План семинара № 2

по теме: Физическая картина мира (2 часа)

1. Физика как наука, основные принципы и этапы развития

2. Современные представления о структурных уровнях организации

материи, времени и пространства

3. Корпускулярная и континуальная концепции описания природы

Цель занятия: слушатели должны: знать предмет и структуру физической науки, основные принципы физики: относительности, суперпозиции, неопределенности, дополнительности, симметрии, возрастания энтропии; структурные уровни организации материи, понимать различие между веществом и полем, знать 4 основных вида физических взаимодействий. Иметь представление об эволюции понятий материя, пространство и время в истории науки и философии,

Методические рекомендации

Рассматривая первый вопрос, следует иметь в виду, что слово "физика" появилось еще в древние времена. В переводе с греческого оно означает "природа". Одно из основных сочинений древнегреческого философа и ученого Аристотеля (384 - 322 до н. э.), ученика Платона, так и называлось "Физика". Физика тех времен, конечно, носила натурфилософский характер. Тем не менее, предвидя развитие физики, Аристотель писал:

«Наука о природе изучает преимущественно тела и величины, их свойства и виды движении, а кроме того, начала такого рода бытия». Следует иметь в виду, что ближе всего к истине определение современной физики как науки, изучающей общие свойства и законы движения вещества и поля. Это определение даёт возможность уяснить взаимоотношения физики с другими естественными науками. Оно объясняет, почему физика играет столь большую роль в современном естествознании.

Необходимо обратить внимание на историю физики, как менялись предмет и структура физической науки. Здесь особенно важно уяснить сущность революции в физике в конце XIX -- начале ХХ вв. Открытия в науке: квантовость процессов излучения (М. Планк, 1900 г.); явление фотоэффекта (А. Эйнштейн, 1905 г.); создание планетарной модели атома (Э. Резерфорд, 1911 г.); гипотеза о двойственной природе материальных частиц -- непрерывности и дискретности (Н. Бор 1913 г., Л. де Бройль, 1924 г.); доказательство корпускулярно--волновой природы света (А. Комптон, 1922 г.); вывод Н. Бора о тождественности волновой механики Э. Шредингера и квантовой механики В. Гейзенберга (1928 г.) и др. Эти открытия привели, по выражению крупного физика П. Иордана, «к беспокойству и смятению в науке», а в дальнейшем -- к созданию квантовой механики.

Внимательно изучите основные принципы физики: неопределенности, дополнительности, суперпозиции, относительности, симметрии, возрастания энтропии, основные положения теории относительности. Уясните их мировоззренческое значение для формирования современных представлений о реальности.

Рассматривая второй вопрос, следует исходить из того, что в современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира (атом, планета, организм живого существа, галактика) может быть рассмотрен как сложное образование, включающее в себя составные части, образованные в целостность. Следует дать определение понятиям «элемент», «система», «структура». Дайте определения понятиям «материя», «вещество», «поле», расскажите об их философском и физическом содержании. Расскажите о фундаментальных философских и естественнонаучных понятиях «движение», «пространство», «время».

Необходимо иметь в виду, что атом как квантово-механическая система подчиняется принципу квантово-волнового дуализма. Прежде всего, это значит, что движение его электронов можно рассматривать и как движение материальной точки по траектории, и как сложный волновой колебательный процесс. Поэтому в квантово-механических моделях атомные электроны представлены как электронное облако, «размазанное» в пространстве вокруг ядра. Причем наибольшая плотность этого облака — на наиболее близких расстояниях от ядра. Именно она определяет основное состояние атома. При возбужденных состояниях электронное облако распределяется на все большем удалении от ядра. Слабее всего связаны с ядром электроны самой внешней оболочки. Именно они играют важную роль при межатомном взаимодействии и образовании молекул. Одна из важных особенностей многоэлектронных атомов (за исключением атома водорода, имеющего лишь один электрон) состоит в том, что между электронами существуют силы взаимного отталкивания, которые существенно уменьшают прочность связи электронов с ядром. Чем больше электронов в атоме и чем дальше они находятся от ядра, тем меньше у них энергия отрыва от атома, которая приводит к превращению атома в ион. Молекула -- это сложная, находящаяся в постоянном движении квантовая система.

