ЛЕКЦИЯ 2

ЛЕКЦИЯ 2 Генезис науки. Возникновение античной науки. Натурфилософия и атомистика. Научные революции. Роль И. Ньютона в естествознании. Механистическая картина мира. Теория электромагнетизма. Теория относительности и квантовая механика. Канун новой научной революции.

Парадигма науки — идея, объединяющая актуальные теории в научную картину мира. Период нормальной науки –период устойчивой парадигмы. Научная революция - ломка старой и становление новой парадигмы. В. С. Степин 3 базовых компонента: - научная картина мира (модель реальности) - идеалы и нормы науки (представления о способах и правилах обоснования, доказательности, постановки задач исследования). - философско - мировоззренческое обоснование, обеспечивающее включение науки в культуру

3 этапа развития науки: -нормальная наука – период устойчивой парадигмы; -экстраординарная наука – период кризиса в науке; -научная революция –перестройка основания науки (смена парадигмы). Принцип соответствия Типы научных революций: Революция 1 -ого типа. Революция 2 -ого типа. 1. Зарождение античного научного мышления, становление натурфилософии (VI-V в. до н. э. ). 2. Становление механистической картины мира и Классической науки (научный эксперимент, экспансия механицизма) (XVII в). 3. Возникновение дисциплинарно организованной науки (XIX в. ). 4. Становление неклассической науки (теория относительности и квантовой механики) (к. XIX в)

Зарождение античного научного мышления, становление натурфилософии (VI-V в. до н. э. ) Античные государства: государства Средиземноморья (Вавилон, Ассирия, Египет, Эллада), Китай, Индия и древние государства арабского Востока. Египет –геометрия. Вавилон- солнечные и водяные часы. Древний Китай. Царство Цинь (Сюань, 318 г. до н. э. ) основана академия. Мо Ди «Мо-цзин (Моисткий канон)» , «Мо-цзы (Книга учителя Мо)» Цзя И «Если вода устремляется, она становится диким потоком. Если стрела выпущена, она летит далеко. Но все обладает силой, действующей назад, и все колеблется в этом противоборстве… Таков дао природы»

Древняя Греция. (рабовладельческая демократия). Греческая математика: Изложение знаний в виде теорем ДАНО-ТРЕБУЕТСЯ ДОКАЗАТЬ-ДОКАЗАТЕЛСТВО 3 варианта устройства мироздания: Мир бесконечно делим (Анаскагор) Мир делится на части до определенного предела (атомистика Демокрита и Эпикура) Мир неделим (элеаты) Идея о материальной первооснове мира: Вода (Фалес из Милета), Θαλῆς ὁ Μιλήσιος Ἡράκλειτος ὁ Огонь (Гераклит), Воздух (Анакскмен) Апейрон (Анаксимандр) Число (Пифагор) Άναξιμένης Πυθαγόρας Идея вечного движения и изменчивости вещей (Гераклит)

Три научные программы: Идеалистическая (Платон, 428 -348 гг. до н. э. ) 2 материалистические (Аристотель и Демокрит)

КОНЦЕПЦИЯ АТОМИЗМА (Демокрит, Эпикур)V- IVв. д. э. ) Пустота (Небытие) и атомы (бытие). Идея о том, что тела отличаются по формой простейших частиц и их расположением. 3 принципа: сохранение материи, сохранение форм материи и существование пустоты). КОНТИНУАЛЬНАЯ КОНЦЕПЦИЯ (Аристотель) (384 - 322 г. д. э. ) «все есть часть всего» Основная задача науки- поиск начал и причин Основные положения: -концепция непрерывности материи, утверждающая единство объектов и целостность окружающего мира -атомистическая концепция, предполагающая наличие структурных уровней организации материи

Платон. Материальный мир-отражение мира идей человека. Огонь-тетраэдр Вода-икосаэдр Воздух-октаэдр Земля-куб «Числа-суть вещей» (Пифагор) «Бог геометр» 2 конкурирующие строение мира: гелиоцентрическая (Аристарх Самосского) и геоцентрическая (Гипарх и Птолемей) «Математическое построение» (Аль-Магисте) в Европе «Альмагест» . Архимед (теория центра тяжести, теория рычага, основной закон гидростатики) Аликсандрийские ученые (закон прямолинейного распространения света)

