Фундаментальные физические взаимодействия.

Вопросы к зачету

 

1. Две культуры как отражение двух типов мышления.

2. Наука и ее роль в жизни общества.

3. Структура и методы научного познания. Развитие научного знания.

4. Становление естественнонаучной картины мира.

5. Структурные уровни организации материи.

6. Специфика и природа современной науки.

7. Физические взаимодействия.

8. Концепция неопределенности квантовой механики.

9. Концепция детерминизма и статистические законы.

10. Концепция относительности пространства и времени.

11. Принципы современной физики.

12. Космологические модели Вселенной и ее эволюция.

13. Проблема самоорганизации материи.

14. Концептуальные уровни в познании веществ и химические системы.

15. Становление и развитие химической картины мира.

16 концепции химии.. Современные

17. Происхождение и сущность жизни.

18. Концепция уровней биологических структур и организации живых систем.

19. Концепция биосферы и экологии.

20. Эволюция органического мира.

21. Человек как предмет естествознания.

22. Человек, биосфера, космос.

23. На пути к ноосфере.

24. Естественнонаучная система современных технологий: генная инженерия,

биотехнологии и др.

25. Современная естественнонаучная картина мира и будущие науки.

 

 

Две культуры как отражение двух типов мышления

Материалы / Основы концепции современного естествознания / Две культуры как отражение двух типов мышления

Человек, изучая окружающую природу и самого себя, выстраивает систему достоверных и обобщенных знаний об окружающем мире – науку.

Эта система включает в себя две большие подсистемы:

Ø – естественные науки;

Ø – гуманитарные и социальные науки.

На ранних этапах эти две отрасли знания развивались совместно. Это был период умозрительных заключений, и носителями этих знаний были одни и те же люди. Затем неизбежная специализирующая интеллектуального труда разделила эти два направления и проявилась в дальнейшей дифференциации наук.

Объектами изучения в естественных науках стали все формы неживой природы и простейшие формы живой. Объектами изучения в гуманитарных и социальных науках являются наиболее сложные формы живой природы, связанные с человеком, – человеческое сознание, творчество, общественные явления, а также идеальные системы, созданные человеком (языки, право, религия).

Эти науки выработали независимые методы, достигли различающихся уровней развития. В связи с этим стали говорить о формировании двух различных культур – естественнонаучной (основанной на фактических знаниях и теориях) и гуманитарной (основанной на разновариантности представлений, оценок и позиций).

Между этими двумя культурами начались противоречия, связанные с различием традиций, целей и методов, которые составляют проблему двух культур, носителями которых является научно-техническая и гуманитарная интеллигенция.

В настоящее время наблюдаются всевозрастающее взаимопроникновение различных направлений научного знания, взаимодействие двух культур (конвергенция – приближение), т. к. сложные современные проблемы человеческой цивилизации требуют комплексного, многостороннего подхода, совместной работы специалистов – естественников и гуманитариев.

Для современной науки характерным становится проблемный подход – для решения конкретных и важных вопросов науки объединяют усилия ученые разных специальностей, создаются смешанные научные коллективы.

Существенные и личностные аспекты взаимодействия двух культур, проявлением которого становится активное участие видных ученых-естественников в решении крупных общечеловеческих проблем.

Таким образом, единство всего материального мира и необходимость решения глобальных проблем человечества является основой сближения двух культур.

