Автор: НЕВДАХ ОЛЬГА ПЕТРОВНА, кандидат химических наук
Лекции.ИНФО


Автор: НЕВДАХ ОЛЬГА ПЕТРОВНА, кандидат химических наук



ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

«ОСНОВЫ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ».

Краткое содержание лекций.

Автор: НЕВДАХ ОЛЬГА ПЕТРОВНА, кандидат химических наук

 

НАУКА КАК КОМПОНЕНТ ДУХОВНОЙ КУЛЬТУРЫ.

Предмет и задачи курса.

Общее определение естествознания: наука о природе («естестве»).

В современном понимании:

естествознание - совокупность наук о природе, взятых в их взаимосвязи.

В самом широком смысле слова природа - это все сущее в бесконечном многообразии своих проявлений(материя, Вселенная, бытие, объективная реальность - слова-синонимы), а в узком - природа обычно противопоставляется обществу. Наиболее употребительно толкование понятия «природа» как совокупности естественных условий существования человека.

Объект изучения естествознания-живая и неживая природа.

Предмет изучения естествознания- объективные закономерности функционирования и развития природных (неорганических и органических) систем.

Естествознание изучает законы, по которым природа живет и развивается.

Естествознание охватывает широкий спектр вопросов о разнообразных свойствах объектов, явлений и закономерностей природы.

Естественные науки просты и интересны хотя бы потому, что они наглядны: естественные науки изучают то, что окружает нас, то, с чем мы сталкиваемся на каждом шагу, то, что можно почувствовать, что можно увидеть, услышать, в крайнем случае, понюхать, пощупать или попробовать на вкус.

Естествознание - это не изощренный набор определений, формул и чисел. В природе в большинстве случаев господствуют определенные и необходимые причинно-следственные взаимосвязи и закономерности, поэтому основная задача естественных наук выявить эти связи и на их основе объяснить природные явления, истина здесь непреложна и может быть доказана.

Цель естествознания-раскрыть сущность явлений природы, познать их законы, на основе которых предсказать новые явления и возможные пути их практического использования.

Современное естествознание базируется на научном эксперименте, характеризуется развитой теоретической формой и математическим оформлением (точное естествознание).

Современное естествознание- это, прежде всего, стройная система проверенных экспериментом гипотез, законов и идей, которые рождаются, развиваются, превращаются в новые законы или умирают.

Фундаментальные проблемы современного естествознания: возникновение Вселенной, происхождение жизни на Земле, происхождение человека. Современная наука не в состоянии дать однозначные ответы на эти вопросы. Она выдвигает гипотезы, создает модели, которые подтверждаются теми или иными фактами.

Будучи единой системой знания, естествознание состоит из определенного количества входящих в эту систему наук, которые в свою очередь состоят из еще более дробных отраслей знания.

На современном этапе развития естествознание включает множество отраслей: физику, химию, биологию, астрономию, геологию, генетику, экологию и др.

Для чего гуманитариям нужно изучать современное естествознание?

Современное человечество находится в состоянии революции в области коммуникаций и информации. За последние 50 лет объем научной информации удваивался каждые 7-8 лет. Прирост и обновление знаний приобрели такие темпы, которые не могут позволить человеку освоить эти знания. Поэтому необходимо акцентировать внимание на самых существенных, фундаментальных, устойчивых и долгоживущих знаниях, лежащих в основе целостного восприятия научной картины современного мира.

Естественные науки дают фундаментальные знания о структуре окружающего мира. Вместе с современными технологиями они формируют мировоззрение человека. Мировоззрение определяет практическую деятельность человечества по взаимодействию с окружающей средой и ее преобразованию. Поэтому от мировоззрения, господствующего в обществе, зависят многие решения, определяющие будущее человечества. Чтобы успешно применять научные принципы в практической деятельности, человек должен их знать.

В наше время естественнонаучные знания представляют собой базовый ресурс экономики, по своей значимости превосходящий материальные ресурсы: капитал, землю, рабочую силу и т.п.

Все это делает необходимым введение в учебные планы подготовки специалистов по гуманитарным отраслям науки курса " Концепции (основы) современного естествознания».

Данный курс - новый предмет в системе современного высшего образования (с середины 90 г.г. 20 века). Он ознакомит студентов гуманитарных специальностей с неотъемлемым компонентом единой человеческой культуры – естествознанием, с актуальными аспектами и тенденциями развития современной физики, космологии, химии, геологии, биологии, экологии.

