Естествознание как основа научного мировоззрения. Особенности естественнонаучной истины. Естественные науки и философия, f

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:

Релиния, философия, мораль искусиво.

№1 Фундаментальные и прикладные проблемы естествознания.

Для ответа на этот вопрос необходимо поставить и наши ответы на другие вопросы: Что дает наука для улучшения жизни людей? Что она дает небольшой группе людей, желающих знать, как устроен окружающий нас мир? Один из существенных признаков разделения естественных наук на прикладные и фундаментальные базируются именно на этих двух смыслах: ценной в первом случае считается прикладная наука, во втором -фундаментальная.

Причем следует отметить, что фундаментальная наука - это работа на будущее, и если мы не хотим оставить себя без будущего, то фундаментальная наука должна существовать. Разумеется, все люди в целом, и особенно те, которые вкладывают деньги в науку, думают немного по-другому. Для них - основная цель все-таки машины. И функция ученых, по их мнению, «скатывается» не к тому, чтобы искать, а к тому, чтобы находить.

Как отличить прикладные исследования от фундаментальных? Ведь некоторые исследования, прикладные по существу, никуда на самом деле «не прикладываются», могут существовать в ряде фундаментальных и требовать неоправданных вложений.

Встав перед этими проблемами в 50-х годах нашего века, в США были сформулированы основные характеристики термина «фундаментальные»:

• исследование, которое не соотнесено ни с каким конечным результатом

• бесполезно решительно для всех

• ищущее знание, которого пока нет

• предпринимаемое только потому, что этого желает исследователь

• не нуждающееся в ограничениях секретности

• проводимое исследователем, который не в состоянии объяснить, чем он занят

• новое исследование в области, не имеющей практического значения

Проблемы, которые ставятся перед учеными извне, называются прикладными. Проблемы, возникающие в самой науки, - фундаментальными.

Прикладное исследование может иметь очень большое значение и для самой науки, в то время, как фундаментальное исследование может быть

пустяковым. Большинство фундаментальных исследований никогда не найдут своего применения. Этому три причины:

• зачем копать глубоко, если можно доказать или получить необходимое с помощью прикладных наук

• фундаментальные исследования делаются с большим превышением потребностей во временных направлениях науки, от которых зачастую потом отказываются. Тем более в последнее время чаще стали использоваться теоретические методы исследования, в отличие -от эксперимента. Причина этого и дорогом оборудовании для теоретических исследований. Так рождаются многочисленные теории ради теорий

• ученые всегда стремились к неоправданному обобщательству

У общества нет выбора, и оно вынуждено идти на издержки просто потому, что отделить заранее бесполезное от полезного невозможно. Сегодня полезность должна рассматриваться не только в возможной выгоде завтра, но и в том, что они позволяют поддерживать высокий научный уровень. Кстати, низкий уровень прикладных институтов объясняется тем, что рядом с прикладниками в них нет специалистов. Занимающихся фундаментальными исследованиями.

№25

Неразличимость микрочастиц. Спин. Принцип Паули. Фермиоиы и бозоны. ____

Существует принцип тождественности микрообъектов. Все макросистемы индивидуальны, в то время как микроооъекты одинаковы. Признак симметрии волновой ф-ции: (ничего не изменилось). Волновая ф-ция обладает симметрией относительно перестановки микрообъектов. Отсюда волновая ф-ция бывает 2 типов (+-1): симметричные частицы - бозоны(фотоны, гравитоны), антисимметричные - фермионы(нейтрон, электрон, кварки, античастицы). Элементарные частицы - это маленькие вращающиеся волчки. Они характеризуются моментом импульса. Спин -собственный вращательный момент объектов. Спин бозонов принимает целочисленные значения : 0,1,2. ..."'h. Спин фермионов - полуцелый: +-1/2,+-3/2...*h. Поведение фермионов и бозонов отличается. Для фермионов действует принцип Паули : в одном квантовом состоянии может находиться только один фермион. Для бозонов характерно такое поведение: в одном квантовом состоянии может находиться сколь угодно бозонов;

чем больше бозонов, тем сильнее они «заманивают» других.

Следствия принципа Паули: 1) богатство химических элементов; 2)для каждого типа атома (Н, Не) электронная конфигурация совершенно разная. У разных химических элементов разные оболочки. Квантовая механика (Шредингер) объяснила разнообразие химических элементов и пеоиодическую систему Менделеева, она очень многое объяснила из химии.

