Тема № 1. Гуманитарная и естественнонаучная культуры. Наука как форма познавательной деятельности. Предмет естествознания. Естественнонаучная картина мира (ЕНКМ).
Основное содержание темы
Естествознание как часть мировой культуры. Научный метод познания и его особенности. Модельный характер научного описания. Предмет естествознания. Естественнонаучная картина мира. Мир в его многообразии проявлений. Пространственные, временные и энергетические масштабы Метагалактики. Принцип причинности и понятие случайности. Субстанциональная и реляционная модели пространства и времени. Периодизация естествознания. Виды научной рациональности.
Основные понятия
Естествознание. Культура. Наука. Научный метод. Объект исследования. Предмет исследования. Модельность. Онтологизация. Закон. Случайность. Детерминизм. Корреляция. Эмпирический уровень познания. Теоретический уровень познания. Эмпирический факт. Теория. Гипотеза. Эксперимент. Наблюдение. Измерение. Верификация. Фальсификация. Естественнонаучная картина мира. Дополнительность. Эволюция. Пространство, время, движение, материя, взаимодействие. Научная рациональность.
Ключевые фразы
Научный метод = Эксперимент + Рассуждения + Математический формализм
Естествознание = Из чего все? + Что есть жизнь и разум? + Где? Когда? Каким образом? + Что было и будет?
Мир разнообразен, сложен, динамичен, закономерен, целостен, един.
Вопросы
Перечислите и сделайте сравнительный анализ различных форм познавательной деятельности человека.
Перечислите особенности научного метода познания.
Что такое модель объекта, модель явления? Чем модель отличается от своего прообраза? Что понимают под эвристичностью модели? Объясните, что понимают под онтологизацией моделей. Кто такой «сферический конь в вакууме»?
Опишите на конкретных примерах гипотетико-дедуктивный метод познания как движение от эмпирического факта к гипотезе, затем к выводу следствий и их экспериментальной проверке.
Поясните на конкретных примерах определения различных форм эмпирического уровня познания.
Поясните на конкретных примерах определения различных форм теоретического уровня познания.
В чем суть принципов фальсификации и верификации?
Сформулируйте суть идеи экспериментальной достоверности. О чьей достоверности идет речь? Поясните на примерах, в чем состоит проблема интерпретации результатов эксперимента. Что такое «теоретическая нагруженность» фактов?
Перечислите основные предметные области естествознания. Предметные области физики, химии, биологии, астрономии, геологии.
Что такое картина мира. Какого уровня общности бывают картины мира? Каковы составляющие естественнонаучной картины мира? Сравните их с содержанием предметной области естествознания.
Специфические признаки нашего мира, присущие различным картинам мира (от мифологической до естественнонаучной).
Пространственные, временные и энергетические масштабы Метагалактики.
Смысл понятия движения. Рост, развитие, эволюция.
В чем суть идеи причинно-следственных связей в естествознании? Приведите примеры ее проявления на конкретных примерах. Какими бывают причинно-следственные связи?
Что отражает понятие «закон природы»?
Детерминизм и динамические законы. Что понимают под функциональной зависимостью?
Случайность и статистические законы. Что такое статистическая корреляция? О корреляции каких величин в естествознании можно говорить? В чем состоит отличие корреляции от функциональной зависимости?
Периодизация естествознания и типы научной рациональности. Классическое и неклассическое естествознание.
Тесты
1. Эмпирический уровень познания:
Уровень познания, связанный с непосредственным чувственным взаимодействием исследователя и объекта науки.
Уровень познания, связанный с непосредственным применением на практике результатов, полученных на основе теоретического познания.
Уровень познания, не опирающийся на непосредственное взаимодействие с объектом исследования, но учитывающий индивидуальные особенности объекта исследования.
Уровень познания, связанный с оперированием идеальными объектами.
2. На каком уровне познания используются такие научные методы как наблюдение, эксперимент, измерение:
Эмпирическом
Теоретическом
Рациональном
Обыденном.
3. Укажите утверждение, не являющееся описанием особенностей теоретического уровня познания:
На данном уровне познания отсутствует непосредственное практическое взаимодействие с объектами.
Объект на данном уровне научного познания может изучаться только в мысленном эксперименте.
Этот уровень познания направлен на формирование законов, которые отвечают требованиям всеобщности и необходимости, т.е. действуют везде и всегда.
Результатами данного вида познания становятся научный факт, представления, феноменологические законы.
4. Укажите две главные особенности научного знания:
объективность;
зависимость от личности исследователя;
системность;
историческая обусловленность.
5. Достоверность, точность, прогностичность - свойства:
религиозного знания
научного знания
мифологического построения
философского обобщения.
6. Выберите две ситуации, описывающие использование научного эксперимента как метода эмпирического уровня познания:
Изучение процесса и результатов столкновения пучков элементарных частиц в ускорителе.
Исследование рентгеновского излучения, полученного от пары «нормальная звезда – черная дыра».
Исследование взаимодействия вирусов, внедренных во внутриклеточное пространство, с веществом клетки.
Изучение соотношения численности различных видов живых организмов в определенном биогеоценозе.
7. Укажите два отличия научного наблюдения от наблюдения на обыденном уровне:
целенаправленность,
планомерность,
долговременность
инструментальная оснащенность.
8. С современных позиций любой измерительный прибор (при правильном его использовании) дает информацию:
о состоянии самого прибора на момент измерения;
о состояния исследуемого тела на момент измерения;
о состоянии прибора, совпадающим на данный момент с состоянием исследуемого тела.
о случайном положении индикатора (стрелки) прибора, не имеющего отношения ни к состоянию прибора, ни к состоянию исследуемого тела.
