Основные понятия и термины

Эффект Доплера, красное смещение, расширение Вселенной, «Большой взрыв» Вселенной, реликтовое излучение, «возбуждённый» вакуум, точка сингулярности, инфляционная концепция, эры становления материи, мировые константы, антропный принцип, оценка возможности распространения внеземных цивилизаций, бесконечность Вселенной

Тема 11. Панорама современного естествознания

1. Иерархия структуры природы: мега-, макро- и микромир.

2. Единство и многообразие свойств пространства и времени.

3. Детерминизм и взаимодействие. Соотношение динамических и статистических законов.

4. Гармония в физике. Принципы симметрии и законы сохранения.

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

В первом вопросе темы необходимо указать, что структурность и системность являются существенными свойствами материи. Структурные уровни материи: мегамир – мир звезд, галактик, Вселенной (10⁷-10³⁰ м), мир микроскопических частиц (10^-8–10^-7 м). Поведение и свойства физических тел, состоящих из микрочастиц и составляющих макромир описывается классической физикой (r – 10^-8–10⁷, m – 10^-10–10²⁰ кг). Строгих границ между этими мирами нет. Для лучшего осмысления структурных уровней материи приведем еще одну схему, в которой важнейшие объекты природы расположены в осях размер–масса.

Опорные точки схемы:

• электрон: r=10^-18 м, m=10^-30 кг

• Земля d=10⁷ м, m=10^-24 кг

• Солнце d=1,4^.109? м, m=2^.10³⁰ кг

• Солнечная система d=6^.10¹⁶, m=

• Наша Галактика d=10²¹ м, m=10⁴² кг

• Наблюдаемая Вселенная к=10²⁶ м, m=10⁵⁰ кг

• Минимальное расстояние, доступное нашим измерениям – 10^-18

• Размер человека – 10⁹ м

• Диаметр атома водорода – 10^-10м

• Диаметр атомного ядра – 10^-15м

Все известные события и явления обладают предельно общими атрибутами – пространством и временем. Представления о последних весьма существенны для построения интегральной картины мира. Всеобщие и специфические свойства пространства и времени рассматриваются во втором вопросе темы.

Во третьем вопросе указывается, что для современной физике актуальной является проблема природы причинности и причинных отношений. В это связи закономерно рассмотреть концепцию детерминизма, выражающуюся в признании существования объективных закономерностей. Последние могут иметь динамический и статистический характер. Динамический закон отображает объективную закономерность в форме однозначной связи физических величин. Тогда как статистический закон отображает эту закономерность в неоднозначной форме. Предсказания осуществленные, на основе статистических закономерностей являются неопределёнными и вероятностными.

При изучении физики и других естественных наук мы узнаем целый ряд законов сохранения: импульса и момента импульса, массы и энергии, электрического заряда, стран­ности и четности и т.д. В современной науке законы сохра­нения играют важную методологическую роль как фунда­ментальные принципы научного познания. Одной из важнейших особенностей действия законов сохранения оказалась их связь с симметрией. Наиболее общий подход к этой проблеме содержится в теореме Э.Нетер, согласно которой каждому из видов симметрии должен соответствовать свой закон сохранения. Обсуждению этой проблемы посвящён четвёртый вопрос темы. В ходе обсуждения следует рассмотреть понятие «симметрии», которое выражает степень упорядоченности какой-либо системы или объекта. В более узком смысле симметрия – это неизменность (инвариантность) каких-либо свойств и характеристик объекта по отношению к определенным преобразованиям (операциям) над ним. Необходимо отметить, что законы сохранения являются следствиями симметрии, существующих в реальном пространстве-времени.

До недавнего времени в физике проводилось четкое раз­деление на внешние и внутренние симметрии. Внешние симметрии это симметрии физических объектов в реаль­ном пространстве-времени, называемые также простран­ственно-временными или геометрическими. Законы сохра­нения энергии, импульса и момента импульса являются следствиями внешних симметрии. К классу внутренних симметрии относят симметрии относительно непрерывных преобразований во внутренних пространствах, не имею­щих, как считалось до недавнего времени, под собой фи­зической основы, связывающих их со структурой простран­ства-времени Современный этап развития физики раскрывает возможность сведения всех внутрен­них симметрии к геометрическим, пространственно-времен­ным симметриям, что само по себе свидетельствует об очень сложной структуре самого пространства-времени нашей Все­ленной. Современная теоретическая физика дает еще один чрезвычайно важный результат, свидетельствующий о том, что все многообразие физического мира проявлено вслед­ствие нарушений определенных видов симметрии. Таким образом, благодаря импульсу, заданному открытием Э.Нётер, в естествознании в качестве трансдисциплинарной кон­цепции формируется концепция описания явлений через призму диалектики симметрии и асимметрии.

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы

1. Выделите основные структурные уровни организации материи и дайте им характеристику.

2. Чем отличаются универсальные законы от статистических?

3. Почему лапласовский детерминизм оказался несостоятельным?

4. Почему причинность не совпадает с детерминизмом?

5. Как можно было бы определить современный детерминизм?

6. Какие виды взаимодействий рассматриваются в физике (охарактеризуйте каждое из них)?

7. Что такое калибровочная инвариантность?

8. Как связаны преобразования симметрии с законами сохранения?

9. Какие причины лежат в основе ассиметрии времени?

10. В чём заключаются специфические свойства времени?

Доклады и рефераты

Структурность и системность как атрибуты материи

Взаимодействие и связь в природе

Тайны пространства и времени.

Возможно ли путешествие во времени?

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

Касавин И.П. Пространство и время: в поисках ”естественной онтологии» знания //Общественные науки и современность 2000. № 1.

Комаров В.Н. Тайны пространства и времени. М., 2000.