Особенности естественнонаучного познания

слабая                      не рассматривает                 наиболее четко позволяет

структури-               науку как                             проследить эволюцию

рованность              самоорганизующуюся          концепций, составляющих

                                 систему                                  содержание физики

 

парадигма (гр.пример, образец) – признанные всеми научные достижения, система теоретических представлений и философских обобщений.

В основе «жесткого ядра»  физической исследовательской программы лежит базисная теория. Например, квантовая теория поля, как базисная, формирует целый ряд фундаментальных теорий: атомная физика, ядерная физика, физика элементарных частиц и т.д.

Типы физических исследовательских  программ: механистическая (Ньютон), релятивистская (Эйнштейн), квантово-полевая (Планк), в настоящее время строится теория Суперобъединения (единая теория поля).

 

 

 

 

 

 

 

13.Структурные  уровни организации материи. Микро-, макро- и мегамиры. Пространство  и время.

 

Взаимо- действие	Частицы	Максимальн. радиус действ.	Относит. интенсивн.	кванты
сильное	адроны	10-15  м	1	глюоны
электро- магнитное	все заряж. ч-цы	∞	10-3	фотоны
слабое	все ч-цы, кроме  фотона	10-18  м	10-14	бозоны (W+,W-,Z)
гравитац.	все ч-цы	∞	10-36	гравитоны

Элементарные частицы: 36 кварков и антикварков, 8 глюонов, 12 лептонов, фотон – всего 57 элементарных частиц.

Микромир – объекты, меньшие 10^-6м, наблюдаемые с помощью приборов.

Макромир - доступный наблюдению человека – от 10^-6м до порядка 1 астрономической единицы (150 млн.км -большая полуось  земной орбиты).

Мегамир – все за пределами солнечной системы (границы наблюдаемой Вселенной –10 ²⁶м).

 

Ньютон ввел понятия абсолютного пространства и абсолютного времени, которые не связаны с материей, однородны и изотропны. (Это субстанциональная концепция) Р.Декарт – ввел систему координат евклидовой  геометрии. (В реляционной концепции пространство и время рассматриваются как системы отношений между взаимодействующими объектами).

Н.И.Лобачевский  и  Георг Риман – предложили  неевклидовы геометрии. Пространство и время составляют  континуум, свойства которого  зависят от материи.

В настоящее время  пространство и время трактуются как формы существования материи. Они неразрывно связаны между собой, их единство проявляется в движении и развитии материи.

Наше пространство трехмерно. (Но в принципе возможны Вселенные  с другим числом пространственных измерений). Свойства пространства зависят от скорости движения системы отсчета, от наличия гравитационных полей.

                        l = l_o √ (1-v²/c²) 

Время течет в одном  направлении – от прошлого к будущему. Ход времени зависит от скорости протекания процессов (химическое, биологическое, геологическое  время – 1 секунда геологического времени = 100 тыс. лет исторического), зависит от скорости движения инерциальной системы отсчета

( СТО):

                     t =t_o/√ 1-v²/c²

Современная физика связывает  необратимость времени с необратимыми тепловыми процессами.

 

14. Некоторые   принципы современной физики.

Современная физика, как  и классическая, признает объективное  существование физического мира, однако отказывается от наглядности.

1. 1.Близкодействия – взаимодействие распространяется с конечной скоростью, через поле (ранее Р.Декарт ввел принцип дальнодействия - мгновенно на любом расстоянии). Максимальная скорость – скорость света в вакууме.
2. Целостности – существует взаимодействие частиц с определенными  состояниями физического вакуума, частицы могут рождаться из физического вакуума.
3. Запрета (Паули) – для фермионов: две тождественные частицы не могут находиться в одном квантовом состоянии.
4. Тождественности – состояния системы, полученные перестановкой тождественных частиц местами, нельзя различить ни в каком эксперименте.
5. Симметрии волновой функции для системы тождественных частиц – (симметрия – инвариантность свойств системы при некоторых преобразованиях ее параметров) – существует обменное взаимодействие между частицами (Гейзенберг).
6. Эквивалентности – (в основе ОТО)- ускорение эквивалентно однородному полю тяготения. Следствие – равенство инертной и гравитационной масс.
7. Соответствия (Н.Бор) – любая неклассическая теория в предельном случае переходит в классическую. (Пример – СТО – классическая механика).
8. Неопределенности (В.Гейзенберг) – невозможность одновременно точного определения координаты и импульса частицы: Δx^.∆p_x≥ħ.
9. Дополнительности – волновое и корпускулярное описания микропроцессов не исключают, а дополняют друг друга. Этот принцип утверждает зависимость описания поведения физических объектов от условий наблюдения.
10. Суперпозиции – два тела взаимодействуют друг с другом независимо от наличия других тел.
11. Относительности (Галилея – в классической механике, Эйнштейна – в релятивистской): все инерциальные системы отсчета (ИСО) равноправны относительно  любых физических явлений. Релятивистская физика отказывается от принципов механистического детерминизма.

И другие принципы…

 

 

Лекция 6. Состояние и способы его описания.

15. Динамические  и статистические закономерности в природе.

Понятие состояния - центральный элемент физических теорий - совокупность данных, характеризующих объект в данный момент времени. Для задания состояния системы необходимо:

1. определить параметры состояния – совокупность физических величин, описывающих явление,
2. выделить начальные условия (параметры в начальный момент времени),
3. 3)применить законы, описывающие эволюцию системы.

Закон - объективная, необходимая, всеобщая повторяющаяся связь между явлениями и событиями.

