2.3. Революции в естествознании и смена картин мира

Первую революцию в науке относят к XVII в. и связывают с возникновением экспериментального естествознания. Вместо разного рода натурфилософских догадок и гипотез о скрытых качествах вещей ученые той эпохи, начиная с Г. Галилея, стали проверять свои предположения и гипотезы с помощью точно построенного эксперимента. Экспериментальный метод с тех пор стал важнейшим методом исследования природы, и его значение трудно переоценить. Вместе с ним совершенствовались также теоретические методы.

Вторая революция возникла в конце XIX — начале XX в., когда в естествознании были сделаны крупнейшие открытия, которые коренным образом изменили наши представления о научной картине мира. Эти открытия были связаны прежде всего с обнаружением кванта энергии, установлением строения вещества и взаимосвязи массы и энергии. Если раньше последними неделимыми частицами материи, своеобразными «кирпичиками мироздания», из которых состоит природа, считались атомы, то в конце XIX в..были открыты электроны, входящие в состав атомов. Позднее было установлено строение ядер атомов, состоящих из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (лишенных заряда частиц). Согласно первой модели атома, построенной английским ученым Э. Резерфордом (1871—1937), атом уподоблялся миниатюрной Солнечной системе, в которой вокруг ядра вращаются электроны. Такая система была, однако, неустойчивой: вращающиеся электроны, теряя свою энергию, в конце концов должны были упасть на ядро. Но опыт показывает, что атомы являются весьма устойчивыми образованиями и для их разрушения требуются огромные силы. В связи с этим прежняя модель строения атома была значительно усовершенствована выдающимся датским физиком Н. Бором (1885—1962), который предположил, что при вращении по так называемым стационарным орбитам электроны не излучают энергию. Такая энергия излучается или поглощается в виде кванта, или порции энергии, только при переходе электрона с одной орбиты на другую.

Значительно изменились также взгляды на энергию. Если раньше предполагалось, что энергия излучается непрерывно, то тщательно поставленные эксперименты убедили физиков, что она может испускаться отдельными квантами. Об этом свидетельствует, например, явление фотоэффекта, когда кванты энергии видимого света вызывают электрический ток. Это явление, как известно, используется в фотоэкспонометрах, которыми пользуются в фотографии для определения выдержки при экспозиции.

В 30-х гг. XX в. было сделано другое важнейшее открытие, которое показало, что элементарные частицы вещества, как, например, электроны, обладают не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Таким путем экспериментально было доказано, что между веществом и полем не существует непроходимой границы: в определенных условиях элементарные частицы вещества обнаруживают волновые свойства, а в других — свойства корпускул. Это явление получило название дуализма волны и частицы — представление, которое никак не укладывалось в рамки обычного здравого смысла. До этого физики придерживались убеждения, что вещество, состоящее из разнообразных материальных частиц, может обладать лишь корпускулярными свойствами, а энергия поля — распространяться в виде волн. Соединение в одном объекте корпускулярных и волновых свойств совершенно исключалось. Но под давлением неопровержимых экспериментальных результатов ученые вынуждены были признать, что элементарные частицы одновременно обладают как свойствами корпускул, так и волн.

В 1925—1927 гг. для объяснения процессов, происходящих в мире мельчайших частиц материи — микромире, была создана новая, квантовая механика. Последнее название и утвердилось за новой наукой. Впоследствии возникли разнообразные квантовые теории: квантовая электродинамика, теория элементарных частиц и другие, которые исследуют закономерности движения элементарных частиц микромира.

Другая фундаментальная теория современной физики — теория относительности — в корне изменила научные представления о пространстве и времени. В специальной теории относительности получил дальнейшее применение установленный еще Галилеем принцип относительности в механическом движении. Согласно этому принципу, во всех инерциальных системах, т.е. системах отсчета, движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно, все механические процессы происходят одинаковым образом, и поэтому их законы имеют ковариантную, или ту же самую, математическую форму. Наблюдатели в таких системах не заметят никакой разницы в протекании механических явлений. В дальнейшем принцип относительности был использован и для описания электромагнитных процессов. Точнее говоря, сама специальная теория относительности появилась в связи с преодолением трудностей, возникших в этой теории.

Важный методологический урок, который был получен из специальной теории относительности, состоял в том, что она впервые ясно показала, что все движения, происходящие в природе, имеют относительный характер. Это означает, что в природе не существует никакой абсолютной системы отсчета и, следовательно, абсолютного движения, которые допускала ньютоновская механика.

Еще более радикальные изменения в учении о пространстве и времени произошли в связи с созданием общей теории относительности, которую нередко называют новой теорией тяготения, принципиально отличной от классической ньютоновской теории. Эта теория впервые ясно и четко установила связь между свойствами движущихся материальных тел и их пространственно-временной метрикой. Теоретические выводы из нее были экспериментально подтверждены во время наблюдения солнечного затмения. Согласно предсказаниям теории, луч света, идущий от далекой звезды и проходящий вблизи Солнца, должен отклониться от своего прямолинейного пути и искривиться, что и было подтверждено с помощью фотографии луча на фотопластинке. Более подробно все эти вопросы мы рассмотрим в следующих главах книги.

