Физика. Современная картина мира: Учебник для вузов

ПРЕДИСЛОВИЕ. ЭВОЛЮЦИЯ ФИЗИЧЕСКИХ КАРТИН МИРА ЧАСТЬ Ι. КЛАССИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ (МАКРОМИР) ГЛАВА 1. МЕХАНИКА 1.1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИЖЕНИЯ (точка, система отсчета, траектория, перемещение, путь, классификация движений) 1.2. ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ (равномерное и равнопеременное движение, скорость и ускорение) 1.3. ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ (равномерное движение по окружности, линейная и угловая скорость, центростремительное ускорение, ускорение при неравномерном вращении) 1.4. ЗАКОНЫ НЬЮТОНА (силы, классификация сил, масса, импульс, механический принцип относительности Галилея) 1.5. СИЛЫ ТЯГОТЕНИЯ (закон всемирного тяготения, сила тяжести, вес тела, невесомость, гравитационное поле, принцип эквивалентности) 1.6. СИЛЫ УПРУГОСТИ И ТРЕНИЯ (деформация, кривая деформации, закон Гука, виды трения, коэффициент трения, движение при наличии сил трения) 1.7. ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА И ЭНЕРГИИ (задача столкновения двух частиц, работа, кинетическая и потенциальная энергия, теорема о кинетической энергии, работа потенциальных и непотенциальных сил) 1.8. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МОМЕНТА ИМПУЛЬСА (момент импульса, закон сохранения, система точек, абсолютно твердое тело, поступательное и вращательное движение, момент силы и момент инерции, основной закон динамики вращательного движения) 1.9. ОСНОВЫ ТЕОРИИ КОЛЕБАНИЙ (незатухающие и затухающие колебания, вынужденные колебания, резонанс, сложение колебаний, биение) 1.10. ВОЛНЫ В СПЛОШНОЙ СРЕДЕ (уравнение волны, продольные и поперечные волны, общие свойства волн, эффект Доплера) ГЛАВА 2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА 2.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ (броуновское движение, взаимодействие молекул) 2.2. ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ (характеристики газа, опытные газовые законы, уравнение состояния идеального газа) 2.3. МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ГАЗОВ (давление газа на стенки сосуда, средняя длина свободного пробега, основное уравнение кинетической теории газов) 2.4. СВОЙСТВА ГАЗОВ (внутренняя энергия, теплоемкость, распределение молекул по скоростям, явления переноса) 2.5. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ (работа и теплота, первое начало термодинамики, применение к различным изопроцессам) 2.6. КРУГОВЫЕ ПРОЦЕССЫ (циклы, цикл Карно, второе начало термодинамики) 2.7. ЭНТРОПИЯ (микро- и макросостояния, энтропия в обратимых и необратимых процессах, третье начало термодинамики) 2.8. ИЗМЕНЕНИЕ АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА (реальные газы, критическое состояние вещества, испарение и кипение жидкостей, влажность воздуха, плавление, кристаллизация и сублимация твердых тел) ГЛАВА З. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ 3.1. ЭЛЕКТРОСТАТИКА (электрические заряды, закон Кулона, напряженность поля, принцип суперпозиции полей, теорема Гаусса, работа сил электростатического поля, потенциал поля, связь между напряженностью и потенциалом) 3.2. ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ (полярные и неполярные диэлектрики, поляризация, основные законы электростатики в диэлектриках, вектор электростатической индукции) 3.3. ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ (перераспределение зарядов, электрическая емкость, конденсаторы, энергия электростатического поля) 3.4. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК (характеристики тока, законы Ома и Джоуля – Ленца, сопротивление проводников, энергетические соотношения в цепи постоянного тока) 3.5. КЛАССИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕОРИЯ (опыты Толмена и Стюарта, законы Ома, Джоуля – Ленца, Видемана – Франца) 3.6. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ (характеристики, законы Ампера и Био – Савара – Лапласа, теорема о циркуляции) 3.7. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДВИЖУЩИХСЯ ЗАРЯДОВ (сила Лоренца) 3.8. ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ (работа в магнитном поле, ЭДС индукции, самоиндукция и взаимоиндукция, энергия магнитного поля) 3.9. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ (парамагнетики и диамагнетики, магнитная восприимчивость и проницаемость, ферромагнетики, гистерезис) 3.10. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ (колебательный контур, уравнение электромагнитных колебаний, свободные и вынужденные колебания, резонанс) 3.11. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ (ток смещения, система уравнений Максвелла, электромагнитная волна, вектор Пойнтинга, шкала электромагнитных волн) 3.12. СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН (поляризация, плоская и сферическая волна, излучение электромагнитных волн, осциллятор Герца, немонохроматические волны) ГЛАВА 4. ОПТИКА 4.1. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА (оптические спектры, действия света, основы фотометрии) 4.2. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ (законы отражения и преломления, полное внутреннее отражение, увеличение сферической поверхностью, тонкая линза) 4.3. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ОПТИКИ (дисперсия, поглощение и рассеяние света) 4.4. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА (условия возникновения интерференции, интерференция от двух точечных источников, интерференция от протяжённого источника) 4.5. ДИФРАКЦИЯ СВЕТА (принцип Гюйгенса и Гюйгенса – Френеля, дифракция Френеля, дифракция Фраунгофера) 4.6. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА (вращение плоскости поляризации, двойное лучепреломление, закон Малюса, поляризация при отражении) 4.7. ДАВЛЕНИЕ СВЕТА ЧАСТЬ ΙΙ. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ (МИКРО- И МЕГАМИРЫ) ГЛАВА 5. РЕЛЯТИВИЗМ 5.1. РЕЛЯТИВИСТСКАЯ КИНЕМАТИКА (постулаты СТО, преобразования Лоренца и их следствия, оптический эффект Доплера, псевдоевклидово пространство, четырёхмерная скорость и ускорение) 5.2. РЕЛЯТИВИСТСКАЯ ДИНАМИКА (релятивистский импульс и энергия, преобразования энергии-импульса, связь энергии и импульса, тензор энергии-импульса, четырёхмерная формулировка динамики) 5.3. ОСНОВЫ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ (движение заряда в электромагнитном поле, четырёхмерный потенциал, четырёхмерная формулировка уравнений электромагнетизма, тензор электромагнитного поля, принцип ковариантности) 5.4. ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ (постулаты ОТО, тензоры Римана и Риччи, уравнения Эйнштейна, интервал Шварцшильда, гравитационное красное смещение, сдвиг перигелия планет, искривление светового луча в поле тяготения, гравитационный коллапс, гравитационная волна) 5.5. ДВИЖЕНИЕ СО СВЕРХСВЕТОВОЙ СКОРОСТЬЮ (движение с досветовой и сверхсветовой скоростью, тахион – характеристики и свойства) ГЛАВА 6. КВАНТЫ 6.1. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (характеристики теплового излучения, абсолютно чёрное тело, формула Релея – Джинса, ультрафиолетовая катастрофа, формула Планка, спонтанное и вынужденное излучение) 6.2. КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ (фотоэффект, эффект Комптона, волна-частица, волновой пакет, уравнение Шредингера) 6.3. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ (свойства волновой функции, условие нормировки, операторы, соотношение неопределённостей, движение частицыв потенциальном поле, туннельный эффект, квазиклассическое приближение) 6.4. СТРОЕНИЕ АТОМА (планетарная модель, модель Бора, квантовая теория атома, спин электрона, атомный магнетизм, периодическая система элементов) 6.5. СТРОЕНИЕ АТОМНОГО ЯДРА (характеристики ядра, естественная радиоактивность, α- и β-распад, теория α-радиоактивности, ядерные реакции, искусственная радиоактивность, реакция деления) 6.6. ОСНОВЫ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ (уравнение Клейна – Гордона, уравнение Дирака, свойства решений, отрицательная энергия, позитрон, физический вакуум, лэмбовский сдвиг уровней) ГЛАВА 7. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 7.1. ВВЕДЕНИЕ В КВАНТОВУЮ ТЕОРИЮ ПОЛЯ (обобщение квантовой механики, преобразования симметрии, квантовые преобразования Лоренца, операторы рождения и уничтожения частиц, S-матрица, теория возмущений, расходимости, перенормировка, диаграммы Фейнмана, гамильтонов и лагранжев формализм) 7.2. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ (основные свойства, характеристики и классы, квантовые числа, изотопические мультиплеты, группы симметрии, кварки, кварковая модель мезонов и адронов) 7.3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ (калибровочная инвариантность, гамильтониан и оператор электромагнитного взаимодействия, спонтанный переход в двухуровневой системе, характеристики электромагнитного взаимодействия) 7.4. СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ (универсальное взаимодействие Ферми ,гамильтониан слабого взаимодействия, типы слабых процессов, свойства слабого взаимодействия) 7.5. СИЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ (нуклон-нуклонное взаимодействие, виртуальные мезоны, теория Юкавы ядерных сил, кварк-глюонное взаимодействие, квантовая хромодинамика) 7.6. ГРАВИТАЦИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ (механизм гравитационного взаимодействия, гравитон, квантование гравитационного поля) 7.7. ОБЪЕДИНЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ (электрослабое взаимодействие, Стандартная модель, лагранжиан, Великое объединение, супергравитация, струны) ГЛАВА 8. КОСМОС 8.1. СОСТАВ ВСЕЛЕННОЙ (звёзды, термоядерные реакции, эволюция звёзд, звёздные скопления, галактики, туманности, планеты) 8.2. НАБЛЮДАТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ВСЕЛЕННОЙ (красное смещение, однородность, электромагнитное излучение, микроволновое фоновое излучение, нестационарность, диаграмма Хаббла, возраст, космологический горизонт, барионная асимметрия, тёмная материя) 8.3. ЭВОЛЮЦИЯ ОДНОРОДНОЙ ИЗОТРОПНОЙ ВСЕЛЕННОЙ (ФРИДМАНОВСКАЯ КОСМОЛОГИЯ) (однородные изотропные пространства, уравнения Фридмана, пылевая Вселенная, радиационная Вселенная, общий случай) 8.4. ПРОЦЕССЫ В ЭВОЛЮЦИОНИРУЮЩЕЙ ВСЕЛЕННОЙ (рождение Вселенной, Большой взрыв, инфляция, физические процессы в горячей Вселенной) ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ГРАНИЦЫ ПРИМЕНИМОСТИ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ МИРА ПРИЛОЖЕНИЯ ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (системы единиц СИ и Гаусса, система единиц ħ = c = 1, соотношения между единицами систем,основные физические и астрономические постоянные в системах СИ и Гаусса) ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (основы вариационного исчисления) ПРИЛОЖЕНИЕ 3 (групповое представление симметрий) ПРИЛОЖЕНИЕ 4 (понятие о спектральном анализе) ПРИЛОЖЕНИЕ 5 (общие представления о тензорном анализе) ПРИЛОЖЕНИЕ 6 (некоторые сведения об операторах) ПРИЛОЖЕНИЕ 7 (основные астрономические величины и характеристики) СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА