Фундаментальні закони природи як основа формування природничо-наукової картини світу

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

МІНІСТЕРСТВО ВНУТРІШНІХ СПРАВ

РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Білгородський ЮРИДИЧНИЙ ІНСТИТУТ

Кафедра гуманітарних і соціально-економічних дисциплін

Дисципліна: "Концепції сучасного природознавства"

РЕФЕРАТ

за темою №:

"Фундаментальні закони природи як основа формування

природничо-наукової картини світу "

Підготував:

професор кафедри ГіСЕД,

к.ф.н., доц.

Номерків А.Л.

Перевірив:

Студент 534 групи

Малявкин Г.М.

Білгород - 2008

План Реферати

Введення

1. Античне природознавство як синтез натурфілософських ідей і геніальних наукових прозрінь щодо "природи речей"

2. Ера механіцизму в природознавстві як становлення системного знання дійсної науки

3. Сучасна космологічна природно-наукова картина світу

Висновок

Введення

Наука про природу, - природознавство, - зародилася в стародавній Греції більше 2500 років тому у вигляді єдиної натуральної філософії. Природною базою її виникнення і розвитку з'явилися нехитрі спостереження допитливих людей над оточуючим їх світом. З цих спостережень робилися якісь висновки і узагальнення і, як ми зараз говоримо, будувалися теорії. Оскільки в початковий період становлення цієї єдиної науки не було вимірювань, а лише спостереження і міркування, - то перші дослідники, будучи спостерігачами, наділяли свої висновки у якісь філософські категорії.

Всі природничонаукові знання та уявлення про природу в той час не поділялися на окремі галузі знання і тим самим становили єдину науку, основою якої були логічні міркування і висновки щодо того, що спостерігалося. Звідси, власне, й походить назва "натурфілософія", тобто мудрі міркування про Природу ("натура" - "природа", "філософія" - "любов до мудрості"). Цікаво, що в шотландських університетах досі фізику називають натуральної філософією. Зрозуміло, що ці теоретичні уявлення були наївними і часто хибними. Тим не менш, поряд з накопиченням знань йшов їх аналіз та у вигляді пророчих здогадок формувалися багато ідей, які знаходять зараз своє підтвердження в сучасній природничо картині світу.

В античному природознавстві зміцнилося уявлення про матеріальну першооснову всіх речей і вічного руху. В якості цієї першооснови світу і всього сущого пропонувалися вогонь, вода, повітря і якесь першооснова - "айперон". Так, Геракліт Ефеський (V століття до н.е.), який вважав початком всього, що є на світі, вогонь, сформулював ідею про єдність світу і його мінливості ("все тече, все змінюється, ніщо не вічне крім змін"). Ідея про безперервність рухів ("світ єдиний, був, є і буде вічно новим") в цілому добре узгоджується з сучасними уявленнями про рухомої матерії.

В основі сучасного пояснення явищ природи лежать фундаментальні фізичні принципи. До них, в першу чергу, відносяться принципи будови матерії, що отримали відображення насамперед у теорії елементарних частинок в її сучасному розумінні і реалізуються в рух матерії в широкому сенсі цього слова, а також у взаємодії частинок і полів один з одним.

До інших фундаментальних принципів належать такі поняття, як поняття про простір і час, про закони збереження, про симетрії і асиметрії, порядку і безладді, дискретності та безперервності, вероятностном, тобто статичному підході до опису явищ.

1. Античне природознавство як синтез натурфілософських ідей та

геніальних наукових прозрінь щодо "природи речей"

Матерія - фундаментальне поняття, яке народилося у давньогрецькій, а потім перейшло у всю європейську філософію.

Основні значення поняття матерії такі:

1) субстрат, "підлягає", "те, з чого" (Арістотель) виникають і складаються речі і Всесвіт;

2) нескінченно подільний континуум, простір, "те, в чому" (Платон), або протягом (Декарт);

3) принцип індивідуації, тобто умова множинності (Платон, Аристотель, Прокл, Лейбніц);

4) речовина, або тіло, що володіє інертністю, тобто масою і непроникністю, тобто пружністю або твердістю.

Протиставляється матерія духу, розуму, свідомості, формі, ідеї, благу, Богу, актуального буття (як чиста потенція), або, навпаки, вторинним явищам свідомості як справжнє, об'єктивне, первинне буття. На цій опозиції грунтується ідеологічне значення поняття матерії і протистояння матеріалізму та ідеалізму.

Історично в розвитку давньогрецького природознавства можна виділити три наукові програми: одна ідеалістична - Платона і дві матеріалістичних - Аристотеля і Демокріта.

Першу наукову програму можна також назвати і математичної, і в сенсі розуміння ролі кількісних обчислень в науковому вивченні світу вона багато в чому визначила шлях розвитку природознавства. В її основі лежить ідея Піфагора, що "числа - суть речей". Платон, у свою чергу, стверджував, що "Бог - це геометр". Науковою програмою послужило і платонівське поняття матерії як простору, принципу множинності та математичного континууму. Відповідно, і природознавство, розроблене на основі платонівської програми, повинне було носити математичний характер. Саме тому сучасні фізики розглядають Платона як свого предтечу.

Вчення Платона про матерію можна розглядати способом вирішення проблеми: як обгрунтувати співіснування множини емпіричного світу і спочатку єдиного, незмінного і умопостигаемого буття. Якщо справжнє буття - прототип, а емпіричний світ - його подобу або віддзеркалення, то обов'язково має бути щось, у чому відбивається прототип, що обумовлює відміну від нього відображення, і тим самим існування числового безлічі, руху і зміни. Є два види, - міркує Платон у діалозі "Тімей", - з одного боку, "те, що завжди є і ніколи не виникає, з іншого боку те, що завжди виникає, але ніколи не існує. Перше осягається розумом і мисленням і завжди тотожне собі, друге - нерозумним почуттям і думкою, воно завжди народжується і гине, але ніколи не існує в дійсності ".

Однак необхідно допустити і "третій вид", не збагненний ні розуму, ні почуттів, - щось "темне дрімуче", про що ми можемо лише здогадуватися шляхом "незаконного умовиводи". Цей третій вид - простір, або матерія - служить місцем або середовищем, в якій виникають і гинуть емпіричні, їх "матір'ю", "годувальницею", і "воспріемніцей", тим "воском", на якому відображаються відбитки вічно сущого; ці відбитки і складають наш емпіричний світ.

Третій вид непреходящ, бо не виникає і не гине, але в той же час він не існує, бо зовсім непричетний буття. Він не тотожний собі, бо не володіє ніякими властивостями, сутністю або змістом, і тому ж він - не мінливий, бо в ньому нема чому змінюватися.

Якщо справжнє буття виявляє себе в емпірії у вигляді сенсу і доцільності, законів природи і космосу, що забезпечують гармонію, порядок і збереження, то "третій вид" проявляється як "необхідність" - світова ентропія. Таки чином, те, що називається в новий час "законами природи", розпадається для Платона на дві частини: власне закони, прояв єдиного світового розуму, джерела буття, і прояви матерії, "необхідності", джерела тлінність і недосконалості. Не володіючи жодними якісними характеристиками, платонівська матерія наділена одним потенційним властивістю: вона здатна до математичного структурування.

Незважаючи на те, що Платон визнавав матеріальний світ складається з чотирьох субстанцій (вогню, повітря, води і землі), він приписував частинкам, з яких вони складаються, різну геометричну форму у вигляді багатогранників: для вогню - тетраедри, повітря - октаедри, води - ікосаедра, землі - куби, тобто вводив абстрактні топологічні поняття. Це було пов'язано з ідеалістичними уявленнями Платона про те, що матеріальний світ буття є лише відображенням світу ідей людини, його уявленнями, а не реально існуючої матерії. Тому математичним побудов і чисельним абстракцій програми Піфагора - Платона відводилася майже містична роль, що виявляється до теперішнього часу в релігійних канонах, астрології і магії, а в науці - у деяких "таємничих" математичних числах.

