Самостоятельная работа студентов

№ п/п	Тема	Вопросы, выносимые на самостоятельную работу	Кол-во часов	Форма отчетности	Учебно-методическое обеспечение
1.	Введение в историю физики. Динамика развития и периодизация науки.	Предмет истории физики. Эволюционные и революционные этапы в истории науки. Смена парадигмы. Научные революции в физике. Периодизация истории физики. Роль физики в современном мире. Научный, технический и гуманитарный потенциалы физики.	1	Подготовка реферата.	[1,10] [6,15,17]
2.	Появление науки. Античная натурфилософия.	Зарождение научных знаний. Появление рационального метода и первых научных школ в Древней Греции. Фалес, Анаксимандр, Анаксимен, Гераклит и их научные воззрения. Три научных программы античности. Аристотель. Александрийский период в развитии науки. Механика Архимеда, Филона и Герона. Появление пневматики. Оптика Евклида. Римский период в развитии науки.	3	Подготовка реферата.	[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11] [3,7,10]
3.	Физика Средневековья.	Наука феодального Китая и Индии. Развитие науки арабского Востока. Аль-Бируни, Авиценна, Аль – Хазен, Улугбек. Наука в странах Закавказья в период раннего средневековья. Научный прогресс в Европе. Появление университетов. Р.Бэкон и Пьетро Перегрино. Наука эпохи Возрождения. Николай Кузанский. Леонардо да Винчи.	2	Подготовка реферата.	[2,3,4,6,8,10,11] [1]
4.	Научная революция и становление классической физики.	Коперник и появление гелиоцентризма. Д.Бруно и его понимание Вселенной. Т.Браге и И.Кеплер. Научная деятельность Г.Галилея. Ф.Бэкон, его учение о научном методе и об организации науки. Флорентийская Академия опытов, Лондонское Королевское общество, Парижская Академия наук. Кинетизм Декарта. Успехи экспериментального и математического методов в механике. Оптика в период от Галилея до Ньютона. Становление физики жидкостей и газов. Э.Торричелли и Б.Паскаль. Начало исследования тепловых явлений. У.Гильберт. Изучение электрических и магнитных явлений. И.Ньютон и его роль в развитии науки.	4	Подготовка реферата.	[6,9,10,11] [5,12]
5.	Физические исследования XVIII столетия	Концепция невесомых. Работы Л.Эйлера и Ж.Лагранжа. Экспериментальное изучение тепловых явлений. Появление термометров. Создание калориметрии. Теория теплорода и кинетическая теория теплоты. Появление фотометрии. Теория электрических явлений Ш.Дюфе. Изобретение лейденской банки. Б.Франклин. Изобретение громоотвода. Работы Г.Кавендиша, Ш.Кулона, Ф. Эпинуса. Развитие науки в России. Создание Петербургской Академии наук. М.В.Ломоносов.	4	Подготовка реферата.	[1,2,3,4,6,7,9,10,11] [1,4,16]
6.	Основные направления физики XIX века.	Работы Т.Юнга по интерференции света, теории упругости и теории цветного зрения. Э.Малюс и двойное лучепреломление. Поляризация света при отражении. Работы по дифракции света О.Френеля. И.Фраунгофер и изобретение дифракционной решетки. Опыты по определению скорости света А.Физо и Ж.Фуко. Исследования С.Карно, Р.Майера и Дж. Джоуля. Термодинамическая шкала температур. Гипотеза «тепловой смерти Вселенной». Работы Дж. Гиббса. Электродинамические исследования Х.Эрстеда, Д.Араго, Ж.Био, Ф.Савара, П.Лапласа и А.Ампера. М.Фарадей. Идея физического поля. Д.К.Максвелл и создание им электромагнитной теории поля. Открытие электромагнитных волн Г.Герцем. Исследования российских физиков.	6	Подготовка реферата.	[1,5,8,10]
7.	Научная революция в физике конца XIX начала XX веков.	Открытие катодных лучей. Открытие В.Рентгеном Х - лучей. Эксперименты А.Беккереля. Работы супругов Кюри по радиоактивности. Э.Резерфорд. Электронная теория Г.Лоренца. Проблема эфира. А.Эйнштейн и СТО. ОТО. Проблема теплового излучения. М.Планк и гипотеза квантов. Квантовая теория света. Квантовая теория теплоемкости твердых тел.	4	Подготовка реферата.	[1,6,7,10] [2,9,11,19]
8.	Современная физика.	Развитие представлений о строении атомов. Определение заряда ядра. Опыты Дж. Чедвика. Ф.Содди о природе изотопов. Постулаты Н.Бора. Опыты Дж. Франка и Г.Герца. Открытие спина электрона. Современная теория периодической системы химических элементов. Создание квантовой механики. Принципы неопределенности и дополнительности. Квантовая электродинамика и квантовая теория поля. Работы И.Жолио – Кюри и Ф.Жолио – Кюри. Работы Д.Д.Иваненко. Открытие позитрона. Ускорители заряженных частиц. Теория β – распада Э.Ферми. Нейтрино. Открытие деления ядер урана Ядерные реакторы. Термоядерные реакции. Классификация элементарных частиц. Типы физических взаимодействий. Идея Великого объединения. Теория суперструн.	2	Подготовка реферата.	[1,10,11] [13,14,18]
9	Развитие отечественной физики в XX столетии.	Исследования по оптике и спектрометрии. Создание генератора электромагнитного излучения. Изучение плазмы. Люминесценция. С.И.Вавилов, А.Н.Теренин. Практическое применение люминесценции. Метод порошковых фигур Акулова – Биттера. Исследования по ферромагнетизму. П.Н.Лебедев и П.П.Лазарев, их разработки в области акустики. Ультразвуковая дефектоскопия С.Я.Соколова. Физика низких. Теория свертекучести Л.Д.Ландау. Работы И.В.Курчатова. Развитие физики Земли и физики атмосферы.	6	Подготовка реферата.	[3,5] [7,10]
10	Перспективы развития физики и астрофизики в конце 20 века	Управляемый термоядерный синтез. Высокотемпературная сверхпроводимость. Квантовые генераторы. Далекие трансураны. Кварки и глюоны. Создание единой теории поля. Магнитные монополи и тахионы. Экспериментальная проверка и определение границ применимости ОТО. Гравитационные волны. Изучение нейтронных звезд, пульсаров, квазаров.	2	Подготовка реферата.	[3] [2,11]

