1. Предпосылки и формирование механической картины мира. Физические основы механики.
2. Открытия в естествознании XVII-XIX веков и возникновение противоречий с существующей картиной мира.
3. Электромагнитная картина мира. Электрическое поле, постоянный электрический ток. Электромагнетизм.
4. Накопление экспериментальных результатов, способствовавших формированию современной картины мира. Электрические и магнитные свойства вещества.
2.1. Предпосылки и формирование механической картины мира. Физические основы механики
Вклад в становление современной науки И. Ньютона.
Становление механической картины мира связывают с работами Г. Галилея и Н. Коперника. Опираясь на знания, полученные этими выдающимися мыслителями, Исаак Ньютон сумел создать первую научную картину мира – механистическую.
Исаак Ньютон (1643 – 1727) – выдающийся английский физик, механик, астроном и математик – сформулировал основные законы классической механики, открыл закон всемирного тяготения, закон разложения белого света на монохроматические составляющие (дисперсия), разработал (наряду с Лейбницем) дифференциальное и интегральное исчисление.
Первые научные работы Ньютона относятся к оптике. В 1666 г., пропуская свет через трехгранную стеклянную призму, он обнаружил его сложный состав, разложив на семь цветов (спектр), так было открыто новое явление - дисперсии. Кроме того, он обнаружил хроматическую аберрацию у линз: разное фокусное расстояние для лучей разной длины волны. Поскольку аберрация это мешающее в оптике явление, то Ньютон пришел к выводу, что линзы в телескопе надо заменить сферическими зеркалами. В 1668 году он построил первую миниатюрную модель рефлектора с длиной фокуса 15 см, а в 1671 г. – второй, усовершенствованный рефлектор с длиной фокуса 120 см. Это изобретение послужило поводом к избранию его членом Королевского общества. Общество выше всего оценило его работу как изобретателя, а не как ученого. Общество, как правило, не может по достоинству оценить передовых научных работ.
В своих работах по оптике Ньютон поставил очень важный и сложный вопрос: «Не являются ли лучи света очень мелкими частицами, испускаемыми светящимися телами – корпускулами?» Последователи Ньютона ответили на этот вопрос утвердительно и однозначно, и данная гипотеза, подкрепленная авторитетом Ньютона, стала господствующей в оптике XVIII в. несмотря на успехи волновой теории Гюйгенса.
Очень интересна также мысль Ньютона о возможном превращении тел в свет и обратно. «Превращение тел в свет и света в тела соответствуют ходу природы, которая как бы услаждается превращениями». И действительно, в 1933 – 1934 гг. были открыты факты превращения заряженных частиц электрона и позитрона в свет (аннигиляция) и обратно. Так Ньютон предугадал одно из далеких будущих открытий 20 века.
Но новое не побеждает без борьбы – в этой истине пришлось убедиться Ньютону после того, как 6 февраля 1672 г. он сделал доклад в Королевском обществе о новой теории света и цветов. Против опытов и особенно против выводов Ньютона выступили член Королевского общества Р. Гук (автор известного в физике «закона Гука»), физик X. Гюйгенс и др.
В 1687 г. вышла в свет книга «Начала». Гелиоцентрическая система мира Коперника получила в ней динамическое обоснование и стала прочной научной теорией. Три закона Ньютона завершили труды Галилея, Декарта, Гюйгенса и других ученых по созданию механики и стали прочной основой для дальнейшего ее развития.
Наибольшую известность И. Ньютон получил за свои знаменитые законы:
1. Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.
2. Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.
3. Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе: – взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны.
4. Четвертым законом, который Ньютон формулирует в своих «Началах», был закон всемирного тяготения.
Именно эти законы и составляют физические основы механики.
Анализируя законы Кеплера на основе своих законов механики, Ньютон сделал заключение о наличии силы тяготения между Солнцем и планетами, обратно пропорциональной квадратам их расстояний до его центра. Наконец, высказав положение о всеобщем характере сил тяготения и о пропорциональности силы тяжести тела его массе, Ньютон приходит к выводу, что сила тяготения между телами пропорциональна массам этих тел.
