- •Учебно-методическое пособие
- •«Концепции современного естествознания»
- •1. Конспект лекций
- •2. Практические занятия………………………..………………………………108
- •1. Конспект лекций
- •1.1. Культура, ее формы. Место естествознания в культуре
- •1.2. Генезис и логика развития науки и научной методологии
- •2.1. Корпускулярная и континуальная концепции постижения природы
- •2.2. Ваимодействие: близкодействие, дальнодействие
- •2.3. Структурные уровни организации природы
- •2.4. Элементарные частицы и связи в веществах
- •2.5. Принципы неопределенности, суперпозиции
- •3.1. Развитие взглядов на пространство и время в естествознании
- •3.2. Единство и многообразие свойств пространства и времени
- •3.3. Пространство и время в специальной и общей теории относительности
- •4.1. Симметрия: понятие, формы и свойства
- •4.2. Закон сохранения энергии
- •4.3. Динамические и статистические закономерности в природе
- •4.4. Системная организация мегамира
- •5.1. Развитие учения о составе вещества
- •5.2. Развитие учения о структуре молекул и химических процессах
- •5.3. Реакционная способность веществ и химическая кинетика
- •5.4. Развитие представлений об эволюционной химии
- •6.1. Структура Земли
- •6.2. Литосфера как абиотическая основа жизни
- •7.1. Особенности биологического уровня организации природы
- •7.2. Развитие биологии в дарвинский период
- •7.3. Уровни организации живой природы
- •7.4. Свойства живых систем
- •7.5. Гипотезы происхождения жизни на Земле
- •8.1. Клеточная теория живого
- •8.2. Основные генетические процессы биосинтеза белка
- •8.3. Генная инженерия и клонирование
- •8.4. Биоэтика
- •9.1. Человек как единство биологического и социального
- •9.2. Эмоции, творчество, работоспособность
- •9.3. Человек, организм, личность
- •9.4. Человек как креативный субъект
- •10.1. Биосфера и ее структура
- •10.2. Принципы эволюции и воспроизводства и развития живых систем
- •10.3. Биосфера и космические циклы
- •10.4. Ноосфера
- •11.1. Самоорганизация в неживой природе
- •11.2. Самоорганизация в живой природе
- •11.3. Принципы универсального эволюционизма
- •11.4. Структурность и целостность в природе
- •11.5. Принципы целостности современного естествознания
- •12.1. Методология постижения открытого мира
- •12.2. Принципы синергетики и синергетическая среда
- •12.3. Формирование инновационной культуры
- •2. Практические занятия
- •Тема 1. Естественно-научная и гуманитарная формы культуры
- •Тема 2. Физические концепции постижения природы в микро, макро и мегамирах
- •Тема 3. Принципы сохранения, целостности в природе
- •Тема 4. Химические и геологические концепции природы
- •Тема 5. Биологические концепции постижения природы
- •Тема 6. Человек – единство биологической и социальной сущностей
- •Тема 7. Самоорганизация природы и универсальный эволюционизм
- •Перечень тем творческих реферативных работ [1-3]
3.3. Пространство и время в специальной и общей теории относительности
Принцип относительности, впервые установленный Г. Галилеем и сформулированный в механике И. Ньютоном, сыграл важную роль в естествознании, соединив физику с математикой. Лишь после этого в естествознание на смену наблюдений стали приходить аналитические методы. Для понимания принципа относительности необходимо ввести понятие системы отсчета или координат.
Из преобразований Галилея следует, что при переходе от одной инерциальной системы к другой такие величины, как координаты тела, скорость, импульс, кинетическая энергия, изменяются. А такие величины, как время, масса, ускорение, сила и, следовательно, все законы Ньютона, при подобных преобразованиях остаются неизменными, т.е. инвариантными.
Анализ принципа относительности Галилея привел А. Эйнштейна к выводу двух постулатов, которые легли в основу специальной теории относительности.
Принцип относительности: «В любой инерциальной системе все физические законы описываются одинаковым образом».
Принцип постоянства скорости света: «Во всех инерциальных системах скорость света с одинакова и равна 108 м/с».
Первый принцип распространяет принцип относительности Галилея на законы электродинамики.
Второй принцип основан на установленном экспериментальном факте постоянства скорости света независимо от характера относительного движения источника и приемника света, полученного из опыта Майкельсона – Морли.
Специальная теория относительности А. Эйнштейна привела к необходимости пересмотра всех фундаментальных понятий естествознания – пространства и времени, материи и движения. Оказалось, что с увеличением относительной скорости уменьшаются линейные размеры тел вдоль направления движения и увеличивается масса.
Независимость скорости света ни от направления распространения, ни от скорости источника ставит точку в спорах относительно существования «мирового эфира», возмущениями которого являются электромагнитные волны. Таким образом, инвариантность скорости света является существенным подтверждением принципа относительности. Установлена новая фундаментальная связь между энергией и массой материальных тел, выражающаяся соотношением Е = тс2.
Из специальной теории относительности следует, что время, линейные размеры и масса тел являются относительными. Их величина зависит от того, в какой инерциальной системе координат мы их рассматриваем. Время в разных системах отсчета течет по-разному, а это значит, что промежуток времени между какими-либо двумя событиями зависит от выбора системы координат и, следовательно, события, одновременные в одной инерциальной системе координат, будут не одновременными в других системах отсчета.
Из общей теории относительности был получен ряд важных научных выводов:
свойства пространства-времени зависят от движущейся материи, от массы (вблизи тел, обладающих значительной массой, пространство-время искривляется), так что в гравитационном поле распределенных масс пространство становится неевклидовым, а ход времени вблизи тел замедляется;
луч света должен искривляться в поле тяготения;
частота света в результате действия поля тяготения должна изменяться. В результате этого эффекта линии солнечного света под действием гравитационного поля Солнца должны смещаться в сторону красного спектра по сравнению со спектрами соответствующих земных источников.
Подтверждение общей теории относительности получено при отклонении луча света в гравитационном поле Солнца, которое было обнаружено во время солнечного затмения 29 мая 1919 г. Красное смещение в спектрах небесных тел также было обнаружено в 1923– 1926 гг. при изучении Солнца, а в 1925 г. – при наблюдении спектра спутника Сириуса. Экспериментальное подтверждение выводов общей теории относительности явилось ее триумфом. Она произвела переворот в космологии. На ее основе появились различные модели Вселенной.
Лекция 4. Принципы симметрии и законы сохранения в микро-, макро- и мегамирах