Слово«концепция»в переводе с латинского означает: понимание, система взглядов

Концепция это кратко выраженный основной смысл той или иной теории, ее суть, основополагающие идеи.

Содержание курса. В рамках курса осуществляется попытка дать целостное представление о науке, этапах ее развития, ее современных достижениях и перспективах развития.

Цель курса – познакомить на уровне общих представлений с наиболее важными положениями, концепциями наук о природе в их взаимосвязи, развитии, способствовать формированию у студентов целостного мировоззрения.

Наука .

Рассмотрим, что же означает понятие «наука». Наука,в переводе с латинского – «знание».

Возникнув в Европе после философии и религии, в современном виде наука сформировалась в 16-18 вв.

Наука в настоящее время - это чрезвычайно сложное общественное явление, имеющее многосторонние связи с миром.

В широком смысле слова наука – это:

  1. отрасль культуры - сфера человеческой деятельности, направленная на получение новых знаний; (с точки зрения общественного разделения труда)
  2. Особый рациональный способ познания мира, основанный на эмпирической проверке или математическом доказательстве; (с теоретической стороны - форма общественного сознания)
  3. Система социальных институтов(здесь институты понимаются как элементы социальной структуры общества, но не только как учебные заведения).

Цель науки - описание, объяснение, теоретическая систематизация и предсказание процессов и явлений окружающей действительности на основе открываемых ею законов.

Любая наука ставит перед собой целью раскрытие механизмов явлений, законов, по которым строится реальность. Это позволяет прогнозировать результаты протекания процессов, использовать их в своих целях.

Понятие науки включает в себя:

  • систему научной информации (накопленных знаний).
  • ученых с их знаниями и способностями,
  • научные учреждения, оборудование и методы

Наука также есть обозначение отдельных отраслей научного знания.

Результат научной деятельности выражается в различных формах: в понятиях, категориях, законах, гипотезах, теориях, научной картине мира и др.

Социальные функции науки в развитии общества:

1.Исследовательская (познавательная) - расширение знания об окружающем мире, обществе и человеке. Наука прежде всего направлена на изучение собственно процесса познания, исследование неизвестных природных закономерностей и явлений, установление новых законов природы независимо от их практической пользы.

2. Непосредственной производительной силы (практическая) - развитие новых технологий в производительных силах общества;

3. Культурно-мировоззренческая(систематизация знаний об окружающем мире, обществе и самом человеке)

Наука как элемент культуры.

Латинское слово cultura первоначально означало обработку земли, возделывание почвы. Цицерон в 45 году до н. э. применил его в переносном смысле как cultura animi, что переводится как "возделывание, взращивание души, духа". Культуру стали понимать как нечто противостоящее природе, созданное самим человеком.

Под культуройв самом широком смысле этого слова принято понимать все то, что создано человечеством в ходе его истории, в отличие от природных процессов и явлений.

Таким образом - главная отличительная черта системы человеческой культуры состоит в том, что она созидается человеческим трудом. А процесс труда всегда осуществляется при непосредственном участии и направляющем воздействии сознания человека, его мышления, знаний, чувств, воли.

Значит культура – это «опредмеченный» мир человеческой духовности.

Содержание понятия «культура» и его структура находятся в постоянном развитии и зависят от конкретной исторической эпохи, общественно-исторической формации, национальных особенностей.

Одно из современных определений понятия «культура»:

Культура — специфический способ организации и развития человеческой жизнедеятельности, представленный в продуктах материального и духовного труда, в системе социальных норм и учреждений, в духовных ценностях, в совокупности отношений людей к природе, между собой и к самим себе.

Культуру подразделяют на материальную и духовную.

Наука является одним из важнейших основных компонентов духовной культуры.

Особое место науки в духовной культуре определяется значением познания в жизни человека. Познание является внутренним, неотъемлемым моментом практической деятельности. Познание порождается практикой человека и, в конечном счете, нацелено на ее совершенствование.

Задача науки — получение объективных знаний об окружающем мире, познание законов, по которым он функционирует и развивается. Обладая этим знанием, человеку намного легче преобразовывать мир. Именно бурный рост науки, начавшийся в Новое время, создал современную техническую цивилизацию - мир, в котором мы сегодня живем.

