1.Наука в системе человеческой культуры. Классификация наук.

В современном понимании науку принято рассматривать как одну из составляющих (наряду с искусством, моралью, правом, идеологией,религией и т. д.) духовной культуры человечества.

Наука — это определенная система знаний о природе, обществе, человеке, а также особый вид духовного производства, целями которого являются получение истинных знаний, их накопление и совершенствование.

Кроме того, под наукой понимается совокупность социальных институтов, в рамках которых осуществляется данное производство.

В строгом смысле слова наука как явление культуры появилась в XVII в., что было связано с возможностью опытным путем проверять истинность получаемых знаний. Наука и общество взаимосвязаны. Наука не может ни возникнуть, ни развиваться вне общества. В свою очередь, современное общество уже не может существовать без науки, которая способствует удовлетворению потребностей во всех сферах жизни общества, выступает фактором социального развития. На основе знания законов функционирования и эволюции рассматриваемых объектов наука осуществляет прогноз будущего данных объектов в целях практического освоения действительности.

Научное познание руководствуется определенными идеалами и нормами научной деятельности, которые представляют собой определенные подходы, принципы, установки, свойственные ученым на разных этапах развития науки и изменяющиеся со временем.Единство идеалов и норм научного познания, господствующих на определенном этапе развития науки, выражают понятием «стиль научного мышления».

классификация наук-в самом общем виде науки делятся на естественные, технические, общественные (социальные) и гуманитарные.

К естественным наукам относятся науки:о космосе, его строении, развитии;о земле; физических, химических, биологических системах и процессах, формах движения материи (физика и т. п.);человеке как биологическом виде, его происхождении и эволюции.

Технические науки содержательно основываются на естественных науках. Они изучают различные формы и направления развития техники.

Общественные (социальные) науки также имеют ряд направлений и изучают общество.

Гуманитарные науки — науки о духовном мире человека, об отношении к окружающему миру, обществу, себе подобным.

Особое место в системе наук занимают философия, математика, кибернетика, информатика и т. п., которые в силу своего общего характера применяются в любых исследованиях.

Роль науки в условиях научно-технической революции постоянно растет. Среди ее основных функций необходимо назвать следующие: мировоззренческая (наука объясняет мир);гносеологическая (наука способствует познанию мира);преобразующая (наука выступает фактором общественного развития: она лежит в основе процессов современного производства, создания передовых технологий, существенно увеличивая производительные силы общества).

2. Общие, особенные и частные методы научного познания

Методы естествознания могут быть подразделены на сле­дующие группы:                   , 1. Общие методы, касающиеся любого предмета, любой науки. Это различные формы метода, дающего возможность связывать воедино все стороны процесса познания, все его ступени, например, метод восхождения от абстрактного к кон­кретному, единства логического и исторического. Это, скорее, общефилософские методы познания. 2. Особенные методы касаются лишь одной стороны изу­чаемого предмета или же определенного приема исследования: анализ, синтез, индукция, дедукция. К числу особенных мето­дов также относятся наблюдение, измерение, сравнение и экс­перимент. Наблюдение - это целенаправленный строгий процесс вос­приятия предметов действительности, которые не должны быть изменены. Эксперимент - метод познания, при помощи которого яв­ления действительности исследуются в контролируемых и управляемых условиях. Анализ - метод научного познания, в основу которого положе­на процедура мысленного или реального расчленения предмета на составляющие его части. Синтез - это метод научного познания, в основу которого положена процедура соединения различных элементов предме­та в единое целое, систему, без чего невозможно действительно научное познание этого предмета.

Индукция - метод научного познания, представляющий со­бой формулирование логического умозаключения путем обобщения данных наблюдения и эксперимента. Дедукция - метод научного познания, который заключается в переходе от некоторых общих посылок к частным результа­там-следствиям.

3. Частные методы - это специальные методы, действую­щие либо только в пределах отдельной отрасли науки, либо за пределами той отрасли, где они возникли. Таков метод коль­цевания птиц, применяемый в зоологии. А методы физики, использованные в других отраслях естествознания, привели к созданию астрофизики, геофизики, кристаллофизики и др. Не­редко применяется комплекс взаимосвязанных частных мето­дов к изучению одного предмета. Например, молекулярная биология одновременно пользуется методами физики, матема­тики, химии, кибернетики.

3.Первая естественно-научная картина мира в Древней Греции. Натурфилософы античности.

Именно античная цивилизация окончательно преодолела в своем культурном развитием рубеж, разделяющий в сознании человека Хаос и Закон, Хаос и Космос, Миф и Логос, отделила “логику вещей” от “логики слов и мыслей”, утвердила представление о том, что освоение мира во всех формах человеческой деятельности возможно только по его собственным законам.

