- •Концепции современного естествознания краткое содержание основных понятий содержание
- •Тема 1.1. Научный метод познания 2
- •Тема 1.2. Естественнонаучная и гуманитарная культуры 6
- •Тема 1.2. Естественнонаучная и гуманитарная культуры
- •Тема 1.3. Развитие научных исследовательских программ и картин мира (история естествознания, тенденции развития)
- •1) Астрономия
- •2) Космология
- •3) Биология
- •4) Медицина
- •5) Физика
- •6) Информатика и кибернетика
- •7) Геология и науки о Земле
- •1) Физика, космология и астрономия
- •2) Биология
- •3) Медицина
- •4) Психофизиология
- •5) Кибернетика и информатика
- •Темы 1.4. Развитие представлений о материи
- •1. Корпускулярная концепция
- •2. Континуальная концепция
- •3. Корпускулярно-волновой дуализм
- •Тема 1.5. Развитие представлений о движении
- •1. Движение
- •Тема 1.6. Развитие представлений о взаимодействии
- •РазделIi. Пространство, время, симметрия Тема 2.1. Эволюция представлений о пространстве и времени
- •Два типа движения (по Аристотелю)
- •Дватипа времени
- •Две современные модели времени
- •Тема 2.2. Специальная теория относительности (сто)
- •Тема 2.3. Общая теория относительности
- •Тема 2.4. Принципы симметрии, законы сохранения
- •1. Понятие симметрии в естествознании
- •2. Стереоизомерия и асимметрия живого (нарушенные симметрии)
- •3. Симметрия и законы сохранения
- •РазделIii. Структурные уровни и системная организация материи Тема 3.1. Микро-, макро-, мегамиры
- •Тема 3.2. Системные уровни организации материи
- •Свойства систем
- •Тема 3.3. Структуры микромира
- •Тема 3.4. Химические системы
- •Тема 3.5. Особенности биологического уровня организации материи
- •1. Основные признаки жизни
- •2. Специфика, единство и многообразие живого
- •3. Уровни организации живых систем
- •РазделIv. Порядок и беспорядок в природе Тема 4.1. Динамические и статистические закономерности в природе
- •1. Идеи детерминизма
- •2. Динамические и статистические закономерности в природе
- •Тема 4.2. Концепции квантовой механики
- •Тема 4.3. Принцип возрастания энтропии
- •1. Основные понятия
- •2. Законы (начала) классической термодинамики
- •3. Принцип возрастания энтропии. Соотношение порядка и беспорядка в природе.
- •Тема 4.4. Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма.
- •РазделV. Панорама современного естествознания
- •Тема 5.1. Космология (мегамир)
- •Альтернативные космологические модели
- •Тема 5.2. Геологическая эволюция
- •Тема 5.3. Происхождение жизни (эволюция и развитие живых систем)
- •1. Возникновение жизни
- •Тема 5.4. Эволюция живых систем
- •Тема 5.5. История жизни на Земле и методы исследования эволюции (эволюция и развитие живых систем)
- •Этапы развития жизни на Земле
- •Тема 5.6. Генетика и эволюция
- •РазделVi. Биосфера и человек Тема 6.1. Экосистемы (многообразие живых организмов - основа организации и устойчивости биосферы)
- •Тема 6.2. Биосфера
- •Тема 6.3. Человек в биосфере
- •Тема 6.4. Глобальный экологический кризис (экологические функции литосферы, экология и здоровье).
- •К концу хх века на Земле сложился комплекс экологических проблем, основные из которых следующие:
Дватипа времени
кинезис (kinetikós - приводящий в движение) –время, связанное с движением
метаболе (греч. metabole - перемена, превращение) –время как рождение и гибель
это характеристика возраста системы
имеет начало, конец и определенное направление
свойство «раньше — позже» + «прошлое — настоящее — будущее»
это параметр (число), фиксирующий различные состояния движения системы
не имеет определенного направления
обладает свойством «раньше — позже»
Две современные модели времени
модель идеального (модельного) времени
модель реального времени
время-возраст
обратный ход времени невозможен (необратимость времени) - обладает«стрелой времени», т.е. изменяется только от прошлого к будущему,
прошлое и будущее неэквивалентны
описывает эволюционные процессы в биологии, геологии, космологии
это время-параметрили геометризированное время
не имеет выделенного направления,
нет различия между прошлым и будущим;
описывает процессы в физике
Две основные концепции
1) Субстанциональная концепция пространства и времени (И. Ньютон,механическая картина мира): физические взаимодействия разворачиваются в бесконечном трехмерном пространстве — так называемом абсолютном пространстве, время в котором может быть измерено универсальными часами (абсолютное время).
МКМ (И.Ньютон «Математические начала натуральной философии») | |
Пространство |
Время |
|
|
Свойства:
|
Свойства:
|
Объективно и существует независимо от времени и материальных объектов. Наличие или отсутствие материальных объектов не влияет на свойства пространства. |
Объективно, события не влияют на течение времени. «Река времени» течет независимо ни от чего-либо. |
«Идея независимого существования пространства и времени может быть выражена следующим образом: если бы материя исчезла, то осталось бы только пространство и время (своего рода сцена, на которой разыгрываются физические явления)» А. Эйнштейн | |
Так как пространство везде является одним и тем же (однородно), для измерения длин надо использовать недеформируемые твердые тела с нанесенными на них делениями |
Так как время однородно, для измерения любых промежутков времени достаточно иметь одни часы, ход которых должен быть равномерным. |
«Абсолютное пространство по самой своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным» И. Ньютон |
«Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью» И. Ньютон |
Таким образом, согласно Ньютону (МКМ) физические взаимодействия разворачиваются в бесконечном трехмерном пространстве — так называемом абсолютном пространстве, время в котором может быть измерено универсальными часами (абсолютное время). |
2) Реляционная концепция пространства-времени (А. Эйнштейн, специальная теория относительности): пространство и время относительны— результаты измерения длины и времени зависят от того, движется наблюдатель или нет. Особенности пространственно-временных характеристик имеют не автономно абсолютный характер, а определяются характером происходящих физических процессов. Многообразие пространственно-временных отношений проявляется на всех структурных уровнях материи как в классической, так и в неклассической физике.
