Основные черты - раздел Образование, Концепции современного естествознания
Вторая Половина Xix В. Характеризуется Высокими Темпами Разви...
Вторая половина XIX в. характеризуется высокими темпами развития всех сложившихся ранее и возникновением новых разделов физики. Особенно быстро развиваются теория теплоты и электродинамика. Теория теплоты развивается в двух направлениях: развитие термодинамики, непосредственно связанной с теплотехникой, и развитие кинетической теории газов, которое привело к возникновению статистической физики. В области электродинамики важнейшим событием явилось создание теории электромагнитного поля.
Характерная особенность развития физики этого периода — усиливающиеся противоречия между старыми механистическими, метафизическими методологическими установками и новым содержанием физической науки. Открытие закона сохранения и превращения энергии, развитие теории электромагнитного поля, кинетической теории теплоты требовали нового методологического подхода для их интерпретации. Но физики в основном продолжают оставаться в плену старой (метафизической, механистической) методологии. И теория электромагнитного поля, и кинетическая теория теплоты развиваются на основе механистических представлений. Господствует мнение, что до окончательного создания абсолютной механистической картины мира осталось совсем немного; и в связи с этим у многих физиков крепнет надежда на построение механической теории теплоты, механической теории электрических и магнитных явлений и т.п.
Развитие физики во второй половине XIX в. связано с материальным производством, промышленностью, индустрией еще более тесно, чем в первой половине XIX в. Результаты физических исследований все чаще становятся условием дальнейшего технического прогресса. Причем не только развитие уже существующих, но и возникновение новых отраслей техники было невозможно без предварительных научных исследований, научных открытий. Так, без исследований по термодинамике не могло быть и речи о совершенствовании паровой машины или создании новых типов тепловых двигателей — двигателя внутреннего сгорания, паровой турбины. Только на основе результатов научных исследований в области электричества и магнетизма, которые долгое время не имели практического применения в промышленном производстве, возникла электротехника.
8.1.2. От возникновения термодинамики к статистической физике: изучение необратимых систем
Для нас совершенно очевидно представление об однонаправленности из прошлого в будущее, необратимости и невозвратности времени. Это представление формируется на основе отражения большинства процессов, систем живой и неживой природы, с которыми человек повсеместно сталкивается в своей жизненной практике. И только очень небольшое количество механических систем (и то со значительной долей идеализации) относится к обратимым системам.
Соотношение обратимых и необратимых процессов можно проиллюстрировать на примере фильма о движении паровоза. Если мы будем смотреть такой фильм в обратном порядке и увидим, что поезд «пошел назад», то нам это не покажется неправдоподобным. Паровоз просто дал задний ход, и в этом нет ничего необычного: механические системы обратимы. Но вот в кадре дым паровоза: он образовывается в пространстве и втягивается в паровозную трубу. Такое событие (и совершенно справедливо) кажется абсолютно невозможным — оно равносильно признанию возможности движения времени вспять. В данном случае речь идет о тепловом необратимом процессе, который принципиально отличается от механических обратимых процессов.
Классическая механика долгое время занималась исключительно моделированием обратимых систем. Механические процессы обратимы: уравнения механики, в которые входит время t, симметричны по отношению к этому параметру, т.е. возможна замена t на -t. Только с возникновением термодинамики, с появлением необходимости изучения теплоты и молекулярных процессов физика перешла к познанию закономерностей необратимых систем.
В XIX в. термодинамика развивается как теоретическая база теплотехники и как важная отрасль теоретической физики, объясняющая сущность тепловой энергии. Основы термодинамики закладывались еще в начале XIX в., когда конструкторов паровых машин интересовал важный в теории тепловых двигателей вопрос: существует ли предел последовательного улучшения двигателей? Многочисленные конструкции нужно было сопоставить с идеальным двигателем, экономичность которого рассматривалась как максимальная. От чего же зависит экономичность такого идеального двигателя? Ограничена ли она? Эти и ряд других вопросов поставил перед собой французский инженер Сади Карно.
Карно показал, что теплота создает механическую работу только при тепловом «перепаде», т.е. наличии разности температур. Справедлива и обратная теорема: затрачивая механическую энергию, можно создать разность температур, которая определяет коэффициент полезного действия тепловых машин. Свои теоретические соображения Карно в конечном счете обосновывает невозможностью вечного двигателя, рассматривая это положение в качестве исходной аксиомы физики.
В свете закона сохранения и превращения энергии в середине ХIХ в. стало ясно, что теория Карно требует серьезной перестройки и дополнительного экспериментального исследования. На это обратили внимание Р. Клаузиус и В. Томсон (лорд Кельвин). Карно объяснял работу не потреблением теплоты, а ее падением; он считал, что теплота неуничтожаема. Карно сопоставляет работу с теплотой, перешедшей от тела с температурой Т1 к телу с температурой Т2. Клаузиус же сопоставляет работу с пропорциональной ей теплотой, исчезнувшей при таком переходе, т.е. перешедшей в работу. Клаузиус уставит задачу связать переход теплоты от одного тела к другому с превращением теплоты в работу и установить количественные соотношения между этими процессами. Решая эту задачу, Клаузиус вводит понятие энтропии — функции состояния системы.
Понятие энтропии является центральным в термодинамике. Оно относится к закрытым системам, находящимся в тепловом равновесии, которое можно охарактеризовать температурой Т. Изменение энтропии определяется формулой dE≥ dQ/T, где dQ - количество теплоты, обратимо подведенное к системе или отведенное от нее. Энтропия — это мера способности теплоты к превращению. В обратимых системах энтропия неизменна dE= dQ/T, а в необратимых — постоянно изменяется (dE > dQ/T). Второе начало термодинамики * гласит, что в замкнутой системе энтропия не может убывать, а лишь возрастает до тех пор, пока не достигнет максимума. Иначе говоря, запас энергии во Вселенной иссякает, происходит выравнивание температуры Вселенной, рассеяние энергии, а вся Вселенная неизбежно приближается к «тепловой смерти».