Историческая заслуга поздней древнегреческой мифологии состояла в выработке такого представления о Космосе, которое служило важной предпосылкой возникновения рационального познания мира. Космос осознавался древними греками как материальное, организованное, и в то же время одухотворенное, живое целое, образовавшееся из стихии неорганизованного хаоса. Космос, или Вселенная, представлялись как гармоничное, симметричное, ритмически устроенное целое. Это целое находится в состоянии постоянного становления, изменения. Периодически космос способен превращаться в хаос и вновь возрождаться.

Не боги создавали космос, а космос создал из себя богов – с таким мировоззренческим представлением завершалось мифологическое сознание. И этим же представлением оно открывало дорогу для возникновения рационального познания природы. С появлением такого вещественно-телесного, пластического образа космоса до возникновения рационального отражения естественных закономерностей мира остался только один шаг. В Древней Греции такой шаг был осуществлен в начале VI в. до н.а. Именно в это время в древнегреческой культуре завершается отделение объекта и субъекта , возникает теоретическая проблема отношения человека и мира, познания законов природы, ее структуры, организации бытия.

Представителями Милетской школы была сформулирована исторически первая и наиболее фундаментальная проблема – проблема того первоначала, из которого возникают все вещи и в которое со временем они превращаются.

В свою очередь, вопрос о субстанции, первоначале мира стал возможен тогда, когда уровень мыслительного абстрагирования позволил сформулировать представление о процедуре обоснования знания. Формой такого представления явилась идея математического доказательства.

Милетская школа - это еще натурфилософское познание мира, естественнонаучное и философское познание здесь еще не разделились в полной мере. Философская и естественнонаучная картины мира здесь формируются в тесном единстве.

В конце VI в. до н.э. центр научной мысли Древней Греции перемещается с Востока средиземноморского мира на его Запад. В городе Кротоне сложилась, по-видимому, первая (из известных нам) в истории человечества научно-философско-религиозно-политическая школа: Пифагорейский союз. Пифагорейский союз просуществовал с конца VI в. до середины IV в. до н.э. и оказал громадное влияние на развитие древнегреческой культуры, науки, философии. При этом он активно вмешивался и в политическую жизнь италийских полисов. Основателем Пифагорейского союза был Пифагор (ок. 580-500 г.г. до н.э.). Пифагорейцы были первыми в Древней Греции, кто научился распознавать на небесном своде планеты, отличать их от звезд. Пифагорейцы заложили основы такого представления о мире и его познании, в соответствии с которым математические знания (о числах и их отношениях) являются важнейшим условием, ключом к познанию природы. Начиная с Пифагора, в истории культуры развивается установка на широкое развитие математических исследований.

Основы двух исторически первых естественнонаучных программ познания природы в античной науке закладывают Демокрит и Платон.

Одной из вершин античной культуры являлось атомистическое учение Демокрита (ок.460-370 г.г. до н.э.). Демокрит – основоположник античного материализма.

У Платона все бытие пронизано числами, числа – это путь к постижению идей, сущности мира. Он считал, что только занятия математикой являются реальным средством познания вечных, идеальных, абсолютных истин. Платон не отвергал значения эмпирического знания о мире земных вещей, но считал, что это знание не может быть основой науки, т.к. является приблизительным, неточным и лишь вероятным. Только познание мира идей, прежде всего с помощью математики, является единственной формой научного, достоверного познания. Математическими образами и аналогиями пронизана вся философия Платона.

Историческая заслуга Аристотеля перед естествознанием состоит и в том, что он впервые закладывает систему знаний о природе – физику. Центральное понятие аристотелевской физики – понятие движения. Аристотель разрабатывает первую историческую форму учения о движении – механику. Важную роль в космологии Аристотеля играл принцип отсутствия в природе пустоты. ("Природа не терпит пустоты"). Введение такого представления означало, что Аристотель строит континуальную картину мира, принципиально противоположную атомистической, дискретной картине мира Демокрита. В гидростатике Архимед открывает закон, носящий его имя, и теоретически его доказывает.

Важнейшее различие между современным естествознанием и античной натурфилософией заключается в характере применяемых ими методов. Если в античной философии  достаточно  было  обыденного знания  природных  явлений,  чтобы делать заключения из основополагающего  принципа,  характерная   особенность современной  науки  состоит в постановке экспериментов, т.  е.  конкретных вопросов природе,  ответы на которые должны  дать  информацию о закономерностях.  Следствием этого различия в методах является также  и  различие  в самом воззрении на природу.  Внимание сосредоточивается не столько  на  основополагающих  законах,  сколько  на частных  закономерностях.

4.Геоцентрическая система мира К.Птоломея.

В наиболее четкой форме геоцентрическая система мира была разработана великим ученым древности Аристотелем (IV в. до н. э.). Его представления развил и завершил александрийский астроном К. Птолемей (II в. н. э.). Свою систему мира Птолемей изложил в книге «Альмагест».

