Развитие научных исследовательских программ и картин мира. Цель

Развитие научных исследовательских программ и картин мира.

Цель КСЕ сформировать представление о научной картине мира. Научная картина мира - целостная система представлений о наиболее общих свойствах природы и общества, возникающая в результате обобщения и синтеза основных естественно-научных понятий и принципов.

Древнегреческие философы Фалес Милетский Гераклит Эфесский Проблема поиска первоначала Идея о безостановочной изменчивости вещества

Атомистическая исследовательская программа Левкиппа и Демокрита Всё состоит из дискретных атомов; Всё сводится к перемещению атомов в пустоте. Левкипп Демокрит

Континуальная исследовательская программа Аристотеля: неисчерпаемость матери в глубь Аристотель

Птолемей Геоцентрическую систему мира Аристотеля-Птолемея

Гелиоцентрическая картина мира Коперник

Фундаментальные вопросы: - о материи - о движении - о взаимодействии - о пространстве и времени - о причинности, закономерности и случайности - о космологии

Механическая картина мира (XVIII – начало XIXв) В ее основе: - гипотеза о существовании атомов, - и принцип детерминизма. Механицизм Галилея; Законы небесной механики И.Кеплера; Законы Ньютона и др. «МИР» – это система машин, действующих по законам МЕХАНИКИ

Жесткий детерминизм – это полная предопределенность всех будущих событий в мире. Два значения: Механи(сти)ческий детерминизм Принцип причинности

Механистический детерминизм зная исходные координаты механических процессов, можно точно спрогнозировать, что, где, когда произойдет.

«Мы должны рассматривать существующее состояние Вселенной как следствие предыдущего состояния и как причину последующего. …. Ничто не было бы для него недостоверным, и будущее, как и прошедшее, стало бы перед его глазами». Пьер Симон Лаплас лапласова концепция жесткого (строгого) детерминизма: полная выводимость всего будущего (и прошлого) Вселенной из ее современного состояния с помощью законов механики. «Демон Лапласа» Случайности НЕТ

Принцип причинности: возможность предсказания траектории движения тела в пространстве и времени. каждое событие имеет естественную причину; причина должна предшествовать следствию.

Индетерминизм «Лучше уж следовать мифу о богах, чем быть рабом физиков; миф дает надежду умилостивить богов, а судьба заключает в себе неумолимую необходимость». Эпикур Учении о неустранимой случайности в движении атомов.

Галилео Галилей – заложил основы механицизма Принцип инерции Принцип относительности Принцип сохранения скоростей и пространственно-временных интервалов Закон свободного падения тел Вселенная - гигантский механизм, а сложные природные процессы — это комбинации простейших причин, главная из которых — механическое движение.

Инерциальные системы отсчета - это все системы отсчета, которые не подвергаются неуравновешивающим друг друга внешним воздействиям. Они либо находятся в покое, либо равномерного прямолинейного движения. Объект сопротивляется выведению его из состояния покоя, наклоняясь назад (1), хотя двигаясь равномерно, он находится в ровном положении, как при состоянии покоя (2) Когда его останавливают, он сопротивляется замедлению и стремится продолжать движение (3),

Исаак Ньютон Закон всемирного тяготения, или гравитации; 3 закона динамики (механики).

Положения механической картины мира Единственная форма материи: вещество, состоящее из дискретных единиц атомов – корпускул; Единственная форма движения в пространстве и времени: механическое перемещение; Взаимодействия: 1. Первое фундаментальное взаимодействие - гравитационные:

Силы притяжения; Существует всегда; Между любыми телами, имеющими массу; При увеличении массы тел – возрастает; Учитывается в мегамире на бесконечных расстояниях; Сила взаимодействия прямо пропорциональна квадрату расстояния; Передается посредством гравитационного поля; Переносчики – гравитоны; Определяется законом всемирного тяготения Ньютона.

2. Концепция взаимодействия - III закон Ньютона: закон действия и противодействия. 3. Концепция дальнодействия: мгновенная передача гравитационного взаимодействия через пустоту на любые расстояния, с бесконечной скоростью, без материальных посредников.

