Введение в физику ХХ века

Бакалавриат 2019/2020

Статус: Курс по выбору (Совместная программа по экономике НИУ ВШЭ и РЭШ)

Направление: 38.03.01. Экономика

Кто читает: Отдел сопровождения учебного процесса в Совместном бакалавриате ВШЭ-РЭШ

Где читается: Факультет экономических наук

Когда читается: 1-й курс, 3, 4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Язык: русский

Кредиты: 6

Контактные часы: 64

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Как многим известно, в начале двадцатого века в физике были совершены открытия, которые привели к существенному изменению представлений человека о природе и созданию теории относительности и квантовой механики. Все более поздние достижения физики до настоящего времени представляют собой продолжение строительства на заложенном тогда основании. К сожалению, часто приходится встречаться с двумя распространенными заблуждениями по поводу созданных тогда теорий. Первое состоит в том, что они абсолютно оторваны от реальной человеческой жизни и представляют интерес лишь для физиков-теоретиков. Второе заблуждение - что теория относительности и квантовая механика необычайно сложны, и чтобы постичь их основы, нужно, как минимум, несколько лет проучиться на физическом факультете университета. Чтобы избавиться от первого из этих заблуждений, достаточно, например, поинтересоваться принципами работы навигатора типа GPS. Опровержение второго заблуждения представляет собой одну из главных целей предлагаемого курса. В курсе будет рассказано об основах теории относительности (главным образом, специальной) и квантовой механики. Акцент будет сделан на причинах, по которым создание новых теорий стало необходимым, основных постулатах этих теорий и главных фундаментальных результатах. Предполагается, что студент, освоивший предлагаемый курс, получит базовое представление о современной физической картине мира, основных идеях и подходах, используемых физиками, научится решать некоторые задачи, не требующие владения сложной математической техникой.

Цель освоения дисциплины

Овладение студентами основными концепциями естествознания в области физики.

Планируемые результаты обучения

Имеет представление об основных законах современной физики, границах их применимости
Знает основы теории относительности и квантовой механики

Содержание учебной дисциплины

Первая часть: теория относительности.
1. Пространство, время и движение в классической механике, принцип относительности Галилея. Противоречие с электродинамикой. Теории эфира. Опыт Майкельсона - Морли. 2. Постулаты теории относительности Эйнштейна. Относительность одновременности и пространственного расстояния. Преобразования Лоренца. Парадоксы теории относительности. 3. Четырехмерное пространство-время Минковского. Инвариантность пространственновременного интервала. Мировая линия. 4. Масса, импульс и энергия в специальной теории относительности. 5. Физические основы общей теории относительности. Общий принцип относительности. Принцип эквивалентности. Пространство-время в общей теории относительности. Космология Ньютона и космология Эйнштейна.
Вторая часть: квантовая механика.
1. Классические представления о свете и веществе. Интерференция света. Трудности классической теории: излучение черного тела, фотоэффект, устойчивость атомов. 2. Опыт с интерференцией электронов. Волны де Бройля. Принцип дополнительности. Амплитуды вероятности. Волновая функция. 3. Системы с двумя состояниями. Молекулярный ион водорода, обменное взаимодействие. Прохождение через потенциальный барьер, туннельный эффект. Лазер. Тождественные частицы. 4. Формализм квантовой механики. Состояния и наблюдаемые, волновые функции и операторы. Конечномерная модель квантовой механики. 5. Операторы координаты, импульса, момента количества движения. Принцип соответствия. Соотношения неопределенности Гейзенберга. Эволюция системы со временем (уравнение Шредингера). Стационарные состояния. Одномерная динамика. Потенциальная яма. Линейный осциллятор. Кристаллическая решетка.

