Современная естественно-научная картина мира

     Таким образом, эти три следствия фактически фиксируют относительность пространства и времени. В СТО раздельное рассмотрение пространства и времени объединено в единый четырехмерный континуум - "пространство-время". Относительность нагляднее всего проявляется в том, что события, одновременные в одной ИСО, неодновременны в другой, что ставит под сомнение наши привычные представления о причинности. Пока скорости малы, все нормально - в едином времени следствие возникает после причины. Но при больших относительных скоростях объектов и связанных с ними ИСО требуется очень тщательный анализ того, что именно, чем именно и где именно измеряется тот или иной параметр объекта.

4. Закон  сложения скоростей в релятивистской  механике богаче, чем простая сумма векторов. При однонаправленном движении, например, по оси абсцисс, формула сложения скоростей выглядит так: 
 
 

Здесь,  -суммарная скорость тела в неподвижной ИСО,

            -скорость тела в  подвижной  ИСО,

            -скорость подвижной  СО относительно неподвижной.

Ясно, что  если         = = , то  = !!!

При , << действует механика Ньютона/ где  = + . 
 

5. Все материальные объекты обладают энергией и массой, которые пропорциональны друг другу; 
 

Это соотношение  А. Эйнштейн получил в серии своих  основополагающих работ по теории относительности. Он писал: "масса тела есть мера содержащейся в ней энергии", а "инерция представляет собой свойство энергии вещества'. Следовательно, "излучение переносит инерцию между излучающими и поглощающими телами".

В дальнейшем Эйнштейн создал общую теорию относительно г (ОТО), которая составляет основу современной теории тяготения, В основе ОТО лежит экспериментальный факт равенства массы инертной, фигурирующей во втором законе Ньютона, и массы тяготеющей (тяжелой) той, свойства и проявление которой описывает закон всемирного тяготения. Возведение этого факта в ранг "сильного принципа эквивалентное-привело Эйнштейна к выводу о том, что все физические процессы в истинном поле тяготения и в ускоренной системе отсчета в отсутствии полей тяготения протекают по одинаковым законам. 
 
 

4.Взаимодествия. 
 

     В современной картине мира рассматриваются четыре вида фундаментальных взаимодействий. Рассмотрим основные модели этих взаимодействий.

     4.1. Гравитационное взаимодействие. Его макроскопическое проявление есть закон всемирного тяготения. Мы знаем только гравитационное притяжение, а гравитационного отталкивания нет. Под действием сил собственного тяготения возможно развитие возмущений плотности и скорости материальной среды. Это явление гравитационной неустойчивости- движущая причина в формировании структуры Вселенной. В теории гравитационной неустойчивости показывается, что скорость роста возмущений сильно завист  от масштаба возмущения. Человечество формировалось и живет в постоянном поле тяготения Земли .Потому так важно изучение процессов адаптации человека к жизни в более слабых гравитационных полях.

     4.2.Электромагнитное взаимодействие. Оно существует между частицами, . имеющими электрический заряд. Силы взаимодействия-это сила Кулона и сила Лоренца . Радиус действия электромагнитных сил бесконечен, как и гравитационных полей. Но в отличие от гравитации, в электромагнетизме есть силы притяжения и силы отталкивания. В классическом толковании электромагнитное взаимодействие осуществляются через электромагнитное поле.

     4.3. Сильное взаимодействие. Константа этого взаимодействия около10 ,то есть примерно в 1000 раз больше, чем у электромагнитного, но радиус действия не превышает величин в 10¹⁵м. Сильное взаимодействие - весьма короткодействующее. Оно характерно для элементарных частиц, называемых андронами. Всего их насчитывается несколько сотен, самые известные- нейтроны и протоны.

     4.4. Слабое взаимодействие. Этот вид взаимодействия сильнее гравитации, но заметно слабее двух других. Константа его равна 10-^14. . Слабое взаимодействие ответственно за взаимопревращение частиц внутри ядер, которое служит основным источником энергии Солнца и большинства звезд.