* В соответствии с первым началом термодинамики в замкнутой системе энергия сохраняется, хотя и может приобретать различные формы.
Термодинамические процессы необратимы, и ход событий во Вселенной невозможно повернуть вспять, чтобы воспрепятствовать возрастанию энтропии. Со временем способность Вселенной поддерживать организованные структуры ослабевает; и такие структуры распадаются на менее организованные, которые в большей мере наделены случайными элементами. С точки зрения классической термодинамики «тепловая смерть» Вселенной неизбежна. Вокруг этой проблемы среди естествоиспытателей и философов развернулась горячая дискуссия, которая с перерывами длится уже более сотни лет и не потеряла своего значения вплоть до настоящего времени.
Распространение второго начала термодинамики на необратимые процессы было завершающим шагом в установлении основ термодинамики, которая стала одной из важнейших отраслей физики.
Но раз теплота есть движение, то закономерно возникает задача исследовать природу и закономерности этого движения. Решение этой задачи привело к возникновению и развитию кинетической теории газов, которая в дальнейшем преобразовалась в новую отрасль физики — статистическую физику. В рамках кинетической теории газов были получены важные результаты: разработана кинетическая модель идеального газа (Р. Клаузиус), закон распределения скоростей молекул газа (Дж.К. Максвелл), теория реальных газов (Я.Д. Ван-дер-Ваальс), определены реальные размеры молекул, найдено число молекул в единице объема газа при нормальных условиях (число Лошмидта), число молекул в одной грамм-молекуле (число Авогадро) и др.
В кинетической теории газов была еще одна важная проблема — проблема молекулярного обоснования второго начала термодинамики. Постепенно сложился подход к решению этой задачи — вывести начала термодинамики из некоторого общего положения механики, ряда ее принципов. Здесь наиболее интересные и значительные результаты были получены Л. Больцманом, который считал, что в качестве такого общего положения можно использовать принцип наименьшего действия в обобщенном виде. В процессе исследований Больцман доказал знаменитую Н-теорему, согласно которой идеальный газ, находящийся первоначально в нестационарном состоянии, с течением времени сам собой должен переходить в состояние статистического равновесия. Эту теорему Больцман истолковал как доказательство статистического характера второго начала термодинамики. Из идеи статистической закономерности Больцман непосредственно выводит необратимость молекулярных процессов. Энергия переходит из менее вероятной формы в более вероятную. В случае если первоначальное распределение энергии в телах было менее вероятным, то в дальнейшем вероятность распределения увеличится. Больцман формулирует и ровую интерпретацию энтропии. В соответствии с ней энтропия (есть логарифм вероятности состояния системы Е = k lnW. Эта формула высечена на памятнике Больцману над его могилой на кладбище в Вене.
В 90-х гг. XIX в. развернулась полемика вокруг статистического толкования второго начала термодинамики. Больцман энергично защищал свои взгляды, но был одинок. И только в начале XX в. в контексте экспериментальных успехов в изучении броуновского движения теория Больцмана получила признание. Развивая идеи Больцмана, М. Смолуховский разрабатывает теорию флуктуаций и применяет ее к анализу явлений, в которых может непосредственно наблюдаться антиэнтропийное поведение. Смолуховский приходит к идее относительности обратимости и необратимости, их зависимости от времени, в течение которого наблюдается процесс.
Статистическая термодинамика находит свое развитие и завершение в работах Дж. Гиббса, в его статистической механике. Гиббс рассматривает статистическую механику как теорию ансамблей (мысленная совокупность невзаимодействующих систем), которые не зависимы от конкретного состава и строения тех систем, из которых они составлены. Статистическая механика Гиббса оказалась способна решать любую задачу относительно равновесной системы, состоящей из произвольного числа независимых компонентов и сосуществующих фаз. Но вопрос о противоречии обратимости и необратимости Гиббсом был по сути обойден.
Новый этап в развитии исследований необратимых систем наступил только в конце XX в., с созданием теории самоорганизации (синергетики) (см. 15.1).
Все темы данного раздела:
Концепции современного естествознания
Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по гуманитарным специальностям
Найдыш В.М.
Н20 Концепции современного естествознания: Учеб. пособие. -- М.:Гардарики,2001.-476с.
ISBN 5-8297-0001-8 (в пер.)
