История естествознания 1 Развитие научных исследовательских программ и

История естествознания 1. Развитие научных исследовательских программ и картин мира 2. Развитие представлений о материи 3. Развитие представлений о движении 4. Развитие представлений о взаимодействии Мальцев Алексей Владимирович, Доцент кафедры общей психологии и психологии личности

Картины мира • Натурфилософская картина мира (Аристотеля) • Научные картины мира: – Механическая (Ньютона), – Электромагнитная (Эйнштейна), – Квантово-механическая (современная) 2

Физические картины Мира 3

Фалес Милетский 600 г. до Н. Э. Земля произошла из воды. Это круглая плита диаметром 8000 км. 4 материальные стихии – Земля, Воздух, Вода, Огонь. Анаксимандр Милетский 610 -546 г. до Н. Э. Земля висит в пространстве никем и ничем не поддерживаемая. Бесчисленное множество миров, похожих на Землю. Земля – цилиндр.

Пифагор 570 -500 г. до Н. Э. Земля – шарообразная, никем и ничем не поддерживаемая, располагается в центре мира. Каждая планета – на своей вращающейся сфере. Демокрит 460 -370 г. до Н. Э. Бесчисленное множество миров, похожих на Землю. Одни, зарождаются, другие гибнут. Атомистическая гипотеза.

Аристотель (384 -322 гг. до н. э. ) • Доказывал непрерывность материи • Разработал учение о движении • Доказал геоцентрическую модель Мира (в центре Земля)

Механистическая Картина Мира (классическая) МКМ Первая научная Картина мира с 16 -17 вв до второй половины 19 в. , • Леонардо да Винчи (1452 -1519 гг. ) основатель механики • Н. Коперник (1473 -1543 гг. ) основатель гелиоцентрической системы (в центре Солнце) • Г Галилей (1564 -1642 гг. ) основатель экспериментального метода в естествознании • И. Кеплер (1571 -1630 гг. ) основатель небесной механики • И. Ньютон (1643 -1727 гг. ) основатель классической механики 7

Электро-магнитная Картина Мира (релятивистская) ЭМКМ С середины 19 в до начала 20 в. • М. Фарадей (1791 -1867 гг. ) основатель теории магнетизма • Д. Максвелл (1831 -1879 гг. ) основатель теории электромагнитного поля • Г. А. Лоренц (1853 -1928 гг. ) основатель электронной теории • А. Эйнштейн (1879 -1955 гг. ) основатель теории относительности 8

Квантово-механическая Картина мира (современная) КПКМ • С начало ХХ века до наших дней • М. Планк (1858 -1947 г г). основатель квантовой теории • Э. Шредингер (1887 -1961 гг. ). основатель волновой механики • В. Гейзенберг (1901 -1976 гг. ). основатель квантовой механики • Н. Бор (1885 -1962 гг. ) создатель квантовой теории атома 9

Фундаментальные вопросы, на которые отвечает научная (или натурфилософская) картина мира: о материи о движении о взаимодействии о пространстве и времени о причинности, закономерности и случайности • о космологии (общем устройстве и происхождении Вселенной) • • • 10

Развитие представлений о материи 11

Представления о материи в Натурфилософии • Вещество непрерывно ( континуально) и состоит из первичных элементов начал (Земля, Вода, Воздух, Огонь). Аристотель. Пространство, по Аристотелю, целиком заполнено материей, неким подобием эфира. Пустоты в природе нет ( «природа боится пустоты» ). • Вещество дискретно. Тела состоят из малых неделимых частиц – атомов. Левкипп и Демокрит. Между атомами пустота. 12

Атомистическая теория • Материя имеет ограниченное деление, мельчайшие единицы материи – атомы (не делимы) - атомистическая теория • Между атомами пустота атомы движутся хаотично в пустоте 13

Материя в Механической КМ • Материя состоит из вещества • Вещество дискретно его мельчайшие частицы – атомы неделимы. Атомистическая теория 14

Материя в ЭМКМ • Полевая, Континуальная (непрерывная) модель реальности. • Материя - единое непрерывное поле с точечными силовыми центрами электрическими зарядами и волновыми движениями в нем. • Мир - электродинамическая система, построенная из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля 15

Идеи ЭМКМ • • Непрерывность материи (континуальность), Материальность электромагнитного поля, Неразрывность материи и движения, Связь пространства и времени как между собой, так и с движущейся материей. 16

Идеи ЭМКМ • Материя существует в двух видах: вещество и поле. Они строго разделены и их превращение друг в друга невозможно. • Главным является поле, а значит основным свойством материи является непрерывность (континуальность) в противовес дискретности. 17

