Теория относительности Эйнштейна и становление неклассической науки

Федеральное государственное  образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

«Астраханский государственный технический университет»

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Философия»

Тема: «Теория относительности Эйнштейна и становление неклассической науки»

 

 

 

Выполнил:

студент группы ДРТТ_11б

Титов Д.В.

Проверила:

ст. пр. Щербакова  Л.В.

 

 

 

 

 

Астрахань 2012

Оглавление

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	3
1. Предпосылки создания теории относительности А. Эйнштейна . . .	7
Относительность движения по Галилею. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	7
Принцип относительности и законы Ньютона. . . . . . . . . . . . . . .	8
Преобразования Галилея. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	8
Принцип относительности в электродинамике . . . . . . . . . . . . . .	8
Преобразования Лоренца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	9
Преобразования физических величин в релятивистской теории	9
Теория относительности А. Эйнштейна  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	10
Частная (специальная) теория относительности . . . . . . . . . . . . .	10
2.2     Общая теория относительности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	11
Философские выводы из теории относительности . . . . . . . . . . . . .	13
Становление неклассической науки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	15
Хронология науки   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	15
Неклассическая наука и ее концептуальные основы . . . . . . . . .	16
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	20
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Целью данной работы является рассмотрение основных аспектов теорий, которые повлияли на формирование принципа относительности и становление неклассической науки, а также философское понимание и значение теории относительности А. Эйнштейна.

Теория относительности  – физическая теория пространства и времени. В конце XIX начале XX веков был сделан ряд крупнейших открытий, с которых началась революция в физике. Она привела к пересмотру практически всех классических теорий в физике. Возможно, одной из самых крупных по значимости и сыгравших наиболее важную роль в становлении современной физики наряду с квантовой теорией была теория относительности А. Эйнштейна.

Создание теории относительности позволило пересмотреть традиционные взгляды и представления о материальном мире. Такой пересмотр существовавших взглядов был необходим, так как в физике накопилось много проблем, которые не могли быть решены с помощью существовавших теорий.

Одной из таких проблем был вопрос о предельности скорости распространения света, которая  с точки зрения господствовавшего тогда принципа относительности Галилея, основывавшегося на преобразованиях Галилея, исключалась. Наряду с этим существовало множество экспериментальных фактов в пользу представлений о постоянстве и предельности скорости света (универсальной постоянной). Примером здесь может служить осуществленный в 1887 г. опыт Майкельсона и Морли показавший, что скорость света в вакууме не зависит от движения источников света и одинакова во всех  инерциальных системах отсчета. А также наблюдения датского астронома Оле Ремера, определившего еще в 1675г. по запаздыванию затмений спутников Юпитера конечную величину скорости света.

Другая значимая проблема, возникшая в физике, была связана с представлениями о пространстве и времени. Существовавшие в физике представления о них основывались на законах классической механики, поскольку в физике господствовал взгляд, согласно которому всякое явление имеет, в конечном счете, механистическую природу, так как принцип относительности Галилея представлялся всеобщим, относящимся к любым законам, а не только к законам механики. Из принципа Галилея, основывавшегося на преобразованиях Галилея, следовало, что пространство не зависит от времени и наоборот время от пространства.

Пространство и время мыслились как заданные и независимые друг от друга формы, в них укладывались все делавшиеся в физике открытия. Но такое соответствие положений физики концепции пространства и времени существовало лишь до тех пор, пока не были сформулированы законы электродинамики, выраженные в уравнениях Максвелла, так как выяснилось, что уравнения  Максвелла не инвариантны относительно преобразований Галилея.

Незадолго до создания теории относительности, Лоренцем были найдены преобразования, при которых уравнения Максвелла оставались инвариантными. В этих преобразованиях, в отличие от преобразований Галилея, время в различных системах отсчета не было одинаковым, но самым главным было то, что из этих преобразований уже не следовало, что пространство и время независимы друг от друга, так как при преобразовании координат участвовало время, а при преобразовании времени - координаты. И как следствие этого встал вопрос - как поступить? Существовало два решения, первое - считать, что электродинамика Максвелла ошибочна, или второе - предположить, что классическая механика с ее преобразованиями и принципом относительности Галилея является приближенной и не может описать всех физических явлений.

Таким образом, на этом этапе в физике проявились противоречия между классическим принципом относительности и положением об универсальной постоянной, а также между классической механикой и электродинамикой. Было много попыток дать другие формулировки законам электродинамики, но они не увенчались успехом. Все это сыграло роль предпосылок к созданию теории относительности.

Работы Эйнштейна наряду с громадным значением в физике имеют, также, большое философское значение. Очевидность этого следует из того, что теория относительности связана с такими понятиями как материя, пространство, время и движение, а они являются одними из фундаментальных философских понятий.  Диалектический материализм  нашел аргументацию своим представлениям о пространстве и времени в теории Эйнштейна. В диалектическом материализме дается общее определение пространства и времени как форм бытия материи, а следовательно, они неразрывно связаны с материей, неотрывны от нее. «С позиций научного материализма, который основывается на данных частных наук, пространство и время - не самостоятельные независимые от материи реальности, а внутренние формы ее бытия». Такую неразрывную связь пространства и времени с движущейся материей с успехом показала теория относительности Эйнштейна.

Были также попытки использовать теорию относительности идеалистами в качестве доказательства своей правоты. Так, например, американский физик и философ Ф. Франк говорил, что физика ХХ века, особенно теория относительности и квантовая механика остановили движение философской мысли к материализму, основанное на господстве механической картины мира в прошлом веке. Франк говорил, что «в теории относительности, закон сохранения материи больше не имеет силы; материя может превращаться в нематериальные сущности, в энергию».