     Все фундаментальные взаимодействия протекают  во времени и в пространстве. Если же эти взаимодействия перевести в "энергетическое представление", то, в силу квантованности энергии и соотношения неопределенностей для каждого вида квантованных полей, то есть для каждого вида взаимодействия, должно существовать состояние с минимальной энергией, не равной нулю. Это будет их основное состояние, когда энергия минимальна, но не равна нулю, а все другие величины – импульс , момент им -пульса (угловой момент), электрический заряд и др. равны нулю. Такое состояние носит название "физического вакуума".В нынешнем естествознании изучение взаимодействий с вакуумом составляет одно из приоритетных направлений ; о вакууме стали рассуждать даже в телевизионных передачах. 

5.Излучение и вещество. Волны и частицы. 

     Ещё во время становления электромагнитной картины мира было : довольно подробно изучено так называемое «тепловое излучение». Это электромагнитное излучение, которое испускают и поглощают все вещественные тела при любой температуре, вплоть до самых низких. При больших температурах оно становится видимым, например свечение фотосферы Солнца, свечение раскаленного металла и т.п. Генерация этого излучения происходит за счет внутренней энергии тела, то есть энергии непрерывного и хаотического движения атомов и молекул. С этим фактом связано и его название - тепловое излучение. Оно находится в равновесии с веществом. К концу 19-го века теоретически и экспериментально были установлены основные законы, управляющие этим явлением. Это закон Кирхгофа (1859 г.), согласно которому отношение испускательной способности тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел.

      Классические эксперименты по дифракции и интерференции света неизменно подтверждали, что свет имеет волновую природу. Сопоставление проявлений квантовых и волновых свойств излучения привело ученых к выводу о том, что "корпускулярно-волновой дуализм" (двойственность) есть важнейшее природное свойство излучения и, возможно, всей материи в целом.

     В 1924г. Луи де Бройль сформулировал гипотезу, по которой корпускулярно-волновой дуализм присущ не только излучению, но и всей материи в целом, в том числе и частицам вещества.

     С соотношением неопределенности связано  три важнейших поло- жения квантовой механики. Во-первых, справедливость этого соотношения  означает возможность виртуальных переходов в квантовых системах . Эти виртуальные, то есть мыслимые, но не наблюдаемые процессы могут происходить как с избытком, так и с недостатком энергии в явлениях испускания и поглощения энергии. Во-вторых, если интервал времени конечен , то, как следует из математической модели принципа неопределенности.  Иными словами, у системы должна быть нулевая энергия, не позволяющая ни одной системе достичь абсолютного минимума потенциальной энергии. Наличие нулевой энергии типично квантовый эффект. Существования такой энергии в классических картинах не допускается. В-третьих, случайность в поведении частиц- физическая реальность. Следовательно, законы движения могут предсказывать лишь вероятность тех или иных конечных состояний .

     За  короткое время после своего появления квантовая механика дала возможность понять и описать многие явления в микромире и некоторые макроявления, которые есть следствия действия квантовых законов в ансам- блях частиц, из которых состоит тело. К ним следует отнести теорию электронной проводимости металлов, явления ферромагнетизма, генерации лазерного излучения. Поскольку электроны относятся к фермионам, о применение принципа Паули позволило четко объяснить закономерности периодической системы Менделеева. Химическая периодичность оказалась прямым следствием квантового характера взаимодействия электронов с атомным ядром. Эти достижения теории составили основу многих кардинальных технических решений. 

6.Микромир и мегамир.Наш микромир. 

     Современное естествознание представляет окружающий материальный мир нашей Вселенной  однородным, изотропным и расширяющимся. Материя в мире находится в  форме вещества и поля. По структурному распределению вещества окружающий мир разделяется на три большие  области: микромир, макромир и мегамир. Для них характерны четыре фундаментальных вида взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное, которые передаются посредством соответствующих полей. Существуют кванты всех фундаментальных взаимодействий.

     На  данный момент наукой установлено огромное многообразие материальных объектов, представляющих микро, макро и мега миры, но остается открытым вопрос, исчерпывают  ли эти открытия все существующее вообще. С учетом истории человеческого  познания и общего духа современной  научной картины мира на этот вопрос напрашивается отрицательный ответ. Многообразие материи и её движение бесконечно, при чем не только количественно, но и качественно. Принцип качественной бесконечности природы, означает признание неограниченного многообразие структурных форм материи, различающихся самыми фундаментальными законами бытия.

