Современная естественно-научная картина мира

Содержание. 

1.Введение.

2.Последовательность  картин мира.

3.Время и  пространство,сущность СТО иОТО.

4.Взаимодействия.

      4.1.Гравитационное взаимодействие.

      4.2.Электромагнитное взаимодействие.

      4.3.Сильное взаимодействие.

      4.4.Слабое взаимодействие.

5.Излучение и вещество. Волны и частицы.

6.Микромир и мегамир. Наш микромир.

7.Заключение.

8.Литература. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Введение 

     Современная естественно-научная картина мира является результатом синтеза систем мира древности, античности,  и гелиоцентризма, механистической, электромагнитной картины мира и опирается на научные достижения современного естествознания.

Наиболее  характерной чертой современной  естественно-научной картины мира является ее эволюционность. Эволюция происходит во всех областях материального мира в неживой природе, живой природе и социальном обществе.

Современная естественно-научная картина мира необыкновенно сложна и проста одновременно. Сложна потому, что способна поставить в тупик человека, привыкшего к согласующимся со здравым смыслом классическим научным представлениям. Идеи начала времени, корпускулярно-волнового дуализма квантовых объектов, внутренней структуры вакуума, способной рождать виртуальные частицы, - эти и другие подобные новации придают нынешней картине мира немножко "безумный" вид, что впрочем, является преходящим (когда - то и мысль о шарообразности Земли тоже выглядела совершенно "безумной").Но в то же самое время эта картина величественно проста и стройна. Эти качества придают ей ведущие принципы построения и организации современного научного знания:

-системность,

-глобальный  эволюционизм,

-самоорганизация,

-историчность.

Данные  принципы построения современной научной  картины мира в целом соответствуют  фундаментальным закономерностям  существования и развития самой  Природы.

Системность означает воспроизведение наукой того факта, что наблюдаемая Вселенная  предстает как наиболее крупная из всех известных нам систем, состоящая из огромного множества элементов (подсистем) разного уровня сложности и упорядоченности. Системный способ объединения элементов выражает их принципиальное единство: благодаря иерархическому включению систем разных уровней друг в друга любой элемент системы, оказывается, связан со всеми элементами всех возможных систем. (Например: человек - биосфера - планета Земля - Солнечная система - Галактика и т.д.). Именно такой принципиально единый характер демонстрирует нам окружающий мир. Таким же образом организуется соответственно и научная картина мира, и создающее ее естествознание. Все его части ныне теснейшим образом взаимосвязаны - сейчас практически уже нет ни одной "чистой" науки, все пронизано и преобразовано физикой и химией.

Глобальный  эволюционизм - это признание невозможности  существования Вселенной и всех порождаемых ею менее масштабных систем вне развития, эволюции. Эволюционирующий характер Вселенной также свидетельствует о принципиальном единстве мира, каждая составная часть которого есть историческое следствие глобального эволюционного процесса, начатого Большим взрывом.

Самоорганизация - это наблюдаемая способность  материи к самоусложнению и созданию все более упорядоченных структур в ходе эволюции. Механизм перехода материальных систем в более сложное и упорядоченное состояние, по-видимому, сходен для систем всех уровней.

Эти принципиальные особенности современной  естественно-научной картины мира и определяют в главном ее общий контур, а также сам способ организации разнообразного научного знания в нечто целое и последовательное.

Однако  у нее есть и еще одна особенность, отличающая ее от прежних вариантов. Она заключается в признании историчности, а, следовательно, принципиальной незавершенности настоящей, да и любой другой научной картины мира. Та, которая есть сейчас, порождена как предшествующей историей, так и специфическими социокультурными особенностями нашего времени. Развитие общества, изменение его ценностных ориентации, осознание важности исследования уникальных природных систем, в которые составной частью включен и сам человек, меняет и стратегию научного поиска, и отношение человека к миру.

Революционные преобразования в естествознании означают коренные, качественные изменения в  концептуальном содержании его теорий, учений и научных дисциплин при  сохранении преемственности в развитии науки и, прежде всего ранее накопленного и проверенного эмпирического материала. Среди них в каждый определенный период выдвигается наиболее общая  или фундаментальная теория, которая  служит парадигмой, или образцом, для  объяснения фактов известных и предсказания фактов неизвестных. Такой парадигмой в свое время служила теория движения земных и небесных тел, построенная Ньютоном, поскольку на нее опирались все ученые, изучавшие конкретные механические процессы. Точно так же все исследователи, изучавшие электрические, магнитные, оптические и радиоволновые процессы, основывались на парадигме электромагнитной теории, которую построил Д.К. Максвелл. Понятие парадигмы для анализа научных революций подчеркивает важную их особенность - смену прежней парадигмы новой, переход к более общей и глубокой теории исследуемых процессов. 
 
 
 

2.Последовательность картин мира. 
 

     Синтез  механики Ньютона, классической термодинамики, статистической физики и учения об электромагнетизме способствовал  выявлению и обострению многих противоречий в естествознании.

     Вначале были отдельные учения- Заратуштры, Будды, Конфуция, египетских жрецов, в которых фрагментарно затрагивались вопросы взаимоотношений человека и природы. Затем появилось первое системное видение мира - натурфилософия, полная внутренних противоречий. Ограниченность её методологии не позволяла объяснить многие несоответствия с наблюдаемой реальностью. Был абсолютно неясен смысл существования мира. Эти неразрешимые в рамках натурфилософии противоречия способствовали рождению религиозных картин мира. Построенная в них система мировых догм включала многие положения натурфилософии; в Европе это была картина по Аристотелю - Аквинату. В ней также оказалось множество противоречий, которые и ' послужили "точками роста" новых, уже научных воззрений. Начало научного познания мы связываем с именами Коперника, Галилея и многих их :современников. Гений Исаака Ньютона построил основу стройной системы МКМ. Она способствовала и смене мировоззрения, и вере в могущего; человеческого разума, и развитию техники, и становлению науки о живой материи. Но и в этой красоте обнаружились свои нерегулярности, свои "точки роста познания". Это были электромагнетизм и свет, В интенсивных исследованиях стали просматриваться контуры ЭКМ. Одновременно создавались термодинамика и статистическая физика. Первая отлично описывала, как ведет себя электрически нейтральное вещество, вторая исследовала физические механизмы природных процессов.