№?????

Необратимость реальных процессов. Статистический характер энтропии. Хаос, структура и порядок макросистем. Проблема тепловой смерти.

При соприкосновении тел процесс теплопередачи происходи! самопроизвольно от горячею тела к холодному до тех пор, пока оба тела не будут иметь одинаковые температуры. Все наблюдали, как налитый в чашку горячий чай постепенно остывает, нагревая окружающий воздух. Но никто не видел, чтобы теплый чай в чашке вдруг закипел за счет охлаждения окружающего его воздуха.

Процессы теплопередачи самопроизвольно осуществляют только в одном направлении, поэтому их называют необратимыми процессами.

Всегда осуществляется теплопередача тепла от горячего тела к холодному, потому что равномерное распределение быстрых и медленных молекул в двух сопрягающихся телах является более вероятным, чем такое распределение, при котором в одном теле будут только «быстрые» молекулы, а в другом —только «медленные».

Системы, состоящие из большого числа частиц, будучи предоставленные самим себе, само произвольно переходят из состояний менее вероятных в состояния более вероятные.

Необратимость тепловых процессов имеет вероятностный характер. Самопроизвольный переход тела из равновесного состояния в неравновесное не невозможен, а лишь подавляюще маловероятен. В конечном результате необратимость тепловых процессов обусловливается колоссальностью числа молекул, из которых состоит тело.

Молекулы газа стремятся к наиболее вероятному состоянию, т. е. состоянию с беспорядочным распределением молекул, при котором примерно одинаковое число молекул движется вверх и вниз, вправо и влево, при котором в каждом объеме находится примерно одинаковое число молекул, одинаковая доля быстрых и медленных молекул в верхней и нижней частях какого-либо сосуда. Любое отклонение от такого беспорядка, хаоса, т. е. от равномерного и беспорядочного перемешивания молекул по местам и скоростям, связано с уменьшением вероятности, или представляет собой менее вероятное событие. Напротив, явления, связанные с перемешиванием, с созданием хаоса из порядка, увеличивают вероятность состояния. Только при внешнем воздействии возможно рождение порядка из хаоса, при котором порядок вытесняет хаос. В качестве примеров, демонстрирую­щих порядок, можно привести созданные природой минералы, построенные человеком большие и малые сооружения или просто радующие глаз своеобразные фигуры.

В середине 19 века активно обсуждалась проблема тепловой смерти Вселенной. Рассматриваю Вселенную как замкнутую систему и применяя к ней второе начало термодинамики, Р.Ю. Клаузиус свел его содержание к утверждению, что энтропия Вселенной должна достигнуть своего максимума. Это означает, что все формы движения со временем должны перейти в тепловые. Переход же теплоты от горячих тел к холодным приведет к тому, что температура всех тел во Вселенной сравняется, т.е. наступит полное тепловое равновесие и все процессы во Вселенной прекратятся - наступит тепловая смерть Вселенной. Ошибочность вывода о тепловой смерти заключается в том, что бессмысленно применять второе начало термодинамики к незамкнутым сисгсмам. наппимеп к такой безгранично развивающейся системе, как Вселенная.

К №20

Основные характеристики колебательных и волновых процессов. Типы колебаний и волн. Резонанс. ___________

Источник колебания волн — колебательные системы, в них возбуждаются колебания и они их распространяют в окружающее пространство. Колебание — периодически повторяющиеся движения или изменения. V-1/T - частота. Амплитуда - макс.. отклонение от положения равновесия. Фаза колебаний - это некоторая хар-ка, которая определяет, с какого момента времени мы рассматриваем колебание. Колебания содержат в себе запас энергии (кинетической и потенциальной). Потенциальная энергия характеризует отклонение тела от положения равновесия или нейтрального положения.

Классификация колебаний:

по природе колебания

механические (период перемещения тел, изменения его формы и объема)

электрические (колебания зарядов или токов)

упругие !

поверхностные (на поверхности раздела вода-воздух) ->гравитационные (т.к. вызваны притяжением Земли)

по характеру колебаний любой природы

гармонические (=идеальные) Не сущ. В природе.

