Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные теории естествознания в вопросах и ответах. Учебное пособие.pdf
11
Объяснение
2)
можно точно рассчитать будущее Вселенной, зная, как
в ней распределены физические поля и порождающие их
заряженные частицы
все формы реальных взаимодействий образуются на основе всеобщей действующей причинности, вне которой
не существует ни одного явления действительности
3)
точный прогноз будущего невозможен, можно предсказать лишь возможные варианты будущего и вероятности
их осуществления
1)
можно однозначно определить состояние материальной
точки для любого прошлого и будущего момента времени, зная координаты и скорость в начальный момент
и действующие на нее силы
Гуманитарное знание отличается от естественнонаучного
субъективностью, нестрогим образным языком, интересом к индивидуальным свойствам изучаемых предметов, ограниченностью применения принципов верификации и фальсификации.
Субъективность знания связана с его индивидуальной оценкой,
когда на знание накладывают отпечаток общественные интересы,
убеждения ученого, ценностные ориентиры (отношение к человеческим ценностям – красоте, добру, злу, справедливости) [1].
1.3. Развитие научных исследовательских программ
и картин мира (история естествознания,
тенденции развития)
Вопрос
Какое соответствие существует между естественнонаучной
картиной мира и принятыми в ней представлениями о детерминированности событий:
1) механическая картина мира – …
2) электромагнитная картина мира – …
3) современная научная картина мира – …
Укажите в таблице варианты ответов:
12
Объяснение
2)
пространство и время представляют собой систему отношений между материальными телами, которая зависит
от выбора системы отсчета
пространство изотропно, но неоднородно: у Вселенной
существует центр, от которого разбегаются галактики
3)
пустого пространства не существует; физический вакуум
– материальный, активный элемент устройства Вселенной, наличие у него энергии заставляет ее расширяться
с ускорением
Для двух первых научных картин мира – механической
и электромагнитной – свойственен механический детерминизм.
Согласно механической картине мира, можно однозначно определить состояние материальной точки для любого прошлого
и будущего момента времени, зная координаты и скорость в начальный момент и действующие на нее силы. В электромагнит-
ной картине мира считалось, что можно точно рассчитать будущее Вселенной, зная, как в ней распределены физические поля
и порождающие их заряженные частицы. Согласно современной
картине мира, более глубоко и полно отражают действительность статистические закономерности, а развитие осуществляется
путем самоорганизации через точки бифуркации, поэтому точный
прогноз будущего невозможен. Можно предсказать лишь возможные варианты будущего и вероятности их осуществления [3].
Вопрос
Какое соответствие существует между естественнонаучной
картиной мира и принятыми в ней представлениями о пространстве и времени:
1) механическая картина мира – …
2) неклассическая картина мира – …
3) современная научная картина мира – …
Укажите в таблице варианты ответов:
13
1)
пространство и время представляют собой некоторые
субстанции, существующие сами по себе, вне какой-либо
связи с материальными телами
зависимость длины волны, на которую приходится максимальная энергия теплового электромагнитного излучения, от температуры источника излучения
Объяснение
В механической картине мира существовала концепция аб-
солютного пространства и времени, согласно которой пространство и время представляют собой некоторые субстанции, существующие сами по себе, вне какой-либо связи с материальными телами. В неклассической картине мира в основу представлений
о пространстве и времени легли положения и выводы теорий относительности А. Эйнштейна, согласно которым пространство
и время представляют собой систему отношений между материальными телами, и их свойства зависят от выбора системы отсчета. Положение о том, что пустого пространства не существует,
а физический вакуум является материальным, активным элементом устройства Вселенной, наличие у него энергии заставляет ее
расширяться с ускорением, соответствует современной картине
мира.
1.4. Развитие представлений о материи
Вопрос
Какое соответствие существует между понятиями, исполь-
зуемыми для характеристики электромагнитных волн, и их толкованиями:
1) спектр – …
2) свет – …
3) эффект Доплера – …
Укажите в таблице варианты ответов:
14
1)
распределение энергии электромагнитного излучения
между его компонентами с разными длинами волн
3)
зависимость измеряемой длины волны электромагнитного излучения от скорости движения наблюдателя или
источника излучения
2)
электромагнитное излучение с длинами волн в диапазоне от 380 до 760 нм, находящееся между ультрафиолетовым и инфракрасным участками спектра
Объяснение
Электромагнитные волны – распространяющиеся колебания
электрического и магнитного полей. Основная характеристика
волны – это ее длина, то есть расстояние между соседними гребнями. Если длина электромагнитной волны попадает в видимый
диапазон (от 380 до 760 нм), она воспринимается человеческим
глазом как свет. С коротковолновой стороны к видимому диапазону примыкает ультрафиолетовый, с длинноволновой – инфракрасный.
