- •Концепции современного естествознания
- •I введение
- •Раздел I научный метод
- •1.2. Эксперимент
- •1.3. Измерение
- •2.1.Абстрагирование и идеализация. Мысленный эксперимент
- •2.2. Формализация. Язык науки
- •2.3. Индукция и дедукция
- •3.2. Аналогия и моделирование
- •Раздел II
- •1.1. Натурфилософия и ее место в истории естествознания. Возникновение античной науки.
- •1.2. Миропонимание и научные достижения натурфилософии античности. Атомистика. Геоцентрическая космология. Развитие математики и механики
- •3.1.Научные революции в истории естествознания
- •3.2. Первая научная революция. Гелиоцентрическая система мира. Учение о множественности миров
- •3.3. Вторая научная революция. Создание классической механики и экспериментального естествознания. Механическая картина мира
- •3.4. Химия в механистическом мире
- •3.5. Естествознание Нового времени и проблема философского метода
- •3.6. Третья научная революция. Диалектизация естествознания
- •3.7. Очищение естествознания
- •3.8. Исследования в области электромагнитного поля и начало крушения механистической картины мира
- •I Естествознание XX века
- •4.1.Четвертая научная революция. Проникновение в глубь материи. Теория относительности и квантовая механика. Окончательное крушение механистической картины мира
- •4.2. Научно-техническая революция, ее естественнонаучная составляющая и исторические этапы
- •4.3. Панорама современного естествознания 4.3.1. Особенности развития науки в XX столетии
- •4.3.2. Физика микромира и мегамира. Атомная физика
- •4.3.3. Достижения в основных направлениях современной химии
- •4.3.4. Биология XX века: познание молекулярного уровня жизни. Предпосылки современной биологии.
- •4.3.5. Кибернетика и синергетика
- •Раздел III
- •I Пространство и время
- •1.1.Развитие представлений о пространстве и времени в доньютоновский период
- •1. 2. Пространство и время
- •1.3. Дальнедействиеи близкодействие. Развитие понятия «поля»
- •2.1.Принцип относительности Галилея
- •2.2. Принцип наименьшего действия
- •2.3. Специальная теория относительности а. Эйнштейна
- •1. Принцип относительности: все законы природы оди наковы во всех инерциальных системах отсчета.
- •2. Принцип постоянства скорости света: скорость света в пустоте одинакова во всех инерциальных системах от счета и не зависит от движения источников и приемни ков света.
- •2.4. Элементы общей теории относительности
- •3. Закон сохранения энергии в макроскопических процессах
- •3.1. «Живая сила»
- •3.2. Работа в механике. Закон сохранения и превращения энергии в механике
- •3.3. Внутренняя энергия
- •3.4. Взаимопревращения различных видов энергии друг в друга
- •4. Принцип возрастания энтропии
- •4.1. Идеальный цикл Карно
- •4.2. Понятие энтропии
- •4.3. Энтропия и вероятность
- •4.4. Порядок и хаос. Стрела времени
- •4.5. «Демон Максвелла»
- •4.6. Проблема тепловой смерти Вселенной. Флуктуационная гипотеза Больцмана
- •4.7. Синергетика. Рождение порядка из хаоса
- •I Элементы квантовой физики
- •5.1. Развитие взглядов на природу света. Формула Планка
- •5.2. Энергия, масса и импульс фотона
- •5.3. Гипотеза де Бройля. Волновые свойства вещества
- •5.4. Принцип неопределенности Гейзенберга
- •5.5. Принцип дополнительности Бора
- •5.6. Концепция целостности в квантовой физике. Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена
- •5.7. Волны вероятности. Уравнение Шредингера. Принцип причинности в квантовой механике
- •5.8. Состояния физической системы. Динамические и статистические закономерности в природе
- •5.9. Релятивистская квантовая физика. Мир античастиц. Квантовая теория поля
- •I На пути построения единой теории поля 6.1. Теорема Нетер и законы сохранения
- •6.2. Понятие симметрии
- •6.3. Калибровочные симметрии
- •6.4. Взаимодействия. Классификация элементарных частиц
- •6.5. На пути к единой теории поля. Идея спонтанного нарушения симметрии вакуума
- •6.6. Синергетическое видение эволюции Вселенной. Историзм физических объектов. Физический вакуум как исходная абстракция в физике
- •6.7. Антропный принцип. «Тонкая подстройка» Вселенной
- •Раздел IV
- •1. Химия в системе "общество-природа"
- •I Химические обозначения
- •Раздел V
- •I Теории возникновения жизни
- •1.1. Креационизм
- •1.2. Самопроизвольное (спонтанное) зарождение
- •1.3. Теория стационарного состояния
- •1.4. Теория панспермии
- •1.5. Биохимическая эволюция
- •2.1. Теория эволюции Ламарка
- •2.2. Дарвин, Уоллес и происхождение видов в результате естественного отбора
- •2.3. Современное представление об эволюции
- •3.1. Палеонтология
- •3.2. Географическое распространение
- •3.3. Классификация
- •3.4. Селекция растений и животных
- •3.5. Сравнительная анатомия
- •3.6. Адаптивная радиация
- •3.7. Сравнительная эмбриология
- •3.8. Сравнительная биохимия
- •3.9. Эволюция и генетика
- •Раздел VI. Человек
- •I Происхождение человека и цивилизации
- •1.1.Возникновение человека
- •1.2. Проблема этногенеза
- •1.3. Культурогенез
- •1.4. Появление цивилизации
- •I Человек и биосфера
- •7.1.Концепция в.И. Вернадского о биосфере и феномен человека
- •7.2. Космические циклы
- •7.3. Цикличность эволюции. Человек как космическое существо
- •I оглавление
- •Раздел I. Научный метод 7
- •Раздел II. История естествознания 42
- •Раздел III. Элементы современной физики 120
- •Раздел IV. Основные понятия и представления химии246
- •Раздел V.. Возникновение и эволюция жизни 266
- •Раздел VI. Человек 307
- •344007, Г. Ростов-на-Дону,
- •344019, Г. Ростов-на-Дону, ул. Советская, 57. Качество печати соответствует предоставленным диапозитивам.
