РОСІЙСЬКА ФЕДЕРАЦІЯ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ

Державна освітня установа

ВИЩОЇ ОСВІТИ

«Тюменського державного УНІВЕРСИТЕТ»

ІНСТИТУТ ДИСТАНЦІЙНОГО ОСВІТИ

СПЕЦІАЛЬНІСТЬ «Фінанси та Кредит (ОЗО)»

КОНТРОЛЬНА РОБОТА

По предмету: КОНЦЕПЦІЇ сучасного природознавства

На тему: Фізична картина світу: історія та сучасний стан.

Варіант № ____3_____

виконав:

Студент __ 2 __ курсу

4 семестр

2011

план

1. Введення.

2. Історія розвитку поглядів на простір і час в історії науки.

3. Властивості простору і часу

4. Системний підхід при вивченні фізичної картини світу. 5.Заключеніе. 6. Література

1. Введення.

Пізнання одиничних речей і процесів неможливо без одночасного пізнання загального, а останнє в свою чергу пізнається тільки через перше. Сьогодні це має бути ясно кожній освіченій розуму. Точно також і ціле збагненно лише в органічній єдності з його частинами, а частина може бути зрозуміла лише в рамках цілого. І будь-який відкритий нами "приватний" закон - якщо він дійсно закон, а не емпіричне правило - є конкретне прояв загальності. Немає такої науки, предметом якої було б виключно загальне без пізнання одиничного, як неможлива і наука, що обмежує себе лише пізнанням особливого.

Поняття "картина світу" є одним з фундаментальних понять філософії і природознавства і висловлює загальні наукові уявлення про навколишню дійсність в їх цілісності. Поняття "картина світу" відображає світ в цілому як єдину систему, тобто "чіткий ціле", пізнання якого передбачає "пізнання всієї природи і історії ..."

В основі побудови наукової картини світу лежить принцип єдності природи і принцип єдності знання. Загальний сенс останнього полягає в тому, що знання не тільки нескінченно різноманітне, але воно в той же час має риси спільності та цілісності. Якщо принцип єдності природи виступає в якості загальної філософської основи побудови картини світу, то принцип єдності знань, реалізований в системності уявлень про світ, є методологічним інструментом, способом вираження цілісності природи.

У класичній науковій картині світу такий провідною дисципліною була фізика з її досконалим теоретичним апаратом, математичної насиченістю, чіткістю принципів і науковоїстрогістю уявлень. Ці обставини зробили її лідером класичного природознавства, а методологія відомості надала всієї наукової картині світу явственную фізичну забарвлення.

2. Історія розвитку поглядів на простір і час в історії науки.

Навіть в античному світі мислителі замислювалися над природою і сутністю простору і часу. Так, одні з філософів заперечували можливість існування порожнього простору або, за їх висловом, небуття. Це були представники елейськой школи в Стародавній Греції. А знаменитий лікар і філософ з м Акраганта, Емпедокл, хоча і підтримував вчення про неможливість порожнечі, на відміну від елеатів стверджував реальність зміни та руху. Він говорив, що риба, наприклад, пересувається у воді, а порожнього простору не існує.

Деякі філософи, в тому числі Демокріт, стверджували, що порожнеча існує, як матерії і атоми, і необхідна для їх переміщень і з'єднань.

У доньютоновской період розвиток уявлень про простір і час носило переважно стихійний і суперечливий характер. І тільки в "Засадах" давньогрецького математика Евкліда просторові характеристики об'єктів вперше здобули строгу математичну форму. В цей час зароджуються геометричні уявлення про однорідний і нескінченному просторі.

Докорінна зміна просторової і всієї фізичної картини відбулося в геліоцентричної системи світу, розвиненої Н. Коперником в роботі
"Про обертання небесних сфер". Принципова відмінність цієї системи світу від колишніх теорій полягала в тому, що в ній концепція єдиного однорідного простору і рівномірності плину часу знайшла реальний емпіричний базис.

Визнавши рухливість Землі, Коперник у своїй теорії відкинув всі колишні уявлення про її унікальність, "єдиності" центру обертання у Всесвіті. Тим самим теорія Коперника не тільки змінила існуючу модель Всесвіту, а й направила рух природничо-наукової думки до визнання безмежності і нескінченності простору.

Космологічна теорія Д. Бруно зв'язала воєдино нескінченність
Всесвіту і простору. У своєму творі "Про нескінченність, Всесвіт і світи" Бруно писав: "Всесвіт повинна бути нескінченною завдяки здатності і розташуванню нескінченного простору і завдяки можливості і доцільність буття незліченних світів, подібних до цього ...".
Представляючи Всесвіт як "ціле нескінченне", як "єдине, безмірне простір", Бруно робить висновок і про безмежності простору, бо воно
"Не має краю, межі і поверхні".

Справжня революція в механіці пов'язана з ім'ям Г. Галілея. Він ввів в механіку точний кількісний експеримент і математичний опис явищ. Першорядну роль у розвитку уявлень про простір зіграв відкритий ним загальний принцип класичної механіки - принцип відносності
Галілея. Згідно з цим принципом всі фізичні (механічні) явища відбуваються однаково у всіх системах, що спочивають чи рухаються рівномірно і прямолінійно з постійною за величиною і напрямком швидкістю. Такі системи називаються інерційних. Математичні перетворення Галілея відображають рух у двох інерційних системах, що рухаються з відносно малою швидкістю (меншою, ніж швидкість світла у вакуумі). Вони встановлюють инвариантность (незмінність) в системах довжини, часу і прискорення.

Подальший розвиток уявлень про простір і час пов'язано з раціоналістичної фізикою Р. Декарта, який створив першу універсальну фізико-космологічних картину світу. В основу її Декарт поклав ідею про те, що всі явища природи пояснюються механічним впливом елементарних матеріальних частинок. Взаємодією елементарних частинок Декарт намагався пояснити всі фізичні явища: теплоту, світло, електрику, магнетизм. Саме ж взаємодія він представляв у вигляді тиску або удару при зіткненні частинок один з одним і ввів таким чином в фізику ідею близкодействия.

Декарт доводив єдність фізики і геометрії. Він ввів координатну систему (названу згодом його ім'ям), в якій час уявлялося як одна з просторових осей. Теза про єдність фізики і геометрії привів його до ототожнення матеріальності і протяжності. Виходячи з цієї тези він заперечував порожній простір і ототожнив простір з протяжністю.

Декарт розвинув також уявлення про співвідношення тривалості і часу. Тривалість, на його думку, "соприсущ матеріального світу. Час же - соприсущ людині і тому є модулем мислення". "... Час, яке ми відрізняємо від тривалості, - пише Декарт у" Засадах філософії ",
- є лише відомий спосіб, яким ми цю тривалість мислимо ... ".

Нова фізична гравітаційна картина світу, яка спирається на строгі математичні обгрунтування, представлена ​​в класичній механіці І.
Ньютона. Її вершиною стала теорія тяжіння, що проголосила універсальний закон природи - закон всесвітнього тяжіння. Згідно з цим законом сила тяжіння універсальна і проявляється між будь-якими матеріальними тілами незалежно від їх конкретних властивостей. Вона завжди пропорційна добутку мас тіл і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.

Поширивши на весь Всесвіт закон тяжіння, Ньютон розглянув і можливу її структуру. Він прийшов до висновку, що Всесвіт є не кінцевою, а нескінченною. Лише в цьому випадку в ній може існувати безліч космічних об'єктів - центрів гравітації. Так, в рамках ньютонівської гравітаційної моделі Всесвіту стверджується уявлення про нескінченному просторі, в якому знаходяться космічні об'єкти, пов'язані між собою силою тяжіння.

У 1687 р вийшов основний працю Ньютона "Математичні початки натуральної філософії". Ця праця більш ніж на два століття визначив розвиток усієї природничо-наукової картини світу. У ньому були сформульовані основні закони руху і дано визначення понять простору, часу, місця і руху.

Він пропонує розрізняти два типи понять простору і часу: абсолютні (справжні, математичні) і відносні (що здаються, повсякденні) і дає їм наступну типологічних характеристику:
- Абсолютна, істинне, математичне час саме по собі і по своїй суті, без жодного відношення до будь-чого зовнішнього, протікає рівномірно й інакше називається тривалістю.
- Відносне, що здається, або повсякденне, час є або точна, або мінлива, осягається почуттями, зовнішня міра тривалості, що вживається в повсякденному житті замість істинного математичного часу, як-то: годину, день, місяць, рік.
- Абсолютна простір по своїй суті, безвідносно до чого б то не було зовнішнього, залишається завжди однаковим і нерухомим. Відносне простір є міра або будь-яка обмежена рухома частина, яка визначається нашими почуттями за положенням його відносно деяких тіл і яке у повсякденному житті приймається за простір нерухоме.

