- •Часть I
- •Введение
- •Раздел I физические принципы описания природы
- •Глава 1
- •Развитие естественно-научных картин мира и научных исследовательских программ
- •Контрольные вопросы
- •Глава 2 развитие представлений о материи, движении, пространстве и времени
- •2.1. Материальность мира. Развитие представлений о материи и движении
- •2.2. Эволюция представлений о пространстве и времени:
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3 структурные уровни и системная организация материи
- •3.1. Вселенная: микро-, макро - и мегамир
- •3.2. Структуры микромира
- •3.3. Процессы в микромире
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 4 смена физических картин мира
- •4.1. Механистическая картина мира
- •4.2. Электромагнитная картина мира
- •4.3. Квантово-полевая картина мира
- •4.4. Детерминистическое описание мира. Динамические закономерности в природе. Вероятностные и статистические законы
- •4.5. Необходимость и случайность. Принцип причинности и соответствия
- •4.6. Квантово – механическая концепция на современном уровне. Фундаментальные взаимодействия
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 5 концепция относительности пространства и времени
- •5.1. Специальная теория относительности (сто)
- •5.2. Общая теория относительности (ото)
- •5.3. Современная естественно - научная картина мира
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 6 принципы симметрии и законы сохранения
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 7 статистические и термодинамические свойства макросистем
- •7.1. История развития представлений о природе тепловых явлений и свойств макросистем. Термодинамика
- •7.2. Статистические свойства макросистем. Основные положения молекулярно-кинетической теории
- •Контрольные вопросы:
- •Раздел II космологическая модель вселенной (мегамир)
- •Глава 1
- •Вселенная
- •1.1. Исследование Вселенной. Астрофизика
- •1.2. Космонавтика
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 2 структура метагалактики
- •2.1. Галактики
- •2.2. Звезды
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 3 эволюция представлений о космологической модели вселенной
- •3.1. Особенности развития современной космологии
- •3.2. Модель Вселенной
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 4 солнечная система
- •26 Планеты Солнечной системы
- •4.1. Формирование и эволюция Солнечной системы
- •4.2. Солнце
- •4.3. Состав Солнечной системы
- •Малые тела Солнечной системы
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 5 геологическая эволюция
- •5.1. Земля как планета, ее отличия от других планет земной группы
- •5.2. Атмосфера Земли, ее структура и химический состав
- •5.3. Климат, погода и ее прогнозирование
- •5.4. Гидросфера Земли
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 6 взаимосвязь космоса и живой природы
- •Контрольные вопросы:
- •Заключение Перспективы развития физики XXI века
- •Список использованной литературы
- •Глоссарий
- •Именной указатель
- •Основные сокращения и обозначения
- •Иерархическая последовательность от микро- к макро- и мегамиру
- •Сравнительная таблица основных параметров планет
- •Содержание
- •Космологическая модель вселенной (мегамир)
Контрольные вопросы
1.Что такое материя?
2.Как развивались представления о материи?
3. Как развивались представления о движении?
4.Какие формы движения материи выделяют сейчас и чем они характеризуются?
5.Как понимали пространство и время античные натурфилософы?
6.Что такое абсолютное пространство и время по И.Ньютону?
7. В чем заключается концепция мирового эфира?
8. В чем заключаются современные представления о пространстве и времени?
9.Каковы всеобщие свойства пространства и времени?
10.В чем особенности биологического, психологического и социального пространства и времени?
Глава 3 структурные уровни и системная организация материи
3.1. Вселенная: микро-, макро - и мегамир
В науке выделяются три уровня строения материи.
Микромир – мир предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых микрообъектов – молекул, атомов, элементарных частиц, субэлементарных частиц, пространственная разномерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16 см, а время жизни – от бесконечности до 10-24 сек. Основными типами взаимодействия, возникающими между частицами микромира являются сильное, слабое и электромагнитное.
Макромир – мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта. Для макромира характерен весьма большой диапазон размеров рассматриваемых в нем тел и событий (10-8 м < r< 1021 м), пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время – в секундах, минутах, часах, годах. В этом мире проявляются 2 типа взаимодействий – электромагнитное и гравитационное.