     Микромир-это  атомы и то, что меньше их. Мегамир начинается с размеров порядка размеров планеты Земля, и далее до Вселенной.Мы живем в макромире (иногда его еще называют мезомиром-промежуточным  по размерам).Параллельно с исследованием микромира, то есть глубинного строения вещества и физических полей развивалась и космология- учение о мегамире.В 1916  году А.Энштейн создал первый вариант теории тяготения, где гравитационные взаимодействия впервые связывались со свойствами пространства-времени . В первом варианте использовалась модель стационарной Вселенной. Затем А.Фридман показал, что более адекватной будет модель нестационарной Вселенной, а Э.Хаббл убедил человечество в том, что Вселенная расширяется. После спектральных исследований космических лучей стало ясно, что химический состав Вселенной всюду одинаков. Все это дало основу размышлениям о старте Вселенной. В 1965 году было открыто реликтовое излучение , родившееся почти сразу же после взрыва. Соответственно, ученый мир создал, а человечество признало теорию большого взрыва, теорию горячей Вселенной. Сегодня она считается общепринятой, но не более того. Общепринятость не есть критерий окончательной истины…Есть и другие теории , например теория холодной Вселенной…

     Исследования  мегамира позволили нам сформировать первичные представления о месте  и роли человека и человечества во вселенной. Мы стали осознавать решающую роль случайностей и неустойчивости в развитии Вселенной и всех ее «подсистем» разного уровня –  от удивительных превращений звезд  до не менее удивительного процесса закипания воды. Исследования микромира  показали, что в этом мире царствуют  кванты и вероятности, а наши представления  о жестокой и однозначной причинности  есть не более чем дань нашей макросущности, нашему эмпирическому восприятию мира.

     Так называемое «классическое естествознание»  занималось и занимается нашим макромиром. Это то , о чем мы можем не только мыслить, но то что можем и наблюдать. Мы живем в этом мире, в нем же формируются и наши потребности. Макромир-огромный полигон для исследований. И масштабы этих исследований тоже огромны. 

7.З А К Л Ю Ч Е Н И Е 

Итак, мы выяснили, что:

- Концепции  естествознания возникают из  естественных наук (физики, химии,  биологии) вследствие теоретической  интерпретации эмпирических фактов  объектов и явлений природы. 

- Далее они  переносятся в сферу гуманитарных  наук, где происходит осмысление  знаний, включение их в целостное  мировоззрение.

- На основе  научных теорий развиваются новые  технологии и техника, что называется  научно-технический прогресс.

- На основе  гуманитарного мировоззрения развиваются  образование, общественное сознание.

     Один  из старинных девизов гласит:  “знание  есть  сила”  Наука  делает человека могущественным перед силами природы. Великие  научные  открытия  (и тесно  связанные  с   ними   технические   изобретения)   всегда   оказывали колоссальное  (и  подчас  совершенно  неожиданное) воздействие  на   судьбы человеческой истории. Такими открытиями были, например, открытия в  ХVII  в. законов механики, позволившие создать всю машинную  технологию  цивилизации; открытие  в  ХIХ  в.  электромагнитного  поля  и  создание   электротехники, радиотехники, а затем и радиоэлектроники; создание в ХХ в,  теории  атомного ядра, а вслед за ним  -  открытие  средств  высвобождения  ядерной  энергии; раскрытие в середине ХХ в. молекулярной биологией  природы  наследственности (структуры ДНК)  и открывшиеся вслед возможности генной  инженерии   по управлению наследственностью; и др. Большая часть  современной  материальной цивилизации была бы невозможна без участия в  ее  создании  научных  теорий, научно-конструкторских разработок, предсказанных наукой технологий и др.

      В современном мире наука вызывает  у  людей  не  только  восхищение  и преклонение, но  и  опасения.  Часто  можно  услышать,  что  наука  приносит человеку не только блага, но и величайшие несчастья. Загрязнения  атмосферы, катастрофы на атомных станциях, повышение радиоактивного фона  в  результате испытаний ядерного оружия, “озонная дыра” над  планетой,  резкое  сокращение видов растений и животных – все эти и  другие  экологические  проблемы  люди склонны объяснять самим фактом существования науки. Но дело не в науке, а  в том, в чьих руках она находится, какие социальные  интересы  за  ней  стоят, какие общественные и государственные структуры направляют ее развитие.