Контрольная работа по "Концепции современного естествознания"

фундаментальные зерна физики и  естествознания в целом были посеяны  еще в глубокой древности. Это  самый длительный этап. Он охватывает период от времен Аристотеля до начала XVII в., поэтому и называется древним и средневековым этапом.

           Начало второго этапа — этапа классической физики — связывают с одним из основателей точного естествознания — итальянским ученым Галилео Галилеем и основоположником классической физики, английским математиком, механиком, астрономом и физиком Исааком Ньютоном. Второй этап продолжался до конца XIX в.

          К началу XX столетия появились экспериментальные результаты, которые трудно было объяснить в рамках классических представлений. В этой связи был предложен совершенно новый подход — квантовый, основанный на дискретной концепции Квантовый подход впервые ввел в 1900 г. немецкий физик Макс Планк (1858—1947), вошедший в историю развития физики как один из основоположников квантовой теории. Его трудами открывается третий этап развития физики — этап современной физики, включающий не только квантовые, но и классические представления. [8, c.416]

Дадим краткую характеристику каждого  из этапов. Принято считать, что первый этап открывает геоцентрическая система мировых сфер, разработанная Аристотелем. Учение о геоцентрической системе мира начиналось с геоцентрической системы кольцевых мироустроений еще гораздо раньше — в VI в. до н. э. Ее предложил Анаксимандр (ок. 610- после 547 до н. э.), древнегреческий философ, представитель Милетской школы. Данное учение было развито Евдоксом Книдским (ок. 406-ок. 355 до н. э.), древнегреческим математиком и астрономом. Геоцентрическая система Аристотеля родилась, таким образом, на подготовленной его предшественниками идейной почве.

Переход от эгоцентризма — отношения  к миру, которое характеризуется  сосредоточенностью на своем индивидуальном "я", к геоцентризму — первый и, пожалуй, самый трудный шаг на пути зарождения ростков естествознания. Непосредственно видимая полусфера неба, ограниченная местным горизонтом, была дополнена аналогичной невидимой полусферой до полной небесной сферы. Мир стал как бы более завершенным — специфическим, но оставаясь ограниченным небесной сферой. Соответственно и сама Земля, противопоставленная остальной (небесной) сферической Вселенной как постоянно занимающая в ней особое, центральное положение и абсолютно неподвижная, стала считаться сферической. Пришлось признать не только возможность существования антиподов — обитателей диаметрально противоположных частей земного шара, но и принципиальную равноправность всех земных обитателей мира. Такие представления, носившие в основном умозрительный характер, подтверждались гораздо позднее — в эпоху первых кругосветных путешествий и великих географических открытий, т. е. на рубеже XV и XVI вв., когда само геоцентрическое учение Аристотеля с канонической системой идеальных равномерно вращающихся небесных сфер, сочлененных друг с другом своими осями вращения, с принципиально различной физикой или механикой для земных и небесных тел уже доживало свои последние годы. [7, c.197]

При дальнейшем развитии представлений  об окружающем мире и переходе от геоцентризма к гелиоцентризму важную роль сыграла  идея Пифагора и Экфанта, разделявшаяся Платоном, о вращении Земли вокруг собственной оси. Не менее важны и следующие достижения: первая гео- гелиоцентрическая система последователей Платона; первая, простейшая уже полностью гелиоцентрическая система Аристарха Самосского (конец IV — 1-я половина III вв. до н. э.) с равномерными движениями Земли, Луны и всех планет по концентрическим круговым орбитам вокруг занимающего центральное положение и неподвижного Солнца; более современная по своей точности, но более сложная первая квазигеоцентрическая система Клавдия Птолемея (ок. 90 — ок. 160); квазигелиоцентрическая система Николая Коперника (1473—1543); гео- гелиоцентрическая система Тихо Браге (1546—1601); наконец, достаточно совершенная гелиоцентрическая система Иоганна Кеплера (1571—1630), немецкого астронома, одного из творцов астрономии Нового времени, открывшего законы движения планет.