Спільною рисою континуальної програми Аристотеля і атомістичної програми Демокріта є матеріалістичність. Континуальний підхід припускав весь матеріальний світ, що складається з безперервної матеріальної субстанції, що знаходиться в постійному русі. Всі об'єкти природи ("існуючі речі") не виникають і не знищуються, існують вічно і проявляються в різних формах цієї субстанції, перетворюючись з однієї форми в іншу. Ця фізична за своєю суттю програма Анаксагора - Арістотеля також співзвучна сучасним уявленням про форми існування та руху матерії ще й тому, що передбачала наявність у кожному об'єкті всіх "речей" ("все у всьому" або "в усьому є частка всього"), що можна перевести на наш науковий мову як будова речовини з елементарних частинок.

У філософію термін "матерія" був вперше введений Аристотелем, і він вживає цей термін, викладаючи погляди своїх попередників. За його твердженням, "першооснова всього", про який вчили більшість філософів-досократиків, є саме матерія (вода у Фалеса, повітря у Анаксимена, безмежне в Анаксимандра, вогонь у Геракліта, чотири елементи у Емпедокла, атоми в Демокріта).

Аристотель розробляє своє поняття матерії. Як учень і послідовник Платона, він приймає, що предметом істинного, наукового знання може бути лише єдине, незмінне буття - ідея, або форма. Але щодо емпіричного світу він розходиться з Платоном, не погоджуючись визнати ні ілюзорності його існування, ні його непізнаваності. Одна з головних завдань Аристотелевої метафізики - обгрунтувати реальність емпіричного світу і можливість науки фізики, тобто достовірного знання про мінливих речах. Подібне уявлення лише відсуває проблему - питання про походження самих першоелементів залишається відкритим. Аристотель обирає інший шлях - релятівірует платонівський принцип множинності, робить матерію відносною.

Платонівська матерія виступає прямою протилежністю вічного буття (ідеям) як небуття; божественному принципу єдності - як принцип множинності; ідеям як джерела визначеності - як "безмежність" і нескінченність, ідеальному Уму - як безглузда "необхідність".

Для Аристотеля матерія - теж небуття, безмежність, позбавлена ​​доцільності необхідність, однак головна її характеристика інша: матерія - це те, що нічому не протилежно, матерія - це завжди суб'єкт, бескачественное підмет всіх предикатів (форм).

Говорячи про зміну, виникненні або становленні чого-небудь, необхідно, відповідно до Аристотеля, розрізняти те, що стає, і те, чим воно стає. Перше і є матерія, друге - форма, або "складене", тобто те, що складається з матерії або форми (такі за Арістотелем, всі сущі речі і істоти за винятком Бога - вічного двигуна, який є чиста "форма форм" і матерії непричетний).

Первоматерія, що служить матерією для всього сущого, сама не є суще. Матерія - це небуття. Однак оскільки матерія поняття відносне, то вона - не просто небуття взагалі, а небуття чогось, тієї речі, яка може виникнути саме з тієї матерії при дії певних причин (чинної, формально цільової). Отже, всяка матерія - це певна річ в можливості. Відповідно, і первоматерія, що лежить в основі світобудови - це не чисте небуття, а потенційне буття.

Перша матерія існує тільки у складі даної всесвіту, а не сама по собі, отже, іншого всесвіту, ніж наша, бути не може. З точки зору пізнання, матерія, як не володіє ні одним з визначень того предмета, для якого вона служить матерією, є щось невизначене. Тому матерія сама по собі пізнати ні теоретично, ні емпірично. Про її існування ми укладаємо лише шлях аналогії.

Завдяки такому поняттю матерії Аристотель може пояснити всі процеси виникнення, зміни та руху як процеси реалізації закладеної в речах схильності до прийняття тієї чи іншої форми, як актуалізацію потенцій або, що теж саме, як оформлення та переоформлення матерії.

Аристотель припускав, що Світ представляє собою обертовий Космос і його рух розпочався в якомусь малому обсязі простору від початкового поштовху, а це добре узгоджується з однією з сучасних теорій походження Всесвіту - Великого Вибуху і розширення Всесвіту. Сам Космос є якоюсь обмеженою сферою, в центрі якої розташована Земля. Простір, заповнене "первинною матерією", і час реалізуються тільки в межах цього Космосу.

Первинна матерія під впливом комбінації "первинних сил"-гарячого, холодного, сухого та мокрого - переходить в одну з чотирьох "стихій" - вогонь, повітря, воду і землю. Стихії, у свою чергу, можуть як переходити з однієї в іншу, так і вступати в різні з'єднання і утворювати "речовини" - камені, метали, м'ясо, кров, глину, шерсть і т.д. І, як логічний результат, з речовин створюються тіла.

Після Аристотеля в епоху еллінізму поняття матерії розробляється в школах стоїків і неоплатоніків. Стоїки все суще зводили до матерії, неоплатоніки, навпаки, до ідеї - формі, що дозволяє теоретично дедуціровать світобудову з одного джерела.

Для стоїка буття - єдине, все, що існує, становить всесвіт, космос, який тому теж єдиний і єдність. Головна ознака буття - здатність діяти і відчувати вплив. Таку здатність мають тільки тіла. Отже, існують тільки тіла. Тілом стоїки вважають не будь-яку річ, сприйняту почуттями (як Платон), але лише предмети, що володіють пружністю (твердістю, непроникністю) - тривимірним обсягом і вагою. Бог, душа і якість предметів, з стоїчним навчанні, теж тілесні. Навпаки, простір, час, порожнеча, значення слів і понять - не тіла, вони представляють собою "щось", але не існують насправді.

Це потребує уточнення - і стоїцизм включає у свою систему платонівської-арістотелівський вчення про взаємодію матерії і форми. Оскільки існувати - означає діяти і зазнавати впливу, остільки всередині сущого - матерії - можна розрізнити дві частини, або два початок: чинне і страждає. Пасивна частина матерії, здатна головним чином до страждання, виступає в ролі підмета і є матерія у вузькому сенсі слова. Вона являє собою бескачественное тіло, або бескачественной сутність, вона інертна (безсила) і нерухома, але вічна - не виникла і не підлягає руйнуванню, зберігаючи незмінним свою кількість. У ній на неї діє активна частина матерії - Логос, якого стоїки звуть ще "Богом, Розумом, Провидінням і Зевсом". Це втілена Сила, божественний Розум, являє собою тепле газоподібне тіло, що складається з суміші найтонших частинок теплого повітря і вогню, і називається "диханням".

Механізм взаємодії пневми та інертною первоматерии стоїки пояснюють за допомогою вчення про "всецілому змішанні". При змішуванні різних компонентів вселенського континууму можуть виникати абсолютно гомогенні суміші: при відділенні як завгодно малої частини цієї суміші, в ній будуть існувати всі компоненти.

Пневма - найтонший з елементів, змішана всюди з частинками відсталої пасивної матерії. Функції пневми у стоїків - ті ж, що функції форми ідеї у Платона і Аристотеля: вона повідомляє пасивної частини матерії порядок і структуру, забезпечує цілісність і єдність космосу і кожної речі в ньому. Вона ж є джерелом зміни та рухи. Проте взаємодія упорядочивающего і пасивного початку пояснюється в стоїків чисто фізично: будучи силою, пневма створює напругу між матеріальними частками, свого роду динамічне тяжіння. Саме до стоїчної вченню про пневме, ймовірно, походять пізніші поняття ефіру і фізичної сили в природознавстві.

Вчення про матерію, відмінне від стоїчного, розробляється в неоплатанізме. Згідно з загальною для всіх неплатників ієрархічною схемою, першоосновою всього є Єдине. Це Єдине вище всякого буття - "по той бік" сущого.

Єдине - джерело буття, яке становить наступну сходинку в неоплатонічної ієрархії і називається по-різному: буттям, істинно сущому, Розумом, умосяжним світом чи ідеями. Буття існує остільки, оскільки воно єдине - "постійно дивиться на Єдине". Нижче буття розташовується Душа, "неподільне і розділена в тілах", двоїсте істота, причетну буття, розуму, вічність і незмінність в силу своєї неподільності, причетну небуття, безглуздості і руху в силу розділеності в тілах (індивідуації).

Наступний щабель вниз по сходах онтологічної - тіло, тілесність взагалі, тлінне, мінливе, відстале, нерозумне, існує лише у випромінюванні душі і форми - ідеї нижчого порядку. Далі вниз нічого немає. Це і є матерія неоплатоніків - той низ, "дно" онтологічної ієрархії, де нічого немає, небуття. Характеристики матерії - безмежна, нескінченна, бескачественной, яка не існує, інертна, безсила, в'язка протилежність благу, джерело і сутність зла.