ХАЛИФАТ(VII-XI) Месопотамию, Египет, Севеная Африка, Испанию, Персию, часть Индии и Туркесиан

Абу Али Ибн Хасан Фирдоуси Авицена Омар Хайям Гафиза математика, алхимия, оптика, механика)

Средние века вторая глобальная революция КЛАСИЧЕСКАЯ НАУКА Николай Коперник, Галилео Галилей, Иоган Кеплер, Исаак Ньютон Г Николай Коперник « O б обращении небесных а л кругов» (1543) и 1600 - Джордано Бруно л е Кеплер (1571 -1630) законы движения планет по о элиптическим орбитам Г Галилей (1564 -1642) «Диалог о двух главнейших а л системах мира-птолемеевой и коперниковой » и (1632 г. ) л е Эксперимент (закон инерции, телескоп: спутники у й Юпитерра. Пятна на Солнце, Млечный путь. Фазы Венеры). G 1610 - спутники Юпитера, фазы планеты Венера a «Беседы о двух новых науках» свободное падение, l полет тел, брошенных под углом и i горизонтально, явление удара, прочность машин и сооружений, закон инерции, колебания l маятника, равновесие на наклонной плоскости. e o G a

XVII в- рождение физики как науки Первые академии. • 1560 г. Италия «Академия познания тайн природы» • 1603 г. Рим –Академия Линчео «Академия рысьеглазых) (герцог Фредерик Чези)–библиотеки, лаборатория, обсерватория, музей • 1657 г. Флоренция (братья Медичи) – академия опыта (Academia del Cimento)

Создание инструмента для научного исследования • Телескоп Галилея • Янсен (1590) микроскоп • Часы с маятником (Гюгенс и Гук 1657 - 1675 г. ) • Опыт Торричели (1643 г. ) прибор для измерения давления • Воздушный насос (1657 г. , Бойль 1660 г. )

И. Ньютон (1643 -1727) Ключевой принцип научного познания «ГИПОТЕЗ НЕ ИЗМЫШЛЯЮ» «Математическое начало натурфилософии» Механистическое описание. Характерные черты: Абсолютность и независимость пространства Мгновенное распространение гравитационного взаимодействия в пространстве Независимость исследуемого объекта и наблюдателя

Возникновение дисциплинарно организованной науки (XIX в. ) Переход к дисциплинарно организованному естествознанию Начало XVIII в. Шарль Кулон ЗАКОН ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТОЧЕЧНЫХ ЗАРЯДОВ 1820 г. Г. Х. Эрстед 1832 г. М. Фарадей ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. Поле- особый вид материи 1865 г. Дж. Максвелл «Динамическая теория электромагнитного поля» . Втора половина XVII в. Химия – наука о качественных изменениях тел, происходящих в результате изменения их состава. Техническая химия (металлургия, стеклоделие, производство бумаги и т. д. ). Лавуазье: кислородная теория горения. Классификация химических соединений (кислоты, основания, соли) На основании закона сохранения материи вопрос о количественном выражении пропорций, в которых сочетаются элементы при образовании различных элементов

Из совокупности рецептов химия превратилась в общую теорию, объясняющую и предсказывающую новые явления XIX в. Дж. Дальтон ЗАКОН КРАТНЫХ ОТНОШЕНИЙ. Понятие атомного веса. Закон постоянства состава химических соединений (Пруст) Закон Авагадро Вторая половина ХIX в. А. М. Бутлеров теория химического вещества: свойства химического вещества определяются порядком связей атомов и их взаимном влиянии. (СИНТЕЗ, производство красителей, медикаментов, нефтепереработка и др. ) Я. Вант-Гофф: теория пространственного расположения атомов в молекулах (стереохимия, химическая кинетика, теория электролитической диссоциации и химическая термодинамика).