Ньютонівської розуміння простору і часу викликало неоднозначну реакцію з боку його сучасників - натуралістів і філософів. З критикою ньютоновских уявлень про простір і час виступив німецький вчений Г.В. Лейбніц. Він розвивав реляційну концепцію простору і часу, що заперечують існування простору і часу як абсолютних сутностей.

Успіхи ньютонівської системи (вражаюча точність і удавана ясність) призвели до того, що багато критичних міркування на її адресу обходилися мовчанням. А ньютоновская концепція простору і часу, на основі якої будувалася фізична картина світу, виявилася панівної аж до кінця XIX ст.

Основні положення цієї картини світу, пов'язані з простором і часом, полягають в наступному.

- Простір вважалося нескінченним, плоским, "прямолінійним", евклідовим. Його метричні властивості описувалися геометрією Евкліда. Воно розглядалося як абсолютне, пусте, однорідне і ізотропне (немає виділених точок і напрямків) і виступало в якості "вмістища" матеріальних тіл, як незалежна від них інерціальна система.
- Час розумілося абсолютним, однорідним, рівномірно поточним. Воно йде відразу і скрізь у всьому Всесвіті "одноманітно і синхронно" і виступає як незалежних матеріальних об'єктів процес тривалості, Фактично класична механіка зводила час до тривалості, фіксуючи визначальне властивість часу "показувати послідовність події". Значення вказівок часу в класичній механіці вважалося абсолютним, що не залежать від стану руху тіла відліку.

До XIX в. фізика була в основному фізикою речовини, т. е. вона розглядала поведінку матеріальних об'єктів з кінцевим числом ступенів свободи і володіють кінцевої масою спокою. Вивчення електромагнітних явищ в XIX в. виявило ряд істотних відмінностей їх властивостей в порівнянні з механічними властивостями тел.

Якщо в механіці Ньютона сили залежать від відстаней між тілами і спрямовані за прямими, то в електродинаміки (теорії електромагнітних процесів), створеної в XIX в.англійськими фізиками М. Фарадеєм і Дж. К.
Максвеллом, сили залежать від відстаней і швидкостей і не спрямовані за прямими, що з'єднує тіла. А поширення сил відбувається не миттєво, а з кінцевою швидкістю. Як відзначав Ейнштейн, з розвитком електродинаміки і оптики ставало дедалі очевидніше, що "недостатньо однієї класичної механіки для повного опису явищ природи". З теорії Максвелла випливав висновок про кінцевої швидкості поширення електромагнітних взаємодій і існування електромагнітних хвиль. Світло, магнетизм, електрику стали розглядатися як прояв єдиного електромагнітного поля. Таким чином, Максвеллові вдалося підтвердити дію законів збереження і принципу близкодействия завдяки введенню поняття електромагнітного поля.

Отже, у фізиці XIX в. з'являється нове поняття - "поля", що, за словами Ейнштейна, стало "найважливішим досягненням з часу Ньютона".
Відкриття існування поля в просторі між зарядами і частинками було дуже істотно для опису фізичних властивостей простору і часу.
Структура електромагнітного поля описується за допомогою чотирьох рівнянь
Максвелла, що встановлюють зв'язок величин, що характеризують електричні і магнітні поля з розподілом в просторі зарядів і струмів. як зауважив
Ейнштейн, теорія відносності виникає з проблеми поля.

Спеціального пояснення в рамках існуючої в кінці XIX в. фізичної картини світу вимагав і негативний результат по виявленню світового ефіру, отриманий американським фізиком А. Майкельсона. Його досвід довів незалежність швидкості світла від руху Землі. З точки зору класичної механіки, результати досвіду Майкельсона не піддавалися поясненню. Деякі фізики намагалися витлумачити їх як вказують на реальне скорочення розмірів всіх тіл, включаючи і Землю, в напрямку руху під дією виникаючих при цьому електромагнітних сил.

Творець електронної теорії матерії X. Лоренц вивів математичні рівняння (перетворення Лоренца) для обчислення реальних скорочень рухомих тіл і проміжків часу між подіями, що відбуваються на них, в залежності від швидкості руху.