9. Укажите соответствие между общенаучным методом и его определением:
|
разделение объекта мысленно или реально на составные части |
Дедукция |
соединение воедино составных частей изучаемого объекта |
Индукция |
мысленные представления в форме тех или иных воображаемых моделей |
анализ |
Движение мышления от общего к частному |
синтез |
движение мышления от частного к общему |
10. Абстрагирования – это:
мысленное отвлечение от несущественных признаков, свойств изучаемых объектов
мысленное включение всех свойств, признаков при моделировании изучаемых объектов
реальное изображение изучаемых объектов
11. Любая научная теория имеет границы применимости, так как:
Абсолютное знание невозможно, человек не может познать мир во всем его многообразии.
Каждая конкретная теория описывает законы определенной области Вселенной и не применима в других ее областях, так как там действуют другие законы.
Каждая конкретная теория описывает свойства определенных идеальных объектов, свойства которых накладывают ограничения на возможность применения этой теории к идеальным объектам с другим набором свойств.
12. Определение естествознания:
система естественнонаучных знаний о природе как целостном объекте
совокупность всех естественных наук.
система самых общих естественнонаучных и гуманитарных представлений о природе
система взглядов, принципов, оценок и убеждений, определяющая отношение к окружающей действительности и характеризующая видение мира в целом и место человека в этом мире.
13. Укажите правильное определение математики:
наука о Вселенной, изучающая движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем.
наука о количественных отношениях и пространственных формах действительного мира.
наука о взаимоотношениях животного с окружающей средой
наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира.
14. Укажите правильное определение астрономии:
наука, объясняющая всё, относящееся к порядку и мере, не входя в исследование никаких частных предметов.
комплекс наук о составе, строении, истории развития земной коры и размещении в ней полезных ископаемых.
наука о движении, строении и развитии небесных тел и их систем, вплоть до Вселенной в целом.
наука об основных принципах организации и функционировании различных надорганизменных систем.
15. Укажите правильное определение физической географии как естественнонаучной дисциплины:
наука о природе в самом общем смысле.
единый комплекс наук, изучающих географическую оболочку Земли и акцентирующихся на выявлении ее пространственно-временных закономерностей.
раздел биологии, который изучает взаимоотношения организмов между собой и со средой обитания, затрагивая лишь ту их сторону, которая обусловливает развитие, размножение и выживание особей, структуру и динамику популяций и сообществ.
наука, в которой классифицируются и описываются живые существа, происхождение их видов, взаимодействие между собой и с окружающей средой.
16. Химия – это:
учение об отношениях между объектами, о которых ничего не известно, кроме описывающих их некоторых свойств,— именно тех, которые в качестве аксиом положены в основание теории.
наука о природе, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материального мира.
наука о веществах, их свойствах, строении и превращениях, происходящих в результате химических реакций, а также фундаментальных законах, которым эти превращения подчиняются.
Изучение физического строения небесных тел, т.е. исследование химического состава и физических условий (плотности, температуры и т.п.) на поверхности и в недрах небесных тел.
17.Физика - это:
наука, предоставляющая возможность исчисления моделей, приводимых к стандартному (каноническому) виду.
наука, изучающая вещество (материю) и энергию, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи.
одна из естественных наук, предметом которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой.
наука о свойствах, составе и качественном превращении различных веществ.
18. Биология – это наука:
о наиболее общих свойствах Вселенной;
обо всех аспектах жизни, в частности, структуре, функционировании, росте, происхождении, эволюции и распределении живых организмов на Земле;
о происхождении и развитии, т.е. возможной дальнейшей судьбе отдельных небесных тел и их систем;
о природе как едином целом, или система естественных наук, взятых в их взаимной связи, как целое.
19. Экология – это:
законы и закономерности размещения и взаимодействия компонентов географической среды и их сочетаний на разных уровнях.
наука о жизни (живой природе),
наука о нахождении решений аналитических моделей средствами формальных преобразований
комплексное научное направление, которое обобщает, синтезирует данные естественных и социальных наук о природной среде и взаимодействии ее с человеком и человеческим обществом
20. В отличие от других форм познания естественнонаучные методы познания достигают:
отражения действительности на уровне восприятия, основанном на иррациональном наглядно-действенном мышлении;
отражения действительности на уровне ощущения, основанном на нерациональном наглядно-понятийном мышлении;
отражения действительности на уровне осмысления, основанном на рациональном понятийном мышлении;
отражения действительности на уровне осмысления, основанном на пострациональном наглядно-понятийном мышлении;
21. В отличие от других форм познания, в научной деятельности:
познающий человек находится внутри познавательного процесса и является его неотъемлемым и обязательным участником, чьи индивидуальные личностные особенности определяют итоговую, складывающуюся в процессе познания, картину мира;
познающий человек создает условия, способствующие максимально возможному исключению его из исследуемых процессов для выработки независимых от человеческой личности и его индивидуальных особенностей объективных результатов познавательной деятельности;
отсутствуют строгие логические построения и превалирует опора на эмоциональное воздействие на подсознательное сферы человеческой психики;
важную роль играют теоретические методы и подходы, рассуждения построены на законах логики. Процесс познания – это сложный путь формирования понятий и связей между ними.
22. Найдите одно неправильное утверждение. Отличие естественнонаучного объяснения от мифологического и религиозного в том, что оно:
не содержит чувственно-образных и символических представлений, составляющих систему рациональных и иррациональных элементов.
не основывается на вере в сверхъестественные, иррациональные сущности.
не опирается на традиционные представления о мире, свойственные данному типу цивилизации;
не считает необходимым подвергать экспериментальной проверке результаты, полученные на основе теоретических методов в фундаментальных разделах естествознания.
23. Укажите два верных утверждения. Особенностями научного метода, в отличие от художественного отражения действительности, являются:
Использование эмпирико-рациональных методов получения знаний и существование специальных правил рассуждения, обобщений и выводов.
