Учебно-методический комплекс дисциплины дн(М)Ф. 7 Физическая картина мира основная образовательная программа подготовки бакалавра по направлению
Скачать 1.49 Mb.
|
| ТЕМА 2. Физическая картина мира План: 1. Корпускулярная и континуальная концепция описания природы. 2. Хаос и порядок. 3. Структурные уровни организации материи. 4. Пространство и время. 5. Принцип относительности. Теория относительности. 1. Корпускулярная и континуальная концепция описания природы Одним из наиболее важных, и существенных вопросов как философии, так и естествознания является проблема материи. Представления о строении материи находят свое выражение в борьбе двух концепций: прерывности (дискретности) — корпускулярная концепция, и непрерывности (континуальности) — континуальная концепция. С ними тесно связаны проблемы взаимодействия материальных объектов, которые проявлялись как концепция дальнодействия (передача действия без физической среды) и концепция близкодействия (передача действия от точки к точке). Концепция прерывности была создана И. Ньютоном. Подход Ньютона определил исходное положение атомизма, который основывался на признании дальнодействующих сил. АТОМИЗМ ДРЕВНОСТИ Атомизм, основу которого представляла проблема материи: • упоминается в учении о частицах, созданном Анаксагором в V в. до н. э. • нашел свое отражение в трудах видных представителей атомизма древности Демокрита и Левкиппа. Из вихря атомов, по Демокриту, образуются как отдельные тела, так и бесчисленные миры; • последователями этих учений были Эпикур и Лукреций. Древнегреческий поэт и философ Лукреций, популяризатор учения Эпикура, создал дидактическую поэму «О природе вещей», — единственное полностью сохранившееся систематическое изложение материалистической философии древности. Философия Эпикура явилась высшим этапом развития атомистического материализма и завершением материалистических воззрений древнегреческой философии. Общая тенденция атомистики выражалась в стремлении свести все многообразие свойств материальных объектов к ограниченному числу исходных объективных свойств и закономерностей элементарных материальных частиц. Основополагающими признаками атомистики явились: • неизменность атомов (т.е. несотворимость и неуничтожимость материи); • противопоставление атомов пустому пространству (признание объективности пространства и движения). МЕХАНИСТИЧЕСКИЙ АТОМИЗМ Классическая механика XVII—XVIII вв. явилась дальнейшей разработкой атомистики. И. Ньютон в 1672— 1676гг. распространил атомистику на световые явления и создал корпускулярную теорию света. Свет он считал потоком корпускул (частиц), однако на разных этапах рассматривал и возможность существования волновых свойств света, в частности, в 1675 г. предпринял попытку создать компромиссную корпускулярно-волновую природу света. По своему мировоззрению И. Ньютон был вторым после Р. Декарта великим представителем механистического материализма в естествознании XVII—XVIII вв. Р. Декарт (см. ТЕМУ 1.3.1.9) стремился построить общую картину природы, в которой все явления природы объяснялись как результат движения больших и малых частиц, образованных из единой материи. Недостатки механистической атомистики: • отсутствие достоверного экспериментального материала; • не являлась достаточно обоснованной естественнонаучной теорией; •атомы рассматривались как частицы, лишенные возможности превращения; • единственной формой движения принималось механическое движение; •стремилась все явления природы рассматривать как модификацию механического движения. СОКРУШИТЕЛЬНЫЙ УДАР ПО ПРИНЦИПАМ МЕХАНИЦИЗМА Сокрушительный удар по принципам механицизма был нанесен открытиями XIX—XX вв.:
ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ БОЛЕЕ ВЫСОКОГО УРОВНЯ РАЗВИТИЯ АТОМИЗМА. Противоречия между существовавшими представлениями классической физики и экспериментальными данными, полученными Э. Резерфордом, были решены в 1913 г. датским ученым Н. Бором, который сделал вывод о необходимости принятия принципиально новой теории — квантовой — для построения модели атома. Применимость квантовых представлений и разработка квантовой теории Н. Бором создали возможность систематизировать и объяснить огромный экспериментальный материал. Постулаты Бора правильно отражали закономерности движения частиц и давали возможность подойти к раскрытию внутренних процессов атома. Однако у теории Бора были недостатки:
Это не означает, что отжившая теория теряет всякую научную ценность. Возникшая новая теория определяет границы применимости старой теории, т.е. указывает рамки ее применимости, использования и получения значительного научного эффекта. Все это относится к теории Бора, так как она создала предпосылки для создания нового, более высокого уровня развития атомизма — квантовой теории атомных процессов. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМА. Квантовая теория строения атома — это определенный раздел квантовой механики, объясняющий разнообразие свойств мельчайших частиц вещества. Основоположники ее — австрийский физик-теоретик Э. Шредингер, французский физик Л. де Бройль и немецкий физик-теоретик В. Гейзенберг — показали наличие у микрочастиц ряда новых особенностей, которые определяли характер современного атомизма: • корпускулярно-волновой природы элементарных частиц; • то, что волновые характеристики — это различные проявления единого материального образования. Исследования Луи де Бройля показали, что квантово-механическая природа есть у всех видов материи. Классическая механика исключала возможность дифракции электрона, протона, нейтрона, а экспериментальные данные подтвердили гипотезу де Бройля и определили новый подход к пониманию процессов микромира. Совершенно новыми оказались и свойства объектов современной атомистики. Принятые в классической механике понятия, характеризующие положение частицы в пространстве и ее движение, теряют теперь всякий смысл. В классической физике траектория давала возможность описать путь, она могла быть представлена в виде линии. В современном атомизме частицы не имеют траектории: можно лишь указать область пространства, в котором имеется определенная вероятность обнаружить частицу. СУЩЕСТВЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ АТОМИЗМА XX в. К существенным особенностям атомизма XX в. можно отнести следующие: 1. Состояние частицы не может быть определено классическими понятиями. 2. Вводится волновая функция, дающая полное квантово-механическое описание физического состояния частицы. 3. Обнаруживается всеобщая взаимопревращаемость элементарных частиц, обоснованная огромным экспериментальным материалом, которая выражает взаимную связь и взаимопревращение объектов микромира и свидетельствует о качественном многообразии форм материи и их взаимообусловленности. Таким образом, открытие квантово-механических свойств привело к переосмыслению соотношения дискретности и непрерывности. КОНТИНУАЛЬНАЯ КОНЦЕПЦИЯ. Сложившиеся к началу XIX в. представления о строении материи были односторонними и не давали возможности объяснить ряд экспериментальных факторов. Разработанная М. Фарадеем и Дж. Максвеллом в XIX в. теория электромагнитного поля показала, что признанная концепция не может быть единственной для объяснения структуры материи. В своих работах М. Фарадей и Дж. Максвелл показали, что поле — это самостоятельная физическая реальность. Таким образом, в науке произошла определенная переоценка основополагающих принципов, в результате которой обоснованное И. Ньютоном дальнодействие заменялось близкодействием, а вместо представлений о дискретности выдвигалась идея непрерывности, получившая свое выражение в электромагнитных полях. Вся обстановка в науке в начале XX в. складывалась так, что представления о дискретности и непрерывности материи получили свое четкое выражение в двух видах материи: веществе и поле, различие между которыми явно фиксировалось на уровне явлений микромира. Однако дальнейшее развитие науки в 20-е гг. показало, что такое противопоставление является весьма условным. КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ. В 1900 г. М. Планк показал, что энергия излучения или поглощения электромагнитных волн не может иметь произвольные значения, а кратна энергии кванта, т.е. волновой процесс приобретает окраску дискретности. Идея Планка о дискретной природе света получили свое подтверждение в области фотоэффекта. Де Бройль открыл примерно в это же время у частиц волновые свойства (дифракция электрона). Таким образом, частицы неотделимы от создаваемых ими полей, и каждое поле вносит свой вклад в структуру частиц, обуславливая их свойства. В этой неразрывной связи частиц и полей можно видеть одно из наиболее важных проявлений единства прерывности и непрерывности в структуре материи. Для характеристики прерывного и непрерывного в структуре материи следует также упомянуть единство корпускулярных и волновых свойств всех частиц и фотонов. Единство корпускулярных и волновых свойств материальных объектов представляет собой одно из фундаментальных противоречий современной физики и конкретизируется в процессе дальнейшего познания микроявлений. Изучение процессов макромира показали, что прерывность и непрерывность существуют в виде единого взаимосвязанного процесса. При определенных условиях макромира микрообъект может трансформироваться в частицу или поле и проявлять соответствующие им свойства. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ. В соответствии с достижениями квантовой физики основополагающим понятием современного атомизма является понятие элементарной частицы, но им присущи такие свойства, которые не имели ничего общего с атомизмом древности. Развитие физики микромира показало неисчерпаемость свойств элементарных частиц и их взаимодействий. Все частицы, имеющие достаточно большую энергию, способны к взаимопревращениям, но при соблюдении ряда законов сохранения. Число известных элементарных частиц постоянно растет и превышает уже 300 разновидностей, включая неустойчивые резонансные состояния. Важнейшим свойством частицы является ее масса покоя. По этому свойству частицы делятся на 4 группы: 1. Легкие частицы — лептоны (фотон, электрон, позитрон). Фотоны не имеют массы покоя. 2. Частицы средней массы — мезоны (мю-мезон, пи-мезон). 3. Тяжелые частицы — барионы. К ним относятся нуклоны — составные части ядра: протоны и нейтроны. Протон — самый легкий барион. 4. Сверхтяжелые — гипероны. Устойчивых разновидностей немного: • фотоны (кванты электромагнитного излучения); • гравитоны (гипотетические кванты гравитационного поля); - т электроны; • позитроны (античастицы электронов); • протоны и антипротоны; • нейтроны; • нейтрино — самая загадочная из всех элементарных частиц. Нейтрино было открыто в 1956 г., тогда как название его было дано в 1933 г. Э. Ферми, а гипотезу о его существовании высказал в 1930 г. швейцарский физик В. Паули. Нейтрино играет большую роль в космических процессах во всей эволюции материи во Вселенной. Время их жизни практически бесконечно. По подсчетам ученых, нейтрино уносят значительную долю излучаемой звездами энергии. Наше Солнце теряет за счет излучения нейтрино примерно 7% энергии, на каждый квадратный сантиметр Земли перпендикулярно солнечным лучам ежесекундно падает примерно 300 миллионов нейтрино. Однако они не регистрируются нашими органами чувств и приборами ввиду их слабого взаимодействия с веществом. Дальнейшая судьба этого излучения неизвестна, но, очевидно, нейтрино должно вновь включиться в круговорот материи в природе. Скорость распространения нейтрино равна скорости света в вакууме. Особенностью элементарных частиц является то, что большинство из них могут возникать при столкновении с другими частицами достаточно высокой энергии: протон большой энергии превращается в нейтрон с испусканием пи-мезона. При этом элементарные частицы распадаются на другие: нейтрон — на электрон, протон и антинейтрино, а нейтральный пи-мезон — на два фотона. Пи-мезоны, таким образом, являются квантами ядерного поля, объединяющими нуклоны и ядра. В ходе развития науки открываются все новые свойства элементарных частиц. Взаимная обусловленность свойств частиц свидетельствует о сложной их природе, наличии многогранных связей и отношений. В зависимости от специфики элементарной частицы может появиться тот или иной вид взаимодействия: сильное, электромагнитное, слабое. Сильное взаимодействие обуславливается ядерными силами, оно обеспечивает устойчивость атомных ядер. Электромагнитные взаимодействия, слабые взаимодействия — в процессах распада нейтронов, радиоактивных ядер и предполагают участие в этих взаимодействиях нейтрино. Слабые взаимодействия в 10'°—1012 раз слабее сильных. Этот вид взаимодействий в настоящее время достаточно хорошо изучен. У большинства элементарных частиц есть античастицы, отличающиеся противоположными знаками электрических зарядов и магнитных моментов: антипротоны, антинейтроны и т.д. Из античастиц могут быть образованы устойчивые атомные ядра и антивещество, подчиняющееся тем же законам движения, что и обычное вещество. В больших количествах антивещество в космосе не обнаружено, поэтому существование «антимира», т.е. галактик из антивещества является проблематичным. Таким образом, с каждым новым открытием строение микромира уточняется и оказывается все более сложным. Чем глубже мы уходим в него, тем больше новых свойств обнаруживает наука. Обобщения. 1. Наука идет по пути дальнейшего познавания все новых свойств неисчерпаемости материального мира. 2. Современный атомизм обогащает и конкретизирует такие основные категории, как единство мира, неисчерпаемость материи, всеобщая взаимосвязь и взаимодействие материальных объектов и т.