Естествознание, являясь основой всякого знания, в
Естествознание как отрасль научного познания
Наука — это один из древнейших, важнейших и сложнейших компонентов человеческой культуры. Это и целый многообразный мир человеческих знаний, который позволяет человеку преобразовы
B.I. Понятие культуры
Культура — одна из важнейших характеристик человеческой жизнедеятельности. Каждый индивид представляет собой сложную биосоциальную систему, функционирующую за счет взаимодействия
В.2. Материальная и духовная культура
Понятие культуры очень широкое. Оно охватывает по сути бесконечное множество самых разнообразных вещей и процессов, связанных с деятельностью человека и ее результатами. Многообраз
В.З. Наука как компонент духовной культуры
Наука является одним из важнейших основных компонентов духовной культуры. Ее особое место в духовной культуре определяется значением познания в способе бытия человека в мире, в пра
В.5. Структура естественно-научного познания
Понятие метода и методологии. Большую роль в научном познании играет научный метод. Чтобы понять, что такое научный метод, рассмотрим сначала, что такое метод вообщ
НАКОПЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ЗНАНИЙ В СИСТЕМЕ ПЕРВОБЫТНОГО СОЗНАНИЯ
Как мы уже отмечали, наука — это определенная историческая форма незнания. Она складывается в древнегреческой цивилизации в первом тысячелетии до н.э. как результат длительного разв
Повседневное, стихийно-эмпирическое знание
Первобытное обыденное, повседневное сознание было достаточно емким по содержанию. Оно включало очень много конкретных знаний о той среде, в которой человек жил, боролся за свое сущ
Зарождение счета
Одна из особенностей развития первобытного сознания — формирование способности отражать и выражать количественные характеристики действительности. Становление категории количества
Мифология
Мифологическая картина мира. Высшим уровнем первобытного сознания являлась мифология. Мифология — это некоторый «дотеортический» способ обобщения, систематизации ст
Неолитическая революция
В X—IX тыс. до н.э. наметился переход к качественно новому этапу развития каменного века, получившему название неолита — нового каменного века. Неолит характеризуется прежде всего з
Рационализация форм деятельности и общения
Присваивающее хозяйство задавало тот тип отношения человека к миру, при котором человек являлся только пассивным потребителем даров природы, по сути, выступал лишь одним из звеньев
Возникновение письменности
Грандиозным по своей исторической значимости и последствиям событием было возникновение письменности. Письменность по сравнению с речью — принципиально новое средство общения, позво
От Мифа к Логосу (Науке)
В эпоху классообразования и раннеклассовых обществ духовная культура находится в состоянии перехода от мифологического первобытного мышления к новому историческому типу культуры. Ра
Географические знания.
Рост населения, его подвижности, динамизма образа жизни, укрепление племенных союзов, развитие военного дела, политический и военный экспансионизм, развитие обмена, торговли — все
Биологические, медицинские и химические знания
Становление производящего хозяйства (земледелия и скотоводства) стимулировало и развитие биологических знаний. Прежде всего это связано с доместикацией, имевшей колоссальное значени
Астрономические знания
Осознание связи небесных явлений и сезонов года. Развитие астрономических знаний в рассматриваемую эпоху определялось в первую очередь потребностями совершенствован
Математические знания
В рассматриваемую эпоху математические знания развивались в следующих основных направлениях.
Во-первых, расширяются пределы считаемых предметов, появляются словесные обозна
СОЗДАНИЕ ПЕРВОЙ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА В ДРЕВНЕГРЕЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЕ
Античная цивилизация — величайшее и прекраснейшее явление в истории человечества. Невозможно переоценить роль и значение античной цивилизации, ее заслуги перед всемирно-исторически
Культурно-исторические особенности древнегреческой цивилизации
Расцвет эллинской культуры и формирование античной цивилизации I тыс. до н.э. были подготовлены предшествующим двухтысячелетним развитием протогреческих и раннегреческих племен в э
От Хаоса к Космосу
Переход к научному познанию мира предполагал выработку качественно нового (по сравнению с мифологическим) представления о мире. В таком немифологическом мире существуют не антропомо
Категория субстанции
Непосредственно возникновение европейской науки принято связывать с милетской школой, названной так потому, что первые ученые Древней Греции были жителями города Милет, расположенно
Пифагорейский союз
В конце VI в. до н.э. центр научной мысли Древней Греции перемещается с востока средиземноморского мира на его запад — на побережие Южной Италии и Сицилии, где греки основали свои к
Математические и естественно-научные достижения пифагореизма
При всей противоречивости пифагореизма (а может быть, благодаря ей) пифагорейская школа внесла величайший вклад в развитие конкретно-научного познания. Прежде всего это касается ма
Великое открытие элеатов
Особое место в истории античной культуры занимает элейская школа. Представителям ее принадлежит великое открытие — наличие противоречия между двумя картинами мира в сознании человек
Атомистическая программа
Одной из вершин античной культуры являлось атомистическое учение Демокрита, основоположника античного материализма. Жизнь Демокрита — образец глубокой преданности науке, познанию м
Математическая программа
Если Демокрит решает сформулированное элеатами противоречие в духе первичности и единственности чувственной реальности, то Платон считает логически допустимым другой путь. Противоре
Физика и космология Аристотеля
Один из важнейших итогов развития древнегреческой культуры — разработка первой естественно-научной картины мира. Она сложилась в результате синтеза следующих отраслей познания: фил
Учение Аристотеля о материи и форме
Аристотель — величайший древнегреческий философ, мыслитель, ученый; учитель и наставник Александра Македонского. Аристотелевское учение явилось грандиозным универсальным синтезом в
Космология Аристотеля
Каждый первоэлемент имеет свое место. В центре мира находится элемент земли, который образует нашу планету. Земля является центром Вселенной, она неподвижна и имеет сферическую фор
Основные представления аристотелевской механики
Историческая заслуга Аристотеля перед естествознанием состоит и том, что он стал основателем системы знаний о природе — физики. Центральное понятие аристотелевской физики — понятие
Культура эллинизма
В Вавилоне 10 июня 323 г. до н.э. от ран и болезней скончался Александр Македонский, который создал за двенадцать с половиной лет царствования и непрерывных завоевательных походов г
Александрийская математическая школа
В древнегреческой культуре обстоятельное развитие получила прежде всего математика. Уже в V—IV вв. до н.э. в древнегреческой математике были разработаны геометрическая алгебра, те
Развитие теоретической и прикладной механики
Теоретическая механика. Из трех составных частей механики (статика, кинематика, динамика) в древнегреческий период наиболее обстоятельно была разработана статика (
Становление математической астрономии
Предпосылки теоретизации астрономии. Требование «спасения явлений». Развитие древнегреческой астрономии шло по пути, во-первых, накопления эмпирических наблюдательн
Геоцентрическая система Птолемея
Благодаря Гиппарху астрономия становилась точной математической наукой, что позволяло приступить к созданию универсальной тематической теории астрономических явлений. За решение это
Античные толкования проблемы происхождения и развития живого
Особо следует сказать о развитии биологических знаний в античности. Здесь достижения не были столь выдающимися, как в астрономии и математике, но тем не менее значительный прогресс
Биологические воззрения Аристотеля
Аристотелю были глубоко чужды представления Эмпедокла об органическом мире и его происхождении. Мировоззрение Аристотеля проникнуто телеологизмом и отрицанием эволюционизма. При это
Накопление рациональных биологических знаний в античности
Наряду с формированием умозрительных схем о происхождении живого античность постепенно накапливает эмпирические биологические знания, формирует концептуальный аппарат протобиологии.