Як показав пізніше Ейнштейн, в перетвореннях Лоренца відображаються не реальні зміни розмірів тіл при русі (що можна уявити лише в абсолютному просторі), а зміни результату вимірювання в залежності від руху системи відліку.

Таким чином, відносними виявлялися і "довжина", і "проміжок часу" між подіями, і навіть "одночасність" подій. Інакше кажучи, не тільки будь-який рух, але і простір, і час.

3. Властивості простору і часу

Які ж основні властивості простору і часу ми можемо вказати?
Перш за все простір і час об'єктивні і реальні, т. Е. Існують незалежно від свідомості людей і пізнання ними цієї об'єктивної реальності.
Людина все більше і більше поглиблює свої знання про неї. Однак в історії науки і філософії існував і інший погляд на простір і час - як тільки суб'єктивних загальних форм нашого споглядання.

Відповідно до цієї точки зору, простір і час не притаманні самим речам, а залежать від суб'єкта, що пізнає. В даному випадку перебільшується відносність нашого знання на кожному історичному етапі його розвитку.
Ця точка зору відстоюється прихильниками філософії І. Канта.

Простір і час є також універсальними, загальними формами буття матерії. Ні явищ, подій, предметів, які існували б поза простором або поза часом. У Гегеля вищою реальністю є абсолютна ідея, або абсолютний дух, який існує поза простором і поза часом. Тільки похідна від абсолютної ідеї природа розгортається в просторі.

Важливою властивістю простору є його тривимірність. Положення будь-якого предмета може бути точно визначено тільки за допомогою трьох незалежних величин - координат. У прямокутній декартовій системі координат це - X, У, Z., звані довжиною, шириною і висотою. У сферичній системі координат - радіус-вектор r і кути a і b (3. В циліндричній системі - висота г, радіус-вектор і кут а.

У науці використовується поняття багатомірного простору (і-мірного).
Це поняття математичної абстракції грає важливу роль. До реального простору воно не має відношення. Кожна координата, наприклад, 6-мірного простору може вказувати на якесь будь-яку властивість розглянутої фізичної реальності: температуру, щільність, швидкість, масу і т. Д. Останнім часом була висунута гіпотеза про реальні 11 вимірах в області мікросвіту в перші моменти народження нашого Всесвіту: 10 - просторових і одне - тимчасове. Потім з них виникає 4-мірний континуум (з лат. - безперервне, суцільне).

Простір має властивість однорідності і ізотропності, а час - однорідності. Однорідність простору полягає в рівноправність усіх його точок, а изотропность - в рівноправність усіх напрямків. В часі всі крапки рівноправні, не існує переважної точки відліку, будь-яку можна приймати за початкову.

Зазначені властивості простору і часу пов'язані з головними законами фізики - законами збереження. Якщо властивості системи не змінюються від перетворення змінних, то їй відповідає певний закон збереження. Це - одне з істотних виразів симетрії в світі.
Симетрії щодо зсуву часу (однорідності часу) відповідає закон збереження енергії; симетрії щодо просторового зсуву
(Однорідності простору) - закон збереження імпульсу; симетрії по відношенню повороту координатних осей (ізотропності простору) - закон збереження моменту імпульсу, або кутового моменту. З цих властивостей випливає і незалежність просторово-часового інтервалу, його інваріантність і абсолютність по відношенню до всіх систем відліку.

У сучасній науці використовуються також поняття біологічного, психологічного та соціального простору і часу.
Біологічне простір і час характеризують особливості просторово-часових параметрів органічної матерії: біологічне буття людського індивіда, зміну видів рослинних і тваринних організмів.

Психологічний простір і час характеризують основні перцептивні структури простору і часу, пов'язані з сприйняттями.
Перцептивні поля - поля смакові, візуальні і т. Д. Виявлено неоднорідність перцептивного простору, його асиметрія, а також ефект оборотності часу в несвідомих і транспсіхіческіх процесах.
Існує також синхронізм психічних процесів, що складається в одночасному паралельному прояві ідентичних психічних переживань у двох або декількох осіб.

Соціальний простір і час характеризують особливості протяжності і просторовості соціальних об'єктів. Неоднорідність структурних зв'язків в соціальних системах визначається розподілом соціальних груп і величиною їх соціального потенціалу, а також локальними метричними властивостями об'єктів. Комунікативні та інтерактивні взаємодії соціальних структур фіксують особливості параметрів часу в ретрансляції соціального досвіду і одночасність в протіканні соціальних подій.