Будучи теж у своєму роді по той бік усього сущого, матерія є, згідно Греблю, пряму протилежність не буття та ідею, а самому Єдиному - Благу. Крім умопостигаемой матерії, яка є субстратом для і арифметичних чисел, Прокл вводить поняття матерії уяви, субстрату геометричних фігур. Загальна властивість всіх видів матерії - матерії ідей, чисел, уявних лідерів та чуттєвих тіл - безмежність, тобто невизначеність, ірраціональність та подільність до безкінечності.

Дещо пізніше виникло атомістичне вчення про матеріальний світ. Основні принципи цього вчення Демокріта зводилися до наступного:

- Весь всесвіт складається з найдрібніших матеріальних частинок - атомів, не заповнюють простір порожнечі, причому, наявність порожнечі є обов'язковою умовою для здійснення переміщення атомів;

- Атоми незнищенні, вічні і тому вся всесвіт складається з них і існує вічно;

- Атоми являють собою дрібні незмінні не проницаемую і абсолютно неподільні цеглинки світобудови;

- Атоми перебувають у постійному русі, змінюють своє положення в просторі. Вони різні за формою і величиною, але вони настільки малі, що недоступні для людського сприйняття. Форма атомів може бути різноманітною;

- Всі предмети матеріального світу утворені з атомів різних форм і різного порядку їх поєднань.

З атомістичної теорії слід і визначення матерії: вічно рухоме в порожнечі атоми, вони неподільні і відрізняються один від одного зовнішніми рисами. Число атомів як і форм нескінченно, нові тіла і форми утворюються від складання атомів, а знищення від розкладання на атоми, тобто Демокріт ототожнював матерію з речовиною, більше того, він пов'язував матерію і рух і припускав вічність їх існування.

Всі форми руху Демокріт зводив до просторовим переміщенням. Завдяки Демокріту з'явився новий елемент картини світу - пусте нескінченний простір, і всі атоми рухаються в цьому порожньому нескінченному просторі.

Цікаво зауважити, що цією атомістичної програмі був притаманний жорсткий детермінізм, збережений згодом і в механіці Галілея-Ньютона, тобто будь-який рух матерії передбачалося необхідним, обумовленим якимись причинами. Випадковість повністю виключалася з картини Світу. Відповідно до принципу детермінізму, будь-які події тягнуть за собою певні наслідки і ці слідства в той же час є результатом раніше скоєних подій. Вона вважалася суб'єктивної і пояснювалася недостатністю людських знань.

век до н.э.) высказывал предположение о существовании объективной случайности. У той же час послідовник Демокріта Епікур (III століття до н.е.) висловлював припущення про існування об'єктивної випадковості. Атомістична теорія, як більш рання, була згодом витіснена континуальної. веке. Реабілітація атомістичної теорії почалася лише в XVII столітті.

веке до н.э. Відзначимо також, що ще в I столітті до н.е. Лукрецій Кар у своїй книзі "Про природу речей", присвяченої Епікура, в поетичній формі виклав багато ідей матеріалістичність світу, зв'язку простору, часу і матерії, дискретності матерії і відносності руху.

На закінчення короткого розгляду етапів розвитку античного природознавства і в зв'язку з поемою Лукреція Кара, де крім природничо-наукових питань розглядалися і загальногуманітарних проблеми життя, смерті, духовності, етики і моралі. Можна відзначити, що головним у цій спробі зрозуміти навколишній світ була цілісність сприйняття, уявлення, що світ єдиний, і опис його будови грунтувалося саме на такому холістичної, як зараз кажуть, підході.

2. Ера механіцизму в природознавстві як становлення системного

знання дійсної науки

Подальший розвиток світорозуміння при переході до кількісного опису процесів руху матерії йшло через механічні уявлення про природу.

Це було пов'язано з ім'ям Галілея, який об'єднав фізику і математику, ввів основні характеристики руху - поняття інерції, системи відліку, прискорення як причини руху, принцип відносності та ряд інших параметрів руху.

Роджер Бекон був одним з найбільш цікавих, оригінальних мислителів свого століття. "Дивним доктором" називали його багато сучасників. Протягом короткого часу (1267-1268) він написав "Велике твір". Це твір енциклопедичного характеру, в якому автор розглянув причини людських помилок, ставлення теології і філософії, важливість вивчення мов для тієї та іншої, принциповий характер математики для всіх наук (і в першу чергу для оптики й астрономії). Тут же викладалися питання моральної філософії, в контексті якої в епоху Середньовіччя трактувалися різні суспільні питання.

По-своєму розуміючи Аристотеля, суть його вчення Бекон бачив у природничо-ідеях. Причому, такого роду тлумачення арістотелізма було у Бекона в дуже великій мірі навіяно арабомовним філософами і вченими. Особливо цінував він Авіценна, на якого часто посилався.

Бекон допускає існування третього різновиду досвіду. Спираючись на досвід, можна виявити істину, але істина в її повному обсязі не може бути доступна людям.

Теологічну інтерпретацію філософської позиції Бекона неможливо прийняти, розглядаючи його погляди в цілому і в контексті більш широкої традиції середньовічної філософії. Більш відповідає істині представляється точка зору тих істориків середньовічної філософії, які не бачать у Бекона капітуляції філософії перед одкровенням, а, вважають, що "дивний доктор" прагнув до реформи самої теології, ставлячи її в залежність від філософії і від позитивного, наукового знання.

Бекон різко виступав проти загального захоплення Аристотелем, і його можна вважати попередником Галілея. Саме з нього починається експеримент у природознавстві. Слід зазначити, що він не тільки вказав значущість досвіду, але і сам багато експериментував.

Сформувалося уявлення, і надовго (близько 200 років!), Що класична механіка, як частина фізики, може пояснити всі можливі явища в природі. веке рационализма, рационального научного подхода, логично и правильно описывающего, как казалось, окружающий мир. Такий погляд привів до виникнення в цілому в XVIII столітті раціоналізму, раціонального наукового підходу, логічно і правильно описує, як здавалося, навколишній світ.

Це - так званий "фізикалізму" - виникла в той час загальнонаукова парадигма, яка пояснює будь-які процеси в живій і неживій природі, соціумі, суспільстві в цілому, за аналогією і відповідно з фізичними принципами, розробленими в класичній механіці.

Філософською основою такого підходу, провідного до суворого детермінізму причинно-наслідкових зв'язків, у тому числі і в кількісних значеннях, було фундаментальне розмежування між світом і людиною, введене Декартом. Як наслідок цього розмежування, виникла впевненість у можливості об'єктивного опису світу, позбавленого згадок про особу спостерігача, і наука бачила в такому об'єктивному описі світу свій ідеал і призначення.

Усе, що існує, по Декарту, належить до однієї з двох несумісних субстанцій: мислячої або протяжної. Друга і є матерія, суть якої Декарт зводить до тривимірного протягу. Всі чуттєво сприймані властивості речовини, як твердість, вага, колір, суть лише випадкові властивості матерії. Будучи пасивної протяжної субстанцією матерія ділена до нескінченності, заповнює весь простір і залишається всюди тотожне собі.

Звичайно, зараз ми розуміємо, що це не вірно: класична механіка працює лише в певних межах, при швидкостях поширення взаємодії, значно менших швидкості світла.

Людина починає розуміти, що природа єдина, цілісна і це повинно було знайти своє відображення і в методах її пізнання.

Цю думку добре відобразив М. Планк: "Наука є внутрішньо єдине ціле. Її поділ на окремі області обумовлене не стільки природою речей, скільки обмеженою здатністю людського пізнання. Насправді існує безперервний ланцюг від фізики і хімії через біологію і антропологію до соціальних наук, ланцюг, який ні в одному місці не може бути розірвана, хіба лише в сваволі ".

На противагу раціоналістам, для яких поняття матерії грає кардинальну роль, англійські емпірики або елімінує його зовсім за непотрібністю, або зводять його роль до мінімуму. Для Дж. Локка матерія є умовне поняття, що отримується шляхом абстракції: якщо тіло (речовина) є "щільна, протяжна і оформлена субстанція", то за вирахуванням протягу і оформленості ми отримаємо "туманне уявлення" про таку собі щільною субстанції, яка не може існувати реально і самостійно, будучи пасивною, мертвою і нездатною що-небудь з себе породити.

