- •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]
2.4. Элементарные частицы и связи в веществах
Получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрочастицу, неизбежно связано с потерей информации о других величинах, дополнительных к первым. Это утверждение, впервые сформулированное датским физиком Н. Бором, называется принципом дополнительности. Бор объяснял этот принцип влиянием измерительного прибора, который всегда является макроскопическим прибором, на состояние микрообъекта. Однако с позиций современной квантовой теории состояния, в которых взаимно дополнительные величины имели бы одновременно точно определенные значения, принципиально невозможны. Принцип дополнительности отражает объективные свойства квантовых систем, не связанные с существованием наблюдателя, а роль измерительного прибора заключается в «приготовлении» некоторого состояния системы.
Любая новая теория, претендующая на более глубокое описание физической реальности и на более широкую область применения, чем старая, должна включать предыдущую как предельный случай. Так релятивистская механика (специальная теория относительности) в пределе малых скоростей переходит в ньютоновскую.
В квантовой механике принцип соответствия требует совпадения ее физических следствий в предельном случае с результатами классической теории. В принципе соответствия проявляется тот факт, что квантовые эффекты существенны лишь при рассмотрении микрообъектов, когда величины действия сравнимы с постоянной Планка.
Физика элементарных частиц базируется на понятии о фундаментальных взаимодействиях – гравитационном, электромагнитном, сильном и слабом.
Электромагнитное взаимодействие обусловлено обменом фотонами, которые изучены лучше остальных бозонов. Источник фотонов – электрический заряд. Гравитационное взаимодействие связано с пока гипотетическими частицами – гравитонами. Нейтральный (Z0) и заряженные (W+, W~) бозоны являются переносчиками слабого взаимодействия между электронами, протонами, нейтронами и нейтрино.
Переносчиками сильного взаимодействия являются глюоны. Они как бы склеивают кварки в адронах. Источники глюонов – так называемые цветовые заряды. Они не имеют никакого отношения к обычным цветам и названы так для удобства описания. Каждый из шести «ароматов» кварков существует в трех цветовых разновидностях: желтой, синей или красной (ж, с, к соответственно). Антикварки тоже несут «цветовые» антизаряды. Важно подчеркнуть, что три заряда и три антизаряда совершенно не зависят от «ароматов» кварков. Таким образом, в настоящее время полное число кварков и антикварков (с учетом трех «цветов» и шести «ароматов») достигло 36. Кроме того, имеется еще девять глюонов. Глюоны, как и кварки, не наблюдаются в свободном состоянии.
Квантовая механика позволила решить очень важный вопрос о расположении электронов в атоме и установить зависимость свойств элементов от строения электронных оболочек. В настоящее время разработаны схемы строения атомов всех химических элементов по периодическому закону Д. И. Менделеева.
В соответствии с принципом Паули все электроны в атоме отличаются друг от друга хотя бы одним квантовым числом. В атоме нет двух электронов, у которых все квантовые числа одинаковы, в соответствии с указанными допущениями построены упрощенные схемы строения атомов для первых трех периодов таблицы Д. И. Менделеева. Несмотря на условность и простоту этих схем, они достаточны для объяснения важнейших свойств элементов и их соединений. Однако природа сил, обусловливающих связь между атомами в молекулах, долгое время оставалась неизвестной. Только с развитием учения о строении атома появились теории, объясняющие причину различной валентности элементов и механизм образования химических соединений на основе электронных представлений. Все эти теории основываются на существовании связи между химическими и электрическими явлениями.
Большая часть животного и растительного мира образована соединениями углерода (С) с водородом (Н) и некоторыми другими элементами, прежде всего азотом (N), кислородом (О), фосфором (Р) и серой (S). Эти соединения первоначально называли органическими в отличие от ионных (неорганических), так как по своему химическому составу все животные и растения почти на 98% состоят из указанных шести химических элементов.
Из совокупности разных молекул состоит все неживое и живое вещество природы – макротела. Количественные изменения при переходе от микрообъектов (атомов, молекул) к макротелам большой совокупности микросистем приводят к существенным качественным изменениям в их поведении, и следовательно, в описании этих объектов.
Вещество может находиться в четырех агрегатных состояниях: твердые тела, жидкости, газы, плазма. Все явления и процессы в макромире связаны с процессами сохранения и преобразования одних форм движения в другие на основе двух законов – закона сохранения и превращения энергии и закона возрастания энтропии.