9. Корпускулярная и континуальная концепции природы

И. Ньютон создал корпускулярную теорию света: свет – это поток материальных частиц. Светящиеся тела излучают частицы, движущиеся в соответствии с законами механики, и вызывают ощущения света при попадании в глаз. На основе этой теории Ньютон объяснял законы отражения и преломления света.

Х. Гюйгенс сформулировал волновую теорию, которая по аналогии с движением волн на поверхности воды объясняла движение света. В пространстве существует упругая среда – светоносный эфир. Главный аргумент, который он приводил в защиту своей теории, - факт пересечения двух лучей света, которые пронизывают друг друга точно также как два ряда волн на воде. Против этой теории был такой факт: волны обтекают препятствие, а световой луч этого делать не может. Тень от непрозрачного предмета, помещенного на пути света, имеет резкую границу. Гримальди с помощью увеличительных линз обнаружил на границах тени слабые участки освещенности в виде перемежающихся светлых и темных полос – ореолов. Это явление получило название дифракции света (разломанный). Однако авторитет Ньютона был настолько высок, что именно его теория света пользовалась признанием, хотя и не могла объяснить явление дифракции.

В нач. ХIХ в. Т. Юнг и О. Френель объяснили явление интерференции – появление темных полосок при наложении света на свет. Парадокс: свет, добавленный к свету, не обязательно дает усиление, а может дать более слабый свет или даже темноту. Так как свет – это колебания упругой среды, при наложении волн в противоположных фазах они уничтожают друг друга, поэтому появляются темные полосы.

В области электромагнитных явлений Фарадей и Максвелл показали неадекватность механической модели. Эрстед открыл явление электромагнетизма: стрелка компаса, помещенного над проводником, по которому шел электрический ток, отклонялась. Фарадей ввел понятие «силовые линии». Он был убежден, что оптика и электричество взаимосвязаны и образуют единую область – «поле сил». Максвелл дал математическую разработку идеи Фарадея и рассматривал поле как самостоятельную физическую реальность. Фарадей предложил гипотезу, Максвелл создал теорию, а немецкий физик Герц дал экспериментальное подтверждение. В физике окончательно утвердилось понятие «поле» как физическая реальность, новый вид материи.

В конце XIX в. физики пришли к выводу, что материя существует в виде дискретного вещества и непрерывного поля. Вещество и поле различаются:- вещество дискретно, поле непрерывно;- вещество обладает массой покоя, а поле – нет;-вещество малопроницаемо, поле полностью проницаемо;- скорость распространения поля равна скорости света, скорость движения частиц на много порядков меньше.

Т.о., в-во–вид материи, обладающий корпускулярными свойствами, для его характеристики используются масса покоя, спин, заряд и др.; поле – вид материи, который описывается длиной волны, фазой, амплитудой и их изменениями в пространстве и времени. Понятие поля нашло применение и в механике, где с его помощью был объяснен феномен гравитации.

Структура материи.

В понимании структурной организации материи большую роль играет понятие «развитие». Важнейшее свойство структуры - ее относительная устойчивость. Структура - это общий, качественно определенный и относительно устойчивый порядок внутренних отношений между подсистемами той или иной системы. Понятие "уровень организации" включает представление о смене структур и ее последовательности в ходе исторического развития системы.Изменение уровня организации происходит необходимым образом. Системы, достигшие соответствующего уровня организации и имеющие определенную структуру, приобретают способность использовать информацию для того, чтобы посредством управления сохранить неизменным (или повышать) свой уровень организации и способствовать постоянству (или уменьшению) своей энтропии (энтропия – мера беспорядка).

До недавнего времени естествознание могло обходиться без целостного, системного подхода к своим объектам изучения, без учета исследования процессов образования устойчивых структур и самоорганизации.

В наст. Вр. проблемы самоорганизации, изучаемые в синергетике, приобретают актуальный характер во многих науках, начиная от физики и кончая экологией. Задача синергетики - выяснение законов построения организации, возникновения упорядоченности.Акцент делается на принципах построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения.

Вопрос об оптимальной упорядоченности и организации особенно остро стоит при исследованиях глобальных проблем - энергетических, экологических, многих других, требующих привлечения огромных ресурсов.