Затухающие (прекращ. С течением времени

вынужденные (они происходят под действием периодической внешней силы)

параметрические (периодически меняют св-ва колебательной системы)

автоколебания (часы, человеческое сердце, работа радиопередатчика)

линейные (относительно малой амплитуды)

нелинейные (не сущ. общей теории о них) = реальные колебания

Вынужденные колебания

Резонанс - это явление сильного увеличения амплитуды вынужденных колебаний, когда частота внешней вынуждающей силой становится равной собственной частоте колебательной системы. При резонанса вынуждающая сила в течение всего периода колебания направлена в ту же сторону, что и вектор скорости колеблющегося тела. Поэтому она все время совершает положительную работу, увеличивая амплитуду колебаний тела. При несовпадении частоты вынуждающей силы и собственной частоты колебаний тела в течение одной части периода сила совершает положительную работу, увеличивая энергию тела, а в течение другой части периода та же сила совершает отрицательную работу, уменьшая энергию тела. При отсутствии трения и сопротивления воздуха амплитуда колебаний могла бы возрастать неограниченно, но в реальных условиях амплитуда установившихся колебаний определяется равенством потерь энергии и работы вынуждающей силы за период колебаний. Чем меньше будет трение и сопротивление, тем ярче будет выражен резонанс.

Волны - это колебания, которые распространяются в пространстве. Они бывают бегущими и стоячими. Передаются от одной точки к другой. Длина волны - это расстояние, на которое распростран. Колебание за ее 1 период, зависит от характера самих колебаний и от св-в среды. Скорость распространения волны бывает фазовая и групповая (та скоторость, с которой передается энергия с волной от одной точки к другой. Поляризация волн - это соотношение между двумя направлениями: в котором происходят колебания в волне и направлением распространения волны. Продольные волны - эти два направления совпадают (звуковые). Поперечные волны - колебания происходят перпендикулярно направлению распространения волны (свет). Смешанные волны = продольные и поперечные. Волновое поле - это обл. пространства, в котором распространяются волны. Фазовая (волновая) поверхность - это поверхность, на которой колеб. движения волны имеют одну и ту же фазу. Расстояние между соседними волновыми поверхностями, у которых фазы различаются на 2п - длина волны.

Интерференция волн (когерентные) - это результат положения или суперпозиции когерентных волн (у них разность фаз остается const с течением времени, их условие - одинаковость частот).

№7

Корпускулярная и континуальная концепции описания природы (атомы, поле, кванты). Развитие концепции атомизма.

В истории физики наиболее плодотворной и важной для понимания явлений природы была концепция атомизма, согласно которой материя имеет прерывистое, дискретное строение, т. е. состоит из мельчайших частиц — атомов. До конца XIX в. в соответствии с концепцией атомизма считалось, что материя состоит из отдельных неделимых частиц — атомов. С точки зрения современного атомизма, электроны — "атомы" электричества, фотоны — "атомы" света и т. д.

Концепция атомизма, впервые предложенная древнегреческим философом Левкиппом в V в. до н. э., развитая его учеником Демокритом и затем древнегреческим философом-материалистом Эпикуром (341—270 до н. э.) и запечатленная в замечательной поэме "О природе вещей" римского поэта и философа Лукреция Кара (I в. до н. э.), вплоть до нашего столетия оставалось умозрительной гипотезой, хотя и подтверждаемой косвенно некоторыми экспериментальными доказательствами (например, броуновским движением, законом Авогадро и др.).

Многие ведущие физики и химики даже в конце XIX в. не верили в реальность существования атомов. К тому же многие экспериментальные результаты химии и рассчитанные в соответствии с кинетической теорией газов данные утверждали другое понятие для мельчайших частиц — молекулы.

Реальное существование молекул было окончательно подтверждено в 1906 г. опытами французского физика Жана Перрена (1870—1942) по изучению закономерностей броуновского Движения. В современном представлении молекула — наименьшая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами и состояния из атомов, соединенных между собой химическими связями. Число атомов в молекуле составляет от двух (Н;, О;, HF, KCI) до сотен и тысяч (некоторые витамины, гормоны и белки). Атомы инертных газов часто называют одноатомными молекулами. Если молекула состоит из тысяч и более повторяющихся единиц (одинаковых или близких по строению групп атомов), ее называют макромолекулой.