5.4. Принцип неопределенности Гейзенберга
Приведенный выше эксперимент ясно указывает на то, что точное знание координаты электрона означает полное незнание его импульса, и наоборот. Такая ситуация совершенно необъяснима с точки зрения классической физики. Немало усилий было приложено физиками для устранения возникшего противоречия с целью сохранения классического идеала описания движения физических объектов. Наиболее революционно настроенные ученые посчитали, что подобное неклассическое поведение объектов в микромире требует критического пересмотра самого понятия «частицы», точно локализованной во времени и пространстве. Можно говорить лишь о вероятности того, где в данный момент времени находится частица, и это является неизбежным следствием введения в физическую теорию постоянной Планка, представлений о квантовых скачках. Физическая интерпретация «неклассического» поведения микрообъектов была впервые дана Вернером Гейзенбергом, указавшим на необходимость отказа от представлений об объектах микромира как об объектах, движущихся по строго определенным траекториям, для которых однозначно с полной определенностью могут быть одновременно указаны и координата и импульс частицы в любой заданный момент времени. Надо принять в качестве закона, описывающего движение микрообъектов, тот факт, что знание точной координаты частицы приводит к полной неопределенности ее импульса, и наоборот, точное знание импульса частицы — к полной неопределенности ее координаты. Исходя из созданного им математического аппарата квантовой механики, Гейзенберг установил предельную точность, с которой можно одновременно определить координату и импульс микрочастицы, и получил следующее соотношение неопределенностей этих значений:
где— неопределенность в значении координаты; — неопределенность в значении импульса. Произведение неопределенности в значении координаты и неопределенности в значении импульса не меньше, чем величина порядка постоянной Планка h.
Чем точнее определена одна величина, скажем, X тем больше становится неопределенность дру-
208
той:Если же точно определен импульс частицы Р
то неопределенность координаты стремится к бесконечности
Итак, соотношение неопределенности накладывает определенные ограничения на возможность описания движения частицы по некоторой траектории; понятие траектории для микрообъектов теряет смысл.
5.5. Принцип дополнительности Бора
Анализируя соотношения неопределенностей, Бор выдвигает принцип дополнительности, согласно которому точная локализация микрообъекта в пространстве и времени и точное применение к нему динамических законов сохранения исключают друг друга. Бор показал, что из-за соотношения неопределенностей корпускулярная и волновая модели описания поведения квантовых объектов не входят в противоречие друг с другом, потому что никогда не предстают одновременно. В одном и том же эксперименте не представляется возможным одновременно проводить измерения координат и параметров, определяющих динамическое состояние системы, например, импульса. Если в одной экспериментальной ситуации проявляются корпускулярные свойства микрообъекта, то волновые свойства оказываются незаметными. В другой экспериментальной ситуации, наоборот, проявляются волновые свойства и не проявляются корпускулярные. То есть в зависимости от постановки эксперимента микрообъект показывает либо свою корпускулярную природу, либо волновую, но не обе сразу. Эти две природы микрообъекта взаимно исключают друг друга, и в то же время должны быть рассмотрены как дополняющие друг друга. Если вернуться к рассмотренному нами опыту с двумя отверстиями, то, согласно Бору, мы имеем две различные экспериментальные ситуации: одну — с одним открытым отверстием, когда точно известна координата электрона, и поведение электрона соответствует поведению частицы; и вторую — с двумя открытыми отверстиями, в которой появляется интерференционная картина на экране, по которой мы определяем импульс, и поведение электрона сопоставляем с волной. То есть говорить об электроне как об индивидуальной «себетождественной» частице вне зависимости от конкретной экспериментальной ситуации,
209
в которой он проявляет свои свойства, не имеет физического смысла. Это составляет сформулированный Бором принцип физической целостности при описании объектов микромира. Выделим суть принципа дополнительности Бора.
Вся информация о микрообъектах может быть получена с помощью только макроприборов, работающих в определенных диапазонах, позволяющих довести эту информацию, в конечном итоге, до органов чувств познающих субъектов. Макроприборы подчиняются законам классической физики и должны переводить информацию о явлениях в микромире на язык понятий классической физики. Следовательно, любое явление в микромире не может быть проанализировано как само по себе отдельно взятое, а обязательно должно включать в себя взаимодействие с классическим микроскопическим прибором. С помощью конкретного макроскопического прибора мы можем исследовать либо корпускулярные свойства микрообъектов, либо волновые, но не и те, и другие одновременно. Обе стороны предмета должны рассматриваться как дополнительные по отношению друг к другу.