Специфика науки как отрасли культуры заключается в следующем:

  1. Наука познает реальность посредством изучения отдельных ее частей;
  2. Результаты науки требуют эмпирической проверки.

Наука решает частные проблемы и дает относительные подтверждаемые опытом ответы на частные вопросы.

Стиль мышления в науке характеризуется (со времен Бэкона и Декарта, Браге и Кеплера, Коперника и Бруно, Галилея и Ньютона):

1) опорой на эксперимент (наблюдение в астрономии),

2) господством аналитического (математического) подхода.

Науку от других отраслей духовной культуры отличает целый ряд признаков:

· В отличие от техники целью науки является познание мира, а не использование полученных знаний о мире для его преобразования.

· От искусства наука отличается рациональностью, не останавливающейся на уровне образов, а доведенной до уровня теорий;

· От философии науку отличает то, что ее выводы требуют эмпирической проверки и отвечают не на вопрос «почему?», а на вопрос «как?», «каким образом?». Специфика науки в том, что она не берется за изучение мира в целом, подобно философии, а представляет собой частное познание,

· В отличие от идеологии научные истины общезначимы и не зависят от интересов определенных слоев общества;

· От религии наука отличается тем, что опирается не на веру, а на разум и чувственную реальность

· Наука отличается от обыденного сознания тем, что представляет собой теоретическое освоение действительности.

СТРУКТУРА НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ

Методы научного познания.

Большую роль в научном познании играет научный метод.

Рассмотрим сначала, что такое метод вообще.

Метод (греч. — «путь», «способ»)

В самом широком смысле слова под методом понимают путь, способ достижения какой-либо цели.

Метод – это форма практического и теоретического освоения действительности, исходящая из закономерностей поведения изучаемого объекта.

Любая форма деятельности опирается на некоторые методы, от выбора которых существенно зависит ее результат. Метод оптимизирует деятельность человека, вооружает человека наиболее рациональными способами организации его деятельности.

Научный метод - это организация средств познания (приборов, инструментов, приемов, операций и др.) для достижения научной истины.

Классификация методов по уровням познания:

К эмпирическому уровню познания относятся методы: наблюдение, эксперимент, предметное моделирование, измерение, описание полученных результатов, сравнение и др.

Наблюдениепредставляет собой чувственное отражение объектов и явлений, в ходе которого человек получает первичную информацию об окружающем мире. Главное в наблюдении не вносить при исследовании какие-либо изменения в изучаемую реальность.

Наблюдение предполагает наличие определенного плана исследования, предположение, подвергаемое анализу и проверке. Результаты наблюдения фиксируются в описании, отмечающем те признаки и свойства изучаемого объекта, которые являются предметом изучения. Описание должно быть максимально полным, точным и объективным. На их основе создаются эмпирические обобщения, систематизация и классификация.

Эксперимент целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на интересующий объект или явление для изучения его различных сторон, связей и отношений. При этом объект или явление ставятся в особые специфические и варьируемые условия. Специфика эксперимента состоит также в том, что он позволяет увидеть объект или процесс в чистом виде

К теоретическому уровню познания относятся методы: формализация, абстрагирование, идеализация, аксиоматизация, гипотетико-дедуктивный, и т.д.

Классификация методов по сфере использования:

1. всеобщие- применение во всех отраслях человеческой деятельности

  • метафизический
  • диалектический

2. общенаучные - применение во всех областях науки:

  • Индукция – способ рассуждения или метод получения знания, при котором общий вывод делается на основе обобщения частных ссылок (Фрэнсис Бэкон).

· Дедукция - форма умозаключения от общего к частному и единичному (Рене Декарт).

· Анализ - метод научного познания, в основе которого лежит процедура мысленного или реального разделения объекта на составляющие его части и их отдельное изучение.

· Синтез - метод научного познания, в основе которого лежит объединение выделенных анализом элементов.

· Сравнение — метод научного познания, позволяющий установить сходство и различие изучаемых объектов

· Классификация - метод научного познания, который объединяет в один класс объекты, максимально сходные друг с другом в существенных признаках.

· Аналогия – прием познания, при котором наличие сходства, совпадение признаков нетождественных объектов позволяет предположить их сходство и в других признаках.