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО КУРСУ “ИСТОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ ФИЗИКИ”

Вариант 1

16. Движение в физике Аристотеля.

17. Работы С. Карно по термодинамике.

18. Физические проявления размерности и пространства.

Вариант 2

1. Основные элементы и их взаимопревращения (Фалес, Анаксимен, Гераклит, Ксенофан).

2. Открытие основного закона электростатики (Кавендишем, Кулон).

3. Как возникли неевклидовы геометрии.

Вариант 3

1. Абстрактный первоэлемент в философии Анаксимандра.

2. Развитие молекулярной физики и атомистики в работах М.В. Ломоносова.

3. Пространство и время специальной теории относительности.

Вариант 4

1. Математическая программа школы Пифагора.

2. Теория тяготения до Ньютона.

3. Открытие кванта действия М. Планком.

Вариант 5

1. Идеальные первоэлементы Платона.

2. Работы по теории тяготения Р. Гука.

3. Волны де Бройля и уравнение Шредингера.

Вариант 6

1. Первоэлементы в философии Анаксагора.

2. Гелиоцентрическая система Коперника.

3. Теория фотоэффекта.

Вариант 7

1. Простейшие системы мира Фалеса и Анаксимена.

2. Законы Кеплера – история открытия.

3. Основные идеи общей теории относительности Эйнштейна.

Вариант 8

1. Первая сферически-симметричная система мира Анаксимандра.

2. Открытие закона инерции и принципа относительности Галилеем.

3. Классификация элементарных частиц.

Вариант 9

1. Особенности системы мира Птолемея.

2. Труды Галилея по гелиоцентрической системе мира.

3. Геометрические особенности пространств различных размерностей.

Вариант 10

1. Основные положения античной атомистики.

2. Открытие закона сохранения и превращения энергии.

3. Понятие черных дыр.

Вариант 11

1. Проблема причинности в античной атомистике

2. Л. Больцман – создатель классической молекулярно-кинетической теории.

3. Отклонение света в поле тяготения.

Вариант 12

1. Особенности античного учения о гебдомадах.

2. Механическая теория тепла и атомистика.

3. Работы М. Фарадея в области электромагнетизма.

Вариант 13

1. Сферичность неба и Вселенной в философии Пифагора.

2. Ранние работы по электричеству и магнетизму (Гильберт, Герике).

3. Расширяющаяся Вселенная. Закон Хаббла.

Вариант 14

1. Диалектика Гераклита.

2. Исследования атмосферного электричества Франклином.

3. Открытие реликтового излучения.

Вариант 15

1. Вечность движения в философии атомистов.

2. Исследования атмосферного электричества М.В. Ломоносовым.

3. Модель большого взрыва.

Вариант 16

1. Атомистика М.В. Ломоносова.

2. Открытие гальванизма (Вольта, Гальвани).

3. Многомерные обобщения теории тяготения Эйнштейна.

Вариант 17

1. Материя в физике Аристотеля.