п. 2. Хаос и порядок. С точки зрения нашей современной науки, да и с точки зрения здравого смысла, мир вообще не может приниматься вне содержащихся в нем закономерностей. Но если бы все сводилось только к закономерностям, мир перестал бы быть миром и превратился в математические уравнения. Этимология понятия «хаос». Хаос в переводе с греческого (chaos) означает бесформенное состояние мира, бесконечное пространство, неупорядоченную перволотенцию мира. Хаос — понятие, происходящее от греческого «зев», «зияние», разверстое пространство. Как первичное бесформенное состояние материи и первопотенция мира, хаос, разверзаясь, извергает из себя ряды животворно оформленных элементов. В досократовской философии хаос — это начало всякого бытия. Ферекид отождествлял хаос с водой как первопотенцией. Это начало и конец бытия, принцип универсального порождения и всевмещающего поглощения. В трактовке хаоса присутствует интуиция воды. Фалес считал, что мир возник из воды (принятием такого взгляда можно объяснить значение воды в жизни). Ферекид воду также называет хаосом, заимствовав это у Гесиода, который считал, что, прежде всего, возник хаос. Можно предположить, что отождествление хаоса с водяной стихией — это результат соединения с первообразом Океана, который является прародителем всего у Гомера. Впечатляет первое историческое описание хаоса — сказание о Всемирном потопе. Воды хлынули из-под земли, вздувшись до горных вершин. Разрушительный ливень, буря, смерч, гроза, т.е. великая катастрофа, уничтожившая почти весь человеческий род. История эта очень широко распространена по всему миру. Хаос Гесиода — это некое вместилище мира, мировое пространство, которое ассоциируется с образом зияющей темной «бездны», «зияющим разрывом». Древнегреческое слово хаос происходит от глагола «хайно», что означает «раскрываюсь», «разверзаюсь». Хаос Гесиода — это безначальное, всеобнимающее и порождающее начало. Его поддерживал и Аристотель. |
Похожие:
 | Учебно-методический комплекс дисциплины сд(М). Ф. 3 «страноведение... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Учебно-методический комплекс дисциплины дн(М). Р. 4 Практикум по... Д. В. Агапова, к п н., доцент кафедры английского языка и английской филологии мггу |
| Учебно-методический комплекс учебной дисциплины дн(М). В 1 «история... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования |  | Методические рекомендации по изучению дисциплины «Основы социологии»... Основная образовательная программа подготовки бакалавра по направлению подготовки бакалавра |
| Учебно-методический комплекс дисциплины ен. Ф. 5 Биология основная... Целью изучения дисциплины является ознакомление студентов с многообразием органического мира, особенностями строения и жизнедеятельности... | | Учебно-методический комплекс дисциплины гсэ. В 1 Семьеведение Основная... Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности «050720 Физическая культура» |
| Учебно-методический комплекс дисциплины дн(М). В 1 литература и театр... Автор программы: Иванова Л. Л., кандидат филологических наук, доцент кафедры рялимп мггу | | Учебно-методический комплекс дисциплины дн(М). В 1 Тренинг педагогического... Для профессии педагога коммуникативная компетентность является ведущей профессиональной характеристикой, от которой зависят персональный... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины фтд. 1 Основы кинезиологии... Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности (специальностям) | | Учебно-методический комплекс дисциплины (гсэ. Ф. 02 Физическая культура)... Основная образовательная программа подготовки специалиста по университетским специальностям |
| Основная образовательная программа высшего профессионального образования... Основная образовательная программа (ооп) бакалавриата, реализуемая вузом по направлению подготовки 050100. 62 «Педагогическое образование»... | | Учебно-методический комплекс дисциплины сд. 08; Сд. Ф. 08 Биомеханика... Знание основ данной дисциплины является необходимым для студентов, обучающихся по специальности 050720 «Физическая культура» |
| Учебно-методический комплекс дисциплины по направлению подготовки... Учебно-методический комплекс дисциплины (умкд) «Основы экономических учений» состоит из следующих элементов | | Учебно-методический комплекс дисциплины по направлению подготовки... Учебно-методический комплекс дисциплины (умкд) «Основы экономических учений» состоит из следующих элементов |
| Учебно-методический комплекс дисциплины дпп. Ф. 3, Сд. Ф. 3 Психология... Программа предназначена для студентов, обучающихся по специальности «Физическая культура» | | Методические рекомендации по изучению дисциплины сд. М. Ф3 Физическая... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