Использование художественно-практических методов получения знаний и нестрогое следование специальным правилам рассуждения, обобщений и выводов.
Поиск наиболее общих количественно формулируемых законов природы, которые можно выразить специально созданным языком символов.
Поиск наиболее общих качественно формулируемых законов природы, которые можно выразить специально созданным языком образов.
24. Верификация – это методологический принцип, который:
Говорит о вынужденной необходимости принимать на веру определенную долю научного знания;
Предполагает необязательность экспериментальной проверки современных теоретических построений;
Требует постановки подтверждающего эксперимента;
Требует постановки опровергающего эксперимента.
25. Модель – это обобщенный образ объекта, который содержит:
Все стороны данного объекта;
Некоторые особенности данного объекта;
Существенные свойства моделируемого объекта
26. Онтологизация модели – это:
Создание материальной модели некоторого природного объекта.
Отождествление природного объекта с его теоретической моделью
Реализация особенностей модельных объектов в реальных конструкциях.
27. Принцип фальсификации – это методологическое требование, которое:
Считает необходимой возможность проведения опровергающего эксперимента для квалификации теории как научной;
Считает необходимой возможность проведения опровергающего эксперимента для квалификации теории как истинной;
Считает необходимой возможность проведения подтверждающего эксперимента для квалификации теории как научной;
Считает необходимой возможность проведения подтверждающего эксперимента для квалификации теории как истинной.
28. Идея дополнительности означает:
Существование двух взаимоисключающих наборов понятий, которые только в единстве создают исчерпывающий образ объекта
Существование двух взаимоисключающих наборов понятий, которые только по отдельности создают исчерпывающий образ объекта
Существование двух взаимоисключающих наборов понятий, которые только в единстве создают ограниченный образ объекта
29. Корреляция - это:
Статистическая взаимосвязь двух или нескольких случайных величин
Единый целостный организм, в котором все взаимосвязано.
Отождествление результата научного знания о природе с самой природой.
Фон для событий, происходящих с объектом.
30. Научная рациональность - это совокупность правил, норм, образцов научно-познавательной деятельности, обеспечивающих научную истинность результата познания. Основными требованиями научной рациональности являются:
ориентация на объективность, устранение из содержания знаний субъективного, эмоционального и ценностного моментов;
частный характер и зависимость формулируемых наукой положений от конкретных обстоятельств;
доказательность любых выдвигаемых положений; организованный критицизм как стремление к проверке и установлению границ истинности любых выдвигаемых положений;
использование любых методов, приборов и других средств познания, которые позволяют получить хоть какую-нибудь информацию об объекте исследования.
31. С современных позиций любой измерительный прибор (при правильном его использовании) дает информацию:
о состоянии самого прибора на момент измерения;
о состояния исследуемого тела на момент измерения;
о состоянии прибора, совпадающем на данный момент с состоянием исследуемого тела.
о случайном положении индикатора (стрелки) прибора, не имеющего отношения ни к состоянию прибора, ни к состоянию исследуемого тела.
32. Измерение как научный метод – это:
процедура количественного сравнения какой-либо характеристики объекта исследования с соответствующими свойствами эталонного тела.
процедура качественного сравнения какой-либо характеристики объекта исследования с соответствующими свойствами эталонного тела.
процедура количественного сравнения всех характеристик объекта исследования с соответствующими свойствами эталонного тела.
процедура количественного сравнения какой-либо характеристики объекта исследования с соответствующими свойствами любого другого тела.
33. Смысл субстанциальной концепции пространства и времени заключается в том, что:
пространство и время – не особые субстанциальные сущности, а формы существования материальных объектов;
пространство и время не существуют в реальности, но вводятся для описания объективной реальности;
пространство и время – абсолютные системы отсчета, существующие независимо от наличия в них материальных объектов;
пространственные и временные характеристики зависят от движущихся относительно друг друга материальных систем.
34. Наличие органичной связи между свойствами пространства и времени, образующих пространственно-временной континуум, как форму существования материальных объектов – это:
субстанциальная концепция пространства и времени;
реляционная концепция пространства и времени;
динамическая концепция пространства и времени;
статическая концепция пространства и времени.
Рекомендуемая литература
Основная:
Липкин А.И. Концепции современного естествознания. Концепции современного естествознания. Часть I. Физика, химия, синергетика. Курс лекций. М.РГГУ. 2006.
А.Д. Суханов, О.Н. Голубева. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов. М., Дрофа, 2006 г.
Горбачев В.В. Концепции современного естествознания. Учебное пособие, М., Оникс 21 век, 2003.
Дополнительная:
Сноу Ч.П. Портреты и размышления. М., Изд. "Прогресс", 1985 http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/ECCE/SNOW/SNOW.HTM
Поппер К. Логика и рост научного знания. М.: Прогресс.1983. http://www.philosophy.ru/library/popper/popper_logika_i_rost_nauchnogo_znaniya.pdf
Лакатос И. Фальсификация и методология научно-исследовательских программ. М.: Медиум. 1995. http://filosof.historic.ru/books/item/f00/s00/z0000329/index.shtml
Степин В.С., Горохов В.Г., Розов М.А. Философия науки и техники. http://www.philosophy.ru/library/fnt/10.html
Философия и методология науки. М.,1996.
Фейнберг Е.Л. Две культуры. Интуиция и логика в искусстве и науке. М., 1992.
Хорган Дж. Конец науки: Взгляд на ограниченность знания на закате Века Науки. СПб., 2001.
Рекомендуемые Интернет-ресурсы
Видеоматериалы:
«Математик и черт» (реж. С.Райтбурт) http://www.youtube.com/watch?v=fgVLe7CK-CA&feature=related (1 часть), http://www.youtube.com/watch?v=Ga94Sl6pbbE&feature=related (2 часть).
