Пространство и время в специальной теории относительности - раздел Образование, КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ Отныне Пространство Само По Себе И Время Само По Себе Обращаются В Бесплот...
Отныне пространство само по себе и время само по себе обращаются в бесплотные тени; сохранит физический смысл лишь некоторая форма их объединения.
Г. Минковский
Систем отсчета бесконечно много, но среди них можно выделить класс так называемых инерциальных. В инерциальных системах отсчета всякие свободно движущиеся объекты движут-
ся равномерно и прямолинейно. Инерциальных систем отсчета можно выбрать сколь угодно, и все они будут относительно друг друга двигаться по инерции.
Нет критерия, благодаря которому мы могли бы предпочесть одну инерциальную систему отсчета другой, также инерциаль-ной. Все инерциальные системы отсчета являются физически эквивалентными, и опыт это подтверждает.
В классической механике был известен принцип относительностиГалилея: если законы механики справедливы в одной системе координат, то они справедливы и в любой другой системе координат, движущейся прямолинейно и равномерно относительно первой, т. е. в инерциальных системах координат. В другой формулировке он звучит так: никакими опытами, проведенными в инерциальной системе отсчета, нельзя доказать, покоится система отсчета или движется равномерно, прямолинейно. Все законы механики во всех инерциальных системах отсчета проявляются одинаково. В инерциальных системах отсчета пространство и время носят абсолютный характер, т. е. интервал времени и размеры тел не зависят от состояния движения системы отсчета.
В начале XX в. выяснилось, что принцип относительности справедлив также в оптике и электродинамике, т. е. в других разделах физики. Принцип относительности расширил свое значение и теперь звучал так: законы физики имеют одинаковую форму во всех инерциальных системах отсчета. Переход от одной инерциальной системы к другой осуществлялся в соответствии с преобразованиями Галилея. Скорость тела относительно неподвижной системы отсчета слагается из скорости тела и скорости системы отсчета.
При обобщении принципа относительности и распространении его на электромагнитные процессы постулируется постоянство скорости света, т. е. скорость света не слагается со скоростью системы отсчета. Чем вызвано такое особое отношение к свету и его скорости как к эталону для измерения времени и пространства? Это связано с тем, что свет есть электромагнитная волна, являющаяся формой материи. Световой волне для распростране-
ния не требуется специальной материальной среды — эфира (как морским волнам нужна вода, звуку — воздух, вода или твердое тело). Причем скорость света не зависит от движения источника света или наблюдателя. Это утверждение обычно называют принципом относительности. По словам А. Эйнштейна, теория относительности начинается с двух положений:
1. Скорость света в вакууме одинакова во всех системах отсчета, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга.
2. Все законы природы одинаковы во всех системах отсчета, движущихся прямолинейно и равномерно относительно друг друга.
Таковы два основополагающих принципа — принцип постоянства скорости света и принцип относительности. Фактически принцип постоянства скорости света является следствием принципа относительности. Утверждение о постоянстве скорости света в вакууме, т. е. независимости скорости света от скорости источника и скорости наблюдателя, является естественным выводом из многих экспериментальных фактов. Это утверждение выдержало многочисленные экспериментальные проверки. Главным же его подтверждением является согласие с экспериментом всех тех выводов, которые из него следуют. Эти подтверждения многочисленны, потому что вся современная физика больших скоростей и высоких энергий основывается на постулате постоянства скорости света.
Тем не менее в своем абсолютном виде утверждение о постоянстве скорости света является постулатом, т. е. допущением, выходящим за пределы экспериментальной проверки. Это связано с конечной точностью экспериментальных проверок, как это было объяснено выше в связи с постулативным характером принципа относительности.
А. Эйнштейн в 1905 г. показал, что закон постоянства распространения света в пустоте (300 000 км/с) и принцип относительности совместимы. Это положение составляет основу специальной теории относительности.Он отметил, что классическая механика опиралась на две ничем не оправданные гипотезы:
1) промежуток времени между двумя событиями не зависит от состояния движения системы отсчета;
2) пространственное расстояние между двумя точками твердого тела не зависит от состояния движения системы отсчета.
Отсюда вытекало, что промежуток времени и расстояние имеют абсолютные значения, т. е. не зависят от состояния движения системы отсчета. И хотя эти предположения с точки зрения здравого смысла кажутся очевидными, тем не менее они не согласуются с результатами тщательно проведенных экспериментов, подтверждающих выводы новой, специальной теории относительности.
Рассматривая возникшие противоречия, в связи с тем, что скорость света выступает как универсальная постоянная природы, Эйнштейн предложил отказаться от представления об абсолютности и неизменности свойств пространства и времени. Данный вывод противоречит здравому смыслу и тому, что Кант называл условиями созерцания, поскольку мы не можем представить никакого пространства, кроме трехмерного, и никакого времени, кроме одномерного. Но наука совсем не обязательно должна следовать здравому смыслу и неизменным формам чувственности. Главный критерий для нее — соответствие теории и эксперимента. Теория Эйнштейна удовлетворяла этому критерию и была принята. В свое время и представления о том, что Земля круглая и движется вокруг Солнца, тоже казались противоречащими здравому смыслу и наблюдению, но именно они оказались справедливыми.