Материя в современной Картине мира • • Вещество Поле Физический вакуум Материя имеет двойственную природу: при одних условиях проявляя свойства вещества (дискретности) при других – свойства поля (непрерывности) 18

Физический вакуум – место зарождения материи 19

Взаимодействие 20

Взаимодействие Натурфилософская Картина Мира • Представления Аристотеля о взаимодействии: одностороннее воздействие движущего на движимое; • первоначальная форма концепции близкодействия (передача воздействия только через посредников, при непосредственном контакте) 21

Взаимодействие в МКМ • Только один тип взаимодействия – гравитационное. Гравитационное взаимодействие означает наличие сил притяжения между любыми телами. • Принцип дальнодействия. Взаимодействие передается мгновенно, и промежуточная среда в передаче взаимодействия участия не принимает. 22

Закон всемирного тяготения И. Ньютона 23

Взаимодействие в электромагнитной Картине мира • Два взаимодействия – гравитационное и электромагнитное. • Оба эти взаимодействия объяснялись исходя их понятия «поле» . • Это означало, что и другое взаимодействие передается с помощью промежуточной среды, т. е. поля со скоростью, равной скорости света. • Таким образом, принцип дальнодействия был заменен принципом близкодействия. 24

Взаимодействие в Современной Картине Мира 25

Взаимодействие в Современной Картине мира Четыре основных типа взаимодействия: o Гравитационное o Электромагнитное o Сильное o Слабое • Принцип близкодействия – передача взаимодействия с ограниченной скоростью (скорость света), с помощью специальных переносчиков взаимодействия. 26

Фундаментальные взаимодействия в Современной Картине Мира Тип взаимодействия Источник взаимодействия Относительная интенсивность взаимодействия Радиус действия силы Гравитационное Масса ~ 10 -38 Сколь угодно далеко Электрические заряды ~10 -2 Сколь угодно далеко Электромагнитное Ядерное (сильное) Адроны (протоны, нейтроны, мезоны) Слабое Все элементарные частицы 1 ~10 -15 м <10 -18 м 27

Фундаментальные взаимодействия Мы говорили о взаимодействиях, не задав принципиальный вопрос: «Каким образом одно из взаимодействующих тел «чувствует» присутствие другого? » . 28

Переносчики взаимодействия • Сильное взаимодействие - p-мезоны, (глюоны) • Электромагнитное взаимодействие фотон (g-квант) • Слабое взаимодействие - векторный бозон • Гравитационное взаимодействие – гравитон (? ? ? ) 29

Пример слабого взаимодействия • β − распад - превращение нейтрона в протон, при этом испускаются электрон и антинейтрино: 30

Пример сильного взаимодействия - термоядерные реакции происходящие на Солнце 31

Термоядерная реакция синтеза Гелия 32

Солнце 33

Развитие представлений о движении 34

Движение в Натурфилософской Картине Мира • Геракли т Эфе сский (544— 483 гг. до н. э) Автор известной фразы «Всё течёт, всё меняется» Точная формулировка фразы: «Всё течёт и движется, и ничего не пребывает» . • Аристотель ввел понятия естественного и насильственного движений. 35

Естественное движение • Самодвижущееся тело должно, иметь в себе источник движения. • Для местных движений, т. е. движений в пределах Земли он вводит понятие «естественного места» , стремление к которому заложено в каждом теле, совершающем «естественное движение» . • Для тяжелых тел таким естественным местом является Земля, а для легких – огонь, или расположенная над воздухом огненная сфера. 36

Механистическая картина мира Движение - простое механическое перемещение. Законы движения - фундаментальные законы мироздания. – Тела двигаются равномерно и прямолинейно(инерция), а отклонения от этого движения есть действие на них внешней силы. – Мерой инерции является масса. – Универсальным свойством тел является сила тяготения – Макромир и микромир подчинялись одним и тем же механическим законам. 37

• любое сложное движение можно представить как сумму пространственных перемещений (принцип суперпозиции ). • Движение любого тела объяснялось на основе трех законов Ньютона, при этом использовались такие важные понятия как сила и масса. 38

Механическая картина мира Галилео Галилей 1564 -1642 Изобрел телескоп Исаак Ньютон 1642 -1727 Доказал гелиоцентрическую модель Открыл спутники Юпитера

Законы Ньютона • I закон, или закон инерции. Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока оно не будет вынуждено изменить его под действием каких-то сил. 40

II закон. • Связывает изменение импульса тела с действующей на него силой , т. е. изменение импульса тела в единицу времени равно действующей на него силе и происходит в направлении ее действия. • В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка с постоянной массой, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе. • Или в более известном виде: 41