Согласно  системе мира Птолемея, в центре Вселенной расположена Земля, окруженная более чем 50 прозрачными хрустальными сферами. Они имеют общий центр и управляют движением Луны, Меркурия, Венеры, Солнца, Марса, Юпитера, Сатурна и звезд. Для управления движением Солнца и Луны выделялось две (по одной на каждое светило) сферы с расположенными на них окружностями — деферентами, по которым и двигались Солнце и Луна.

Но для  планет с их сложными движениями этого  было недостаточно. Поэтому Птолемей считал, что по деференту движется не сама планета, а центр другой окружности несколько меньших размеров — так называемый эпицикл. По этому эпициклу движется центр следующего по порядку эпицикла и т. д. Планета же обращается лишь по самому последнему эпициклу. Внешняя сфера неподвижных звезд совершает полный оборот вокруг оси в течение суток и приводит в движение остальные сферы, обеспечивая тем самым видимую картину движения небесных светил.

С помощью  эпициклов и деферентов удавалось довольно точно описать наблюдаемые движения планет и предвычислять положения небесных тел на будущее.

Геоцентрическая система мира Аристотеля—Птолемея  находилась в согласии с религиозным  вероучением о центральном месте Земли во Вселенной, и поэтому церковь в  течение многих веков препятствовала развитию правильных научных представлений о строении мира.

5.Научные труды Н.Коперника и Г.Галилея, их роль в создании гелиоцентрической модели мира Только в 16 в. Н.Коперник (1473-1543)  показал, что Земля не находится в центре Вселенной, что она рядовая планета и вместе с другими планетами движется вокруг Солнца. Это открытие стало революцией в естествознании. Система мира Коперника правильно отражала уже строение целой системы небесных тел - Солнечной системы.

В гелиоцентрической системе мира, разви­той Н. Коперником в работе "Об обращениях небесных сфер" произошло коренное изменениепространственной и всей физической картины мира. Принципиальное отличие этой системы мира от прежних тео­рий состояло в том, что в ней концепция единого однородного пространства и равномерности течения времени обрела реаль­ный эмпирический базис.

Признав подвижность Земли, Коперник в своей теории от­верг все ранее существовавшие представления о ее уникально­сти, "единственности" центра вращения во Вселенной. Тем са­мым теория Коперника не только изменила существовавшую модель Вселенной, но и направила движение естественно­научной мысли к признанию безграничности и бесконечности пространства.

Николай Коперник разгромил искусственную систему, основанную на геоцентрических представлениях, и создал гелиоцентрическую теорию.

Его основной труд "О круговых движениях небесных тел небесных тел" вышел в год его смерти.

Учение Коперника было революционным событием в истории науки.

Галилей с помощью изобретённого им телескопа  сделал ряд открытий, либо косвенно подтверждавших теорию Коперника, либо выбивавших почву из-под ног его противников — сторонников Аристотеля:

1. Поверхность Луны не гладкая, как подобало небесному телу в учении Аристотеля, а имеет горы и впадины, как Земля. Кроме того, Галилей объяснилпепельный свет Луны отражением солнечного света Землёй. Благодаря этому Земля стала телом, во всех отношениях подобным Луне. Устранялось противоречие между земным и небесным, постулировавшееся у Аристотеля.

2. Четыре спутника Юпитера (получивших впоследствии название галилеевых). Тем самым он опроверг утверждение, что Земля не может обращаться вокруг Солнца, поскольку вокруг неё самой обращается Луна (такой тезис часто выдвигали противники Коперника): Юпитер заведомо должен был вращаться либо вокруг Земли (как у Птолемея и Аристотеля), либо вокруг Солнца (как у Аристарха и Коперника).

3. Смена фаз Венеры, указывавшая, что Венера обращается вокруг Солнца.

4. Галилей установил, что Млечный Путь состоит из большого количества звёзд, неразличимых невооружённым взглядом. Это открытие совершенно не умещалось в космологию Аристотеля, но вполне было совместимо с теорией Коперника, из которой следовала огромная удалённость звёзд.

5. Одним из первых Галилей открыл солнечные пятна. Наблюдения над пятнами привели Галилея к выводу о вращении Солнца вокруг своей оси. Само существование пятен и их постоянная изменчивость опровергали тезис Аристотеля о «совершенстве» небес.

6. Галилей показал, что видимые размеры планет в различных конфигурациях (например, в противостоянии и соединении с Солнцем) меняются в таком соотношении, как это следует из теории Коперника.