Атом — составная часть молекулы, в переводе с греческого означает "неделимый". Действительно, вплоть до конца XIX в. неделимость атома не вызывала серьезных возражений. Однако физические опыты конца XIX и начала XX столетий не только подвергли сомнению неделимость атома, но и доказали существование его структуры. В своих опытах в 1897 г. английский физик Джозеф Джон Томсон (1856—1940) открыл электрон, названный позднее атомом электричества. Электрон, как хорошо известно, входит в состав электронной оболочки атомов. В 1898 г. Томсоп определил заряд электрона, а в 1903 г. предложил одну из первых моделей атома.

любои пени возникает -юлько тогда, когда в ней на носителей тока действуют сторонние силы, т. е. силы не электростатического происхождения. Поэтому возникает вопрос о природе сторонних сил в данном случае. Опыт показывает, что такие сторонние силы не связаны ни с тепловыми, ни с химическими процессами в контуре; их возникновение нельзя также объяснить силами Лоренца, так как они на неподвижные заряды не действуют. Дж.Максвелл высказал гипотезу, что всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле, которое и является причиной возникновения индукционного тока в контуре. Согласно представлению Максвелла, контур, в котором появляется ЭДС, играет второстепенную роль, являясь своего рода лишь "прибором", обнаруживающим это поле. Электрическое поле, возбуждаемое магнитным полем, как и силю магнитное поле, является вихревым.

Согласно Максвеллу, если всякое переменное магнитное поле возбуждает в пространстве вихревое электрическое поле, то должно существовать обратное явление: всякое изменение электрического поля должно вызывать появление в окружающем пространстве вихревою магнитного поля. Для установления количественных соотношений между изменяющимся электрическим полем и вызываемым им магнитным полем Максвелл ввел в рассмотрение так называемый ток смещения, обладающий способностью создавать в окружающем пространстве магнитное поле. Ток смещения в вакууме не связан с движением зарядов, а обусловливается только изменением электрического поля во времени и вместе с тем возбуждает магнитное поле — в этом заключается принципиально новое утверждение Максвелла.

Из уравнений Максвелла следует, что источниками электрического поля могут быть либо электрические заряды, либо изменяющиеся во времени магнитные поля, а магнитные поля могут возбуждаться либо движущимися электрическими зарядами (электрическими токами), либо переменными электрическими полями. Уравнения Максвелла не симметричны относительно электрического и магнитного полей. Это связано с тем, что в природе существуют электрические заряды, но нет зарядов магнитных.

В стационарном случае, когда электрическое и магнитное поля не изменяются во времени, источниками электрического поля являются только электрические заряды, а источниками магнитного — только токи проводимости. В данном случае электрическое и магнитное поля независимы друг от друга, что и позволяет изучать отдельно постоянные электрические и магнитные поля.

Уравнения Максвелла — наиболее общие уравнения для электрических и магнитных полей в покоящихся средах, В учении об электромагнетизме они играют такую же роль, как законы Ньютона в механике. Из уравнений Максвелла следует, что переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им электрическим полем, а переменное электрическое поле связано с порождаемым им магнитным, т. е. электрическое и магнитное поля неразрывно связаны друг с другом — они образуют единое электромагнитное поле.

Долгое время считалось, что взаимодействие между телами может осуществляться непосредственно через пустое пространство, которое не принимает участия в передаче взаимодействия, и передача взаимодействия происходи! мгновенно. Такое предположение составляет сущность концепции дальнодействия..

Основоположник концепции дальнодействия — французский математик физик и философ Рене Декарт. Многие ученые придерживались этой концепции вплоть до конца XIX в.

Экспериментальные исследования электромагнитных явлений показали несоответствие концепции дальнодействия физическому опыту. Кроме того, она находится в противоречии с постулатом специальной теории относительности, в соответствии с которым скорость передачи взаимодействий тел ограничена и не должна превышать скорость света в вакууме.

Было доказано, что взаимодействие электрически заряженных тел осуществляется не мгновенно и перемещение одной заряженной частицы приводит к изменению сил, действующих на другие частицы, не в тот же момент, а лишь спустя конечное время. Каждая электрически заряженная частица создает электромагнитное поле, действующее на другие заряженные частицы, т. е. взаимодействие передается через "посредника" — элек­тромагнитное поле. Скорость распространения электромагнитного поля равна скорости света в пустоте — примерно 300 000 км/с. Это и составляет сущность новой концепции — концепции близкодеиствия, которая распространяется не только на электромагнитное, но и на другие виды взаимодействий.

№?????