Пробным камнем новой теории на первом этапе был вопрос о фигуре Земли. По теории Ньютона Земля была сжата у полюсов, по теории Декарта – вытянута. Многолетние споры вокруг этого вопроса были разрешены в результате работ, проведенных в 1735 – 1744 гг. В 1735 г. Парижская академия наук организовала экспедицию в Перу для измерения дуги меридиана в экваториальной зоне, а в 1736 г. с той же целью в Лапландию. Вторую экспедицию возглавил академик П. Мопертюи (1698 – 1759), в состав экспедиции входил молодой математик Клеро (1713 – 1765). Вернувшись через 15 месяцев, экспедиция доказала справедливость теории Ньютона. В 1743 г. вышла работа Клеро «Теория фигуры Земли», подтверждающая и развивающая теорию Ньютона. Позже были опубликованы еще две замечательные работы этого даровитого математика: в 1752 г. вышла в свет «Теория движения Луны», в 1762 г. – работа, посвященная анализу движения кометы Галлея.
Галлей (1656-1742), открыв в 1682 г. новую комету, предсказал ее возвращение через 76 лет, то есть в 1758 г. Однако в этот год комета не появилась, и Клеро сделал новый расчет времени возвращения кометы с учётом влияния на нее Юпитера и Сатурна. Назвав время ее появления 4 апреля 1759 г., Клеро ошибся всего на 19 дней. Это был величайший триумф учения Ньютона.
В 1798 г. Г. Кавендиш экспериментально определил постоянную тяготения, придав тем самым закону всемирного тяготения форму количественного соотношения, пригодного для решения практических задач.
Успехи теории Ньютона в решении проблем небесной механики продолжались и, в частности, увенчались открытием в 1846 г. планеты Нептун. На основании теоретических вычислений в указанном месте неба обнаружили эту планету. В память о такой точности сделанных вычислений и родились слова: «Планета Нептун открыта на кончике пера». Механикой Ньютона мы пользуемся постоянно и сегодня, решая как земные, так и космические задачи.
Ньютон был убежден в объективном существовании материи, пространства и времени, в существовании объективных законов мира, доступных человеческому познанию. Своим стремлением свести все к механике Ньютон поддерживал механистический материализм.
Свой метод познания, названный впоследствии методом принципов, Ньютон изложил в «Правилах философствования».
Этих правил четыре:
1. «Не принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений».
2. Одинаковым явлениям необходимо приписывать одинаковые причины.
3. Независимые и неизменные при экспериментах свойства тел, подвергнутых исследованию, надо принимать за общие свойства материальных тел.
4. Законы, индуктивно найденные из опыта, нужно считать верными, пока им не противоречат другие наблюдения.
Целые поколения людей воспитывались на законах Ньютона как незыблемом фундаменте научного познания природы. Новая физика изменила представления Ньютона о пространстве и времени, массе и действии, но не отбросила его механику, а только определила границы ее применимости.
Механическая картина мира
Представления о материи
Материей считается лишь вещество (материальные тела). Вещество состоит из дискретных неделимых частиц – атомов, которые вечны и неизменны. Из неизменности атомов следует неизменность свойств тел, например, массы.
Представления о движении
Мир – это движущаяся материя. Декарт говорил: дайте мне материю и движение, и я построю мир. Однако движение понималось лишь в смысле механического перемещения тел и частиц. Все другие виды движения сводились к механическому.
Признавалась относительность движения, неотличимость покоя и равномерного прямолинейного движения. Допускалась возможность перемещения со сколь угодно большой скоростью.
Представления о пространстве и времени.
Механическое движение по Ньютону можно описывать лишь относительно инерциальных систем отсчета (то есть систем, в которых при отсутствии внешних воздействий тело двигается равномерно и прямолинейно). Однако любая реальная система отсчета не является инерциальной. Поэтому считалось, что существует некая абсолютная первосистема (пространство) и абсолютное время.
Представления о взаимодействии.
Благодаря Ньютону стало ясно, что действие одного тела на другое – это всегда и действие второго на первое (III закон Ньютона). Считалось, что любое взаимодействие результат гравитации – единственного типа взаимодействия. Взаимодействие передается мгновенно и без какого-либо материального посредника. Это основная идея концепции дальнодействия.
Представления о причинности и закономерности.
Каждое явление имеет предшествующую ему причину.
Признаются только динамические закономерности, однозначно определяющие состояние системы в любой момент времени по начальному состоянию. Это дало основание для создания теории механического детерминизма. В этом смысле существует судьба, с которой человек должен смириться.