Принцип симметрии, или обратимости. Принцип редукции. Вселенная. Человек. Пространство и время: Пространство трехмерно, постоянно и не зависит от материи. Время не зависит ни от пространства, ни от материи. Пространство и время не связаны с движением тел, они имеют абсолютный характер.

Недостатки механической картины мира: невозможность объяснения тепловых, электрических, магнитных, химических, биологических и тем более социальных явлений.

Электромагнитная картина мира (XIX в) Формируется на основе: начал электромагнитизма М.Фарадея теории электромагнитного поля Д.Максвелла электронной теории Г.А.Лоренца постулатов теории относительности А.Эйнштейна

Закон Кулона Суть: зависимость электрической силы от расстояния. Сила взаимодействия между электрическими зарядами прямо пропорциональна произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Шарль Кулон

Отличия закона Ньютона от закона Кулона. - Гравитационное притяжение существует всегда, а электрические силы только между тела обладающими электрическими зарядами. - В законе тяготения имеется только притяжение, а электрические силы могут как притягиваться, так и отталкиваться. - Электростатические силы зависят не только от величины, но и от знака заряда.

возникновение вокруг проводника, по которому идет ток, магнитного поля. Ганс Кристиан Эрстед

Электромагнитная индукция Майкл Фарадей

Джеймс Клерк Максвелл Теория электромагнитного поля Любой электрический ток создает магнитное поле. Образовавшееся переменное магнитное поле создает переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, создает переменное магнитное поле, и так далее.

Связь и отличие законов Максвелла и Ньютона

Принцип близкодействия Аристотель: передача воздействия только через посредников, при непосредственном контакте; В электромагнитной теории: взаимодействие передаётся только через материального посредника — физическое поле — с конечной скоростью, не превышающей скорости света в вакууме.

Теории света и оптические явления Теории: Корпускулярная гипотеза света. Волновая (континуальная) гипотеза света.

Корпускулярная гипотеза света. Свет - прямолинейный поток световых корпускул, или дискретных частиц. рефракция - преломление при переходе из одной среды в другую; дисперсия - разложение белого света на составляющие его цвета. Ньютон Состав белого света бал открыт Ньютоном

Волновая (континуальная) гипотеза света. Свет - процесс распространения волн. Интерференция - усиление или ослабление света при наложении световых волн. Дифракция - отклонение света от прямолинейного направления. Максвелл

Противоречия Фотоэлектрический эффект: испускание электронов веществом под влиянием света. Генрих Герц 1857-1894

М.Планк (1900г): энергия излучается и поглощается не непрерывно, а отдельными порциями, или квантами. Макс Планк 1858 - 1947 Альберт Эйнштейн 1879 - 1955 А.Эйнштейн (1905г) отказывается от волновой теории и опять обращается к корпускулярной: свет распространяется в виде потока световых квантов – фотонов. Объяснения фотоэлектрических эффектов

Общая теория электромагнитных и оптических явлений Лоренца (электронная теория): существуют и дискретные электрические заряды, и непрерывное поле. Гендрик Антон Лоренц (1853—1928)

Положения электромагнитной картины мира (конец XIX в) Важнейшие понятия: заряд, напряженность и энергия поля; Две формы материи: дискретное вещество и непрерывное электромагнитное поля; Движение - это не только перемещение зарядов, но и изменение поля; Взаимодействия: 1) Возврат к концепции близкодействия 2) Второе фундаментальное взаимодействие – электромагнитное:

Это силы близкодействия Втрое по силе фундаментальное взаимодействие Радиус действия – бесконечно большой Между телами, имеющими заряд Сила зависит от заряда частиц Переносчики - фотоны Благодаря ему существуют: атомы (связь электронов и ядра) молекулы (связь между атомами) происходят химические превращения вещества определяются агрегатные состояния вещества оптические и магнитные явления и т.д. микро- и макромира.