Смотрите также

 

 

Наука и ее роль в жизни общества

1. Понятие науки. Сегодня, в век научно технического прогресса, человечество особенно ясно осознает место и значимость науки в своей жизни. В современном обществе все большее внимание уделяется проведению научных исследований в самых различных областях познания, получению новых данных об окружающем мире, созданию новых технологий производства материальных благ. Наукой принято называть теоретические систематизированные взгляды на окружающий мир, воспроизводящие его существенные стороны в абстрактно логической форме и основанные на данных научных исследований. Европейской родиной науки считается Древняя Греция, жители которой первыми поняли, что окружающий человека мир вовсе не таков, каким он представляется людям, изучающим его только при помощи методов чувственного познания. Греки первыми совершили переход от ступени чувственного познания к абстрактному, от познания основных фактов окружающего мира к познанию его законов. В эпоху средневековья наука попала в зависимость от теологии, и ее развитие существенно замедлилось. Однако постепенно в результате открытий, сделанных Н.Коперником, Г. Галилеем, Дж. Бруно, наука начинает оказывать все более возрастающее влияние на жизнь общества. С XVII в. в Европе идет процесс оформления науки в качестве общественного института: создаются научные общества и академии, издаются научные журналы а в XIX в. появляется и само слово «ученый». На рубеже XIX—XX вв. возникают и новые формы организации науки: научные лаборатории и институты исследовательские центры. Примерно с этого же времени наука начинает оказывать огромное влияние на развитие производства, становясь его особым видом — духовным производством. 2. Важнейшими социальными функциями науки являются: а) познавательно объяснительная: наука призвана познать и объяснить устройство мира и законы его развития; б) мировоззренческая: наука помогает человеку не только объяснить известные ему знания о мире, но и выстроить их в целостную систему, рассмотреть явления окружающего мира в их единстве и многообразии, выработать свое мировоззрение; в) прогностическая: наука позволяет человеку не только изменять окружающий мир сообразно своим желаниям, но и прогнозировать последствия таких изменений. При помощи научных моделей ученые могут показать возможные опасные тенденции развития общества и дать рекомендации по их преодолению. Г) социальная – наука оказывает влияние на жизнь общества, условия существования человека Д) Прикладная (производственная) – участвует в преобразующей деятельности человека, современная наука – фактор производства 3. Модели развития научного знания Современными учеными разработано несколько моделей развития научного знания. Первая — модель постепенного развития науки. Сущность этой модели выражена в утверждении, что истоки любого нового знания можно найти в прошлом, а работа ученого должна сводиться лишь к внимательному изучению работ своих предшественников. Вторая — модель развития науки через научные революции. Согласно этой концепции любая наука периодически должна переживать коренную смену господствующих в ней представлений и переходить от «этапа спокойного развития» к «этапу кризиса и смены парадигм». Парадигмой называется господствующая система идей и теорий, которая служит эталоном мышления в конкретный исторический период и позволяет ученым и обществу успешно решать стоящие на повестке дня мировоззренческие и практические задачи. Принято различать парадигму общенаучную, т. е. признаваемую всем научным сообществом независимо от отрасли знания, и парадигмы частных наук, составляющие теоретическую основу в отдельных отраслях научного знания. На этапе спокойного развития действующая парадигма позволяет решать накапливающиеся в науке проблемы достаточно успешно. Однако с течением времени набирается большое количество фактов, не поддающихся объяснению с помощью существующих теорий. Наступает этап кризиса, происходит научная революция, в ходе которой старая парадигма заменяется новой. 4. Наука и общество Представляя собой подсистему более сложной системы, называемой обществом, наука испытывает на себе определенное воздействие последней: 1. Потребности развития общества часто являются основным фактором, определяющим проблематику научных исследований, так называемый социальный заказ, который общество дает ученым (например, найти способы избавления человечества от рака и других тяжелых заболеваний). 2. Состояние научных исследований зависит от материально технической базы общества, от тех средств, которые направляются на развитие науки. Так, например, в Российской Федерации сейчас очень остро стоит проблема финансирования фундаментальных наук, т. е. тех, исследования в которых не дают сиюминутных результатов. Между тем именно открытия, сделанные в этих отраслях научного познания, во многом определяют уровень развития и состояние прикладных наук, основной задачей которых является поиск решений текущих, подчас сиюминутных проблем. Будучи особой формой общественного сознания наука обладает относительной самостоятельностью. Выполняя социальный заказ, она тем не менее развивается по своим внутренним законам. Так, например существует закон «развитие науки в запас», согласно которому решение любой научной проблемы может быть осуществлено только в том случае, если для этого наукой уже накоплен соответствующий объем знаний. Если же такового запаса нет, то выполнить общественный заказ наука не в состоянии. 5. Дифференциация и интеграция научного знания. В результате развития науки происходит дифференциация научного знания – выделение отдельных наук, дисциплин и т.д. (из философии – естественные и гуманитарные – в XIX-XX вв. отдельные науки и отрасли) Но на современном этапе развития науки видна стала необходимость междисциплинарных исследований и комплексного изучения явлений мира; использование методов, достижений разных наук (например, синергетика – исследование систем; другой пример – возникновение новых наук «на стыке» - социальная психология). Это говорит о тенденции к ИНТЕГРАЦИИ современной науки. 6.Этика наука. Современное общество стало перед проблемой социальной ответственности ученых, т.к. выяснилось, что наука может приносит не только пользу и негативные последствия Этические нормы в научном сообществе можно разделить на три типа:

Структура научного познания, его методы и формы.



 

В понимании структуры научного познания философы разделились на две партии: эмпирики полагают, что в основании науки лежат факты чувственного опыта, а рационалисты утверждают, что научное знание покоится на аксиомах и постулатах. Таким образом, у эмпириков научное знание складывается по образу мозаики из множества отдельных опытных фактов, между которыми ученый ищет причинные связи. У рационалистов наука подобна дереву, вырастающему из немногих корней-аксиом, а факты опыта оказываются чем-то вроде листьев на ее ветвях.

Эмпирики предпочитают индуктивные методы, а рационалисты отдают предпочтение методам дедуктивным. Латинское слово inductio означает «представление, приведение» (здесь: представление множества фактов в какой-либо общей форме; приведение данных опыта к общему знаменателю). Индукция - это обобщение опытных данных. Мы мыслим индуктивно всякий раз, когда, сравнивая разные предметы, приходим к заключению об их сходстве или различии. Дедукция же исходит из общих понятий, на основе которых мышление выносит суждение о тех или иных опытных данных. Эталоном научного знания среди эмпириков считается классическая механика; рационалисты в качестве образца научности рассматривают математику.

Раздел философии, рассматривающий проблемы научного познания, его методы и формы, называется методологией, в которой принята классификация методов на общие, к числу которых относят: методы эмпирических исследований (наблюдение, сравнение, измерение, эксперимент и др.), теоретических исследовании (восхождение от абстрактного к конкретному и др.), эмпирических и теоретических исследований (идеализация, формализация, анализ, синтез и др.) и специальные, определяемые каждой наукой в соответствии со своим предметом познания.

В качестве форм научного познания отмечают: вопрос - это положение, требующее разрешения; проблему, вскрывающую противоречия между наличными, устаревшими знаниями, и недостаточностью новых; гипотезу, заключенную в доказательном предположении разрешения совокупности вопросов и проблем; теорию, систематизирующую знания, полученные в ходе решения вопроса, проблемы и доказательства истинности гипотезы.

Научная картина мира

Научная картина мира (сокр. НКМ) — одно из основополагающих понятий в естествознании — особая форма систематизации знаний, качественное обобщение и мировоззренческий синтез различных научных теорий. Будучи целостной системой представлений об общих свойствах и закономерностях объективного мира, научная картина мира существует как сложная структура, включающая в себя в качестве составных частей общенаучную картину мира и картины мира отдельных наук (физическая, биологическая, геологическая и т. п.). Картины мира отдельных наук, в свою очередь, включают в себя соответствующие многочисленные концепции — определённые способы понимания и трактовки каких-либо предметов, явлений и процессов объективного мира, существующие в каждой отдельной науке^[1]. Система убеждений, утверждающая основополагающую роль науки как источника знаний и суждений о мире называется сциентизм.

В процессе познания окружающего мира в сознании человека отражаются и закрепляются знания, умения, навыки, типы поведения и общения. Совокупность результатов познавательной деятельности человека образует определённую модель (картину мира). В истории человечества было создано и существовало довольно большое количество самых разнообразных картин мира, каждая из которых отличалась своим видением мира и специфическим его объяснением. Однако прогресс представлений об окружающем мире достигается преимущественно благодаря научному поиску.^[2] В научную картину мира не входят частные знания о различных свойствах конкретных явлений, о деталях самого познавательного процесса. Научная картина мира не является совокупностью всех знаний человека об объективном мире, она представляет собой целостную систему представлений об общих свойствах, сферах, уровнях и закономерностях реальной действительности^[1].

Научная картина мира — система представлений человека о свойствах и закономерностях действительности (реально существующего мира), построенная в результате обобщения и синтеза научных понятий и принципов. Использует научный язык для обозначения объектов и явлений материи.

Научная картина мира — множество теорий в совокупности описывающих известный человеку природный мир, целостная система представлений об общих принципах и законах устройства мироздания^[3]. Картина мира — системное образование, поэтому её изменение нельзя свести ни к какому единичному (пусть и самому крупному и радикальному) открытию. Речь обычно идет о целой серии взаимосвязанных открытий (в главных фундаментальных науках), которые почти всегда сопровождаются радикальной перестройкой метода исследования, а также значительными изменениями в самих нормах и идеалах научности^[3].

Научная картина мира — особая форма теоретического знания, репрезентирующая предмет исследования науки соответственно определенному этапу её исторического развития, посредством которой интегрируются и систематизируются конкретные знания, полученные в различных областях научного поиска^[4].

Для западной философии середины 90-х годов XX века отмечались попытки ввести в арсенал методологического анализа новые категориальные средства, но вместе с тем чёткого разграничения понятий «картина мира» и «научная картина мира» не проведено. В нашей отечественной философско-методологической литературе термин «картина мира» применяется не только для обозначения мировоззрения, но и в более узком смысле — тогда, когда речь заходит о научных онтологиях, то есть тех представлениях о мире, которые являются особым типом научного теоретического знания. В этом значении научная картина мира выступает как специфическая форма систематизации научного знания, задающая видение предметного мира науки соответственно определенному этапу её функционирования и развития ^[5].

5 вопрос. В живой природе выделяют два важнейших структурных уровня организации материи – биологический и социальный. Биологический уровень включает:

· доклеточный уровень (белки и нуклеиновые кислоты);

· клетку как "кирпичик" живого и одноклеточные организмы;

· многоклеточный организм, его органы и ткани;

· популяцию – совокупность особей одного вида, занимающих определенную территорию, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других групп своего вида;

· биоценоз – совокупность популяций, при которой продукты жизнедеятельности одних являются условиями существования других организмов, населяющих определенный участок суши или воды;

· биосферу – живое вещество планеты (совокупность всех живых организмов, включая человека).

На определенном этапе развития жизни на Земле возник разум, благодаря которому появился социальный структурный уровень материи. На этом уровне выделяются: индивид, семья, коллектив, социальная группа, класс и нация, государство, цивилизация, человечество в целом.

По другому критерию – масштабам представления – в естествознании выделяют три основных структурных уровня материи:

· микромир – мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10^-8 до 10^-16 см, а время жизни – от бесконечности до 10^-24секунды;

· макромир – мир макрообъектов, соизмеримых с человеком и его опытом. Пространственные величины макрообъектов выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах (10^-6–10⁷ см), а время – в секундах, минутах, часах, годах, веках;

· мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояния в котором измеряются астрономическими единицами, световыми годами и парсеками (до 10²⁸ см), а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет.

Структура микромира.

На рубеже XIX—XX вв. в естественнонаучной картине мира произошли радикальные изменения, вызванные новейшими научными открытиями в области физики и затронувшие ее основополагающие идеи и установки. В результате научных открытий были опровергнуты традиционные представления классической физики об атомной структуре вещества. Открытие электрона означало утрату атомом статуса структурно неделимого элемента материи и тем самым коренную трансформацию классических представлений об объективной реальности. Новые открытия позволили:

1) выявить существование в объективной реальности не только макро-, но и микромира;

2) подтвердить представление об относительности истины, являющейся только ступенькой на пути познания фундаментальных свойств природы;

3) доказать, что материя состоит не из «неделимого первоэлемента» (атома), а из бесконечного многообразия явлений, видов и форм материи и их взаимосвязей.

Структура макромира.

Каждый структурный уровень материи в своем развитии подчиняется специфическим законам, но при этом между этими уровнями нет строгих и жестких границ, все они теснейшим образом связаны между собой. Границы микро- и макромира подвижны, не существует отдельного микромира и отдельного макромира. Естественно, что макрообъекты и мегаобъекты построены из микрообъектов. Тем не менее, выделим важнейшие объекты макромира.

Центральным понятием макромира является понятие вещества, которое в классической физике, являющейся физикой макромира, отделяют от поля. Под веществом понимают вид материи, обладающий массой покоя. Оно существует для нас в виде физических тел, которые обладают некоторыми общими параметрами — удельной массой, температурой, теплоемкостью, механической прочностью или упругостью, тепло- и электропроводностью, магнитными свойствами и т.п. Все эти параметры могут изменяться в широких пределах как от одного вещества к другому, так и для одного и того же вещества в зависимости от внешних условий.

Структура мегамира.

Основными структурными элементами мегамира являются планеты и планетные системы; звезды и звездные системы, образующие галактики; системы галактик, образующие метагалактики.

 

6 вопрос. Нынешняя эпоха развития человечества - эпоха современной техногенной цивилизации - имеет ряд специфических черт и особенностей. Прежде всего это касается науки, так как она определяет успехи и достижения в познании мира и во всех иных сферах человеческой деятельности.
Наука сегодня рассматривается как элемент культуры, взаимосвязанный и взаимодействующий со всеми другими элементами культуры. Кроме того, подчеркивается единство естественнонаучной и гуманитарной культуры, так как все гуманитарные явления через мировоззрение, мироощущения, соответствующие данной эпохе, несут на себе "печать" естественнонаучной культуры, а любое открытие в естествознании - "детище" конкретной исторической эпохи. Еще в 1932 г. величайший представитель науки и культуры ХХ столетия Э. Шредингер в работе "Зависит ли наука от общества?" отмечал, что "... все естественные науки связаны с общечеловеческой культурой" и что " научные открытия, даже кажущиеся в данный момент наиболее передовыми и доступными пониманию немногих избранных, все же бессмысленны без своего культурного контекста." Говоря об особой роли науки в современном мире и ее специфике, имеется в виду следующее:
- наука - элемент культуры;
- научные результаты, особенности науки, перспективы ее развития становятся понятными только в культурно-историческом контексте;
- наука - основа техники, технологический базис современной цивилизации;
- гуманитаризация науки, переосмысление роли и места науки в жизни и развитии человеческого общества, сохранении цивилизации;
- целостность научного знания, разработка и создание единой картины мира;
- взаимное влияние и взаимодействие наук, отход от узкой дисциплинарности, интеграция научного знания;
- взаимодействие и взаимопроникновение естественнонаучного и гуманитарного знания;
- тенденции к преодолению разрыва между ними;
- особая роль естественных наук в современном мире, так как они являются не только фундаментом современной технологии, но и имеют огромное общекультурное значение.

Гравитация.

В истории физики гравитация (тяготение) стала первым из четырех фундаментальных взаимодействий предметом научного исследования. После появления в ХVII в. ньютоновской теории гравитации - закона всемирного тяготения - удалось впервые осознать истинную роль гравитации как силы природы. Гравитация обладает рядом особенностей, отличающих ее от других фундаментальных взаимодействий. Наиболее удивительной особенностью гравитации является ее малая интенсивность. Величина гравитационного взаимодействия между компонентами атома водорода составляет 10n, где n = - 3 9, от силы взаимодействия электрических зарядов. (Если бы размеры атома водорода определялись гравитацией, а не взаимодействием между электрическими зарядами, то низшая (самая близкая к ядру) орбита электрона по размерам превосходила бы доступную наблюдению часть Вселенной!) (Если бы размеры атома водорода определялись гравитацией, а не взаимодействием между электрическими зарядами, то низшая (самая близкая к ядру) орбита электрона по размерам превосходила бы доступную наблюдению часть Вселенной!). Может показаться удивительным, что мы вообще ощущаем гравитацию, коль скоро она так слаба. Как она может оказаться господствующей силой во Вселенной? Все дело во второй удивительной черте гравитации - ее универсальности. Ничто во Вселенной не избавлено от гравитации. Каждая частица испытывает на себе действие гравитации и сама является источником гравитации. Поскольку каждая частица вещества вызывает гравитационное притяжение, гравитация возрастает по мере образования все больших скоплений вещества. Мы ощущаем гравитацию в повседневной жизни потому, что все атомы Земли сообща притягивают нас. И хотя действие гравитационного притяжения одного атома пренебрежимо мало, но результирующая сила притяжения со стороны всех атомов может быть значительной. Гравитация - дальнодействующая сила природы. Это означает, что, хотя интенсивность гравитационного взаимодействия убывает с расстоянием, оно распространяется в пространстве и может сказываться на весьма удаленных от источника телах. В астрономическом масштабе гравитационное взаимодействие, как правило, играет главную роль. Благодаря дальнодействию гравитация не позволяет Вселенной развалиться на части: она удерживает планеты на орбитах, звезды в галактиках, галактики в скоплениях, скопления в Метагалактике. Сила гравитации, действующая между частицами, всегда представляет собой силу притяжения: она стремится сблизить частицы. Гравитационное отталкивание никогда еще не наблюдалось (Хотя в традициях квазинаучной мифологии есть целая область, которая называется левитация - поиск "фактов" антигравитации). Поскольку энергия, запасенная в любой частице, всегда положительна и наделяет ее положительной массой, частицы под действием гравитации всегда стремятся сблизиться. Чем является гравитация, неким полем или проявлением искривления пространства-времени, - на этот вопрос пока еще однозначного ответа нет. Как уже отмечалось нами, существуют разные мнения и концепции физиков на сей счет.

Электромагнетизм.

По величине электрические силы намного превосходят гравитационные. В отличие от слабого гравитационного взаимодействия, электрические силы, действующие между телами обычных размеров, можно легко наблюдать. Электромагнетизм известен людям с незапамятных времен (полярные сияния, вспышки молнии и др.). В течение долгого времени электрические и магнитные процессы изучались независимо друг от друга. Как мы уже знаем, решающий шаг в познании электромагнетизма сделал в середине XIX в. Дж. К. Максвелл, объединивший электричество и магнетизм в единой теории электромагнетизма - первой единой теории поля. Существование электрона было твердо установлено в 90-e годы прошлого столетия. Ныне известно, что электрический заряд любой частицы вещества всегда кратен фундаментальной единице заряда - своего рода "атому" заряда. Почему это так - чрезвычайно интересный вопрос. Однако не все материальные частицы являются носителями электрического заряда. Например, фотон и нейтрино электрически нейтральны. В этом отношении электричество отличается от гравитации. Все материальные частицы создают гравитационное поле, тогда как с электромагнитным полем связаны только заряженные частицы. Как и электрические заряды, одноименные магнитные полюса отталкиваются, а разноименные - притягиваются. Однако в отличие от электрических зарядов магнитные полюса встречаются не по отдельности, а только парами - северный полюс и южный полюс. Еще с древнейших времен известны попытки получить посредством разделения магнита лишь один изолированный магнитный полюс - монополь. Но все они заканчивались неудачей. Может быть, существование изолированных магнитных полюсов в природе исключено? Определенного ответа на этот вопрос пока не существует. Некоторые теоретические концепции допускают возможность существования монополя. Как электрическое и гравитационное взаимодействия, взаимодействие магнитных полюсов подчиняется закону обратных квадратов. Следовательно, электрическая и магнитная силы "дальнодействующие", и их действие ощутимо на больших расстояниях от источника. Так, магнитное поле Земли простирается далеко в космическое пространство. Мощное магнитное поле Солнца заполняет всю Солнечную систему. Существуют и галактические магнитные поля. Электромагнитное взаимодействие определяет структуру атомов и отвечает за подавляющее большинство физических и химических явлений и процессов (за исключением ядерных).

Слабое взаимодействие.

К выявлению существования слабого взаимодействия физика продвигалась медленно. Слабое взаимодействие ответственно за распады частиц; и поэтому с его проявлением столкнулись с открытием радиоактивности и исследованием бета-распада. У бета-распада обнаружилась в высшей степени странная особенность. Исследования приводили к выводу, что в этом распаде нарушается один из фундаментальных законов физики - закон сохранения энергии. Казалось, что в этом распаде часть энергии куда-то исчезала. Чтобы "спасти" закон сохранения энергии, В. Паули предположил, что вместе с электроном при бета -распаде вылетает еще одна частица. Она - нейтральная и обладающая необычайно высокой проникающей способностью, вследствие чего ее не удавалось наблюдать. Э. Ферми назвал частицу-невидимку "нейтрино". Но предсказание и обнаружение нейтрино - это только начало проблемы, ее постановка. Нужно было объяснить природу нейтрино, но здесь оставалось много загадочного. Дело в том, что и электроны и нейтрино испускались нестабильными ядрами. Но было неопровержимо доказано, что внутри ядер таких частиц нет. Как же они возникали? Было высказано предположение, что электроны и нейтрино не существуют в ядре в "готовом виде", а каким-то образом образуются из энергии радиоактивного ядра. Дальнейшие исследования показали, что входящие в состав ядра нейтроны, предоставленные самим себе, через несколько минут распадаются на протон, электрон и нейтрино, т.е. вместо одной частицы появляются три новые. Анализ приводил к выводу, что известные силы не могут вызвать такой распад. Он, видимо, порождался какой-то иной, неизвестной силой. Исследования показали, что этой силе соответствует некоторое слабое взаимодействие. Оно гораздо слабее электромагнитного, хотя и сильнее гравитационного. Оно распространяется на очень незначительных расстояниях. Радиус слабого взаимодействия очень мал. Слабое взаимодействие прекращается на расстоянии, большем 10n см (где n = - 1 6) от источника и потому не может влиять на макроскопические объекты, а ограничивается отдельными субатомными частицами. Впоследствии выяснилось, что большинство нестабильных элементарных частиц участвует в слабом взаимодействии. Теория слабого взаимодействия была создана в конце б0-х годов С. Вайнбергом и А. Саламом. С момента построения Максвеллом теории электромагнитного поля создание этой теории явилось самым крупным шагом на пути к единству физики. 10.

Сильное взаимодействие.

Последнее в ряду фундаментальных взаимодействий - сильное взаимодействие, которое является источником огромной энергии. Наиболее характерный пример энергии, высвобождаемой сильным взаимодействием, - это наше Солнце. В недрах Солнца и звезд, начиная с определенного времени, непрерывно протекают термоядерные реакции, вызываемые сильным взаимодействием. Но и человек научился высвобождать сильное взаимодействие: создана водородная бомба, сконструированы и совершенствуются технологии управляемой термоядерной реакции. К представлению о существовании сильного взаимодействия физика шла в ходе изучения структуры атомного ядра. Какая-то сила должна удерживать протоны в ядре, не позволяя им разлетаться под действием электростатического отталкивания. Гравитация для этого слишком слаба; очевидно, необходимо какое-то новое взаимодействие, причем, более сильное, чем электромагнитное. Впоследствии оно было обнаружено. Выяснилось, что хотя по своей величине сильное взаимодействие существенно превосходит все остальные фундаментальные взаимодействия, но за пределами ядра оно не ощущается. Радиус действия новой силы оказался очень малым. Сильное взаимодействие резко падает на расстоянии от протона или нейтрона, превышающем примерно 10n см (где n = - 13). Кроме того, выяснилось, что сильное взаимодействие испытывают не все частицы. Его испытывают протоны и нейтроны, но электроны, нейтрино и фотоны не подвластны ему. В сильном взаимодействии участвуют только более тяжелые частицы. Теоретическое объяснение природы сильного взаимодействия развивалось трудно. Прорыв наметился в начале 60-х годов, когда была предложена кварковая модель. В этой теории нейтроны и протоны рассматриваются не как элементарные частицы, а как составные системы, построенные из кварков. Таким образом, в фундаментальных физических взаимодействиях четко прослеживается различие сил дальнодействующих и близкодействующих. С одной стороны, имеют место взаимодействия неограниченного радиуса действия (гравитация, электромагнетизм), а с другой - взаимодействия малого радиуса действия (сильное и слабое). Мир физических элементов в целом развертывается в единстве этих двух полярностей и является воплощением единства предельно малого и предельно большого - близкодействия в микромире и дальнодействия во всей Вселенной.

Принцип неопределенности в квантовой механике

 

Этот принцип впервые сформулировал известный немецкий физик В. Гейзенберг (1901—1976) в виде соотношения неточностей при определении сопряженных величин в квантовой механике. Теперь его обычно называют принципом неопределенности. Суть его заключается в следующем: если мы стремимся определить значение одной из сопряженных величин в квантово-механическом описании, например координаты х, то значение другой сопряженной величины, а именно импульса р = mv, нельзя определить с такой же точностью. Иначе говоря, чем точнее определяется одна из сопряженных величин, тем с меньшей точностью определяется другая величина. Это соотношение неточностей, или принцип неопределенности, выражается следующей формулой: Δх *Δр = h, где Δx — обозначает изменение или приращение координаты, Δр — приращение импульса, h — постоянную Планка. Таким образом, принцип неопределенности постулирует: Невозможно с одинаковой точностью определить и положение, и импульс микрочастицы. Произведение их неточностей не должно превышать постоянную Планка. На практике, конечно, неточности измерения бывают значительно больше, чем тот минимум, который предписывает принцип неопределенности, но речь идет о принципиальной стороне дела. Границы, которые устанавливаются принципом неопределенности, не могут быть преодолены путем совершенствования средств измерения. Поэтому принцип неопределенности, по крайней мере, в настоящее время считается фундаментальным положением квантовой механики и неявно фигурирует в ней во всех рассуждениях. Теоретически не исключается возможность отклонения этого принципа и соответственно изменения связанных с ним законов квантовой механики, но пока он считается общепризнанным. Из принципа неопределенности непосредственно следует, что вполне возможно осуществить эксперимент, с помощью которого можно с большой точностью определить положение микрочастицы, но в таком случае импульс ее будет определен менее точно. Наоборот, если импульс микрочастицы будет определен с возможной степенью точности, тогда ее положение будет определено недостаточно точно. В квантовой механике любое состояние системы описывается посредством так называемой волновой функции, но в отличие от классической механики эта функция определяет параметры ее будущего состояния не достоверно, а лишь с той или иной степенью вероятности. Это означает, что для того или иного параметра системы волновая функция может давать лишь вероятностные предсказания. Например, буд