Научно-техническая революция, развернувшаяся в последние десятилетия XX в., внесла много нового в наши представления о сущности естественнонаучной картины мира. Возникновение системного подхода позволило взглянуть на окружающий нас мир как на единое, целостное образование, состоящее из огромного множества взаимодействующих друг с другом систем. Вместе с тем появление такого междисциплинарного направления исследований, как синергетика, или учение о самоорганизации, дало возможность не только раскрыть внутренние механизмы эволюционных процессов, которые происходят в природе, но и представить весь мир как совокупность самоорганизующихся процессов. Заслуга синергетики состоит прежде всего в том, что она впервые показала, что процессы самоорганизации могут происходить в простейших системах неорганической природы, если для этого имеются определенные условия (открытость системы и ее неравновесность, достаточное удаление от точки равновесия и некоторые другие). Чем сложнее система, тем более высокий уровень приобретают в них процессы самоорганизации. Так, уже на предбиотической стадии эволюции возникают автопоэтические процессы, т.е. процессы самообновления, которые в развитых живых системах выступают в виде взаимосвязанных процессов ассимиляции и диссимиляции. Главное достижение синергетики и возникшей на ее основе новой концепции самоорганизации состоит в том, что они помогают взглянуть на природу как на мир, находящийся в процессе непрестанного усложнения, совершенствования и эволюции.

В каком отношении синергетический подход находится к подходу общесистемному? Прежде всего подчеркнем, что два этих подхода не исключают, а, наоборот, предполагают и дополняют друг друга. Действительно, когда рассматривают множество каких-либо объектов как систему, то обращают внимание на их взаимосвязь, взаимодействие и целостность. Синергетический подход ориентируется на исследование процессов изменения и развития систем. Он изучает процессы возникновения и формирования новых систем в процессе самоорганизации. Чем сложнее протекают эти процессы в различных системах, тем выше находятся такие системы на эволюционной лестнице развития. Таким образом, эволюция систем напрямую связана с процессами и механизмами самоорганизации. Исследование конкретных механизмов самоорганизации и основанной на ней эволюции составляет задачу конкретных наук. Синергетика же выявляет и формулирует общие принципы самоорганизации любых систем, и в этом отношении она аналогична системному методу, который рассматривает общие принципы функционирования, развития и строения любых систем. В целом же системный подход имеет более фундаментальный и широкий характер, поскольку наряду с динамическими, развивающимися системами рассматривает также системы статические.

Эти новые мировоззренческие подходы к исследованию естественнонаучной картины мира оказали значительное влияние как на конкретный характер познания в отдельных отраслях естествознания, так и на понимание природы научных революций в естествознании. А ведь именно с революционными преобразованиями в естествознании связано коренное изменение представлений о картине природы.

В наибольшей мере это коснулось наук, изучающих живую природу. Переход от клеточного уровня исследования к молекулярному уровню ознаменовался крупнейшими открытиями в биологии, связанными с расшифровкой генетического кода, пересмотром прежних взглядов на эволюцию живых организмов, уточнением старых и появлением новых гипотез происхождения жизни и многого другого. Такой переход стал возможен в результате взаимодействия различных наук естествознания, широкого использования в биологии точных методов физики, химии, информатики и вычислительной техники.

В свою очередь, живые системы послужили для химии той природной лабораторией, опыт которой ученые стремились воплотить в своих исследованиях по синтезу сложных соединений. По-видимому, учения и принципы биологии оказали значительное стимулирующее воздействие на развитие физики. Действительно, как мы покажем в последующих главах, представление классической термодинамики о закрытых системах и их эволюции в сторону беспорядка и разрушения находилось в явном противоречии с эволюционной теорией Дарвина, которая доказывала, что в живой природе происходит возникновение новых видов растений и животных, их совершенствование и адаптация к окружающей среде. Это противоречие было разрешено благодаря возникновению неравновесной термодинамики, опирающейся на новые фундаментальные понятия об открытых системах и принципе необратимости развития.

Выдвижение на передний край естествознания биологических проблем, а также особая специфика живых систем дали повод целому ряду ученых заявить о смене лидера современного естествознания. Если раньше таким бесспорным лидером считалась физика, то теперь на такую роль все решительнее претендует биология. Соответственно этому если идеалом устройства окружающего мира в прошлом признавали часы и машины, то теперь таким идеалом считается живой организм. Однако многочисленные противники такого взгляда не без основания заявляют, что поскольку живой организм состоит из тех же молекул, атомов, элементарных частиц, то по-прежнему лидером естествознания должна оставаться физика.

Вопрос о лидерстве в естествознании зависит от множества разнообразных факторов, среди которых решающую роль играют ценность лидирующей науки для общества, точность, разработанность и фундаментальность методов ее исследования, возможность их применения в других науках и некоторые другие. Несомненно, однако, что самыми впечатляющими для современников являются наиболее крупные открытия, сделанные в лидирующей науке, и перспективы ее дальнейшего развития. С этой точки зрения биология второй половины XX столетия может рассматриваться, по крайней мере, как кандидат в лидеры современного естествознания, ибо именно в ее рамках были сделаны наиболее революционные открытия.

Говоря о революциях в естествознании, следует в первую очередь отказаться от наивных и предвзятых представлений о них как о процессах, связанных с ликвидацией прежнего знания, с отказом от преемственности в развитии науки, и прежде всего от ранее накопленного и проверенного эмпирического материала. Такой отказ касается главным образом прежних гипотез и теорий, которые оказались неспособными объяснить вновь установленные факты наблюдений и результаты экспериментов.

