобия - геометрическое, кинематическое и т. д.
Теоретическое решение любой физической задачи сводится к математическому моделированию, т. е. написанию уравнений. Часто эти уравнения получаются достаточно сложными, и их решения делаются с помощью компьютеров.
Научные гипотезы
Научная гипотеза - высказанное суждение, недоказанное утверждение, предположение, объясняющие наблюдаемые явления или результаты лабораторных экспериментов.
Научная гипотеза всегда выдвигается для решения конкретной проблемы, чтобы объяснить полученные экспериментальные данные или устранить разногласия между теоретическими и экспериментальными результатами, полученными в ходе проверки ранее выдвинутых гипотез. Например, немецкий физик-теоретик, основоположник квантовой теории, М. Планк, разрабатывая квантовую гипотезу, опирался как на выводы, полученные в рамках классической теории излучения, так и на отрицательные результаты проверки предыдущих гипотез.
Слова русского учёного Д. И. Менделеева подтверждают важность научных гипотез в процессе научного познания: «Они (гипотезы. - Авт.) науке и особенно её изучению необходимы. Они дают стройность и простоту, каких без их допущения достичь трудно. Вся история наук это показывает. А потому можно смело сказать: лучше держаться такой гипотезы, которая может оказаться со временем неверною, чем никакой. Гипотезы облегчают и делают правильною научную работу - отыскание истины, как плуг земледельца облегчает выращивание полезных растений».
Физические величины и их измерение
Для того чтобы понять и описать эксперименты, учёные вводят целый ряд физических величин, таких, как скорость, сила, давление, температура, электрический заряд и многие другие. Каждой величине надо дать точное определение, ввести её наименование в определённой системе единиц, указать, как эту величину можно измерить, как провести необходимый для такого измерения опыт.
Чаще всего в определениях физических величин просто уточняют и придают количественную форму тому, что непосредственно воспринимается нашими органами чувств. Так вводят понятия силы, температуры и т. д. Есть, конечно, величины, которые не воспринимаются непосредственно нашими органами чувств (например, электрический заряд). Но они выражаются через другие величины, на которые органы чувств человека реагируют. Так, электрический заряд определяется по силам взаимодействия между заряженными телами.
Для измерения физической величины необходим эталон, стандарт, т. е. некоторое средство измерения, позволяющее хранить единицу, передавать и повторять её размер. Эталоны, такие, например, как эталоны метра, килограмма и многих других величин, хранятся в Международном бюро мер и весов в Севре (Франция). Точные копии эталона разосланы в разные лаборатории мира.
А существует ли вообще точное значение физической величины? Мы знаем, что любое тело состоит из атомов. При увеличении точности измерения мы приходим к необходимости измерения объектов очень малых размеров, таких, как атомы и молекулы. Одним из существенных выводов квантовой механики был вывод о том, что бессмысленно даже ставить вопрос о точном значении физической величины, причём неопределённость лежит в основе самих законов природы, а не в несовершенстве приборов.
Теория
Изучая количественные связи между отдельными величинами, можно выявить частные закономерности. На основе таких закономерностей развивают теорию явлений. Теория должна объяснять частные закономерности с общей точки зрения. Теория позволяет не только объяснять уже наблюдавшиеся явления, но и предсказывать новые. Так, например Д. И. Менделеев на основе открытого им периодического закона предсказал существование нескольких химических элементов, которые в то время не были известны, а английский физик Дж. Максвелл предсказал существование электромагнитных волн.
Если между теорией и экспериментом появляется несоответствие, то теорию надо изменить, чтобы можно было объяснить все новые полученные данные, т. е. теорию надо усовершенствовать. Практически всякая известная теория является результатом последовательных уточнений.
Физический закон
Чтобы из наблюдений за физическими явлениями сделать общие выводы, найти причины этих явлений, следует установить количественные зависимости между различными физическими величинами. Проводя физический эксперимент, стремятся проследить зависимость данной величины от характера изменения каждого из условий в отдельности, Например, давление газа зависит от его массы, объёма и температуры. Чтобы исследовать эту зависимость, надо сначала изучить, как влияет на давление изменение объёма когда температура и масса остаются неизменными. Затем нужно проследить, как давление зависит от температуры при постоянном объёме, и т. д. Таким образом, в процессе исследований учёные получают научные факты .
Научными фактами называют утверждения, которые можно всегда проверить и подтвердить при выполнении заданных условий.
Физический закон - основанная на научных фактах устойчивая связь между повторяющимися явлениями, процессами и состояниями тел и других материальных объектов в окружающем мире.
Физические законы обычно выражаются в виде короткого словесного утверждения или компактной математической формулы, связывающей между собой определённые физические величины. Английский физик-теоретик П. Дирак сказал: «Физический закон должен обладать математической красотой».
Границы применимости физических законов
Теория, проверенная и подтверждённая многочисленными экспериментами, может рассматриваться как физический закон . Однако у каждого закона есть границы применимости. Эти границы прежде всего определяются той теоретической моделью, в рамках которой мы рассматриваем данный закон. Все законы, которым подчиняется реальный газ, выведенные на основе модели идеального газа, справедливы только для тех условий, при которых свойства реального газа приближены к свойствам идеального газа.
Так, мы уже знаем закон Ома: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна приложенному к нему напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка. Однако этот закон справедлив не для всех проводников. Например, он неприменим для ионизованного газа. Кроме того, им можно пользоваться только в определённом интервале значений силы тока, в котором можно считать сопротивление постоянным. На самом деле при прохождении тока проводник нагревается, сопротивление проводника увеличивается, и сила тока будет отличаться от расчётной.
