10. Виды взаимодействий в природе. Фундаментальные взаимодействия – основа всех форм движения материи.

К настоящему времени известны четыре вида основных фундаментальных взаимодействий: гравитационное; электромагнитное; сильное; слабое.

Гравитационное взаимодействие характерно для всех материальных объектов вне зависимости от их природы. Она заключается во взаимном притяжении тел и определяется фундаментальным законом всемирного тяготения: между двумя точечными телами действует сила притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними.

Электромагнитное взаимодействие связано с электрическими и магнитными полями. Электрическое поле возникает при наличии электрических зарядов, а магнитное поле – при их движении. В природе существуют как положительные, так и отрицательные заряды. Электромагнитное взаимодействие описывается фундаментальными законами электростатики и электродинамики: законом Кулона, законом Ампера; наиболее общее описание дает теория Максвела, основанная на уравнениях связывающих электрическое и магнитное поля.

Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в ядре и определяет ядерные силы. Они возникают при обмене между нуклонами виртуальными частицами – мезонами.

Слабое взаимодействие описывает некоторые виды ядерных процессов. Оно короткодействующее и характеризуется все виды бета-превращений.

11. Материя, ее свойства. Уровни структурной организации материи. Их характеристика.

Определено, что предметом естествознания являются формы движения материи. Материя– это философские категории, которые определяют наиболее общие, универсальные понятия и свойства окружающего нас мира.

Философское понимание материи отражает объективную реальность мира, а естественнонаучные представления выражают его физические, химические, биологические и социальные свойства. Материя – это объективный мир в целом, а не то, из чего он состоит. Отдельные предметы, явления не состоят из материи, выступают конкретными видами ее существования, как, например, неживая, живая и социально организованная материя, элементарные частицы, клетки, живые организмы, производственные отношения и т.д.

Материя несотворима и не уничтожаема, она вечна во времени и бесконечном пространстве. В своих структурных проявлениях материя неразрывно связана с движением и способна к постоянному саморазвитию. Благодаря этим свойствам на определенных этапах развития при наличии благоприятных условий может возникать высшая форма материи, а именно – жизнь. Современной наукой установлены и особые невидимые формы материи, называемые полем (электро-магнитное). С точки зрения современной науки можно выделить три основные группы материи:

1. В системы неживой природы в качестве структурных уровней организации материи выделяют элементарные частицы, атомы, молекулы, поля, физический вакуум, макроскопические тела, планеты, звезды, космические системы различных масштабов и др.

2. В системе живой природы – это вся биосфера природы от микроорганизмов до человека, к структурным уровням организации материи относят системы доклеточного уровня – нуклеиновые кислоты и белки; клетки,многоклеточные организмы растительного и живого мира; надорганизменные структуры, включающие в себя виды, популяции и биоценозы.

3. Социально-организованные системы (человек и общество).

Первые две группы изучаются естественными науками.

В науке выделяются три уровня строения материи.

Макромир – мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, см, м, км, а время – в сек., мин., часах, годах.

Микромир – мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16, а время жизни – от бесконечности до 10-24 сек.

Мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет. микро, макро- и мегамиры теснейшим образом взаимосвязаны.

12. Механическая картина мира, ее основные характеристики. Вторая научная революция. Классическая концепция Ньютона.

Одной из первых возникла механистическая картина мира, поскольку изучение природы началось с анализа простой формы движения материи, а именно – механического перемещения тел в пространстве.

Формирование классической механики и основанной на ней механистической картины мира происходило по двум направлениям:

1) обобщение полученных ранее результатов и прежде всего законов движения свободно падающих тел, открытых Галилеем, а также законов движения планет, сформулированных Кеплером;

2) создание методов для количественного анализа механического движения в целом.

Ньютон создал свой вариант дифференциального и интегрального исчисления непосредственно для решения основных проблем механики: определения мгновенной скорости как производной от пути по времени движения и ускорения как производной от скорости по времени или второй производной от пути по времени. Благодаря этому ему удалось точно сформулировать основные законы динамики и закон всемирного тяготения.

Решающую роль в становлении механики сыграл экспериментальный метод, который обеспечил возможность проверять все догадки, предположения и гипотезы с помощью тщательно продуманных опытов.Вплоть до начала ХХ века в науке господствовало механистическое мировоззрение, физическая сущность которого заключается в том, что все явления природы можно объяснить движениями частиц и тел.