10. Структура материи с т.зр физики

Структурные уровни организации материи (микро-, макро- и мегамир) В физике на основе пространственно-временных характеристик выделяют 3 уровня организации материи. Микромир-мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16 см, а время жизни-от 10-24 секунд до бесконечности. Сюда относятся поля, элементарные частицы, ядра, атомы и молекулы. Макромир-мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время-в секундах, минутах, часах, годах. В практической действительности макромир представлен макромолекулами, веществами в различных агрегатных состояниях, живыми организмами, человеком и продуктами его деятельности, т.е. макротелами. Мегамир-мир объектов космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов-миллионами лет. К этому у-ню материи относятся наиболее крупные материальные объекты: звезды, галактики и их скопления. На этих уровнях действуют свои специфические закономерности, микро-, макро- и мегамиры взаимосвязаны. Структура микромира.На рубеже XIX—XX вв. в естественнонаучной картине мира произошли изменения, вызванные научными открытиями в обл. физики и затронувшие ее основополагающие идеи и установки. В р-те научных открытий были опровергнуты традиционные представления классической физики об атомной структуре вещества. Открытие электрона означало утрату атомом статуса структурно неделимого элемента материи и коренную трансформацию классических представлений об объективной реальности. Новые открытия позволили:выявить существование в объективной реальности не только макро-, но и микромира;подтвердить представление об относительности истины, являющейся только ступенькой на пути познания фундаментальных свойств природы;доказать, что материя состоит из бесконечного многообразия явлений, видов и форм материи и их взаимосвязей. Структура макромира.Границы микро- и макромира подвижны, не существует отдельного микромира и отдельного макромира. Макрообъекты и мегаобъекты построены из микрообъектов. Важнейшие объекты макромира.Центральным понятием макромира является понятие вещества отделяют от поля. Под в-вом понимают вид материи, обладающий массой покоя. Оно существует для нас в виде физических тел, которые обладают некоторыми общими параметрами-удельной массой, температурой, теплоемкостью, механической прочностью или упругостью, тепло- и электропроводностью, магнитными свойствами и т.п. Все эти параметры могут изменяться в широких пределах как от одного вещества к другому, так и для одного и того же вещества в зависимости от внешних условий. Структура мегамира.Основными структурными элементами мегамира являются планеты и планетные системы; звезды и звездные системы, образующие галактики; системы галактик, образующие метагалактики.

11. Структура материи с т.зр. химии.

Материя и ее движение.Материя-это объективная реальность, обл. св-вом движ-я. Все сущ-вующее есть различные виды движущейся материи. Материя существует независимо от сознания человека. Материя существует либо в виде вещества, либо в виде поля.Движение материи-постоянное ее взаимодействие, а также изменения состояния объектов, вызванные этими взаимодействиями. Формы движения материи различны. Пример формы движения материи: нагревание и охлаждение тел, излучение света. Классификация форм движения материи:неживая природа; живая природа;общество. Неживую природу х-зует взаимосвязь физической и химической форм движения, живую-биологическая, а общество-социальная форма движения. Одни формы движения материи способны переходить в другие. Например: механическое движение переходит в тепловое. Возможен и обратный переход. Взаимопереход форм движения материи подтверждает единство и связь всех ее форм. В этом явлении отражен основной закон природы-закон вечности материи и ее движения:ни один вид материи и ни одна форма движения не могут быть получены из ничего и превращены в ничто;материя и ее движение неуничтожимы и несотворимы – вечно изменяясь, они вечно существуют. Материя не может существовать вне движения, она всегда находится в состоянии движения, изменения и развития. При уничтожении движения объект прекращает свое существование, переходит в другие объекты, которым характерно движение покоя – состояния движений, обеспечивающих стабильность предмета, сохраняя его качества. Покой относителен, а движение абсолютно – это неотъемлемое свойство материи. Структурные уровни материи:Развитие материи-переход одного качества в другое, направленное формирование новых типов организации, рождающихся из предшествующих им типов. Две разновидности процессов развития:процессы качественных превращений, в рамках соответствия вида материи, определенного уровня ее организации;процессы перехода от одного уровня к другому.

12. СТРУКТУРА МАТЕРИИ С Т.ЗР.БИОЛОГИИ

Структурные уровни организации живой материи Развитию этой концепции и ее внедрению в биологию содействовал А.Новиков в 1940-е годы. Структурный анализ обнаруживает, что мир живого многообразен, имеет сложную структуру. На основе разных критериев могут быть выделены различные уровни, или подсистемы, живого мира. Наиболее распространенным является выделение на основе критерия масштабности следующих уровней организации живого. 1. БИОСФЕРНЫЙ-включает всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой. 2. БИОГЕОЦЕНОТИЧЕСКИЙ-выражает следующую ступень структуры живого, состоящую из участков Земли с определенным составом живых и неживых компонентов, представляющих природный комплекс, экосистему. 3. ПОПУЛЯЦИОННО-ВИДОВОЙ-совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида-популяции. 4. ОРГАНИЗМЕННЫЙ И ОРГАННО-ТКАНЕВОЙ - отражают признаки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение, а также строение и функции органов и тканей живых существ. 5. КЛЕТОЧНЫЙ И СУБКЛЕТОЧНЫЙ - отражают процессы специализации клеток, а также различные внутриклеточные включения. 6. МОЛЕКУЛЯРНЫЙ - составляет предмет молекулярной биологии, одной из проблем которой является изучение механизмов передачи генной информации и развитие генной инженерии и биотехнологии.

