Естествознание как основа научного мировоззрения. Особенности естествено-научной истины. Естественные науки и философия.

Цель естествознания – описать, систематизировать и объяснить совокупность явлений и процессов. Для этого необходимо устанавливать причинно-следственную связь: причина – явление – следствие. Расширение такой связи и образование многомерной структуры, охватывающей множество явлений, служит основой научной теории, характеризующейся четкой логической структурой и состоящей из набора принципов или аксиом и теорем со всеми возможными выводами. По такой схеме строится любая математическая дисциплина. Но принципиальное различие естественно-научной истины от математической заключается в том, что для естествоиспытатаеля истинность теоретического вывода доказывается только опытом, экспериментом.

После того, как теория проверена опытом, наступает следующая стадия познания действительности, в которой устанавливаются границы истинности наших знаний ил границы применимости теорий и отдельных научных утверждений. Данная стадия обусловливается объективными (динамизм окружающего мира, несовершенство техники для эксперимента) и субъективными факторами. Но объективные и субъективные факторы не позволяют утверждать, что естественно-научная истина абсолютна. Любая научная истина относительна, но содержит элементы абсолютного.

Причинность (связь между отдельным состоянием видов и форм материи в процессе ее движения, развития, возникновение любых объектов и систем, а также изменение их свойств во времени имеют свои основания в предшествующих состояниях материи. Эти основания называют причинами, а вызываемые ими изменения – следствиями; сущность причинности – порождение причиной следствия, с помощью нее организована материально-практическая деятельность человека.

Критерий истины (если научная теория подтверждена практикой, то она истинна)

Относительность научного знания (Научное знание всегда относительно и ограничено, и задача ученого состоит в том, чтобы установить границы соответствия знания действительности – интервал адекватности)

Многие философы разных времен полагали, что категория «наука» объединяет часть того, что входит в большую категорию «знание». Естественно, что кроме науки есть другие способы познания мира:

Религия, Философия, Мораль, Искусство.

Наука отличается тем, что она стремится рационально проанализировать все формы и саму себя. В основном, наука руководствуется логикой.

№5

Естественно-научные и религиозные знания

Исследования последних лет показали, что религия, несмотря на великий технический прогресс, распространяется все шире. Примерно 75% всего земного шара проповедуют ту или иную религию (примерно 15% - атеисты) На данный момент наиболее распространены следующие религии:

Христианство, Ислам, Иудаизм вплоть до тотемизма, Буддизм.

Исторически так сложилась, что религия противопоставляется науке и что религиозные знания противоречат основным положениям научных теорий. Как правило, религия отражала те общественные отношения, которые господствовали в деспотических государствах, подавляла инакомыслие. Противостояние этих двух точек зрения наблюдалось на протяжении всей истории человечества (инквизиция – Запад, коммунизм – наша страна).

Религия 1. Бог жив или он актуально существует 2.Бог- конечная причина всех вещей (все от Бога, в том числе сам человек 3.Истина заключается в Боге 4.Вера в Бога не допускает сомнения 5.Вера в Бога не требует доказательств

Наука 1.Кроме материального нет ничего. Если Бог существует, то он живет лишь в сознании человека 2. Для научного объяснения Бог не нужен 3.Истина создается самим человеком 4.Подвергай сомнению все выдумки человека 5.Существование Бога в равной степени как и его не существование доказать невозможно.

Избавить человека от религиозного мышления очень сложно, и в последнее время человечество научилось соединять эти противоположные «полюса». Например, католическая церковь принимает технический прогресс, но наука в свою очередь не отрицает божественного зачатия.

В чем состоит живучесть религии? Как правило, в утешении. И если религия необходима человеку, то нет ничего зазорного в том, что он верит.

№6

Эксперимент и теория. Наблюдения и измерения. Современные технические средства измерений. Основные характеристики измерительных приборов. Единицы измерения.

Эксперимент и теория - современные средства естественно-научных исследований.

В XX веке произошло деление естествоиспытателей на профессиональных теоретиков и экспериментаторов. Причина этого деления в том, что технические средства эксперимента значительно усложнились. Экспериментальная работа зачастую не под силу теоретикам (например, ускоритель). Хорошая экспериментальная база (помещение, приборы, материалы) определяет качество экспериментальных работ, от которого зависит гармоничное развитие естествознания.

Отрыв теории от эксперимента наносит большой ущерб не только самой теории, но и всей науке в целом. Поэтому для развития естествознания важно, чтобы каждое теоретическое заключение проверялось на опыте.

Эксперимент осуществляется с помощью наблюдений и измерений.

Наблюдения заключаются в сборе и анализе фактов без каких-либо специальных приспособлений. Измерения, напротив, требуют наличия технической базы, так как приходится сравнивать объект с эталоном.

Измерение - операция сравнения определяемой величины исследуемого объекта с соответствующей величиной эталона.

Прямые измерения. Определяемая величина сравнивается с единицей измерения непосредственно с помощью измерительного прибора.

Косвенные измерения. Определяемая величина вычисляется по формуле, включающей результат прямых измерений.

Современные технические средства эксперимента.

Лазерная техника.

 лазер с перестраиваемой длинной волны излучения.

 ультрафиолетовые лазеры (криптон-фторидные).

 лазер с малой длительностью импульса.

Области применения:

 фотохимия - изучение фотосинтеза.

 ядерная физика - очистка изотопов урана и плутония.

 биология - изучение организмов на клеточном уровне.

Синхротронные источники излучения.

Области применения:

 исследование структуры твердых тел.

 определение расстояния между атомами.

 изучение молекул органических соединений.

Единицы измерения СИ.

Метр - единица длины [м]. Равен длине пути, который проходит свет за 1/299792458 секунды.