Під впливом емпіричної філософії та природознавства склалося феноменалістіческое вчення про матерію І. Канта. Вже у попередників Канта, - Х. Вольфа і А. Баумгартена, поняття матері розглядалося як застосовне тільки до області явищ, проте самі ці явища ще вимагали раціонального обгрунтування у вигляді більш простих субстанцій.

Кант редукує цю основу явищ до повністю незбагненного для нас трансцендентальної об'єкту ("річ в собі"), до якої вже непридатна категорія субстанції. За висловом Канта, матерія є "субстанція явища", але не явище субстанції. Будучи явищем, матерія існує в нас, вона залежить від існування суб'єкта, що пізнає, однак представляється чимось зовнішнім, об'єктивним: вона є "чиста форма, або відомий спосіб представлення невідомого предмета за допомогою того споглядання, яке ми називаємо зовнішнім почуттям". Матерія є те, що наповнює простір, протяжність і непроникність складають її поняття.

Матерія, за Кантом, - це вищий емпіричний принцип єдності явищ, але принцип не конститутивний, регулятивний: будь-який реальний визначення матерії може розглядатися як виведене з чогось іншого. Іншими словами, матерія не має реальністю апріорі, але лише емпіричною реальністю, її існування не потрібно.

Простір передує матерії, і її поняття потрібно нам лише для позначення того, що існує в просторі. Щоб заповнити простір матерії потрібні дві основні сили: репульсивних (сила відштовхування), вона ж експансивна (сила поширена вшир), - основа її протяжності і непроникності; сила тяжіння протилежна першій, - основа її обмеженості та вимірності.

Фізичне поняття матерії досить суттєво відрізняється від онтологічного її поняття. в. Воно складається із становленням експериментального природознавства XVII ст. під впливом як філософських уявлень, так і задля потреб експерименту. Для Галілея первинні якості матерії - це її арифметичні (ісчіслімость), геометричні (форма, величина, положення, торкання) і кінематичні (рухливість) властивості.

Вже у Лейбніца і Канта матерія виявляється повністю зводиться до проявів сили. У Канта вона залежна від простору і часу як первинних форм чуттєвості. в. До початку XX ст. поняття матерії як носія маси, відмінного від сили та енергії, з одного боку, від простору і часу, з іншого, - розхитується.

Містики взагалі вважають головним сприйняття дійсності, а не його опис. Для такого розуміння світу вони використовують методику "коан"-ретельно продуманих парадоксальних завдань, мета яких - підготувати учня до невербальному сприйняття реальності. Прикладом такого "коана" може служити питання - що означає бавовна долонею однієї руки. Відповідь, яку дав учень містика через рік, був такий - це звучання тиші.

Одне з основних положень східного містицизму полягає в тому, що всі використовувані для опису природи поняття обмежені, вони є не властивостями дійсності, як нам здається, а продуктами мислення-частинами карти, а не місцевості. І оскільки простіше мати справу з нашими уявленнями про реальність, ніж з самою реальністю, людина, як правило, змішує одне з іншим і приймає свої символи і поняття за реальність.

У той же час гуманітаріям необхідно пояснювати закони гармонії світу не на суб'єктивно-емоційному рівні, а на більш універсальному науковою мовою, як, наприклад, фізика використовує кількісно-об'єктивний мову математики. Для фізики ж - це абсолютно природно. Як сказав свого часу ще Г. Галілей: "Ті, хто хоче вирішувати питання природничих наук без допомоги математики, ставлять перед собою нездійсненне завдання. Слід вимірювати те, що вимірюється і робити вимірним те, що таким не є".

Відомо й вислів Піфагора: "Всі речі суть числа".

Треба сказати, що багато видатних представники і того, і іншого підходу чітко уявляли собі необхідність залучення додаткової культури. "Серед конкуруючих наукових гіпотез істинної слід визнати ту, з якої випливають більш гуманітарні, моральні висновки", як сказав один із засновників квантової механіки, Н. Бор.

Таким чином, подібно нашим попередникам, ми зараз приходимо до необхідності цілісного бачення світу. І курс концепції сучасного природознавства повинен бути "синтезом мудрості древніх цивілізацій, гуманітарних та природничих наук, шляхом до розуміння Природи, Людини і суспільства".

Крім того, зараз на новому етапі усвідомлена принципова неусувне ролі людини як спостерігача й інтерпретатора експерименту. "Ми є одночасно і глядачами, і акторами" говорив М. Бор. А американський фізик Уїллер вважає, що ми не просто спостерігачі, а співучасники світу. Іншими словами, є актуальним лише цілісний підхід: Природа + Людина, що начисто відкидала класична фізика з її прагненнями розділити об'єктивні виміри і суб'єктивні сприйняття людини, зменшити похибки вимірювання та збільшити точність таких вимірювань.

При переході до вивчення мікросвіту квантова фізика зі своїм принципом невизначеності спростувала це положення:

Δx ≥ h Δ p ∙ Δx ≥ h

- изменение импульса квантовомех де Δ p - зміна імпульсу квантовомех

-изменение ее координаты. аніческой частинки, а Δx-зміна її координати.

Ми виграємо у вимірі одного параметра, але програємо у вимірі іншого. Це, не знаючи по суті квантових уявлень у фізиці, відзначали ще й стародавні греки.

Так, Арістотель у "Етиці" писав: "При розгляді будь-якого предмета не слід прагнути до більшої точності, ніж допускає природа предмета"

Поняття "додатковості" у фізиці було введено Н. Бором у 1928 р. в період становлення квантової механіки для пояснення експериментальних результатів досліджень мікросвіту. Основоположник цього принципу П. Бор, відправляючись від вирішення суто фізичних проблем, відразу ж зрозумів спільність цього принципу і вже в перших своїх роботах сміливо перекинув міст від фізики до психології і в цілому до теорії пізнання і формування образу навколишнього світу. Саме тому принцип додатковості слід вважати одним з найважливіших досягнень науки, його знання необхідно для розуміння дуже багатьох фундаментальних проблем і явищ навколишнього світу.

, суть которого сводится к тому, что измерить одновременно с достаточно высокой точностью импульсы и координаты микрочастицы в принципе невозможно. З формального боку, у фізиці принцип додатковості пов'язаний зі згаданим уже раніше принципом невизначеності Δ p, суть якого зводиться до того, що виміряти одночасно з достатньо високою точністю імпульси і координати мікрочастинки в принципі неможливо.

У більш загальному формулюванні цей принцип звучить так: "В області квантових явищ найбільш загальні фізичні властивості якої-небудь системи повинні бути виражені за допомогою доповнюють один одного пар незалежних змінних, кожна з яких може бути краще визначена тільки за рахунок відповідного зменшення ступеня визначеності інший" .

Принцип додатковості не обмежується тільки цими моментами. Наприклад, хвильові і корпускулярні прояви світла в поведінці мікрочастинок також є взаємодоповнюючими і відображають реально існуючий дуалізм мікросвіту. Після відвідин Н. Бором фізичного факультету МДУ на стенді з'явилося його вислів: "Виникаючі протиріччя є не протилежності, а доповнення".

Оскільки весь світ складається з атомів і молекул, то будь-які особливості мікросвіту не можуть тим чи іншим способом не виявлятися в макроексперіментах. Тому ідея додатковості, спочатку сформульована у фізиці стосовно до мікросвіту, виявляється плідною в інших галузях знання.

З повною підставою Н. Бор говорив, що "ідея додатковості здатна охарактеризувати ситуацію, яка має далекосяжну аналогію із загальними труднощами освіти людських понять, що виникають з поділу суб'єкта та об'єкта". ) приводит к потере определенности в другой. При цьому дуже часто спроба більш детального вивчення однієї сторони об'єкта в повній аналогії із співвідношенням Гейзенберга p) призводить до втрати визначеності в іншій. А в більш загальної, близькою до гуманітарного підходу формулюванні, до речі, даної теж Бором, принцип додатковості звучить так: "Додатковою до істини є ясність".

