Контрольные работа по "Естествознанию"

      17. Общая характеристика  третьей научной  революции 

      Ведущая роль в развитии науки принадлежит научным революциям, которые, случаясь довольно редко, тем не менее являются главными и наиболее важными моментами в ее истории.

      Слово «революция» означает переворот. В  применении к науке, следовательно, - это радикальное изменение всех ее элементов: фактов, закономерностей, теорий, методов. Некоторое недоумение может вызвать утверждение об изменении фактов.

      Третья  научная революция конец XIX века - середина XX века

      Фарадей - понятия электромагнитного поля.

      Максвелл - электродинамика, статистическая физика.

      Материя - и как вещество и как электромагнитное поле.

      Электромагнитная  картина мира, законы мироздания - законы электродинамики.

      Лайель - о медленном непрерывном изменении земной поверхности.

      Ламарк - целостная концепция эволюции живой природы.

      Шлейден, Шванн - теория клетки - о единстве происхождения и развития всего живого.

      Майер, Джоуль, Ленц - закон сохранения и превращения энергии - теплота, свет, электричество, магнетизм и т. д. переходят одна в другую и являются формами одного явления, эта энергия не возникает из ничего и не исчезает.

      Дарвин  - материальные факторы и причины эволюции - наследственность и изменчивость.

      Беккерель – радиоактивность.

      Рентген – Лучи.

      Томсон - элементарная частица электрон.

      Резерфорд - планетарная модель атома.

      Планк - квант действия и закон излучения.

      Бор - квантовая модель атома Резерфорда-Бора.

      Эйнштейн - общая теория относительности - связь между пространством и временем.

      Бройль - все материальные микрообъекты обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами (квантовая механика).

      Зависимость знания от применяемых исследователем методов.

      Расширение идеи единства природы - попытка построить единую теорию всех взаимодействий.

      Принцип дополнительности - необходимость применять взаимоисключающие наборы классических понятий (например, частиц и волн), только совокупность взаимоисключающих понятий дает исчерпывающую информацию о явлениях. Это совершенно новый метод мышления, диктующий необходимость освобождения от традиционных методологических ограничений.

      Появление неклассического естествознания и соответствующего типа рациональности.

      Мышление  изучает не объект, а то, как явилось  наблюдателю взаимодействие объекта  с прибором.

      Научное знание характеризует не действительность как она есть, а сконструированную  чувствами и рассудком исследователя  реальность

      Тезис о непрозрачности бытия - отсутствие идеальных моделей.

      Допущение истинности нескольких отличных друг от друга теорий одного и того же объекта.

      Относительная истинность теорий и картины природы, условность научного знания.

      Об  относительной истине и условности научного знания писал американский физик Ричард Фейнман. 

      19. Современные представления  о пространстве  и времени

      В материалистической картине мира понятие  пространства возникло на основе наблюдения и практического использования  объектов, их объемов и протяженности.

      Понятие времени возникло на основе восприятия человеком смены событий, предоставленной  смены состояний предметов и  круговорота различных процессов.

      Современное понимание пространства и времени  было сформулировано в теории относительности А. Эйнштейна, по-новому интерпретировавшей реляционную концепцию пространства и времени и давшей ей естественнонаучное обоснование.

      Специальная теория относительности, созданная  в 1905 г. А. Эйнштейном, стала результатом  обобщения и синтеза классической механики Галелея - Ньютона и электродинамики Максвелла - Лоренца. Она описывает законы всех физических процессов при скоростях движения, близких к скорости света, но без учета поля тяготения. При уменьшении скоростей движения она сводится к классической механике, которая, таким образом, оказывается ее частным случаем.

      Исходным  пунктом этой теории стал принцип  относительности. Классический принцип  относительности был сформулирован еще Г. Галилеем: «Если законы механики справедливы в одной системе координат, то они справедливы и в любой другой системе, движущейся прямолинейно и равномерно относительно первой». Такие системы называются инерциальными, поскольку движение в них подчиняется закону инерции, гласящему: «Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если только оно не вынуждено изменить его под влиянием движущихся сил».

      Принцип относительности и принцип постоянства  скорости света позволили  Эйнштейну  перейти от теории Максвелла для  покоящихся тел к непротиворечивой электродинамике движущихся тел. Далее Эйнштейн рассматривает относительность  длин и промежутков времени, что приводит его к выводу о том, что понятие   одновременности лишено смысла: «Два события,  одновременные при наблюдении из одной координатной системы, уже не воспринимаются как одновременные при рассмотрении из системы, движущейся относительно данной».

      Коренным  отличием специальной теории относительности  от  предшествующих теорий является признание пространства и времени  в качестве   внутренних элементов движения материи, структура которых зависит от природы самого движения, является его функцией.  В подходе Эйнштейна пространству и времени придаются новые свойства: относительность длины и временного промежутка, равноправность пространства и времени.

        Теория  Эйнштейна исходит из ограниченности и относительности трехмерного, чисто пространственного представления о мире и  вводит более точное пространственно-временное представление. С точки зрения теории относительности в картине мира должны  фигурировать четыре координаты  и ей должна соответствовать четырехмерная геометрия.