· Абстрагирование – прием мышления, заключающийся в отвлечении от несущественных, незначимых для субъекта познания свойств и отношений исследуемого объекта с одновременным выделением тех его свойств, которые представляются важными и существенными в контексте исследования.

· Моделирование – метод замещения изучаемого объекта подобным ему по ряду интересующих исследователя свойств и характеристик. В современных исследованиях используют различные виды моделирования: предметное, мысленное, символическое, компьютерное.

3. Конкретно-научные методы - применение в отдельных разделах науки.

 

Разнообразие методов научного познания создает трудности в их применении и понимании их роли. Эти проблемы решаются особой областью знания — методологией.

Методология - учение о методах. Ее задачи — изучение происхождения, сущности, эффективности и других характеристик методов познания.

Методология научного познания - учение о принципах построения, формах и способах научно-познавательной деятельности.

Она дает характеристику компонентов научного исследования - его объекта, предмета анализа, задачи исследования (или проблемы), совокупности исследовательских средств, необходимых для решения задачи данного типа, а также формирует представление о последовательности действий исследователя в процессе решения задачи.

ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

Слово "физика" появилось еще в древние времена. В переводе с греческого оно означает "природа".

Физика является основой всех естественных наук.

Физика - наука о природе, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материального мира.

В современном представлении:

  • самое простое - так называемые первичные элементы: элементарные частицы, поля, атомы, молекулы, и т.п.
  • наиболее общие свойства материи - движение, пространство и время, масса, энергия и др.

Конечно, физика изучает и очень сложные явления и объекты. Но при изучении сложное сводится к простому, конкретное - к общему.

К наиболее общим, важным фундаментальным концепциям физического описания природы относится материя, движение, пространство и время.

Материя (лат. Materia – вещество) это философская категория для обозначения объективной реальности, которая отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них”. (Ленин В.И. Полное собрание сочинений. Т.18. С.131.)

Одно из современных определений материи:

Материя – бесконечное множество всех сосуществующих в мире объектов и систем, совокупность их свойств и связей, отношений и форм движения.

В основе современных научных представлений о строении материи лежит идея ее сложной системной организации.

На современном этапе развития естествознания исследователи различают следующие

виды материи: вещество, физическое поле и физический вакуум.

Вещество– основной вид материи, обладающий массой покоя (элементарные частицы, атомы, молекулы и то, что из них построено);

Физическое поле - особый вид материи, обеспечивающий физическое взаимодействие материальных объектов и их систем (электромагнитное, гравитационное).

Физический вакуум – не пустота, а особое состояние материи, это низшее энергетическое состояние квантового поля. В нем постоянно происходят сложные процессы, связанные с непрерывным появлением и исчезновением так называемых "виртуальных " частиц.

Различие вещества и поля не является абсолютным и при переходе к микрообъектам ярко обнаруживается его относительность

Современная наука выделяет в мире три структурных уровня.

Микромир это молекулы, атомы, элементарные частицы, мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16 см, а время жизни — от бесконечности до 10-24 с.

Макромир — мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта, пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время — в секундах, минутах, часах, годах.

Мегамир— это планеты, звезды, галактики, Вселенная, мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов - миллионами и миллиардами лет.

И хотя на этих уровнях действуют свои специфические закономерности, микро- , макро - и мегамиры теснейшим образом взаимосвязаны.

Механистическая картина мира (МКМ)

Первая естественнонаучная картина мира сформировалась на основе изучения простейшей, механической формы движения материи. Она исследует законы перемещения земных и небесных тел в пространстве и времени. В дальнейшем, когда эти законы и принципы были перенесены на другие явления и процессы, они стали основой механистической картины мира.
Анализ физических явлений макромира базируется на концепции классической механики.

Созданием классической механики наука обязана Ньютону, но почву для него подготовили Галилей и Кеплер.

Классическая механика описывает движения макротел при скоростях намного меньших, чем скорость света.

Раньше других разделов механики стала развиваться статика (учение о равновесии) (античность, Архимед: «дайте мне точку опоры и я переверну Землю»).

В XVII в. были созданы научные основы динамики (учение о силах и их взаимодействии), а с ней и всей механики.

Основоположником динамики считают Г. Галилея.