Элементы контроля

Контрольная работа по результатам раздела 1
Контрольная работа по результатам раздела 2
Контрольная будет проводиться с использованием онлайн прокторинга на платформе ZOOM. Будет производиться запись конференции. При возникновении подозрений на нарушение норм академической этики администрация оставляет за собой право принятия решения о наличии нарушения на основании просмотра записи. До начала экзамена вам потребуется подготовить 2 устройства: то, на котором будет запущена конференция и то, с которого вы будете читать задание. Перед входом в конференцию установите устройство с камерой таким образом, чтобы в кадр попадали вы, рабочий стол с листом, где вы записываете ответы и экран устройства, с которого вы читаете задания. Внимание! Каждый студент должен в начале своей работы от руки написать следующую фразу: Настоящим подтверждаю, что я, Ф.И.О., внимательно изучил и понял все требования к данной контрольной работе и готов их выполнить. Подпись, расшифровка, число После этого можете начинать выполнять работу. Работы без данной подписи приниматься не будут. Общие правила  При входе в конференцию укажите ваше имя и фамилию  Отключите уведомления всех мессенджеров и социальных сетей на устройстве, с которого вы читаете задание и на устройстве, с которого производится запись. Наличие всплывающих уведомлений может быть расценено как попытка общения  Поскольку экзамен проводится в режиме, где микрофон включен у всех участников, позаботьтесь о том, чтобы в комнате, где вы пишете работу, не было посторонних, отвлекающих шумов: телевизора, громких бытовых приборов и др. Отключите звук телефона, будильники Недопустимо  Использование любых материалов кроме листов, где вы записываете ответы, черновика, материалов, разрешенных условиями экзамена, а также инженерным калькулятором. Не разрешается использовать калькулятор на электронных устройствах (компьютер, телефон и др.).  Наличие в кадре или за кадром посторонних людей  Общение в любой форме, за исключением общения с проктором  Выходить из кадра во время экзамена  Отключать камеру и микрофон во время экзамена  Наличие на рабочем столе каких-либо книг, распечаток, документов, таблиц, кроме листа, на котором вы записываете ответы и черновика.  Наличие на устройстве, с которого вы читаете задание любых открытых окон, кроме окна с заданием и вкладки с формой вопросов к проктору  Использование наушников и smart-часов Проктор  В каждой виртуальной комнате будет работать проктор  Перед началом экзамена проктор попросит вас продемонстрировать в кадре листы для записей и черновиков, разрешенные условиями экзамена материалы, если они предусмотрены  Проктор может попросить вас продемонстрировать листы для записи ответов, черновик или экран устройства с заданием в любой момент экзамена, обратившись к вам по имени, используя микрофон  Открывать задание в my.nes можно строго после команды проктора. Отсчет времени экзамена начинается с этого момента  Проктор будет сообщать вам сколько времени осталось до конца экзамена. Как задавать вопросы  Перед началом контрольной на вашу электронную почту придет ссылка на гугл-форму, в которой вы можете задать вопросы.  Для перехода по ссылке поднимите руку (вашу руку в кадре) и дождитесь ответа от проктора  Перейдите в форму по ссылке, задайте вопрос. Перед вопросом напечатайте вашу фамилию. Дождитесь ответа в форме  Вернитесь на вкладку с открытым заданием Как загружать работу  После команды проктора о завершении экзамена, вам будет выделено время на загрузку работы в my.nes  После команды проктора об окончании работы, у вас будет 10 минут для ее сканирования и загрузки в my.nes, сделать это можно отключившись от трансляции.  Работы, загруженные позднее 10 минут, приниматься к проверке не будут.  Если у вас возникнут технические проблемы с загрузкой в my.nes, просим отправить на электронную почту Екатерине Антоновой или Людмиле Медведевой в этот же промежуток времени.  Файл работы должен быть четким и хорошо читаемым  Работы в нечитаемом формате приниматься к проверке не будут  Файл должен называться вашими ФИ
Активность на занятиях
Домашние задания

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (3 модуль)
0.5 * Домашние задания + 0.5 * Контрольная работа по результатам раздела 1
Промежуточная аттестация (4 модуль)
0.15 * Активность на занятиях + 0.3 * Контрольная работа по результатам раздела 2 + 0.55 * Промежуточная аттестация (3 модуль)

Программа дисциплины