Из специальной теории относительности следует, что длина тела и длительность происходящих в нем процессов являются не абсолютными, а относительными величийами. При приближении к скорости света все процессы в системе замедляются, продольные (вдоль движения) размеры тела сокращаются и события, одновременные для одного наблюдателя, оказываются разноименными для другого, движущегося относительно него.
Если принять предположение классической механики об абсолютном характере расстояний и времен, то уравнения преобразования пространственных координат и времени при
переходе от покоящейся системы отсчета к движущейся вдоль оси х относительно него равномерно прямолинейно со скоростью v системе отсчета будут иметь следующий вид:
Скромное равенство t1 = t означало, что во всех системах отсчета время течет одинаково, слова "сейчас", "настоящий момент" имеют абсолютный смысл (факт, представлявшийся очевидным до начала XX столетия). Эти уравнения часто называют преобразованиями Галилея. Если же преобразования должны удовлетворять также требованию постоянства скорости света, то они описываются уравнениями Лоренца, названными по имени нидерландского физика Хендрика Антона Лоренца, и имеют вид:
Теперь следует говорить не о системе координат, а о системе отсчета, т. е. о совокупности системы координат и часов. Абсолютности времени больше нет, каждая система отсчета характеризуется своим собственным временем. Указывая момент времени, надо указывать также соответствующую систему отсчета. Все это явно проявляется лишь при достаточно больших относительных скоростях систем; если же v с, то, как легко видеть, преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея — специальная теория относительности переходит в классическую механику как свой предельный случай.
Эйнштейн отмечает, что неподвижный наблюдатель воспринимает проносящееся мимо него шарообразное тело в виде сплюснутого эллипсоида вращения. С точки зрения наблюдателя, движущегося вместе с телом, оно, как и прежде, сохраняет форму шара, однако все предметы, не движущиеся вместе с этим наблюдателем, точно таким же образом представляются ему укороченными в направлении движения. Этот результат оказывается не таким уж странным, если учесть, что это выска-
зывание о размерах движущегося тела имеет весьма сложный смысл, поскольку теперь размеры тела можно определить только с помощью измерения времени. Пространство и время рассматриваются теперь во взаимосвязи.
Опираясь на преобразования Лоренца, легко проверить, что движущаяся твердая линейка будет короче покоящейся, и тем короче, чем быстрее она движется:
Если принять скорость света бесконечно большой, то при постановке ее в уравнения Лоренца последние переходят в уравнения Галилея. Но специальная теория, как известно, постулирует постоянство скорости света. Этот постулат следует из уравнений электромагнитных процессов Максвелла. Чтобы согласоваться с постулатами специальной теории относительности, классическая механика нуждалась в некоторых изменениях. Например, если во втором законе Ньютона (F = та) масса считалась постоянной, в теории относительности она зависит от скорости движения и выражается формулой
Когда скорость тела приближается к скорости света, масса его неограниченно растет и в пределе приближается к бесконечности. Поэтому, согласно теории относительности, движения со скоростью, превышающей скорость света, невозможны. Движения со скоростями, сравнимыми со скоростью света, впервые удалось наблюдать на примере электронов, а затем и других элементарных частиц. Тщательно поставленные эксперименты с такими частицами действительно подтвердили предсказания теории об увеличении их массы с возрастанием скорости.
В 1905 г. А. Эйнштейн пришел к заключению, что масса тела есть мера содержащейся в нем энергии. Позднее он формулирует следующий важный вывод специальной теории относительное-
ти: масса и энергия эквивалентны друг другу — появляется знаменитая формула Эйнштейна, связывающая энергию и массу:
При достаточно больших скоростях (в этом случае говорят о релятивистской физике) специальная теория относительности приводит к общему выражению для энергии:
Через m0 обозначена масса покоя (масса тела в системе отсчета, связанной с этим телом), а Е — энергия тела, рассматриваемая в системе, относительно которой тело движется со скоростью v.
До создания специальной теории относительности законы сохранения энергии и массы рассматривались как два самостоятельных закона сохранения. Теперь же оба этих закона слились в один. По выражению Эйнштейна, масса должна рассматриваться как "сосредоточие колоссального количества энергии".
Таким образом, влияние специальной теории относительности выходит далеко за пределы тех проблем, из которых она возникла. Она снимает трудности и противоречия теории поля; она формирует более общие механические законы; она заменяет два закона сохранения одним; она изменяет наше классическое понятие абсолютного времени. Ее ценность не ограничивается лишь сферой физики; она образует общий остов, охватывающий все явления природы.
Однако экспериментальные данные о постоянстве скорости света и вытекающие из этого относительность времени и пространства приводят к парадоксам, для разрешения которых понадобилось введение принципиально новых представлений. Например, одним из таких парадоксов является парадокс близнецов.