Атомы входят в состав молекулы и в то же время совершают непрерывные колебательные движения. Причем в многоатомной молекуле колебания различных атомов зависят друг от друга, и каждое характеризуется своей частотой. Кроме того, сами молекулы как целое, например в газах, совершают еще и поступательные, и вращательные движения

Одна из важных особенностей многоэлектронных атомов (за исключением атома водорода, имеющего лишь один электрон) состоит в том, что между электронами существуют силы взаимного отталкивания, которые существенно уменьшают прочность связи электронов с ядром. Чем больше электронов в атоме и чем дальше они находятся от ядра, тем меньше у них энергия отрыва от атома, которая приводит к превращению атома в ион.

Рассматривая третий вопрос, следует исходить из того, что основы корпускулярной концепции описания природы были заложены ещё в УI – УII вв. до н. э. философами Древней Греции и Рима, которых называли атомистами. В более поздних трудах Ньютона отмечалось, что весь мир состоит из «твёрдых, весомых, непроницаемых, подвижных частиц». На этой идее и базируется корпускулярная теория.

Гораздо большая область применения у континуальной, или у корпускулярно-волновой теории. Согласно этой теории многие природные явления имеют непрерывный, повторяющийся характер. К таким явлениям относятся волны: механические, электромагнитные, электромеханические, термодинамические колебания (волны).

Континуальная и корпускулярная теории не исключают друг друга, а находятся в диалектическом единстве, дополняя друг друга.

Во второй половине XX в. основное внимание физиков обращено на создание теорий, раскрывающих с позиций квантово-релятивистских представлений сущность и основания единства четырех фундаментальных взаимодействий -- электромагнитного, «сильного», «слабого» и гравитационного. Эта задача одновременно является и задачей создания единой теории элементарных частиц (теории структуры материи). В последние десятилетия созданы и получили эмпирическое обоснование квантовая электродинамика, теория электрослабого взаимодействия, квантовая хромодинамика (теория сильного взаимодействия). Есть перспективы создания единой теории электромагнитного, «слабого» и «сильного» взаимодействий. Физики ожидают, что в отдаленной перспективе к ним должно быть присоединено и гравитационное взаимодействие. Таким образом, естествознание в настоящее время находится на пути к реализации великой цели -- созданию единой теории структуры материи, единой теории Всего.

Основная литература:

Концепции современного естествознания. /Под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова: Учебник. - ЮНИТИ-ДАНА, 2009.

Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебник.- М.: ООО «Издательство ЮКЭА», 2005. С. 30-50, 463-480.

Матвеев А.В. Концепции современного естествознания: Конспект лекций. – Омск: Изд-во Ом. Гос. ун-та, 2008. С. 31-62.

Хорошавина С.Г. Концепции современного естествознания: Курс лекций. – Ростов н/Д: Феникс, 2008. С. 58-66.

Дополнительная литература:

Барашенков В. Эффект телепортации // Знание – сила. 2004. № 1.

Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. - М.: Наука, 1989.

Герд В. Квантовый путь в новую эру // Знание – сила. 2007. № 9.

Гросс Д. Грядущие революции в фундаментальной физике // Знание – сила. 2007. № 10.

Зайцев А. Выйти в прошлое и вернуться // Знание – сила. 2006. № 12.

Магаршак Ю. Полны ли наши представления о строении атомов и молекул // Знание – сила. 2007. № 9.

Ровинский Р.Е. Мировоззренческие проблемы физической науки, наследуемые ХХI веком // Вопросы философии. 2008. № 3.

Соколов Д. Физика и философия: неразделённая любовь // Знание – сила. 2008. № 12.

Соколов Д. Что есть истина в физике и математике // Знание – сила. 2007. № 3.

Трешвин А. Трение пространства // Знание – сила. 2007. № 5.

Шабад А. Относительное время и абсолютная идея // Знание – сила. 2007. № 8.