2. Работы Эрстеда в области электромагнетизма.

3. Открытие фотоэффекта и его роль в становлении квантовой теории.

Вариант 18

1. Геоцентрическая система мира Аристотеля.

2. Работы Ампера в области электромагнетизма.

3. Возникновение современной теории поля.

Вариант 19

1. Развитие механики Архимедом.

2. Работы Ома в области электромагнетизма.

3. История открытия нейтрона.

Вариант 20

1. Теория “импетуса” в арабской физике.

2. Работы Якоби в области электромагнетизма.

3. Открытие слабого взаимодействия.

Вариант 21

1. Научная революция в физике в эпоху Возрождения.

2. Работы Ленца в области электромагнетизма.

3. Природа ядерных сил.

Вариант 22

1. История открытия Ньютоном закона всемирного тяготения.

2. Работы В.В. Петрова в области электромагнетизма.

3. Современная классификация элементарных частиц.

Вариант 23

1. Критика Ньютоном теории вихрей Декарта.

2. Возникновение оптики (Платон, Евклид, Птолемей).

3. Открытие структуры адронов.

Вариант 24

1. Предсказание существования черных дыр Д. Митчелом.

2. Развитие оптики в трудах И. Кеплера.

3. Понятие физического вакуума. Рождение и уничтожение частиц.

Вариант 25

1. Предсказание отклонения света в поле тяготения Солнца Кавендишем и Лапласом.

2. Развитие оптики Галилеем.

3. Роль симметрии в физике.

Вариант 26

1. Понятие массы в физике Ньютона и его связь с атомизмом.

2. Оптика Р. Декарта.

3. Пространство общей теории относительно А. Эйнштейна.

Вариант 27

1. Материя в физике Аристотеля.

2. Оптика Ньютона.

3. Создание теории электромагнитного поля Д. Максвеллом.

Вариант 28

1. Электромагнитная природа массы и классический радиус электрона.

2. Оптика Гюйгенса.

3. Открытие стандартной модели в физике элементарных частиц.

Вариант 29

1. Методы измерения гравитационной постоянной.

2. Проблемы конечности скорости света. Измерение скорости света.

3. Модель ядерных сил, изотопический спин (В. Гейзенберг, Д. Иваненко).

Вариант 30

1. Пространство и время в механике Ньютона.

2. Работы Юнга по волновой природе света.

3. Открытие электромагнитных волн.

Вариант 31

1. Пространство и время в специальной теории относительности.

2. Работы Френеля по волновой природе света.

3. Открытие высокотемпературной сверхпроводимости.

.   Научные   программы   античности 

Появление и развитие науки в Древней Греции происходило в контексте всей культуры. В любой науке,  научной  теории есть утверждения и допущения, не доказывающиеся в рамках самой теории, но играющие такую важную роль, что их пересмотр или удаление влекут отмену всей теории. Каждая  научная  теория предполагает свой идеал объяснения, доказательства и организации знания, который уходит корнями в культуру своей эпохи. Иначе говоря, все науки и  научные  теории вырастают на базе определенных  научных   программ . Именно в Греции и появляются первые  научные   программы , существенно связанные со спецификой древнегреческой цивилизации и культуры.

Космос - это упорядоченное выражение целого ряда

первоначальных сущностей

В основе античных  научных   программ  лежит представление о мире – «Космосе».

Выделяют  три  основные  научные   программы   античности .

Математическая  программа  Пифагора – Платона. Первой  научной  программой стала математическая программа, представленная Пифагором и позднее развитая Платоном. Пифагор считал, что первоначальные сущности Космоса – это числа, т.е. числа есть первооснова мира. При этом числа вовсе не являются теми кирпичиками мироздания, из которых состоят все вещи. Вещи не равны числам, а подобны им, основаны на количественных отношениях действительности, являющихся подлинно фундаментальными. Картина мира, представленная пифагорейцами, поражала своей гармонией -протяженный мир тел, подчиненный законам геометрии, движение небесных тел по математическим законам.

Следующий шаг в направлении формирования этой программы сделали софисты и элеаты, впервые поставившие проблемы человеческого познания, а также разработавшие теорию доказательств. Они заявили, что ум человека - это не просто зеркало, пассивно отражающее природу, он накладывает свой отпечаток на мир, активно формируя его картину.

Свое завершение математическая программа получила в философии Платона. По Платону истинный мир – это мир идей, представляющий собой иерархически упорядоченную структуру. Мир вещей, в котором мы живем, возникает, подражая миру идей, из мертвой, косной материи, творцом всего является Бог-демиург (творец, создатель). При этом созидание им мира идет на основе математических закономерностей, которые Платон и пытался вычленить, тем самым математизируя физику. В Новое время именно по этому пути пойдет наука. Но это будет осуществляться уже на новом, более высоком уровне знаний о природе. Платоновская же «физика» представляет собой набор умозрительных рассуждений о связи строения вещества с геометрическими фигурами (огонь, как самое подвижное и «острое», состоит из пирамид; воздух - из восьмигранников, вода - из двадцатигранников и т.д.).

