- •Федеральное агентство по образованию
- •Брянский государственный технический университет
- •В.И.Попков
- •Концепции современного естествознания
- •Введение
- •Часть 1. Логика и методология естественных наук
- •1.1.Предмет естествознания
- •1.2. Культура и наука
- •1.3. Научная картина мира
- •1.4. Связь науки с другими компонентами культуры
- •1.5. Виды научного знания
- •1.6. Проблема культур в науке
- •1.7. Материя и движение
- •1.8. Пространство и время
- •1.9. Материальное единство мира
- •1.10. Характерные черты науки
- •1.11. Мышление
- •1.12. Структура научного познания
- •1.13. Методы научного познания
- •1.13.1. Философские методы
- •1.13.2. Общенаучные методы
- •1.13.2.1.Эмпирические методы исследования
- •1.13.2.2. Методы теоретического познания
- •1.13.2.3. Общелогические методы и приемы
- •1.13.2.4. Математика – универсальный язык естествознания
- •1.13.3 .Прочие методы
- •1.14. Гипотеза и теория
- •1.15. Критерии научного знания
- •1.16. Модели развития науки
- •1.17. Дифференциация и интеграция в науке
- •1.18. Принципы организации современного естествознания. Системный метод в современном естествознании
- •1.19. Особенности современной научной картины мира
- •Часть 2. Основные физические концепции
- •2.1. Концепция детерминизма в классическом естествознании
- •2.1.1. Триумф небесной механики и детерминизм Лапласа
- •2.1.2. Идеализированные представления о пространстве, времени и состоянии в классической механике
- •2.1.3. Связь законов сохранения с фундаментальной симметрией пространства и времени.
- •2.2.2. Континуальный подход в механике сплошных сред
- •2.2.3. Концепция близкодействия и материальные физические поля
- •2.2.4. Классические представления о природе света
- •2.2.5. Апофеоз классического естествознания
- •2.3. Развитие представлений о пространстве и времени в естествознании
- •2.3.1. Пространство и время в античной натурфилософии
- •2.3.2. Абсолютное пространство и абсолютное время в классическом естествознании
- •2.3.3. Уравнения Максвелла и концепция абсолютно неподвижного эфира
- •2.3.4. Элементы специальной и общей теории относительности
- •2.3.4.1.Постулаты Эйнштейна
- •2.3.4.2. Преобразования Лоренца
- •2.3.4.3. Следствия из преобразований Лоренца
- •1.Одновременность событий в разных системах отсчета
- •2. Длина тел в разных системах отсчета
- •3. Длительность событий в разных системах отсчета
- •4. Закон сложения скоростей в релятивистской механике
- •2.3.4.4. Интервал
- •2.3.4.5. Основы релятивистской динамики
- •1. Релятивистский импульс
- •2.Зависимость массы от скорости
- •3. Взаимосвязь массы и энергии
- •4. Энергия связи
- •5. Частицы с нулевой массой покоя
- •2.3.4.6. Четырехмерное пространство-время в общей теории относительности
- •2.3.4.7. Релятивизм как концептуальный принцип неклассического естествознания
- •2.4. Статистические закономерности в приРоде
- •2.4.1. «Стрела времени» и проблема необратимости в естествознании
- •2.4.2. Возникновение статистической механики.
- •2.4.3. Особенности описания состояний в статистических теориях.
- •2.4. 4. Увеличение энтропии при переходе из упорядоченного в неупорядоченное состояние
- •2.4.5. Гипотеза Томсона и «тепловая смерть» Вселенной.
- •2.5. Микромир и основные концепции неклассического естествознания
- •2.5.1. Зарождение квантовых представлений в физике
- •2.5.2. Особенности неклассического подхода к описанию динамики микрочастиц
- •2.5.3. Квантовая природа агрегатных состояний макроскопических объектов
- •2.6. На пути к единой фундаментальной теории материи
- •2.6.1. Становление субатомной физики
- •2.6.2. Фундаментальные взаимодействия в природе
- •2.6.3. Стандартная модель элементарных частиц
- •2.6.4. На переднем крае физики микромира
- •Часть 3. Мегамир: современные астрофизические и космологические концепции
- •3.1. Звездная форма бытия космической материи
- •3.2. Эволюция звезд
- •3.3. Современные космологические модели вселенной
- •3.4. Происхождение и развитие вселенной
- •3.5. Солнечная система
- •3.5.1. Солнце
- •3.5.2. Планеты солнечной системы
- •3.5.2.1. Земля
- •3.5.2.2. Луна
- •3.5.2.3. Меркурий
- •3.5.2.4.Венера
- •3.5.2.5. Марс
- •3.5.2.6. Юпитер
- •Часть 4. Основные химические концепции
- •4.1. Учение о составе
- •4.2.Структура вещества и химические системы
- •4.3. Учение о химических процессах
- •4.4. Эволюционная химия – высший уровень развития химических знаний
- •Часть 5. Биологический уровень организации материи
- •5.1. Предмет биологии и ее структура
- •5.2. Основные признаки живого
- •5.3. Структурные уровни живого
- •5.4. Клетка, ее строение и функционирование
- •5.5. Химические основы жизни. Генетика
- •5.6. Принципы биологической эволюции
- •5.7. Концепции возникновения жизни на земле
- •5.8. Исторические этапы развития жизни на земле
- •Енисей (1,5 млрд. Лет – 1,2 млрд. Лет) Появляются многоклеточные водоросли.