7. Наоборот, при наблюдении звёзд в телескоп их видимые размеры не меняются. Этот вывод опровергал один из основных доводов Тихо Браге, заключавшийся в огромных размерах звёзд, которые следуют из ненаблюдаемости их годичных параллаксов. Галилей заключил, что при наблюдении звёзд в телескоп их видимый размер не меняется, следовательно, оценка Браге угловых размеров звёзд сильно преувеличена.

Вторым направлением деятельности Галилея было установление новых законов динамики. Им была открыта инерция и принцип относительности, что позволило устранить традиционные возражения противников гелиоцентризма: если Земля движется, почему мы этого не замечаем^[32]?

6.Механическая картина мира

Она складывается в результате научной революции XVI -XVII вв. на основе работ Г. Галилея и П. Гассенди, восстановивших атомизм древних философов, исследований Декарта и Ньютона, завершивших построение новой картины мира, сформулировавших основные идеи, понятия и принципы, составившие механическую картину мира. Основу механической картины мира составил атомизм, который весь мир, включая и человека, понимал как совокупность огромного числа неделимых частиц - атомов, перемещающихся в пространстве и времени. Ключевым понятием механической картины мира было понятие движения. Именно законы движения Ньютон считал фундаментальными законами мироздания. Тела обладают внутренним врожденным свойством двигаться равномерно и прямолинейно, а отклонения от этого движения связаны с действием на тело внешней силы (инерции). Мерой инертности является масса, другое важнейшее понятие классической механики. Универсальным свойством тел является тяготение. Решая проблемы взаимодействия тел, Ньютон предложил принцип дальнодействия. Согласно этому принципу взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, без каких-либо материальных посредников. Концепция дальнодействия тесно связана с пониманием пространства и времени как особых сред, вмещающих взаимодействующие тела. Ньютон предложил концепцию абсолютного пространства и времени. Пространство представлялось большим «черным ящиком», вмещающим все тела в мире, но если бы эти тела вдруг исчезли, пространство все равно бы осталось. Аналогично, в образе текущей реки, представлялось и время, также существующее абсолютно независимо от материи. В механической картине мира любые события жестко предопределялись законами механики. Случайность в принципе исключалась из картины мира. Как говорил П. Лаплас, если бы нашелся гигантский ум, способный объять мир (знание о координатах всех тел в мире, а также силах, действующих на них), то он однозначно мог бы предсказать будущее этого мира. Жизнь и разум в механической картине мира не обладали никакой качественной спецификой. Поэтому присутствие человека в мире не меняло ничего. Если бы человек однажды исчез с лица земли, мир продолжал бы существовать как ни в чем не бывало. На основе механической картины мира в XVIII - начале XIX вв. была разработана земная, небесная и молекулярная механика. Быстрыми темпами шло развитие техники. Это привело к абсолютизации механической картины мира, к тому, что она стала рассматриваться в качестве универсальной. В это же время в физике начали накапливаться эмпирические данные, противоречащие механической картине мира. Так, наряду с рассмотрением системы материальных точек, полностью соответствовавшей корпускулярным представлениям о материи, пришлось ввести понятие сплошной среды, связанное по сути дела, уже не с корпускулярными, а с континуальными представлениями о материи. Так, для объяснения световых явлений вводилось понятие эфира - особой тонкой и абсолютно непрерывной световой материи. В XIX в. методы механики были распространены на область тепловых явлений, электричества и магнетизма. Казалось бы, это свидетельствовало о больших успехах механического понимания мира в качестве общей исходной основы науки. Но при попытке выйти за пределы механики материальных точек приходилось вводить все новые искусственные допущения, которые постепенно готовили крушение механической картины мира. Аналогично световым явлениям, для объяснения теплоты, электричества и магнетизма вводились понятия теплорода, электрической и магнитной жидкости как особых разновидностей сплошной материи. Хотя механический подход к этим явлениям оказался неприемлемым, опытные факты искусственно подгонялись под механическую картину мира. Попытки построить атомистическую модель эфира продолжались еще и в XX веке. Эти факты, не укладывающиеся в русло механической картины мира, свидетельствовали о том, что противоречия между установившейся системой взглядов и данными опыта оказались непримиримыми. Физика нуждалась в существенном изменении представлений о материи, в смене физической картины мира.