Космологические представления.
Вселенная бесконечна, заполнена бесконечным числом звезд, вокруг которых вращаются планеты. Появилась гипотеза Канта-Лапласа о происхождении Солнечной системы из газопылевого облака.
2.2. Открытия в естествознании XVII - XIX веков и возникновение противоречий с существующей картиной мира
Зарождение и становление эволюционных представлений
Триумф ньютоновской системы в физике стимулировал попытки создания аналогичной строгой системы для всего живого. Такая система была создана Карлом Линнеем, опиравшимся на огромную подготовительную работу, проделанную зоологами и ботаниками в XVII – XVIII веках. Карл Линней (1707-1778) – выдающийся шведский естествоиспытатель и натуралист. Получил мировую известность благодаря созданной им системе растительного и животного мира. Основной заслугой можно считать проведение колоссальной описательной работы. К сожалению, предложенная им система классификации не имела ничего общего с идеей эволюции. Так для растений он считал, что классификация должна производиться по органам размножения, количеству тычинок, пестиков и т.п. Так сирень и злак – золотой колосок – попали в один класс. Еще более искусственной была система классификации животного мира. Он разделил все живое на 6 классов: млекопитающие, птицы, рыбы, амфибии, черви и насекомые. К классу червей он относил всех беспозвоночных. Главным его достижением можно считать правильное рассмотрение классификации человека – человека он включил в систему животного мира и отнес к классу млекопитающих и отряду приматов.
Мощное дополнительное ускорение развитию биологии было придано изобретением микроскопа. Микроскоп с объективом и окуляром был впервые изготовлен, по-видимому, современником и соперником Ньютона в научных открытиях англичанином Робертом Гуком (1635 – 1703), известным больше как автор основного закона теории упругости (закон Гука). В 1667 году вышла его книга «Микрография», содержавшая описания и зарисовки самых разных микрообъектов – от острия иглы до челюстей муравья. Самые далеко идущие последствия имело установление им клеточного строения некоторых частей растения: стеблей репейника и папоротника, сердцевины кедра, коры пробкового дуба. Позднее английский ботаник-микроскопист Неемия Грю (1641 – 1712) ввел понятие ткани как скопления однородных клеток. Однако самым знаменитым микроскопистом того времени стал голландский купец Антони Левенгук (1632 – 1723), который использовал лупу собственного изготовления, дающую увеличение до 270 крат. С ее помощью он открыл такие мелкие объекты, как эритроциты (красные кровяные тельца) и сперматозоиды. Но главным его открытием было обнаружение невидимых глазу микроскопических существ – простейших и бактерий, – которыми, как выяснилось, кишит каждая капля воды. Это открытие сыграло важную роль для развернувшихся вскоре дебатов о природе живого и его отличия от неживого.
Открытия XVII века не привели к формированию логичной научной картины мира. Ввиду крайней сложности предмета исследований, биологии было еще далеко до этапа формирования общих законов и теорий. В науке о живом на рубеже ХVII – XVIII веков только начинается систематизация фактов.
Механистический материализм не признает качественной специфики живых организмов. С его точки зрения они считаются просто сложными машинами.
Естественной реакцией тех, кто не закрывал глаза на очевидные принципиальные различия между механизмами и организмами, было принятие другой крайней точки зрения – витализма, который объяснял качественное отличие живого от неживого наличием в живых организмах некоего начала, отсутствующего в неживых предметах, и не подчиняющегося физическим законам. Это начало называли по- разному: душа, жизненная сила...
Без систематической классификации живых существ любой попытке теоретического обобщения накопленных знаний грозила опасность захлебнуться в потоке новых фактов и необработанных сведений.
Первым за эту нудную работу взялся англичанин Джон Рэй (1628 – 1705) в своих капитальных трудах «История растений» и «Систематический обзор животных». Главной его заслугой считается четкое определение понятия «вид», которое в главном совпадает с современным: «Те формы, которые как виды различны, сохраняют свою специфическую природу, и ни одна из этих форм не возникает из семени другой формы». В переводе на современный язык, вид – это группа живых организмов, способных давать при скрещивании подобное себе потомство. Например, люди всех рас относятся к одному виду, а индийский и африканский слоны – к разным, так как потомства при скрещивании не дают.