Мегамир- мир огромных космических масштабов и скоростей (r> 1021 м), включает в себя планетарные системы, звезды, галактики и метагалактику, расстояние в котором измеряется астрономическими единицами в Солнечной системе, парсеками и световыми годами межзвездных и межгалактических расстояний, а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет. Основной тип взаимодействия в нем - гравитация.
Мир чрезвычайно многообразен, но он един, т.е. микро-, макро- и мегамир теснейшим образом взаимосвязаны. Вещество звезд и их систем точно такое же, как и вещество, из которого состоит Земля и все тела, находящиеся на ней. Атомы, слагающие объекты Вселенной, а также, составляющие все живые организмы имеют один и тот же набор характеристик. Все атомы имеют одинаковую структуру, что свидетельствует о едином строении материи, которое лежит в основе единства мира в целом (приложение 5).
Целостность и системность природы. Аддитивные и интегративные свойства систем
В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм или галактика, может быть рассмотрен как сложное образование, включающее в себя составные части, организованные в целостность. Для обозначения целостности объектов в науке выработано понятие системы.
Система представляет собой совокупность элементов и связей между ними.
Понятие «элемент» означает минимальный, далее уже неделимый компонент в рамках системы. Элемент является таковым лишь по отношению к данной системе, в других же отношениях он сам может представлять сложную систему.
Совокупность связей между элементами образует их структуру. Устойчивые связи элементов определяют упорядоченность системы. Существуют два типа связей между элементами системы – по «горизонтали» и по «вертикали».
Связи по «горизонтали» - это связи координации между однопорядковыми элементами. Они носят коррелирующий характер: ни одна часть системы не может измениться без того, чтобы не изменились другие части.
Связи по «вертикали» - это связи субординации, т.е. соподчинения элементов. Они выражают сложное внутреннее устройство системы, где одни части по своей значимости могут уступать другим и подчиняться им. Вертикальная структура включает в себя уровни организации системы, а также их иерархию.
Исходным пунктом всякого системного исследования является представление о целостности изучаемой системы.
Целостность системы означает, что все ее составные части, соединяясь вместе, образуют уникальное целое, обладающее интегративными свойствами.
Свойства системы – не просто сумма свойств ее элементов, а нечто новое, присущее только системе в целом. Например, молекула воды Н2О. Сам по себе водород, два атома которого образуют данную систему, горит, а кислород (в нее входит один атом) поддерживает горение. Система же, образовавшаяся из этих элементов, вызвала к жизни совсем иное, именно интегративное свойство, а именно то, что вода гасит огонь. Наличие свойств, присущих системе в целом, но не частям, определяется взаимодействием элементов.
Аддитивность – понятие, отражающее соотношение между целым и составляющими его частями. Отношение аддитивности часто выражают в виде: «целое равно сумме частей». Принцип аддитивности предполагает возможность исчерпывающего объяснения свойств целого из свойств частей (или наоборот – свойств частей из свойств целого).
Иерархичность природных систем
Согласно современным представлениям, все природные объекты являются упорядоченными, структурированными, иерархически организованными системами: структуры одного уровня входят как подсистемы в структуру более высокого уровня, обладающую интегративными свойствами.
В естественных науках выделяются два больших класса материальных систем: системы неживой и живой природы.
В неживой природе в качестве структурных уровней организации материи выделяют элементарные частицы, атомы, молекулы, полевую субстанцию, физический вакуум, макроскопические тела, планеты и планетные системы, звезды и галактики, а также метагалактику.
В живой природе к структурным уровням организации материи относят системы доклеточного уровня – нуклеиновые кислоты и белки; клетки как особый уровень биологической организации, представленные в форме одноклеточных организмов и элементарных единиц живого вещества; многоклеточные организмы растительного и животного мира; надорганизменные структуры, включающие в себя виды, популяции и биоценозы, и, наконец, биосферу как всю массу живого вещества.
В природе все взаимосвязано, поэтому можно выделить такие системы, которые включают в себя элементы как живой, так и неживой природы – биогеоценозы.
Естественные науки, начав изучение материального мира с наиболее простых непосредственно воспринимаемых человеком объектов далее переходят далее к изучению сложнейших, глубинных структур материи, выходящих за пределы человеческого восприятия и несоизмеримых с объектами повседневного опыта.