13.Материя С т.зр геосферы Атмосфера ( стратосфера – 100, тропосфера - 18)Гидросфера (океаны -11,Моря,Подземн.воды,Ледники,Реки, озера,Вода атмосферы)Литосфера (верхн.часть мантии – до 10 км, земная кора – до 30, платформы, щиты, плиты)Баросфера (внутр.часть планеты, ниж.часть мантии – 1900 км, ядро – до 4500)

Биосфера География рассматр. Нашу планету снаружи, основн.стурктурн.элементы географии оболочки. В этой оболочке сложно выделить наименьш.единицу структур. Больш.часть планеты занимает мировой океан. В ней происх.изменения климата, рельефа, лагдшафта и т д. активно во все процессы вмешив.человек. Выделяют догелогоич., добиогенный, биогенный и антропогенный этапы ее развития. Подобно иерархич.схему можно построить и для геологии, особенности огромн.масштабы и длит.процессы, геологи рассматрив. Природн.тела, их строение и состав, расположение в земной коре геологич. Процессы и их закономерности. Основн. Элементы шеологич.оболочки: 1)докембрийский эон (архей прим.2 млрд. лет, протерозой – 1,5 млрд.лет) 2)фанерозойский 600 млн.лет по н.вр. (палеозой – 220-570 млн.лет наз., мезозой – 70-220 млн.лет назад, кайнозой)

14. Постулаты СТО и ОТО Энштейна. Первый постулат: законы физики имеют одинаковую форму во всех инерциальных системах отсчета. Этот постулат явился обобщением принципа относительности Ньютона не только на законы механики, но и на законы остальной физики. Первый постулат-принцип относительности. Второй постулат: свет распространяется в вакууме с определенной скоростью с, не зависящей от скорости источника или наблюдателя.  Эти два постулата образуют основу теории относительности А. Эйнштейна. Общую теорию относительности часто еще называют теорией тяготения. В ней были описаны новые стороны зависимости пространственно-временных отношений от материальных процессов. Эта теория основывается уже не на двух, а на трех постулатах. Первый постулат общей теории относительности–расширенный принцип относительности, который утверждает неизменность законов природы в любых системах отсчета как инерциальных и неинерциальных, движущихся с ускорением или замедлением. Нельзя приписывать абсолютный характер скорости и ускорению, которое имеет конкретный смысл по отношению к фактору, его определяющему. Второй постулат – принцип постоянства скорости света – остается неизменным. Третий постулат – принцип эквивалентности инертной и гравитационной масс.  Выводом общей теории относительности стала идея, что изменение геометрических (пространственных) и временных характеристик тел происходит при движении с большими скоростями и в гравитационных полях.

Подтверждения ОТО: Луч света, обладающий инертной, а, следовательно, и гравитационной массой, должен искривляться в поле тяготения. Такое искривление должен испытывать луч, проходящий возле Солнца. Этот эффект можно обнаружить при наблюдении положения звезд во время солнечного затмения. В 1919 г. научные экспедиции Лондонского Королевского общества, направленные для изучения солнечного затмения подтвердили правильность этого утверждения. Частота света под действием поля тяготения должна смещаться в сторону более низких значений. В результате этого эффекта линии солнечного спектра должны смещаться в сторону красного цвета.Действительно, красное смещение в спектрах небесных тел было обнаружено. Все это явилось убедительным подтверждением ОТО.

Экспериментальное подтверждение специальной теории относительности пришло из микромира. Выяснилось, что при опытах с элементарными частицами, которые в специальных ускорителях разгоняют до очень больших скоростей, для хорошего согласия экспериментальных и расчетных данных следует учитывать эффект возрастания массы, так называемые релятивистские поправки к массе. Замедление времени экспериментально зафиксировано уже при скоростях космических полетов. Все сказанное свидетельствует о том, что специальная теория относительности описывает не только мегамир, но также и микромир. В макромире же скорости слишком низки, а массы слишком велики.