7.Электромагнитная картина мира

В процессе длительных размышлений о сущности электрических и магнитных явлений М. Фарадей пришел к мысли о необходимости замены корпускулярных представлений о материи континуальными, непрерывными. Он сделал вывод, что электромагнитное поле сплошь непрерывно, заряды в нем являются точечными силовыми центрами. Тем самым отпал вопрос о построении механической модели эфира, несовпадении механических представлений об эфире с реальными опытными данными о свойствах света, электричества и магнетизма. Основная трудность в объяснении света при помощи понятия эфира состояла в следующем: если эфир - сплошная среда, то он не должен препятствовать движению в нем тел и, следовательно, должен быть подобен очень легкому газу. В опытах со светом были установлены два фундаментальных факта: световые и электромагнитные колебания являются не продольными, а поперечными, и скорость распространения этих колебаний очень велика. В механике же было показано, что поперечные колебания возможны только в твердых телах, причем скорость их зависит от плотности тела. Для такой большой скорости, как скорость света, плотность эфира во много раз должна была превосходить плотность стали. Но тогда, как же двигаются тела? Одним из первых идеи Фарадея оценил Максвелл. При этом он подчеркивал, что Фарадей выдвинул новые философские взгляды на материю, пространство, время и силы, во многом изменявшие прежнюю механическую картину мира. Взгляды на материю менялись кардинально: совокупность неделимых атомов переставала быть конечным пределом делимости материи, в качестве такового принималось единое абсолютно непрерывное бесконечное поле с силовыми точечными центрами - электрическими зарядами и волновыми движениями в нем. Движение понималось не только как простое механическое перемещение, первичным по отношению к этой форме движения становилось распространение колебаний в поле, которое описывалось не законами механики, а законами электродинамики. Ньютоновская концепция абсолютного пространства и времени не подходила к полевым представлениям. Поскольку поле является абсолютно непрерывной материей, пустого пространства просто нет. Так же и время неразрывно связано с процессами, происходящими в поле. Пространство и время перестали быть самостоятельными, независимыми от материи сущностями. Понимание пространства и времени как абсолютных уступило место реляционной (относительной) концепции пространства и времени. Новая картина мира требовала нового решения проблемы взаимодействия. Ньютоновская концепция дальнодействия заменялась фарадеевским принципом близкодействия; любые взаимодействия передаются полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью. * Хотя законы электродинамики, как и законы классической механики, однозначно предопределяли события, и случайность все еще пытались исключить из физической картины мира, создание кинетической теории газов ввело в теорию, а затем и в электромагнитную картину мира понятие вероятности. Правда, пока физики не оставляли надежды найти за вероятностными характеристиками четкие однозначные законы, подобные законам Ньютона. Не менялось в электромагнитной картине мира представление о месте и роли человека во Вселенной. Его появление считалось лишь капризом природы. Идеи о качественной специфике жизни и разума с большим трудом прокладывали себе путь в научном мировоззрении. Новая электромагнитная картина мира объяснила большой круг явлений, непонятных с точки зрения прежней механической картины мира. Она глубже вскрыла материальное единство мира, поскольку электричество и магнетизм объяснялись на основе одних и тех же законов. Однако и на этом пути вскоре стали возникать непреодолимые трудности. Так, согласно электромагнитной картине мира, заряд стал считаться точечным центром, а факты свидетельствовали о конечной протяженности частицы-заряда. Поэтому уже в электронной теории Лоренца частица-заряд вопреки новой картине мира рассматривалась в виде твердого заряженного шарика, обладающего массой. Непонятными оказались результаты опытов Майкельсона 1881 - 1887 гг., где он пытался обнаружить движение тела по инерции при помощи приборов, находящихся на этом теле. По теории Максвелла, такое движение можно было обнаружить, но опыт не подтверждал этого. Но тогда об этих мелких неприятностях и неувязках физики постарались забыть, более того, выводы теории Максвелла были абсолютизированы, так что даже такой крупный физик, как Кирхгоф, считал, что в физике не осталось ничего неизвестного и неоткрытого. Но к концу XIX в. накапливалось все больше необъяснимых несоответствий теории и опыта. Одни были обусловлены недостроенностью электромагнитной картины мира, другие вообще не согласовывались с континуальными представлениями о материи: трудности в объяснении фотоэффекта, линейчатый спектр атомов, теория теплового излучения. Последовательное применение теории Максвелла к другим движущимся средам приводило к выводам о неабсолютности пространства и времени. Однако убежденность в их абсолютности была так велика, что ученые удивлялись своим выводам, называли их странными и отказывались от них. Именно так поступили Лоренц и Пуанкаре, чьи работы завершают доэйнштейновский период развития физики. Принимая законы электродинамики в качестве основных законов физической реальности, А. Эйнштейн ввел в электромагнитную картину мира идею относительности пространства и времени и тем самым устранил противоречие между пониманием материи как определенного вида поля и ньютоновскими представлениями о пространстве и времени. Введение в электромагнитную картину мира релятивистских представлений о пространстве и времени открыло новые возможности для ее развития. Именно так появилась общая теория относительности, ставшая последней крупной теорией, созданной в рамках электромагнитной картины мира. В этой теории, созданной в 1916 г., Эйнштейн впервые дал глубокое объяснение природы тяготения, для чего ввел Понятие об относительности пространства и времени и о кривизне единого четырехмерного пространственно-временного континуума, зависящей от распределения масс. Но даже создание этой теории уже не могло спасти электромагнитную картину мира. С конца XIX в. обнаруживалось все больше непримиримых противоречий между электромагнитной теорией и фактами. В 1897 г. было открыто явление радиоактивности и установлено, что оно связано с превращением одних химических элементов в другие и сопровождается испусканием альфа- и бета-лучей. На этой основе появились эмпирические модели атома, противоречащие электромагнитной картине мира. А в 1900 г. М. Планк в процессе многочисленных попыток построить теорию излучения был вынужден высказать предположение о прерывности процессов излучения.

