"Теоретическая физика": 1 часть (5 семестр)
Часть 1. Общие принципы. Теоретическое знание и роль в решении актуальных проблем цивилизации.
1. Формы освоения реальности человеком и человечеством - образная (религия) и рациональная (наука); особенности и ограничения.
2. Цели и задачи науки и ее роль в решении актуальных проблем цивилизации и обеспечении устойчивости человечества.
3. Научная теория: ее природа, обязательные составляющие и роль в формировании научного знания. Отличие теории от гипотезы.
4. Абстрактный объект в научной теории - материальная точка и система: возможности и ограничения. Роль логической основы теории в выборе абстрактного объекта.
5. Фундаментальные научные принципы и их роль в формировании рациональных моделей реальности.
6. Фундаментальный принцип сохранения и следствия из него. Примеры проявления форм перманентной сущности в физике, химии, экономике и др. областях знания.
7. Фундаментальный принцип диссипации (рассеяния). Роль принципа возрастания энтропии (II закона термодинамики в формулировке Р. Клаузиуса) в формировании фундаментального принципа рассеяния.
8. Антропный фундаментальный принцип и следствия из него. Особое положение и особая роль человечества во Вселенной.
9. Рациональные модели реальности и исторические периоды, с которыми они соотносятся. Творцы этих моделей реальности.
10. Устойчивость как атрибут реальности.
Часть 2. Механика. Основные положения консервативной модели реальности на примере классической механики
11. Фундаментальные законы сохранения: закон сохранения полной энергии; закон сохранения импульса; закон сохранения момента импульса.
12. Абстрактный объект этой модели и характеристики его состояния: обобщенные координаты и обобщенные импульсы.
13. Пространство в консервативной модели и реальное пространство.
14. Время в консервативной модели и реальное время; его основные аспекты.
15. Первый закон И. Ньютона. Форма представления устойчивости реальных объектов в консервативной модели.
16. Второй закон И. Ньютона. Причина инвариантности законов классической механики относительно инверсии времени.
17. Проблема логической противоречивости движения (апории Зенона Элейского) и ее разрешение И. Ньютоном.
18. Относительность движения в консервативной модели; её проявление и причина. Принцип относительности Г. Галилея.
19. Понятие о фазовом пространстве. Представление устойчивости объекта в фазовом пространстве. Колебания и ангармонизм.
20. Фазовый портрет математического маятника с закреплением подвеса в верхней точке. Колебания и способы их аналитического описания.
21. Фазовый портрет физического маятника с закреплением подвеса в верхней точке. Примеры аналогий.
22. Фазовый портрет физического маятника с закреплением подвеса в нижней точке. Примеры аналогий. Явление резонанса.
Часть 3. Термодинамика равновесных (обратимых) процессов.
23. Диссипативная модель реальности. Закон распространения теплоты Фурье. Физический смысл температуры и ее градиента. Понятие потока энергии и его направление. Особенности причинно-следственной связи в законе Фурье.
24. Сущность системного подхода. Понятие системы на примере термодинамической системы.
25. Классификации термодинамических систем: изолированные, закрытые и открытые. Локализованные и распределенные системы.
26. Параметры (независимые и зависимые) состояния. Экстенсивные и интенсивные величины. Уравнения состояния.
27. Функции состояния термодинамических систем. Функции процесса. Примеры.
28. Энтропия; её статистический смысл. Термодинамическая вероятность. Формула Больцмана.
29. Первый закон термодинамики. Теплота, работа, внутренняя энергия, энтальпия.
30. Второй закон термодинамики. Принцип возрастания энтропии. Гипотеза "тепловой смерти" Вселенной.
31. Энергия Гиббса. Энергия Гельмгольца. Поверхностные явления.
32. Понятие времени в диссипативных системах. С какой функцией состояния связан исторический аспект времени? Информационный смысл внешнего воздействия.
33. Энергетический профиль процесса в термодинамической системе. Состояния стабильного и метастабильного термодинамических равновесий и их устойчивость. Лабильное состояние. Условия утраты устойчивости метастабильного равновесия.
34. Третий закон термодинамики. Принцип недостижимости абсолютного нуля температуры.
35. Различия равновесных и неравновесных состояний системы, обратимых и необратимых процессов в них. Энтропийный критерий равновесия и условия его применения.
36. Принцип Ле Шателье для фазового и химического равновесий. Механизм устойчивости состояния равновесия.
37. Фазовое пространство диссипативных систем. Фазовые равновесия и фазовые диаграммы состояния однокомпонентных систем (фазовая диаграмма воды). Тройная точка. Критическая точка.
38. Правило фаз Гиббса. Компонент, фаза и число степеней свободы гетерогенной физико-химической системы. Принцип максимального фазового разнообразия и устойчивость.
Часть 4. Термодинамика неравновесных (необратимых) процессов.
39. Линейная термодинамика необратимых процессов вблизи равновесия.
40. Явление самоорганизации в неравновесных системах вдали от равновесия. Упорядочивающий смысл внешнего воздействия. Диссипативные структуры и условия их возникновения (на примере гидродинамического эффекта Бенара). Бифуркации.
41. Устойчивость неравновесных состояний вдали от равновесия. Устойчивость диссипативных структур.
42. Связь явления самоорганизации с гипотезой возникновения жизни. Самоорганизация и новации в системе. Синергетика.
Часть 5. Синергетика и перспективы теоретического разрешения проблем человечества.
43. Климатические последствия ядерной войны. Теория "ядерной зимы" Моисеева - Александрова - Тарко.
44. Глобальные проблемы человечества. Проект Римского клуба "Пределы роста" (Д. Медоуз и др.). Динамика сферы интересов человечества. Критерии устойчивости.
45. Теория этногенеза Л.Н. Гумилева и перспективы разрешения глобальных проблем человечества.
Литература
1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т.1. Механика. – М.: Наука, 1978. – 208 с.
2. Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. – М.: Мир, 2002. – 462 с.
3. Жереб В.П., Снежко А.А.Теоретические основы прогрессивных технологий. – Красноярск: СибГАУ, - 132 с.
Составил д.х.н., проф. кафедры КМиФХМП Жереб В.П.