 

                                    Закономерности

Динамические                                 Статистические

Характеризуют поведение             Проявляются в массе явлений,

индивидуальных объектов             имеют форму тенденции. Это

позволяют установить точно          вероятностные законы, описы-

состояние системы в  любой           вающие состояние системы  лишь с

момент времени (механисти-        с определенной вероятностью.

ческий детерминизм). Случай-      Необходимость проявляется через

ность – досадная помеха.               действие множества случайных

                                                          факторов.

 

16. Структурность и системность - общие свойства материи.

Структурность – внутренняя расчлененность материи.

Системность – организованность, упорядоченность существования материи.

Единство структурности и системности – определяет существование мира как систему систем: система объектов, система свойств или отношений и т.п.

Бытие – сложноорганизованная иерархия систем, все элементы которой находятся в закономерной связи друг с другом.

Система - комплекс взаимодействующих элементов (неразложимых компонентов системы). По характеру связей между элементами системы и с окружающей средой  системы делятся на:

1. суммативные (элементы автономны) и целостные (каждый элемент зависит от целостности);
2. открытые (обменивающиеся энергией, ве6ществом, информацией с окружающей средой) и закрытые (элементы взаимодействуют только между собой).

 

 

 

 

Лекция 7. Законы сохранения в макропроцессах.

17. Теорема Нётер и законы сохранения.

В 1918 г. Эмми Нётер доказала теорему, из которой следует, что  если некоторая система инвариантна  относительно некоторого глобального  преобразования, то для нее существует определенная сохраняющаяся величина. (Каждый закон сохранения связан с  какой-либо симметрией).

1. закон сохранения энергии – следствие временной трансляционной симметрии (однородности времени),
2. закон сохранения импульса – трансляционной симметрии (однородности) пространства,
3. закон сохранения момента импульса - симметрии относительно поворотов в пространстве (изотропности пространства) и т.д.

 

18. Энергия (нет единого определения).

Способность           функция              количественная мера какой-либо

системы                   состояния,          формы движения

совершить                не зависит

работу                      от формы пути (для потенциальных систем)

 

Диссипация энергии - (необратимый процесс) - переход энергии из одних форм в другие, более низкие по классу (самая низкая – тепловая энергия).

Закон сохранения и превращения энергии - всеобщий закон Природы.

 

19. Энтропия. (Клаузиус ввел понятие, с греческого «превращение»)

мера             S=dQ/dT                        S=k lnW            функция состояния

неупорядоченности           постоянная Больцмана,           системы  

системы                              W-статистический вес,

                                             термодинамическая                 

                                             вероятность)

 

В обратимых процессах S= const, в необратимых - S↑. (Отличие прошлого от будущего ).

В равновесных состояниях S= const и max, а энергия min.

Принцип Больцмана – любое макросостояние может быть осуществлено определенным числом микросостояний (W).

20. Законы  термодинамики.

1. (Закон сохранения энергии) ΔU=Q – A (изменение внутренней энергии равно полученному количеству теплоты минус работа системы). Первый закон не указывает направления тепловых процессов.
2. Несколько формулировок:

1. процесс, единственным результатом которого было бы изъятие теплоты из резервуара, невозможен;

2. невозможно осуществить процесс, единственным результатом которого было бы превращение тепла в работу при постоянной температуре (Карно);
3. тепло не может передаваться самопроизвольно от холодного тела к горячему;
4. энтропия изолированной системы при протекании необратимых процессов возрастает.

II закон устанавливает наличие фундаментальной асимметрии в природе - однонаправленности самопроизвольных процессов.

3. Невозможно достижение абсолютного нуля ( 0К = - 273,15 ^оС) как сверху, так и снизу.

В 18 веке произошла промышленная революция (паровые машины - Уатт, Стефенсон, Фултон, Черепанов; цикл Карно; телеграф - Морзе).

 

21.Эволюционно-синергетическая  парадигма.

Синергетика – теория самоорганизации в сложных, открытых, неравновесных и нелинейных системах любой природы. (Совокупность идей о принципах самоорганизации и суммы общих математических методов ее описания).

Самоорганизация - возникновение порядка из хаоса без управляющего воздействия извне, за счет внутренней перестройки системы – общее свойство сложных (состоящих из множества элементов), открытых (находящихся в состоянии обмена энергией, веществом, информацией с окружающей средой), нелинейных (описываемых нелинейными уравнениями) и неравновесных (находящихся вдали от состояния термодинамического равновесия) систем.

Обратная связь – непременный атрибут самоорганизации, а именно положительная ОС (усиливающая) – изменения, появляющиеся в системе, не устраняются, а накапливаются и усиливаются, что приводит к появлению нового порядка и структуры. Отрицательная (успокаивающая) ОС приводит к устранению внешнего воздействия.

Эволюция - постепенное развитие. Развитие самоорганизующейся системы проходит через скачки (точки бифуркации, в которых имеется несколько возможных направлений развития).

Кибернетика («искусство управления») – изучает системы с отрицательной ОС.

 

Составляющие  эволюционно-синергетической парадигмы.

1. принцип глобального эволюционизма,
2. концепция фундаментального единства материи,
3. представление об универсальности алгоритма развития как проявления самоорганизации в природных и социальных системах,
4. принцип необратимости эволюции.

Примеры самоорганизации  в неживой природе - реакция Белоусова-Жаботинского, лазер, сверхпроводимость. (Эффект Мейснера – явление полного вытеснения магнитного поля из объема сверхпроводника при понижении температуры ниже критической).

 

22. Связь между энтропией и информацией.

Информация  – центральное понятие кибернетики.

• одна из сущностей мира (материя - дух - информация);
• философская категория;
• всеобщее свойство материи;
• сведения, которыми обменивается система;
• система знаков;
• мера свободы чьего-либо выбора, логарифм доступных выборов.