Парадокс близнецов.Поскольку в равномерно движущемся с огромной скоростью космическом корабле темп времени замедляется и все процессы происходят медленнее, чем на Зем-
ле, то космонавт, вернувшись на нее, окажется моложе своего брата-близнеца.
Рассмотрим двух близнецов А и В в возрасте 20 лет. Один из них (В) отправляется в космическое путешествие к звезде Арктур на корабле, летящем со скоростью 0,99 с. Для жителей Земли расстояние до звезды Арктур составляет 40 световых лет. Сколько лет будет близнецам А и В, когда В, закончив свое путешествие, вернется обратно на Землю?
С точки зрения близнеца А, путешествие, чтобы долететь до звезды и обратно, займет 80 лет, т. е. когда В вернется, возраст А будет 20 + 80= 100 лет.
С точки зрения близнеца В, часы на космическом корабле
будут идти медленнее в раза. Это
значит, что за время путешествия на корабле пройдет 80 лет, умноженные на 0,141, или 11,4 года. Итак, к концу путешествия близнец В будет в возрасте 20 + 11,4 = 31,4 года. Следовательно, он окажется моложе своего брата, оставшегося на Земле, на 68,6 года. Космический путешественник не чувствует, что его время идет медленнее. В приведенном примере расстояние до звезды Арктур кажется близнецу В укороченным благодаря лоренце-
вому сокращению. По его измерениям расстояние от Земли до
звезды Арктур составляет световых лет, или
5,64 световых лет, а чтобы долететь до Арктура и вернуться обратно — 11,4 года. Этот результат согласуется с вычислениями близнеца А, оставшегося на Земле.
Однако возникает кажущийся парадокс: если космонавт взглянет на Землю, он увидит, что земные часы идут медленнее, чем его часы. Казалось бы, близнец А в конце путешествия окажется моложе В, что противоречит предыдущим аргументам. В самом деле, если скорость действительно относительна, то как вообще можно прийти к асимметрическому результату? Разве из симметрии не следует, что оба брата должны остаться в одинаковом возрасте?
На первый взгляд кажется, что теория Эйнштейна ведет к противоречию. Но парадокс устраняется, если учесть, что задача несимметрична по своей природе. Неправильность приведшего к парадоксу рассуждения состоит в том, что системы отсчета, связанные с близнецами, неэквивалентны — одна из них инер-циальна, а вторая, связанная с ракетой, неинерциальна. Близнец на Земле все время остается в одной и той же инерциальной системе отсчета, тогда как его брат-космонавт переходит из одной системы отсчета в другую. Правильное применение уравнений Эйнштейна также приводит к выводу, что с точки зрения космонавта его брат, оставшийся на Земле, к концу путешествия окажется старше.
В настоящее время известно много экспериментальных подтверждений замедления времени. Замедление времени играет большую роль при работе на современных ускорителях, где часто приходится направлять частицы от источника их получения к далеко отстоящей мишени, с которой частица взаимодействует. Если бы не было эффекта замедления времени, то это было бы невозможно, потому что время прохождения этих расстояний зачастую в десятки и сотни раз больше собственного времени жизни частиц в состоянии покоя. В пользу этого говорят также наблюдения над элементарными частицами, названными мю-мезонами, или мюонами. Средняя продолжительность существования таких частиц около 2 мкс, но тем не менее некоторые из них, образующиеся на высоте 10 км, долетают до поверхности Земли. Как объяснить этот факт? Ведь при средней "жизни" в 2 мкс эти частицы могут проделать путь только 600 м. Все дело в том, что продолжительность существования мюонов определяется по-разному для разных систем отсчета. С "их" точки отсчета, они живут 2 мкс, с нашей же, земной, — значительно больше, так что некоторые из них, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, достигают поверхности Земли. Замедление времени равно:
Эксперименты, проведенные французским физиком Арма-ном Физо еще до открытия теории относительности, по определению скорости распространения света в неподвижной жидкости и жидкости, протекающей с некоторой скоростью, также подтвердили выводы специальной теории относительности. С помощью тщательных измерений, многократно повторенных разными исследователями, было установлено, что результат сложения скоростей соответствует преобразованию Лоренца.
Наиболее выдающимся подтверждением этой теории был отрицательный результат опыта американского физика Альберта Майкельсона, предпринятый для проверки гипотезы о световом эфире. Согласно господствовавшим в то время воззрениям, все мировое пространство заполнено эфиром — особым веществом, являющимся носителем световых волн. Для того чтобы обнаружить движение Земли относительно неподвижного эфира, Майкельсон решил измерить время прохождения светового луча по горизонтальному направлению движения Земли и направлению, перпендикулярному к этому движению. Если эфир существует, то время прохождения светового луча по горизонтальному и перпендикулярному направлениям должно быть неодинаковым, но никакой разницы Майкельсон не обнаружил.
Пространство — это трехмерный континуум. Трехмерный — потому что положение точки определяется в пространстве тремя числами (тремя пространственными координатами). Континуум означает непрерывность — около любой данной точки можно указать сколько угодно других точек, координаты которых могут быть сколь угодно близки к координатам заданной точки. Известно, что все события происходят в пространстве и во времени. Однако в классической физике пространство и время рассматривались как самостоятельные категории; время было абсолютным — оно не зависело от пространственных координат события. Согласно же специальной теории относительности, время нельзя рассматривать независимо от пространства, не имеет смысла говорить "сейчас", если не оговорено "где"; время и пространство оказались внутренне взаимосвязанными. Развивая идеи, высказанные еще в 1905 г. Пуанкаре, математик Г. Минковский дал в 1908 г. геометрически наглядное представление
специальной теории относительности, введя четырехмерный пространственно-временной континуум (четырехмерный мир Минковского). Всякое физическое событие есть некоторая точка в четырехмерном мире, она определяется четырьмя числами — тремя координатами и временем. События описываются как х2 + В таком случае преобразования Лоренца могут рассматриваться формально как чисто геометрическое преобразование (поворот осей), выполняемое, однако, не в обычном трехмерном пространстве, а в четырехмерном континууме. Как отмечал Эйнштейн, даже нематематику должно быть ясно, что благодаря этому чисто формальному положению теория относительности чрезвычайно выиграла в наглядности и стройности.
Итак, пространство и время — общие формы координации материальных явлений, а не самостоятельно существующие независимо от материи начала. Они называются в специальной теории относительности четырехмерным пространственно-вре менным миром.
Найденное Эйнштейном объединение принципа относительности Галилея с относительностью одновременности получило название принципа относительности Эйнштейна.Понятие относительности стало одним из основных понятий в современном естествознании.
Все темы данного раздела:
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Учебник
Издание шестое, переработанное и дополненное
Рекомендовано
Министерством образования и науки
Российской Федерации в качестве учебника
Естественно-научная и гуманитарная культуры
Наука является важнейшим элементом духовной культуры людей. Традиционно принято разделять всю имеющуюся научную информацию на два больших раздела — на естественно-научную, в которой объединяют знан
Месте науки в системе культуры и ее структура
Наука постигается не для того, чтобы с ее помощью нажить богатство. Наоборот, богатство должно служить развитию науки. Абай Кунанбаев
В историческом процессе определенный уровень ра
Характерные черты науки
Наука — самое важное, самое прекрасное и нужное в жизни человека.
А. П. Чехов
Не всякие знания могут быть научными. В человеческом сознании содержатся
Естествознание - фундаментальная наука
Учись мой сын, наука сокращает нам опыты быстротекущей жизни.
А. С. Пушкин
Естествознание — это совокупность наук о природе, которые изучают мир в его естественном состояни
Вопросы для контроля знаний
1. Что понимается под концепциями современного естествознания?
2. Что такое наука? Каковы ее основные черты и отличия от других отраслей культуры?
3. Что
Основные методы научного исследования
Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука. Д. И. Менделеев
Эмпирический и теоретический уровни знания различаются по предмету, средствам и результатам и
Динамика развития науки. Принцип соответствия
Наука есть наилучший путь для того, чтобы сделать человеческий дух героическим.
Д. Бруно
Развитие науки определяется внешними и внутренними факторами (рис. 2.2). К первым о
Вопросы для контроля знаний
1. Какова структура естественно-научного познания?
2. Какая разница существует между эмпирическими и теоретическими направлениями исследования?
3. Что такое научн
Система мира ангинных философов
За несколько тысячелетий до нашей эры в речных цивилизациях Востока появились и запечатлелись в памятниках древнейшей письменности некоторые представления о природе. С этого времени последовательно
Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы строения мира
Коперник пусть Разглядывает звезды. Любовь — моя звезда, Мой свет и воздух...
Р. Гамзатов
Классическую форму теории эпициклических движений придал александрий
Механистическая и электромагнитная картины мира
Новое надобно созидать в поте лица, а старое само продолжает существовать и твердо держится на костылях привычки.
А. И. Герцен
Галилей и Кеплер, отталкиваясь от дина
Современная естественно-научная картина мира
Кто в состоянии найти в своем сердце столь мощную силу, чтобы достойно воспеть все величие наших открытий?
Тит Лукреций Кар
Современная естественно-научная картина мира явл
Вопросы для контроля знаний
1. Что представляет собой картина мира?
2. Какие представления о мире были в древности и античности?
3. Назовите основные принципы атомистического учения о природ
Понятие пространства и времени
Когда говорят, что все явления природы и процессы происходят в пространстве и времени, подразумевают при этом, что для их описаний требуется указание места, где они происходят, и времени, когда про
Измерение времени
Река времени в своем стремлении Уносит все дела людей И топит в пропасти забвения Народы, царства и царей.
Г. Державин
Исторически измерение времени принято проводить на ос
Общая теория относительности о пространстве и времени
Был этот мир глубокой тьмой
окутан.
Да будет свет! И вот явился
Ньютон.
Но сатана недолго ждал реванша.
Пришел Эйн
Вопросы для контроля знаний
1. Что понимается под пространством и временем?
2. Приведите формулировку принципа относительности для законов механики.
