Ось времени и теория относительности

В теории относительности существует лишь частичное упорядочение точек пространства-времени по времени. Относительно двухсобытий мы не всегда можем сказать, которое лежит в прошлом, а которое в будущем, так что оси времени в привычном смысле нет. События относительно данного делятся на будущие — на которые можно повлиять, прошлые — которые на него влияют, и неопределённые — ни то, ни другое.

Сопоставимым понятием является мировая линия, на которой определено собственное время, однако она своя у каждого тела. Вспециальной теории относительности (также как и в большинстве моделей искривлённого пространства-времени в общей теории относительности) сохраняется порядок времени. То есть, если мировые линии двух тел пересеклись в двух точках пространства-времени, то одна из них является прошлым с точки зрения обоих тел, а другая — будущим. Хотя общая теория относительности не запрещает многократные пересечения мировых линий с нарушением порядка времени и даже самопересечение мировой линии (см.путешествия во времени), применимость подобных моделей пространства-времени к реальному физическому миру сомнительна.

25. Равновесные, слабо неравновесные и сильно неравновесные процессы.

26. Самоорганизация. Порядок через флуктуацию. Диссипативные системы.

Диссипативная система (или диссипативная структура, от лат. dissipatio — «рассеиваю, разрушаю») — это открытая система, которая оперирует вдали от термодинамического равновесия. Иными словами, это устойчивое состояние, возникающее в неравновесной среде при условии диссипации (рассеивания) энергии, которая поступает извне. Диссипативная система иногда называется ещё стационарной открытой системой или неравновесной открытой системой.

Диссипативная система характеризуется спонтанным появлением сложной, зачастую хаотичной структуры. Отличительная особенность таких систем — несохранение объёма в фазовом пространстве, то есть невыполнение Теоремы Лиувилля.

Простым примером такой системы являются ячейки Бенара. В качестве более сложных примеров называются лазеры, реакция Белоусова — Жаботинского и биологическая жизнь.

Термин «диссипативная структура» введен Ильёй Пригожиным.

Последние исследования в области «диссипативных структур» позволяют делать вывод о том, что процесс «самоорганизации» происходит гораздо быстрее при наличии в системе внешних и внутренних «шумов». Таким образом, шумовые эффекты приводят к ускорению процесса «самоорганизации».

Главное о процессе самоорганизации:

1. Дефиниция – [1]. «Самоорганизация есть спонтанное (от лат. «spontaneus» - «добровольный», «произвольный») возникновение и изменение материальных систем, их элементов, связей, структур, функций и свойств под влиянием внешних условий и во взаимодействии с ними».]

2. Самоорганизация является способом существования, самообновления и развития (прогрессивного и регрессивного) систем неживой, живой природы и общества.

3. Самоорганизация - процесс развивающийся. В неживой природе она является "пассивной", в живой природе "приспособительной" (адаптивной), а в обществе - "преобразующей" (Посмотрите схему).

4. Высшей формой самоорганизации в условиях нашей планеты является сознательно регулируемая деятельность людей.

27. Эффект Бернара как прототип явлений самоорганизации.

Рассмотрим горизонтальный слой жидкости, заключённый между параллельными пластинами в постоянном поле тяготения. Если нижнюю поверхность слоя сильно нагреть, то между нижней и верхней поверхностями возникает градиент температур . Вследствие теплового расширения плотность жидкости у нижней поверхности будет меньше, чем вблизи верхней поверхности. Из-за наличия силы тяжести и архимедовой выталкивающей силы лёгкий нижний и тяжёлый верхний слои стремятся поменяться местами. Однако вследствие вязкости жидкости при небольших градиентах температуры движения не возникает, и распространение теплоты происходит только за счёт теплопроводности. Лишь при достижении критического значения температурного градиента появляется конвективный поток, обладающий характерной структурой в виде шестиугольных ячеек (см. рисунок). Внутри ячеек жидкость поднимается вверх, а по краям опускается вниз.
Экспериментально наблюдать эффект Бенара можно, если, например, на сковородку диаметром около 20 см, подогреваемую снизу горячей водой, налить слой масла толщиной 0,5 см. Чтобы увидеть потоки жидкости, к маслу подмешивают алюминиевые опилки.

На рисунке (внизу) представлено изменение теплового потока q от нижней поверхности слоя жидкости к верхней в зависимости от разности температур Т между слоями. При значениях Т, больших , режим неподвижной теплопроводящей жидкости становится неустойчивым (показан пунктирной линией), и на смену ему приходит устойчивый режим, характеризующийся наличием конвекционных ячеек.
Таким образом, конвекционные ячейки являются более высокоорганизованной структурой, возникающей в результате коллективного движения молекул в жидкости, по сравнению с микроскопическим движением в состоянии покоя; т. е. в системе происходит самоорганизация.
28. Порядок через флуктуацию в биологии.

Термитник.
29. Электростатическое поле, напряженность поля, принцип суперпозиции.

Электростатическое поле — поле, созданное неподвижными в пространстве и неизменными во времени электрическими зарядами(при отсутствии электрических токов).

Электрическое поле представляет собой особый вид материи, связанный с электрическими зарядами и передающий действия зарядов друг на друга.

Если в пространстве имеется система заряженных тел, то в каждой точке этого пространства существует силовое электрическое поле. Оно определяется через силу, действующую на пробный заряд, помещённый в этом поле. Пробный заряд должен быть малым, чтобы не повлиять на характеристику электростатического поля.

Основные характеристики

§ напряженность

§ потенциал

Напряжённость электри́ческого по́ля — векторная физическая величина, характеризующаяэлектрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы действующей на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q:

.

Электростатический потенциа́л — скалярная энергетическая характеристикаэлектростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля. Единицей измерения потенциала является, таким образом, единица измерения работы, деленная на единицу измерения заряда (для любой системы единиц; подробнее о единицах измерения — см. ниже).

Электростатический потенциал является временно́й компонентой 4-вектора электромагнитного потенциала.

Электростатический потенциал равен отношению потенциальной энергии взаимодействия зарядас полем к величине этого заряда:

Напряжённость электростатического поля E и потенциал связаны соотношением:

.

Здесь — оператор набла, то есть в правой части равенства стоит вектор с компонентами, равными частным производным от потенциала по соответствующим координатам, взятый с противоположным знаком

При́нцип суперпози́ции — один из самых общих законов во многих разделах физики. В самой простой формулировке принцип суперпозиции гласит:

§ результат воздействия на частицу нескольких внешних сил есть векторная сумма воздействия этих сил.

Наиболее известен принцип суперпозиции в электростатике, в которой он утверждает, что электростатический потенциал, создаваемый в данной точке системой зарядов, есть сумма потенциалов отдельных зарядов.

Принцип суперпозиции может принимать и иные формулировки, которые полностью эквивалентны приведённой выше:

§ Взаимодействие между двумя частицами не изменяется при внесении третьей частицы, также взаимодействующей с первыми двумя.

§ Энергия взаимодействия всех частиц в многочастичной системе есть просто сумма энергий парных взаимодействий между всеми возможными парами частиц. В системе нет многочастичных взаимодействий.

§ Уравнения, описывающие поведение многочастичной системы, являются линейными по количеству частиц.

Именно линейность фундаментальной теории в рассматриваемой области физики есть причина возникновения в ней принципа суперпозиции.