- •Часть 6. Человек как феномен природы
- •6.1. Происхождение человека
- •6. 2. Биологическое и социальное в развитии человека
- •6.3. Превращение биосферы в ноосферу
- •6.4. Глобальные проблемы человечества
- •Часть 7. Самоорганизация в живой и неживой природе
- •7.1. Кибернетика и общие проблемы управления
- •В сложных динамических системах
- •В создании кибернетики принимали участие многие ученые: д. Биглоу, к. Шеннон, и.М. Сеченов, и.П. Павлов, а.М. Ляпунов, а.А. Марков, а.Н. Колмогоров и др.
- •Энергия
- •7.2. Синергетика – новое направление междисциплинарных исследований
- •7.3 Характеристики самоорганизующихся систем
- •7.4. Закономерности самоорганизации
- •7.5. Физические модели самоорганизации в экономике
- •Персоналии
- •Цитатник
- •Список использованной и рекомендуемой литературы
- •Часть 1. Логика и методология естественных
- •Часть 2. Основные физические концепции...104
- •Часть 3. Мегамир: современные астрофизи-ческие и космологические концепции……..180
2.3.4. Элементы специальной и общей теории относительности
2.3.4.1.Постулаты Эйнштейна
Специальная теория относительности позволила объяснить опыты Майкельсона, но для этого пришлось пересмотреть представления классической механики о пространстве и времени. Из перечисленных выше основных положений классической механики в СТО были сохранены эвклидовость пространства и закон инерции. Остальные представления возникли при изучении медленных движений, поэтому их нельзя обобщать на движения со скоростями, близкими к скорости света. В основе СТО лежат два постулата или принципа Эйнштейна: принцип относительности и принцип постоянства скорости света в вакууме [18, 20, 49,50].
Принцип относительности Эйнштейна: Все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета и никакими опытами (механическими, оптическими, электромагнитными), выполненными внутри инерциальной системы, нельзя установить: покоится данная система отсчета или движется равномерно и прямолинейно. Уравнения, выражающие законы природы, инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой (т.е. по отношению к преобразованию координат и времени при переходе от одной ИСО к другой). Согласно принципу относительности, все инерциальные системы отсчета эквивалентны друг другу, нет предпочтительной системы отсчета. Все физические явления во всех инерциальных системах отсчета протекают одинаковым образом, а уравнения, их описывающие, одинаковы по форме. Принцип относительности Эйнштейна является обобщением принципа относительности Галилея на все физические явления.
Принцип постоянства скорости света: Скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от скорости движения источника или приемника света.
Постоянство скорости света во всех ИСО приводит к выводу об относительном характере «одновременности» событий в различных ИСО и, как следствие, к необходимости отказа от одного из основных положений ньютоновской механики – концепции абсолютного времени.
Проделаем мысленно следующий эксперимент. Пусть в системе отсчета, связанной с неподвижной железнодорожной платформой (К – система отсчета), перемещается с постоянной скоростью вагон электрички (К′ - система отсчета), имеющий две двери, управляемые световыми сигналами от лампочки, расположенной посередине между дверьми. В некоторый момент времени вспыхивает лампочка. Тогда для наблюдателя, находящегося в вагоне, двери откроются одновременно, так как свет распространяется во все стороны с одной и той же скоростью, а расстояния от лампочки до дверей одинаковы. Наблюдатель, находящийся на платформе, увидит, что задняя дверь откроется раньше, чем передняя. Для наблюдателя, находящегося в К – системе отсчета, свет также распространяется во все стороны с одной и той же скоростью, но задняя дверь вагона приближается к волновому фронту, а передняя – удаляется от него. Таким образом, одновременные события в системе К′ оказываются неодновременными в системе К. Это означает, что ход времени различен в различных ИСО, т.е. время нельзя рассматривать независимо от системы отсчета, с которой связана система пространственных координат.
Принцип относительности в сочетании с принципом постоянства скорости света приводят к отказу от абсолютности времени. Время по-разному течет в различных системах отсчета. В СТО пространство и время тесно связаны друг с другом, образуя 4-х мерное пространство-время.
Скорость света занимает особое положение в природе. В отличие от других скоростей, изменяющихся при переходе от одной ИСО к другой, она является инвариантной величиной. Наличие такой скорости существенно меняют наши представления о пространстве и времени. Из постулата Эйнштейна следует, что скорость света в пустоте является предельной: никакой сигнал, никакое воздействие одного тела на другое не могут распространяться со скоростью, большей скорости света в пустоте. Существование предельной скорости предполагает ограничение движения частиц величиной, равной скорости света в вакууме. Иначе эти частицы могли бы передавать сигналы со скоростью, большей, чем скорость света в вакууме. Таким образом, согласно постулатам Эйнштейна, значения всех возможных скоростей движения тел в природе и распространения взаимодействий ограничены скоростью света в вакууме. Этим отвергается принцип дальнодействия.