Революционные преобразования в естествознании означают коренные, качественные изменения в концептуальном содержании его теорий, учений и научных дисциплин. Развитие науки отнюдь не сводится к простому накоплению и даже обобщению фактов, т.е. к тому, что называют кумулятивным процессом. Факты всегда стремятся объяснить с помощью гипотез и теорий.

В XX в. возникли, с одной стороны, квантово-механистическая картина мира, а с другой — релятивистская картина пространства-времени. В настоящее время все большую роль в формировании картины мира начинают играть эволюционные взгляды, тесно связанные с системным подходом и самоорганизацией. В связи с этим в современную науку все шире проникает идея о глобальной эволюции. Такое общее, предварительное и схематическое представление о связи между фундаментальными концепциями и парадигмами исследования и естественнонаучными картинами мира свидетельствует о качественных изменениях в развитии самого естествознания, сопровождающихся научными революциями. В последующих главах мы более подробно остановимся на освещении наиболее важных концепций в развитии естествознания.

 

Основные понятия и вопросы
Картина мира:	Мировоззрение:
естественнонаучная	научное
стихийно-эмпирическая	стихийно-эмпирическое
Концепция	ненаучное
Кумулятивизм	Парадигма

Принцип		Самоорганизация
Развитие	Системный подход
Реализм научный	Теория
Революция:	Фундаментальный закон
в науке	Эволюция
в обществе

 

 

1. Чем отличается естественнонаучная картина мира от естествознания?

2. Какая связь существует между концепциями и картиной мира?

3. Что такое практическая картина мира?

4. Чем она отличается от научной картины мира?

5. Какая связь существует между сменой картин мира и научными революциями?

6. Как взаимосвязаны и взаимодействуют картины мира и философия?

7. Почему нельзя включать философские категории в картину мира?

8. Каковы соотношения между парадигмами, концепциями естествознания и научной картиной мира?

9. Почему ошибочен кумулятивистский взгляд на развитие науки?

 

10. В чем заключается несостоятельность тезиса Т. Куна о выделении нормального и экстраординарного периодов в развитии науки?

11. В чем состояла революция в естествознании в конце XIX — начале XX в.?

12. В чем особенности современной научно-технической революции?

Литература

Основная:

Дышлевый П.С, Яценко Л.В. Что такое общая картина мира. М., 1984.

Кун Т. Структура научных революций. М., 1975.

Пахомов Б.Я. Становление современной научной картины мира. М., 1985.

Планк М. Единство физической картины мира. М., 1966.

Степин B.C., Кузнецова Л.Ф. Научная картина мира в культуре техногенной

цивилизации. М., 1996. Философия науки. Современные философские проблемы областей научного

знания. М., 2005.

Дополнительная:

Эйнштейн А. Физика, философия и научный прогресс // Собр. научных

трудов: В 4 т. Т. 4. Философия естествознания. М., 1966. Философия: энциклопедический словарь / Под ред. А.А. Ивина. М., 2004.

Электродинамическая картина мира.

18-19 века. Основоположниками считаются Эрстед, Фарадей, Максвелл. Началось это мировоззрение также с проблемы поиска элементарных объектов. В 18 веке наука познакомилась с тем, что материя существует не только в форме вещества ( вещество, устроенное заново), но и в форме поля (поле устроено из волн). В 18 веке основным объектом изучения стали не атомы, а волны. Первоначально познакомились только с существованием электромагнитного поля. Отсюда мировоззрение получило название электро-динамическая картина мира. Основная сила природы, которая исследуется в этот период и которая управляет волнами, - это сила электромагнетизма.

К концу 19 века в классической науке созрел кризис. Обусловлен он был несколькими причинами: 1. Возникло противоречие между механической и электродинамической картиной мира. И та и другая пытались описать мир, начиная от самых элементарных объектов, но оказалось, что атомы и волны имеют различные свойства. Мир устроенный из атомов допускает существование пустоты, отсюда основной свойство мира, в рамках механической НКН, является наличие дискретности (прерывности). Волны протяжены по своей природе, они заполняют все пространство, отсюда в таком мире пустоты существовать не может. И основным свойством такого мира являетсяконтинуальность (длительность, протяженность).

2 . Были обнаружены явления, которые сочетали в себе свойства и частиц и волн (явление света).

Этот кризис привел к смене научного мировоззрения.

Неоклассическая картина мира.

19 век – 60 годы 20 века. 1897 Дж. Томсон электрон – первую элементарную частицу. Открытие электрона породило целый ряд научных проблем:

1. Открытие других элементарных частиц. Как решалась: открытие новых элементарных частиц продолжается до сих пор, к настоящему времени обнаружено около 350. В настоящее время частицы не открывают, а синтезируют. Для этого существует большой адронный коллайдер.

2. Проблема изучения структуры атома: как расположены частицы внутри. В 30 годы 20 века появилась «планетарная модель атома» .

3. Изучение свойств элементарных частиц.

 

Свойства элементарных частиц.

1. Элементарные частицы обладают массой. По массе делятся на разные классы.

2. Частица обладает энергией.

 

3. Частица обладает временем жизни.

4. Частицы участвуют в разных типах взаимодействия.

5. Частицы обладают взаимопревращаемостью. Это свойство присутствует только в микромире.

6. У частиц имеются свои античастицы. Античастицы – такие же частицы, но они противоположны данной по какому-то одному признаку, как правило, по электрическому заряду.

7. Частицы обладают электрическим зарядом (+-0).