Открытия XVII – IX веков в биологии
В XVII – IX веках больших успехов добилась химия живого. Ниже перечислены основные открытия этого времени:
1. Французский естествоиспытатель Рене Антуан Реомюр (1683 – 1757) показал, что пищеварение является чисто химическим процессом растворения пищи в желудочном соке, а не механическим измельчением, как думали раньше.
2. Основатель физиологии растений Стивен Гейлс (1677 – 1761) установил, что в питании растений участвует содержащийся в воздухе углекислый газ.
3. Джозеф Пристли (1733 – 1804) открыл в 1774 году кислород и обнаружил, что он выделяется в процессе жизнедеятельности растений.
4. Голландец Ян Ингенхауз (1733-1799) установил, что поглощение углекислого газа и выделение кислорода растениями происходит на свету.
5. Антуан Лоран Лавуазье (1743 – 1794) доказал, что именно кислород является необходимым как для дыхания, так и для горения.
6. В начале XIX века Фридрих Вёлер (1800 – 1882) синтезировал из простых веществ, считавшихся неорганическими, то есть не имеющими отношения к живой природе, мочевину – явно органическое вещество, главную (помимо воды) составную часть мочи млекопитающих.
7. Пьер Эжен Марселен Бертло (1827 – 1907), синтезировал в 50-х годах XIX века целый ряд органических соединений – ацетилен, метиловый и этиловый спирты, метан, бензол.
Было окончательно установлено, что живое и неживое состоят из одних и тех же элементов, и с химической точки зрения никакой непреодолимой пропасти между ними нет.
Эволюционные представления в естествознании.
Рождение эволюционной теории Дарвина.
Идея постепенного и непрерывного изменения всех видов растений и животных высказывалась многими учеными задолго до Дарвина. Но с опубликованием его труда «Происхождение видов путем естественного отбора» в 1859 г. начался новый период становления идеи развития в биологии.
Под эволюцией подразумевается процесс длительных, постепенных, медленных изменений, которые в конечном итоге приводят к изменениям коренным, качественным, завершающимся возникновением новых организмов, структур, форм и видов.
Опираясь на огромный фактический материал и практику селекционной работы по выведению новых сортов растений и пород животных, Дарвин пришел к выводу, что:
1. В природе любой вид животных и растений стремится к размножению в геометрической прогрессии.
2. Число взрослых особей каждого вида остается относительно постоянным.
Следовательно, в природе происходит борьба за существование, в результате которой накапливаются признаки, полезные для организма и вида в целом, а также образуются новые виды и разновидности. Остальные организмы гибнут в неблагоприятных условиях среды. Таким образом, борьба за существование – это совокупность многообразных и сложных взаимоотношений, существующих между организмами и условиями среды, иначе называемая естественным отбором.
Он бывает трех типов:
1. межвидовой, при которой успех одного вида означает неуспех другого;
2. внутривидовой, наиболее острой в силу того, что у особей одного вида одинаковые потребности;
3. борьба с неблагоприятными условиями внешней среды.
В борьбе за существование выживают и остаются лишь такие индивидуумы и особи, обладающие таким комплексом признаков и свойств, который позволяет наиболее успешно конкурировать с другими. Таким образом, в природе происходят процессы избирательного уничтожения одних особей и преимущественного размножения других – естественный отбор, иливыживание наиболее приспособленных. При изменении условий внешней среды полезными для выживания могут оказаться какие-то иные, чем прежде, признаки. В результате меняется направление отбора, перестраивается структура вида, благодаря размножению широко распространяются новые признаки – появляется новый вид. Таким образом, функционирует одна из составляющих теории эволюции – изменчивость организмов. Полезные признаки сохраняются и передаются последующим поколениям, так как в живой природе действует фактор наследственности, обеспечивающий устойчивость видов.
Слабым местом в теории Дарвина были представления о наследственности, которые подвергались серьезной критике его противниками. Действительно, если эволюция связана со случайным появлением изменений и наследственной передачей приобретенных признаков потомству, то каким образом они могут сохраниться и даже усиливаться в дальнейшем? Ведь в результате скрещивания особей с полезными признаками с другими особями, которые ими не обладают, они передадут эти признаки в ослабленном виде. В конце концов, в течение ряда поколений случайно возникшие изменения должны ослабнуть, а затем и вовсе исчезнуть. Сам Дарвин вынужден был признать эти доводы убедительными, при тогдашних представлениях о наследственности их невозможно было опровергнуть.