Тема № 2. ЕНКМ на основе классического естествознания.
Основное содержание
Модели классической версия ЕНКМ: корпускулы и континуума. Основные характеристики и типы движений. Характер причинно-следственных связей. Лапласовский детерминизм. Динамические закономерности. Фундаментальные воздействия в классической физике - гравитационное и электромагнитное. Дальнодействие и близкодействие. Законы классической механики (закон всемирного тяготения, 3 закона Ньютона) и электродинамики (4 уравнения Максвелла). Принцип редукции. Небулярная модель. Классические модели химии и биологии. Теория элементов. Теория строения вещества. Стехиометрические законы химии. Периодический закон. Клеточная теория. Закономерности живой природы. Точность измерения и человек «наблюдающий».
Основные понятия
Корпускула. Континуум. Инерциальная система отсчета. Инерция. Гравитация. Масса. Сила. Ускорение. Поступательное движение. Вращательное движение. Колебательное движение. Волна. Интерференция. Дифракция. Поляризация. Электрический заряд. Электромагнитное поле. Электромагнетизм. Шкала электромагнитных волн. Редукционизм. Лапласовский детерминизм. Дальнодействие. Близкодействие. Атом. Молекула. Химический элемент. Клетка. Органеллы.
Ключевые фразы
Классическая ЕНКМ:
1. Либо частицы, либо поля.
2. Случайность событий – результат незнания.
3. Прибор не влияет на измерение.
4. Мир – огромный механизм.
Вопросы
Как отвечали на вопрос «Из чего все?» натурфилософы древности и ученые, которые являлись представителями классического естествознания?
По какому признаку в классическом естествознании происходит разделение объектов реальности на разные типы?
Опишите основные особенности модели корпускулы.
Опишите основные особенности модели континуума.
Явления дифракции и интерференции как проявление волнового характера движения объекта.
Каковы причины движения и его изменения по представлениям натурфилософов древности; ученых классического естествознания? Что такое инертность и инерция? Что такое инерциальные системы отсчета?
Содержание законов И.Ньютона.
Что регламентируют законы сохранения.
Каковы причины взаимодействия объектов природы по представлениям классического описания? Влияет ли наличие одного взаимодействия на возможность реализации другого? Какими свойствами должны обладать объекты, чтобы была возможность участвовать в этих взаимодействиях?
Каковы возможные механизмы передачи взаимодействия?
Опишите особенности гравитационного взаимодействия. Закон всемирного тяготения И.Ньютона.
Абсолютное пространство и абсолютное время И.Ньютона. Обратимость механических процессов.
Опишите особенности электромагнитного взаимодействия. В чем суть уравнений Дж.Максвелла?
Свойства электромагнитного поля. Шкала электромагнитных волн.
Что понимают под детерминистической картиной мира? Что такое динамический закон? Есть ли место случайности в классическом естествознании? «Лапласовский детерминизм».
Что такое принцип редукции? Можно ли получить полную информацию об объекте, изучая по отдельности его составляющие? Сформулируйте смысл понятия целостности. Объясните, что понимают под целостностью природы? Что такое холизм?
Принцип редукции в химических моделях классического естествознания. Стеохимические законы классической химии.
Принцип редукции в биологических моделях классического естествознания. Клетка как атом жизни.
Универсальность законов природы и принцип экстраполяции в классической космологии. Модель однородной, бесконечной и стационарной Вселенной. Космологические парадоксы.
Концепция классического измерения. Оказывает ли влияние включение прибора на поведение изучаемой системы? Что понимают под идеальным прибором? Что такое эталон? Чем объясняются погрешности в реальных измерениях?
Границы возможного. Максимальные и минимальные разрешенные значения различных характеристик объектов. Фундаментальные константы.
Тесты
1. Укажите правильные признаки модели корпускулы:
имеет определенную локализацию (x,y,z,t) в пространстве и времени;
не является дискретным объектом;
характеризуется такими величинами, как масса, импульс, момент импульса, энергия, заряд;
может совершать поступательные, вращательные и колебательные движения.
2. Укажите неверные утверждения, неправильно описывающие модель континуума:
это пространственно-распределенный объект, не имеющий четкой локализации;
волновое движение – единственная форма движения континуума;
это модель, представляющая собой систему из огромного числа малых дискретных элементов;
с помощью модели континуума можно описывать упругие и неупругие соударения частиц.
3. Принцип целостности – это:
Существование двух взаимоисключающих наборов понятий, которые только в единстве создают образ объекта
Обладание объектом качественно иными свойствами, которых нет у отдельных его элементов.
Статистическая взаимосвязь двух или нескольких случайных величин
Нерасторжимое внутреннее единство объекта, в котором каждая часть проникает во все остальные и живет с ними одной жизнью.
4. Укажите неправильное утверждение. Редукционизм – это:
осознаваемая или неосознаваемая методологическая установка, направленная на сведение явлений одного порядка к явлениям качественно иного порядка (например, биологическое к химическому или физическому);
методологический принцип, согласно которому сложные явления могут быть полностью объяснены с помощью законов, свойственных явлениям более простым (например, социологические явления объясняются биологическими или экономическими законами);
методологический принцип, идущий от слов Аристотеля о том, что «целое больше, чем сумма его частей»;
методологическая установка, которая заключается в сведении целого к свойствам его частей.
5. Формулировки принципа относительности Галилея:
во всех инерциальных системах отсчета все физические явления происходят одинаково
во всех инерциальных системах отсчета все механические явления происходят одинаково
во всех системах отсчета все явления происходят одинаково
во всех неинерциальных системах отсчета физические явления происходят одинаково
6. Границы применимости законов И.Ньютона:
__________________________________________
___________________________________________
__________________________________________
_________________________________________
__________________________________________
_________________________________________
7. Смыслы (содержание) законов Ньютона (без использования формул):
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
8. Открытием закона ________________ было ликвидировано многовековое заблуждение Аристотеля о необходимости постоянной силы для поддержания равномерного движения.