Введение понятия вероятности. Реляционная (относительная) концепция пространства и времени, введенная Эйнштейном: пространство и время связаны с процессами в поле, т.е. они несамостоятельны и зависимы от материи.

Неклассическая квантово-полевая картина мира (1-я половина XX в.) В ее основе: Квантовая гипотеза М.Планка Волновая механика Э.Шредингера Квантовая механика В.Гейзенберга Квантовая теория атома Н.Бора

Свет, в зависимости от скорости системы отсчета, обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами - корпускулярно-волновой дуализм света

Луи де Бройль (1892 - 1987) Гипотеза о корпускулярно-волновом дуализме всех без исключения видов материи (1924г). «Волна де Бройля» - это волна, которая соответствует любой частице, обладающей импульсом. Длина волны обратно пропорциональна импульсу частицы (импульс частицы равен произведению массы на скорость)

Зависимость длины волны от взаимного движения наблюдателя и источника волн - эффект Доплера: если источник света движется от нас, то частота воспринимаемых колебаний понижается и белый свет переходит в красный спектр, а если к нам, то повышается и смещается в синий.

Положения неклассической (квантово-полевой) картины мира материя обладает и корпускулярными и волновыми свойствами (принцип корпускулярно-волнового дуализма); Три формы материи: вещество, физическое поле, физический вакуум.

Принцип неопределенности соотношений Гейзенберга: соотношение неточностей при определении сопряженных величин в квантовой механике. Например: координаты и импульса энергия и время. Вернер Гейзенберг (1901-1976) Если мы стремимся определить значение одной из сопряженных величин в квантово-механическом описании, например координаты, то значение другой величины, а именно импульса (количество движения), нельзя определить с такой же точностью.

Мысленный эксперимент «Микроскоп Гейзенберга». С его помощью экспериментатор измеряет положение и импульс электрона. Волновая механика Э.Шредингера. Принцип дополнительности Н.Бора (1927г): для квантово-механического описания микрообъектов в целом корпускулярная картина должна быть дополнена волновой.

Взаимодействия: Принципа близкодействия. 2) Квантово-полевой механизм передачи взаимодействия 3) Четыре фундаментальных взаимодействия гравитационные электромагнитные слабое сильное

Сильное (ядерное) взаимодействие. наиболее интенсивное обуславливает связь между нуклонами в атомных ядрах и другими элементарными частицами действуют на уровне микромира только на коротких расстояниях (порядок атомного ядра10-13 см ) объясняет рассеяние α-частиц не зависят от заряда частиц передается глюонами

Слабое взаимодействие Слабее сильного и электромагнитного короткодействующее (на 2 порядка меньше ядерного) на уровне микромира (между кварками) обуславливает большинство распадов элементарных частиц (β-распад атомных ядер) Обуславливает эволюция звезд, свет Солнце Высокая проникающая способность Меняет заряд частиц Переносчики - промежуточные векторные бозоны

Движение - это проявление фундаментальных взаимодействий Пространство и время относительны и зависят от материи Пространство единое 4-хмерное В основе мира – случайность и вероятность, описываемая статистическими законами

Современная эволюционная картина мира Формируется на основе: Глубокого изучения явлений природы Дифференциации и интеграции естественных наук Единства физического знания и т.д

Положения современной картины мира Три формы материи В основе строения материи фундаментальных частиц Многообразие и единство мира основывается на взаимодействии и взаимопревращении фундаментальных частиц и античастиц

четыре фундаментальных взаимодействия теория «Великого объединения» Основа: на малых расстояниях и при большой энергии электромагнитное, сильное и слабое взаимодействие рассматриваются как проявления единого поля. теория «Сверхвеликого объединения»

квантово-полевой механизм передачи взаимодействия природа рассматривается в движении и развитии Движение есть проявление фундаментальных взаимодействий Эволюция – это универсальная форма движения материи

Принципиальные особенности современных представлений о мире: Системность Глобальный эволюционизм Самоорганизация Историчность