С возникновением дарвинизма на первый план биологических исследований выдвинулись четыре задачи :
1. сбор доказательств самого факта эволюции,
2. накопление данных об адаптивном характере эволюции и единстве организационных и приспособительных признаков;
3. экспериментальное изучение взаимодействия наследственной изменчивости, борьбы за существование и естественного отбора как движущей силы эволюции;
4. изучение закономерностей видообразования и макроэволюции.
В результате развития эволюционной теории во второй половине XIX века о кончательно был доказан принцип эволюции на фактическом материале из разных отраслей эволюционной биологии, сформировавшихся на основе объединения классических наук (палеонтологии, морфологии, физиологии, эмбриологии, систематики) с дарвинизмом.
Было показано, что эволюция имеет адаптивный характер и положено начало изучению отбора как причины формирования адаптаций.
В начале XX века возникает генетика – учение о наследственности и наследуемости измененных признаков. Основателем ее считается австрийский естествоиспытатель Г. Мендель, который ставил свои опыты еще в 1860-х годах. Но датой рождения генетики считается 1900 г. – в это время Г. де Фриз, К. Корренс, Э. Чермак вторично установили правила наследования признаков в поколениях гибридных форм, открытые Менделем в 1865 г. Более подробно учение о генетике будет рассмотрено в последующем материале.
2.3. Электромагнитная картина мира. Электрическое поле, постоянный электрический ток.
Электромагнетизм
В XVIII веке возрос интерес к электрическим и магнитным полям. Была установлена электромагнитная природа молнии (Ломоносов), установлено физиологическое влияние электричества на человека (Гальвани), изучалась электризация. Было доказано наличие двух типов зарядов (положительные и отрицательные), выявлено, чем отличаются проводники от диэлектриков.
|
В начале XIX века Эрстед устанавливает взаимосвязь электрических и магнитных явлений (действие тока на стрелку компаса), Ампер наблюдает взаимодействие токов, Фарадей изучает явление электромагнитной индукции.
Все попытки объяснить наблюдающиеся факты на основе механистического представления устройства мира терпят неудачу. Для каждого вида взаимодействий приходится разрабатывать собственную теорию.
Майкл Фарадей обращает внимание на то, что все взаимодействия происходят в окружающем пространстве. Он впервые объясняет поляризацию как передачу взаимодействия от точки к точке. Поскольку передача взаимодействий возможна в вакууме, следовательно, и там есть какой-то посредник. Так возникает идея поля передающего взаимодействия.
Развил и математически оформил эту идею Максвелл. Правда, на начальном этапе он использовал понятие эфира, которое было отброшено с появлением работ Эйнштейна. С этого момента прочно утверждается точка зрения, что свет – электромагнитная волна, волновая теория света начинает преобладать над корпускулярной теорией Ньютона.
Позднее Лоренц вводит микроскопическую электродинамику, рассматривая макрополя как результат суммирования микрополей.
Таким образом в XIX веке меняются представления об устройстве мира, материя приобретает новые свойства. Формируется новая концепция устройства мира.
По современным представлениям электрическое (точнее сказать электростатическое) поле образовано неподвижными зарядами и имеет две основные характеристики – напряженность и потенциал. Первая является величиной векторной, силовой, а вторая – скалярной, энергетической. Фактически, каждая точка поля характеризуется определенным значением энергии, распределение которой в пространстве в конечном итоге приводит к его трансформации. Простейшим проявлением такой трансформации является протекание постоянного электрического тока по проводнику. Известно, что для протекания тока необходимо выполнение трех условий – наличие проводника, наличие свободных зарядов, разность потенциалов на концах проводника. Разность потенциалов обеспечивает различные энергетические состояния зарядов, что в свою очередь вызывает их перемещение, которое и называется электрическим током. Таким образом, ток – направленное движение заряженных частиц.
Однако, в соответствии с одним из фундаментальных законов естествознания – “ все связано со всем ” – появление такого явления как ток вызывает изменение самого пространства в котором он возник. Это изменение описывается как особый вид материи – магнитное поле. Оно возникает вокруг движущихся зарядов или токов. На макроуровне его наличие можно наблюдать по воздействию на магнитную стрелку, на проводник или рамку с током. Уже из самих определений электрического и магнитного полей видна их взаимная связь, взаимная зависимость. Более глубокое проявление этой связи раскрыто в электромагнитной теории Максвелла.
