Програма по дисциплината: Съвременна физика включена в учебния план на специалност: всички специалности във фми

СОФИЙСКИ УНИВЕРСИТЕТ “СВ. КЛИМЕНТ ОХРИДСКИ”

Курсът е предназначен за студентите от всички специалности на Факултета по математика и информатика. Не се предполагат знания по физика извън рамките на гимназиалния курс. За разбирането на по-голяма част от преподавания материал ще са полезни знания по математически анализ, линейна алгебра и аналитична геометрия, висша алгебра, комплексен анализ, диференциални уравнения, теория на вероятностите и математическа статистика в обема на четените във ФМИ курсове в първи и втори курс.

Основната насоченост на курса е към излагане в по-малко или повече популярна форма на основните идеи, принципи, методи и достижения на съвременната физика. Ограниченият хорариум не позволява задълбочаване в която и да е посока. Целта е слушателите да добият представа как физиката изследва света около нас, какви са резултатите и техните приложения. Прави се опит да се откроят основните принципи, използваният теоретичен апарат и връзката му с основните математически дисциплини. Цели се по-скоро демонстриране на идеите, принципите, методите, апарата и достиженията на физиката, отколкото усвояване на конкретни знания на ниво самостоятелното им прилагане.

Курсът започва с дефиниране на предмета на физиката и преглед на неговия обхват – от фундаменталните съставящи на материята с размери, по-малки от 10^-18 cm, до видимата Вселена като цяло. След това се въвеждат основните понятия на класическата физика. Представите на Галилей и Нютон се конфронтират с понятията на релативистката физика и общата теория на относителността, развити от Айнщайн. След необходимото изясняване на основни понятия като работа, енергия, температура, ентропия прегледът на класическата физика завършва с изложение на нейното върхово достижение – електромагнитната теория.

В следващата част на курса се прави амбициозен опит да се изложи в достъпна форма квантовата физика на микросвета – от строежа на атома и атомното ядро до физиката на кварките и неутрината. Основните научни интереси и достижения на авторите на програмата са в тази област и тяхното убеждение е, че това може да бъде направено по смислен начин в предлагания обем.

Следва една лекция, посветена на астрофизиката и космологията – теми, които предизвикват определен интерес във всички любознателни студенти.

Последните две лекции са посветени на теоретичния апарат на физиката и неговите математически основи. Основната цел и идея на изложението е да се покаже как физиката изпълва абстрактните математически понятия и конструкции с конкретно съдържание и как тези понятия и конструкции се използват за адекватно описание на физическата реалност. Амбицията е да се изложи на достъпен език съвременната теория на физиката на фундаменталните частици и взаимодействия (често наричана Стандартен модел) и да се покаже в каква огромна степен тази теория се базира на достиженията на математиката.

Поради ограничения хорариум на курса на семинарните занятия се отрежда доста самостоятелна роля. Тяхната задача е да демонстрират как математически последователно се решават някои съществени физически задачи. Превес е даден на квантово-механичните проблеми, просто защото съвременната физика е релативистка квантова физика. Предлага се 15-те часа упражнения да се разпределят в 5 занятия по 3 часа, които да се проведат в последната трета от семестъра, т.е. в седмици 11-15. Това ще позволи значителна част от лекционния материал до тогава да бъде преминат и да бъде използван активно. Освен това същността на проблемите изисква достатъчно време за кохерентното им излагане, поради което раздробяването на упражненията на повече занятията с по-малко времетраене не изглежда целесъобразно.

Курсът завършва със студентски семинар, в който всеки слушател представя пред аудитория предварително разработена от него тема от програмата на курса. Това от една страна премахва стреса от стандартния студентски изпит, който и без това не може да бъде напълнен със съдържание при такава обхватност на материала и предполаганото демонстрационно ниво на изложение. От друга страна подготвянето на презентация подбужда към самостоятелно мислене, търсене на информация, нейното осмисляне и свързано излагане, което е от полза за студентите в тяхното личностно развитие. Оценката се поставя на базата на впечатленията на лектора и водещия семинарните занятия от качеството на представянето и отговорите на зададените въпроси. Избрана е текуща оценка, за да не се застрашава лимита на изпитите за всяка сесия в бакалавърското обучение, като при нужда това може да се преразгледа.

Формата на контрол е съобразена с общообразователния характер на курса и с целта му – да събуди интерес към физическите науки и тяхното по-задълбочено усвояване. Поради това се предвижда подготвяне от всеки слушател на презентация по избрана и съгласувана с преподавателя тема в рамките на обхвата на курса. Подготвеният материал се представя на студентски семинар след приключването на курса. Семинарът е отворен за посещение от всички желаещи. Преподавателят, водещият семинарните занятия и всички присъстващи задават въпроси по тематиката на изложението. Преподавателят оценява представянето и отговорите на въпросите и оформя крайната оценка.

Представеният по-долу списък с литература е съвсем примерен. Нито едно от заглавията не покрива целия материал на курса. От друга страна в тези книги любопитният слушател ще намери развитие и задълбочаване на основните идеи, излагани в лекциите. При проявен интерес от студентите лекторът е готов да ги консултира в подбора на литература за четене и да предостави значителен обем допълнителна такава.

1. 
   Benjamin Crowell, Simple Nature, www.lightandmatter.com, 2001-2008.
   
2. 
   Don Lichtenberg, The Universe and the Atom, World Scientific, 2007.
   
3. 
   У. Уилямс, Физика на ядрото и елементарните частици, Университетско издателство “Св. Кл. Охридски”, 2000.
   
4. 
   Леон Ледерман и Дик Теръси, Частицата Бог, Просвета, 1997.
   
5. 
   E. M. Henley, A. Garcia, Subatomic Physics , 3rd edition, Marston Book Services Ltd., 2007 (по старо издание на руски език: Г. Фрауенфельдер, З. Хенли, Субатомная физика, изд. “Мир”, Москва, 1979).
   
6. 
   М. Максимов, Основи на физиката, Част 1 и Част 2, Булвест-2000, 2008.
   
7. 
   Р. Файнман, Р. Лейтън, М. Сендс, Файнманови лекции по физика, Народна просвета, т. I – 1970, т. II – 1972, т. III – 1976.
   
8. 
   А. Донков, М. Матеев, „Квантова механика“, Издателство на СУ, София, 2010
   
9. 
   П. Райчев, „Физика на атомните системи“ издателство Лодос, 2006
   
10. 
    И. Златев, А. Николов, Теоретична Механика, Наука и изкуство, София, 1978 г.
    

София, декември 2011 г.

Съставили програмата:

проф. дфн Румен Ценов