Reklama

Этапы развития естествознания.

1) Донаучный или философский этап. От античности до 16-17 веков. Наука в современном понимании этого слова, зародилось в Древней Греции. Древнегреческую науку можно поделить на 2 научных направления: 1) Идеалистическое. Ярчайшим представителем этого направления является Платон (428-348 гг. до н.э.). По Платону материя состоит из огня, воздуха, воды, земли. Платоновскому течению относится школа Пифагора, расцвет которой датируется 6 веком до н.э. По Пифагору число есть суть всех вещей. Любое явление природы, любое слово можно свести к определенному натуральному числу. По мнению Платону, материальный мир бытия есть отражение мира идей человека. А раз так, то Платоновская и Пифагорейская школы относятся к идеалистической идее. Аристарх Саморский (4-3 век до н.э.). Аристарх – идея гелиоцентризма. 1,6 считалось магическим числом в Пифагорейской школе. 2) Материалистическое. Представлено школами Демокрита (360-370 годы до н.э.) и Аристотеля (384-322 годы до н.э.). Демокрит считается основоположником атомистического учения. Атом далее не делим.

Суть учений Демокрита сводятся к тому, что не существует ничего кроме атомов и пустого пространства. Атомы бесконечны по числу и разнообразны по форме. Из «ничего» не происходит ничего. Ничто не совершается случайно, а только по какому-либо основанию и в связи с необходимостью. Различия между вещами происходят от различия их атомов в числе, величине, форме. Эпикур (341-270 годы до н.э.) попытался на основе атомистического учения Демокрита объяснить все психические и естественные и социальные явления. Аристотель был наставником Александра Македонского, поэтому он спонсировал школу Аристотеля. Аристотель – выдающийся ученый своего времени. Основные работы: «физика», «метафизика», «о небе», «о животных». Дягилев «КСЕ» хороший учебник. Работа «о небе» выдвигается 2 веских доказательства в пользу шарообразности Земли: 1) Аристотель догадался, что лунное затмения происходят тогда, когда земля оказывается между луной и солнцем. Земля всегда отбрасывает на луну круглую тень, значит земля имеет форму шара. 2) Из опыта своих путешествий Греки знали, что полярная звезда в северных широтах выше, чем Южная, поэтому это говорит о том, что Земля имеет форму шара. В работе физика Аристотель высказывает предположение о том, что прямолинейное и равномерное видение, равно как и покой, не могут существовать без влияния сил извне. Эти высказывания сформировали представления о земле. Платон не принимал атомистическую теорию Демокрита.

Учения Эвклида, Архимеда (прочитать учебник Волосовского по «основы естествознания»).

Остановимся на работе Клавдия Птолемей (100-165 годы н.э.).

Основная работа: «Великое математическое построение» или «Альмагест». Основные положения геоцентризма из этих книг: 1) Земля неподвижна и находится в центре мира. 2) Все планеты и солнце движутся вокруг земли. Имеют форму круга. 3) Движения планет по своим орбитам равномерно. Планеты располагались так: Земля, Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн и завершается неподвижной хрустальной сферой звезд. Большие круги деферент. А еще были малые круги эпициклы, то есть планеты двигались по спиральной форме. Порядка 2 тыс. лет в основу картины мира выдвигался: Причины долгожительства Геоцентризма: 1) Коррелируют с религиозными догмами. 2) Имеют мощную предсказательную силу, а именно, на основании расчетов Клавдия Птолемея вычислялись географические координаты объектов материального мира. Последний раз теория Птолемея послужила человечеству в 1475 году, когда немецкий математик Регигамонтан, выпускает математические таблицы, который вычислил положение Солнца и планет на 32 года вперед. Таблицы назывались «Эфемериды». Те карты, которые были построены на основании геоцентризма, гораздо точнее, чем те, которые были построены с помощью спутника. 3) В основу своих расчетов Птолемей положил математический метод, который получил название гармонический анализ (вычисление функций с любой степенью точности).

2) Научный этап развития естествознания. Начинается с выхода в свет работы Николая Коперника (1473-1543). Коперник имел блестящее образование в Итальянских школах. Выходит его книга «о вращении небесных тел». В этой работе были приведены 3 основных положения, которые были положены в основу теории Гелиоцентризма. В центре мира находится неподвижное солнце. Все планеты движутся вокруг солнца. Движения планет по своим орбитам равномерны. Картина мира, которая была представлена в этой работе, представляла собой следующее: В центре мира солнце. Затем меркурий, затем Венера, Земля с луной, Марс, Юпитер, Сатурн и завешает все мироздание неподвижная небесная сфера из звезд. Он не избавился от деферентов и эпициклов. Осталась хрустальная сфера звезд. Поэтому её именуют квазигелиоцентрической. Благодаря тому, что работа не была запрещена, она получила много последователей. Одним из таких последователей был Галилео Галилей (1564-1642). Его положения: 1) Позиционируется основоположником экспериментального естествознания. Коперник изобрел телескоп, а именно трубу, с увеличением в 30 раз, направил на солнце и луну. 2) Вывел революционный вывод: земное и небесное имеют единую природы происхождения. А это серьезный удар по религии. Закон инерции был сформулирован. 3) Закон механического принципа относительности. Смотри методическое пособие.