      Однородность  пространства  выражается в сохранении импульса, а однородность времени - в сохранении энергии. Можно ожидать, что в четырехмерной  формулировке  закон  сохранении импульса и закон сохранения энергии сливаются в один закон  сохранения  энергии  и импульса. Действительно,  в теории относительности фигурирует такой объединенный закон импульса.

      Однородность  пространства-времени  означает,  что  в природе нет выделенных пространственно-временных мировых  точек. Нет события, которое было бы абсолютным началом четырехмерной, пространственно-временной системы  отсчета. Таким образом, сформулированная в 1905 г. А. Эйнштейном специальная теория относительности представляет собой современную физическую теорию пространства и времени, в которой, как и в классической ньютоновской механике, предполагается, что время однородно, а пространство однородно и изотропно. В основе специальной теории относительности лежат постулаты Эйнштейна:

      - принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптические), проведенные в инерциальной системе отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой;

      - принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

      Разделение  на пространство и время не имеет  смысла. Пространство и время в  специальной теории относительности  трактуется с точки зрения реляционной  концепции. Однако когда Эйнштейн попытался  расширить концепцию относительности на класс явлений, происходящих в неинерциальных системах отсчёта, это привело к созданию  новой  теории гравитации, к развитию релятивистской космологии и т.д. Он был вынужден прибегнуть к помощи иного метода построения физических теорий, в котором первичным выступает теоретический аспект. Новая  теория - общая  теория  относительности – строилась путём  построения  обобщённого пространства - времени и перехода от теоретической структуры  исходной теории - специальной теории относительности - к  теоретической  структуре новой, обобщённой теории с последующей  её эмпирической  интерпретацией.

      22. Соотношение симметрии  и асимметрии в  природе

      Симметрия является фундаментальным свойством  природы, представление о котором, как отмечал академик В. И. Вернадский, слагалось в течение тысяч  поколений.

      Первоначально понятие «симметрия» употреблялось в двух значениях. В одном смысле симметричное означало нечто пропорциональное; симметрия показывает тот способ согласования многих частей, с помощью которого они объединяются в целое. Второй смысл этого слова - равновесие. Греческое слово означает однородность, соразмерность, пропорциональность, гармонию.

      В настоящее время существует множество  подходов к определению понятий  симметрии асимметрии. Одним из таких  подходов является определение указанных  категорий на основе перечисления их важнейших признаков. Например, симметрия определяется как совокупность свойств: порядка, однородности, соразмерности, пропорциональности, гармоничности и т. д. Асимметрия же обычно определяется как отсутствие признаков симметрии, как беспорядок, несоразмерность, неоднородность и т. д. Согласно подобным определениям в одних случаях симметрия - это однородность, а в других - соразмерность и т. д. Очевидно, что по мере развития нашего познания к определению симметрии можно прибавлять все новые и новые признаки. Поэтому определения симметрии такого рода всегда неполны.

      То  же можно сказать и о существующих определениях асимметрии. Очевидно, что  в определениях понятий, сформулированных по принципу перечисления свойств объектов, ими отражаемых, отсутствует связь между перечисленными свойствами объектов. Такие свойства симметрии, как, например, однородность и соразмерность, друг из друга не следуют.

      Нельзя, однако, говорить о бесполезности  вышеуказанных определений симметрии  и асимметрии. Наоборот, они весьма полезны и необходимы. Без них нельзя дать и более общее определение категорий симметрии и асимметрии. На основе подобных эмпирических определений симметрии и асимметрии развиваются определения более общего характера, сущность которых - в соотнесении частных признаков симметрии и асимметрии к определенным всеобщим свойствам движущейся материи.

      Таким образом, все свойства симметрии  рассматриваются как проявления состояний покоя, а все свойства асимметрии - как проявления состояний движения. Вряд ли можно с таких позиций правильно понять многие свойства симметрии и асимметрии.

      Мысль о связи между понятиями симметрии  и асимметрии и соответственно между  понятиями покоя и движения точнее можно выразить как единство покоя  и движения. Понятие симметрии раскрывает момент покоя, равновесия в состояниях движения, а понятие асимметрии - момент движения, изменения в состояниях покоя, равновесия. Но и такая формулировка не охватывают основные признаки симметрии и асимметрии.

      Можно сказать, что симметрия выражает нечто общее, свойственное разным объектам (явлениям), она связана в первую очередь со структурой, она лежит в самой основе вещей. Тогда как асимметрия выражает индивидуальность, она связана с воплощением структуры в том или ином конкретном объекте (явлении), она является как бы «изотопом» симметрии.

      В основе конкретного объекта мы обнаруживаем элементы симметрии, роднящие его с  другими подобными объектами. Однако собственное «лицо» данного объекта проявляется неизбежно через наличие той или иной асимметрии, У всех елок есть много общего: вертикальный ствол, характерные ветви, располагающиеся с определенной поворотной симметрией вокруг ствола, определенное чередование ветвей в направлении вдоль ствола, наконец, структура иголок. И, тем не менее, вы можете очень долго выбирать себе елку на предновогоднем базаре, отыскивая среди многих деревьев те черты индивидуальности, которые вам нравятся. Получается, что математическая идея симметрии воплощается всякий раз в реальных не вполне симметричных объектах и явлениях.