С позиции релятивистской концепции, пространству и времени можно дать следующие определения:
Пространство и время – общие формы координации материальных объектов и их состояний.
Пространство– это совокупность отношений, выражающих координацию сосуществующих объектов, их расположение друг относительно друга и относительную величину.
Время– это совокупность отношений, выражающих координацию сменяющих друг друга состояний (явлений), их последовательность и длительность.
Исследования Эйнштейна выявили фундаментальную связь пространства и времени в некий пространственно-временной континуум –единую форму существования материи.
Пространство - время— физическая модель, дополняющая трёхмерное пространство временны́м (одномерным) измерением и, таким образом, создающая новую теоретико-физическую конструкцию, которая называется пространственно-временным континуумом. Данная модель созданаГерманом Минковскив 1907 г. на основе специальной теории относительности Эйнштейна.
В нашей Вселенной пространство имеет три измерения (согласно некоторым теориям имеются дополнительные измерения на микрорасстояниях), а время — одно. Объяснение этому пока не найдено.
События описываются четырьмя элементами информации: тремя, указывающими расположение в пространстве, и одним, указывающим положение во времени. Таким образом характеризуется положение события в пространстве и времени, то есть в пространстве-времени. В этом смысле время представляет собой ещё одно измерение.
Чтобы описать временные отношения, вводится эталонный процесс, называемыйчасами. В качестве часов, может использоваться любой процесс, в котором периодически повторяется одно и то же состояние материального объекта (пульс человека, движение Земли вокруг оси (сутки), и вокруг Солнца (год), колебания маятника).
Для определения положения какого-либо события в пространстветребуется произвести три измерения и указать три числа –пространственные координаты. Т.е. физическое пространство, в отличие от времени, трехмерно.
Несмотря на то что, на первый взгляд, временно́е измерение абстрактно, понятие времени как измерения вполне конкретно. Когда мы хотим с кем-то встретиться, мы говорим, где «в пространстве» мы рассчитываем встретиться с ним — например, на 9 этаже здания на углу 53-й улицы и 7-й авеню. В этом описании содержатся три элемента информации (9 этаж, 53-я улица, 7-я авеню), описывающих конкретное место в трёх пространственных измерениях Вселенной. Не менее важным является указание времени встречи, например, в 3 часа пополудни. Эта часть информации указывает, где «во времени» состоится встреча.
Время движется только в одном направлении(«стрела времени»), и возврат в прошлое возможен только в научной фантастике. Фундаментальные причины этого пока неизвестны. Одно из объяснений основывается на втором законе термодинамики, согласно которому энтропия может только возрастать и поэтому определяет направленность времени. Рост энтропии объясняется вероятностными причинами (все физические процессы обратимы на квантовом уровне, но вероятность цепочки событий в «прямом» и «обратном» направлении может быть разной).
Свойства пространства и времени:
Объективностьпространства – времени – они не зависят от сознания человека, и существуют вполне самостоятельно.
Взаимозависимостьпространства и времени – не существует пространственных или временных отношений по отдельности, не имеет смысла говорить о времени без каких-либо процессов, а о пространстве – без каких-либо материальных объектов; любой процесс в природе происходит в некоторой области пространства, а любой материальный объект меняется со временем –единые пространственно-временные отношения между событиями.
Всеобщность пространства и времени – ничто не может существовать вне времени и вне пространства.
Относительностьпространства и времени (моменты времени и пространственные координаты любого события всегда отсчитываются от некоторого другого события, принимаемого за начало отсчета): 3 часа пополудни или 15часов 00 минут.
Однородность времени (протекание любого процесса в замкнутой системе не зависит от того, в какой момент времени он начался; проявляется в том, что в данной точке пространства промежутки времени инвариантны, т.е. неизменны по отношению к выбору начала отсчета времени). Это приводит к тому, что всякая физическая система обладает особой фундаментальной характеристикой –энергией, которая сохраняется со временем в изолированных системах.
Однородность пространства– физические свойства замкнутой системы не зависят от её местоположения; всякая физическая система обладает особой фундаментальной характеристикой –импульсом, которая сохраняется со временем в изолированных системах.
Изотропность пространства– физическое равноправие всех направлений в пространстве; физические свойства замкнутой системы не зависят от её ориентации; всякая физическая система обладает особой фундаментальной характеристикой –полным моментом или моментом импульса, которая сохраняется со временем.
Время анизотропно – направления во времени неравноправны. Анизотропность– неодинаковость физических свойств по различным направлениям. В пространстве-времени, в котором мы существуем, наиболее ярко анизотропия Вселенной проявляется в свойствах времени. Всем известно, что в нашем мире события развиваются только в одном направлении времени, с этим же направлением, так называемой «стрелой времени», связаны все понятия причинно-следственной связи. Анизотропность времени выражается в существовании необратимых процессов.