Лекции по КСЕ Селивановой Зухры Кадимовны (1185009), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

модели мира к гелиоцентрической. Связано с именами Н. Коперника, Г. Галилея, И. Кеплера, Р. Декарта, И. Ньютона.

Принципиальные отличия классического естествознания от античной науки:

а) Применение математики для объяснения окружающего мира:
классическое естествознание сумело выделить и выразить в
математических закономерностях объективные количественные
характеристики земных тел (форма, величина, масса, движение).

б) Явления природы стали исследоваться при помощи
экспериментальных методов со строго контролируемыми условиями.

в) Классическое естествознание безжалостно разрушило античные
представления о космосе как вполне завершенном и гармоничном мире,
который обладает совершенством, целесообразностью и т.д. На смену им
пришло понимание равновесной и неизменяемой Вселенной, бесконечно
существующей без цели и смысла.

г) Все явления природы описывались с помощью простых сил,
действующих между неизменными объектами, утвердилась , чисто
механическая картина описания природы. Понятия ценности,
совершенства, целепо-лагания были изгнаны из царства научной мысли.

д) Сформировался четкий идеал научного знания: раз и навсегда
установленная абсолютно истинная картина природы, которую можно
подправлять в деталях, но радикально переделывать уже нельзя. При этом в
познавательной деятельности подразумевалось строгое разделение
субъекта и объекта познания. Объект познания существует сам по себе, а
субъект (тот, кто познает) наблюдает со стороны и воспроизводит
характеристики объекта так, как есть «на самом деле», в сделанных
выводах не отражается субъективность мнения.

Таковы особенности второй глобальной научной революции, условно названной ньютоновской, ее итог — механистическая научная картина мира на базе экспериментально-математического естествознания. В этом русле наука развивалась практически до конца XIX в. и было сделано много выдающихся открытий, но они лишь дополняли и усложняли сложившуюся общую картину мира, не покушаясь на ее основы.

3) «Потрясение основ» — третья научная революция — случилось на рубеже XIX—XX вв.

Серия блестящих открытий в физике (открытие сложной структуры атома, явления радиоактивности, дискретного характера электромагнитного излучения и т.д.) разрушили механическую картину мира. Основой новой картины мира стали теория относительности Эйнштейна и квантовая механика.

Отличия механистической научной картины мира от неклассической естественно-научной картины мира:

а) Теория относительности Эйнштейна стала новой теорией, объединяющей пространство, время и материальные объекты и отрицающая существование центра Вселенной, так как все в мире

относительно (ведь выделенных систем отсчета в мире нет, все они равноправны).

б) Квантовая механика выявила вероятностный характер законов
микромира, а также неустранимый корпускулярно-волновой дуализм в
самом фундаменте материи.

в) Новая картина мира объяснила, что Вселенная и материя не могут
существовать вне развития, нестационарность Вселенной и глобальный
эволюционизм.

г) Неклассическая естественно-научная картина мира отвергла
классическое жесткое противопоставление субъекта и объекта познания.
Объект познания перестал восприниматься как существующий «сам по
себе». Его научное описание оказалось зависимым от определенных условий
познания. (Учет состояния движения систем отсчета при признании
постоянства- скорости света; учет способа наблюдения (класса приборов)
при определении импульса или координат микрочастицы и проч.).

д) Изменилось представление о научной картины мира, нарисовать
истинную единственно верную картину нельзя, так как она является
таковой только в данный момент времени.

В рамках неклассической картины мира, произошли мини-революции в космологии (концепции нестационарной Вселенной), биологии (становление генетики) и др. Так что нынешнее (конца XX в.) естествознание весьма существенно видоизменило свой облик по сравнению с началом века.

Вывод: Научные революции играют важную роль в развитии науки, но и на эволюционном этапе происходят научные открытия, создаются новые теории и методы. Глобальные научные революции предопределили три длительных стадии развития науки, изменив основания фундаментальных наук, определили общие контуры научной картины мира на длительный период, каждой из них соответствует своя научная картина мира. Кроме того, развитие науки ускоряется (период от аристотелевской до ньютоновской революции составил 2 тыс. лет, от ньютоновской до эйнштейновской - 200 лет).

Синергетика - самоорганизация системы.