Классическая механика Ньютона объясняет множество физических явлений и процессов в земных и внеземных условиях, составляет основу для многих технических достижений в течение длительного времени.

Вторая глобальная научная революция – период от геоцентрической модели мира к гелиоцентрической. Это самый заметный признак смены научной картины мира. Общий смысл перемен в науке определяется формулой: становление классического естествознания. Классиками-первопроходцами признаны: Н.Коперник, Г.Галилей, И.Кеплер, Р.Декарт, И.Ньютон.

За исключением нескольких блестящих открытий, в период позднего средневековья научная мысль уступала в развитии технологическим изобретениям. Передовые идеи часто наталкивались на ожесточенное сопротивление. В частности, новые теории противоречили религиозным догмам в объяснении природных явлений, подвергались сомнению, которое считалось недопустимым.

До 16 в. преобладал взгляд на Вселенную, основанный на теориях Аристотеля и развившего их греческого астронома Птолемея (2 век н.э.). Церковью было принято описание Птолемеем небесного свода. Согласно Птолемею Солнце, Луна и планеты вращаются вокруг неподвижной Земли. Когда же, производя астрономические наблюдения, ученые обнаружили противоречия в системе Птолемея.

Первая тщательно разработанная альтернативная теория была представлена польским ученым Николаем Коперником, который предложил новую модель мироздания, кардинально отличавшуюся от известной на тот момент. Он утверждал, что Солнце является неподвижным центром, вокруг которого вращаются планеты, и что Земля – одна из этих планет. Период обращения нашей планеты вокруг Солнца равен году, кроме того, она вращается вокруг собственной оси и совершает полный оборот за сутки. Ученый также полагал, что Луна – это не одна из планет (как считали в то время), а спутник Земли. Коперник первым расположил планеты в правильном порядке по степени их удаленности от Солнца – Меркурий как самую ближнюю, а Сатурн как самую дальнюю (Уран, Нептун и Плутон тогда еще не были открыты). Новая теория в основном была правильной, но Коперник ошибочно считал орбиты планет окружностями.

Датским астроном Тихе Браге в 1572 г. заметил сверхновую звезду – неизмеримо далекую и очень яркую. Спустя несколько лет Браге наблюдал столь же невероятное появление кометы. В результате масштабных и систематических наблюдений исследователь определил положение многих небесных тел и издал первый современный каталог звезд.

. В 1609 г. Галилей сконструировал гораздо более свершенный прибор для наблюдения за небом. Галилей установил существование множества звезд, не видимых невооруженным глазом, пятен на Солнце, кратеров на поверхности Луни, спутников Юпитера и фаз Венеры.

Галилей использовал свои открытия для подтверждения гелиоцентрической теории Коперника. В 1632 году Галилей опубликовал трактат «Диалог о двух главнейших системах мира», в котором опровергал положения системы Птолемея. Галилей предстал перед судом инквизиции и был обвинен в ереси.

Немецкий астронном Иоганн Кеплер в 1609-19 г. открыл три закона движения планет. Кеплер определил, что орбиты планет являются эллиптическими. Несколькими годами позже Кеплер создал Рудольфовы таблицы, с помощью которых можно предсказать движение планет в будущем. Основанные на работах Тихо Браге, эти открытия ознаменовали начало всеобъемлющего и математически точного описания Солнечной системы.

Англичанин Исаак Ньютон был величайшим ученым после Галилея. Его труд «Математические начала натуральной философии» (1687) убедительно продемонстрировал, что земная и небесная сферы подчиняются одним и тем же законом природы, а все материальные объекты – трем законам движения. Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения и математически обосновал законы, управляющие этими процессами. Ньютонова модель Вселенной оставалась фактически неизменной вплоть до новой научной революции начала ХХ века, в основу которой легли труды Альберта Эйнштейна.

Итог второй революции: МЕХАНИСТИЧЕСКАЯ НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА НА БАЗЕ ЭКСПЕРИЕНТАЛЬНО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ.

К ХVII в. наука далеко продвинулась в своем развитии. Помимо телескопа, были изобретены микроскоп, термометр, барометр и воздушный насос. Научные достижения постоянно множились. Ньютон открыл волновую природу света и продемонстрировал, что поток света, кажущийся нам белым, состоит из спектральных цветов, на которые его можно разделить при помощи призмы. Создавались научные общества.