Астрономические открытия Галилео  Галилея и его физические эксперименты, а также общие динамические законы механики вместе с универсальным  законом всемирного тяготения, сформулированными  Исааком Ньютоном, положили начало классическому этапу развития физики. [7, c.235]

Между названными этапами нет четких границ. Для физики и естествознания в целом характерно в большей  степени поступательное развитие: законы Кеплера — венец гелиоцентрической системы с весьма длительной историей, начавшейся еще в древние времена; законам Ньютона предшествовали законы Кеплера и труды Галилея; Кеплер открыл законы движения планет в итоге логически и исторически естественного перехода от геоцентризма к гелиоцентризму, но не без эвристических идей аристотельской механики.

Механика Аристотеля разделялась  на земную и небесную, т. е. не обладала надлежащим принципиальным единством: аристотелевское взаимное противопоставление Земли и Неба сопровождалось принципиальной противоположностью относящихся к ним законов его механики, которая тем самым оказалась в целом внутренне противоречивой, несовершенной.

Галилей опроверг аристотелевское  противопоставление Земли и Неба. Он предложил применять закон  инерции Аристотеля, характеризующий  равномерное движение небесных тел вокруг Земли, для земных тел при их свободном движении в горизонтальном направлении. Мысленно расчленяя всевозможные земные тела на отдельные части, он установил для них закон одинаково быстрого (или одинаково равномерно ускоренного) свободного падения независимо от их массы, когда свободное падение в вертикальном направлении к центру Земли происходит в идеальных условиях, без какого бы то ни было сопротивления, т. е. в пустоте. Этот закон находится в противоречии с канонизированным аристотелевским учением, в соответствии с которым "природа не терпит пустоты", и весомые тела падают в реальных условиях под действием присущей им силы тяжести на самом деле тем быстрее, чем больше их массы.

Кеплер и Галилей, отталкиваясь таким образом от первоначальных представлений, радикально пересмотрели всю механику. В результате перехода от геоцентризма к гелиоцентризму они пришли к своим кинематическим законам, которые предопределили принципиально единую для земных и небесных тел механику Ньютона со всеми сформулированными им классическими динамическими законами, включая универсальный закон всемирного тяготения. При этом из "Математических начал натуральной философии" — фундаментального труда Исаака Ньютона — можно заключить, что его динамические законы не только следуют из соответствующих кинетических законов Кеплера и Галилея, но и сами могут быть положены в основу всех трех кинематических законов Кеплера и обоих кинематических законов Галилея, а также всевозможных теоретически ожидаемых отклонений от них из-за сложного строения и взаимных гравитационных возмущений взаимодействующих тел.

Как оказалось в действительности, по результатам наблюдений отклонений в движении планеты Уран, сделанных  в 1781 г. английским астрономом и оптиком Уильямом Гершелем (1738— 1822), английский астроном и математик Джон Кауч Адаме (1819—1892) и французский астроном Урбен Жан Жозеф Леве-рье (1811—1877) независимо друг от друга и почти одновременно теоретически предсказали существование еще одной — заурано-вой планеты, которую обнаружил на небе в 1846 г. немецкий астроном Иоганн Галле (1812—1910). Эта планета носит название Нептун. Затем американский астроном Персиваль Ловелл (1855—1916) аналогично предсказал в 1905 г. существование еще одной заурановой планеты и организовал на созданной им обсерватории ее систематические поиски, в результате которых молодой американский любитель астрономии открыл в 1930 г. искомую новую планету — Плутон.

