 |
Тема 1-02-02. Эволюция представлений о пространстве и времени
|
|
|
|
Тезаурус 2009 по дисциплине КСЕ
Для специальностей с числом часов по ГОС
Меньше 130 (уровень 1)
Эволюция научного метода и естественнонаучной картины мира
Тема 1-01-01. Научный метод познания
Методология
Свойства научного знания:
- объективность
- достоверность
- точность
- системность
Эмпирическое и теоретическое познание
Методы научного познания:
- наблюдение
- измерение
- индукция
- дедукция
- анализ
- синтез
- абстрагирование
- моделирование
- эксперимент
Гипотеза
Требования к научным гипотезам:
- соответствие эмпирическим фактам
- проверяемость (принципы верификации и фальсификации)
Научная теория
Область применимости теории
Принцип соответствия
Тема 1-01-02. Естественнонаучная и гуманитарная культуры
Естествознание как комплекс наук о природе (естественных наук)
Дифференциация наук
Интеграция наук
Гуманитарные науки
Гуманитарно-художественная культура, её основные отличия от научно-технической:
- субъективность знания
- нестрогий образный язык
- выделение индивидуальных свойств изучаемых предметов
- сложность (или невозможность) верификации и фальсификации
Математика как язык естествознания
Псевдонаука как имитация научной деятельности
Отличительные признаки псевдонауки:
- фрагментарность (несистемность)
- некритический подход к исходным данным
- невосприимчивость к критике
- отсутствие общих законов
- неверифицируемость и/или нефальсифицируемость псевдонаучных данных
Тема 1-01-03. Развитие научных исследовательских программ и картин мира (история естествознания, тенденции развития)
Научная (исследовательская) программа
|
|
|
Научная картина мира
Древняя Греция: появление программы рационального объяснения мира
Принцип причинности в первоначальной форме (каждое событие имеет естественную причину) и его позднейшее уточнение (причина должна предшествовать следствию)
Атомистическая исследовательская программа Левкиппа и Демокрита: всё состоит из дискретных атомов; всё сводится к перемещению атомов в пустоте
Континуальная исследовательская программа Аристотеля: всё формируется из непрерывной бесконечно делимой материи, не оставляющей места пустоте
Взаимодополнительность атомистической и континуальной исследовательских программ
Научная (или натурфилософская) картина мира как образно-философское обобщение достижений естественных наук
Фундаментальные вопросы, на которые отвечает научная (или натурфилософская) картина мира:
- о материи
- о движении
- о взаимодействии
- о пространстве и времени
- о причинности, закономерности и случайности
- о космологии (общем устройстве и происхождении мира)
Натурфилософская картина мира Аристотеля
Научные картины мира: механическая, электромагнитная, неклассическая (1-я половина XX в.), современная эволюционная
Тема 1-01-04. Развитие представлений о материи
Фалес: проблема поиска первоначала
Абстракция материи
Механическая картина мира: единственная форма материи – вещество, состоящее из дискретных корпускул
Электромагнитная картина мира: две формы материи — вещество и непрерывное электромагнитное поле
Волна как распространяющееся возмущение физического поля
Эффект Доплера: зависимость измеряемой длины волны от взаимного движения наблюдателя и источника волн
Современная научная картина мира: формы материи — вещество, физическое поле, физический вакуум
Тема 1-01-05. Развитие представлений о движении
Гераклит: идея безостановочной изменчивости вещей
|
|
|
Учение Аристотеля о движении как атрибуте материи и разнообразии форм движения
Механическая картина мира: единственная форма движения — механическое перемещение
Электромагнитная картина мира: движение — не только перемещение зарядов, но и изменение поля (распространение волн)
Понятие состояния системы как совокупности данных, позволяющих предсказать её дальнейшее поведение
Движение как изменение состояния
Химическая форма движения: химический процесс
Биологическая форма движения: процессы жизнедеятельности, эволюция живой природы
Современная научная картина мира: эволюция как универсальная форма движения материи
Многообразие форм движения, их качественные различия и несводимость друг к другу
Тема 1–01-06. Развитие представлений о взаимодействии