Иоганн Кеплер (1571-1630). Знаменит тем, что сформулировал закона движения планет. Первый закон Кеплера звучит: 1) Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. 2) Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причем площадь сектора орбиты, описанного радиусом вектора планеты пропорционально времени обращения. В разных точках орбиты планеты двигаются с разной скоростью. Чем ближе к Солнцу, тем быстрее двигаются планеты, чем дальше, тем медленнее.

Исаак Ньютон (1643-1727). Ньютон наряду с Лейбницем открывают дифференциальное и интегральное отчисления. Его работа: «Математические начала натуральной философии». Работа вышла в свет 1687 году. Работа делится на 3 большие части: 1) Ньютон приводит 3 закона движения. 1 закон: Всякое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного движения до тех пор, пока действующие на него силы не изменяет его состояние. 2 закон: произведение силы прямо пропорционально произведение массы тела на его ускорение. Ускорение и сила – векторные. 3 закон: Действие всегда сопровождает равное по величине и противоположное по направлению противодействие. Этот закон работает независимо от сложности системы и от уровня организации. 2) Посвящена закону всемирного тяготения, а именно, Ньютон вывел математическое выражение закона Всемирного тяготения. Сила, действующая на Земля (формула Ньютона). 3) Ньютон излагает общую систему мира. В этой части излагает новую систему мира: 1) Теория сжатие Земли у полюсов. Исходя из законов Всемирного тяготения, он выводит данное положение. С 1735 и 1744 годы были измерены дуги земного экватора. Затем, путем простого сравнительного анализа понимают, что Земля у полюсов сжата. Отсюда следует что верной казалось теория Ньютона, значит закон верно отражает реальную действительность. 2) теория приливов и отливов. 3) Теория движения комет. Второй успех закона Всемирного тяготения заключается в том, что Алексий Клеро вывел время расчет возвращения кометы Галлея. Датировано это 4 апреля 1759 года. Ошибся всего на 19 дней. 4) Теория возмущения в движениях планет. Ж. Ливере предсказал существование еще одной планеты в солнечной системе – планеты Нептун. Он это вычисли на основании возмущений на планете Уран. 23 сентября 1846 года была обнаружена планета Нептун. 3 часть работы Ньютона посвящена мировоззрению и методологии исследования. Новый взгляд базировался на: 1) Не должно приниматься иных причин в природе, сверх тех, которые истины и достаточны для объяснения явлений. 2) Одинаковым явлениям необходимо приписывать одинаковые причины. 3) Независимые и неизменные свойства при экспериментах свойства тел, по Ньютону можно принимать за общие свойства материальных тел. 4) Законы, индуктивно найденные из опыта нужно считать верными, пока им не противоречат другие наблюдения.

Это правила, которые положены гипотетико-дедуктивного метода. Отец этого метода Исаак Ньютон.

Механистическая картина мира (МКМ). Её основные понятия, законы и принципы.

Представление о материи. Описывается в рамках теории Демокрита (атомистической). Представление о пространстве. По Ньютону пространство трехмерно, описывается законами геометрии Евклида. Существует физическое пространство и абсолютное. Абсолютное пространство – это пустое вместилище физических тел. Понятие время. По Ньютону также существует физическое время, измеряющееся в Ньютон часах и существует абсолютное время (время, называется длительностью, равномерное течение, равномерное время, которое не зависит от пространства и материи). Свойства пространства – пространство трехмерно. Непрерывно, бесконечно, однородно и изотопно (выписать понятие все этих понятий). Представление о движении: В рамках механистической теории мира описывается 3 законами Ньютона и законом Всемирного тяготения. Любое сложное движение можно представить как сумму простых. Понятие взаимодействия – это механизм, способ передачи действия, в рамка МКМ. Взаимодействие описывается в рамках теории дальнодействия.
то представление, по которому действие передается мгновенно через пустоту на любое расстояние. Концепция познаваемости мира. У Ньютона существует концепция «абсолютной истины». Знание об объекте не зависит от свойств познающего субъекта. Рождение науки об электричестве. Поэтому смотрим основные ключи:

Парадигмальной картиной мира является МКМ. Начало 19 столетия ознаменовалось открытиями в области электричества и магнетизма: Ханс Крестьян Эрстед, датский физик, 1820 года, открывает магнитную теорию проводников с током. Показывает, что силовые линии магнитного поля замкнуты. Направления силовых линий определяется по правилу «винта». Он также вводит понятие «напряженность» магнитного поля. Определяется Н. Андре Альпьер, математик, химик, ввел понятие «электродинамика». Теория электромагнитных явлений, выведенных непосредственно из тока. Создал теорию магнетизма на основе гипотезы молекулярных токов. 1826 год, ученый Симон Ом, который открывает «закон Ома». Сила тока = напряжение, деленное на сопротивление. Следующий этап – 1841 год, независимо друг от друга Джеймс Джоуль и Х. Ленц открывают следующие закономерности – Закон Джоуля-Ленца, который связывает теплоту проводника, при прохождении электрического тока, прямо пропорционально силе тока и времени пропускания. 1821 год Майкл Фарадей перед собой, как перед естествоиспытателем, ставит задачу превратить магнетизм в электричество. На решение этой проблемы потребовалось 10 лет. Он открывает закон электромагнитной индукции, суть которого сводится к следующему, возникновение тока в проводнике вблизи движущегося магнита. В 1832 году Фарадей запатентовал за собой открытие электромагнитных волн.