века, когда человек часто теряет ориентацию в отсутствие стабильных критериев и ценностей и обоснованного научного объяснения всех происходящих в мире явлений. Таким чином, цілісний підхід з урахуванням і фізичної, і гуманітарної гілок культури дає можливість більш глибоко зрозуміти світ, може змінити навіть ідеологію, з'ясувати причини потрясінь у суспільстві, настільки нестійкому в бурхливо мінливому світі наприкінці XX століття, коли людина часто втрачає орієнтацію в відсутність стабільних критеріїв і цінностей і обгрунтованого наукового пояснення всіх відбуваються в світі явищ.

Передбачалося, що простір - абсолютно, однорідний изотропно, а час - абсолютно і однорідне, тобто використовувалися "будівельні матеріали" класичної механіки і евклідової геометрії. Це, до речі, влаштовувало теологічний підхід до розуміння світу: система світу без початку і кінця, як у просторовому так і в часовому розумінні. Бог створив і все!

У фізиці існує певна кількість, здавалося б, простих, але фундаментальних понять, які, проте, не так-то просто відразу зрозуміти. До них відносяться простір, час і ось тепер інше фундаментальне поняття - поле. У механіці дискретних об'єктів, механіці Галілея, Ньютона, Декарта та інших представників фізичного класицизму, всі вони були згодні з тим, що сили взаємодії між дискретними об'єктами викликають зміну параметрів їх руху (швидкість, імпульс, момент імпульсу), міняють їх енергію, роблять роботу і т.д. І це загалом-то було наочно і зрозуміло.

Однак з вивченням природи електрики і магнетизму виникло розуміння, що взаємодіяти між собою електричні заряди можуть і без безпосереднього контакту. У цьому випадку фізика переходить від концепції блізкодействія до безконтактного дальнодії. Це і призвело до введення поняття поля.

Формальне визначення цього поняття звучить так: фізичним полем називається особлива форма матерії, що зв'язує частки (об'єкти) речовини в єдині системи і передає з кінцевою швидкістю дію одних частинок на інші.

Однак фізики насилу відмовлялися від ідеї фізичного контактної взаємодії тіл і вводили для пояснення різних явищ такі моделі як електричну та магнітну "рідина", для поширення коливань використовували уявлення про механічні коливання частинок середовища - моделі ефіру, оптичних флюїдів, теплорода, флогістона в теплових явищах , описуючи їх теж з механічної точки зору, і навіть біологи вводили "життєву силу" для пояснення процесів у живих організмах.

Все це можна охарактеризувати, як спроби описати передачу дії через матеріальну ("механічну") середовище.

Проте роботами Фарадея (експериментально), Максвелла (теоретично) і багатьох інших учених було показано, що існують електромагнітні поля (в тому числі і у вакуумі) і саме вони передають електромагнітні коливання. Так що ж таке поле?

Для більш предметного розуміння цього феномену найкраще скористатися якимось абстрактним поданням: поле - це будь-яка фізична величина, яка в різних точках простору приймає різні значення, треба просто розглядати поле як математичні функції координат і часу якогось параметра, що описує явище або ефект.

Користуючись двома поняттями потоку та циркуляції, можна прийти до знаменитих чотирьом рівнянь Максвелла, які описують практично всі закони електрики і магнетизму саме через подання полів. Там, правда, використовуються ще два поняття: дивергенція - розбіжність (наприклад, того ж потоку в просторі), що описує міру джерела, і ротор - вихор. = 3 ∙ 10 8 м/с. З цих рівнянь випливає, що електричне і магнітне поля пов'язані один з одним, утворюючи єдине електромагнітне поле, в якому поширюються електромагнітні хвилі, зі швидкістю, рівної швидкості світла c = 3 ∙ 10 8 м / с. Звідси, до речі, і був зроблений висновок про електромагнітну природу світла.

Рівняння Максвелла є математичним описом експериментальних законів електрики і магнетизму, встановлених раніше багатьма вченими і багато в чому - Фарадеєм, про якого говорили, що він не встигає записувати те, що відкриває.

Треба зауважити, що Фарадей сформулював ідеї поля, як нової форми існування матерії, не тільки на якісному, але й кількісному рівні. Цікаво, що свої наукові записи він запечатав у конверт, просив розкрити його після смерті. Це було зроблено, однак, лише в 1938 р. Тому справедливо вважати теорію електромагнітного поля теорією Фарадея - Максвелла. Оскільки всі тіла в мікро-і макросвіті є так чи інакше зарядженими, то теорія Фарадея - Максвелла набуває воістину універсальний характер. У рамках її описуються і пояснюються рух і взаємодію заряджених частинок при наявності магнітного та електричного полів.

Повертаючись до загального поняття поля як деякого розподілу відповідних величин або параметрів у просторі та часі, можна вважати, що таке поняття стосовно до багатьох явищ не тільки в природі, але і в економіці або соціумі при використанні відповідних фізичних моделей. Необхідно тільки в кожному випадку переконуватися-виявляє обрана фізична величина або її аналог такі властивості, щоб опис її за допомогою моделі поля виявилося корисним. Зауважимо, що безперервність величин, що описують поле, є однією з основних параметрів поля і дозволяє використовувати відповідний математичний апарат.

Так, після механічної картини сформувалася нова на той час електромагнітна картина світу. Її можна розглядати як проміжну по відношенню до сучасної природничо.

Відзначимо деякі загальні характеристики цієї парадигми. Оскільки вона включає не тільки подання про поля, а й з'явилися на той час нові дані про електронах, фотони, ядерної моделі атома, закономірності хімічної будови речовин і розміщення елементів у періодичній системі Менделєєва і ряд інших результатів по шляху пізнання природи, то, звичайно, у цю концепцію увійшли також ідеї квантової механіки і теорії відносності.

Головним у такому поданні є можливість описати як можна більшу кількість явищ на основі саме поняття поля.

Було встановлено, на відміну від механічної картини, що матерія існує не тільки у вигляді речовини, а й поля. Електромагнітна взаємодія на основі хвильових уявлень добре описує не тільки електричні і магнітні поля, а й оптичні, хімічні, теплові і механічні явища. Методологія польового представлення матерії може бути використана і для розуміння полів іншої природи. Зроблені спроби пов'язати корпускулярну природу мікрооб'єктів з хвильовою природою процесів. Було встановлено, що "переносником" взаємодії електромагнітного поля є фотон, який підпорядковується вже законам квантової механіки. Робляться спроби знайти гравітон, як носій гравітаційного поля.

Проте не дивлячись на істотне просування вперед у пізнанні оточуючого нас світу, електромагнітна картина все ж була не вільна від недоліків. Так, наприклад, в ній не розглядалися імовірнісні підходи, і більше того, по суті, імовірнісні закономірності і зовсім не визнавалися як фундаментальні, зберігався детерминистический підхід Ньютона до опису окремих частинок і жорстка однозначність причинно-наслідкових зв'язків

У цілому таке становище зрозуміло і можна пояснити, так як кожне проникнення в природу речей лише поглиблює наші уявлення і вимагає з кожним наступним кроком по шляху осягнення природи речей створення нових адекватних фізичних моделей.

3. Сучасна космологічна природно-наукова картина

світу

Сучасне існування природознавства в її фундаментальних підставах не може бути обмежене лише знанням закономірностей макро-та мікро-світів. Якщо мікросвіт є свого роду "стартовий майданчик" для "розгону" сучасної фізики, то мегасвіт є дійсний "полігон" для розгортання цих закономірностей. ). У зв'язку з цим основоположною системою уявлень в якості загальновизнаної виступає так звана теорія Великого вибуху (Big Beng).

В основі цієї теорії лежить припущення, що фізичний Всесвіт утворилася в результаті гігантського вибуху приблизно 10 мільярдів років тому, коли вся речовина і вся енергія сучасної Всесвіту були сконцентровані в одному згустку з щільністю понад 10 25 г / см 3 та температурою понад 10 16 К . Таке уявлення відповідає моделі "Гарячої Всесвіту".

Модель Великого Вибуху була запропонована в 1948 р. нашим співвітчизником, фізиком Георгієм Гамовим. Свого часу Г. Гамов, блискучий теоретик (навчався в ЛДУ разом з Л. Ландау, М. Козирєвим), до Великої Вітчизняної війни був наймолодшим членом-кореспондентом АН СРСР, потім емігрував на Захід і в зв'язку з цією обставиною наукові досягнення замовчувалися радянської офіційною наукою.

