- •Введение
- •Раздел I особенности современного состояния и основные тенденции развития естествознания
- •Тема 1 система естественнонаучного знания
- •1.1. Наука. Функции науки. Предмет и структура естествознания.
- •1.2. Уровни научно исследования.
- •Наука как отрасль культуры.
- •Тема 2. Эволюция научного познания
- •2.1. Исторические этапы познания природы.
- •2.2. Структура современного естествознания.
- •Тема 3 методы научных исследований
- •3.1. Научный метод. Формы научного познания.
- •3.2. Эмпирические методы познания.
- •3.3. Теоретические методы.
- •Раздел II фундаментальные понятия о материи Содержание раздела.
- •Тема 1 материя и ее свойства
- •1.1. Понятие материи.
- •1.2. Свойства материи.
- •1.3. Описание материальных систем.
- •Физика частиц и полей.
- •Тема 2 уровни материального мира
- •2.1. Основные характеристики уровней организации материи.
- •2.2. Классификация элементарных частиц.
- •2.3. Типы взаимодействия частиц.
- •2.4. Нестабильность элементарных частиц.
- •Тема 3 фундаментальные взаимодействия
- •3.1. Характеристика видов взаимодействия.
- •3.2. Концепция дальнодействия и близкодействия.
- •Тема 4 тепловое излучение
- •4.1. Физика термодинамических систем.
- •4.2. Понятие энергии.
- •4.3. Электромагнитные волны.
- •4.4. Постулаты н.Бора.
- •4.5.Основные понятия ядерной физики.
- •Раздел III пространство, время, принципы относительности Содержание раздела.
- •Тема 1 теории физического пространства и времени
- •1.1. Общая картина мироздания и.Ньютона.
- •1.2. Фундаментальные категории классической механики.
- •Тема 2 законы сохранения
- •2.1. Общие законы естествознания.
- •2.2. Принципы современной физики.
- •Тема 3 теория относительности
- •3.1. Специальная теория относительности.
- •3.2. Релятивистские эффекты.
- •3.3. Суть общей теории относительности (ото).
- •Тема 4 начало термодинамики. Представления об энтропии
- •4.1. Общие сведения о термодинамике.
- •4.2. Первое начало термодинамики.
- •4.3. Второе начало термодинамики. Энтропия.
- •4.4.Третье начало термодинамики.
- •4.5. Неравновесная термодинамика.
- •Раздел IV мегамир и его свойства Содержание раздела.
- •Тема 1 общие представления о вселенной
- •1.1. Вселенная как мегамир.
- •1.2. Свойства вселенной.
- •1.3. Галактики.
- •Тема 2 состав звезд
- •2.1. Характеристика звезд и звездных систем.
- •2.2. Солнце и его строение.
- •Раздел V особенности современного биологического знания и его эволюция Содержание раздела.
- •Тема 1 живая материя
- •1.1.Электромагнитные взаимодействия и организация живой материи.
- •1.2. Эволюционно-синергетическое описание живой материи (понятие синергетики).
- •1.3. Самоорганизация в природе, в живой материи.
- •Тема 2 живой организм как самоорганизующаяся и саморазвивающаяся система
- •2.1.Свойство самоорганизующихся систем.
- •2.2. Синергетика и современное миропонимание.
- •Тема 3 теории эволюции органического мира
- •3.1. Начальные этапы биологической эволюции.
- •3.2. Основные положения эволюционной теории.
- •3.3. Процесс эволюции.
- •3.4. Основные положения антропогенеза.
- •Тема 4 особенности современного биологического знания и его эволюция
- •4.1.Биологическое познание в системе современной науки.
- •4.2. Предмет биологии и ее взаимоотношение с другими науками.
- •4.3. Место и роль биологии в системе современного естествознания.
- •4.4. Эволюция образов биологии в динамике культуры.
- •Тема 5 современные концепции происхождения и сущности жизни
- •5.1. Представление о жизни в современном естествознании (сущность и определение жизни).
- •5.2. Определение и происхождение жизни.
- •5.3. Гипотеза а.Опарина.
- •Темы рефератов к семинарским занятиям
- •Вопросы к экзамену по дисциплине «Основы современного естествознания»
- •Уровни научного исследования.
- •Суть общей теории относительности.
- •Первое начало термодинамики.
- •Основные понятия ядерной физики.
- •Самоорганизация в природе, в живой материи.
- •Синергетика и современное миропонимание.
- •Свойства самоорганизующихся систем.
- •Литература
- •Основы современного естествознания
Тема 3 теория относительности
3.1. Специальная теория относительности.
Предпосылки возникновения специальной теории относительности – это поиск ответов на вопросы:
- как передается гравитационное взаимодействие;
- как распространяется свет (любые электромагнитные волны).
В 1905 году в статье «К электродинамике движущихся тел» А.Эйнштейн изложил теорию – это и была специальная теория относительности.
В теории Эйнштейн изложил два постулата (принципа), лежащих в основании частной или специальной теории относительности:
1. Специальный принцип относительности.
2. Принцип постоянства скорости света.
Согласно первому постулату в любых инерциальных системах отсчета (движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга) все физические процессы протекают одинаково. В первом постулате Эйнштейн развил классический принцип относительности Галилея для механических явлений, обобщив его и для любых физических явлений (и электромагнитных и оптических). При этом пространство и время связаны друг с другом и зависят друг от друга (у Галилея и Ньютона пространство и время независимы друг от друга).
Второй принцип (постулат) утверждает постоянство скорости света. Согласно этому постулату скорость не зависит от движения источника света или наблюдателя, одинакова во всех инерциальных системах отсчета и является предельной скоростью распространения любого сигнала. Второй постулат базируется на уравнении Максвелла из электродинамики.
Скорость света – самая большая скорость в нашей Вселенной. Больше скорости 300000 км/сек в окружающим мире быть не может.
Специальная теория относительности Эйнштейна внесла революционные изменения в ряд фундаментальных понятий прежней классической физики: пространства, времени, размера (протяженности) тел, массы. Оказалось, что время не является абсолютной величиной, оно зависит от системы отсчета, более того, пространственные координаты неразрывно связаны со временем, образуя пространственно-временное многообразие. Как показал Минковский, геометрия этого пространства-времени очень похожа на евклидову, но, в силу различия знаков перед квадратами пространственных координат и времени в выражении – аналоге теоремы Пифагора, эта геометрия называется неевклидовой. Продольные размеры движущегося тела всегда меньше покоящегося. Движущиеся часы идут медленнее покоящихся часов. События, одновременные в одной системе отсчета, никогда не будут одновременными в любой другой системе. Одновременность – понятие относительное. Масса движущегося тела всегда больше массы покоя.
3.2. Релятивистские эффекты.
Релятивистские эффекты в теории относительности связаны с изменениями пространственно-временных характеристик тел при скоростях, соизмеримых со скоростью света. Неподвижный наблюдатель за космическим королем (фотонной ракетой, летящей со скоростью, соизмеримой со скоростью света) может заметить три релятивистских эффекта:
- увеличение массы по сравнению с массой покоя, т.е. с ростом скорости растет масса;
- сокращение линейных размеров тела в направлении его движения. На самом корабле космонавты этих изменений не будут наблюдать;
- замедление времени. В космическом корабле, движущемся со скоростью, близкой к скорости света, время течет медленнее, чем у неподвижно наблюдателя.