8. Корпускулярно-волновой дуализм. Означает, что в микромире элементарные объекты обладают двойной природой. Они имеют свойства частиц, и имеют свойства волн. Также, как например, свет обладает двойной природой. Корпускулярная природа света проявляется в фотоэффекте, а волновая в дифракции.

9. Открытие корпускулярно-волнового дуализма послужило к разрешению конфликта между механической и электродинамической картиной мира.

 

Свойства и классификации эл частиц, и кварки.

Квантово-полевая картина мира и ее основные принципы

В конце ХIХ - начале XX вв. последовал ряд открытий, которые не вписывались в существовавшую научную картину мира. Революционная ситуация, сложившаяся в естествознании в начале XX в., связана с появлением двух новых теоретических концепций - квантовой механики и специальной теории относительности.

Во второй половине 19 в. в результате исследования теплового излучения был открыт ряд законов: Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Однако из теории, основанной на традиционных представлениях об электромагнитных излучениях, следовало, что энергия теплового излучения на всех частотах (во всем интервале длин волн) равнялась бесконечности, что противоречило закону сохранения энергии. Особенно ярко это противоречие проявлялось в области коротких длин волн, поэтому оно получило название «ультрафиолетовой катастрофы».

В 1900 г. Макс Планк для выхода из этой ситуации предложил следующую гипотезу (впоследствии названную квантовой гипотезой Планка): электромагнитное излучение испускается отдельными порциями - квантами, величина которых пропорциональна частоте излучения. Гипотеза Планка фактически стала началом новой, квантовой, физики (старая при этом получила название классической). Таким образом, если в классической физике считалось, что энергия может изменяться непрерывно и принимать любые, сколь угодно близкие значения, то согласно квантовым представлениям, она может принимать лишь дискретные значения, равному целому числу квантов энергии

В 1905 г. А. Эйнштейн, приняв гипотезу Планка, расширил ее, предположив, что свет не только излучается квантами, но и распространяется и поглощается тоже квантами (названными впоследствии фотонами). Таким образом, свет представляет собой поток световых частиц - фотонов. В истории развития учения о свете сменяли друг друга корпускулярная теория света (Ньютон) и волновая (Р. Гук, Ч. Гюйгенс, Т. Юнг, Ж. Френель), представлявшая свет как механическую волну. В 70-х годах после утверждения теории Максвелла под светом стали понимать электромагнитную волну. В начале 20-го века на основе экспериментов было неопровержимо доказано, что свет обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Было также обнаружено, что в проявлении этих свойств существуют вполне определенные закономерности: чем меньше длина волны, тем сильнее проявляются корпускулярные свойства света.

В 1924 г. французский физик Л. де Бройль выдвинул смелую гипотезу: корпускулярно-волновой дуализм имеет универсальный характер, т.е. все частицы, имеющие конечный импульс, обладают волновыми свойствами. При проявлении у микрообъекта корпускулярных свойств его волновые свойства существуют как потенциальная возможность, способная при определенных условиях перейти в действительность (диалектическое единство корпускулярных и волновых свойств материи).

Таким образом, корпускулярные и волновые свойства микрообъекта являются несовместимыми в отношении их одновременного проявления, однако они в равной мере характеризуют объект, т.е. дополняют друг друга. Эта идея была высказана Н. Бором (1927 г.) и положена им в основу важнейшего методологического принципа современной науки, охватывающего в настоящее время не только физические науки, но и все естествознание - принципа дополнительности. Для полного описания квантово-механических явлений необходимо применять два взаимоисключающих (дополнительных) набора классических понятий, совокупность которых дает наиболее полную информацию об этих явлениях как о целостных. С точки зрения этого принципа, состояния, в которых взаимно дополнительные величины имели бы одновременно точно определенное значение, принципиально невозможны, причем если одна из таких величин определена точно, то значение другой полностью неопределенно. В общем случае дополнительными друг к другу являются, например, направление и величина момента количества движения, кинетическая и потенциальная энергия, напряженность электрического поля в данной точке и число фотонов и т.д. Таким образом, принцип дополнительности фактически отражает объективные свойства квантовых систем, не связанных с существованием наблюдателя.

Двойственная природа микрочастиц поставила науку перед вопросом о границах применимости понятий классической физики в микромире. В классической механике всякая частица движется по определенной траектории и всегда имеет вполне определенные (точные) значения координаты, импульса, энергии. Микрочастица, напротив, обладая волновыми свойствами, не имеет траектории, а значит, не может иметь одновременно определенных (точных) значений координаты и импульса. Меру этой неопределенности (неточности) в значениях координаты и импульса, энергии и времени нашел в 1927 г.

В Гейзенберг, дав общее описание эффекта воздействия инструментов измерения на измеряемые объекты микромира, В результате им был сформулирован принцип неопределенности, математическое выражение которого называется соотношением неопределенностей Гейзенберга:

Δx х Δv > h/m,

где Δx - неопределенность (погрешность измерения) пространственной координаты микрочастицы, Δv - неопределенность скорости частицы, m - масса частицы, а h – постоянная Планка.

Принцип соответствия, имеющий важное философское и методологическое значение, может быть сформулирован следующим образом: теории, справедливость которых была экспериментально установлена для определенной группы, с появлением новой теории не отбрасываются, а сохраняют свое значение для прежней области явлений, как предельная форма и частный случай новых теорий. Таким образом, классическая механика является предельным случаем квантовой механики и релятивистской механики.