8.А.Эншьтейн.Создание теории относительности и её значение.

Прежде чем говорить о теории относительности Альберта Эйнштейна, нужно изучить опыт других физиков.

В 1881 г. американский физик Майкельсон поставил опыт с целью выяснения участия эфира (гипотетическая всепроникающая среда, которой, по научным представлениям прошлых столетий, приписывалась роль переносчика света и вообще электромагнитных взаимодействий) в движении тел. С помощью этого опыта Майкельсон опроверг существовавшую в то время гипотезу неподвижного эфира. Смысл данной гипотезы заключался в том, что при движении Земли сквозь эфир можно наблюдать так называемый «эфирный ветер». Однако опыт Майкельсона был использован Эйнштейном всего лишь для подтверждения своей теории относительности. Эйнштейн при создании теории хотел объединить

механику и теорию электромагнитного поля. В классической механике был сформулирован принцип физической относительности, который заключался в том, что все механические процессы во всех инерциальных системах происходят одинаково. Эйнштейн сформулировал обобщенный физический

принцип относительности: все физические явления происходят одинаково относительно любых инерциальных систем. Согласно принципу постоянства скорости света и обобщенному принципу относительности, относительность является одновременностью двух событий к системе отсчета. Раньше считалось, что одновременность является абсолютным событием, которое не зависит от наблюдателя. Но в своей теории относительности Эйнштейн доказал, что время в движущейся системе отсчета протекает гораздо медленнее относительно течения времени в неподвижной системе отсчета. Такие физические величины, как протяженность, время и масса, в теории относительности утратили свой статус абсолютности. Эйнштейн в качестве величины, которая имеет статус постоянной, оставил лишь силу

(например, сила тяготения). Общая теория относительности содержит геометрическое толкование явления тяготения. Эйнштейн утверждал, что сила тяжести эквивалента равна искривлению неевклидова пространства. То есть объект, движущийся в пространстве и попавший в поле тяжести, изменяет траекторию своего движения. Теперь можно сделать вывод, что в теории относительности Альберта Эйнштейна пространство и время имеют физические характеристики. А раз они имеют физические характеристики, следовательно, они являются частью мира физических процессов, причем частью, образующей всю внутреннюю структуру этого мира, «которая связана с законами бытия физического мира».

9.Основные идеи, понятия и принципы общей и специальной теории относительности

Основные выводы в теории Эйнштейна: 1.всякое движение может описываться только по отношению к другим телам,которые могут приниматься за систему отсчета. 2.пространство и время тесно взаимосвязаны,т.к. только совместно они определяют положение движущегося тела. 3.принимает скорость света как константу. 4.пространственно-временные свойства окружающего мира зависят от расположения и движения тяготеющих масс.

Специальная теория относительности. Скорость света является предельной скоростью распространения материальных воздействий.Она не может складываться ни с какой скоростью,Для всех систем взята как постоянная.

Общая теория относительности. Связал воедино гравитационные силы с пространством и временем.Данная теория – для объектов движущихся с непостоянной скоростью,а с ускорением.Один из источников ускорения – сила тяготения,распространяющаяся повсюду.В поле тяготения световые лучи должны распространятся криволинейно.Искривление светового Луча в поле тяготения свидетельствует о том,что скорость света не может быть постоянной. Эйнштейн данное явление трактовал: не свет замедляет свою скорость, а само пространство под действием гравитации имеет искривленную форму. Структура пространства и времени определяется распределением масс материи.

10. Квантово-полевая картина мира

Разработка квантовой механики относится к началу XX в., когда были обнаружены физические явления, свидетельствующие о неприменимости механики Ньютона и классической электродинамики к процессам взаимодействия света с веществом и процессам, происходящим в атоме. Установление связи между этими группами явлений и попытки объяснить их на основе теории привели к открытию законов квантовой механики.

Впервые в науке представления о кванте высказал в 1900 г. М. Планк в процессе исследования теплового излучения тел. Своими исследованиями он продемонстрировал, что излучение энергии происходит дискретно, определенными порциями — квантами, энергия которых зависит от частоты световой волны. Эксперименты Планка привели к признанию двойственного характера света, который обладает одновременно и корпускулярными, и волновыми свойствами, представляя собой, таким образом, диалектическое единство этих противоположностей. Диалектика, в частности, выражается в том, что чем короче длина волны излучения, тем ярче проявляются квантовые свойства; чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства света.