4. Системний підхід при вивченні фізичної картини світу

В основі системного підходу до вивчення фізичної картини світу лежить необхідність людства чітко структурувати свої пізнання про навколишній світ. Людині завжди було властиво шукати відповіді на запитання про пристрій всього сущого. Найбільш зрозумілий і чіткий у визначеннях всього навколишнього підхід потрібен був людству. І воно придумало систематизацію і розбиття на структури всього, що його оточувало. Системний підхід дозволив людству розбити все різноманіття явищ на певні класи, різні спільноти - на системи. Він дозволив говорити про систему людських взаємин, систему оподаткування, системі харчування в тваринному світі і т.д. Причому, кажучи про якусь систему, людина знаходила особливі закони, яким слід ця система.
З'єднання методів системного аналізу з іншими науками, теорією інформації
(Обмін інформацією між системами), векторним аналізом в багатовимірному просторі стану і синергетикою відкриває в цій області нові можливості. При дослідженні будь-якого об'єкта чи явища необхідний системний підхід, що включає наступні основні етапи роботи:

1. Виділення об'єкта дослідження від загальної маси явищ. Обрис контур, меж системи, його основних частин, елементів, зв'язку з навколишнім середовищем. Встановлення мети дослідження: з'ясування структури системи, зміна і перетворення її діяльності чи наявність тривалого механізму управління і функціонування. З'ясування основних критеріїв для забезпечення доцільного або цілеспрямованого дії системи, а також основні обмеження і умови існування.

3. Визначення альтернативних варіантів при виборі структур або елементів для досягнення заданої мети. При цьому необхідно врахувати всі чинники, що впливають на систему і всі можливі варіанти вирішення проблеми.

4. Складання моделі функціонування системи. Істотність факторів визначається за їхнім впливом на що визначають критерії мети.

5. Оптимізація режиму існування або роботи системи. Градація рішень щодо їх оптимального ефекту, з функціонування (досягнення мети).

6. Проектування оптимальних структур і функціональних дій системи.

Визначення оптимальної схеми їх регулювання або керування.

7. Контроль за роботою системи в експлуатації, визначення її надійності і працездатності. Встановлення надійної зворотного зв'язку за результатами функціонування.

5. Висновок.

Наука і майбутнє людства. Природознавство як революціонізує сила цивілізації.

Природознавство - і продукт цивілізації і умова її розвитку. За допомогою науки людина розвиває матеріальне виробництво, удосконалює суспільні відносини, утворює і виховує нові покоління людей, лікує своє тіло. Прогрес природознавства і техніки значно змінює спосіб життя і добробут людини, удосконалює умови побуту людей.

У сучасному світі наука викликає у людей не тільки захоплення і схиляння, але і побоювання. Часто можна почути, що наука приносить людині не тільки блага, але і найбільші нещастя. Забруднення атмосфери, катастрофи на атомних станціях, підвищення радіоактивного фону в результаті випробувань ядерної зброї, "озонова діра" над планетою, різке скорочення видів рослин і тварин - всі ці та інші екологічні проблеми люди схильні пояснювати самим фактом існування науки. Але справа не в науці, а в тому, в чиїх руках вона знаходиться, які соціальні інтереси за нею стоять, які суспільні і державні структури спрямовують її розвиток.

Наростання глобальних проблем людства підвищує відповідальність учених за долі людства. Питання про історичні долі і ролі науки в її ставленні до людини, перспективам його розвитку ніколи так гостро не обговорювалося, як в даний час, в умовах наростання глобальної кризи цивілізації. Стара проблема гуманістичного змісту пізнавальної діяльності набула нового конкретно-історичне вираження: чи може людина (і якщо може, то якою мірою) розраховувати на науку у вирішенні глобальних проблем сучасності? Чи здатна наука допомогти людству в позбавленні від того зла, яке несе в собі сучасна цивілізація технологізацією способу життя людей?

6. Література

1) Л.В.Тарасов «Фізика в природі»

Москва «Просвещение», 1990 г.

2) Д.В. Кресін «Фізика складних систем»

Москва «Просвещение», 1992 р

3) Д.Джанколі «Фізика».

Москва . Видавництво «Світ».