Основные положения электромагнитной картины мира.
Представление о материи. Допускается две формы существования материи: вещество и поле.
Движение – это как перемещение частиц, так и изменение электромагнитного поля. То есть допускается многообразие форм движения.
Пространство и время. Сохраняются ньютоновские представления, считается возможным существование некоторого абсолютного пространства, которое связывается с эфиром.
Взаимодействие. На первое место выступает теория близкодействия.
Представление о причинности и закономерности. Сохраняется принцип жесткого детерминизма.
Однако, данная картина мира вскоре сменилась современной квантово-механической картиной мира. Именно с появлением квантовой механики, разработкой специальной теории относительности и общей теории относительности связывают революцию в естествознании.
2.4. Накопление экспериментальных результатов,
способствовавших формированию современной
научной картины мира. Электрические и магнитные свойства твердых тел
После того как объектом изучения физиков наряду с веществом стали разнообразные поля, картина мира приобрела более сложный характер. Тем не менее это была картина классической физики, которая изучала знакомый нам макромир. Положение коренным образом изменилось, когда ученые перешли к исследованию процессов в микромире. Здесь их ожидали новые необычайные открытия и явления.
Прежде всего, эти открытия, связанные со строением вещества, и открытием взаимосвязи вещества и энергии.
Если раньше последними неделимыми частицами материи, своеобразными кирпичиками, из которых состоит природа, считались атомы, то в конце прошлого века были открыты электроны, входящие в состав атомов. Позднее было установлено строение ядер атомов, состоящих из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (лишенных заряда частиц).
Значительно изменились также взгляды на энергию. Если раньше предполагалось, что энергия излучается непрерывно, то тщательно поставленные эксперименты убедили физиков, что она может испускаться отдельными квантами. Об этом свидетельствует, например, явление фотоэффекта, когда кванты света способствуют получению в пространстве свободных электронов.
В 30-е годы XX в. былосделано другое важнейшее открытие, которое показало, что элементарные частицы вещества, например, электроны, обладают не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Таким путем было доказано экспериментально, что между веществом и полем не существует непроходимой границы: в определенных условиях элементарные частицы вещества обнаруживают волновые свойства, а частицы поля – свойства корпускул. Это явление получило название дуализма волны и частицы – представление, которое никак не укладывалось в рамки классической физики.
В 1925 – 1927 г. для объяснения процессов, происходящих в мире мельчайших частиц материи – микромире, была создана новая волновая, или квантовая механика. Впоследствии возникли и разнообразные другие квантовые теории: квантовая электродинамика, теория элементарных частиц и другие, которые исследуют закономерности движения в микромире.
Другая фундаментальная теория современной физики – теория относительности, в корне изменила научные представления о пространстве и времени. Важный методологический урок, который был получен из специальной теории относительности, состоит в том, что она впервые ясно показала, что все движения, происходящие в природе, имеют относительный характер. Это означает, что в природе не существует никакой абсолютной системы отсчета и, следовательно, абсолютного движения, которые допускала ньютоновская механика.
Еще более радикальные изменения в учении о пространстве и времени произошли в связи с созданием общей теории относительности, которую нередко называют новой теорией тяготения, принципиально отличной от классической ньютоновской теории. Эта теория впервые ясно и четко установила связь между свойствами движущихся материальных тел и их пространственно-временной метрикой. Теоретические выводы из нее были экспериментально подтверждены во время наблюдения солнечных затмений. Согласно предсказаниям теории, луч света, идущий от далекой звезды и проходящий вблизи Солнца, должен отклониться от своего прямолинейного пути и искривиться, что и было подтверждено наблюдениями. Таким образом, общая теория относительности показала глубокую связь между движением материальных тел, а именно тяготеющих масс и структурой физического пространства – времени.