Античные представления о происхождении человека
Задумывалась античность и над проблемой происхождения человека. В эпоху первобытного и раннеклассового общества, интересуясь своим прошлым, человек представлял его в виде генеалогич
Упадок античной науки
В первые века нашей эры обострились социально-экономические, политические и культурные противоречия, свойственные рабовладельческой формации. Римская империя в V в. н.э. распалась
ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ В ЭПОХУ СРЕДНЕВЕКОВЬЯ
Эпоха феодального средневековья качественно отличается от античной. Значительные изменения произошли в сферах деятельности, общения людей, в системе духовной культуры.
Дея
Доминирование ценностного над познавательным
Привязанность к земле, малая подвижность населения, подчиненность образа жизни ритмике природных процессов, слабость связей общения — все это определяло значительную слитность чело
Отношение к познанию природы
Выделяя себя из природы, но не противопоставляя себя ей, средневековый человек не сформулировал еще своего отношения к природе как самостоятельной сущности. В качестве определяющего
Особенности познавательной деятельности
Хотим мы этого или нет, но познание мира, производство нового знания — историческая необходимость. Поэтому и в консервативном средневековом феодальном обществе складываются традиции
Естественно-научные достижения средневековой арабской культуры
По-разному сложились исторические судьбы Западной и Восточной Римской империи. Социально-экономический и культурный уровень стран Восточного Средиземноморья, Ближнего Востока (больш
Математические достижения
Арабы существенно расширили античную систему математических знаний. Они заимствовали из Индии и широко использовали десятичную позиционную систему счисления. Она проникла по караван
Физика и астрономия
Из разделов механики наибольшее развитие получила статика, чему способствовали условия экономической жизни средневекового Востока. Интенсивное денежное обращение и торговля,
Становление науки в средневековой Европе
К концу XII — началу XIII в. обозначился застой в социально-экономическом и культурном развитии ближневосточных стран. Страны же Западной Европы, напротив, стали «обгонять» мусульм
Физические идеи средневековья
В период позднего средневековья (XIV—XV вв.) постепенно осуществляется пересмотр основных представлений античной естественно-научной картины мира и складываются предпосылки для соз
Алхимия как феномен средневековой культуры
Алхимия складывалась в эпоху эллинизма на основе слияния прикладной химии египтян с греческой натурфилософией, мистикой и астрологией (золото соотносили с Солнцем, серебро — с Лун
Религиозная трактовка происхождения человека
В области биологии средневековье не дало новых идей. При этом многие античные достижения были либо утеряны, либо переинтерпретированы в религиозном духе. Особенно это касается таких
Историческое значение средневекового познания
Историческая роль средневекового сознания состояла не в поиске новых рациональных форм знания, отражающих объективные законы природы, а в пролиферации, умножении связей и отношений
ПОЗНАНИЕ ПРИРОДЫ В ЭПОХУ ВОЗРОЖДЕНИЯ
Новый величайший переворот в системе культуры происходит в эпоху Возрождения, которая охватывает XIV — начало XVII в. Эпоха Возрождения — эпоха становления капиталистических отношен
Ренессанская мировоззренческая революция
В эпоху Возрождения была проведена основная мыслительная работа, подготовившая возникновение классического естествознания. Это стало возможным благодаря мировоззренческой революции
Зарождение научной биологии
Стихийно-эмпирическое накопление знаний о мире органических явлений длилось тысячелетиями. Но долгое время знания о биологических явлениях не выделялись из общей совокупности знаний
Гелиоцентрическая система мира
В эпоху раннего средневековья в Европе безраздельно господствовалa библейская картина мира. Затем она сменилась догматизированным аристотелизмом и геоцентрической системой Птолемея
Картезианская физика
Огромное влияние на развитие теоретической мысли в физике ХVII в. оказал великий французский мыслитель и ученый Рене Декарт (Картезий). Критически пересмотрев старую схоластическую
Новые идеи в динамике Солнечной системы
Ученые XVII в. внесли свой вклад в развитие предпосылок классической механики. Весьма значительной была роль парижского астронома Ж.Б. Буйо, который высказал в своей книге (1645)
Ньютонианская революция
Результаты естествознания XVII в. обобщил Исаак Ньютон. Именно он завершил постройку фундамента нового классического естествознания. Вразрез с многовековыми традициями в науке Ньют
Создание теории тяготения
С именем Ньютона связано открытие или окончательная формулировка основных законов динамики: закона инерции; пропорциональности между количеством движения mv и движущей силой
Корпускулярная теория света
Оптика — важнейшая часть физики, более «молодая», чем механика. Начало научной оптики связано с открытием законов отражения и преломления света в начале XVII в. (В. Снеллиус, Р. Дек
Космология Ньютона
Несмотря на свой знаменитый девиз «Гипотез не измышляю!», Ньютон как мыслитель крупнейшего масштаба не мог не задумываться и над общими проблемами мироздания. Так, в частности, он
Изучение магнитных и электрических явлений в XVII в.