Открытия в физике
Физика продолжает бурно развиваться. Каждый новый эксперимент позволяет усовершенствовать теорию. Между теорией и экспериментом существует неразрывная связь, непрерывное взаимодействие.
Необходимо помнить, что любая физическая теория основывается на определённой модели объектов и явлений. В процессе добывания новых научных фактов любая физическая модель совершенствуется и усложняется. Однако очевидно, что окружающий нас мир гораздо сложнее, многообразней и совершенней любой самой сложной, созданной человеческим умом модели. Поэтому завершённость какой-либо физической теории отнюдь не означает полного познания законов природы.
В настоящее время учёные получают в лабораториях новые материалы и исследуют их свойства. Так, в 2010 году была присуждена Нобелевская премия по физике А. Гейму и К. Новосёлову за открытие графена, который обладает сверхпрочными свойствами и наибольшей электропроводностью из существующих материалов. Учёные решают глобальные вопросы: открытие новых элементарных частиц, новых физических законов, новых видов энергии. Разрабатывают теории, подтверждение которых требует создания очень сложных установок, таких, как, например, Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе. Длина его основного кольца около 27 км. Создание таких установок требует огромных затрат и сложной подготовки.
Однако часто случается так, что теории долго не находят экспериментального подтверждения. Так, например, ещё не обнаружены кварки, хотя считается, что все элементарные частицы состоят из них, и создана стройная теория кварков. Так что сегодня нет никаких оснований считать, что раскрыты почти все законы природы и мы находимся у границ познания. Поле для деятельности будущих учёных практически не имеет границ.
Механика
Механика - это наука о причинах и общих законах механического движения тел.
Законы механики были сформулированы великим английским учёным И. Ньютоном. На могильной плите в Вестминстерском аббатстве в Лондоне высечены знаменательные слова:
Здесь покоится Сэр Исаак Ньютон,
Который почти божественной силой своего ума Впервые объяснил
С помощью своего математического метода Движения и формы планет,
Пути комет, приливы и отливы океана.
Он первый исследовал разнообразие световых лучей И проистекающие отсюда особенности цветов,
Которых до того времени никто даже не подозревал. Прилежный, проницательный и верный истолкователь Природы, древностей и Священного Писания.
Он прославил в своём учении всемогущего Творца. Требуемую Евангелием простоту он доказал своей жизнью. Пусть смертные радуются, что в их среде Жило такое украшение человеческого рода.
Родился 25 декабря 1642 г.
Умер 20 марта 1727 г.
На протяжении многих лет учёные были уверены, что единственными основными (фундаментальными) законами природы являются законы механики Ньютона. Однако оказалось, что не все явления можно объяснить на основе механической картины мира, например у электромагнитных явлений иная физическая природа, и они не подчиняются законам Ньютона.
Было выяснено также, что законы Ньютона, как и любые другие законы природы, не являются абсолютно точными. При движениях со скоростями, близкими к скорости света, тела обнаруживают свойства, о существовании которых Ньютон не подозревал.
Механика изучает движение тел. В физике пользуются абстрактным понятием «физическое тело» или просто «тело». Под телом мы понимаем любой объект, это может быть бегущая собака, человек, автомобиль, Земля, обращающаяся вокруг Солнца, и т. д. Изучив законы движения физического тела, мы можем ответить на практические вопросы, например, о скорости движения поезда, ракеты, человека и т. д.
Движение окружающих нас тел можно объяснить на основе законов Ньютона, область применения которых очень обширна.
Механика, основанная на законах Ньютона, называется классической механикой .
Учебное пособие «Физика и физический мир» для учащихся старших классов общеобразовательных учебных заведений, студентов физических факультетов, преподавателей физики, а также всех тех, кому интересна физика, написано Дж. Б. Мэрион. Пособие выпущено издательством «Мир» в 1975 году. Материал пособия является дополнительным к основному учебному курсу и предназначен для расширения понимания школьниками основных законов физики. Пособие рекомендовано к использованию Министерством образования и наук Российской Федерации.
Теоретический материал пособия разделен на восемнадцать глав: структура физики и её язык, атомы и кванты, длина, время, масса, теория относительности, галактика и атомы, поля, движение, энергия, силы и импульсы, основные силы в природе, движение электрических зарядов, атомное ядро, элементарные частицы, строение вещества, колебания, волны и излучение, атомы и кванты, основы квантовой физики, нерешенные вопросы физики, астрофизика и космология. В конце пособия приведены ответы на некоторые задачи пособия.
Материал, который изложен в данном пособии выходит за рамки школьного курса, поэтому материал могут смело использовать в своей работе преподаватели физики для расширения уровня знаний школьников по физике, расширения их кругозора, а также повышения мотивации на изучение физики в дальнейшем. Пособие будет интересно всем, кому нравится физика, для повышения своей эрудиции и образованности. В пособие приводятся достижения отечественной и зарубежной физики, которые в настоящее время формируют основные направления в этой отрасли.
В пособие приведено большое количество наглядных рисунков, пояснений и примеров, которые помогают школьникам лучше понять тот материал, который изложен в пособие. Материал пособия может использоваться преподавателями физики для изложения на внеклассных занятиях, факультативах и спецкурсах, которые позволяют не только расширить уровень знания школьников по физике, но и создать у школьников положительную мотивацию на дальнейшее его изучение. Пособие могут использовать школьники для самообразования, материал, который приведен в пособии, понятен для понимания, даже если уровень знаний по физики достаточно низкий. В пособие приводятся исторические справки и очерки, которые позволяют школьнику лучше разобраться в представленном теоретическом материале.