1. Формирование образа неклассической науки

Научный факт является не отображением реальности самой по себе, а результатом взаимодействия познающего субъекта и активной природы. Результат наблюдения зависит от типа познавательной активности. Наука XX века начинается с разработки релятивисткой и квантовой теории физики. Из результатов познания науки Нового времени максимально исключается наблюдатель, все субъективное; но в начале XX века выясняется, что это так.

Неклассическая наука

– признание того, что истинность теорий относительна (это выясняется уже в XX веке)

– признание равноправия нескольких различающихся теоретических подходов к объяснению одного и того же круга физических явлений. Возникновение опухоли (кансерогенез) – версий этому несколько: может возникать от внутренних, либо от внешних причин (вирусов). И ни одна из версий не ставится как истинная, разные объяснения могут быть равноправными и допустимыми. В классической науке – одно истина и одно ее объяснение.

– в квантовой механике неотъемлемость учета условий наблюдения от теоретической постановки проблемы. Если частица имеет точно определенный импульс, то она совершенно пространственно не локализована... В XX веке человек перешел на такой уровень исследования, когда познающий уже неотъемлем от измерительного прибора. Когда Алиса откусывает от пирожка, ее размеры тела изменились: если бы вы были размером с муравья, изменился бы мир вокруг вас? Или если бы вы видели все в инфракрасном свете? Мир был бы иной, если бы мы были другими. Впервые в квантовой механике была провозглашена необходимость учитывать природу человека.

– принципиально вероятностный характер квантовой механики. Для классической науки человек мог сказать, что событие невероятное.

– усложнение языка теории и все более высокая математизация физической теории. Усложняется язык описания мира, потому что меняется представление о вероятности.

– отказ от наглядности. Для многих людей сегодня наука непонятна и трудна, потому что наука XX века нарушила связку между наглядностью и простотой познания. Трудно представить теперь большой адронный коллайдер. У некоторых людей трудность представления и практического применения у некоторых людей вызывает отвращения.

2-я особенность науки XX века.

2. Невозможность создать наглядную модель современных фундаментальных физических представлений.

Взгляды на природу света в XVII-XIX вв.

— Ньютон придерживался корпускулярной теории, согласно которой свет – это поток частиц, идущих от источника во все стороны.

— Гюйгенс утверждал, что свет – это волны, распространяющиеся в особой, гипотетической среде, эфире, заполняющим пространство и проникающим во внутрь всех тел.

Корпускулярно-волновое объяснение возникло в начале XX века. Сформулировано в 1900 году, обосновано в 1905 году. Понимание мельчайших структур мира. В 1903 году предложил первую модель атома в виде сферы – сплошного сгустка положительно заряженного электричества, в который вкраплены электроны ("пудинг с изюмом") – модель Джозефа Томсона. На конец 19-го века представляли, что атом неделим, и в 1903-м году возникла модель атома как неразделимого, как пудинга с изюмом. Но потом оказалось, что атомы вовсе не неделимы, и от модели отказались.

Опыт Резерфорда.

В начале XX века было экспериментально доказано, что атом состоит из ядра и электронов. Результат – Резерфорд предложил новую модель атому, удалось узнать число элементов атома. Слайд про опыт Резерфорда из данной студентам презентации таинственным образом исчез.

Квантовые постулаты Бора.

1. Электрон вращается вокруг ядра по строго определенным замкнутым станционарным орбитам в соответствии с «разрешенными» значениями энергии, при этом энергия не поглощается и не излучается.

2. Электрон переходит из одного «разрешенного» энергетического состояния в другое, что сопровождается излучением или поглощением кванта энергии.

Опыты Бора показали, что модель атома – лишь приближение к реальности.

Теория Бора – с помощью механики Ньютона и одновременно с помощью неклассической механики.

На рубеже 19 и 20-го века был сделан ошибочный вывод, что в науке вообще нет истины. Движение электрона в атоме нельзя описать с помощью терминов классической механики. Для построения модели атома необходима была принципиально новая картина мира, не ньютоновская классическая механика. Квантовая механика ввела новые принципы, в т.ч. неопределенности.

Корпускулярно-волновая природа света

квантовые явления  

– фотоэффект, давление света линейчатость спектров испускания и поглощения

волновые явления  

– интерференция, дифракция поляризация дисперсия

Корпускулярно-волновая природа света

2015 год – физики из Лозанны поставили эксперимент и заставили свет проявлять одновременно проявлять свойства частицы и волны. 2015 год – обмен энергией фотонов с электронами позволил «сфотографировать» стоячую волну электромагнитного излучения на поверхности тонкой серебряной проволочки. Свет застрял в металлической проволке, начал перемещаться по ее поверхности и образовывал .... описывается процесс эксперимента с электронами.

На слайде какая-то радуга. Брызгалина: как наглядно!!! Просто невероятно!!

Классическая механика Ньютона и Галилея (слайд):

Принцип инерции:

«Тела, не испытывающие воздействия сил, движутся равномерно и прямолинейно»

Принцип сложения скоростей:

«Скорость тела складывается из скорости системы отсчёта и скорости движения тела в ней»

Принцип относительности Галилея: «Все законы механики одинаковы в инерциальных системах отсчёта»

Слайд. Согласно классическим представлениям о пространстве и времени, движение не оказывает никакого влияния на течение времени (время абсолютно), а линейные размеры любого тела не зависят от того, покоится ли тело или движется (длина абсолютна). Специальная теория относительности Эйнштейна – это новое учение о пространстве и времени, пришедшее на смену старым (классическим) представлениям. Теория относительности – это физическая теория, описывающая свойства пространства и времени, а также закономерности относительного движения тел, обусловленных этими свойствами.

Если вы попытайтесь вычислить скорость света с помощью школьных представлений о расстоянии, времени и скорости – ничего не выйдет. Не может быть скорости выше скорости света, даже если сложить скорость света с передних фар поезда и скоростью самого поезда.

Слайд. Постулаты специальной теории относительности Эйнштейна.

Постулат 1. Принцип относительности

«Движение системы отсчёта по инерции не может быть обнаружено никакими физическими опытами внутри закрытой лаборатории, связанной с этой системой отсчёта»

Постулат 2. Принцип постоянства скорости света

«Свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью с, не зависящей от движения излучающего тела»

Пространство и время связаны, они существуют не самостоятельно. Согласно Эйнштейну, время замедляется в движущейся системе ... Парадокс близнецов (фундаментален для современного понимания мира) – если одного из близнецов отправить в космическое путешествие на скорости, близкой к скорости света – за это время пройдет очень много времени на Земле, а сам космический путешественник окажется моложе оставшегося на Земле близнеца.

Слайд. Основные выводы из специальной теории относительности Эйнштейна (1905 г.)

1. Сокращение продольных размеров (при движении с околосветовой скоростью)

2. Замедление времени (при движении с околосветовой скоростью)