Но XVII в. — это не только время радикальных революционных преобразований в механике и астрономии. В XVII в. начинается систематическое изучение магнитных и электрических явлений,
Принцип дальнодействия
Но как это обычно бывает, большинство последователей Ньютона нередко отходили от его подлинно глубоких идей, забыв или вовсе не зная о его осторожных и тонких замечаниях. В XVIII в.
Теория теплорода
Если силы тяготения действуют между всеми материальными телами, то магнитными силами обладает только железо в намагниченном состоянии, а электрические силы присущи многим телам, но
Развитие учения об электричестве и магнетизме в XVIII в.
В первой половине XVIII в. были получены качественно новые результаты в области изучения электрических явлений. Так, в 1729 г. англичанин С. Грей открыл явление электрической прово
Волновая теория света
Интерес к оптическим проблемам в начале XIX в. был продиктован развитием учения об электричестве, химии и паротехнике. Казалось очень вероятным, что в природе теплоты, света и элект
Проблема эфира
Любая новая теория, решая одни проблемы, вместе с тем ставит и ряд новых. Так случилось и с волновой теорией света. В отличие от корпускулярной волновая теория света должна была реш
Возникновение полевой концепции
Для физика начала XIX в. не существовало понятия о поле как реальной среде, являющейся носителем определенных сил. Но в первой половине XIX в. началось становление континуальной, п
Закон сохранения и превращения энергии
В первой половине XIX в. постепенно вызревает и утверждается идея единства различных типов физических процессов, их взаимного превращения. Изучение процесса превращения теплоты в р
Концепции пространства и времени
В обосновании классической механики большую роль играли введенные И. Ньютоном понятия абсолютного пространства и абсолютного времени. Эти понятия лежат в основании субстанциальной
Создание внегалактической астрономии
В течение столетий астрономия развивалась как наука о Солнечной системе, а мир звезд оставался целиком загадочным. Только в XVIII в. обозначился переход астрономии к изучению мира з
Формирование идеи развития природы
Идея развития природы — это представление о том, что природа в ходе непрерывного движения и изменения своих форм с течением времени образует (либо сама, либо с помощью надприродных,
Идея развития в астрономии
Идею развития природы внес в новоевропейскую науку Р. Декарт в своей космогонии (см. 6.2.2). Декарт отвергал библейскую догму о происхождении мира в шесть дней и создал теоретическу
Космогония И. Канта
Исходная позиция Канта — несогласие с выводом Ньютона о необходимости божественного «первотолчка» для возникновения орбитального движения планет. По Канту, происхождение тангенциа
От алхимии к научной химии
Во второй половине XVII в. алхимическая традиция постепенно исчерпывает себя. В течение более чем тысячи лет алхимики исходили из уверенности в неограниченных возможностях превраще
Победа атомно-молекулярного учения
Следующий важный шаг в развитии научной химии был сделан Дж. Дальтоном, ткачом и школьным учителем из Манчестера. Изучая химический состав газов, он исследовал весовые количества ки
Образы, идеи, принципы и понятия биологии XVIII в.
Особое место занимает XVIII в. в истории биологии. Именно в XVIII в. в биологическом познании происходит коренной перелом в направлении систематической разработки научных методов по
От концепций трансформации видов к идее эволюции
Начиная с середины XVIII в. концепции трансформизма получили широкое распространение. Их было множество, и различались они представлениями о том, какие таксоны и каким образом могут
Ламаркизм
Ж.Б. Ламарк, ботаник при Королевском ботаническом саде, первый предложил развернутую концепцию эволюции органического мира. Он остро осознавал необходимость формулирования новых тео
Катастрофизм
Иным образом конкретизировалась идея развития в учении катастрофизма (Ж. Кювье, Л. Агассис, А. Седжвик, У. Букланд, А. Мильн-Эдвардс, Р.И. Мурчисон, Р. Оуэн и др.). Здесь идея биоло
Униформизм. Актуалистический метод
В XVIII — первой половине XIX в. была обстоятельно разработана концепция униформизма (Дж. Геттон, Ч. Лайель, М. В. Ломоносов, К. Гофф и др.). Если катастрофизм вводил в теорию разви
Дарвиновская революция
И ламаркизм, и катастрофизм, и униформизм — гипотезы, которые были необходимыми звеньями в цепи развития предпосылок теории естественного отбора, промежуточными формами конкретизаци
Развитие представлений о пространстве и времени
Во второй половине XIX в. физики все чаще анализируют фундаментальные основания классической механики. Прежде всего это касается понятий пространства и времени, их ньютоновской тр
Теория электромагнитного поля
К середине XIX в. в тех отраслях физики, где изучались электрические и магнитные явления, был накоплен богатый эмпирический материал, сформулирован целый ряд важных закономерносте
Великие открытия
Конец XIX в. в истории физики отмечен рядом принципиальных открытий, которые привели к научной революции на рубеже XIX—XX вв.: открытие рентгеновских лучей, открытие электрона и уст
Кризис в физике на рубеже веков
С XVII в. в физике и механистической философии массу понимали , как количество материи в теле и рассматривали как основной признак материальности. Открытие зависимости массы электр
Утверждение теории эволюции Ч. Дарвина
Нужно определенное время, чтобы новая теория окончательно утвердилась в науке. Процесс утверждения теории есть процесс превращения предпосылок теории в ее неотъемлемые компоненты,
Становление учения о наследственности (генетики)
Истоки знаний о наследственности весьма древние. Наследственность как одна из существенных характеристик живого известна очень давно, представления о ней складывались еще в эпоху а
Создание А. Эйнштейном специальной теории относительности
В сентябре 1905 г. в немецком журнале «Annalen der Physik» появилась работа А. Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел». Эйнштейн сформулировал основные положения СТО, которая
Принципы и понятия эйнштейновской теории гравитации
Классическая механика и СТО формулируют закономерности физических явлений только для некоторого достаточно узкого класса инерциальных систем отсчета, не предлагая средств для реаль
Экспериментальная проверка общей теории относительности
Первый успех ОТО, которая стала фундаментом для выявления новых и объяснения известных общих свойств и закономерностей Вселенной, заключался в объяснении открытой еще в 1859 г. (и н
Современное состояние теории гравитациии ее роль в физике
В физике XX в. ОТО сыграла особую и своеобразную роль.