• III закон отражает тот факт, что действие тел всегда носит характер взаимодействия, и что силы действия и противодействия равны по величине и противоположны по направлению. • IV закон – это закон всемирного тяготения 42

Движение в электромагнитной Картине Мира • Движение - распространение колебаний в поле, которые описываются законами электродинамики. • Основные свойства волнового движения: дифракция и интерференция 43

Волновое движение 44

Дифракция - разложение света 45

46

Эффект Доплера • описан Кристианом Доплером в 1842 году. • Для волн (звука) распространяющихся в какой-либо среде, нужно принимать во внимание движение как источника, так и приёмника волн относительно этой среды • Для света имеет значение только относительное движение источника и приёмника, а среда не имеет значение 47

Эффект Доплера • Эффект Доплера легко наблюдать на практике, когда мимо наблюдателя проезжает машина с включённой сиреной. Предположим, сирена выдаёт какой-то определённый тон, и он не меняется. Когда машина не движется относительно наблюдателя, тогда он слышит именно тот тон, который издаёт сирена. Но если машина будет приближаться к наблюдателю, то частота звуковых волн увеличится, и наблюдатель услышит более высокий тон, чем на самом деле издаёт сирена. В тот момент, когда машина будет проезжать мимо наблюдателя, он услышит тот самый тон, который на самом деле издаёт сирена. А когда машина проедет дальше и будет уже отдаляться, а не приближаться, то наблюдатель услышит более низкий тон, вследствие меньшей частоты звуковых волн. 48

Эффект Доплера 49

Движение в современной Научной Картине Мира • Движение – любое изменение • Движение основной атрибут материи 50

Разнообразие движений (изменений) • Процессы и результаты взаимодействий любого рода • Изменение состояний • Переходы из одного состояния в другое • Изменение положения тела в пространстве • Возникновение новых явлений и объектов • Изменения в форме • Изменение размера • Системные изменения 51

Формы движения определяются уровнем организации материи: qмеханическое, qфизическое, qхимическое, qбиологическое qсоциальное q географическое 52

Движение в неживой природе – пространственное перемещение; – движение элементарных частиц и полей — электромагнитные, гравитационные, сильные и слабые взаимодействия, процессы превращения элементарных частиц и др. ; – движение и превращение атомов и молекул, включающее в себя химические реакции; – изменения в структуре макроскопических тел — тепловые процессы, изменение агрегатных состояний, звуковые колебания и другое; – геологические процессы; – изменение космических систем различных размеров: планет, звезд, галактик и их скоплений. ; 53

Движение в живой природе – обмен веществ; – саморегуляция, управление и воспроизводство в биоценозах и других экологических системах; – взаимодействие всей биосферы с природными системами Земли; – внутриорганизменные биологические процессы, направленные на обеспечение сохранения организмов, поддержание стабильности внутренней среды в меняющихся условиях существования; – надорганизменные процессы выражают отношения между представителями различных видов в экосистемах 54

Движение в обществе • многообразные проявления сознательной деятельности людей; • все высшие формы отражения и целенаправленного преобразования действительности 55

Причинность в Натурфилососфии • появление программы рационального объяснения мира • Принцип причинности в первоначальной форме (каждое событие имеет естественную причину) и его позднейшее уточнение (причина должна предшествовать следствию) 56

Принцип причинности в МКМ • Причина и следствие взаимосвязаны, влияют друг на друга. • Следствие одной причины может стать причиной другого следствия. • Лаплас полагал, что все связи между явлениями осуществляется на основе однозначных законов. Это учение обусловленности одного явления другим, вошло в физику как «Лапласовский детерминизм» 57

Причинность в ЭМКМ • Принцип причинности - в электромагнитной Картине мира было введено понятие вероятности. 58

Причинность в Современной Кратине мира • Принцип многообразия форм детерминации • все многообразие взаимодействий между явлениями не может быть сведено только к отношениям причинности 59

Непричинные отношения • функциональные связи (явления и события сосуществуют во времени, связь между ними необходимая, но отношения генетического порождения нет) • связь состояний (отношение между разными состояниями одного и того же объекта) • вероятностная детерминация (в каждый момент времени существует несколько вариантов развития ситуации, и реализуются только те возможности, для которых сложились необходимые условия) • структурная детерминация (отношение между частью и целым в сложноорганизованных системах) • целевая детерминация (информация о достигнутом состоянии – следствии – корректирует и регулирует дальнейшее изменение системы, т. е. становится причиной) 60