Стремительными темпами развивалась  не только классическая механика Ньютона. Этап классической физики характеризуется также крупными достижениями и в других отраслях физики: термодинамике, молекулярной физике, оптике, электричестве, магнетизме и т.п. Ограничимся перечислением некоторых, наиболее важных достижений. Были установлены опытные газовые законы. Предложено уравнение кинетической теории газов. Сформулирован принцип равномерного распределения энергии по степеням свободы, первое и второе начала термодинамики. Открыты законы Кулона, Ома, и электромагнитной индукции. Явления интерференции, дифракции и поляризации света получили волновое истолкование. Установлены законы поглощения и рассеяния света. Конечно, можно было бы назвать и другие не менее важные достижения, среди которых особое место занимает электромагнитная теория, разработанная выдающимся английским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом. Максвелл является не только создателем классической электродинамики, но и одним из основоположников статистической физики. Он установил статистическое распределение молекул по скоростям, названное его именем. Развивая идеи Майкла Фарадея (1791— 1867), он создал теорию электромагнитного поля (уравнения Максвелла), которая не только объясняла многие известные к тому времени электромагнитные явления, но и предсказала электромагнитную природу света. С электромагнитной теорией Максвелла вряд ли можно поставить рядом другую более значительную в классической физике. Однако и теория Максвелла оказалась не всемогущей. [8, c.426]

В конце прошлого столетия при изучении спектра излучения абсолютно  черного тела была экспериментально установлена закономерность распределения энергии в спектре излучения. Экспериментальные кривые распределения имели характерный максимум, который по мере повышения температуры смещался в сторону более коротких волн. В рамках классической электродинамики Максвелла не удалось объяснить закономерность распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Правильное, согласующееся с опытными данными выражение для спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела было найдено в 1900 г. Максом Планком. Для этого ему пришлось отказаться от установившегося положения классической физики, согласно которому энергия любой системы может изменяться непрерывно, т. е. может принимать любые сколь угодно близкие значения. Согласно выдвинутой Планком квантовой гипотезе атомные осцилляторы излучают энергию не непрерывно, а определенными порциями — квантами, причем энергия кванта пропорциональна частоте колебания.

Характерная особенность третьего этапа развития физики — современного этапа — заключается в том, что наряду с классическими широко внедряются квантовые представления, на основании которых объясняются многие микропроцессы, происходящие в пределах атома, ядра и элементарных частиц, и в связи с которыми возникли новые отрасли современной физики: квантовая электродинамика, квантовая теория твердого тела, квантовая оптика и многие другие. [7, c.231]

В развитие современной физики существенный вклад внесли многие выдающиеся физики, среди которых, кроме упомянутого Макса Планка, следует назвать датского физика Нильса Бора (1885—1962), создавшего квантовую теорию атома, немецкого физика-теоретика Вернера Гейзенберга (1901—1976), сформулировавшего принцип неопределенности и предложившего матричный вариант квантовой механики; австрийского физика-теоретика Эрвина Шредингера (1887—1961), разработавшего волновую механику и предложившего ее основное уравнение (уравнение Шредингера); английского физика Поля Дирака (1902—1984), разработавшего релятивистскую теорию движения электрона и на ее основании предсказавшего существование позитрона; Эрнста Резерфорда (1871—1937), создавшего учение о радиоактивности и строении атома, и др.

Список использованных источников 

1. Ацюковский В.А. Концепции современного естествознания. М.: Высшая школа, 2010.- 205 с.

2. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М.: Высшая школа, 2009. с. 85-127с.  
3. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов – 5-е изд., перераб. и доп. – М.:Высшая школа, 2009. – 238 с.

4. Гудинг Д., Леннокс Дж. Мировоззрение. Для чего мы живем и каково наше место в мире. Пер. с англ. /Под общ. Ред. Т.В. Барчуновой. – Ярославль: ТФ "Норд" 2010. – 109 с.

5. Петровский А.В. Психология и время. – СПб.: Питер, 2010. – 268с.

6. Кругляков Э.П. Почему опасна лженаука. - "Наука и жизнь" 2012 г, № 3,-28 с. 7. Соловьев Ю.И. История физики. Развитие физики с древнейших времен до конца XIX века. Пособие для учителей. Изд. 2-е. М., Просвещение, 2009. -254с.

8. Керов В.В. Краткий курс истории России с древнейших времен до начала XXI века: учеб. пособие. – М.: Астрель: АСТ, 2009. – 841 с.