Ранее считалось, что устройство мира можно познавать, не вмешиваясь в него, не влияя на протекающие в нем процессы, т.е. находясь вне абсолютной физической реальности. Эйнштейн не включал в понятие «физическая реальность» акт наблюдения, а Бор считал его важным элементом физической реальности. Картина реальности в квантовой механике становится как бы двуплановой: с одной стороны в нее входят характеристики исследуемого объекта, а с другой - условия наблюдения. Таким образом, в КПКМ появляется принцип относительности к средствам наблюдения. Принцип относительности Галилея гласит: "Никакими механическими опытами, произведенными в инерциальной системе отсчета, невозможно определить, движется ли эта система равномерно и прямолинейно, или находится в покое". Иными словами: все законы механики инвариантны (неизменны, т.е. имеют один и тот же вид) во всех инерциальных системах отсчета, ни одна не имеет преимущества перед другой.

Эйнштейн обобщил принцип относительности Галилея на все явления природы. Принцип относительности Эйнштейна гласит: "Никакими физическими опытами, произведенными в инерциальной системе отсчета, невозможно определить, движется ли эта система равномерно и прямолинейно, или находится в покое". Не только механические, но и все физические законы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Принцип относительности явился первым постулатом, который Эйнштейн положил в основу созданной им теории относительности. Второй постулат - принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета, по всем направлениям. Она не зависит от движения источника света и наблюдателя. При сложении любых скоростей результат не может превысить скорость света в вакууме, т.е. эта скорость - предельная.

Теория, созданная А. Эйнштейном для описания явлений в инерциальных системах отсчета, основанная на приведенных выше двух постулатах, называется специальной теорией относительности (СТО). В СТО протяженность и длительность меняются в движущихся системах отсчета, одновременность событий не абсолютна и зависит от выбора системы отсчета. Механика больших скоростей, где скорость приближается к скорости света, называется релятивистской механикой. Она опирается на два постулата Эйнштейна и не отменяет классическую механику, а лишь устанавливает границы ее применимости СТО подтверждена обширной совокупностью фактов и лежит в основе всех современных теорий, рассматривающих явления при релятивистских, т.е. близких к скорости света, скоростях.

Резюмируя вышесказанное, можно выделить следующие характерные особенности квантово-полевой картины мира: сложились новые, квантово-полевые представления о материи, которые определяются как корпускулярно-волновой дуализм - наличие у каждого элемента материи свойств волны и частицы; одной из основных особенностей элементарных частиц является их универсальная взаимозависимость и взаимопревращаемость; ушли в прошлое и представления о неизменности материи. В современной физике основным материальным объектом является квантовое поле, переход его из одного состояния в другое меняет число частиц окончательно утверждаются представления об относительности пространства и времени, зависимость их от материи. Пространство и время перестают быть независимыми друг от друга и, согласно теории относительности, сливаются в едином четырехмерном пространственно-временном континууме.

Эти новые мировоззренческие подходы к исследованию естественнонаучной картины мира оказали значительное влияние как на конкретный характер познания в отдельных отраслях естествознания, так и на понимание природы, научных революций в естествознании. Квантово-полевая картина мира и в настоящее время находится в состоянии становления. С каждым годом к ней добавляются новые элементы, выдвигаются новые гипотезы, создаются и развиваются новые теории.

Принципы относительности в современном естествознании

Важную роль в создании научной картины мира сыграл принцип относительности одного из основоположников современного естествознания Галилея - принцип равноправия всех инерциальных систем отсчета в классической механике, который утверждает, что никакими механическими опытами, проводящимися в какой-то инерциальной системе отсчета, нельзя определить, покоится данная система или движется равномерно и прямолинейно.

Математически принцип относительности Галилея выражает инвариантность уравнений механики относительно преобразований координат движущихся точек (и времени) при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой - преобразований Галилея. Впервые положение об относительности механического движения было высказано Галилео Галилеем в 1638 г. в его труде «Диалог о двух основных системах мира - птоломеевой и коперниковой». Там же сформулирован один из фундаментальных принципов физики - принцип относительности. Галилей использовал наглядный и образный метод изложения. Он писал, что находясь «в помещении под палубой корабля» и проводя опыты и наблюдения над всем, что там происходит, нельзя определить, покоится ли корабль, или же он движется «без толчков», то есть равномерно и прямолинейно. При этом подчеркивались два положения, составляющие суть принципа относительности:

1) движение относительно: по отношению к наблюдателю «в помещении под палубой» и к тому, кто смотрит с берега, движение выглядит по-разному;

2) физические законы, управляющие движением тел в этом помещении, не зависят от того, как движется корабль (если только это движение равномерно). Иначе говоря, никакие опыты в «закрытой кабине» не позволяют определить, покоится кабина или движется равномерно и прямолинейно.

Таким образом, Галилей сделал вывод, что механическое движение относительно, а законы, которые его определяют, абсолютны, то есть безотносительны. Эти положения коренным образом отличались от общепринятых в то время представлений Аристотеля о существовании «абсолютного покоя» и «абсолютного движения».

Принцип относительности Галилея органически вошел в созданную И. Ньютоном классическую механику.

«Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние» - так Ньютон сформулировал закон, который сейчас называется первым законом механики Ньютона, или законом инерции.

Система отсчета, в которой справедлив закон инерции: материальная точка, когда на нее не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, - называется инерциальной. Всякая система отсчета, движущаяся по отношению к ней поступательно, равномерно и прямолинейно, есть также инерциальная.

