Физическая картина мира: история и современное состояние

  Итак, в физике XIX в. появляется новое понятие  — "поля", что, по словам Эйнштейна, явилось "самым важным достижением со времени Ньютона". 
Открытие существования поля в пространстве между зарядами и частицами было очень существенно для описания физических свойств пространства и времени. 
Структура электромагнитного поля описывается с помощью четырех уравнений 
Максвелла, устанавливающих связь величин, характеризующих электрические и магнитные поля с распределением в пространстве зарядов и токов. Как заметил 
Эйнштейн, теория относительности возникает из проблемы поля.

  Специального  объяснения в рамках существовавшей в конце XIX в. физической картины мира требовал и отрицательный результат по обнаружению мирового эфира, полученный американским физиком А. Майкельсоном. Его опыт доказал независимость скорости света от движения Земли. С точки зрения классической механики, результаты опыта Майкельсона не поддавались объяснению. Некоторые физики пытались истолковать их как указывающие на реальное сокращение размеров всех тел, включая и Землю, в направлении движения под действием возникающих при этом электромагнитных сил.

  Создатель электронной теории материи X. Лоренц вывел математические уравнения (преобразования Лоренца) для вычисления реальных сокращений движущихся тел и промежутков  времени между событиями, происходящими  на них, в зависимости от скорости движения.

  Как показал позднее Эйнштейн, в преобразованиях  Лоренца отражаются не реальные изменения  размеров тел при движении (что  можно представить лишь в абсолютном пространстве), а изменения результата измерения в зависимости от движения системы отсчета.

  Таким образом, относительными оказывались и "длина", и "промежуток времени" между событиями, и даже "одновременность" событий. Иначе говоря, не только всякое движение, но и пространство, и время.

  3. Свойства пространства и времени

  Какие же основные свойства пространства и времени мы можем указать? 
Прежде всего пространство и время объективны и реальны, т. е. существуют независимо от сознания людей и познания ими этой объективной реальности. 
Человек все более и более углубляет свои знания о ней. Однако в истории науки и философии существовал и другой взгляд на пространство и время — как только субъективных всеобщих форм нашего созерцания.

  Согласно  этой точке зрения, пространство и  время не присущи самим вещам, а зависят от познающего субъекта. В данном случае преувеличивается относительность нашего знания на каждом историческом этапе его развития. 
Эта точка зрения отстаивается сторонниками философии И. Канта.

  Пространство  и время являются также универсальными, всеобщими формами бытия материи. Нет явлений, событий, предметов, которые существовали бы вне пространства или вне времени. У Гегеля высшей реальностью является абсолютная идея, или абсолютный дух, который существует вне пространства и вне времени. Только производная от абсолютной идеи природа развертывается в пространстве.

  Важным  свойством пространства является его  трехмерность. Положение любого предмета может быть точно определено только с помощью трех независимых величин  — координат. В прямоугольной  декартовой системе координат это  — X, У, Z., называемые длиной, шириной и высотой. В сферической системе координат — радиус-вектор r и углы a и b (3. В цилиндрической системе — высота г, радиус-вектор и угол а.

      В науке используется понятие многомерного пространства (и-мерного). 
Это понятие математической абстракции играет важную роль. К реальному пространству оно не имеет отношения. Каждая координата, например, 6-мерного пространства может указывать на какое-то любое свойство рассматриваемой физической реальности: температуру, плотность, скорость, массу и т. д. В последнее время была выдвинута гипотеза о реальных 11 измерениях в области микромира в первые моменты рождения нашей Вселенной: 10 — пространственных и одно — временное. Затем из них возникает 4-мерный континуум (с лат. — непрерывное, сплошное).

  Пространство обладает свойством однородности и изотропности, а время — однородности. Однородность пространства заключается в равноправии всех его точек, а изотропность — в равноправии всех направлений. Во времени все точки равноправны, не существует преимущественной точки отсчета, любую можно принимать за начальную.

  Указанные свойства пространства и времени  связаны с главными законами физики — законами сохранения. Если свойства системы не меняются от преобразования переменных, то ей соответствует определенный закон сохранения. Это — одно из существенных выражений симметрии в мире. 
Симметрии относительно сдвига времени (однородности времени) соответствует закон сохранения энергии; симметрии относительно пространственного сдвига 
(однородности пространства) — закон сохранения импульса; симметрии по отношению поворота координатных осей (изотропности пространства) — закон сохранения момента импульса, или углового момента. Из этих свойств вытекает и независимость пространственно-временного интервала, его инвариантность и абсолютность по отношению ко всем системам отсчета.

  В современной науке используются также понятия биологического, психологического и социального пространства и  времени. 
Биологическое пространство и время характеризуют особенности пространственно-временных параметров органической материи: биологическое бытие человеческого индивида, смену видов растительных и животных организмов.