Д. И. Менделеев Периодический закон Д. И. Менделеева и его обоснование с точки зрения электронного строения атомов. Открытие периодического закона и разработка периодической системы химических элементов Д. И. Менделеевым явились вершиной развития химии в XIX в. Обширная сумма знаний о свойствах 63 элементов, известных к тому времени, была приведена в стройный порядок. Менделеев считал, что основной характеристикой элементов являются их атомные веса, и в 1869 г. впервые сформулировал периодический закон: Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов. Теория строения атомов объясняет периодическое изменение свойств элементов. Возрастание положительных зарядов атомных ядер обусловливает периодическое повторение строения внешнего энергетического уровня. А поскольку свойства элементов в основном зависят от числа электронов на внешнем уровне, то и они периодически повторяются. В этом — физический смысл периодического закона.

XVIII в. БИОЛОГИЯ. Систематическая разработка научных методов познания. Теория естественного отбора – идея о единстве планов строения органического мира и изменяемости видов под влиянием внешней среды (Ж. Бюффон «Естественная история). К. Линей искусственная классификация растительного и животного мира. Теории Эволюции: ЛАМАРСИЗМ, КАТОСТРАФИЗМ, УНИФОМИЗМ. Клеточная теория 1830 г. М. Шлейдон и Е. Шван

В 1859 году Ч. Дарвин «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» . Принципы эволюции: наследственность и изменчивость, естественный отбор, борьба за существование. Согласно теории Дарвина, механизмом, с помощью которого возникают новые виды, служит естественный отбор.

XIX в. - расцвет классического естествознания XX в. - кризис в физике и биологии Уравнения Максвелла оказались неинвариантными относительно преобразований Галилея. Скорость света датский астроном Оле Христенсен Ремер. 225000 кмс (299 792 458 мс) 1887 Альберт Майкельсон и Э. Морли. Независимость скорости света от системы отсчета Создание специальной теории относительности 1. Релятивистский принцип относительности: в любых инерциальных системах отсчета все физические процессы протекают одинаково 2. Принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме не зависит от движения источника и приемника и одинакова во всех инерциальных системах отсчета

Создание общей теории относительности 1907 принцип эквивалентности гравитационной и инертной масс. 1915 общая теория относительности Искривление пространства массивным телом

КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА КАТАСТРОФА РЕЛЕЯ-ДЖИНСА Макс Карл Эрнст Людвиг Планк] (нем. Max Karl Ernst Ludwig Planck; 23 апреля 1858, Киль — 4 октября 1947, Гёттинген) — выдающийся немецкий физик. Как основатель Макс Планк 1900 г. Энергия в виде квантовой теории «порций» -квантов предопределил основное направление развития физики с начала XX века. 1905 Эйнштейн: свет состоит из квантов (теория фотоэффекта) Датский физик-теоретик и общественный деятель, один из 1913 Н. Бор создателей современной физики. Лауреат Нобелевской премии по физике (1922). Член Датского королевского общества (1917) и его президент с 1939. Был членом более чем 20 академий наук мира, в том числе иностранным почётным членом АН СССР (1929; членом-корреспондентом — с 1924)

В 1913 г. Нильс Бор установил правила, настолько загадочные даже для самого их создателя, что он назвал их постулатами — недоказанными предположениями. Бор сделал еще один шаг по той неведомой дороге, которой шли Планк и Эйнштейн, — он распространил дискретность на атом, утверждая, что допустимы не все орбиты электронов, а только некоторые. Электрон, вращаясь вокруг ядра, движется с ускорением и, значит, излучает электромагнитные волны, ведь по законам классической электродинамики не излучает только заряд, движущийся по прямой с постоянной скоростью. Излучающий электрон, непрерывно теряя энергию, упал бы на ядро. По правилам Бора, электрон может излучать порции света — фотоны — только при переходе с одной орбиты на другую. Есть орбита с наименьшей возможной энергией, и в этом состоянии электрон живет неограниченно долго — ему некуда переходить. Так объяснилась стабильность атома. Смысл правил квантования был неясен, но теория описала все главнейшие свойства атомов, например то, что атомы испускают свет дискретных частот: энергия излучаемого фотона равна разности энергий на двух дискретных орбитах — верхней по энергии и нижней. Бор вычислил наблюдаемые частоты излучаемого атомом света, выразив их через заряд ядра, заряд и массу электрона, постоянную Планка.