Галилео Галилей (1564-1642). Один из основателей современного естествознания Ему принадлежат: доказательство вращения Земли, открытие принципа относительности движения и закона инерции, законов свободного падения тел и их движения по наклонной плоскости, законов сложения движений и поведения математического маятника. Он же изобрел телескоп и с его помощью исследовал ландшафт Луны, обнаружил спутники Юпитера, пятна на Солнце и фазы Венеры.

В учении Г. Галилея были заложены основы нового механистического естествознания. Ему принадлежит выражение «Книга природы написана на языке математики». Ввел понятие «мысленный эксперимент».

Главная заслуга Галилея в том, что он впервые применил для исследования природы экспериментальный метод вместе с измерениями исследуемых величин и математической обработкой результатов измерений.

Самая фундаментальная проблема, остававшаяся в течение тысячи лет неразрешимой из-за сложности – это проблема движения (А. Эйнштейн).

До Галилея общепринятым в науке считалось понимание движения, выработанное Аристотелем и сводившееся к следующему принципу, тело движется только при наличии внешнего на него воздействия, и если это воздействие прекращается, тело останавливается. Галилей показал, что этот принцип Аристотеля ошибочен. Вместо него Галилей сформулировал совершенно иной принцип, получивший впоследствии наименование принципа (закона) инерции.

Закон инерции (первый закон механики Ньютона): материальная точка, когда на нее не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Инерциальная система - система отсчета, в которой справедлив закон инерции.

Принцип относительности Галилея - Во всех инерциальных системах применимы одни и те же законы механики. Никакими механическими опытами, проводящимися в какой-то инерциальной системе отсчета, нельзя определить, покоится данная система или движется равномерно и прямолинейно.

Галилей писал: "…в каюте корабля, движущегося равномерно и без качки, вы не обнаружите ни по одному из окружающих явлений, ни по чему-либо, что станет происходить с вами самими, движется ли корабль или стоит неподвижно".

Переводя на сегодняшний язык, понятно, что если вы спите на 2-й полке движущегося равномерно вагона, то вам трудно понять, едете ли вы или просто вас покачивает. Но… как только поезд затормозит (неравномерное движение с отрицательным ускорением!) и вы слетите с полки, …то вы четко скажете – мы ехали.

Создание основ классической механики завершается трудами И. Ньютона, сформулировавшего главные ее законы и открывшего закон всемирного тяготения в труде «Математические начала натуральной философии» (1687 г.)

Среди открытий Ньютона (1643-1727): знаменитые законы динамики, закон всемирного тяготения, создание (одновременно с Лейбницем) новых математических методов - дифференциального и интегрального исчислений, ставших фундаментом высшей математики; изобретение телескопа-рефлектора, открытие спектрального состава белого света и др.

Законы механики И. Ньютона

  1. всякое тело сохраняет состояние покоя или прямолинейного равномерного движения до тех пор, пока оно не будет вынуждено изменить его под действием каких-то сил (это принцип инерции, впервые сформулированный еще Галилеем);
  2. ускорение (a), приобретаемое телом под действием какой-то силы (f ) прямо пропорциональноэтой силе и обратно пропорционально массе тела (m);

a = f/m

  1. действия двух тел друг на друга всегда равны по величине и направлены в противоположные стороны (это закон равенства действия и противодействия).

f1=- f2

Большое значение для понимания явлений макромира имеет теория тяготения Ньютона. Окончательная формулировка закона всемирного тяготения была сделана в 1687 г.

Закон тяготения Ньютона:

две любые материальные частицы притягиваются по направлению друг к другу с силой прямо пропорциональной произведению масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

F=G.(m1.m2/r2)

На поверхность Земли все тела падают под влиянием ее поля тяготения с одинаковым ускорением свободного падением g=9,8 м/сек2.

Ключевыми в физике Ньютона являются понятия абсолютного пространства и абсолютного времени, которые представляют собой как бы вместилища материальных тел и процессов и не зависят не только от этих тел и процессов, но и друг от друга.

Итак, основные идеи классической механики таковы:

  1. есть тела, которые следует наделить свойством массы;
  2. массы притягиваются друг к другу (закон всемирного тяготения);
  3. тела могут сохранять свое состояние — покоиться или двигаться равномерно, не меняя своего направления движения (закон инерции, он же принцип относительности);
  4. при действии на тела сил они изменяют свое состояние: либо ускоряются, либо замедляются (второй закон динамики Ньютона);
  5. действие сил вызывает обратное равное ему противодействие (третий закон Ньютона).