3. Что нового вносит специальная теория о
Структурное строение материального мира
В окружающем нас пространстве материя существует в форме вещества и поля. Вещество в природе находится в виде различных структур, которые определяют строение и свойства окружающего нас материальног
Краткая характеристика микромира
На случаи наталкиваются именно те ученые, которые делают все, чтобы на них натолкнуться.
К. Тимирязев
Вакуум. По представлениям современной науки, вакуум — это отнюдь не пу
Краткая характеристика макромира
Очевидное — это то, чего никогда
не видишь, пока кто-нибудь
не сформулирует это достаточно
просто.
Калил Гибран
Макро
Краткая характеристика мегамира
В необъятной Вселенной безмерно долгое время будут возникать для нас, один за другим, новые нерешенные вопросы; таким образом, перед человеком лежит уходящий в бесконечность путь научного труда.
Вопросы для контроля знаний
1. Каково структурное строение микромира, макромира и мегамира?
2. Что собой представляет по современным научным концепциям вакуум?
3. Элементарными частицами чег
Четыре вида взаимодействий и их характеристика
Все отмеченные выше структурные объекты мира объединяются в системы вследствие взаимодействий между собой. Под взаимодействиемв более узком смысле понимают такие процессы, в ходе к
Концепции близкодействия и дальнодействия
Наши представления о физической реальности никогда не могут быть окончательными.
А. Эйнштейн
Близкодействие и дальнодействие—это взаимно противоположные взгляды для объясне
Вещество, поле, вакуум. Принцип суперпозиции
Господи, дай мне разум и душевный покой, чтобы принять смиренно то, что я не в силах изменить; дай мне мужество, чтобы изменить то, что я в состоянии изменить; дай мне мудрость, о господи, чтобы
Фундаментальные постоянные мироздания
Порядок — первый закон Небес.
Александр Поп
Фундаментальные мировые постоянные — это такие константы, которые дают информацию о наиболее общих, основополагающих свой
Антропный космологический принцип
Религия всегда оказывается права. Она разрешает все вопросы и, следовательно, снимает все вопросы в мире. Религия придает нам уверенность, незыблемость, умиротворение и сознание абсолютности. Он
Характер движения структур мира
Не мир запутался, к несчастью, Мы. сами путаемся в нем.
М. Гамидов
Все структурные объекты материального мира находятся в состоянии непрерывного движения в многообразных фо
Вопросы для контроля знаний
1. Какие виды взаимодействий вы знаете и какие из них играют важнейшую роль в повседневной жизни и почему?
2. Какие взаимодействия известны в микромире?
3. Чем от
Элементарные частицы
Для познания окружающего нас мира человеку пришлось пройти увлекательный, но мучительно длинный и трудный путь изучения вещества, начиная от самых сложных его форм и кончая элементарными частицами.
Корпускулярно-волновая природа микрообъектов
Электрон так же неисчерпаем, как и атом, природа бесконечна.
В. И. Ленин
Микромир образуют микрочастицы, которыми являются элементарные частицы (электроны, протоны, нейтрон
Концепция дополнительности
Мы — люди, и наш удел — познавать таинственные новые миры и вторгаться в них.
Б. Шоу
Изложенное приводит к выводу о том, что наличие волновых свойств у движущихся ча
Вероятностный характер законов микромира. Концепции неопределенности и причинности
Как прекрасно почувствовать единство целого комплекса явлений, которые при непосредственном восприятии казались разрозненными.
А. Эйнштейн
Принципиальное отличие квантовой
Электронная оболочка атома
Если человек не понимает проблемы, он пишет много формул, а когда поймет, в чем дело, их остается в лучшем случае две.
Н.Бор
В 1925 г. В. Паули установил квантово-механичес
Вопросы для контроля знаний
1. Какие новые открытия в науке опровергли представления об атомах как последних, неделимых частицах материи?
2. Охарактеризуйте строение атома по модели Э. Резерфорда.
Многообразие форм материи
Все то, из чего состоит окружающая нас Вселенная, мы называем материей.Философское определение материи — это объективная реальность, существующая вне и независимо от человеческого
Вещество и его состояния
На случаи наталкиваются именно те ученые, которые делают все, чтобы на них натолкнулись.
К. Тимирязев
Вещество — один из видов материи, из которого состоит весь окружающий
Энергия и ее проявления в природе
Наука научила людей пользоваться энергией, скрытой в сокровищницах Земли. Она должна вести человека в сокровищницы неба и научить его улавливать там энергию солнечных лучей.
К. Э. Ц
Законы сохранения в природе
Томны мира, что я изложил
в сокровенной тетради,
от людей утаил я,
своей безопасности ради.
Никому не могу рассказать,
Законы сохранения и принципы симметрии
Мы рады той таинственности, которая находится за пределами нашей досягаемости.
Харлоу Шепли
Среди всех физических законов своей всеобщностью, высшей степени фундаментальнос
Вопросы для контроля знаний
1. В чем качественная особенность философского определения материи от естественно-научного его понимания?
2. Какими всеобщими свойствами обладает материя?
