Шпаргалко по "Концепциям современного естествознания"

 Вот самые простые выводы:

 — при скоростях  тел, близких к скорости света,  законы механики Ньютона не  выполняются;

 — скорость любого  тела не может быть выше  скорости света в вакууме;

 — формулы механики  Ньютона являются предельными  для СТО и приблизительно выполняются для тел, движущихся со скоростями, намного меньшими скорости света в вакууме.

Был еще ряд выводов  относительно связи массы тел  и его энергии. Все теоретические  результаты СТО были подтверждены в  экспериментах до конца 30-х годов XX века.

Это был первый удар по электродинамической картине мира. Второй удар был нанесен теоретическими выводами Макса Планка (1858–1947) — немецкого физика. Он в 1900 г. ввел понятие кванта электромагнитного поля (квант в переводе с латинского — количество, порция).

Третий удар по электродинамической картине мира был нанесен английским физиком Джозефом Джоном Томсоном (1856–1940). В 1897г. он экспериментально открыл электроны — мельчайшие частицы вещества, несущие отрицательный минимальный заряд. Дело в том, что атом до той поры считался неделимым (еще со времен Демокрита). Томсон сам был обескуражен своим открытием, доказавшим, что атомы делимы: в его состав входят еще более мелкие частицы — электроны. Томсон предложил свою модель строения атомов

Четвертый удар по электродинамической  картине мира был нанесен опять А. Эйнштейном, который создал общую теорию относительности (ОТО). Эта теория устанавливала взаимосвязь пространства, времени и тяготения. Согласно ОТО тяготение объяснялось не с помощью гравитационного поля, а путем искривления пространства в окрестности тяготеющих масс. Более подробно мы будем говорить об этом позже.

В это же время, в начале XX века Луи де Бройль (1892–1987), выдающийся французский физик, выдвинул одну из самых захватывающих гипотез. Согласно его концепции, любое тело массой m, движущееся со скоростью V, является одновременно волной, имеющей длину, рассчитываемую по специальной формуле, предложенной Бройлем. Но вы скажете, где же волны вокруг нас, мы ничего не видим. Правильно, потому что для макроскопических тел длины их волн по этой формуле очень малы.

Таким образом, гипотеза де Бройля перешла в ранг теории.

Значение этой теории для науки очень значимо: она впервые подтвердила корпускулярно-волновой дуализм (двойственность) волн-частиц. Оказалось, что дискретность (корпускулярность) и континуальность (волны) — две конкурирующие концепции о глубинном строении материи еще со времен античности — на самом деле друг другу не противоречат, а теоретически отражают две стороны единого корпускулярно-волнового строения материи. Просто корпускулярные свойства частиц проявляются в одних условиях, а волновые — в других.

Панорама современного естествознания

Современной науке удалось  во второй половине XX века «узнать» не только даты, но и многие механизмы  эволюции Вселенной от Большого взрыва до наших дней. Предложена и обоснована концепция Большого взрыва, построена  кварковая модель атома, установлены типы фундаментальных взаимодействий, сформулированы первые теории их объединений и т. д. Именно успехи фундаментальных наук физики и космологии формируют общие контуры научной картины мира

Но одновременно современная  картина мира проста и даже элегантна. Такие качества ей придают ведущие принципы построения и организации современного научного знания (9):

• системность,
• глобальный эволюционизм,
• самоорганизация,
• историчность.

Системность означает, что Вселенная предстает как наиболее крупная из всех известных нам систем, состоящая из огромного множества элементов (подсистем) разного уровня сложности и упорядоченности (галактик, планетных систем, звезд, планет, внутренних систем звезд или планет до сегодня известных мельчайших элементарных частиц). Важное свойство системной организации — иерархичность, субординация, нижние системы включаются в системы более высоких уровней.

Глобальный эволюционизм — мы уже говорили, что это признание невозможности существования Вселенной и всех порождаемых ею менее масштабных систем вне развития, эволюции. Каждая составная часть нашего мира есть историческое следствие глобального эволюционного процесса, начатого Большим взрывом.