Представления Аристотеля о взаимодействии: одностороннее воздействие движущего на движимое; первоначальная форма концепции близкодействия (передача воздействия только через посредников, при непосредственном контакте)
Механическая картина мира:
- возникновение концепции взаимо действия (третий закон Ньютона)
- открытие фундаментального взаимодействия (закон всемирного тяготения)
- принятие концепции дальнодействия (мгновенной передачи взаимодействия через пустоту на любые расстояния)
Электромагнитная картина мира:
- открытие второго фундаментального взаимодействия (электромагнитное)
- возврат к концепции близкодействия (взаимодействие передаётся только через материального посредника — физическое поле — с конечной скоростью)
- полевой механизм передачи взаимодействий (заряд создаёт соответствующее поле, которое действует на соответствующие заряды)
Современная научная картина мира:
- четыре фундаментальных взаимодействия (гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое)
- квантово-полевой механизм передачи взаимодействий (заряд испускает виртуальные частицы-переносчики соответствующего взаимодействия, поглощаемые другими аналогичными зарядами)
- частицы-переносчики фундаментальных взаимодействий (фотоны, гравитоны, глюоны, промежуточные векторные бозоны)
Фундаментальные взаимодействия, преобладающие между объектами:
|
|
|
- микромира (сильное, слабое и электромагнитное)
- макромира (электромагнитное)
- мегамира (гравитационное)
Пространство, время, симметрия
Тема 1-02-01. Принципы симметрии, законы сохранения
Понятие симметрии в естествознании: инвариантность относительно тех или иных преобразований
Нарушенные (неполные симметрии)
Эволюция как цепочка нарушений симметрии
Простейшие симметрии:
- однородность (одинаковые свойства во всех точках)
- изотропность (одинаковые свойства во всех направлениях)
Симметрии пространства и времени:
- однородность пространства
- однородность времени
- изотропность пространства
Анизотропность времени
Теорема Нётер как общее утверждение о взаимосвязи симметрий с законами сохранения
Закон сохранения энергии как следствие однородности времени
Закон сохранения импульса (количества поступательного движения) как следствие однородности пространства
Закон сохранения момента импульса (количества вращательного движения) как следствие изотропности пространства
Тема 1-02-02. Эволюция представлений о пространстве и времени
Понимание пространства и времени как инвариантных самостоятельных сущностей (пустота у древнегреческих атомистов; Абсолютные пространство и время Ньютона)
Понимание пространства и времени как системы отношений между материальными телами (пространство как категория места, время как мера движения у Аристотеля; изменение пространственных и временн ы х промежутков при смене системы отсчёта у Эйнштейна)
Классический закон сложения скоростей как следствие ньютоновских представлений об Абсолютном пространстве и Абсолютном времени
Концепция мирового эфира
Нарушение классического закона сложения скоростей в опыте Майкельсона-Морли
Современная научная картина мира:
- отказ от идеи Абсолютных пространства и времени, мирового эфира и других выделенных систем отсчета
- признание тесной взаимосвязи между пространством, временем, материей
и её движением
Тема 1-02-03. Специальная теория относительности
Принцип относительности Галилея
|
|
|
Принцип относительности (первый постулат Эйнштейна): законы природы инвариантны относительно смены системы отсчёта
Инвариантность скорости света (второй постулат Эйнштейна)
Постулаты Эйнштейна как проявление симметрий пространства и времени
Основные релятивистские эффекты (следствия из постулатов Эйнштейна):
- относительность одновременности
- относительность расстояний (релятивистское сокращение длин)
относительность промежутков времени (релятивистское замедление времени)
- инвариантность пространственно-временного интервала между событиями
- инвариантность причинно-следственных связей
- единство пространства-времени
- эквивалентность массы и энергии
Соответствие СТО и классической механики: их предсказания совпадают при малых скоростях движения (гораздо меньше скорости света)
|
|
|