     Электромагнитная  картина мира, в полном соответствии с законами эволюции познания, содержала в себе внутренние противоречия. Наряду внутренними почти сразу обозначились и "внешние точки роста".Например, явление внешнего фотоэффекта, открытое Герцем и тщательно изученное А.В. Столетовым, никак не вписывалось в рамки классической электродинамики. Именно эти "точки роста" и составили те саше "степени свободы", которые обеспечили дальнейший прогресс познания. Началом формирования новой системной картины мира послужили глубокие исследования как форм существования материи (пространство и время), так и самой вещественно-полевой сущности материи. 

3. Время и пространство. Относительность (сущность СТО и ОТО). 

     При анализе противоречий прежде всего было осознано, что ньютоновская механика и максвелловская электродинамика по-разному  : трактуют проблему взаимодействия частиц. По Ньютону взаимодействие тел происходят мгновенно, и передается с бесконечно большой скоростью через пустое пространство. Само пространство инертно и не оказывает никакого влияния на гравитационное притяжение масс. Иными словами определяющим было представление "дальнодействия". В теории Максвелла утверждалось «близкодействие» , тоесть представление о том, что взаимодействие передается через эфир - особую среду, заполняющую к: пространство. Скорость передачи велика, но конечна и равна скорости света.Близкодействие соответствовало тогдашнему пониманию физической сущности электромагнитного и гравитационного полей.

     В математических моделях ситуация выглядела так: уравнения Ньютона бы -ли инвариантны относительно преобразований Галилея,а уравнения Максвелла-относительно преобразований Лоренца. Инвариантность означает неизменность уравнений для явлений, описываемых в инерциальных системах отсчета (ИСО). Преобразования Галилея следили из его принципа относительности, согласно которому все явления механики протекают одинаково во всех ИСО. Время в механике Галилея Ньютона считалось абсолютным, то есть одинаковым для всего мира, -всем представлялось сверхочевидной аксиомой.

     Серия специальных экспериментов (Майкельсон,1881год, Майкельсон и Морли, 1887 год) показала, что эфира вообще нет. Стало ясно, что старинные аксиомы об абсолютности пространства и времени подлежат пересмотру. Казавшиеся самоочевидными истины в реальности оказались далеко не такими простыми, какими их полагали тысячи лет, в том числе и выдающиеся ученые 19-го века. Трагизм ситуации был в какой-то мере смягчен разработкой специальной теории относительности (СТО). Новые представления были созданы А. Эйнштейном в В основе его специальной теории относительности—два постулата. Напомним здесь, что в отличие от аксиом постулат - это такая истина которая, вообще говоря, требует доказательств, но в рамках действующей научной теории пока что доказана быть не может. Право на жизнь постулат имеет, если следствия из него подтверждаются в экспериментах, достаточно убедительных для ученых современников. Новые представления были созданы А. Эйнштейном в основе его специальной теории относительности—два постулата.

     Напомним  здесь, что в отличие от аксиом постулат - это такая истина, которая, вообще говоря, требует доказательств, но в рамках действующей научной теории пока что доказана быть не может. Право на жизнь постулат имеет, если следствия из него подтверждаются в экспериментах, достаточно убедительных для ученых современников.

     Первый  постулат гласит: «Законы, по которым изменяются состояния я физических систем, не зависят от того, к какой из двух координатных систем, движущихся равномерно и прямолинейно но друг друга, отнесены эти изменения состояния». Это принцип относительности. Он почти повторяет формулировку принципа Галилея здесь речь идет не только о механике, но и обо всех физических явлениях в том числе электродинамических и оптических. И еще скоро законы одинаковы, то и течение самих явлений будет одинаковым.

     Второй  постулат гласит: "Свет в пустоте  всегда распространяется с определенной скоростью "с", не зависящей от состояния движения излучающего тела". "Пустота" в этом постулате трактуется как пространство, свободное от вещества и от полей тяготения.

     Главные следствия, вытекающие из этих постулатов, ныне проверены в экспериментах с элементарными частицами. Эти следствия следующие:

1.Одновременность событий - понятие очень относительное. В одних системах событие " А" будет предшествовать событию «Б», а в других  системах, наоборот, событие "Б" будет предшествовать событию «А».Разумеется, речь не идет о причинно связанных событиях. Во всех системах сын рождается позже отца.

2.Для стержня, движущегося в направлении своей продольной оси длина l₀,           измеренная в неподвижной относительно стержня системе отсчета, и длина l', измеренная в подвижной системе отсчета, связаны между собой соотношением: 
 

Здесь      -скорость движения системы относительно неподвижной, с –скорость света , одинаковая во всех ИСО. Это означает, что любое тело, например, стержень, имеет наибольшую длину в той системе отсчета, где неподвижен. Во всех других ИСО его длина, измеренная в направлении движения, будет меньше.

3.Интервалы  времени между событиями , измеренные в подвижной и неподвижной ИСО, связаны похожим соотношением: 
 
 
 

Интервал  времени в движущейся ИСО становится больше, то есть время в этой системе течет медленнее. Какими часами, механическими, электрическими или биологическими, измеряется интервал времени -абсолютно не имеет значения. Эффект замедления есть природное свойство времени.