В 1924 г. французский физик Л. де Бройль выдвинул гипотезу, что корпускулярно-волновой дуализм имеет универсальный характер, т.е. все частицы вещества обладают волновыми свойствами. Позднее эта идея была подтверждена экспериментально, и принцип корпускулярно-волнового дуализма был распространен на все процессы движения и взаимодействия в микромире.

В частности, Н. Бор применил идею квантования энергии к теории строения атома. Согласно его представлениям в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома, а вокруг ядра вращаются по орбитам отрицательно заряженные электроны. Вращающиеся электроны должны терять часть своей энергии, что влечет за собой нестабильное существование атомов. Однако на практике атомы не только существуют, но и являются весьма устойчивыми. Объясняя этот вопрос, Бор предположил, что электрон, совершая движение по своей орбите, не испускает квантов. Излучение происходит лишь при переходе электрона с одной орбиты на другую, т.е. с одного уровня энергии на другой, с меньшей энергией. В момент перехода и рождается квант излучения.

В соответствии с квантово-полевой картиной мира любой микрообъект, обладая волновыми и корпускулярными свойствами, не имеет определенной траектории движения и не может иметь определенных координат и скорости (импульса). Это можно сделать только через определение волновой функции в данный момент, а потом найти его волновую функцию в любой другой момент. Квадрат модуля дает вероятность нахождения частицы в данной точке пространства.

11.Законы термодинамики

Нулевой закон-Если каждая из двух термодинамических систем находится в тепловом равновесии с некоторой третьей, то они находятся в тепловом равновесии друг с другом.

Первый закон-В любом процессе полная энергия вселенной остается той же самой.

Он может также быть определен как: Для любого термодинамического цикла сумма чистого тепла, доставленного в систему, и чистой работы, совершённой системой, равна нулю.

Второй закон-Энтропия изолированная система не в равновесии имеет тенденцию увеличиваться с течением времени, приближаясь к максимальному значению в равновесии.

Третий закон-При стремлении температуры к абсолютному нулю, энтропия системы приближается к постоянному минимуму.

Короче говоря, постулируется, что энтропия — «температурный иждивенец» и приводит к формулировке идеи абсолютного нуля.

12.Элементарные частицы.

В настоящее время открыто более 350 микрочастиц. Термин «элементарная частица» первоначально означал простейшие,далее ни на что не разложимые частицы,лежащие в основе любых материальных образований. Основные характеристики: масса, заряд, среднее время жизни, спин, квантовые числа. Массу покоя элементарных частиц определяют по отношению к массе покоя электрона. -фотоны –не имеющие массы покоя; -лептоны – легкие частицы (электрон,нейтрино); -мезоны – средние частицы с массой в пределах от1 до1000 масс электрона; -барионы – тяжелые частицы,чья масса превышает 1000 масс электрона и в состав которых входят протоны,нейтроны,гипероны и многие резонансы. Электрический заряд может быть положительным,отрицательным или нулевым.Каждой частице,кроме фотона и двух мезонов,соответствуют античастицы с противоположным зарядом. По времени жизни делятся на стабильные и нестабильные. Стабильные: фотон,две разновидности нейтрино,электрон и протон (играют важнейшую роль в структуре макротел).Все остальные частицы нестабильные,существуют около 10 в –10 – 10 в –24 с,после чего распадаются.Резонансы – элем.частицы со средним временем жизни 10 в –23 – 10в-22 с,распадаются до того ,как успеют покинуть атом или ядро. Спина, или собственного момента количества движения микрочастиц, и понятием квантовых чисел. –фермионы (кварки и лептоны),составляют вещество. -бозоны (кванты полей – фотоны,векторные бозоны,глюоны,гравитино и гравитоны),переносят взаимодействие. Считаются истинно элементарными,т.е. далее неразложимыми. Остальные частицы считаются условно элементарными,т.е. составные частицы,образованные из кварков и квантов полей.

Различают 4 вида фундаментальных взаимодействий: 1)сильное –происходит на уровне атомных ядер,действует на расстоянии 10в-13см. 2)электромагнитное – слабее сильного, но дальнодействующее, носитель – фотон. 3)слабое – возможно между различными частицами и связано главным образом с распадом. 4)гравитационное – сила тяготения,расстояние бесконечно. Все 4 взаимодействия необходимы и достаточны для построения разнообразного мира.