Для возникновения самоорганизации необходимо выполнение минимальных условий. Система должна быть:

1 .открытой, то есть взаимодействовать с окружающей средой, обмениваясь с ней веществом, энергией и информацией;

1. далека от точки термодинамического равновесия. Если система
   находиться в точке равновесия или близко к ней, тогда она будет обладать
   максимумом энтропии, что соответствует хаосу;

2. с достаточно большим числом элементов, которые специфически
   взаимодействуют друг с другом, то есть быть сложноорганизованной и
   нелинейной системой.

Стали говорить о наличии у материи в целом не только разрушительной, но и созидательной тенденции. Материя способна осуществлять работу и против термодинамического равновесия, самоорганизовываться и самоусложняться.

Хаос не только разрушителен, но и созидателен, конструктивен; развитие осуществляется через неустойчивость (хаотичность). Порядок и хаос не исключают, а дополняют друг друга: порядок возникает из хаоса.

Заслуга синергетики в том, что она впервые установила возможность появления самоорганизации в системах неживой природы.

Самый популярный и наглядный пример образования структур нарастающей сложности — хорошо изученное в гидродинамике явление, названное ячейками Бенара. При подогреве жидкости, находящейся в сосуде круглой или прямоугольной формы, между нижним и верхним ее слоями возникает некоторая разность температур. Если разность мала, то перенос тепла происходит на микроскопическом уровне и никакого макроскопического движения не происходит. Однако при достижении им некоторого критического значения в жидкости внезапно (скачком) возникает макроскопическое движение, образующее четко выралсенные структуры в виде цилиндрических ячеек. Сверху такая макроупорядоченность выглядит как устойчивая ячеистая структура, похожая на пчелиные соты.

Это хорошо знакомое всем явление с позиций статистической механики совершенно невероятно. Ведь оно свидетельствует о том, что в момент образования ячеек Бенара миллиарды молекул жидкости, как по команде, начинают вести себя скоординированно, согласованно, хотя до этого пребывали в совершенно хаотическом движении. Создается впечатление, что каждая молекула «знает», что делают все остальные, и желает двигаться в общем строю. Ячейки Бенара не распадаются при поддержании соответствующих условий (приток энергии извне), а устойчиво сохраняются. Значит, возникновение таких структур нарастающей сложности — не случайность, а закономерность.

Поиск аналогичных процессов самоорганизации в других классах открытых неравновесных систем вроде бы обещает быть успешным: механизм действия лазера, рост кристаллов, химические часы (реакция Белоусова — Жаботинского), формирование живого организма, динамика популяций, рыночная экономика - все это примеры самоорганизации систем самой различной природы.

Макромир: концепции классического естествознания.

В истории изучения природы можно выделить два этапа: - донаучный или натурфилософский, охватывает период от античности до становления экспериментального естествознания в XVI—XVII вв. В этот период наблюдаемые природные явления объяснялись на основе умозрительных философских принципов.

Наиболее значимой для последующего развития естественных наук была концепция дискретного строения материи, согласно которой все тела состоят из атомов — мельчайших неделимых частиц и пустоты.

Античный атомизм - первая теория, объясняющая целое как сумму отдельных составляющих его частей. Природные процессы протекают из-за механического взаимодействия атомов, их притяжения и отталкивания объяснялась. Механистическая программа описания природы, впервые выдвинутая в античном атомизме, наиболее полно реализовалась в классической механике, со становления которой начинается научный этап изучения природы.

- научный этап (с XVIII в. по настоящее время). В ходе критического переосмысления представлений классической науки о макрообъектах были сформированы современные научные представления о структурных уровнях организации материи, поэтому начнем с концепций классической физики.

Формирование научных взглядов на строение материи относится к XVI в., когда Г. Галилеем была заложена основа первой в истории науки физической картины мира — механистической. Он не только обосновал гелиоцентрическую систему Н. Коперника и открыл закон инерции, а разработал в труде «Пробирные весы» методологию нового способа описания природы — научно-теоретического. Суть его заключалась в том, что через некоторые физические и геометрические характеристики, такие как величина, фигура, количество, скорость движения можно объяснить различные явления (возникновение вкуса, запаха и звука), что позволяло строить теоретические модели и проверять их в условиях научного эксперимента. Эта методология оказала решающее влияние на становление классического естествознания.