Во-первых, она представляет собой новую теорию тяготения, хотя, возможно, и не вполне завершена и не лишена некоторых
Гипотеза квантов
Истоки квантовой физики можно найти в исследованиях процессов излучения тел. Еще в 1809 г. П. Прево сделал вывод, что каждое тело излучает независимо от окружающей среды. Развитие с
Теория атома И. Бора. Принцип соответствия
В свете тех выдающихся открытий конца XIX в., которые революционизировали физику, одной из ключевых стала проблема строения атомов. Еще в 1889 г. в своей Фарадеевской лекции Д.И. М
Создание нерелятивистской квантовой механики
Такие новые представления и принципы были созданы плеядой выдающихся физиков XX в. в 1925—1927 гг.: В. Гейзенберг установил основы так называемой матричной механики; Л. де Бройль,
Проблема интерпретации квантовой механики. Принцип дополнительности
Созданный группой физиков в 1925—1927 гг. формальный математический аппарат квантовой механики убедительно продемонстрировал свои широкие возможности по количественному охвату зна
МИР ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
Во второй половине XX в. физики, занятые изучением фундаментальной структуры материи, получили поистине удивительные результаты. Было открыто множество новых субатомных частиц. Их о
Гравитация
В свой повседневной жизни человек сталкивается с множеством сил, действующих на тела: сила ветра или потока воды; давление воздуха; мощный выброс взрывающихся химических веществ; му
Электромагнетизм
По величине электрические силы намного превосходят гравитационные, поэтому в отличие от слабого гравитационного взаимодействия электрические силы, действующие между телами обычных
Слабое взаимодействие
К выявлению существования слабого взаимодействия физика продвигалась медленно. Слабое взаимодействие ответственно за распады частиц; и поэтому с его проявлением столкнулись с откр
Сильное взаимодействие
Последнее в ряду фундаментальных взаимодействий — сильное взаимодействие, которое является источником огромной энергии. Наиболее характерный пример энергии, высвобождаемой сильным
Проблема единства физики
Познание есть обобщение действительности, и поэтому цель науки — поиск единства в природе, связывание разрозненных фрагментов знания в единую картину. Для того чтобы создать единую
Характеристики субатомных частиц
Исторически первыми экспериментально обнаруженными элементарными частицами были электрон, протон, а затем нейтрон. Казалось, что этих частиц и фотона (кванта электромагнитного пол
Лептоны
Хотя лептоны могут иметь электрический заряд, а могут и не иметь, спин у всех у них равен 1/2. Среди лептонов наиболее известен электрон. Электрон — это первая из открытых элементар
L0.2.3. Адроны
Если лептонов двенадцать, то адронов сотни; и подавляющее большинство из них резонансы, т.е. крайне нестабильные частицы. Тот факт, что адронов существует сотни, наводит на мысль,
Частицы - переносчики взаимодействий
Перечень известных частиц не исчерпывается лептонами и адронами, образующими строительный материал вещества. В этот перечень не включен, например, фотон. Есть еще один тип частиц, к
Квантовая электродинамика
Квантовая механика позволяет описывать движение элементарных частиц, но не их порождение или уничтожение, т.е. применяется лишь для описания систем с неизменным числом частиц. Обобщ
Теория кварков
Теория кварков — это теория строения адронов *. Основная идея этой теории очень проста: все адроны построены из более мелких частиц — кварков. Кварки несут дробный электрический за
Теория электрослабого взаимодействия
В 70-е гг. XX в. в естествознании произошло выдающееся событие: два фундаментальных взаимодействия из четырех физики объединили в одно. Картина фундаментальных взаимодействий неско
Квантовая хромодинамика
Следующий шаг на пути познания фундаментальных взаимодействий — создание теории сильного взаимодействия. Для этого необходимо придать черты калибровочного поля сильному взаимодейс
На пути к Великому объединению
С созданием квантовой хромодинамики появилась надежда на построение единой теории всех (или хотя бы трех из четырех) фундаментальных взаимодействий. Модели, единым образом опис
ОСОБЕННОСТИ АСТРОНОМИИ XX в.
В XX в. в астрономии произошли поистине радикальные изменения. Прежде всего значительно расширился и обогатился теоретический фундамент астрономических наук. Начиная с 20-30-х гг. в
Изменения способа познания в астрономии ХХ в.