Научно-техническая революция, развернувшаяся в последние десятилетия, внесла много нового в наши представления о естественнонаучной картине мира. Возникновение системного подхода позволило взглянуть на окружающий нас мир как единое, целостное образование, состоящее из огромного множества взаимодействующих друг с другом систем. С другой стороны, появление такого междисциплинарного направления исследований, как синергетика, или учение о самоорганизации, дало возможность, не только раскрыть внутренние механизмы всех эволюционных процессов, которые происходят в природе, но и представить весь мир как мир самоорганизующихся процессов. Синергетический подход ориентируется на исследование процессов изменения и развития систем. Он изучает процессы возникновения и формирования новых систем в процессе самоорганизации. Исследование конкретных механизмов самоорганизации и основанной на ней эволюции составляет задачу конкретных наук. Синергетика же выявляет и формулирует общие принципы самоорганизации любых систем и в этом отношении она аналогична системному методу, который рассматривает общие принципы функционирования, развития и строения любых систем. В целом же системный подход имеет более общий и широкий характер, поскольку наряду с динамическими, развивающимися системами рассматривает также системы статические.
Объяснение многих свойств твердых тел стало возможным с точки зрения ядерной физики, т.е. понимание формирования свойств макротел связано с образующими их микрочастицами. Кристаллические тела могут быть как проводниками, так и диэлектриками или полупроводниками. Различия объясняются лишь энергетическими состояниями атомов и электронов в этих материалах. Например, наличие свободных электронов обеспечивает протекание тока в металлах. Магнитные же свойства материалов (пара-, диа-, ферромагнетиков) определяются на основании гипотезы Ампера о микротоках.
Таким образом, в §2 рассмотрена эволюция естественнонаучной картины мира на основании которой можно сделать вывод, что трудами Исаака Ньютона, выдающегося ученого, личности в истории науки, завершилось формирование механистической научной картины мира. Открытия, сделанные в физике еще в XVII веке не только дожили до наших дней, но и вошли в курс классического современного образования. Дальнейшее развитие физики не опровергло представления Ньютона, а только показало границы их применимости.
Триумф механистической картины мира, несколько затормозил развитие эволюционных представлений в естествознании. Несмотря на это, XVII-XIX века были богаты открытиями в химии живого и биологии. В рамках последней зародились и сформировались эволюционные представления, вошедшие в будущем в естествознание, как неотъемлемая часть теории развития.
Открытие в XVIII -XIX веках электрических и магнитных полей привело к развитию электромагнитной картины мира, решающая роль в которой принадлежит теории близкодействия. С открытием же атома и его строения наука, в частности, физика, пережила последнюю и самую бурную революцию. К началу XX века накопилось большое количество фактов, необъяснимых с точки зрения электромагнитной картины мира. Необходимо было построить новую, получившую название современной. Она неразрывно связана с квантовой механикой, теорией относительности, а также с последними достижениями генной инженерии и проч.
Контрольные вопросы:
1. Перечислите основные научные открытия сделанные И. Ньютоном.
2. Какое изобретение позволило доказать правильность взглядов Н. Коперника, кем оно было сделано?
3. Перечислите основные законы динамики Ньютона.
4. Каковы основные достижения механики Ньютона в космологии.
5. Сформулируйте концепции механистической картины мира.
6. В чем состояла сложность развития биологии как науки в начале XVII века.
7. Создание какого оптического прибора позволило получить новые данные в биологии.
8. Перечислите основные открытия XVII – IX веков в химии и биологии.
9. В чем состоят основная идея эволюционной теории Ч. Дарвина?
10. В чем слабые стороны теории Ч. Дарвина?
*11. Какие основные задачи возникли с появлением теории Дарвина?
*12. Что такое генетика? Расскажите о роли генетики в становлении совре-
менной теории эволюции.
13. Охарактеризуйте электромагнитную картину мира.
14. В чем отличие электромагнитной картины мира от механистической?
15. Что такое теория близкодействия? Приведите пример.
*16. Как Вы понимаете высказывание: «Эволюционизм научных знаний».
17. Какие открытия XX века изменили представление людей о картине мира?
18. Что понимается под современной научной картиной мира (тезисно)?
19. Трудами каких ученых были заложены основы электромагнитной картины мира?
*20. В чем роль естественного отбора при развитии системы? Как понимать
естественный отбор в условиях рыночных отношений?
21. Что такое корпускулярно – волновой дуализм?
22. Как связана механика ньютона и принцип жесткого детерминизма?
23. В чем отличие механистической, электромагнитной и современной картин мира?