Разом з тим, не можна не відзначити, що саме Г. Гамову належать принаймні три наукових результату "нобелівського рангу": згадана вище модель Великого Вибуху, передбачення температури реліктового випромінювання та генетичного коду ДНК. Крім того він був чудовим популяризатором науки і опублікував понад 20 прекрасних наукових книг.

В основі концепції Великого Вибуху лежить положення про наявність деякого первинного "згустку" "первовещества", що володіє колосальною первісної енергією, який, власне, і "вибухнув".

Проте Г. Гамов не прояснюють, як саме цей згусток утворився, звідки взялося таке гігантську кількість початкової енергії. Наявність цього згустку і цієї енергії Г. Гамов прийняв постулатівно. До числа цих постулатів відносилося і та обставина, що саме величезна радіаційне тиск всередині цього згустку і призвело в кінцевому рахунку до надзвичайно швидкому його розширення, саме - Великому Вибуху. Складові частини цього згустку, що розлетілися з максимальними відносними швидкостями, тепер утворюють далекі галактики, дуже швидко віддаляються від нас, і ми спостерігаємо їх зараз такими, які вони були приблизно 2.10 9 років тому.

Таким чином, факт розширення Всесвіту виявляється природним наслідком саме цього Великого Вибуху. Зауважимо у зв'язку з цим, що відкриття розширення Всесвіту і прийняття науковим співтовариством цього факту можна вважати величезним світоглядним проривом в інтелектуальному світі.

Гамов теоретично припустив, що всі елементи Всесвіту утворилися в результаті ядерних реакцій в перші моменти після Великого Вибуху. Подальші уточнення цієї теорії показали, що ядерні реакції дійсно мали місце, але в результаті їх могло бути утворення лише гелію.

Спектр гелію спостерігався в сонячному випромінюванні до того, як він був виявлений на Землі, звідси і назва цього елемента від грецького Геліос - Сонце.

Сучасні методи аналізу випромінювання зірок і галактик показали, що майже всі вони складаються з водню - (60%) і гелію (20%). Проте лише мала частина водню і гелію міститься в самих зірок, решта ж їх кількість розподілено в міжзоряному просторі. У зірках, де температура виключно велика, атоми повністю іонізовані і складають високотемпературну плазму. У міжзоряному просторі ж водень і гелій знаходяться в основному в атомарному стані. Таким чином теорія Великого Вибуху добре узгоджується з що спостерігається поширеністю гелію у Всесвіті.

Разом з тим існують цілком певні гіпотези пояснення утворення вищезгаданого згустку. У зв'язку з цим передбачається, що вищеназвані міжзоряні атоми водню і гелію служать сировиною для утворення нових зірок. Зауважимо також, що розподіл газу в міжзоряному просторі неоднорідне. Середня концентрація речовини в нашій Галактиці - 1 атом / см 3, однак є сильні флуктуації. Ці флуктуації щільності пояснюються хаотичним рухом атомів в просторі. Випадково щільність речовини в певній галузі може істотно перевищити середню. При цьому передбачається, що якщо кількість речовини перевищить у будь-якій області критичне значення, близько 1000 сонячних мас, то в цій області виникають досить сильні гравітаційні поля, здатні протистояти розльоту газової хмари і прагнуть стиснути його до якомога менших розмірів.

Саме на таких теоретичних підставах і виникає гіпотеза освіти вищеназваного згустку з міжзоряного пилу внаслідок її гігантського ущільнення, що згодом і призвело власне до вибуху.

Найбільш важливим підтвердженням теорії Великого Вибуху слід вважати виявлення так званого реліктового випромінювання, як раз і зв'язаного, мабуть, з існуванням первісного надщільного згустку речовини і випромінювання.

Назва "реліктове випромінювання" ввів радянський астрофізик І. Шкловський. Спочатку, як видається, це випромінювання являло собою промені, які володіли величезною енергією, але розширення та охолодження згустку призвели до того, що випромінювання також "охололо" і енергія фотонів зменшилася, тобто зросла довжина їх хвилі. Це випромінювання і зараз існує у Всесвіті, але тепер вже у вигляді радіохвиль, мікрохвильового та інфрачервоного випромінювання. Г. Гамов якраз і розрахував температури реліктового випромінювання. , согласно же современным данным - 2,7 К. За його розрахунками вона становить 3 K, згідно ж сучасними даними - 2,7 К.

Розглядаючи такий згусток речовини і випромінювання, ми повинні розуміти, що його не можна розглядати як би з боку, з далекої відстані, і вважати, що він розширюється у напрямку до нас (або від нас). Цей згусток є не що інше, як сам Всесвіт, і Земля знаходиться всередині неї, так що всередині згустку при розширенні його все інше речовина у Всесвіті рухається в напрямку від Землі, або від будь-якого шматка речовини в цьому згустку. Тому випромінювання згустку "бомбардує" Землю з усіх сторін. Звідси будь-який спостерігач у Всесвіті повинен реєструвати це випромінювання з рівною інтенсивністю з будь-якого напрямку в просторі.

, должен приходиться на длину волны порядка 0,1 см. Так як розширення триває ~ 10 10 років, то величезна початкова температура повинна була зменшитися, відповідно до теорії, до теперішнього часу до середньої температури Всесвіту близько 3 К, а максимум у розподілі довжин хвиль, відповідний випромінювання джерела з такою температурою в 3 K, має припадати на довжину хвилі порядку 0,1 см.

и это излучение должно приходить с равной интенсивностью с любого направления в пространстве, то есть быть изотропным. Це означає, що якщо теорія Великого Вибуху вірна, то повинні експериментально спостерігатися два ефекти: спектр випромінювання Всесвіту повинен відповідати рівноважного випромінювання при 3 K і це випромінювання має приходити з рівною інтенсивністю з будь-якого напрямку в просторі, тобто бути ізотропним.

. Починаючи з 1965 р. проводилися численні вимірювання, що виявили космічні радіохвилі з малою енергією, які можна інтерпретувати як рівноважний випромінювання остиглого, але все ще розширюється згустку, причому з довжиною хвилі, відповідної якраз температурі дорівнює 3 K. Таким чином, були отримані деякі експериментальні докази справедливості теорії Великого Вибуху.

Якщо вважати, що експерименти підтверджують нинішнє розширення Всесвіту, то чи буде вона продовжувати розширюватися і далі?

Загальна теорія відносності припускає таку відповідь на це питання. Вважається, що існує якась критична маса Всесвіту. Якщо дійсна маса Всесвіту менше критичної, гравітаційного тяжіння речовини у Всесвіті буде недостатньо, щоб зупинити це розширення, і воно буде йти і далі. Якщо ж дійсна реальна маса більше критичної, то гравітаційне тяжіння в кінці кінців сповільнить розширення, призупинить її і потім призведе до стиснення. У цьому випадку Всесвіт очікує колапс (свого роду "Великий Тріск"), в результаті якого знову утворюється початковий згусток. Тим самим знову будуть готові умови для нового Великого вибуху і подальшого потім розширення. Отже, Всесвіт може пульсувати між станами максимального розширення та колапсу. Це і є модель пульсуючого Всесвіту.

Що ж дають експерименти?

Експерименти такого роду, звичайно, не прості і, швидше, оцінні, так як крім визначення маси Всесвіту у вигляді речовини та енергії в зірках, галактичної пилу і газ необхідно враховувати також речовину і в міжгалактичному просторі. А ось з цим-то якраз і виникає велика невизначеність.

Прямі експерименти утруднені тут тим, що міжгалактичний водень майже повністю іонізований випромінюванням галактик і квазізоряних об'єктів (квазарів). Тому для реєстрації іонізованого водню необхідні рентгенівські методи вимірювання, причому, поза межами атмосфери Землі, щоб уникнути ефектів поглинання нею зазначеного випромінювання. Як показують вимірювання за допомогою ракет і супутників, а також попередні розрахунки, повна маса Всесвіту з урахуванням міжгалактичного речовини значно перевищує критичну. Це означає, що модель пульсуючого Всесвіту начебто підтверджується. Виходить, що ми живемо в такій всесвіту, яка вибухає, розширюється і знову стискається приблизно кожні 80 мільярдів років.