Общая теория относительности дала возможность модельного теоретического описания явлений космологического масштаба и по сути впервые поставила космологию — эту важную отрасль астро
Новая астрономическая революция
Попытки объяснить эти и другие новейшие открытия столкнулись с рядом принципиальных трудностей, преодоление которых связано с необходимостью совершенствования теоретико-методологиче
Планеты и их спутники
Земля — спутник Солнца в мировом пространстве, вечно кружащийся вокруг этого источника тепла и света, делающего возможной жизнь на Земле. Самыми яркими из постоянно наблюдаемых нами
Строение планет
Строение планет слоистое. Выделяют несколько сферических оболочек, различающихся по химическому составу, фазовому состоянию, плотности и другим характеристикам.
Все планет
Происхождение планет
Предполагается, что планеты возникли одновременно (или почти одновременно) 4,6 млрд лет назад из газово-пылевой туманности, имевшей форму диска, в центре которого располагалось моло
Химический состав вещества во Вселенной
Для понимания структуры и эволюции Вселенной очень важен вопрос о химическом составе вещества во Вселенной.
Как известно, всякое вещество состоит из атомов. В естественном
Звезда - газовый шар
Звезды — далекие солнца. Звезды — это огромные раскаленные солнца, но столь удаленные от нас по сравнению с планетами Солнечной системы, что, хотя они сияют в миллионы раз ярче, их
Общее представление о галактиках и их изучении
Вскоре после изобретения телескопа внимание наблюдателей привлекли многочисленные светлые пятна туманного вида, так и названные туманностями, видимые в разных созвездиях неизменно
Наша Галактика - звездный дом человечества
Особый интерес вызывает вопрос о том, что представляет собой наш звездный дом — наша Галактика. Те отдельные звезды, которые мы можем различить на ночном небе,— просто ближайшие к н
Межзвездная среда
Хотя в мощные телескопы нам удается увидеть только галактики, в темных пространствах, разделяющих их, несомненно присутствует вещество. Вопрос в том, сколько его и в каком состоянии
Понятие Метагалактики
Совокупность галактик всех типов, квазаров, межгалактической среды образует Метагалактику — доступную наблюдениям часть Вселенной.
Одно из важнейших свойств Метагалактики
Особенности современной космологии
Вселенная как целое является предметом особой астрономической науки — космологии, имеющей древнюю историю. Истоки ее уходят в античность. Космология долгое время находилась под знач
Модель горячей Вселенной
В основе современных представлений об эволюции Вселенной лежит модель горячей Вселенной, или «Большого Взрыва», основы которой были заложены в трудах американского физика русского п
Первые секунды Вселенной
Ранняя Вселенная представляла собой гигантскую лабораторию природы, в которой энергия, высвободившаяся в результате Большого взрыва, пробудила физические процессы, не воспроизводимы
От первых минут Вселенной до образования звезд и галактик
Методом математического моделирования астрофизикам удалось воспроизвести детали ядерных процессов, происходивших в первые минуты существования Вселенной *.
* См.: Вайнбе
Образование тяжелых химических элементов
Таким образом, согласно современным космологическим представлениям, атомы существовали не всегда: они являются реликтами физических процессов, происходивших в глубинах Вселенной з
Сценарии будущего Вселенной
Любопытно знать не только далекое прошлое Вселенной, но и ее далекое будущее. Тем более что это будущее не менее поразительно, чем ее прошлое. Теоретическое моделирование будущего В
Понятие внеземных цивилизаций. Вопрос об их возможной распространенности
В последние десятилетия в массовом сознании отмечается наплыв очередной волны мистицизма. На этом фоне широкое распространение получило обсуждение вопроса о внеземных цивилизациях,
Типы контактов с внеземными цивилизациями
Тема контактов со внеземными цивилизациями — пожалуй, одна из самых популярных в научно-фантастической литературе и кинематографии. Она вызывает, как правило, самый горячий интерес
Поиски внеземных цивилизаций
Изучению внеземных цивилизаций должно предшествовать установление той или иной формы связи с ними. В настоящее время наметилось несколько направлений поиска следов активности внез
ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИИ XX в.
В XX в. динамичное развитие биологического познания позволило открыть молекулярные основы живого и непосредственно приблизиться к решению величайшей проблемы науки — раскрытию сущн
Хромосомная теория наследственности
Вступление в XX в. ознаменовалось в биологии бурным развитием генетики. Важнейшим исходным событием явилось новое открытие законов Менделя. В 1900 г. законы Менделя были переоткрыты
Создание синтетической теории эволюции
Преодоление противоречий между эволюционной теорией и генетикой стало возможным с созданием синтетической теории эволюции, которая выступает основанием всей системы современной эво
Революция в молекулярной, биологии
Во второй половине 40-х гг. в биологии произошло важное событие — осуществлен переход от белковой к нуклеиновой трактовке природы гена. Предпосылки новых открытий в области биохимии
Методологические установки современной биологии
Методологические установки биологии XX в. значительно отличаются от методологических регулятивов классической биологии (см. 7.4.7.). Основные направления, по которым произошло их р
Существенные черты живых систем
Число видов ныне существующих растений достигает более 500 тыс., из них цветковых примерно 300 000. Царство животных не менее разнообразно, чем царство растений, а по числу видов жи
Основные уровни организации живого
Системно-структурные уровни организации многообразных форм живого достаточно многочисленны. Среди них: молекулярный, клеточный, тканевой, органный, онтогенетический, популяционный,
Развитие представлений о происхождении жизни
Происхождение жизни — одна из трех важнейших мировоззренческих проблем наряду с проблемой происхождения нашей Вселенной и проблемой происхождения человека.
Попытки понять,
Возникновение жизни
С позиций современной науки жизнь возникла из неживого вещества в результате эволюции материи, является результатом естественных процессов, происходивших во Вселенной. Жизнь — это свойство материи
Основные этапы геологической истории Земли
Прежде чем перейти к рассмотрению развития органического мира, ознакомимся с основными этапами геологической истории Земли.