Естественное электромагнитное излучение обычно представ-
ляет собой смесь волн с разными длинами. Распределение энергии излучения между его компонентами с разными длинами называется спектром. Если электромагнитное излучение создается
за счет высокой температуры источника (тепловое излучение), то
длина волны, на которую приходится максимум его излучения,
тем меньше, чем выше температура источника (закон смещения
Вина). Это дает возможность точно определять температуру далеких звезд.
Если излучающий источник приближается к наблюдателю,
то для последнего длина волны излучения кажется меньше, чем
для наблюдателя, неподвижного относительно источника. Если
источник удаляется от наблюдателя, измеряемая им длина волны
излучения, наоборот, увеличивается. Это явление известно как
эффект Доплера.
15
Вопрос
1)
молекулы и атомы находятся в безостановочном и беспорядочном тепловом движении
открытая химическая система эволюционирует в сторону
повышения активности присутствующих в ней катализаторов
3)
существуют сложные вещества, которые при одинаковом
составе обладают разными физическими и химическими
свойствами
2)
если два элемента образуют несколько соединений, то
массы одного из них, приходящиеся на единицу массы
другого, относятся как небольшие целые числа
Какое соответствие существует между уровнем научного
химического знания и одним из выдвинутых в нем положений:
1) атомно-молекулярное учение – …
2) учение о составе – …
3) учение о строении – …
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
М.В. Ломоносов в работе «Элементы математической химии» сформулировал следующие основные положения атомно-
молекулярного учения:
1) все вещества состоят из «корпускул» (молекул), которые
строятся из «элементов» (атомов);
2) молекулы простых веществ состоят из одинаковых ато-
мов, молекулы сложных веществ – из разных;
3) молекулы и атомы находятся в безостановочном и беспо-
рядочном тепловом движении.
В рамках учения о составе Д. Дальтон сформулировал закон
кратных отношений как эмпирическое обобщение результатов
своих опытов: если два элемента образуют несколько соединений, то массы одного из них, приходящиеся на единицу массы
16
другого, относятся как небольшие целые числа. К этому же уче-
1)
в отсутствие внешних сил любое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения
тела взаимодействуют с силами, равными по величине
и противоположными по направлению
3)
ускорение тела пропорционально действующей на него
силе и обратно пропорционально массе тела
2)
существуют такие системы отсчета (называемые инерциальными), в которых скорость тела не меняется в отсутствие воздействия на него со стороны других тел
нию относится закон постоянства состава Ж.Л. Пруста, который
гласит: каждое химическое соединение, независимо от способа
его получения, состоит из одних и тех же элементов с одним
и тем же отношением их масс.
После открытия изомеров – веществ, которые при одинаковом составе имели совершенно разные свойства, – обнаружилось,
что свойства вещества определяются не только составом, но
и строением его молекул. Для объяснения и предсказания свойств
органических веществ А.М. Бутлеров разработал учение о хими-
ческом строении, ставшее вторым уровнем развития химического знания. Бутлеров доказал, что строение молекулы можно установить, исследуя химические свойства вещества, и, наоборот,
зная строение, можно предвидеть многие свойства соединения.
1.5. Развитие представлений о движении
Вопрос
Какое соответствие существует между законами классической (ньютоновской) механики и их формулировками:
1) первый закон Ньютона в первоначальной формулировке
– …
2) первый закон Ньютона в современной формулировке –
…
3) второй закон Ньютона – …
Укажите в таблице варианты ответов:
17
Объяснение
В книге Ньютона «Математические начала натуральной философии» первый закон Ньютона формулируется так: «Всякое
тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не
понуждается приложенными силами изменять это состояние»
(перевод А.Н. Крылова).
Однако в такой форме закон справедлив не всегда. Например, в системе отсчета, связанной с тормозящим автобусом, пассажир изменяет состояние своего покоя и начинает падать по направлению к кабине водителя, хотя никакого видимого воздействия со стороны других тел (мерой которого и служит сила) он не
испытывает. Поэтому в современном подходе принято оговариваться, что этот закон справедлив лишь в так называемых инерциальных системах отсчета. И сама формулировка первого закона
Ньютона в наше время часто сводится к положению о том, что
инерциальные системы отсчета (такие, в которых скорость тела
не меняется в отсутствие воздействия на него со стороны других
тел) существуют.
Второй закон Ньютона говорит, что если на тело действуют
другие тела (внешние силы), то его скорость начнет изменяться.
Количественная мера этого процесса – ускорение. Согласно второму закону Ньютона, ускорение тела пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально массе тела.
Третий закон Ньютона: тела взаимодействуют с силами,
равными по величине и противоположными по направлению.