инерции
всемирного тяготения
Архимеда
9. Лапласовский детерминизм – это _______________________________________
11. Укажите соответствия между формулировками гипотезы всемирного тяготения и их авторами:
Коперник |
«Все небесные тела имеют притяжение, или силу тяготения, к своему центру, вследствие чего они не только притягивают собственные части и препятствуют им разлетаться, но притягивают также все другие небесные тела, находящиеся в сфере их действия». «Притягательные силы тем значительнее обнаруживают себя, чем ближе тело, на которое они действуют, находится от центра действия». |
Кеплер |
«Я думаю, что тяжесть есть не что иное, как некоторое стремление, которым божественный Зодчий одарил частицы материи, чтобы они соединялись в форме шара. Этим свойством, вероятно, обладают Солнце, Луна и планеты; ему эти светила обязаны своей шаровидной формой». |
Гук |
«Тяготение существует ко всем телам вообще и пропорционально массе каждого из них». «Тяготение, направляющееся к любой из планет, обратно пропорционально квадрату расстояний мест до центра их». |
Ньютон |
«Гравитацию, я определяю, как силу, подобную магнетизму — взаимному притяжению. Сила притяжения тем больше, чем оба тела ближе одно к другому». |
12. Однородность пространства – это__________________________________________ _____________________________________________
13. Однородность времени – это_______________________________________________ ___________________________________________________________
14. Изотропность пространства – это___________________________________________ _____________________________________________
15. Сохранение в замкнутой системе тел суммарного момента импульса (сохранение параметров вращательного движения системы) связано с ________________пространства.
16.закон сохранения энергии связан с _________________________ времени, а с ________________________ пространства связан закон сохранения импульса.
17. В начале ХIХ века выяснилось, что между ______________ и магнетизмом существует глубокая связь.
18. Работы по ____________ положили начало крушению механистической картины мира.
19. ___________________- особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между заряженными частицами.
20. Скорость распространения электромагнитных волн совпадает со скоростью:
распространения звуковых сигналов
распространения света
движения электронов
21.Создателем теории электромагнитного поля является:
Дж.Максвелл
Г.Герц
Г.Ом
М.Фарадей
22. Расположите в порядке возрастания частот следующие диапазоны электромагнитного излучения:
рентгеновское излучение_______________________________________
видимый диапазон ____________________________________________
микроволновое излучение ______________________________________
ультрафиолетовое излучение ____________________________________
инфракрасное излучение ________________________________________
γ-излучение ___________________________________________________
радиоволны ___________________________________________________
низкочастотное электромагнитное излучение _______________________
укажите, какие источники излучения соответствуют различным диапазонам.
23. Основные характеристики волны:
Масса
длина волны
энергия
частота
скорость
плотность энергии
координата
24. Скорость распространения электромагнитной волны в вакууме:
300 тыс. км/с
300 млн. м/с
300 млрд. см/с
300 млрд. мм/с
25. Волновые представления о свете разрабатывались:
Ньютон, Эйнштейн, Бор
Гюйгенс, Френель, Юнг
Линней, Дарвин, Менделеев
26. Радужные бензиновые пленки на лужах связаны с явлением:
Дифракции;
Интерференции;
Фотоэффекта;
Отражения.
27. Светлое пятно в центре тени от маленького по размерам тела связано с явлением:
Преломления;
Дисперсии;
Дифракции;
Двойного лучепреломления.
28. Интерференция – это:
Наличие определенной плоскости колебания световой волы;
Перераспределение интенсивности света, связанное с наложением нескольких когерентных световых волн;
Зависимость скорости света в веществе и показателя преломления этого вещества от частоты света;
Явление огибания светом контуров непрозрачных предметов.
29. Приведите примеры явлений, наблюдающихся в обычной жизни, связанные с :
Интерференцией __________________________________________
Дифракцией ______________________________________________
Поляризацией _____________________________________________
Дисперсией _______________________________________________
30. Значение уравнений Дж. Максвелла в том, что они:
доказывают отсутствие мирового эфира как объективной реальности;
являются законченной теорией электромагнитных явлений;
предсказывают существование мирового эфира;
предсказывают существование электромагнитных волн.
31.Принцип дальнодействия предполагает:
распространение взаимодействия на конечные расстояния мгновенно и без посредников;
распространение взаимодействия на любые расстояния с конечной скоростью, осуществляемое специальными посредниками;
распространение взаимодействия на любые расстояния мгновенно и без посредников;
распространение взаимодействия на любые расстояния мгновенно, осуществляемое специальными посредниками.
32.Принцип близкодействия – базовый принцип:
в моделировании электромагнитного взаимодействия в электродинамике Максвелла;
в моделировании гравитационного взаимодействия в классической механике Ньютона;
в моделировании гравитационного взаимодействия в современных теориях гравитации;
в современных моделях для различных типов взаимодействий.
33. Что изменилось в описании мира после появления модели электромагнитного поля:
Принцип близкодействия/дальнодействия.
Принцип относительности Галилея/Эйнштейна.
Принцип инерции/принцип необходимости для движения внешнего воздействия.
Необратимость/обратимость всех механических процессов.
Детерминированное/статистическое поведение объектов.
Абсолютные пространство и время/пространственно-временной континуум как форма существования материи.
Дискретный/континуалистский характер движения.
Состояние системы есть совокупность однозначно/вероятностно заданных параметров.
Принцип редукции/принцип целостности.