Событие, которому суждено было объяснить смысл постулатов Бора, произошло в 1923 г. Но сначала оно лишь чувствительно задело больное место — проблему волн-частиц. Луи Виктор Пьер Раймон, 7 -й герцог Брольи, более известный как Луи де Бройль (фр. Louis-Victor-Pierre-Raymond, 7ème duc de Broglie, Louis de Broglie; 15 августа 1892 — 19 марта 1987) — французский физик, лауреат Нобелевской премии по физике, пожизненный секретарь Французской Академии наук. Один из основоположников квантовой механики. Французский физик Луи де Бройль предположил, что электроны на самом деле не частицы, а волны, вернее — и частицы, и волны. . . Частицы должны описываться волновым процессом с длиной волны λ, связанной с количеством движения р, как и длина волны фотонов, частиц света, который тоже неизвестно что, волна или частица. Догадка оказалась гениальной. Опыт подтвердил не только предположение де Бройля, но и в точности его формулу для длины электронной волны. История повторилась в обратном порядке: свет сначала изучили как волну, потом как набор частиц, а электрон — наоборот.

Такую странную догадку, которая только запутывала и без того сложный вопрос, надо было бы просто махнуть рукой, но нашлись смелые люди, которые подтвердили ее опытом: через четыре года американские физики Клинтон Дэвиссон , Льюис Джермер и независимо от них англичанин Джордж Томсон открыли дифракцию электронов на кристаллах. Значит, электрон на самом деле волна!

1925 г. Э. Шредингер Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шрёдингер (нем. Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger; 12 августа 1887 , Вена — 4 января 1961 , там же) — австрийский физик-теоретик ; лауреат Нобелевской премии по физике ( 1933 ); профессор Берлинского , Оксфордского , Грацского и Гентского университетов. С 1939 года — директор основанного им Institute for advanced studies в Дублине ; один из создателей квантовой механики и волновой теории материи Электрон представляет собой частицу. Но она обладает ассоциированной волной. Эта волна подчиняется волновому уравнению Шредингера, позволившему расчитать свойства атома, включая все постулированные Бором «прыжки» электронов Вернер Гейзенберг Ве рнер Карл Ге йзенберг (нем. Werner Karl Heisenberg; 5 декабря 1901, Вюрцбург — 1 февраля 1976, Мюнхен) — немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Лауреат Нобелевской премии по физике (1932). Член ряда академий и научных обществ мира. Необходимость скорректировать классические понятия (такие, как «координата» и «импульс» ), чтобы их можно было использовать в микрофизике, подобно тому, как теория относительности скорректировала понятия пространства и времени, придав тем самым смысл формализму преобразований Лоренца. Выход из ситуации он нашёл в наложении ограничения на использование классических понятий, выраженном математически в виде соотношения неопределённостей: «чем точнее определено положение, тем менее точно известен импульс, и наоборот»

Для современной (постнеклассической) науки характерна тенденция расширения границ дисциплинарных исследований на смежные области. Полученные в разных областях науки данные могут описывать одни и те же объекты или явления, но интеграция результатов в единую модель оказывается сложной задачей. Это обусловлено разным понятийным аппаратом отдельных дисциплин: язык науки настолько сложен, что смысл терминов оказывается понятен только специалистам, и между представителями разных научных направлений существуют трудности в понимании друга. Возрастание количества не связанных друг с другом научных данных, отсутствие их универсальной систематики приводят к нарушению целостности научной картины мира. Подводя итог, можно выделить следующие особенности ситуации кризиса в современной науке: поток информации, получаемый наукой огромен, но отсутствуют принципы ее систематизации; теория оперирует величинами, которым трудно придать понятийный смысл; возможности экспериментальной проверки ограничены

Thank you for attention