13.Основные идеи и принципы квантовой механики

Поскольку законы квантовой механики не обладают той степенью наглядности, которая свойственна законам классической механики, целесообразно проследить линию развития идей, составляющих её фундамент, и только после этого сформулировать её основные положения. Выбор фактов, на основе которых строится теория, конечно, не единствен поскольку квантовая механика описывает широчайший круг явлений и каждое из них способно дать материал для её обоснования. Будем исходить из требований простоты и возможной близости к истории.

Волны и вероятности

Рассмотрим простейший опыт по распространению света. На пути пучка света ставится прозрачная пластинка S. Часть света проходит через пластинку, а часть отражается. Известно, что свет состоит из "частиц" - фотонов. Что же происходит с отдельным фотоном при попадании на пластинку? Если поставить опыт (например, с пучком света крайне малой интенсивности), в котором можно следить за судьбой каждого фотона, то можно убедиться, что фотон при встрече с пластинкой не расщепляется на два фотона, его индивидуальность как частицы сохраняется (иначе свет менял бы свою частоту, т. е. "цветность"). Оказывается, что некоторые фотоны проходят сквозь пластинку, а некоторые отражаются от нее. В чем причина этого? Может быть, имеется два разных сорта фотонов? Поставим контрольный опыт: внесем такую же пластинку на пути прошедшего света, который должен бы содержать только один из двух "сортов" фотонов. Однако будет наблюдаться та же картина: часть фотонов пройдет вторую пластинку, а часть отразится. Следовательно, одинаковые частицы в одинаковых условиях могут вести себя по-разному. А это означает, что поведение фотона при встрече с пластинкой непредсказуемо однозначно. Детерминизма в том смысле, как это понимается в классической механике, при движении фотонов не существует. Этот вывод является одним из отправных пунктов для устранения противоречия между корпускулярными и волновыми свойствами частиц и построения теории квантово-механических явлений. Задача отражения света от прозрачной пластинки не представляет какой-либо трудности для волновой теории: исходя из свойств пластинки, волновая оптика однозначно предсказывает отношение интенсивностей прошедшего и отражённого света. С корпускулярной точки зрения, интенсивность света пропорциональна числу фотонов. Обозначим через N общее число фотонов, через N₁ и N₂ - число прошедших и число отражённых фотонов (N₁ + N₂= N).Волновая оптика определяет отношение N₁/N₂, и о поведении одного фотона, естественно, ничего сказать нельзя. Отражение фотона от пластинки или прохождение через неё являются случайными событиями: некоторые фотоны проходят через пластинку, некоторые отражаются от неё, но при большом числе фотонов оказывается, что отношение N₁/N₂ находится в согласии с предсказанием волновой оптики. Фотон может с вероятностью w₁пройти пластинку и с вероятностью w₂ отразиться от неё. Рассмотренный опыт не специфичен для света. Аналогичные опыты с пучком электронов или др. микрочастиц также показывают непредсказуемость поведения отдельной частицы.

Проведём другой опыт. Пусть отражённый пучок света (или микрочастиц) при помощи зеркала поворачивается и попадает в ту же область А (например, в тот же детектор, регистрирующий фотоны), что и прошедший пучок. Естественно было бы ожидать, что в этом случае измеренная интенсивность равна сумме интенсивностей прошедшего и отражённого пучков. Но хорошо известно, что это не так: интенсивность в зависимости от расположения зеркала и детектора может меняться в довольно широких пределах и в некоторых случаях (при равной интенсивности прошедшего и отражённого света) даже обращаться в ноль (пучки как бы гасят друг друга). Это - явление интерференции света. Что же можно сказать о поведении отдельного фотона в интерференционном опыте? Вероятность его попадания в данный детектор существенно перераспределится по сравнению с первым опытом, и не будет равна сумме вероятностей прихода фотона в детектор первым и вторым путями. Следовательно, эти два пути не являются альтернативными (иначе вероятности складывались бы). Отсюда следует, что наличие двух путей прихода фотона от источника к детектору существенным образом влияет на распределение вероятностей, и поэтому нельзя сказать, каким путём прошёл фотон от источника к детектору. Приходится считать, что он одновременно мог придти двумя различными путями.

Необходимо подчеркнуть радикальность возникающих представлений. Действительно, невозможно представить себе движение частицы одновременно по двум путям. Квантовая механика и не ставит такой задачи. Она лишь предсказывает результаты опытов с пучками частиц. Подчеркнём, что в данном случае не высказывается никаких гипотез, а даётся лишь интерпретация волнового опыта с точки зрения корпускулярных представлений. (Напомним, что речь идёт не только о свете, но и о любых пучках частиц, например электронов.) Полученный результат означает невозможность классического описания движения частиц по траекториям, отсутствие наглядности квантового описания.

Квантовая механика носит вероятностный характер. Она не может с точность до констант описать ни положение частицы в пространстве, ни направления движения, ни скорости. Квантовая механика оперирует лишь вероятностями этих величин.