Геологическая история Земли подразделяется на кр
Начальные этапы эволюции жизни
Более 3,5 млрд лет назад на дне мелководных, теплых и богатых питательными веществами морей, водоемов возникла жизнь в виде мельчайших примитивных существ. Первый период развития ор
Образование царства растений и царства животных
Дальнейшая эволюция эукариотов была связана с разделением на растительные и животные клетки. Это разделение произошло еще в протерозое, когда мир был заселен одноклеточными организм
Завоевание суши
Важнейшим событием в эволюции форм живого являлся выход растений и живых существ из воды и последующее образование большого многообразия наземных растений и животных. Из них в дал
Основные пути эволюции наземных растений
Эволюция растений после выхода на сушу была связана с усилением компактности тела, развитием корневой системы, тканей, клеток, проводящей системы, изменением способов размножения, р
Пути эволюции животных
Вышедшие на сушу рептилии оказались перспективной формой. Возникло множество видов рептилий; они осваивали все новые места обитания. При этом одни (большинство) уходили от воды, а
ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА И ОБЩЕСТВА (антропосоциогенез)
Что такое человек ? Каково место человека в природе? Вечно ли существует человек или он возник на каком-то этапе развития мира? Если он возник исторически, то каким образом? Каким б
Естествознание XVII— первой половины XIXв. о происхождении человека
Несмотря на ряд гениальных догадок, проблема происхождения человека и общества в древности и средневековье была покрыта наслоениями мифологии, мистики, религиозных домыслов, умозр
Абиотические предпосылки
Каким же образом происходило естественное возникновение человека, общества и сознания? Каковы основные закономерности антропосоциогенеза, этого связующего звена между историей природы, и историей
Биологические предпосылки
Для понимания антропосоциогенеза большое значение имеет анализ эволюции высших биологических организмов, их анатомо-физиологического строения, которое явилось предпосылкой формирова
Возникновение труда
14.3.1. «Человек умелый»
Биологическая эволюция австралопитековых протекала в сложных условиях. Переход от древесной жизни к наземной сопро
Развитие древнейшей техники человека
С возникновением гомо хабилис начался длительный период сосуществования социальных и биологических закономерностей, на протяжении которого биологические факторы и закономерности п
Биологические предпосылки социальных отношений
Генезис человека — это единый процесс морфофизиологического превращения животного в человека (антропогенез) и стадных объединений животных в человеческое общество (социогенез). Ста
Раскрытие тайны происхождения сознания
Важной стороной антропосоциогенеза являлся генезис сознания. Сознание — высшая форма отражения мира. Носителем сознания выступает человек, обладающий мозгом — высокоразвитой матер
Генезис языка
Генезис и развитие сознания неразрывно связаны с генезисом и развитием языка, речи. Происхождение и начальные этапы развития языка — одна из интереснейших проблем истории культуры.
ТЕОРИЯ САМООРГАНИЗАЦИИ (СИНЕРГЕТИКА)
В течение последних трех столетий естествознание развивалось невероятно динамично. Горизонт научного познания расширился поистине до фантастических размеров. На микроскопическом к
От моделирования простых систем к моделированию сложных
Классическое и неклассическое естествознание объединяет одна общая черта: их предмет познания — это простые (замкнутые, изолированные, обратимые во времени) системы. Однако такое п
Характеристики самоорганизующихся систем
Итак, предметом синергетики являются сложные самоорганизующиеся системы. Один из основоположников синергетики Г. Хакен определяет понятие самоорганизующейся системы следующим обра
Открытость
Объект изучения классической термодинамики — закрытые системы, т.е. системы, которые не обмениваются со средой веществом, энергией и информацией. Напомним, что центральным понятием
Нелинейность
Но если большинство систем Вселенной носит открытый характер, то это значит, что во Вселенной доминируют не стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновесность. Неравновес
Диссипативность
Открытые неравновесные системы, активно взаимодействующие с внешней средой, могут приобретать особое динамическое состояние — диссипативность, которую можно определить как качестве
Закономерности самоорганизации
Главная идея синергетики — это идея о принципиальной возможности спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Решаю
ГЛОБАЛЬНЫЙ ЭВОЛЮЦИОНИЗМ
Одна из важнейших идей европейской цивилизации — идея развития мира. В своих простейших и неразвитых формах (преформизм, эпигенез, кантовская космогония) она начала проникать в ест
Естествознание как революционизирующая сила цивилизации
Естествознание — и продукт цивилизации, и условие ее развития. С помощью науки человек развивает материальное производство, совершенствует общественные отношения, воспитывает и обу
Наука и квазинаучные формы духовной культуры
Наука — компонент духовной культуры, поэтому процессы, которые происходят во всей системе культуры в той или иной форме отражаются и на науке. Так, всплеск в конце XX в. очередной
ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ
Аберрация: 1) оптических систем — погрешности изображений, даваемых оптическими системами. Проявляется в том, что оптические изображения в ряде случаев не вполне отчетливы
ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ
Августин Блаженный (354—430) — христианский теолог, представитель западной патристики 141
Авенариус Рихард (1843-1896) -швейцарский естествоиспытатель и философ-идеал
ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
а. е. — астрономическая единица, расстояние от Земли до Солнца
Световой год — расстояние, которое проходит луч света за один год
°,', " — граду
СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ НЕКОТОРЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ ВЕЛИЧИНАМИ
1 а. е. =149 600 000 км
Световой год равен 9,46 • 1015 м = 0,3 пк, или около 10. 000 млрд км
Парсек (пк) - единица для выражения межзвездных расстояний,
Новости и инфо для студентов