  Психологическое пространство и время характеризуют  основные перцептивные структуры пространства и времени, связанные с восприятиями. 
Перцептивные поля — поля вкусовые, визуальные и т. д. Выявлены неоднородность перцептивного пространства, его асимметрия, а также эффект обратимости времени в бессознательных и транспсихических процессах. 
Существует также синхронизм психических процессов, состоящий в одновременном параллельном проявлении идентичных психических переживаний у двоих или нескольких личностей.

  Социальное  пространство и время характеризуют  особенности протяженности и  пространственности социальных объектов. Неоднородность структурных связей в социальных системах определяется распределением социальных групп и величиной их социального потенциала, а также локальными метрическими свойствами объектов. Коммуникативные и интерактивные взаимодействия социальных структур фиксируют особенности параметров времени в ретрансляции социального опыта и одновременность в протекании социальных событий.

  4. Системный подход при изучении  физической картины мира

  В основе системного подхода к изучению физической картины мира лежит необходимость  человечества четко структурировать свои познания об окружающем мире. Человеку всегда было свойственно задаваться вопросом об устройстве всего сущего. Наиболее понятный и четкий в определениях всего окружающего подход нужен был человечеству. И оно придумало систематизацию и разбиение на структуры всего, что его окружало. Системный подход позволил человечеству разбить все многообразие явлений на определенные классы, различные сообщества - на системы. Он позволил говорить о системе человеческих взаимоотношений, системе налогообложения, системе питания в животном мире и т.д. Причем, говоря о какой-то системе, человек находил особые законы, которым следует эта система. 
Соединение методов системного анализа с другими науками, теорией информации 
(обмен информацией между системами), векторным анализом в многомерном пространстве состояния и синергетикой открывает в этой области новые возможности. При исследовании любого объекта или явления необходим системный подход, что включает следующие основные этапы работы:

  1. Выделение объекта исследования от общей массы явлений. Очертание контур, пределов системы, его основных частей, элементов, связи с окружающей средой. Установление цели исследования: выяснение структуры системы, изменение и преобразование её деятельности или наличие длительного механизма управления и функционирования. Выяснение основных критериев для обеспечения целесообразного или целенаправленного действия системы, а также основные ограничения и условия существования.

  3. Определение альтернативных вариантов  при выборе структур или элементов для достижения заданной цели. При этом необходимо учесть все факторы, влияющие на систему и все возможные варианты решения проблемы.

  4. Составление модели функционирования  системы. Существенность факторов  определяется по их влиянию на определяющие критерии цели.

  5. Оптимизация режима существования  или работы системы. Градация  решений по их оптимальному  эффекту, по функционированию (достижению  цели).

  6. Проектирование оптимальных структур  и функциональных действий системы.

  Определение оптимальной схемы их регулирования или управления.

  7. Контроль за работой системы  в эксплуатации, определение её  надёжности и работоспособности.  Установление надёжной обратной  связи по результатам функционирования.

  5. Заключение.

  Наука и будущее человечества. Естествознание как революционизирующая сила цивилизации.

  Естествознание - и продукт цивилизации и условие  ее развития. С помощью науки человек  развивает материальное производство, совершенствует общественные отношения, образовывает и воспитывает новые поколения людей, лечит свое тело. Прогресс естествознания и техники значительно изменяет образ жизни и благосостояние человека, совершенствует условия быта людей.

  В современном мире наука вызывает у людей не только восхищение и  преклонение, но и опасения. Часто можно услышать, что наука приносит человеку не только блага, но и величайшие несчастья. Загрязнения атмосферы, катастрофы на атомных станциях, повышение радиоактивного фона в результате испытаний ядерного оружия, “озонная дыра” над планетой, резкое сокращение видов растений и животных – все эти и другие экологические проблемы люди склонны объяснять самим фактом существования науки. Но дело не в науке, а в том, в чьих руках она находится, какие социальные интересы за ней стоят, какие общественные и государственные структуры направляют ее развитие.

  Нарастание  глобальных проблем человечества повышает ответственность ученых за судьбы человечества. Вопрос об исторических судьбах и  роли науки в ее отношении к  человеку, перспективам его развития никогда так остро не обсуждался, как в настоящее время, в условиях нарастания глобального кризиса цивилизации. Старая проблема гуманистического содержания познавательной деятельности приобрела новое конкретно-историческое выражение: может ли человек (и если может, то в какой степени) рассчитывать на науку в решении глобальных проблем современности? Способна ли наука помочь человечеству в избавлении от того зла, которое несет в себе современная цивилизация технологизацией образа жизни людей? 
 

  6. Литература

  1) Л.В.Тарасов «Физика в природе»

  Москва  « Просвещение», 1990 г.

  2) Д.В. Кресин «Физика сложных  систем»

  Москва  «Просвещение», 1992 г.

  3) Д.Джанколи «Физика».

  Москва . Издательство «Мир».