Можно выделить основные позиции этой научной программы, ставшей такой важной в Новое время после появления математизированной науки. Эта программа заложила основы развития естествознания, опираясь не на материальные структуры вещества, а на числовые закономерности, на законы бытия. Согласно этой программе:

1. Мир - это упорядоченный Космос, чей порядок сродни порядку внутри человеческого разума. Следовательно, возможен рациональный анализ эмпирического мира.

2. Упорядоченность Космоса является следствием существования некоего всепроникающего разума, наделившего природу назначением и целью. В силу родства разумов (надмирового и человеческого), он доступен непосредственному восприятию человека, который должен для этого развить соответствующие способности, сосредоточив свои силы.

3. Умственный анализ обнаруживает за видимым миром некий вневременной порядок, сущность нашего мира - количественные отношения действительности.

4. Познание сущности мира требует от человека сознательного развития его познавательных способностей - разума, интуиции, опыта, оценки, памяти, нравственности (ибо познание конечных причин бытия - глубочайшая потребность не только ума, но и души). Итогом познания становится духовное освобождение человека.

Атомистическая  программа  Демокрита. Второй  научной   программой   античности , оказавшей громадное влияние на все последующее развитие науки, стал атомизм. Основателями его стали Левкипп и Демокрит.

Согласно учению атомизма начала всего сущего - это неделимые частицы-атомы и пустота. Ничто не возникает из несуществующего и не уходит в небытие. Возникновение вещей есть соединение атомов, а уничтожение - распадение на части, в пределе - на атомы. Причиной возникновения является вихрь, собирающий атомы вместе.

Атомизм является физической программой, так как наука, по Демокриту, должна объяснить явления физического мира. Объяснение понимается как указание на механические причины всех возможных изменений в природе - движение атомов. Более глубоких причин, принадлежащих какой-то реальности, не доступной обычному восприятию, нет. Причины естественных явлений безличны и имеют физическую природу, их следует искать в земном мире. Познание мира идет путем сочетания чувственного опыта и его рационального преобразования.

Это была первая в истории мысли  программа , основанная на методологическом требовании объяснения целого как суммы отдельных составляющих его частей. Именно так были построены не только физические, но многие психологические и социологические теории Нового времени. По сути дела, это означало появление механистического метода, требовавшего объяснять сущность природных процессов механическим соединением индивидуумов.

 Программа  Аристотеля.  Программа  Аристотеля стала третьей  научной   программой   античности . Она возникла на переломе эпох. С одной стороны, она еще близка к античной классике с ее стремлением к целостному философскому осмыслению действительности (при этом она пытается найти компромисс между двумя предыдущими  программами ). С другой, в ней отчетливо проявляются эллинистические тенденции к выделению отдельных направлений исследования в относительно самостоятельные науки, со своими предметом и методом.

Пытаясь найти третий путь, возражая и Демокриту, и Платону с Пифагором, Аристотель отказывается признать существование идей или математических объектов, существующих независимо от вещей. Но не устраивает его и демокритовское появление вещей из атомов. Пытаясь снять это противоречие, Аристотель предлагает четыре причины бытия: формальную, материальную, действующую и целевую. В его «Метафизике» воссоздается мир как целостное, естественно возникшее образование, имеющее причины в себе самом. Это образование предстает перед нами в виде двойственного мира, имеющего неизменную основу, но проявляющегося через подвижную эмпирическую видимость. Предметом науки должны стать вещи умопостигаемые, не подвластные сиюминутным изменениям. Заслугой Аристотеля является и написание его знаменитого «Органона» - трактата по логике, поставившего науку на прочный фундамент логически обоснованного мышления с использованием понятийно-категориального аппарата. Кроме того, Аристотель систематизировал накопленные к этому времени научные знания.

Таковы три основные научные программы античного мира, заложившие основы науки вообще. Все дальнейшее развитие науки по сути было развитием и преобразованием этих научных программ. Это еще не наука в современном смысле слова: еще нет понятия универсального природного закона; еще невозможно применение математики в рамках физики - это разные науки, между которыми нет точек соприкосновения; еще нет эксперимента как искусственного воспроизведения природных явлений, при котором устраняются побочные и несущественные эффекты и который имеет своей целью подтвердить или опровергнуть то или иное теоретическое предположение. Естествознание греков было абстрактно-объяснительным, лишенным деятельного, созидательного компонента.