Основные понятия и термины

Механистическая картина мира, метод И.Ньютона, законы Ньютона, закон всемирного тяготения, классический атомизм, материальная точка, абсолютно твёрдое тело, континуальность, дискретность, движение, механицизм, редукционизм, близкодействие, дальнодействие, гравитация, абсолютное пространство, абсолютное время, изотропность, однородность, детерминизм П.Лапласа, оптика, интерференция, дифракция, электромагнетизм, электродинамика, полевая концепция, вещество, закон сохранения и превращения энергии преобразования Лоренца, декартова система координат, электромагнитная картина мира

Тема 6. Революция в естествознании и смена картины мира

1. Крупнейшие открытия в период революции в естествознании на рубеже XIX-ХХ веков. Философская оценка открытий в естествознании.

2. Кризис в физике. Фундаментальные противоречия в принципиальных основах классической механики.

3. Основные положения и следствия специальной теории относительности(СТО).

4. Общая теория относительности (ОТО) и ее экспериментальная проверка.

5. Философские выводы из теории относительности. Современное состояние общей теории относительности.

М е т о д и ч е с к и е у к а з а н и я

Изучение темы следует начать с крупнейших открытий в естествознании на рубеже XIX-ХХ веков. В 1895–1896 гг. были открыты лучи Рентгена, радиоактивность (Беккерель), радий (Мари и Пьер Кюри) и др. В 1897 году английский физик Дж. Томпсон открыл первую элементарную частицу – электрон. В 1911 году английский физик Резерфорд в экспериментах обнаружил, что в атомах существуют ядра, положительно заряженные частицы ядра. Немецкий физик М. Планк в 1900 году ввел понятие «квант действия» (постоянная Планка) и исходя из идеи квантов вывел закон излучения. Было установлено, что излучение и поглощение электромагнитного излучения происходит дискретно, определенными конечными порциями (квантами). Весьма ощутимый «подрыв» классического естествознания был осуществлен А. Эйнштейном, создавшим сначала специальную (1905), а затем общую (1916) теорию относительности. Эти открытия показали: 1) атом делим. Был обнаружен третий мир – микромир;2) микрообъекты необычны в том смысле, что масса изменчива; 3) пространственно-временные характеристики микрообъектов относительны. Таким образом, была разрушена атомистическо-механистическая картина мира. Такое разрушение получило название кризиса в физике, т.к. были разрушены все фундаментальные представления классической механики.

В центре научных дискуссий в естествознании конца XIX – начала ХХ века оказались философские категории материи, движения, пространства, времени, детерминизма, причинности и другие. То или иное понимание этих понятий определяет понимание специальных научных проблем. Характеризуя развитие естествознания начала ХХ века, В. Гейзенберг отмечал, что в окончательной формулировке теории относительности и квантовой механике присутствовал этап неуверенности и замешательства. С одной стороны, ни у кого не было желания разрушать старую физику. Но с другой стороны, было очевидным, что говорить о внутриатомных процессах в понятиях старой физики уже нельзя.

Особое внимание следует уделить третьему вопросу темы – специальной теории относительности, которая основывается на принципе относительности и принципе инвариантности скорости света. Эти два принципа, используемые вместе, приводят к противоречию с классическими представлениями, которое может быть устранено, если заменить абсолютные пространство и время на относительные, т.е. зависящие от состояния движения тела отсчета. Специальная теория относительности показала неразрывную связь между пространством и временем (она выражается в одном понятии пространственно-временного интервала), а также между материальным движением с одной стороны, а его пространственно-временными формами существования – с другой. Определение пространственно-временных свойств в зависимости от особенностей материального движения («замедление» времени, «искривление» пространства).

В четвертом вопросе темы рассматривается общая теория относительности (ОТО), в основе которой лежит принцип эквивалентности инерциальных и ускоренных систем отсчета, означающий отсутствие привилегированных систем отсчета. Следствия ОТО: 1) вблизи тяготеющих масс изменяются метрические свойства пространства и времени. Это означает искривление светового луча в поле тяготения, а течение времени вблизи больших тяготеющих масс замедляется (гравитационное замедление времени). Такой эффект можно наблюдать вблизи черных дыр – физических тел, создающих столь сильное тяготение, что красное смещение для света, испускаемого вблизи него, способно обратиться в бесконечность. Из ОТО следует также, что в реальном мире вещественные массы распределены неравномерно и его геометрические свойства зависят от распределения масс и скорости движения.

Заключительный вопрос данной темы посвящен философским выводам из теории относительности. Относительность любого движения, т.е. всякое движение может описываться только по отношению к другим телам, которые могут приниматься за системы отсчета, связанные с определенной системой координат; 2) пространство и время тесно взаимосвязаны друг с другом, ибо только совместно они определяют положение движущегося тела; 3) все системы отсчета являются равноценными для описания законов природы.

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы

1. Какой принцип лежит в основе ОТО?

2. Сформулируйте принцип относительности в современном представлении?

3. Что нового вносит СТО в прежний принцип относительности классической механики?

4. В чем заключается релятивистское и гравитационное замедление времени?

5. Из каких свойств пространства и времени следуют законы сохранения?

6. Почему СТО постулирует постоянство скорости света?

7. Как изменяется характер времени в движущейся и покоящейся инерциальных системах отсчета? Объясните, исходя из этого «парадокс близнецов».

8. Чем отличается поле тяготения от других физических полей?

9. Почему инертная масса равна тяжелой массе?

10. В чем заключается единство и различие между специальной и общей теорией относительности?

11. Как была проверена правильность ОТО?

12. Почему луч света искривляется вблизи тяготеющих масс?

13. Объясните, что представляет собой кривизна пространства?

14. К каким новым философским выводам приводит теория относительности?

Рефераты и доклады

Расцвет и упадок механистических воззрений

Что такое пространственно-временной континуум?

Мировоззрение Эйнштейна и теория относительности.

Бесконечность и относительность.

Современные метрические и топологические свойства пространства и времени.

Б и б л и о г р а ф и ч е с к и й с п и с о к

Горелов А.А Концепции современного естествознания. М.,1999.

Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. М..1999.

Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики: Развитие идей от первоначальных понятий до теории относительности и квантов. М.,1965. С. 147-203.

Эйнштейн А. Работы по теории относительности. Собр.соч. в 4-х тт. Т.1. 1905-1920. С. 410-435.

Чудинов Э.М. Теория относительности и философия. М.,1974.

Гофман Б. Корни теории относительности. М.,1987.

Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. М., 1997.