Тема 6. Естествознание и будущее цивилизации

Цель: сформировать представление об экологии как науки и её необходимости

Задачи:

• сформировать систему знаний о задачах экологии, закономерностях влияния различных факторов среды на организм;

• развить представление о признаках приспособленности организмов к влиянию экологических факторов;

• расширить знания о влиянии человека и его хозяйственной деятельности на окружающую среду;

• научить анализировать последствия антропогенного воздействия на популяции живых организмов;

• сформировать негативное отношение к действиям человека, разрушающим естественную среду обитания популяций биологических видов, а также – к их прямому хищническому истреблению;

• сформировать систему знаний о значении биотехнологий для развития различных областей науки и техники;

Тема 7. Наука и квазинаучные формы

Цель: сформировать представление о квазинаучных формах и их значении

Задачи:

• дать понятие науки и квазинауки;

• раскрыть значение всех форм квазинауки;

• убедить в необходимости развития квазинауки и всех её форм

Современная физическая картина мира

1.Создание специальной теории относительности

В начале XX в. на смену классической механике пришла новая фундаментальная теория — специальная теория относительности (СТО). Созданная усилиями ряда ученых, прежде всего А. Эйнштейна, она позволила непротиворечиво объяснить многие физические явления, которые не укладывались в рамки классических представлений. В первую очередь это касалось закономерностей электромагнитных явлений в движущихся телах. Создание теории электромагнитного поля и экспериментальное доказательство его реальности поставили перед физиками задачу выяснить, распространяется ли принцип относительности движения (сформулированный еще Галилеем), справедливый для механических явлений, на явления, присущие электромагнитному полю.

В сентябре 1905 г. Эйнштейн сформулировал основные положения СТО, которая объясняла отрицательный результат опыта Майкельсона (эксперимент по определению скорости света на земле и его результат свидетельствуют, что скорость света не влияет движение Земли) и смысл преобразований Лоренца (гипотеза, согласно которой отрицательный результат объяснялся тем, что размеры каждого движущегося в эфире тела падают в направлении движения относительно эфира в 1\ (1-υ²) с² )^«2, где υ- скорость Земли, с- скорость света), а также содержала новый взгляд на пространство и время.

Нашел путь преодоления противоречий в принципиальных основах классической механики и пришел к убеждению, что необходимо сохранить принцип постоянства скорости света и принцип относительности, но отказаться от преобразований Галилея. Т.к. за преобразованиями Галилея кроется определенное представление о пространственно- временных соотношениях, которое не соответствует физическому опыту, реальным свойствам пространства и времени. Слабым звеном принципиальных оснований классической механики оказалось представление об абсолютной одновременности событий. Классическая механика пользовалась им, не сознавая сложности его природы.

Он пришел к убеждению о всеобщности принципа относительности, т.е., что и в отношении электромагнитных и механических явлений, все инерциальные системы координат совершенно равноправны и что скорости света постоянна во всех инерциальных системах отсчета.

Однако действие этих двух принципов одновременно невозможно - теоретический парадокс. Но Эйнштейн сделал вывод об относительном характере этого понятия. Выводы из теории относительности приводят к необходимости пересмотру понятий пространства и времени - основополагающих понятий всего естествознания.

В классической физике полагали, что можно говорить об абсолютной одновременности событий сразу во всех точках пространства.

Создание СТО было качественно новым шагом в развитии физического познания. От классической механики СТО отличается тем, что в физическое описание релятивистских явлений органически входит наблюдатель со средствами наблюдения. Описание физических процессов в СТО связано с выбором системы координат. Физическая теория описывает не физический процесс сам по себе, а результат взаимодействия физического процесса со средствами исследования.

И все же СТО не «стыковалась» с классической теорией тяготения, которая была построена на принципе дальнодействия, т.е. предполагала мгновенное распространение тяготения, а СТО базируется на представлении, что никакое воздействие не может передаваться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме.

Согласование СТО и теории тяготения Ньютона пошло по пути ограничения сферы применения ньютоновской теории гравитации (гравитационное поле не должно быть очень сильным, т.е. таким, которое не разгоняет частицы до релятивистских скоростей), а также обобщения и углубления содержания основных понятий классической теории тяготения. Это привело к созданию А. Эйнштейном в 1915—1916 гг. новой (неклассической) теории гравитации - общей теории относительности (ОТО), где в центре внимания оказалось понятие неинерциальных систем отсчета.

С точки зрения ОТО пространство нашего мира не обладает постоянной нулевой кривизной. Кривизна его меняется от точки к точке и определяется полем тяготения. И время в разных точках течет по-разному. Поле тяготения является не чем иным, как отклонением свойств реального пространства от свойств идеального (евклидова) пространства. Поле тяготения в каждой точке определяется значением кривизны пространства в этой точке. При этом искривление пространства-времени определяется не только полной массой вещества, из которого слагается тело, но и всеми видами энергии, присутствующими в нем, в том числе энергии всех физических полей. Важнейшее отличие ОТО от других физических теорий состоит в том, что она описывает тяготение как воздействие материи на свойства пространства-времени, эти свойства пространства-времени, со своей стороны, влияют на движение тел, на физические процессы в них.

ОТО отказывается от понятий «сила», «потенциальная энергия», «инерциальная система», «евклидов характер пространства-времени».

В последние годы своей жизни Эйнштейн занимался поисками единой теории поля, которая бы объединила теорию тяготения и теорию электромагнитного поля, т.к. реализация этой задачи позволила бы вывести свойства вещества из представлений о свойствах поля, «рассматривать вещество как такие области в пространстве, где поле чрезвычайно сильно», и объяснить существование элементарных частиц.

Однако, несмотря на все его методов и упорство, ему не удалось этого достигнуть. К середине XX в. стало ясно, что работа в данном направлении должна осуществляться с учетом существования не двух (гравитационное и электромагнитное), а четырех типов фундаментальных взаимодействий.