Результатом развития классической механики явилось создание единой механистической картины мира, господствовавшей со второй половины 17 века вплоть до научной революции на рубеже 19 и 20 столетий.

Механика в это время рассматривалась как универсальный метод познания окружающих явлений и эталон всякой науки вообще. Механика – лидер естествознания в этот период.

Классическая механика представляла мир в виде гигантского механизма, четко функционирующего на основе ее вечных и неизменных законов

Это приводило к стремлению к завершенной системе знаний, фиксирующей истину в окончательном виде.

В этом абсолютно предсказуемом мире и живой организм понимался как механизм.

Основные научные положения механистической картины мира:

1. Единственная форма материи – вещество, состоящее из дискретных частиц (корпускул) конечных объемов, единственная форма движения — механическое перемещение в пустом трехмерном пространстве;

2. абсолютное пространство и абсолютное время;

3. три закона динамики Ньютона управляют движениями тел;

4. четкая причинно-следственная связь событий (так называемый лапласовский детерминизм), отрицание случайности;

5. уравнения динамики обратимы во времени, т. е. для них безразлично, куда развивается процесс из настоящего времени — в будущее или прошлое.

Классическая механика дала четкие ориентиры в понимании фундаментальных категорий — пространства, времени и движения материи.

Электромагнитная картина мира (ЭМКМ)

В предисловии к своему знаменитому труду «Математические начала натуральной философии» И. Ньютон высказал следующую установку на будущее: Было бы желательно вывести из начал механики и остальные явления природы...

Многие естествоиспытатели вслед за Ньютоном старались объяснить исходя из начал механики самые различные природные явления. В торжестве законов Ньютона, считавшихся всеобщими и универсальными, черпали веру в успех ученые, работавшие в астрономии, физике, химии.

Как очередное подтверждение ньютоновского подхода к вопросу об устройстве мира, было первоначально воспринято физиками открытие, которое сделал французский военный инженер, Шарль Огюст Кулон (1736-1806). Оказалось, что положительный и отрицательный электрические заряды притягиваются друг к другу прямо пропорционально величине зарядов и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.

Работы в области электромагнетизма положили начало крушению механистической картины мира.

В 19 веке физики дополнили механистическую картину мира электромагнитной. Электрические и магнитные явления были известны им давно, но изучались обособленно друг от друга. Дальнейшее их исследование показало, что между ними существует глубокая взаимосвязь, что заставило ученых искать эту связь и создать единую электромагнитную теорию.

Английский химик и физик Майкл Фарадей (1791-1867) ввел в науку в 30 г. 19 в. понятие физического поля (электромагнитного поля). Ему удалось показать опытным путем, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая связь. Тем самым он впервые объединил электричество и магнетизм, признал их одной и той же силой природы. В результате в естествознании начало утверждаться понимание того, что кроме вещества, в природе существует еще и поле.

По мнению Фарадея, активная и постоянно движущаяся материя не может быть представлена в виде атомов и пустоты, материя непрерывна, атомы есть лишь сгустки силовых линий поля.

Электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрическими заряженными частицами.

Математическую разработку идей Фарадея предпринял выдающийся английский ученый Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879). Он во второй половине 19 в. на основе опытов Фарадея разработал теорию электромагнитного поля.

Введение Фарадеем понятия «электромагнитного» поля и математическое определение его законов, данное в уравнениях Максвелла, явились самыми крупными событиями в физике со времен Галилея и Ньютона.

Но потребовались новые результаты, чтобы теория Максвелла стала достоянием физики. Решающую роль в победе максвелловской теории сыграл немецкий физик Генрих Рудольф Герц (1857-1894). В 1887 г. Г. Герц экспериментально обнаружил электромагнитные волны.

Он смог также доказать принципиальную тождественность полученных им электромагнитных переменных полей и световых волн.

После экспериментов Герца в физике утвердилось понятие поля как объективно существующей физической реальности. Таким образом, к концу XIX в. физика пришла к выводу, что материя существует в двух видах: дискретного вещества и непрерывного поля. Вещество и поле различаются по физическим характеристикам: частицы вещества обладают массой покоя, а частицы поля – нет. Вещество и поле различаются по степени проницаемости: вещество малопроницаемо, а поле проницаемо полностью. Скорость распространения поля равна скорости света, а скорость движения частиц на несколько порядков меньше.