И. Ньютон, опираясь на труды Галилея, разработал строгую научную теорию механики, описывающую и движение небесных тел, и движение земных объектов одними и теми же законами. Природа рассматривалась как сложная механическая система. В рамках механистической картины мира, разработанной И. Ньютоном и его последователями, сложилась дискретная (корпускулярная) модель реальности. Материя рассматривалась как вещественная субстанция, состоящая из отдельных частиц — атомов или корпускул. Атомы абсолютно прочны, неделимы, непроницаемы, характеризуются наличием массы и веса.

Ньютоновский мир характеризуется трехмерным пространством евклидовой геометрии, которое абсолютно постоянно и всегда пребывает в покое. Время представлялось как величина, не зависящая ни от пространства, ни от материи.

Движение рассматривалось как перемещение в пространстве по непрерывным траекториям в соответствии с законами механики. Считалось, что все физические процессы можно свести к перемещению материальных точек под действием силы тяготения, которая является дальнодействующей.

Вывод: Вселенная - гигантский и полностью детерминированный механизм, где события и процессы представляют собой цепь взаимозависимых причин и следствий. Отсюда и вера в то, что теоретически можно точно реконструировать любую прошлую ситуацию во Вселенной или предсказать будущее с абсолютной определенностью.

Механистический подход к описанию природы оказался необычайно плодотворным. Вслед за ньютоновской механикой были созданы гидродинамика, теория упругости, механическая теория тепла, молекулярно-кинетическая теория и целый ряд других, в русле которых физика достигла огромных успехов. Но две области — области оптических и электромагнитных явлений не были полностью объяснены в рамках механистической картины мира.

Ньютон выдвинул корпускулярную теорию света и на ее базеобъяснил законы отражения и преломления света. В этой теории, считая свет потоком материальных частиц (корпускул), он утверждал, что светящиеся тела излучают мельчайшие частицы, которые движутся в согласии с законами механики и, попадая в глаз, вызывают ощущение света.

Христиан Гюйгенс объяснил оптические явления на основе волновой теории, сравнив распространение света с движением волн на поверхности воды или звуковых волн в воздухе. Согласно теории свет распространялся в виде колебаний светоносного эфира (упругой среды, заполняющей все пространство): каждая отдельная точка эфира колеблется в вертикальном направлении, а колебания всех точек создают картину волны, которая перемещается в пространстве от одного момента времени к другому. Главным аргументом в пользу своей теории Гюйгенс считал тот факт, что два луча света, пересекаясь, пронизывают друг друга без каких-либо помех в точности, как два ряда волн на воде. Исходя из волновой теории, Гюйгенс успешно объяснил отражение и преломление света.

Существовало одно важное возражение против волновой теории. Волны обтекают препятствия, а луч света, распространяясь по прямой, обтекать препятствия не может. Опыты, проведенные Ф.М. Гримальди, позволили снять это возражение. Если на пути луча света поместить непрозрачное тело с резкой гранью, то его тень будет иметь резкую границу. При использовании увеличительных линз обнаружилось, что на границах резких теней можно видеть слабые участки освещенности в форме перемежающихся светлых и темных полосок или ореолов. Это явление было названо дифракцией света. Благодаря открытию дифракции Гюйгенс ревностно отстаивал волновую теорию света, но авторитет Ньютона был настолько высок, что корпускулярная теория воспринималась безоговорочно, даже несмотря на то, что она не могла объяснить явление дифракции.

Волновая теория света была вновь выдвинута в начале XIX в. английским физиком Томасом Юнгом и французским естествоиспытателем Опое геном Жаном Френелем.Я?иг дал объяснение явлению интерференции, т.е. появлению темных полосок при наложении света на свет. Суть ее можно описать с помощью парадоксального утверждения: свет,

добавленный к свету, не обязательно дает более сильный свет, но может давать более слабый и даже темноту. Причина этого заключается в том, что согласно волновой теории, свет представляет собой не поток материальных частиц, а колебания упругой среды, или волновое движение. При наложении друг на друга цепочек волн в противоположных фазах, где гребень одной волны совмещается со впадиной другой, они уничтожают друг друга, в результате чего появляются темные полосы.

Итак, явления интерференции и дифракции света были объяснены волновой теорией и не поддавались объяснению на основе механической корпускулярной теории света.

Характеристики

Список файлов лекций