Следующий Джеймс Максвелл 1831-1879 годы. Знаменит тем, что создает теорию электромагнитного поля. Он вычислял, что электромагнитное поле должно иметь электромагнитные волны. Свет – это одна из разновидностей электромагнитных волн. Необходимо экспериментальное подтверждение существования электромагнитных волн в 1888 год, немецкий физик Генрих Герц впервые осуществил передачу электромагнитных волн большой длины. К конце 19 века физики выдвинули теорию, что материя существует 2 видов: 1) Дискретного вещества 2) Непрерывного поля. Различия между веществом полем.

Различия между веществом и полем сил: 1) Различают как корпускулярные, так волновые сущности. Вещество состоит из неделимых атомов и дискретно. Поле – энергия, непрерывно. 2) Различают по физическим характеристикам: Частицы вещества обладают массой покоя. Частицы поля не обладают массой покоя. 3) Различают по степени проницаемости. Вещество слабопроницаемо. Поле проницаемо полностью. 4) По скорости движения, распространения. Вещество движется со скоростями, значительно меньшими скорости света. Поле перемещается со скоростью света.

3) Теория относительности. Мост между механикой и электромагнетизмом. 1905 год – служащий Швейцарского патентного бюро, Альберт Эйнштейн, выпускает работу: «К электродинамике движущихся тел». В этой работе было сформулировано 2 основных постулата СТО: 1) Все инерциальные системы отсчета эквивалентны друг другу в отношении постановки в них любых физических экспериментов (механических, электромагнитных, тепловых, оптических). 2) Скорость света в вакууме не зависит от движения источника или наблюдателя, одинакова во всех инерциальных системах отсчета и является максимальной скоростью передачи любого сигнала. Следствия из СТО: 1) Изменяется закон сложения скоростей, а именно, если в классической механике В = В1+В2, а в релятивистской механике следующий вид : (формула). Путешествует со скоростями близкими, к скорости света. 2) Влияние скорости движения объекта на массу тела. С увеличением скорости движения объекта, увеличивается его масса тела, в соответствии со следующим выражением. Формула. Чем больше скорость, тем больше масса. 3) Относительность промежутка времени. Время зависит от скорости движения систем. Чем вые скорость движения систем, тем медленнее течет время. Соотношение следующее: (формула). Эффект близнецов.

4) С увеличением скорости движение происходит замедление времени. 5) Взаимосвязь массы и энергии. Энергия есть мера массы. Е=МС в квадрате.

1916 год – теория, которая базируется на принципе эквивалентности. F=масса * на ускорение. Масса, в данной формуле, есть инертная масса. Инертная масса – это мера сопротивления тел любому сопротивления тела любому изменению состояния его движения. В закон всемирного тяготения входит гравитационная масса. Исходя из того, что в гравитационным поле все тела, независимо от их массы имеют одно ускорение (ускорение свободного падения). Следовательно, инертная масса равна не инертной, при наличии гравитационного поля. Гравитационное поле – эквивалентно не инерциальной системе отсчета.

Следствия из принципа эквивалентности:

1) Отклонение лучей светов (фотонов) в гравитационном поле. Иными словами, свет, испускаемый тяготеющей массой, должен испытывать «красное смещение» (это смещение в длинноволновую часть спектра). Смещения линий света называется «красным смещением».

Экспериментальное подтверждение данного вывода было получено в 1919 году, а именно 29 мая, в момент полного солнечного затмения, был измерен угол отклонения света в гравитационном поле Солнца сэром Артуром Эддингтоном. Оказалось, что разница составляет всего лишь несколько секунд, отсюда следует, что выводы общей теории относительности получили экспериментальное подтверждение. А значит, луч света, обладающий инертной массой (а значит и гравитационной), искривляется в поле тяготения. Отсюда вывод о том, что пространство, время, материя тесно связаны между собой. Из СТО следует, что пространство и время связаны между собой, то здесь добавляется еще и материя.

Свойства пространства времени, которые стали наделять:

  • 1) Пространство и время – объективны и реальны.
  • 2) Пространство 3-мерно.
  • 3) Время одномерно и течет только в одну сторону.
  • 4) Пространство однородно и изотопно, а время только однородно.

1919 году немецкий математик Э. Неттер устанавливает взаимосвязь между свойства пространства времени и основными законами сохранения физики.

Reklama