Теория относительности - физическая теория пространства и времени. В частной (специальной) теории относительности рассматриваются только инерциальные системы отсчета. Явления, описываемые теорией относительности, называются релятивистскими (от лат. «относительный») и проявляются при скоростях, близких к скорости света в вакууме (эти скорости тоже принято называть релятивистскими).

Существует фактически две различных теории относительности, известных в физике, одна из них называется специальной (частной) теорией относительности, другая - общей теорией относительности. Альберт Эйнштейн предложил первую из них в 1905 г., вторую - в 1916 г. Принимая во внимание, что специальная теория относительности связана, в первую очередь, с электрическими и магнитными явлениями и с их распространением в пространстве и времени, общая теория относительности была разработана, прежде всего, чтобы иметь дело с тяготением. Обе теории сосредотачиваются на новых подходах к пространству и времени, подходах, которые отличаются глубоко от тех, которые используются в каждодневной жизни; но релятивистские понятия пространства и времени неразрывно вплетаются в любую современную интерпретацию физических явлений в пределах от атома до вселенной в целом.

Особенности эволюционных процессов в природе и их отличие от динамических и статистических процессов

относительность естествознание эволюционный

Эволюционные процессы характеризуются необратимостью во времени и случайностью изменения хода процесса. Канонической иллюстрацией этих свойств является теория Дарвина [3, cc.53-54]. Эволюционные процессы представляют собой разновидность динамических процессов (процессов протекающих во времени).

В динамических теориях явления природы подчиняются однозначным (динамическим) закономерностям, а статистические теории основаны на объяснении процессов вероятностными (статистическими) закономерностями.

К динамическим теориям относятся классическая механика (создана в XVII-XVIII вв.), механика сплошных сред, т. е. гидродинамика (XVIII в.), теория упругости (начало XIX в.), классическая термодинамика (XIX в.), электродинамика (XIX в.), специальная и общая теория относительности (начало ХХ в). К статистическим теориям относятся статистическая механика (вторая половина XIX в.), микроскопическая электродинамика -(начало ХХ в.), квантовая механика (первая треть ХХ в.)

Таким образом, XIX столетие получается столетием динамических теорий; ХХ столетие - столетием статистических теорий. Значит, динамические теории соответствовали первому этапу в процессе познания природы человеком, тогда как на следующем этапе главную роль стали играть статистические теории.

Современную концепцию детерминизма можно сформулировать следующим образом: динамические законы представляют собой первый, низший этап в процессе познания окружающего мира; статистические же законы более совершенно отображают объективные связи в природе: они являются следующим, более высоким этапом познания.

Статистические теории не являются однозначными, а только вероятностными. Вероятностными они называются потому, что заключения, основанные на них, не следуют логически из имеющейся информации, а потому не являются достоверными и однозначными. Информация при этом носит статистический характер, законы, выражающие эти процессы, называются статистическими законами, и этот термин получил в науке большое распространение.

В классической науке статистические законы не признавали подлинными законами, так как ученые в прошлом предполагали, что за ними должны стоять такие же универсальные законы, как закон всемирного тяготения Ньютона, который считался образцом детерминистического закона, поскольку он обеспечивает точные и достоверные предсказания приливов и отливов, солнечных и лунных затмений и других явлений природы. Но при этом, статистические же законы признавались в качестве удобных вспомогательных средств исследования, дающих возможность представить в компактной и удобной форме всю имеющуюся информацию о каком-либо предмете исследования.

Статистическими, например, являются законы квантовой механики, касающиеся движения микрочастиц; они не в состоянии определить движение каждой отдельной частицы, но определяют движение группы, того или иного множества.

Подлинными законами считались именно детерминистические законы, обеспечивающие точные и достоверные предсказания.

Отношение к статистическим законам принципиально изменилось после открытия законов квантовой механики, предсказания которых имеют существенно вероятностный характер.

Таким образом, исторически детерминизм выступает в двух следующих формах [1, сс.321-322]:

1) лапласовый, или механистический, детерминизм, в основе которого лежат универсальные законы классической физики;

2) вероятностный детерминизм, опирающийся на статистические законы и законы квантовой физики.

Рассматривая проблему соотношения между динамическими и статистическими закономерностями, современная наука исходит из концепции примата статистических закономерностей [1, сс.322-323]. Не только динамические, но и статистические законы выражают объективные причинно-следственные связи. Более того, именно статистические закономерности являются фундаментальными, более глубокими по сравнению с динамическими закономерностями, они ярче выражают указанные связи.

В отличие от динамических законов, статистические законы не позволяют точно предсказать наступление или ненаступление того или иного конкретного явления, направление и характер изменения тех или иных его характеристик. На основе статистических закономерностей можно определить лишь степень вероятности возникновения или изменения соответствующего явления. Динамические теории не противостоят статистическим, а включаются в рамки последних как предельный случай. Это хорошо видно на примере классической механики, которую можно рассматривать как предельный случай квантовой механики [1, сс.323-324].

Таким образом, согласно современной научной концепции, можно говорить о всеобщности, универсальности вероятностного подхода. Это означает, в частности, что деление фундаментальных теорий на динамические и статистические является, строго говоря, условным.

В современной концепции детерминизма органически сочетаются необходимость и случайность. Признание самостоятельности статистических, или вероятностных, законов, отображающих существование случайных событий в мире, дополняет прежнюю картину строго детерминистического мира. В результате в новой современной картине мира необходимость и случайность выступают как взаимосвязанные и дополняющие друг друга аспекты объяснения окружающего мира.