Килограмм - единица массы [кг]. Равен массе международного прототипа килограмма (1 литр воды).

Секунда - единица времени [с]. Равна 9192631770 периодам излучения атома цезия-133 (1/86400 Земных суток).

Кельвин - единица температуры [К]. Равен 1/273,16 части термодинамической тройной точки воды (0С).

Кандела - единица силы света.

Моль - количество вещества.

№10

Фундаментальные понятия физики: материя, движение, пространство и время. Виды материи. Концепции симметрии, эфира и физического вакуума.

Материя есть философская категория для обозначения объективной реальности, которая отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них. В классическом представлении в естествознании различают два вида материи: вещество и поле. В современном представлении к этим двум следует добавить третий вид материи – физический вакуум.

Повседневный опыт показывает, что тела действуют друг на друга, что приводит к всевозможным изменениям и движениям. Ученых интересует не сам факт движения, а его количественная характеристика, которую нужно изменять, только в этом случае возможно точное описание движения. Для количественного описания движения сформировались представления о пространстве и времени.

В физике движение рассматривается в самом общем виде как изменение состояния или другой физической системы. И для описания состояния вводится набор измеряемых параметров, к которым со времен Декарта относятся пространственно-временные координаты, или точки пространственно-временного континуума, означающего непрерывное множество. В физике используются и другие параметры состояния систем: импульс, энергия, температура, спин и др.

Для измерения времени могут быть использованы как периодические процессы, так и непериодические.

Время выражает порядок смены физических состояний и является объективной характеристикой любого физического процесса или явления; оно универсально. Говорить о времени безотносительно к изменениям в каких-либо реальных телах или системах – с физической точки зрения бессмысленно.

Ньютон различал абсолютное и относительное время.

Во-первых, течение времени зависит от скорости движения системы отсчета. При достаточно большой скорости, близкой к скорости света, время замедляется, т.е. возникает релятивистское замедление времени. Во-вторых, поле тяготения приводит к гравитационному замедлению времени. Можно говорить только о локальном времени в некоторой системе отсчета. Время всегда относительно.

Важная особенность времени выражена в постулате времени: одинаковые во всех отношениях явления происходят за одинаковое время.

По аналогии с абсолютным временем Ньютон ввел понятие абсолютного пространства, которое может быть совершенно пустым и существует независимо от наличия в нем физических тел, являясь как бы мировой сферой, где разыгрываются физические процессы. Свойства такого пространства определяются Евклидовой геометрией. Для реального мира пространство и время имеет не абсолютный, а относительный характер.

Весьма важным для понимания законов природы является принцип инвариантности относительно сдвигов в пространстве и во времени, т.е. параллельных переносов начала координат и начала отсчета времени: смещение во времени и пространстве не влияет на протекание физических процессов.

Инвариантность непосредственно связана с симметрией, представляющей собой неизменность структуры материального объекта относительно его преобразований, т.е. изменения ряда физических условий. Из принципа инвариантности следует симметрия пространства и времени, называемая однородностью пространства и времени.

Однородность пространства заключается в том, что при параллельном переносе в пространстве замкнутой системы тел как целого ее физические свойства и законы движения не изменяются. Из свойства симметрии пространства следует закон сохранения импульса: импульс замкнутой системы сохраняется, т.е. не изменяется с течением времени.

Однородность времени означает инвариантность физических законов относительно выбора начала отсчета времени. Еще одно свойство симметрии пространства – это его изотропность. Изотропность пространства означает инвариантность физических законов относительно выбора направлений осей координат системы отсчета. Из изотропности пространства следует закон сохранения момента импульса: момент импульса замкнутой системы сохраняется, т.е. не изменяется с течением времени.

Мировой эфир – это предполагавшаяся ранее универсальная сплошная среда, заполняющая все мировое пространство, в том числе и промежутки между атомами и молекулами в телах. Изучение оптических и электромагнитных явлений показало несостоятельность гипотезы о существовании эфира как универсальной механической среды: современная физика считает, что в пространстве между телами существуют различные физические поля, являющиеся особыми формами материи.

№11.

Виды фундаментальных взаимодействий. Универсальные физические постоянные.

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

Между двумя точечными телами действует сила притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. Предполагается, что гравитационное взаимодействие обуславливается некими элементарными частицами – гравитонами, существование которых к настоящему времени экспериментально не подтверждено.

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, что и определяет характер электромагнитного взаимодействия (притяжение или отталкивание).

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

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

Обычно для количественного анализа перечисленных взаимодействий используют две характеристики: безразмерную константу взаимодействия, определяющую величину взаимодействия, и радиус действия.

Виды взаимодействия	Константа взаимодействия	Радиус действия
Гравитационное	6*10-39	Бесконечность
Электромагнитное	1/137	Бесконечность
Сильное	1	(0,1-1)*10-13 (см)
Слабое	10-14	<<0,1*10-13(см)

№12

Микро-, макро- и мегамир.Человек и вселенная.

Микромир - мир микроскопических частиц, для которых характерны пре­имущественно квантовые свойства. Поведение и свойства физиче­ских тел, состоящих из микрочастиц и составляющих макромир, описываются классической физикой.

Пространственные масштабы нашей Вселенной и размеры основных материальных образований, в том числе и микро­объектов, можно представить из следующей таблицы, где размеры даны в метрах (для простоты приведены лишь по­рядки чисел, т. е. приближенные числа в пределах одного по­рядка):

Радиус космологического горизонта или видимой нами Вселенной 10²⁶

Диаметр нашей Галактики 10²¹

Расстояние от Земли до Солнца 10"

Диаметр Солнца 10⁹

Размер человека 10°