Розглянемо, яким же передбачається поведінка гарячого Всесвіту, що розширюється після своїх пологів під час Великого Вибуху.

Відомий радянський теоретик Я.Б. Зельдович, що займався в тому числі і астрофізикою, зауважив, що теорія Великого Вибуху в даний момент не має скільки-небудь помітних логічних вад. Вона так само надійно встановлена ​​і вірна, наскільки вірно і те, що Земля обертається навколо Сонця. Обидві теорії займали центральне місце в картині світобудови свого часу і обидві вони мали багатьох противників, які стверджували, що нові ідеї, викладені в них, абсурдні і суперечать здоровому глузду.

Однак успіх моделі розширення Всесвіту пов'язаний не тільки з експериментальними підтвердженнями, але і з тим, що у неї була глибока зв'язок з теоріями фізики мікросвіту, в тому числі і фізики елементарних частинок, завдяки чому стало можливим несуперечливо пояснити поведінку "ранньої" Всесвіту, причому, як це не парадоксально звучить, буквально по частках мікросекунд (і навіть більше того, відлік йде від 10 -43 с).

Таким чином, по суті зараз виникла нова наука-Космомікрофізика. Саме в Космомікрофізика об'єднуються не тільки космологічні моделі Великого Вибуху, що розширюється і пульсуючого Всесвіту, але також і структуру матерії у вигляді елементарних частинок і поняття стійкості-нестійкості матерії, її симетрії-асиметрії, самоорганізації і еволюції. Модель гарячого Всесвіту описує її в цьому сенсі, як "котел киплячих елементарних частинок".

Який же сценарій, як люблять говорити космологи, розвитку подій за моделями Великого Вибуху і гарячого Всесвіту?

Відразу ж після Великого Вибуху Всесвіт стала являти собою вогненну кулю з елементарних частинок і фотонів (світло) величезних енергій з взаємними перетвореннями. Далі Всесвіт стала розширюватися зі зменшенням своєї щільності і температури. При передбачуваних величезних плотностях (~ 10 25 г / см 3) і температурах (~ 10 16 До) речовина може складатися тільки з елементарних частинок - протонів і нейтронів. Ці частинки рухаються так швидко, що при своїх зіткненнях утворюються пари нових частинок (частка-античастка). Взагалі ж кажучи, чим вище температура Всесвіту, тим важчі частинки можуть народжуватися при таких зіткненнях.

Тут передбачається, що якісний склад елементарних частинок, що утворюють новий Всесвіт неодмінно змінюється при її розширення. Коли Всесвіту "виповнилося" 10 -43 с, всі її фундаментальні взаємодії в природі були об'єднані і мали однакову інтенсивність.

Через 10 -23 з настав час вже важких частинок, точніше того, з чого вони складаються, - з кварків. В цей час вся Всесвіт складався з кварків і антикварков. У міру зменшення температури і з зростанням часу зменшувалася кількість пар цих важких частинок і за рахунок анігіляції вони швидко зникали.

Далі, ще через 10 -2 с після Великого Вибуху настає час легких частинок. Всесвіт як би "омолодилася" і практично стала складатися з легких частинок - лептонів і частинок випромінювання (фотонів).

Ще далі в часі (1-20 с) Всесвіт, розширюючись далі, втрачає і ці частинки. При анігіляції вони перетворюються на фотони. Фотонам ж не вистачає енергії, щоб утворити електрон-позитронного пару, і тому процеси випромінювання починають переважати над процесами формування самих частинок.

Через 100 з життя Всесвіту її температура впала до 109 К і швидкості залишилися протонів зменшилися настільки, що за рахунок ядерних сил тяжіння вони починають з'єднуватися в ядра легких елементів, в основному гелію, потім - літію та берилію.

По закінченні кількох годин після Великого Вибуху утворення цих ядер закінчилося. Цей період еволюції отримав назву часу нуклеосинтезу. А далі рахунок пішов вже на мільйони років. Всесвіт продовжувала розширюватися і охолоджуватися. При цій енергії у фотонів було значно більше сил зв'язку, ніж у електронів і ядер, і тому атоми поки не могли утворитися.

Але потім при зменшенні температури до 3000 К енергія електромагнітного тяжіння ядер і електронів стає вже більше енергії фотонів, і тоді починають утворюватися атоми водню і гелію. Фотони перестали взаємодіяти з речовиною, і як кажуть космологи, Всесвіт стала "прозорою".

Передбачається, що з тих далеких часів до наших днів ці фотони (це випромінювання) і заповнюють наш Всесвіт. За цей час температура впала з 3000 К до 3 К. Це і є реліктове випромінювання, про який вже говорилося вище. Таким чином, можна вважати, що реліктове випромінювання несе нам інформацію про ту молодому Всесвіті, коли їй виповнилося "всього" 1 мільйон років. Тепер у рамках моделі розширення Всесвіту можна побудувати схему фізичної історії Всесвіту:

У початковий період часу "прозора" Всесвіт був однорідним "бульйоном" з елементарних частинок, ядер, атомів і фотонів. Потім Флуктуативно стали виникали області, де щільність матерії виявлялася дещо вищий. Це, у свою чергу, призводило до збільшення гравітаційного тяжіння в цих областях, а значить і до відставання цих областей від загального темпу розширення Всесвіту. Атоми і частки в цих областях відчували велике число зіткнень (обсяг-то зменшився!), Газ розігрівався, йшли термоядерні реакції. Тиск усередині області почала зростати і область перестала стискатися.

Разом з тим, зауважимо, що хоча теорія Великого Вибуху в цілому і виправдовує довіру наукового світу, але все-таки деякі обставини вона принципово пояснити не може. Так, вона, наприклад, не може пояснити конкретну причину того "першопоштовхом", який якраз і привів до Великого Вибуху. Крім того, на підставі зазначеної концепції не можна пояснити, чому потужність вибуху була саме такою, якою була, тобто не більше і не менше, де швидкість розльоту, і щільність речовини виявилися дуже близькими до їх критичних значень. Теорія не може також пояснити причину великомасштабної однорідності Всесвіту, хоча одночасно в менших масштабах вона допускає наявність у минулому відхилень від однорідності, які і привели згодом до виникнення галактик. При цьому передбачається, що розширення відбувається з великим ступенем однорідності та ізотропності, а віддалені один від одного неоднорідності причинно між собою не пов'язані.

Частково ці питання знімає ще одна сучасна модель - теорія так званої "роздувається" Всесвіту. Ця модель припускає деяке хаотичне роздування всього Всесвіту в період часу від 10 -43 до 10 -32 с, і в цьому сенсі дана теорія принципово пов'язана з фізичним поняттям вакууму. Зауважимо, що проблема вакууму зараз стає однією з центральних у фізиці. Згідно цим ідеям, Всесвіт почала своє життя саме зі стану вакууму, позбавленого речовини і випромінювання.

З точки зору сучасних наукових уявлень, вакуум є особливий тип фізичної реальності, найбільш фундаментальне стан матерії, особливе "ніщо", приховане буття, що містить в потенції всілякі частки і при повідомленні енергії цього вакууму з нього можна отримати будь-які частки і об'єкти, в тому числі не тільки наш Всесвіт, але й інші всесвіти.

Відповідно до цієї моделі передбачається, що Всесвіт народився 15-18 мільярдів років тому з вакууму шляхом спонтанного (самовільного) порушення його симетрії. Виходить, що Всесвіт як би самозароділась.

Ось що говорив з цього приводу Я.Б. Зельдович: "Поняття класичної космологічної сингулярності повинно бути істотним чином замінено квантово-гравітаційним процесом, що описує народження нашого світу. Передбачається, що в початковому стані не було нічого, крім вакуумних коливань всіх фізичних полів, включаючи гравітаційне. Оскільки поняття простору і часу є істотно класичними , то в початковому стані не було реальних частинок, реального метричного простору і часу. Вважаємо, що в результаті квантової флуктуації і утворилася тривимірна геометрія ... Крім того, на цій стадії з вакуумних флуктуації негравітаціонних полів народжуються флуктуації щільності речовини, які значно пізніше, в близьку нам епоху, призводять до утворення скупчень галактик, нашої Галактики, зірок і в кінцевому підсумку планет і самого життя ".