Позднее в ходе исследования микромира положение о веществе и поле как самостоятельных независимых друг от друга видах материи было поставлено под сомнение.

На этапе развития классической механики подразумевалось, что взаимодействие тел (напр. гравитационное) происходит мгновенно. Использовался принцип дальнодействия.

Дальнодействие - взаимодействие тел в физике, которое может осуществляться мгновенно непосредственно через пустое пространство.

Близкодействие - взаимодействие физических тел посредством тех или иных полей, непрерывно распределенных в пространстве.

Основные понятия и принципы электромагнитной картины мира .

  • Материя существует в двух видах: вещество и поле. Они строго разделены и их превращение друг в друга невозможно. Главным является поле, а значит основным свойством материи является непрерывность (континуальность) в противовес дискретности.
  • Понятия материя и движение неразрывны
  • Пространство и время связаны как между собой, так и с движущейся материей.

Основными принципами электромагнитной картины мира являются принцип относительности Эйнштейна, близкодействие, постоянство и предельность скорости света, эквивалентность инертной и гравитационной масс, причинность. (Какого-либо нового понимания причинности, по сравнению с механистической картиной мира, не произошло. Главными считались причинно-следственные связи и динамические законы, их выражающие.)

Большое значение имело установление взаимосвязи массы и энергии (E = mc2). Масса стала не только мерой инертности и гравитации, но и мерой содержания энергии. В результате два закона сохранения – массы и энергии – были объединены в один общий закон сохранения массы и энергии.

Дальнейшее развитие физики показало, что ЭМКМ имеет ограниченный характер. Главная трудность здесь заключалась в том, что континуальное понимание материи не согласовывалось с опытными фактами, подтверждающими дискретность многих её свойств – заряда, излучения, действия. Не удавалось объяснить соотношения между полем и зарядом, устойчивость атомов, их спектры, явление фотоэффекта, излучение абсолютно черного тела. Все это свидетельствовало об относительном характере ЭМКМ и необходимости замены её новой картиной мира.

Вскоре на смену ЭМКМ пришла новая – квантово-полевая картина Мира, в основе которой лежит новая физическая теория - квантовая механика, объединившая дискретность МКМ и непрерывность ЭМКМ.

Структура Вселенной

Основные элементы структуры Вселенной: галактики, звёзды, планеты

Галактики (от греч. Молочный, млечный) - системы из миллиардов звёзд, обращающихся вокруг центра галактики и связанных взаимным тяготением и общим происхождением,

Планеты– тела, не испускающие энергию, со сложной внутренней структурой.

Самым распространенным небесным телом в наблюдаемой Вселенной являются звезды.

По современным представлениям

звезда – это газоплазменный объект, в котором происходит термоядерный синтез при температурах свыше 10 млн град. К.

Высокая светимость звезд, поддерживаемая в течение длительного времени, свидетельствует о выделении в них огромных количеств энергии.

Основные причины высокой светимости звезд

  1. гравитационное сжатие, приводящее к выделению гравитационной энергии (характерно для молодых звезд)
  2. термоядерные реакции, в результате которых из ядер легких элементов синтезируются ядра более тяжелых элементов и выделяется большое количество энергии.

Наше Солнце является медленно горящей водородной бомбой.

Эволюция звезд - это изменение физических характеристик, внутреннего строения и химического состава звезд со временем.

Процесс формирования космических тел из разряженной газовой и газово-пылевой среды под действием гравитационных сил называется гравитационная конденсация

Протозвезда - плотный фрагмент молекулярного облака, в котором еще не достигнуты температуры, необходимые для начала термоядерных реакций, т.е. превращения облака в звезду.

Конец эволюции звезды определяется ее массой.

Конечным этапом эволюции звезды средней и малой массы (меньше 3-4 масс Солнца) является белый карлик.

Эволюция звезд большей массы приводит к образованию нейтронных звезд или черных дыр.

В результате гравитационного коллапса происходит мощнейший взрыв звезды, сопровождающийся выделением колоссальной энергии в виде электромагнитного излучения и выбросом в окружающее пространство веществ, представляющих химические элементы всей таблицы Менделеева (первые наблюдения взрыва сверхновой были сделаны китайскими и японскими астрономами в 1054 году).

Звезды выступают как своео









Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-22; Просмотров: 107;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная