Слово "естествознание" (ЕЗ) означает знание о природе, или  природоведение. В настоящее время  имеются два определения ЕЗ: ЕЗ – наука о природе, как о единой целостности (говорит об одной единой науке о природе, подчеркивая её единство)), ЕЗ - совокупность наук о природе, взятое как единое целое (говорит о ЕЗ как о совокупности множестве наук, изучающих природу, хотя и содержит фразу, что это единое целое).

К естественным наукам относят физику, химию, биологию, космологию, астрономию, географию, геологию и частично психологию. Кроме того, существует множество наук, возникших на стыке  названных: астрофизика, физическая химия, биофизика и др.

Целью ЕЗ является попытка  решения так называемых "мировых  загадок", сформулированных еще в конце 19^го века Геккелем и Дюбуа-Реймоном: 1) Сущность материи и силы, 2) Происхождение движения, 3) Происхождении жизни, 4) Целесообразность природы, 5) Возникновение ощущения и сознания, 6) Возникновение мышления и речи, 7) Свобода воли. Их относят к наукам: 1,2 – физика, 3,4 – биология, 5,6,7 – психология.

Задачей ЕЗ явл. познание объективных законов природы и содействие их практическому использованию в интересах человека.

Эйнштейн разработал в 1905 г. новую теорию пространства и времени, получившую название СТО.

Основу СТО  составляют два постулата (принципа): 1) Принцип относительности, который гласит: "все физические процессы при одних и тех же условиях в ИСО протекают одинаково". Это означает, что никакими физическими опытами, проведенными внутри замкнутой ИСО, нельзя установить, покоится ли она или движется равномерно и прямолинейно. 2) Принцип постоянства скорости света, "с" в вакууме постоянна и не зависит от движения источника и приемника света.

Анализ постулатов показывает, что они противоречат представлениям о пространстве и  времени, принятым в механике Ньютона. Необходимое видоизменение законов  механики и было осуществлено Эйнштейном. В результате возникла механика, согласующаяся  с принципом относительности  – релятивистская механика.

Согласно ей переход от одной ИСО к другой должен осуществляться не по преобразованиям  Галилея, а по преобразования Лоренца:

1) Закон сложения скоростей: V=(V'+V₀)/(1+(V'∙V₀)/(c²)), где V₀ – скорость подвижной системы координат К’ относительно неподвижной системы координат К; V' – скорость материальной точки (МТ) в системе К’; V – скорость МТ относительно системы К, с – скорость света в вакууме.

2) Зависимость массы тела от его движения. m=m₀/√(1-V²/c²), где m₀ – масса покоя электрона, а m – его масса при скорости движения V (масса движения).

3) Относительность промежутка времени: t=t₀/√(1-V²/c²), где t₀ – собственное время, V, t – время по часам в неподвижной системе отсчета. Таким образом, собственное время меньше времени по часам в неподвижной СО. Разумеется, это становится заметно только при скоростях, соизмеримых со скоростью света. Отсюда и так называемый «парадокс близнецов». Он заключается в том, что если один близнец остается на Земле (НСО), а др. улетает на ракете (ДСО), движущейся с субсветовой скоростью, то, возвратившись на Землю, он констатирует, что его брат-близнец стал намного старше его.

4) Важнейшим  следствием СТО явилась знаменитая  формула Эйнштейна о взаимосвязи массы и энергии Е = mc², подтвержденная данными совр. физики.

Гл. идея ЭМКМ –  естественнонаучный материализм, а  ее ядро – теория эл_магн поля. ЭМКМ базировалась на следующих идеях: 1) Непрерывность материи (континуальность), 2) Материальность эл_магн. поля, 3) Неразрывность материи и движения, 4) Связь пространства и времени как между собой, так и с движущейся материей.Материя и движение. Материя существует в двух видах: вещество и поле. Они строго разделены и их превращение друг в друга невозможно. Главным является поле, а значит основным свойством материи является непрерывность (континуальность) в противовес дискретности.

Пространство  и время. Из постулатов СТО следовала относительность длины, времени и массы, т.е. их зависимость от системы отсчета. Из преобразований Лоренца, выведенных для перехода от одной ИСО к другой, следовало, что пространство и время связаны между собой и образуют единый четырехмерный мир. В воображаемом четырехмерном пространстве, по осям которого откладываются пространственные координаты x, y, z и время t, событие можно изобразить точкой. Точка, изображающая событие в 4-мерном пространстве, называется мировой точкой. С течением времени мировая точка, соответствующая данной частице, перемещается в 4-мерном пространстве, описывая некоторую линию, которую называют мировой линией. Взаимодействие. В период становления и развития ЭМКМ физика знала два взаимодействия – гравитационное и эл_магн. Потом принцип дальнодействия МКМ был заменен принципом близкодействия. На сегодня создана теория поля, включающая три взаимодействия: электромагнитное, сильное и слабое. Включение в нее гравитационного взаимодействия до сих пор остается проблемой.

  Теория электромагнитного поля Максвелла Концепция силовых линий, предложенная Фарадеем, долгое время не принималась всерьез другими учеными. Физик Максвелл берет под защиту метод Фарадея, его идею близкодействия и поля и разрабатывает его в своих трудах "О физических линиях силы" и "Динамическая теория поля".  В последней работе и была дана система уравнений, которые составляют суть теории Максвелла.

Она сводилась  к тому, что изменяющееся магн. поле создает не только в окружающих телах, но и в вакууме вихревое эл. поле, которое, в свою очередь, вызывает появление магн. поля. Таким образом, в физику была введена новая реальность – эл_магн. поле. Это ознаменовало начало нового этапа в физике - этапа, на котором эл_магн. поле стало реальностью, материальным носителем взаимодействия. Мир стал представляться эл_динамической системой, построенной из эл. заряженных частиц, вз_действующих посредством эл_магн. поля.Анализируя свои уравнения, Максвелл пришел к выводу, что свет – разновидность эл_магн. волн. На основе своей теории Максвелл предсказал существование давления, оказываемого эл_магн. волной, а, следовательно, и светом, что было блестяще доказано экспериментально в 1906 г. Лебедевым. Вершиной научного творчества Максвелла явился «Трактат по электричеству и магнетизму».

Формирование классич. механики и основанной на ней МКМ происходило по 2^м направлениям: 1) обобщения полученных ранее результатов и, прежде всего, законов свободного падения тел (Галилей) и законов движения планет (Кеплер); 2) создания методов для колич. анализа механического движения в целом.

Основные понятия. Материя (вещество, состоящее из мельчайших, далее неделимых, абс. твердых движущихся частиц – атомов). Пространство: относительное (расстояние между телами); абс. (пустое вместилище тел, не связано со временем, и его свойства не зависят от наличия или отсутствия в нем материальных объектов). Пространство в Ньютоновской механике является: 3^ёхмерным, непрерывным, бесконечным, однородным (свойства одинаковы в любой точке), изотропным (свойства не зависят от направления). Пространственные отношения в МКМ описываются геометрией Евклида.

Время: относительное (ОВ) и абс. (АВ). ОВ люди познают в процессе измерений, а АВ (истинное, математическое) само по себе и по своей сущности, протекает равномерно и иначе называется длительностью. Время у Ньютона, аналогично пространству – пустое вместилище событий, не зависящее ни от чего. Время течет в одном направлении – от прошлого к будущему.

Движение. В МКМ признавалось только механич. движение, т.е. изменение положения тела в пространстве с течением времени. Вз_действие, всего один вид – гравитационное (наличие сил притяжения между телами).

 Основные  принципы МКМ: 1) Принцип относительности Галилея. Утверждает, что все ИСО с точки зрения механики совершенно равноправны (эквивалентны). Переход осуществляется на основе преобразований Галилея. 2) Принцип дальнодействия. В МКМ считается, взаимодействие передается мгновенно, и промежуточная среда в передаче взаимодействия участия не принимает. 3) Принцип причинности. В МКМ все следствия связаны с причиной, каждая причина имеет свое следствие, т.е. полная предопределенность. Учение об обусловленности одного явления другим, об их однозначной связи вошло в физику как так называемый лапласовский детерминизм.

5,6. Эмпирические и теоретические методы.

Метод - совокупность приемов или операций практической или теоретической деятельности.

Наблюдение - целенаправленное, организованное восприятие предметов и явлений. Научные наблюдения проводятся для сбора фактов, укрепляющих или опровергающих ту или иную гипотезу и являющихся основой для определенных теоретических обобщений. Эксперимент - способ исследования, отличающийся от наблюдения активным характером. Это наблюдение в специальных контролируемых условиях. Измерение - это материальный процесс сравнения какой-либо величины с эталоном, единицей измерения. Описание – фиксация средствами языка сведений об объектах. Сравнение – одновременное соотносительное исследование и оценка общих для объектов свойств и признаков. Формализация – построение абстрактно – математических моделей, раскрывающих сущность изучаемых процессов. Аксиоматизация - построение теорий на основе аксиом (утверждений, не требующих доказательства). Гипотетико-дедуктивный метод – создание системы дедуктивно связанных между собой гипотез, из которых выводятся утверждения об эмпирических фактах.

Особым способом постижения истины является интуиция. Это вид знания, которое возникает  внезапно, как озарение у человека, долгое время пытавшегося решить вопрос. Интуитивное познание является непосредственным - способ его осуществления  не осознается человеком. Однако, после  того как задача решена, ход ее решения  может быть осознан и проанализирован. Интуиция, таким образом, есть качественно особый вид познания, в котором отдельные звенья логической цепи познания остаются на уровне бессознательного. Однако интуиции недостаточно, чтобы открывшаяся истина стала действительно научной истиной. Для этого необходимо ее доказательство. С развитием науки роль интуиции не ослабевает. Интуиция сближает научное творчество с художественным.

10. Понятие научной картины мира, физические картины мира.

НКМ - система научных  теорий, описывающая  реальность. Само понятие  появилось в естествознании и философии в  конце 19 в., однако специальный, углубленный  анализ его содержания стал проводиться с 60^х годов 20 века. Существуют общенаучные КМ и КМ с точки зрения отдельных наук, например, физическая, биологическая.

НКМ включает в себя важнейшие достижения науки, создающие  определенное понимание мира и места  чела в нем. НКМ не является совокупн. общих знаний, а представляет собой целостную систему представлений об общих свойствах, сферах, уровнях и закономерностях природы, формируя, таким образом, мировоззрение человека.

Особенности различных  картин мира выражаются в присущих им парадигмах (совокупн. определенных стереотипов в понимании объективных процессов, а также способов их познания и интерпретации).

Таким образом, можно дать следующее определение  НКМ – особая форма систематизации знаний, преимущественно качественное их обобщение, мировоззренческий синтез различных научных теорий.

В истории науки  НКМ не оставались неизменными, а  сменяли друг друга, таким образом, можно говорить об эволюции НКМ. Наиболее наглядной представляется эволюция физических картин мира: натурфилософской (6 век д.н.э. - 16-17 вв.), механической – (16-17 – 2^ая пол. 19), термодинамической и эл_магн. в 19 в,  релятивистской (СТО и ОТО) и квантово-механической в 20^ом.

  Физическая  картина мира создается благодаря  фундаментальным экспериментальным  измерениям и наблюдениям, на которых  основываются теории, объясняющие факты  и углубляющие понимание природы. Физика – это экспериментальная  наука, поэтому она не может достичь  абс истин (как и само познание в целом), поскольку эксперименты сами по себе несовершенны. Этим обусловлено постоянное развитие научных представлений.

У любой ЕНР  выделяют 3 основные черты: 1) крушение и отбрасывание неверных идей, ранее господствовавших в науке; 2) быстрое расширение знаний о природе, вступление в новые ее области, ранее недоступные для познания; 3) ЕНР вызывает не само по себе открытие новых фактов, а радикально новые теоретические следствия из них, т.е. ЕНР совершается в сфере теорий, понятий, принципов, законов науки, формулировки которых подвергаются коренной ломке.

Для того, чтобы вызвать ЕНР, новое открытие должно носить принципиальный, методологический характер, вызывая коренную ломку самого метода исследования, подходу и истолкованию явлений природы. Чаще всего, ЕНР начинаются с появления глубоких противоречий и парадоксов в сложившейся системе знания.

Проблему ЕНР  изучали: Кун, Лакатош, Поппер, Кедров, Казютинский, Урсул, Амбарцумян и др. Кун ввел понятие парадигмы - определенного «видения мира»,  в соответствии с которым осуществляется научная деятельность. ЕНР можно, т.о., связать со сменой парадигмы.

Среди ЕНР можно  выделить: 1) глобальные (охватывают все ЕЗ, вызывают появление принципиально нового видения мира и логического строя науки), 2) локальные (в отдельных фундаментальных науках, не затрагивают все ЕЗ в целом).

ЕНР имеют еще  одну важную черту. Новые теории, получившие свое обоснование в ходе ЕНР не опровергают прежние, а сохраняют свое значение как предельный или частный случай новых, более общих и точных (принцип соответствия). Пример - классическая механика Ньютона.

Выделяют 4 глобальные ЕНР: 1^ая) создание последовательного учения о геоцентрической системе мира Анаксимандром, Аристотелем и Птолемеем (6 в. до н.э.) 2^ая) переход от геоцентризма к гелиоцентризму, а от него к полицентризму (учение о множественности звездных миров). Произошла в эпоху Возрождения, и связывается с именами Коперника, Бруно, Галилея, Кеплера и Ньютона. 3^я) принципиальный отказ от всякого центризма, отрицание наличия какого-либо центра у Вселенной. Эта революция связана с появлением релятивистской (относительной) теорией пространства, времени и гравитации Эйнштейна. 4^ая) синтез общей относительности с квантовыми (дискретными) представлениями о строении материи в единую физическую теорию наподобие уже создаваемой в наше время единой теории всех фундаментальных физических взаимодействий: гравитационного, электромагнитного, слабого и сильного. Эта революция фактически еще не осуществлена.

Напишем закон работы газовой машины Карно: Q₁/T₁+Q₂/T₂=0, т.к. речь идет о приращении тепла, то заменим Q→∆Q: DQ₁ /Т₁+DQ₂/Т₂=0 . Эта запись напоминает закон сохранения, но при этом появляется некоторая “интересная” величина DQ /Т. Так в физике появилось новое понятие «энтропия». Ввел его в 1865 г. Клаузиус, который предположил, что есть некоторая величина S, которая, подобно энергии, давлению, температуре, характеризует состояние газа. Когда к газу подводится некоторое количество DQ, то S возрастает на величину DS=DQ /Т.

Энтропия в обратимых  процессах (в частности в идеальном  цикле Карно) сохраняется. Энтропия характеризует состояние системы. Энтропия системы может рассматриваться  как функция состояния системы, т.к. изменение ее не зависит от вида процесса, а определяется лишь начальным и конечным состоянием системы.

Для обратимых процессов имеем DS=сonst. , т.е. энтропия изолированной системы в случае обратимых процессов постоянна. В необратимых процессах DS>0.

 Понятие энтропии позволяет определить направление  протекания процессов в природе, поскольку тот факт, что энтропия изолированной системы не может  убывать, а только возрастает, является отражением того, что в природе  существуют процессы, протекающие только в одном направлении - в направлении  передачи тепла от более горячих тел к менее горячим.

Исаак Ньютон (1643-1727). В своем основном труде “Математические  начала натуральной философии обобщил  открытия Галилея в качестве двух законов, добавив к ним третий закон и закон всемирного тяготения. Он пишет, что задачи физики состоят  в том, чтобы по явлениям движения распознать силы природы, а затем по этим силам объяснить все остальные явления.

I закон, или закон инерции. Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока оно не будет вынуждено изменить его пол действием каких-либо сил.

II Закон. Этот закон является ядром механики. Он связывает изменение импульса тела (кол-во движения) P=mV с действующей на него силой F=∆P/∆t, т.е. изменение импульса тела в единицу времени равно действующей на него силе и действует в направлении ее действия. Так как в механике Ньютона масса не зависит от скорости, то F=∆(mV)/∆t=m∙(∆V/∆t)=ma. Масса в этом выражении предстает как мера инертности.

III закон отражает тот факт, что действие тел всегда носит характер взаимодействия, и что силы действия и противодействия равны по величине и противоположны по направлению.

  IV закон - закон всемирного тяготения. Сила тяготения убывает пропорционально квадрату расстояния: F=G∙(m₁m₂)/r², где G=6,67*10^-11 Н*м²/кг² – гравитац. const.

МЕТОД НЬЮТОНА.В работах Ньютона раскрывается его мировоззрение и методология исследований. Ньютон был убежден в объективном существовании материи, пространства и времени, в существовании объективных законов мира, доступных человеческому познанию.

Свой метод  познания Ньютон характеризует примерно так: вывести 2-3 общих принципа движения и на их основе объяснить всё остальное. 

Требования к  научному исследованию Ньютон изложил  в виде 4^х правил: 1) Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений ("бритва Оккама"). 2) Одинаковым явлениям следует приписывать одинаковые причины. 3) Независимые и неизмененные при экспериментах свойства тел, подвергнутых исследованию, надо принимать за общие свойства материальных тел. 4) Законы, индуктивно, выведенные из опыта, нужно считать верными, пока им не противоречат другие наблюдения.

  Метод Ньютона есть, по сути, гипотетико-дедуктивный  метод, который в совр. физике является одним из основных для построения физических теорий. Метод Ньютона получил высокую оценку в методологических высказываниях многих ученых.

Термодинамика (ТД) рассматривает тепловые процессы в системах на макроскопическом уровне; статистическая физика - на микроуровне. ТД, опираясь на понятие энтропии, четко различает обратимые и необратимые процессы.

А как трактуется энтропия в статистической физике? Вероятность того, что молекула, помещенная в сосуд, будет находится в одной из половинок сосуда равна 1/2. Если же мы будет наблюдать за двумя молекулами, то вероятность того, что мы обнаружим сразу обе молекулы в одной половинке сосуда, равна 1/2×1/2=1/4. Аналогично для N молекул W=(1/2)^N. Вероятность же того, что все молекулы находятся во всем объеме сосуда максимальна и равна 1.

Число способов, которыми это состояние может  быть реализовано, или статистический вес является также максимальным. Пусть все молекулы находятся в правой верхней части сосуда, отделенной диафрагмой. После того как мы уберем диафрагму молекулы равномерно заполнят весь объем сосуда, т.е. перейдут из состояния с меньшей вероятностью в состояние с большей вероятностью. Процессы в системе идут только в одном направлении: от некоторой структуры (порядка к полной симметрии (хаосу, беспорядку). Последнее состояние можно назвать состоянием равновесия. Если мы рассмотрим две подсистемы, то W=W₁×W₂ ,а энтропия системы S равна сумме энтропии подсистем S=S₁+S₂.

  Это наталкивает на мысль, что связь  вероятности (статистического веса) и энтропии должна выражаться через  логарифм: lnW=ln(W₁∙W₂)=lnW₁+lnW₂=S₁+S₂ Собственно, это и сделал Больцман, связав понятие энтропии S c lnW. Уже позднее, в 1906 г. Макс Планк написал формулу, выражающую основную мысль Больцмана об интерпретации энтропии как логарифма вероятности состояния системы: S=k∙lnW. Она выгравирована на памятнике Больцману на венском кладбище. Коэффициент пропорциональности k был рассчитан Планком и назван постоянной Больцмана.

Работы Майера, Джоуля, Гельмгольца позволили выработать так называемый “закон сохранения сил” («энергии»). Однако первая ясная  формулировка этого закона была получена физиками Клаузиусом и Томсоном. Рассматривая превращения теплоты и работы в макроскопических системах, Карно фактически положил начало новой науке, которую Томсон впоследствии назвал ТД. ТД ограничивается изучением особенностей превращения тепловой формы движения в др., не затрагивая вопросы микроскопического движения частиц, составляющих вещество.

ТД рассматривает  системы, между которыми возможен обмен  энергией, без учета микроскопического  строения тел, составляющих систему, и  характеристик отдельных частиц. Различают ТД равновесных систем или систем, переходящих к равновесию (классическая, или равновесная ТД, которая составляет основу ТД картины мира (ТКМ)) и ТД неравновесных систем (неравновесная ТД).

Таким образом, при  исследовании тепловых явлений выделились два научных направления: 1) ТД, изучающая  тепловые процессы без учета молекулярного  строения вещества; 2) Молекулярно-Кинетическая Теория (МКТ) (развитие кинетической теории вещества в противовес теории теплорода);

Статистическая  физика (МКТ). В отличие от ТД МКТ характеризуется рассмотрением различных макроскопических проявлений систем как результатов суммарного действия огромной совокупности хаотически движущихся молекул. МКТ использует статистический метод, интересуясь только ср.величинами, которые характеризуют движение огромной совокупности частиц.

Возможность построения машины без холодильника, т.е. с КПД=1, которая могла бы превращать в работу всю теплоту, заимствованную у теплового резервуара, не противоречит закону сохранения энергии. Она была бы аналогична вечному двигателю, т.к. могла бы производить работу за счет практически ∞ источников энергии. Такую машину Оствальд назвал вечным двигателем 2^ого рода.

Карно же исходил  из невозможности вечного двигателя, утверждая, что в любом непрерывном процессе превращения теплоты от горячего нагревателя в работу непременно должна происходить отдача тепла холодильнику.

Таким образом, здесь  проявляется общее свойство теплоты  – уравнивание температурной  разницы путем перехода от теплых тел к холодным. Второе начало термодинамики  определяет направления превращения энергии.

 Существует  ряд его формулировок: 1) В природе невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых был бы переход тепла от менее нагретого к более нагретому. 2) КПД любой тепловой машины всегда меньше 1, т.е. невозможен вечный двигатель 2 рода. 3) Энтропия изолированной системы не убывает (т.е. при протекании обратимых процессов энтропия постоянна, а при необратимых процессах она возрастает). Энтропия системы, находящейся в равновесном состоянии максимальна и постоянна.

Как и все предшествующие картины Мира, КПКМ представляет собой  процесс дальнейшего развития и  углубления наших знаний о сущности физических явлений. Этот процесс становления  и развития КПКМ продолжается и прошел уже ряд стадий, в частности: 1) утверждение корпускулярно-волновых представлений о материи; 2)изменение  методологии познания и отношения  к физической реальности;

Трактовки фундаментальных понятий. Пространство и время. При рассмотрении МКМ подчеркивалось, что пространство и время абсолютны и независимы друг от друга. Для характеристики объекта в пространстве вводились три пространственные координаты (X,Y,Z), а для обозначения времени независимо от них вводилась одна временная координата t. В СТО и ЭМКМ они потеряли абсолютный и независимый характер. Появилось новое пространство-время как абсолютная характеристика четырехмерного Мира. И новая величина – пространственно-временной интервал стал оставаться неизменным (инвариантным) при переходе от одной системы отсчета к другой.

Причинность. В МКМ при описании объектов используется два класса понятий: пространственно-временные, которые дают кинематическую картину движения и энергетически импульсные, которые дают динамическую (причинную) картину. В МКМ и ЭМКМ они независимы. В КПКМ, в соответствии соотношением неопределенностей они не могут применяться независимо друг от друга, они дополняют друг друга. Таким образом, пространство, время и причинность оказались относительными и зависимыми друг от друга. В классической физике вероятностным законам подчиняется поведение большого числа частиц, а в квантовой механике поведение каждой частицы подчиняется не динамическим, а статистическим законам. Таким образом, причинность в совр. КПКМ имеет вероятностный характер (вероятностная причинность).

Время - одно из фундаментальных понятий научной  картины мира. Нам известно одно неотъемлемое свойство времени –  его направленность от прошлого к будущему.

Почему это  именно так и не иначе? Ф физик  Эддингтон придумал яркое название «стрела времени». Английский астрофизик Хойл высказал мысль о связи направления времени с направлением процесса увеличения расстояния между галактиками в ходе расширения Вселенной, которое наблюдается в настоящее время. Эту идею поддержал и Эддингтон. Связь с расширением Вселенной может определять только "космологическую шкалу времени".

Существует и  субъективное восприятие течения времени  в результате психологических процессов, которые дают нам “психологическую шкалу времени”. Например, нам кажется что время течет то быстро, когда спим (только уснул, и уже вставать), то медленно (чего-то ожидаем).

В то же время  во Вселенной идет необратимый процесс  роста энтропии. Не он ли определяет стрелу времени? Действительно, согласно Больцману, возрастание энтропии означает необратимость процесса и рассматривается  как проявление возрастающего хаоса, постепенного “забывания” начальных  условий. Таким образом, термодинамические  процессы определяют и «ТД шкалу времени».

Итак, фактически мы имеем три «стрелы времени»: 1) космологическую (расширение Вселенной); 2) психологическую (субъективное восприятие, опыт); 3) термодинамическую (рост энтропии). Тот факт, что эти «стрелы времени» в настоящее время в нашей Вселенной совпадают, является одной из загадок современной картины мира.

  Проблема тепловой смерти Вселенной.

 Клаузиус: согласно второму началу ТД все физические процессы протекают в направлении передачи тепла от более горячих тел к менее горячим, тогда конечным результатом будет полное выравнивание температуры во Вселенной. Следовательно, в будущем ожидается исчезновение температурных различий и превращение всей мировой энергии в тепловую, равномерно распределенную во Вселенной. Выводы Клаузиуса: 1) Энергия мира постоянна. 2) Энтропия мира стремится к максимуму.

Таким образом, тепловая смерть Вселенной означает полное прекращение всех физических процессов вследствие перехода Вселенной в равновесное состояние с максимальной энтропией. Совр. ЕЗ отвергает концепцию “тепловой смерти” к Вселенной в целом.

В 1916 г. Эйнштейн опубликовал  общую теорию относительности (ОТО), над которой работал в течение 10 лет. ОТО обобщила СТО на ускоренные, т.е. неинерциальные системы. Основные принципы ОТО сводятся к следующему: 1) ограничение применимости принципа постоянства скорости света областями, где гравитационными силами можно пренебречь; (там, где гравитация велика, скорость света замедляется); 2) распространение принципа относительности на все движущиеся системы (а не только на инерциальные).

Из ОТО был получен  ряд важных выводов: 1) Свойства пространства-времени зависят от движущейся материи. 2) Луч света, обладающий инертной, а, следовательно, и гравитационной массой, должен искривляться в поле тяготения. 3) Частота света под действием поля тяготения должна смещаться в сторону более низких значений. В результате этого эффекта линии солнечного спектра должны смещаться в сторону красного цвета, по сравнению со спектрами соответствующих земных источников. Действительно, красное смещение в спектрах небесных тел было обнаружено в 1923-1926 гг. при изучении Солнца, а в 1925г. при изучении спутника Сириуса. Все это явилось убедительным подтверждением ОТО.

 В истории развития  учения о свете сменяли друг  друга корпускулярная теория  света (Ньютон) и волновая (Гук,  Гюйгенс, Юнг, Френель), представлявшая  свет как механическую волну.  В 70-х годах после утверждения  теории Максвелла под светом  стали понимать эл_магн. волну.

В начале 20-го века на основе экспериментов было неопровержимо  доказано, что свет обладает как  волновыми, так и корпускулярными  свойствами. Было также обнаружено, что в проявлении этих свойств  существуют вполне определенные закономерности: чем меньше длина волны, тем сильнее  проявляются корпускулярные свойства света.

В 1924 г. французский  физик де'Бройль выдвинул смелую гипотезу: корпускулярно-волновой дуализм имеет универсальный характер, т.е. все частицы, имеющие конечный импульс Р, обладают волновыми свойствами. Так появилась знаменитая формула де Бройля, l=h/(mV) где m–масса частицы, V–скорость, h–постоянная Планка.

При проявлении у микрообъекта корпускулярных свойств его волновые свойства существуют как потенциальная  возможность, способная при определенных условиях перейти в действительность (диалектическое единство корпускулярных и волновых свойств материи).

 По совр. представлениям квантовый объект – это не частица, не волна, и даже не то и не другое одновременно. Квантовый объект – это нечто третье, не равное простой сумме свойств частицы и волны. Для выражения свойства квантового объекта у нас в языке просто нет соответствующих понятий. Но, поскольку сведения о микрообъекте, о его характеристиках мы получаем в результате вз_действия его с прибором (макрообъектом), то и описывать этот микрообъект приходится в классических понятиях, т.е. используя понятия волны и частицы.

9 планет, вращ. вокруг Солнца делят на 2 группы: планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон).

Планеты Земной группы. Сравнительно невелики, медленно вращаются вокруг своих осей, мало спутников (Меркурий, Венеры – 0, Земля – 1, Марс – 2). У Меркурия атмосферы практически нет, очень плотная у Венеры состоит из СО_2, что приводит к сильному парниковому эффекту. Земля имеет плотную N-O атмосферу. Атмосфера Марса состоит в основном из CО₂, однако она сильно разрежена. Поверхность планет твердая, гористая. Хим. состав ≈ одинаков (соединения Si и Fe). Более или менее одинаково и строение этих планет. В центре железные ядра разной массы, у некоторых часть его находится в жидком состоянии. Выше ядра мантия. Верхний слой мантии называется корой. У планет есть магн. поля: почти незаметное у Венеры и ощутимое у Земли. Меркурий и Марс обладают магн. полями ср. напряженности. Планеты Земной группы отделены от планет-гигантов поясом астероидов – малых планет. Самая крупная из них – Церера.

Планеты-гиганты. Их особенность – большие размеры, масса и малая плотность (самая низкая у Сатурна). В ср. в 3-7 меньше ρ планет земной группы. Нет нет твердой поверхности. Газы их атмосфер, уплотняясь с приближением к центру, постепенно переходят в жидкое состояние. Быстро совершают один оборот вокруг своей оси (10-18 часов). Причем, вращаются слоями: слой планеты, расположенный вблизи экватора, вращается быстрее, а околополярные области медленнее. Сами гиганты и их атмосферы состоят из легких элементов: H₂ и Hе. В центре гигантов есть небольшое твердое ядро. Газообразная атмосфера каждого гиганта плавно переходит в жидкость, а та постепенно тоже уплотняется к центру планет. В недрах планет-гигантов есть слой водорода, обладающего Ме свойствами, который проводит эл. Благодаря этому, планеты-гиганты обладают магн. полем >> магн. поля планет земной группы. Планеты-гиганты окружены естественными спутниками, их намного больше чем у планет Земной группы. Кроме спутников, планеты-гиганты имеют кольца – скопления мелких частиц, вращающихся вокруг планет и собравшихся вблизи плоскости их экваторов. Наиб. крупные – у Сатурна.

Малые планеты и кометы – астероиды, не имеют правильной формы и по хим. составу близки к планетам земной группы. Орбиты астероидов имеют различные углы с плоскостью эклиптики, их орбиты заметно вытянуты. Похожи на малые планеты и кометы, состоящие из смеси замерзших газов и пыли (грязные снежки). Приближаясь к Солнцу, кометы прогреваются, и с их поверхности начинают испаряться газы, которые светятся под воздействием солнечного излучения. Солнечный ветер отбрасывает испарившиеся частицы, образуя так называемые кометные хвосты, направленные всегда прочь от Солнца.

 Солнце - центральное тело системы, представляет собой раскалённый плазменный шар; в нем сосредоточено 99,866% массы Солнечной системы. Температура поверхности Солнца 5770 К. Солнце имеет корону (самый обширный и разреженный слой ее атмосферы) и хромосферу (самый близкий к видимой ее поверхности – фотосфере, плотный и тонкий слой атмосферы).

Проблема эволюции Вселенной является центральной в ЕЗ. Вопросы о том, когда она возникла или была создана, интересуют людей с незапамятных времен. Различные религии и философии предлагают разные идеи (ля-ля-ля).

Принципиально иная концепция  возникла в 20-х годах 20-го века. Основываясь  на созданной незадолго до того ОТО, физик Фридман пришел к выводу, что в силу каких-то пока не ясных причин Вселенная внезапно возникла в очень малом, практически точечном объеме чудовищной плотности и температуры (так называемой сингулярности) и стала стремительно расширяться. Размеры «зародыша» Вселенной сопоставляют с размерами атомного ядра, т.е. 10^-15 м. Ученик Фридмана Гамов рассчитал в конце 40^х модель горячей взрывающейся Вселенной, положив начало так называемой теории "Большого взрыва". Широкое распространение она получила с середины 1960^х годов.

До БВ не существовало ни вещества, ни времени, ни пространства. События в первую секунду протекали  стремительно. Вначале образовалось излучение (фотоны), затем частицы  вещества - кварки и антикварки. В течение той же секунды из кварков и антикварков образовались протоны, антипротоны и нейтроны. Далее стали частыми реакции аннигиляции, т.к. вещество новорожденной Вселенной было очень плотно, частицы постоянно между собою сталкивались. Во Вселенной преобладало излучение.

К исходу первой секунды, когда температура Вселенной  упала до 10 млрд. градусов, образовались и др. элем. частицы, в.т.ч. электрон и парная ему античастица - позитрон. Так вышло, что частиц вещества было на ничтожную долю % больше, чем частиц антивещества. Этот факт до сих пор нуждается в объяснении, однако наша Вселенная состоит из вещества, а не из антивещества.

К 3^ей минуте из четверти всех протонов и нейтронов образовались ядра гелия. Через несколько 100.000 лет расширяющаяся Вселенная остыла настолько, что ядра гелия и протоны смогли удерживать возле себя электроны. Так образовались атомы гелия и водорода. Излучение, не сдерживаемое больше свободными электронами, смогло распространяться на значительные расстояния. Мы до сих пор можем на Земле "слышать" отголоски того излучения, предсказанного Гаммовым (Реликтовое, равномерно приходит со всех сторон и соответствует излучению тела, нагретого всего до 3 К).

 При расширении, в общем, однородной Вселенной  в тех или иных ее местах  образовывались случайные сгущения. Но именно эти "случайности"  стали зачатками больших уплотнений  и центрами концентрации вещества. Так во Вселенной образовались  области, где вещество собиралось, и области, где его почти  не было. Под воздействием гравитации  появившиеся уплотнения росли.  В местах таких уплотнений  стали образовываться галактики,  скопления и сверхскопления галактик.

Близка к теории БВ и модель «раздувающейся Вселенной», отличающаяся описанием процессов  в течение первых микроскопических долей секунды (10^-30 c) после начала расширения.

Дополненная теорией  ядерных реакций в остывающем по мере своего расширения правеществе теория БВ позволила рассчитать относительные концентрации (распространенность) водорода, дейтерия и более тяжелых химических элементов в природе, что также оказалось в согласии с результатами наблюдений. В последнюю четверть двадцатого века теория БВ стала практически общепринятой в космологии.