Психологические особенности неуспевающих школьников

Для всех неуспевающих школьников характерна, прежде всего, слабая самоорганизация в процессе учения: отсутствие сформированных способов и приемов учебной работы, наличие устойчивого неправильного подхода к учению.

Неуспевающие учащиеся не умеют учиться. Они не хотят или не могут осуществлять логическую обработку усваиваемой темы. Эти школьники на уроках и дома работают не систематически, а если оказываются перед необходимостью подготовить урок, то либо делают это наспех, не анализируя учебного материала, либо прибегают к многократному чтению его с целью заучивания наизусть, не вникая в сущность заучиваемого. Эти учащиеся не работают над систематизацией усваиваемых знаний, не устанавливают связей нового материала со старым. Вследствие этого знания неуспевающих имеют бессистемный, фрагментарный характер [6, с.24-25].

Такой подход к учению приводит к систематической интеллектуальной недогрузке, что в свою очередь ведет к значительному снижению темпов умственного развития этих школьников и еще больше усиливает их отставание от одноклассников.

Низкая самоорганизация неуспевающих школьников проявляется также в низком уровне овладения такими психическими функциями как память, восприятие, воображение, а также в неумении организовать свое внимание, как правило, на уроках неуспевающие школьники невнимательны. Воспринимая учебный материал, они не стремятся воссоздать его в виде образов, картин.

Педагогам массовой школы хорошо известно, что дети, стойко не усваивающие школьную программу, имеют отрицательные особенности характера и нарушения поведения. Всестороннее исследование особенностей психического развития неуспевающих школьников - диагностический психологический эксперимент, подробное биографическое изучение, наблюдение за поведением на уроках и во внеурочной деятельности, беседы с родителями и учителями - позволило выявить ряд условий, способствующих формированию искажений в развитии личности детей [10, с.448].

Первым и наиболее важным фактором становление отрицательных черт характера является нежелание учиться, отвращение неуспевающего ребенка к всякого рода учебной работе. Стойкие трудности в усвоении материала, постоянное чувство неуспеха естественно приводят к тому, что такие дети избегают самого процесса приготовления уроков, рвут тетради, прячут учебники, плачут в ответ на школьные требования. Они начинают прогуливать занятия, дома лгать, обманывать, говорить, что “ничего не задано", а в школе - что “забыл книги дома” и т.д. В этих поступках начинает просматриваться эмоциональное искажение, зачатки отрицательных черт характера уже в первые шесть месяцев, в течение первого года обучения. Такие особенности поведения формируются очень быстро и уже ко второму полугодию такие дети очень заметны в массовой школе [11, с.180].

К этому времени (то есть ко второму классу) присоединяется следующий фактор - конфликтные отношения с учителями. На первый взгляд, кажется, что эти отношения носят негативный характер, даже складывается мнение о предвзятом отношении педагогов к неуспевающим детям. Учителя грубо к ним обращаются, кричат на них, делают замечания в оскорбительной форме, жалуются родителям, обсуждают друг с другом в открытой форме, при других школьниках. В тоже время, беседы и тщательное наблюдение позволяют понять, что такое поведение учителей вызвано беспомощностью, неумением работать с такими детьми, особым вниманием к ним, минимальными успехами в учебе. Здесь используются все доступные средства. Повышенным тоном, нотациями и морализаторством педагоги пытаются привлечь внимание слабоуспевающих учеников, включить их в учебную работу, заставить заниматься.

Стойкая конфликтная ситуация приводит к тому, что и неуспевающие дети через короткое время начинают дерзить в ответ, грубить учителю, демонстративно уходить с уроков, срывать учебный процесс. У неуспевающих школьников возникают и закрепляются разнообразные отрицательные черты характера - конфликтность, злобность, аффективная возбудимость.

Аналогичные проблемы возникают у стойко неуспевающих детей по отношению к родителям. Поведение родителей является еще более сложным и противоречивым. Чаще всего родители неуспевающих учеников имеют претензии к школе, обвиняют учителей (“они плохо учат”), учебную программу, но при наблюдении в неформальной обстановке отчетливо видно, что эти же родители постоянно упрекают детей именно учебными проблемами. Уставших детей сажают сразу после школьных занятий учить домашние задания, сидят вместе с ними, нанимают репетиторов, часто применяют физические наказания, кричат - “бездари…лентяи" и т.д. Тем самым родители окончательно теряют доверие своих детей, постоянными конфликтами усугубляют домашнюю обстановку и их неуспевающие дети начинают уходить на “улицу”. Становятся постоянными уходы из дома, возвращение домой поздно вечером, дети всячески врут, пытаясь выкрутиться из создавшейся ситуации. Это происходит уже к концу третьего класса [17, с.117].

В основу типологии неуспевающих школьников многие авторы кладут изученные или причины неуспеваемости. Так поступает, в частности, Л.С. Славина: типы неуспевающих выделяют ее по доминирующей причине. Одну группу неуспевающих составляют те учащиеся, у которых отсутствуют действенные мотивы учения, другую - дети со слабыми способностями учения, третью - с неправильно сформировавшимися навыками учебного труда и не умеющие трудиться [30, с.165].

Коллектив под руководством И.В. Дубровиной объединил психологические причины, лежащие в основе неуспеваемости, в две группы: к первой, из которых отнесли недостатки познавательной деятельности в широком смысле слова (школьник плохо понимает, не способен качественно усваивать школьные предметы и т.д.), а по второй - недостатки в развитии мотивационной сферы детей (недостаточная сформированность основных психологических процессов) [28, с.286].