Самоорганизация — это наблюдаемая способность материи к самоусложнению и созданию все более упорядоченных структур в ходе эволюции. Это касается и неживой и живой природы, причем механизм перехода материальных систем в более сложное и упорядоченное состояние, по-видимому, сходен для систем всех уровней.

Историчность  — признание принципиальной незавершенности настоящей, да и любой другой картины мира. Современная картина мира порождена предшествующей историей и специфическими социокультурными особенностями нашего времени. Развитие общества, изменение его ценностных ориентаций, осознание важности исследования уникальных природных систем, в которые включен сам человек, меняет стратегию научного поиска, само отношение человека к миру. Однако развивается и Вселенная. Но развитие Вселенной и развитие общества идет в разных темпоритмах. Поэтому их взаимное наложение делает мысль о построении окончательной, завершенной, абсолютной научной картины мира практически неосуществимой.

8) Тенденции развития  естествознания/ Научная парадигма  и научная революция

Научная парадигма — некоторая система основополагающих научных взглядов, господствующих в науке в определенный период ее развития

парадигму составляют «общепризнанные  всеми научные достижения, которые  в течение определенного времени  дают модель постановки проблем и  их решений научному сообществу».

Смена парадигмы  — научная революция. Пример: смена классической физики (ньютоновской) на релятивистскую (эйнштейновскую).

Новизна концепции Куна заключалась  в том, что смена парадигм в  развитии науки не носит линейного  характера, т. е. не является детерминированно однозначной (детерминант — от лат. «определяющий»).

Научные картины  мира

Научных революций в истории  развития науки, и естествознания в  частности, можно выделить три. По именам ученых, сыгравших в этих революциях заметную роль, их можно назвать аристотелевской, ньютоновской и эйнштейновской.

В VI–IV вв. до н. э. была осуществлена первая научная революция в познании мира, в результате которой и появилась на свет сама наука. Связано это в достаточно большой мере с трудами Аристотеля (9), который

• создал формальную логику, т. е. учение о доказательстве,
• разработал категориально-понятийный аппарат,
• утвердил канон организации научного исследования (история вопроса, постановка проблемы, аргументы «за» и «против», обоснование решения),
• отделил науки о природе от метафизики (философии), математики и т. д.,
• создал геоцентрическое учение о мировых сферах (это был очень трудный шаг в неизвестность, сегодня мы знаем, что это было неверно, но неверно не значит — не научно!).

Вторая  глобальная научная революция приходится на XVI–XVIII вв. Исходным пунктом ее как раз является переход от геоцентричной модели мира к гелиоцентричной. Но этот факт отражает не все перемены в науке в то время. Происходило становление классического естествознания. Классиками-первопроходцами стали: Н. Коперник, Г. Галилей, И. Кеплер, Р. Декарт, И. Ньютон. Вторая научная революция (9) заключалась в том, что:

• классическое естествознание заговорило математическим языком, появились строго объективные количественные характеристики земных тел (форма, величина, масса, движение и т.д.);
• появились методы экспериментального исследования со строго контролируемыми условиями (вместо созерцания и умозрительного воспроизведения);
• разрушено представление о космосе как о завершенном и гармоничном мире, на смену пришла концепция о бесконечной Вселенной, объединенной идентичностью законов;
• устанавливалась абсолютная научная картина природы, которую можно было подправлять в деталях, но радикально переделывать нельзя;
• доминантой классического естествознания стала механика, утвердилась чисто механическая картина мира (см. выше — первая физическая картина мира), в науке сформировалась так называемая классическая парадигма.

Классическая  парадигма естественным образом вытекала из механистической картины мира, методологическим стержнем которой была ньютоновская механика. Поэтому часто парадигму классического естествознания называют ньютоновской парадигмой.

Классическая  парадигма включает следующие основополагающие взгляды на природу (11):

1. В природе принципиально отсутствует случайность. Существующие в ней однозначно причинно-следственные связи, описываемые законами, подобными законам Ньютона, не оставляют места случайности.
2. Мир в целом всегда был и остается таким, каков он есть. В природе в целом отсутствует развитие.
3. Природа повторяется на всех своих уровнях, поэтому мегамир, макромир и микромир аналогичны.