Исследователь – сторонний наблюдатель/активный участник исследуемого процесса.
Рекомендуемая литература
Основная:
Липкин А.И. Концепции современного естествознания. Концепции современного естествознания. Часть I. Физика, химия, синергетика. Курс лекций. М.РГГУ – 2006.
Рекомендуемые Интернет-ресурсы
Видеоматериалы:
«Что там за пределами Земли?» (ВВС: «История науки», 1/6. 2010) http://video.yandex.ru/users/doskado19/view/4/#
Тема № 3. Специальная и общая теории относительности
Основное содержание
Пространственно-временные отношения событий. Преобразования скоростей Галилея и Лоренца для инерциальных систем отсчета. Постулаты СТО. Релятивистские эффекты. Масса и энергия. Принцип Маха. Основные идеи ОТО. Принцип эквивалентности Эйнштейна. Гравитация как координационный эффект. Эффекты ОТО. Границы применимости теорий. Принцип соответствия. Скорость света как мировая константа. Гравитационная постоянная как мировая константа. Роль мировых констант в построении целостной классической версии физической картины мира. Место классической версии картины мира в современной картине мира.
Основные понятия
Пространство. Время. Движение. Абсолютность. Относительность. Инерциальная система отсчета. Скорость света. Принцип относительности. Принцип инвариантности света. Сокращение длины. Замедление времени. Пространственно-временной интервал. Гравитационное поле. Пространственно-временной континуум. Искривление пространственно-временного континуума. Геодезическая. Принцип эквивалентности Эйнштейна. Гравитационная постоянная. Мировые (фундаментальные) константы. Искривление световых лучей. Красное гравитационное смещение. Перигелий Меркурия. Гравитационный коллапс. Черная дыра. Сингулярность. Классическая естественнонаучная картина мира.
Ключевая фраза
1. «Специальная теория относительности – теория о-о-очень быстрых движений»
2. «Общая теория относительности – новая теория гравитации».
Вопросы
Опишите мысленный эксперимент Галилея с закрытой каютой корабля. Что добавляется в этом эксперименте с позиции СТО.
Сформулируйте содержание первого постулата СТО и его область применения
Сформулируйте содержание второго постулата СТО.
Перечислите основные эффекты и следствия СТО. Были ли эти эффекты подтверждены экспериментально?
В чем заключается единство и связь четырехмерного континуума пространства-времени? Пространственно-временной инвариант.
Проиллюстрируйте конкретными примерами значение понятий абсолютность и относительность.
В чем заключается принцип соответствия. При каких условиях релятивистские эффекты становятся существенными?
От чего зависит наблюдение одновременности событий? Влияет ли выбор системы отсчета на очередность причинно-связанных событий во времени?
Энергия покоя и полная энергия тела. Классификация частиц по наличию массы, инвариантность массы.
Укажите причины, которые привели к пересмотру идей классической механики и проблемы тяготения.
Что такое инертная и гравитационная массы?
Опишите мысленные эксперименты Эйнштейна с телами в закрытом лифте.
Перечислите основные идеи ОТО.
Каким образом описывается механизм тяготения (гравитации) в ОТО?
Перечислите основные эффекты ОТО. Были ли эти эффекты подтверждены экспериментально?
Какими свойствами обладает пространство-время с позиции ОТО? От чего зависят эти свойства?
Есть ли границы применимости идей СТО и ОТО?
Применим ли к выводам и уравнения ОТО принцип соответствия?
С какими описательными и объяснительными проблемам сталкиваются эти теории, или проблем нет, так как их модели являются абсолютно адекватными устройству природы?
*Каково значение в мировой культуре идей СТО и ОТО? Получили ли эти идеи отражение в других формах деятельности человека (философии, искусстве, религии)?
Тесты
1. Специальная теория относительности базируется:
на принципе относительности Эйнштейна и принципе инвариантности скорости света в вакууме;
на принципе конечности скорости света и принципе относительности Галилея;
на принципе экспериментальной достоверности и принципе математизации;
на принципе неопределенности и принципе дополнительности.
2. Укажите утверждение, не соответствующее первому постулату специальной теории относительности (принципу относительности):
любые физические явления протекают одинаково в любых инерциальных системах отсчета;
любые законы природы инвариантны относительно преобразований Галилея;
никакими физическими экспериментами, проводимыми внутри системы, нельзя определить, покоится или движется равномерно прямолинейно данная система;
содержание физических законов и их формульная запись одинаковы для любых инерциальных систем отсчета.
3. Специальный принцип относительности применим к описанию:
только процессов передачи тепла;
систем отсчета, движущихся с ускорением;
любых физических явлений, происходящих в инерциальных системах отсчета;
только электромагнитных явлений.
4. Укажите два верных утверждения. Специальная теория относительности не применима к описанию:
тел, находящихся в сильных гравитационных полях;
физических явлений в инерциальных системах отсчета;
физических явлений в неинерциальных системах отсчета;
объектов микромира.
5. Инерциальные системы отсчета – это системы отсчета, которые движутся (два признака):
равномерно;
ускоренно;
прямолинейно;
по криволинейной траектории.
6. Принцип относительности Эйнштейна связан с расширением границ области применения:
принципа относительности Галилея;
принципа соответствия;
принципа неопределенности Гейзенберга;
принципа дополнительности Бор
7. Укажите два неверных с позиции СТО утверждения:
скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета;
скорость света в вакууме, как и скорость любого другого объекта природы, зависит от скорости движения источников и приемников света;
скорость света зависит от состояния мирового эфира – среды, колебания которой порождают электромагнитные и оптические явления;
скорость света конечна и определяет максимальное значение скорости передачи взаимодействия.
8. Скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источников и приемников света. Это:
принцип инвариантности скорости света;
принцип неопределенности;
принцип относительности;
принцип соответствия.