3. Каки
Концептуальные уровни в познании веществ
Закономерности, происходящие в веществах, процессы их превращения, при которых происходит изменение их состава и структуры, изучает раздел естествознания — химия. Она занимается явлениями природы,
Состав вещества и химические системы
Во тьме должны обращаться физики, а особливо химики, не зная внутренних, нечувствительных частиц строения.
М. В. Ломоносов
В настоящее время химическим элементом
Структура вещества и его свойства
Надо было исследовать предметы, прежде чем можно было приступить к исследованию процессов. Надо сначала знать, что такое данный предмет, чтобы можно было заняться теми изменениями, которые с ним
Химические процессы
О значительнейших вещах не будем судить слишком быстро.
Гераклит
Химический процесс(от лат. processus — продвижение) представляет собой последовател
Эволюция химических систем и перспективы химии
Все наши значим — прошлые, настоящие и будущие — ничто по сравнению с тем, что мы никогда не узнаем.
К. Э. Циолковский
Под эволюцией химической системы понима
Вопросы для контроля знаний
1. Назовите основные этапы эволюции химических систем.
2. Назовите основные перспективные направления развития современной химии.
3. Чем определяются химические с
Расстояния и размеры в мегамире
Вопрос о том, что представляет собой Космос, окружающий Землю, нельзя было решить раньше, чем были определены расстояния до небесных тел. И это уточнение масштабов мира продолжалось почти 2500 лет.
Земля как планета и природное тело
Ты разумом вникни поглубже, пойми,
Что значит для нас называться
людьми...
Земное с небесным в тебе сплетено,
Два мира связать не
Состав и строение Солнечной системы
Приход наш и уход загадочны, —
их цели все мудрецы Земли
осмыслить не сумели.
Где круга этого начало, где конец,
откуда мы пришли,
Солнце, звезды и межзвездная среда
К дальним звездам, в небесную
роздымъ
улетали ракеты не раз.
Люди, люди — высокие звезды,
долететь бы мне только до вас.
Галактики
Кругом тот мир, где я кажусь ничем; во мне роятся мысли, все обнять готовые...
Байрон
Окружающие Солнце звезды и само Солнце составляют лишь ничтожно малую часть гигантског
Вопросы для контроля знаний
1. Какие закономерности обнаружены в строении, движении и свойствах Солнечной системы?
2. Каковы основные параметры, определяющие свойства звезд?
3. Как распредел
Детерминизм процессов природы
Детерминизмв современной науке определяется как учение о всеобщей, закономерной связи явлений и процессов окружающего мира. Наличие таких связей является доказательством материальн
Термодинамика и концепция необратимости
Человек может сделать путь великим, не путь делает великим человека.
Конфуций
История открытия закона сохранения и превращения энергии привела к изучению тепловых явлений в
Вопросы для контроля знаний
1. Чем отличаются универсальные законы от статистических?
2. Почему лапласовский детерминизм оказался несостоятельным?
3. Почему причинность не совпадает с детерм
Большой взрыв и расширяющаяся Вселенная
В истории познания окружающего нас мира четко прослеживается общее направление — постепенное признание неисчерпаемости природы, ее бесконечности во всех отношениях. Вселенная бесконечна в пространс
Начальная стадия Вселенной
Начало Вселенной — атомы и пустота, все же остальное существует лишь во мнении.
Диоген
Проблема возникновения структурности мира и жизни во Вселенной традиционно тра
Космологические модели Вселенной
Если бы вся Вселенная обратилась в одно государство, то как не установить повсюду одинаковых законов.
Козьма Прутков
Таким образом, сейчас Метагалактика расширяется, а что
Вопросы для контроля знаний
1. На какую физическую теорию опирается современная космология?
2. Какие этапы в своем развитии прошла эта космология?
3. Что собой представляет стандартная модел
Происхождение и эволюция галактик и звезд
При построении рассмотренной нами выше космологической модели Вселенной принималось, что вещество в ней распределено однородно и изотропно. Имеется в виду среднее по Метагалактике распределение вещ
Происхождение планет Солнечной системы
Все у нас, Луцилий, чужое, одно лишь время нагие. Только время ускользающее и текучее дала нам во владенье природа, но и его кто хочет, тот и отнимет.
Сенека
Для изучения в
Происхождение и эволюция Земли
Человек познает сам себя только в той мере, в какой он познает мир.
И. Гете
Время существования Земли делится на два существенно различных периода: ранняя история и геологи
Космос и Земля
Земля — колыбель человечества. Но нельзя же вечно жить в колыбели!
К. Э. Циолковский
Человечество всегда интересовалось тем, какое место занимают человек и Земля в окружающ
Вопросы для контроля знаний
1. Какие причины приводят к фрагментации однородно распределенного вещества?
2. В чем заключается критерий Джинса в образовании галактик?
3. Чем подтверждается ве
Концепции происхождения жизни но Земле
Одним из наиболее трудных и в то же время актуальных и интересных в современном естествознании является вопрос о происхождении жизни. Жизнь — одно из сложнейших, если не самое сложное явление приро
Генная инженерия и биотехнология
Многие вещи нам непонятны не потому, что наши понятия слабы; но потому, что сии вещи не входят в круг наших понятий.