У зв'язку з цим варто також відзначити, що модель роздувається Всесвіту ще раз звертає нас до глобальної світоглядної проблеми - проблеми множинності світів. Зокрема, один з творців моделі розширення Всесвіту А.Д. Лінде зазначає: "Звичний погляд на Всесвіт як на щось в цілому однорідне і изотропное змінюється поданням про Всесвіт острівного типу, що складається з багатьох локально-однорідних та ізотропних мінівселенних, в кожній з яких властивості елементарних частинок, величина енергії вакууму і навіть розмірність простору можуть бути різні ".

У цьому сенсі можна вже по-іншому поглянути на проблему життя "розумних" істот в інших галактиках. З вищесказаного випливає, що інші галактики можуть мати зовсім інші властивості і взаємодіяти (говорити) на зовсім інших принципах. І справа тут не в зміні нашого мислення для можливості розуміння іншого Всесвіту, а в зміні самої структури, просторового орієнтування, розмірності матеріального світу.

Висновок

В історичній розвитку людського пізнання дійсності можна виділити три світоглядні наукові програми: Платона, Аристотеля і Демокріта.

Першу наукову програму можна також назвати також і математичної, так як вона багато в чому визначила шлях розвитку природознавства в плані розуміння їм кількісних закономірностей буття. В її основі так чи інакше лежить ідея Піфагора про те, що "числа - суть речей", що згодом було доповнено Платоном у вигляді - "Бог - це геометр". Істотною частиною цієї наукової програми стало також платонівське поняття матерії як простору, а також - принципів множинності та математичного континууму. Відповідно, і природознавство, розроблене на основі платонівської програми, повинне було носити математичний характер.

Платон визнавав матеріальний світ складається з чотирьох субстанцій (вогню, повітря, води і землі) і приписував частинкам, з яких вони складаються, різну геометричну форму у вигляді багатогранників: для вогню - тетраедрів, повітря - октаедрів, води - ікосаедра, землі - кубів, тобто вводив в теорію тим самим абстрактні топологічні поняття.

Звичайно, це було пов'язано насамперед з ідеалістичними уявленнями Платона про те, що матеріальний світ буття є лише відображенням світу ідей.

Наукова програма Аристотеля приймає в себе те положення, що предметом істинного, наукового знання може бути лише єдине, незмінне буття - ідея, або форма. Перше і є матерія, друге - форма, або "складене", тобто те, що складається з матерії або форми (такі за Арістотелем, всі сущі речі і істоти за винятком Бога - вічного двигуна, який є чиста "форма форм" і матерії - непричетний).

Аристотель припускав, що Світ представляє собою обертовий Космос і його рух розпочався в якомусь малому обсязі простору від первісного поштовху,

Після Аристотеля в епоху еллінізму поняття матерії розробляється в школах стоїків і неоплатоніків. Стоїки зводили все суще до матерії, неоплатоніки ж, навпаки, - все зводили до ідеї - формі, що дозволяло теоретично дедуціровать світобудову з одного джерела.

Для стоїків все буття - Одно. Все, що існує, становить всесвіт, космос, який тому теж єдиний і єдність. Матерія являє собою бескачественное тіло, або бескачественной сутність, вона інертна (безсила) і нерухома, але вічна - не виникла і не підлягає руйнуванню, зберігаючи незмінним свою кількість.

Вчення про матерію, відмінне від стоїчного, розробляється в неоплатонізмі. Згідно з загальною для всіх неплатників ієрархічною схемою, першоосновою всього є Єдине. Єдине - джерело буття, яке становить наступну сходинку в неоплатонічної ієрархії і називається по-різному: буттям, істинно сущому Розумом, умосяжним світом чи ідеями.

Третя наукова світоглядна програма в науці сформувалася на основі атомістичного вчення про матеріальний світ. З атомістичної теорії слід і визначення матерії, як вічно рухаються в порожнечі атоми, які неподільні і відрізняються один від одного зовнішніми рисами: число атомів як і форм нескінченно, нові тіла і форми утворюються від складання атомів, а знищення їх походить від розкладання їх на атоми . Цією атомістичної програмі був притаманний жорсткий детермінізм, збережений згодом і в механіці Галілея-Ньютона, тобто будь-який рух матерії передбачалося, як необхідна, обумовлене якимись зовнішніми причинами. Випадковість ж при цьому повністю виключалася з картини світу.

Подальший розвиток світорозуміння при переході до кількісного опису процесів руху матерії йшло через механічні уявлення про природу. Це було пов'язано насамперед з ім'ям Галілея, який об'єднав фізику і математику, ввів основні характеристики руху - поняття інерції, системи відліку, прискорення як причини руху, принцип відносності та ряд інших параметрів руху.

Роджер Бекон не тільки вказав значущість досвіду, але і сам багато експериментував. Сформувалося уявлення і надовго (близько 200 років!), Що класична механіка як частина фізики може пояснити всі можливі явища в природі.

Такий погляд привів до виникнення в цілому в XVIII столітті раціоналізму, як раціонального наукового підходу, логічно і правильно описує, як тоді здавалося, навколишній світ.

Однак згодом було з'ясовано, що класична механіка справедлива лише в певних межах, тобто при швидкостях поширення взаємодії, значно менших швидкості світла.

в. Фізичне поняття матерії стало складатися у зв'язку зі становленням експериментального природознавства XVII ст. під впливом як філософських уявлень, так і під впливом даних експерименту.

в. До початку XX ст. поняття матерії як носія маси, відмінного від сили та енергії, з одного боку, від простору і часу, з іншого, формується передусім завдяки роботам Фарадея (експериментально) і Максвелла (теоретично). Було показано, що існують електромагнітні поля (в тому числі і у вакуумі) і саме вони передають електромагнітні коливання.

Так після механічної картини сформувалася нова на той час електромагнітна картина світу. Її можна розглядати як проміжну по відношенню до сучасної природничо картині світу.

Вчення про матерію стало включати в себе не тільки уявлення про поля, а й з'явилися нові дані про електронах, фотони, ядерної моделі атома, закономірності хімічної будови речовин і розміщення елементів у періодичній системі Менделєєва і ряд інших результатів по шляху пізнання природи. Стали входити в цю концепцію також ідеї квантової механіки і теорії відносності, де перш за все необхідно зазначити принципи відносності і корпускулярно-хвильового дуалізму, згідно з яким будь-який матеріальний об'єкт характеризується наявністю як відносних - корпускулярних і хвильових властивостей. У квантовій механіці ці два останні описи є абсолютно необхідними, тому що тільки таким чином і можливо на макромови квантової механіки описати об'єктивно існуючі закономірності мікросвіту.

Література:

. I. Основна

  1. ** Лінднер Г. Картини сучасної фізики. М., 1971.

  2. ** Пахомов Б.Я. Становлення сучасної фізичної картини світу. М., 1985.

  3. ** Потев М.І. Концепції сучасного природознавства. СПб., 1999.

  4. ** Хокінг С. Від великого вибуху до чорних дір. М., 1990.

** Ейнштейн А., Інфельд Л. Еволюція фізики. М., 1974.

  1. * Концепції сучасного природознавства / Под ред. С.І. Самигіна. Ростов н / Д, 2001.

  2. ** Кращі реферати. Концепції сучасного природознавства. Ростов н / Д, 2002.

  3. * Найдиш В.М. Концепції сучасного природознавства. М., 2002.

  4. ** Скопин А.Ю. Концепції сучасного природознавства. М., 2003.

  5. * Соломатін В.А. Історія та концепції сучасного природознавства. М., 2002.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
158.8кб. | скачати


Схожі роботи:
Фундаментальні закони природи як основа формування природно
Еволюція наукового методу і природничо-наукової картини світу
Універсальний еволюціонізм як основа сучасної наукової картини світу
Універсальний еволюціонізм як основа сучасної наукової картини
Виникнення наукової картини світу
Особливості сучасної наукової картини світу
Значення хімії для розуміння наукової картини світу
Наукова революція XVI-XVII ст і становлення першої наукової картини світу
Вік Сонця Зірок Всесвіту Відмінності наукової картини світу від класичної Розподіл сонячної
© Усі права захищені
написати до нас