9. Содержание второго постулата специальной теории относительности:
скорость света в вакууме инвариантна для всех систем координат, движущихся равномерно и прямолинейно относительно друг друга;
свет проявляет свою волновую или корпускулярную природу в зависимости от вида системы отсчета (инерциальной или неинерциальной);
регистрируемая частота световой волны зависит от скорости и направления источника света;
скорость света в вакууме не может быть определена точно, так как невозможно учесть взаимодействие света с виртуальными частицами вакуума.
10. Предельная скорость передачи взаимодействия и информации равна:
скорости света в вакууме;
скорости реакции человека;
скорости чувствительности регистрационных приборов;
бесконечности.
11. В СТО обоснована относительность:
измеряемой длины тела и интервала времени;
законов природы;
знаний о законах природы;
самого факта движения.
12. Укажите два утверждения, верных с позиции СТО:
пространство и время образуют единый четырехмерный континуум;
время одномерное, пространство трехмерное;
пространство одномерное, время трехмерное;
пространство и время существуют независимо друг от друга
13. В теории относительности Эйнштейна время:
равноценная четвертая координата пространственно-временного континуума;
многомерно, абсолютно и не связано со свойствами материи;
является дополнительной условной координатой к трем пространственным координатам;
отражает порядок смены состояний объектов в восприятии человеком явлений природы.
14. Релятивистский эффект замедления времени отражает:
относительность интервалов времени в различных инерциальных системах отсчета;
относительность скорости света для различных систем отсчета;
наличие разных законов природы для быстрых и медленных (по сравнению со скоростью света) движений тел;
тот факт, что невозможно адекватное описание природных явлений.
15. Существование единого четырехмерного континуума пространства-времени является следствием:
специальной теории относительности Эйнштейна;
уравнений электродинамики Максвелла;
корпускулярной гипотезы Планка;
начал классической термодинамики.
16. С позиции специальной теории относительности:
пространство и время образуют единый четырехмерный континуум
пространство и время носят субъективный характер
пространство и время абсолютны и не связаны между собой
пространство и время описываются новыми дополнительными характеристиками.
17. Абсолютность пространства и времени и их существование как отдельных самостоятельных объектов отрицается:
специальной теорией относительности;
принципом относительности Галилея;
уравнениями Максвелла;
классической термодинамикой.
18. Пространство и время в специальной теории относительности:
абсолютны и существуют не зависимо от наличия в них материальных объектов;
суть формы существования материальных объектов, а не абсолютные сущности;
мысленные категории, содержание которых зависит от индивидуальных особенностей наблюдателя:
являются исключительно идеализированными объектами, не имеющими проекций в реальной области.
19. Укажите два верных утверждения. При скоростях, значительно меньших скорости света:
Формулы теории относительности переходят в формулы классической механики;
Релятивистские эффекты усиливаются;
Релятивистские эффекты становятся крайне незначительными;
Принципы относительности становятся неверными.
20. Физические явления сопровождаются релятивистскими эффектами:
при скоростях, близких к скорости света в вакууме;
при превышении движущимся телом скорости света в вакууме;
при движении в неинерциальных системах отсчёта со скоростью звука;
на борту реактивного самолета, движущегося со сверхзвуковой скоростью.
21. Согласно специальной теории относительности:
выбор системы отсчета не изменяет порядок причинно-связанных событий во времени;
относительность интервалов времени нарушает объективный характер причинно-следственных связей;
выбор системы отсчета влияет на очередность причинно-связанных событий во времени;
невозможно однозначное определение последовательности событий.
22. Специальная теория ___________ произвела революцию в нашем понимании пространства, времени и Вселенной:
относительности;
гравитации;
эволюции;
химического взаимодействия.
23. Утверждение об эквивалентности гравитационного поля и поля сил инерции является:
основополагающим принципом общей теории относительности (ОТО)
главным следствием специальной теории относительности
одним из основных следствий равновесной термодинамики
следствием закона сохранения массы в химических превращениях
24. Общая теория относительности постулирует:
одинаковое протекание физических процессов при одних и тех же условиях в любых системах отсчёта, как инерциальных, так и неинерциальных
невозможность нарушения причинно-следственных связей
принцип близкодействия при передаче взаимодействий
одинаковое протекание физических процессов при одних и тех же условиях в инерциальных системах отсчёта
25. Принцип эквивалентности утверждает, что (два ответа):
Никакими физическими опытами нельзя установить движется система с ускорением или покоится во внешнем гравитационном поле;
Инертная и гравитационная массы равны;
Все элементарные частицы имеют одинаковые значения всех характеристик
Вся Вселенная состоит из одинаковых галактик.
26. наличие сильных полей тяготения приводит к увеличению __________ пространства и замедлению _________________.
27. «Вещество говорит ____________ , как тому _________________ , а пространство говорит веществу, как тому двигаться»
28. В общей теории относительности сила гравитации рассматривается как проявление кривизны ____________________континуума..
29. Движение материальной точки в пространственно-временном континууме происходит согласно теории относительности:
прямолинейно
равномерно
по геодезической линии
по окружности
30. Взаимосвязь материи и пространства-времени вытекающая из общей теории относительности, проявляется в (два варианта ответа):
Исчезновение времени при отсутствии материи
Искривление пространства-времени вблизи тяготеющих масс
Существование неразрывной связи между пространством, временем и материей
Изменение формы материи под действием пространства-времени
31. Выберите верное утверждение относительно связи между пространством, временем и материей, согласно теории относительности Эйнштейна.
Если бы из Вселенной исчезла вся материя, то вместе с ней исчезли бы и пространство и время.
Если бы из Вселенной исчезла вся материя, то пространство и время сохранились бы.