Козьма Прутков
Результаты исследования молекулярной ген
Проблемы происхождения жизни во Вселенной
Река времени в своем стремленъи Уносит все дела людей. И топит в пропасти забвенья Народы, царства и царей.
Г. Державин
Представление о наличии жизни во Вселенной историчес
Вопросы для контроля знаний
1. Какие гипотезы происхождения живой материи вам известны? Дайте оценку гипотезе панспермии.
2. Какими признаками отличается живое от неживого? Какие аналогии между живой и нежи
Доказательства эволюции живого
Понятие "эволюция" употребляется в разных смыслах, но большей частью отождествляется с развитием. В ходе изложения нам уже приходилось говорить о глобальной эволюции Вселенной, геологичес
Пути и причины эволюции живого
Общаясь с дураком, не оберешься срама, Поэтому совет ты выслушай Хайяма: Яд, мудрецом тебе предложенный, прими, Из рук же дурака не принимай бальзама.
О. Хайям
Вопрос о пут
Эволюционная теория Дарвина
Тот, кто предупреждает нас о бесплодных путях, оказывает не меньшую услугу, чем тот, кто указывает правильный путь.
Гейне
Начало формирования теории эволюции, совершающейся
Современная теория органической эволюции
Ведь очень часто торопливость дум На ложный путь заводит безрассудно,
А там пристрастъя связывают ум.
Данте
Современная теория органической эволюции отличае
Синтетическая теория эволюции
Берегись, ибо жизнь — это сущность творенья, Как ее проведешь, так она и пройдет.
Омар Хайям
Генетика привела к новым представлениям об эволюции, получившим название
Другие концепции эволюции живого
Живи — радуйся тому,
Что из твоих трудов под солнцем
выйдет.
Поскольку из живущих никому
Не суждено грядущего увидеть.
Вопросы для контроля знаний
1. Чем отличается молекулярная структура живых систем от неживых?
2. Какую роль играют молекулы ДНК в передаче наследственности и как был расшифрован генетический код?
Человек как предмет естественно-научного познания
Проблема антропогенеза — возникновения человека — представляет большой научный интерес и вызывает жаркие споры среди ученых. Причина этому, с одной стороны, — огромное методологическое значение мат
Сходства и отличия человека от животных
Человек не ангел и не животное, и несчастье его в том, что чем больше он стремится уподобиться ангелу, тем больше превращается в животное.
Б. Паскаль
Для рассмотрения пробл
Концепции появления человека на Земле. Антропология
В этом замкнутом круге — крути
и не крути
Не удастся конца и начала найти.
Наша роль в этом мире — прийти
и уйти.
Эволюция культуры человека. Социобиология
Телесная красота человека есть нечто скотоподобное, если под ней не скрывается ум.
Демокрит
Одновременно с эволюцией человека как биологического вида происходила эволюция е
Проблемы поиска внеземных цивилизаций
У мира я в плену, — я это вижу
ясно:
Своею тягощусь природою
всечасно.
Ни тот, ни этот мир постичь
я не сум
Проблема связи с внеземными цивилизациями
Существуют великие люди, великие среди маленьких людей ... Но существует еще класс людей, которые стоят заведомо выше этого. Они создавали Вселенную и у них, у создателей Вселенной, чисты
Вопросы для контроля знаний
1. Какие гипотезы происхождения человека вам известны?
2. Какие сходства и отличия человека и животных вы знаете?
3. Что способствовало появлению у человека речи
Физиология человека
Физиологиячеловека как наука о жизнедеятельности здорового организма человека и функциях его составных частей: клеток, тканей, органов и систем — зародилась в XVIII столетии. Основ
Эмоции и творчество
Ничто — ни слова, ни мысли, ни даже поступки наши не выражают так ясно и верно нас самих, как наши чувствования; в них сложен характер не отдельной мысли, не отдельного решения, а всего с
Здоровье и работоспособность
Достойно лъ смиряться под
ударами судьбы
Иль надо оказать сопротивленъе
И в смертной схватке с целым
морем бед
Пок
Вопросы биомедицинской этики
Чтоб мудро жизнь прожить, знать
надобно немало,
Два важных правила запомни для начала:
Ты лучше голодай, чем что попало есть
И луч
Вопросы для контроля знаний
1. В чем сущность концепции о системе крови и кровообращения?
2. Каковы функции системы органов пищеварения?
3. Что такое метаболизм, анаболизм и катаболиз
Биосфера
Под биосферойпонимают тонкую оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. Биосфера находится на стыке литосферы, гидросферы и атмосфер
Экология
У пусть у гробового входа Младая будет жизнь играть, И равнодушная природа Красою вечною сиять.
А. Пушкин
Термин "экология" (от греческого oikos — жилище)
Современные проблемы экологии
Мы хотим, чтобы из глубокого, вдумчивого исследования природы рождалась не только мысль, но и дело.
А. Е. Ферсман
Загрязнение природной среды различными отходами производст
Ноосфера
Одному только разуму, как мудрому попечителю, должно вверять всю жизнь.