Некоторые вопросы интернет-экзамена (кейсы) представляют собой задания, где нужно установить соотношение между
уровнем развития представлений о времени, пространстве, механизмах взаимодействия и т.д. и соответствующей картиной мира.
Причем из достаточно обширного списка ученых нужно выбрать
тех, которые поддерживают предложенное высказывание. Приве-
дем пример такого вопроса.
18
Вопрос
Бор, Фейнман, Хокинг
все участники
Максвелл, Эйнштейн, Ньютон
Демокрит, Гераклит, Аристотель
Представьте, что с помощью машины времени организован
симпозиум, на котором могут встретиться и обменяться мнениями выдающиеся мыслители и ученые различных эпох. В дискуссии о сущности материи, движения, механизмах взаимодействий
участвуют: первый атомист Демокрит, древнегреческий философ
Гераклит, самый универсальный мыслитель Античности Аристотель, основоположник механической научной картины мира
Ньютон, создатель молекулярно-кинетической теории газов и основоположник электромагнитной картины мира Максвелл, создатель атомно-молекулярного учения Ломоносов, создатель теории
относительности Эйнштейн, основоположник квантовой механики Нильс Бор, выдающийся физик XX века Ричард Фейнман
и известнейший физик современности Стивен Хокинг.
Из названных участников симпозиума с мнением о том, что
движение очень малых тел в очень малых областях пространства
в принципе нельзя рассматривать как перемещение по траекториям, были согласны…
Укажите в таблице один вариант ответа:
Механическое описание процессов как перемещения тел или
частиц невозможно или неверно в следующих случаях.
1. При качественных превращениях. Например, геологиче-
ская эволюция планеты требует рассматривать не только механи-
ческое перемещение вещества в ее недрах и на поверхности, но
Объяснение
19
и происходящие при этом химические реакции, изменение физи-
3)
хаотические формы движения являются источником
разнообразия и необходимым ресурсом эволюции Вселенной
2)
движение может происходить и при полном отсутствии
тел и частиц
ческого состояния вещества (плавление или кристаллизация),
ядерные реакции и т.д.
2. При колебаниях электромагнитной волны. Например, ра-
дужная окраска мыльных пузырей объясняется интерференцией
света, отражающегося от верхней и нижней поверхности мыльной пленки. В данном случае свет проявляет именно волновую
сторону своей природы.
3. В случае движения микрочастиц в условиях, требующих
учитывать законы квантовой механики. Например, движение
электрона в атоме ограничено микроскопической областью
с размерами порядка его длины волны де Бройля. В этих условиях электрон ведет себя уже не как частица, а как волна, и представление о траектории его движения неверно в принципе.
Первый случай доступен пониманию всех участников симпозиума. Второй уже требует знакомства с явлениями интерференции и дифракции, открытыми лишь в Новое время, а третий –
знания квантовой механики, которая легла в основание неклассической научной картины мира, (третьей после механической
и электромагнитной картин мира) [1].
Вопрос
Какое соответствие существует между научной картиной
мира и принятыми в ней представлениями о движении:
1) механическая научная картина мира – …
2) электромагнитная научная картина мира – …
3) современная научная картина мира – …
Укажите в таблице варианты ответов:
20
1)
движение – это перемещение тел и частиц, то есть изменение их положения в пространстве с течением времени
движение тела к своему естественному месту происходит само по себе, а все прочие перемещения вынуждаются внешними воздействиями на тело
Объяснение
В механической картине мира движение понималось лишь
в смысле механического перемещения тел и частиц, и все процессы в мире стремились свести к нему. Допускалась возможность
перемещения со сколь угодно большой скоростью.
В электромагнитной картине мира движение понимается
уже не только как перемещение частиц, но и как изменение электромагнитного поля. Распространение электромагнитной волны
служит примером процесса, который происходит при полном отсутствии тел и частиц и потому принципиально не сводим к механическому перемещению. Постепенно утверждается мысль
о многообразии качественно различных форм движения.
В современной научной картине мира Вселенная предста-
ет не просто в движении, а в развитии. Особое внимание уделяется необратимости движения, невозможности возврата в однажды
пройденное состояние. Признается невозможность исчерпывающего описания движения (принцип дополнительности). Роль
принципиально непредсказуемых, хаотических форм движения
(тепловые и квантовые флуктуации, динамический хаос, мутации) оказывается фундаментальной; они служат неисчерпаемым
источником новых форм для эволюционных процессов [1].
1.6. Развитие представлений о взаимодействии
Вопрос
Какое соответствие существует между научной картиной
мира и характерным для нее понятием, отражающим принятые
в ней представления о взаимодействии:
1) механическая научная картина мира – …