В младшем школьном возрасте хорошо видно, что отрицательные черты характера, нарушения поведения формируются отставлено во времени, с интервалом полгода после трудностей обучения, конфликтов с учителями и родителями.

Естественно, что после конфликтов с учителями и родителями неуспевающие дети сами становятся агрессивными, драчливыми, неуправляемыми, злобными и по отношению к сверстникам. Заметно, что в первых классах более развитые и умные сверстники (видя, как к неуспевающим относятся учителя и родители), также начинают демонстрировать при всяком удобном случае свою неприязнь. Это выражается более тонко, в виде издевок, обидных прозвищ, игнорирования слабоуспевающих учеников. Ответные реакции неуспевающих детей возникают несколько отставлено во времени (через 6 месяцев - 1 год), но они очень обнаженно и грубо проявляются. Неуспевающие школьники дерутся, нецензурно бранятся, воруют, пропускают школьные занятия. Уже к четвертому классу все поведение этих детей пронизано отрицательными чертами характера.

Причины неуспеваемости ребенка в школе могут быть самые разнообразные. И необязательно предполагать главной причиной "ненормальность" ребенка или его не старательность. Порой причины неуспеваемости могут быть обусловлены поведением окружающих, а не самого ребенка или определенная ситуация. В любом случае к вопросу неуспеваемости надо подходить индивидуально и решать его не напором, а внимательным изучением причин и их устранением [11, с.39].

Одной из основных причин неуспеваемости младших школьников является неготовность к обучению, которая выражается в трёх разных аспектах.

Первый аспект: личностная готовность. Она выражается в отношении ребёнка к школе, к учебной деятельности. Ребёнок должен обладать развитой мотивацией и хорошей эмоциональной устойчивостью.

Второй аспект: интеллектуальная готовность ребёнка к школе. Он предполагает:

Дифференцированное восприятие;

Аналитическое мышление;

Рациональный подход к действительности;

Логическое запоминание;

Интерес к знаниям, к процессу их получения за счёт дополнительных усилий;

Овладение на слух разговорной речью и способностью к пониманию и применению символов;

Развитие тонких движений рук и зрительно - двигательных координаций.

И третье: социально-психологическая готовность к школьному обучению. Этот аспект предполагает:

Развитие у детей потребности в общении с другими;

Умение подчиняться интересам и обычаям детской группы;

Способность справляться с ролью школьника.

Существуют и "внешние" причины, "проблемы учителя": стиль отношений с детьми и родителями, содержание обучения и методика преподавания, сама личность учителя и т.п.

Трудности в обучении имеют также дети с различного рода задержками психического развития. Для них характерна эмоциональная незрелость, крайне низкая интеллектуальная работоспособность, повышенная утомляемость, нервное истощение. Принципом школы является обучение каждого нашего ученика в рамках доступной ему программы. Мы создаём реабилитационное образовательное пространство для детей, имеющих отклонения физические, интеллектуальные или психические. С момента открытия школы и по сей день в школе действуют классы коррекционно-развивающего обучения, где дети также получают соответствующее государственным стандартам образование.

Игнорирование учителем типов восприятия также может послужить причиной неуспеваемости. Аудиально-ориентированные дети плохо воспринимают написанное на доске или в учебнике, зрительно - ориентированные могут не воспринимать на слух объяснения учителя, а кинестетикам нужно для восприятия информации всё потрогать. Для успешности обучения всех учеников мы ведём преподавание сразу с учётом всех типов восприятия. Во - первых, каждый ребёнок понимает материал, подаваемый в его ведущей системе, во - вторых, это способствует развитию у ученика других каналов восприятия и позволяет их развивать. При этом материал раз к разу воспринимается ребёнком всё лучше [30, с.86].

Психологическая коррекция при неуспеваемости предполагает воздействие на индивидуальный механизм приобретения знаний у данного ребенка, то есть на развитие его познавательных способностей вообще, а не усвоение отдельной дисциплины.

У неуспевающих школьников имеются два отличия от успевающих. Первое - различия в уровнях познавательной активности. Это проявляется в том, что "успевающие" проявляют более высокий интерес и готовность к решению разнообразных познавательных задач, способность к самостоятельному поиску вариантов, выделению непонятного, незнакомого; умеют сформулировать вопросы, чтобы пояснить для себя то, что непонятно. "Неуспевающие", поставленные перед необходимостью решения какой-либо познавательной задачи, не проявляют к ней интерес, начинают беседовать на посторонние темы или говорят первое, что приходит в голову. При этом для них более важным является не прояснение для себя какой-то информации, а оценка их ответа взрослым, и, соответственно, вопросы, которые они задают, - не о сути задачи, а об их ответе: "Так?" "Я правильно сказал?" Однако если детей специально побуждают задавать вопросы о том, что им непонятно, то они "научаются спрашиванию" и начинают достаточно часто обращаться к взрослым за разъяснениями, даже если раньше это не было им свойственно [21, с.158].

Таким образом, психологические особенности неуспевающих школьников состоят в слабой самоорганизации в процессе учения: отсутствие сформированных способов и приемов учебной работы, наличие устойчивого неправильного подхода к учению.

О путях устранения школьной неуспеваемости пойдет речь в следующем параграфе.

КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ И РАЗВИТИЯ ВСЕЛЕННОЙ