В общем русле этой второй революции наука развивалась  практически до конца XIX века. За это  время было сделано много выдающихся открытий, но они лишь дополняли  и усложняли сложившуюся механическую картину мира, не покушаясь на ее основы. См. выше вторую физическую картину  мира — электродинамическую. «Потрясение  основ» — третья научная революция — произошла на рубеже XIX–XX вв.

Произошел ряд значительных открытий в физике (открытие сложной  структуры атома, явление радиоактивности, дискретного характера электромагнитного  излучения и т. д.). Эти открытия показали, что механика Ньютона не может дать универсального ключа  к пониманию всего происходящего  в природе. Сформировались наиболее значимые теории (теория относительности  общая и специальная и квантовая  механика), составившие суть третьей научной революции (9):

• Эйнштейновский переворот означал отказ от всякого (гео или гелио) центризма вообще, привилегированных, выделенных систем отсчета в мире нет, все они равноправны, причем любое утверждение имеет смысл, только будучи «привязанным» к какой-нибудь конкретной системе отсчета, а это значит, что вся картина мира в целом релятивна, т. е. относительна.
• При описании микро- и мегамиров оказались несостоятельны понятия траектории, одновременности событий, характера пространства и времени и т. д. (в неклассическом естествознании сложилось новое представление о случайном и способах описания вероятностных процессов, была установлена фундаментальная роль случайности).
• Научное познание объекта оказалось зависимым от определенных условий познания, например класса приборов наблюдения (т. е. объект познания перестал восприниматься как существующий сам по себе).
• Изменилось представление естественнонаучной картины мира о самой себе: стало ясно, что «единственно верную», абсолютно точную картину не удастся нарисовать никогда. Любая из этих картин может обладать лишь относительной истинностью.

Последний пункт сущности третьей научной революции связан с так называемой эволюционной парадигмой (другие применяемые для этой парадигмы наименования — парадигма Дарвина, эволюционно-синергетическая парадигма). Нынешняя картина мира обнаружила в каждом фрагменте Вселенной эволюцию, развитие. Главная принципиальная особенность современной естественнонаучной картины мира — принцип глобального эволюционизма. Это означает, что в современном естествознании утвердилось убеждение в том, что материя, Вселенная в целом и во всех ее элементах не могут существовать вне ее развития

9)  Корпускулярная  концепция. Модель корпускулы  и ее универсальные характеристики.

В корпускулярной концепции главное центральное место занимает фундаментальная модель корпускулы (модель частицы). Эта модель должна быть универсальной, т. е. ей должно соответствовать поведение объектов и космического масштаба, и макроскопических тел, и микрообъектов. Приведем примеры таких разных объектов: галактика, планеты, летательный аппарат, молекула, мяч, пуля, атомное ядро. Каждый из этих объектов мы можем рассматривать как корпускулу, абстрагируясь от ее внутренних свойств

Принципиально важными  в модели корпускулы являются два  допущения (10):

1. Если в каком-то конкретном  случае при изучении объекта  не имеет значение внутренняя  структура объекта и связанные  с этой структурой характеристики (например, размер объекта), то этот  реальный объект может быть  заменен моделью корпускулы. Важно,  что при этом поведение объекта  рассматривается как поведение  целого, и для его описания  берутся только такие характеристики, которые достаточно полно отражают  его поведение, т. е. универсальные фундаментальные характеристики (масса объекта — теперь уже корпускулы и ее энергия, скорость движения, электрический заряд, валентность химического элемента и т. д.).

2. Моделируемый объект  необходимо обособить от окружения.  Это можно сделать двумя способами:

— окружением пренебречь, тогда  это модель свободной частицы,

— второй способ основан  на концепции контролируемого воздействия: воздействие окружения учитывают введением специальной характеристики — результирующей силы, которая определяется окружением объекта, тогда это модель несвободной частицы под учитываемым (контролируемым) воздействием окружения.

Мы знаем, что со времен классической механики произошло становление  математического описания природных  процессов, это делает науку точной, поэтому надо выбрать такую модель, чтобы она допускала описание явления математическими средствами. Образец такого выбора продемонстрировал  Ньютон. Он предложил идею модели материальной точки — базовой модели механики.