Пифагор
В 20-е годы XX в. в Париже на семинаре А. Бергсона русский ученый Владимир Иванович В
Демографическая проблема
Есть время жить — и время умирать. Всему свой срок. Всему приходит время. Есть время сеять — время собирать. Есть час любви — и ненависти час. И для войны есть время — и для мира.
Вопросы для контроля знаний
1. Что включает В. И. Вернадский в понятие биосферы?
2. На каких принципах основывается учение Вернадского о биосфере?
3. Как осуществляется переход от биосферы к
Системный метод исследования
В широком смысле слова под системным исследованием предметов и явлений окружающего нас мира понимают такой метод, при котором они рассматриваются как части и элементы определенного целостного образ
Кибернетика - наука о сложных системах
Наука — это неустанная многовековая работа мысли свести посредством системы все познаваемые явления нашего мира. А. Эйнштейн
Самым значительным шагом в формировании идеи сист
Методы математического моделирования
Тот, кто хочет решать вопросы естественных наук без помощи математики, ставит неразрешимую задачу. Следует измерять то, что измеримо, и делать измеримым то, что таковым, не является.
Математическое моделирование в экологии
Тысячи путей ведут к заблуждению, к истине — только один.
Ж. Ж. Руссо
Для исследования биологических систем, таких как биоценозы, биогеоценозы, можно применят
Вопросы для контроля знаний
1. Какие системы называются сложными?
2. Как понимать обратные связи в системах?
3. В чем состоит целесообразность системы?
4. Какое значение имее
Парадигма самоорганизации
В настоящее время концепция самоорганизации получает все большее распространение не только в естествознании, но и социально-гуманитарном познании. Поскольку большинство наук изучает процессы эволюц
Синергетика
Все исследуй, давай разуму первое место.
Пифагор
К установлению общего взгляда на процессы самоорганизации разные ученые шли различными путями. Автор самого термина "с
Особенности эволюции неравновесных систем
Наука — самое важное, самое прекрасное и самое нужное в жизни человека.
А. П. Чехов
Законы термодинамики, являющиеся обобщением большого количества экспериментальног
Самоорганизация - источник и основа эволюции
Что Дарвина ошибочно сужденъе: была любовь причиною рожденья.
Р. Гамзатов
Современное эволюционное мышление сложилось в XVIII и XIX вв. и неразрывно связано с великими имен
Самоорганизация в различных видах эволюции
На скорлупу и ядро бесцельно делить природу, все в ней нераздельно.
Гете
Теория самоорганизации, возникшая на основе исследования простейших физико-химических систем, оказа
Вопросы для контроля знаний
1. Почему концепция самоорганизации превратилась сегодня в парадигму исследования обширного класса сложноорганизованных систем?
2. Какие исследования называют междисциплинарными?
Особенности современного этапа развития науки
Усиление внимания к проблемам интеграции науки, в особенности к взаимодействию гуманитарных, социально-экономических, естественных и технических наук, неизбежно в условиях интенсификации научной де
Естествознание и мировоззрение
Все наши знания — прошлые, настоящие и будущие — ничто по сравнению с тем, о чем мы никогда не узнаем.
К. Э. Циолковский
Основная цельсовреме
Естествознание инаучно-техническая революция
Наука необходима народу. Страна, которая ее не развивает, неизбежно превращается в колонию.
Ф. Жолио-Кюри
Научно-техническая революция означает скачок в развитие производит
Общие закономерности современного естествознания
Наука является основой всякого прогресса, облегчающего жизнь человечества и уменьшающего его страдания.
М. Склодовская-Кюри
Основные наиболее общие закономерности современн
Современная естественно-научная картина мира и Человек
Знаний сердце мое никогда не чуждалось.
Мало тайн, мной не познанных,
в мире осталось.
Только знаю одно: ничего я не знаю —
Вот ит
Особенности в развитии современной науки
Наука не открывается каждому без усилий. Подавляющее число людей не имеет о науке никакого понятия. Она доступна лишь немногим.
К. Ясперс
Основной структурой познания в наи
Вопросы для контроля знаний
1. Каковы общие закономерности современного естествознания?
2. В чем состоит научно-техническая революция?
3. Какова современная классификация естественных наук?
Основная
1. Горелов А. А. Концепции современного естествознания. — М.: Центр, 1997.
2. Гусейханов М. К., Раджабов О. Р. Концепции современного естествознания. — М.: ИТК «Дашков и К°»,
Дополнительная
1. Абдулкадыров Ю. Н. Концепции современного естествознания. — Махачкала, 1996.
2. Амбарцумян В. А. Загадки Вселенной. — М.: Педагогика, 1987.
3. Аминьева Т. П.,
М. К. Гусейханов, О. Р. Раджабов Концепции современного естествознания
Учебник
Санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.99.02.953.Д.004609.07.04 от 13.07.2004 г.
Лицензия № 06473 от 19 декабря 2001 г.
Подписано в печать 26.02.2007
Новости и инфо для студентов