Если бы из Вселенной исчезла вся материя, то вместе с ней исчезло только пространство, время бы сохранилось.
Если бы из Вселенной исчезла вся материя, то вместе с ней исчезло только время, пространство бы сохранилось.
32. Согласно представлениям теории относительности (два утверждения):
Пространство и время везде и всюду одинаковы, свойства пространства описываются евклидовой геометрией.
Подлинная реальность существует вне времени и пространства
Ничто не может существовать вне времени и пространства
Пространство и время не особые сущности, а формы существования материальных объектов
33. Свойства пространства определяются массой материальных тел и объектов – это положение:
общей теории относительности
принципа относительности Галилея
принципа эквивалентности
специальной теории относительности
34. Среди приведенных утверждений укажите то, которое относится к выводам общей теории относительности:
Электромагнитная волна в поле тяготения сохраняет свою частоту постоянной;
Материальные тела сохраняют геометрические свойства пространства неизменными;
Физическое пространство и физическое время существуют независимо от тяготения;
Лучи света, проходящие вблизи массивных тел, должны отклоняется от первоначального направления распространения.
35. Эмпирическим доказательством общей теории относительности является:
Замедление времени в гравитационном поле;
Красное смещение в спектрах галактик;
Реликтовое излучение;
Эллиптические орбиты планет Солнечной системы.
36. Из общей теории относительности следует, что:
Пространство вблизи массивных тел описывается геометрией Евклида
Пространственно-временные свойства окружающего мира не зависят от расположения и движения тяготеющих масс.
Массы, создающие поле тяготения, искривляют пространство-время.
Массы, создающие поле тяготения, выпрямляют пространство-время.
37. Благодаря наблюдениям Артура Эддингтона солнечного затмения 1919 года были получены экспериментальные доказательства такого следствия общей теории относительности, как:
гравитационное красное смещение;
искривление луча света в поле тяготения массивных тел;
смещение перигелия Меркурия;
замедление времени в поле тяготения.
38. Укажите одно неправильное утверждение. В эксперименте Паунда и Ребки 1969 года было продемонстрировано существование гравитационного красного смещения, которое:
выражается в сдвиге спектральных линий источников, близких к массивным телам, в красную область спектра;
в изменении частоты испущенных некоторым источником электромагнитных волн при удалении источника от массивных объектов;
связано с замедлением времени в сильных полях тяготения и является одним из эффектов, предсказанных общей теорией относительности;
является доказательством ускоренного расширения Вселенной.
39. Черные дыры, как объекты, существование которых предсказывает общая теория относительности, образуются в результате:
резкого расширения звезды и потери внешних оболочек;
взрыва космического газово-пылевого облака;
гравитационного коллапса;
перегрева звезды.
40. Согласно общей теории относительности, гравитационное поле:
то замедляет, то ускоряет ход времени;
замедляет ход времени;
не влияет на течение времени;
ускоряет ход времени.
41. С точки зрения ОТО, гравитационное поле и течение времени связаны между собой следующим образом:
с течением времени характер связи между интенсивностью поля тяготения и ходом времени может периодически изменяться.
сильное поле ускоряет ход времени по сравнению с ходом времени стороннего наблюдателя;
ни сильное, ни слабое поля тяготения не оказывают влияние на ход времени в области действия этих полей;
сильное поле замедляет ход времени по сравнению с ходом времени стороннего наблюдателя;
42. Экспериментальным подтверждением выводов общей теории относительности стало:
открытие новых спутников и колец планеты Уран;
обнаружение трансурановых элементов в газово-пылевых облаках, продуктах взрыва сверхновых звезд;
совпадение расчетного и наблюдаемого аномального смещения перигелия планеты Меркурий;
открытие реликтового излучения.
43. Предсказания классической механики и ОТО совпадают:
при скоростях, близких к скорости света;
в слабых гравитационных полях;
в сильных гравитационных полях;
при скоростях, много больших скорости света.
44. Фундаментальный вклад Эйнштейна в теорию тяготения связан:
с открытием закона всемирного тяготения;
с формулировкой принципа эквивалентности двух состояний - покоя в гравитационном поле и ускоренного движения;
с открытием черных дыр;
с установлением величины гравитационной постоянной.
Рекомендуемая литература
Основная:
Липкин А.И. Концепции современного естествознания. Концепции современного естествознания. Часть I. Физика, химия, синергетика. Курс лекций. М.РГГУ – 2006.
Горбачев В.В. Концепции современного естествознания. М., 2008
Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М. 2008.
А.Д. Суханов, О.Н. Голубева. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов. М., Дрофа, 2006 г.
Дополнительная:
Грин Бр. Ткань космоса. Пространство, время и текстура реальности/пер. с англ. Б.Ишханов. М.: Либроком , - 2011 г.
Рекомендуемые Интернет-ресурсы
Видеоматериалы:
«Что такое теория относительности» (ЦНФ. 1961. реж. С.Райтбурт) http://www.youtube.com/watch?v=LitcEqoHcqg (1 часть), http://www.youtube.com/watch?v=TRLmdZvMmM0&feature=related (2 часть)
«100 великих открытий. Астрономия» http://video.mail.ru/mail/d.firs.75/227/1514.html - с 16 по 21 минуты - фрагмент об аномалиях движения перигелия Меркурия и искривлении лучей света в поле тяготения.
«Вселенная Хоукинга» (NG: С «точки зрения науки»). http://rutube.ru/tracks/2833575.html С 7 минуты – фрагмент, иллюстрирующий искривление пространства-времени под действием масс тяготения.
«Элегантная Вселенная» http://www.youtube.com/watch?v=4zoBgBE9C0g&feature=related – С 11 минуты – фрагмент о проблемах теории тяготения Ньютона и идее искривления пространства-времени в ОТО Эйнштейна.