Однако все идеалистические трактовки теории относительности основываются на искаженных выводах. Примером этому может служить то, что иногда идеалисты подменяют философское содержание понятий "абсолютное" и "относительное" физическим. Они утверждают, что поскольку координаты частицы и ее скорость всегда останутся сугубо относительными величинами (в физическом смысле), т. е. они никогда не превратятся даже приближенно в абсолютные величины и поэтому, якобы, никогда не смогут отражать абсолютную истину (в философском смысле). В действительности же координаты и скорость, не смотря на то, что не обладают абсолютным характером (в физическом смысле), являются приближением к абсолютной истине.

Теория относительности устанавливает относительный характер пространства и времени (в физическом смысле), а идеалисты толкуют это как отрицание ею объективного характера пространства и времени. Относительный характер одновременности и последовательности двух событий вытекающий из относительности времени, идеалисты пытаются использовать для отрицания необходимого характера причинной связи. В диалектико-материалистическом понимании и классические представления о пространстве и времени и представления о теории относительности есть относительные истины, включающие в себя лишь элементы абсолютной истины.

Неклассическая наука - это наука первой половины 20 века. В конце 19 века в классической науке считалось, что мир полностью изучен, что уже составлена полная научная картина мира, что работа исследователя будет состоять только в уточнении деталей, а не во внесении чего-то нового.

Но, вопреки прогнозам учёных тех лет, последовал ряд ярчайших открытий, заставивших исследователей пересмотреть взгляд на научные исследования и на существовавшую размолвку.

Открытия Эйнштейна, Бора, Бройля и многих других выдающихся учёных того времени открыли множество возможностей для дальнейшего развития человечества. Изучая современную науку нельзя не учитывать открытия неклассической науки. Они изменили взгляд на мир, вывели из кризиса и упадка классическое естествознание.

Неклассическая наука имеет огромное значение и в той или иной степени оказывает влияние практически на все современные открытия. Все открытия того периода, а особенно открытия Эйнштейна имеют эпохальное значение для всего человечества.

Неклассическая наука  первой внесла субъективный элемент в классическую науку, принципом которой было исключительно объективное знание. Например, такая субъективность касалась тех приборов, на которые фиксировался объект наблюдения. Это позволило науке сделать огромный шаг вперёд. Началась череда великих открытий, о которых сейчас знают все. Это и специальная и общая теории относительности Эйнштейна, и принцип дополнительности Бора, и принцип неопределённости Гейзенберга и многие другие открытия, заставившие учёных иначе посмотреть на окружающий их мир.

Открытия, сделанные в  период неклассической науки, до сих  пор являются актуальными. Они позволили  создать новую картину мира, в  основе которой лежат как принципы классической науки, так и новые  принципы неклассической науки. Изменились не только принципы, изменился и сам объект изучения. Помимо макромира учёные начали изучать микромир и мегамир, в которых существуют совсем другие величины и способы измерения этих величин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Предпосылки  создания теории относительности  А. Эйнштейна

1.1 Относительность движения по  Галилею

Важную роль в создании научной картины мира сыграл принцип  относительности одного из основоположников современного естествознания Галилея  – принцип равноправия всех инерциальных систем отсчета в классической механике, который утверждает, что никакими механическими опытами, проводящимися в какой-то инерциальной системе отсчета, нельзя определить, покоится данная система или движется равномерно и прямолинейно.

Математически принцип  относительности Галилея выражает инвариантность уравнений механики относительно преобразований координат движущихся точек (и времени) при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой – преобразований Галилея.

Впервые положение  об относительности механического  движения было высказано Галилео Галилеем в 1638 г. в его труде «Диалог о двух основных системах мира – птолемеевой и коперниковой». Там же сформулирован один из фундаментальных принципов физики – принцип относительности. Галилей использовал наглядный и образный метод изложения. Он писал, что находясь «в помещении под палубой корабля» и проводя опыты и наблюдения над всем, что там происходит, нельзя определить, покоится ли корабль, или же он движется «без толчков», то есть равномерно и прямолинейно. При этом подчеркивались два положения, составляющие суть принципа относительности:

1) движение относительно: по отношению к наблюдателю  «в помещении под палубой»  и к тому, кто смотрит с берега, движение выглядит по-разному;

2) физические законы, управляющие  движением тел в этом помещении, не зависят от того, как движется корабль (если только это движение равномерно). Иначе говоря, никакие опыты в «закрытой кабине» не позволяют определить, покоится кабина или движется равномерно и прямолинейно.

Таким образом, Галилей  сделал вывод, что механическое движение относительно, а законы, которые его определяют, абсолютны, то есть безотносительны. Эти положения коренным образом отличались от общепринятых в то время представлений Аристотеля о существовании «абсолютного покоя» и «абсолютного движения».

 

 

 

1.2. Принцип относительности и  законы Ньютона

Принцип относительности  Галилея органически вошел в  созданную И. Ньютоном классическую механику. Ее основу составляют три  «аксиомы» – три знаменитых закона Ньютона. Уже первый из них, гласящий: «Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не принуждается приложенными силами изменить это состояние», говорит об относительности движения и одновременно указывает на существование систем отсчета (они были названы инерциальными), в которых тела, не испытывающие внешних воздействий, движутся «по инерции», не ускоряясь и не замедляясь. Именно такие инерциальные системы имеются в виду и при формулировке двух остальных законов Ньютона. При переходе из одной инерциальной системы в другую меняются многие величины, характеризующие движение тел, например, их скорости или формы траектории движения, но законы движения, то есть соотношения, связывающие эти величины, остаются постоянными.