Наука как часть духовной культуры. Классификация наук.

Вопросы к зачету по курсу КСЕ (ГУФ)

 

Наука как часть духовной культуры. Классификация наук.

Однозначного определения науки не существует – только разные аспекты этого понятия: знания, система подготовки кадров, социальный институт, производственная сила, форма духовной культуры.

Духовная культура – исторический опыт, полученный человеком в процессе изучения мира; инструмент, которым человек познает мир.

В понятие «духовная культура» входят: мифология, философия, религия, искусство, наука и мораль. Все формы духовной культуры важны, но наука – доминирующая форма. Доминирующей в процессе развития человечества должна стать мораль, потому что наука имеет и негативный эффект.

Духовная культура служит для познания бытия. В бытие входят природа, человек и общество. Природу изучают естественные науки, а общество и человека – гуманитарные.

Естественные науки делятся на:

- физические,

- химические,

- космологические,

- биологические.

Изучает общество политология, а человека – логика, психология и (междисциплинарная) математика.

Между естественными и гуманитарными науками идут процессы интеграции и дифференциации. Наибольшая проблема интеграции гуманитарных наук – множество противоречий, что при водит к их синергетике. Дифференциация происходит на стыке наук.

Духовная культура включает материальное, которое делится на технику, технологию и производственный опыт.

Техника – совокупность средств деятельности людей. В процессе создания и эксплуатации техники создаются технические науки.

Технология – совокупность организационных производственных, экономических мер, направленных на развитие техники.

Производственный опыт – накопление в процессе производства информации обо всех способах и путях достижения цели, которые анализируются и применяются повсеместно.

Наука связана с другими формами духовной культуры, например, философией, так как философские мысли подтверждаются наукой.

Наука находится в противоречии с религией, так как религия основана на вере, а наука – на доказательствах, но они взаимодополняют понятие о бытии.

Искусство и наука связаны в ремесле, так как обе эти сферы выходят пределы того, что было, и требуют творчества. Но существует разница: достижения науки устаревают, а искусства – нет.

Наука и мораль: c начала XX века считалось, что моральные ценности идут впереди науки, что значит – либо человечество погибнет, либо мораль выйдет вперёд.

 

Методы научного познания в естествознании.

Есть 8 методов научного познания в естествознании:

- наблюдение;

- эксперимент;

- аналогия;

- анализ;

- синтез;

- индукция;

- дедукция;

- моделирование.

Наблюдение – не вмешиваясь в ход событий, фиксировать изменения.

Эксперимент организуется учеными, фиксируется, повторяется вновь с учетом ошибок.

Аналогия переносит доступные человеку сведения от изучения изучаемому.

Анализ – метод исследования, основанный на методах разложения.

Синтез – соединение элементов в единый объект.

Индукция – способ мышления от единичных фактов к обобщению.

Дедукция – способ мышления от общей картины к конкретным фактам.

Моделирование бывает физическим и математическим. Физическое основано на физической модели, а математическое – способ описания поведения объекта с помощью математики.

 

 

Наука Нового времени.

Начинает активно развиваться капитализм, наука связана с экономическими, социальными и политическими условиями. Наука в 17-18 вв. набирает большой фактический материал и приобретает доминирующее значение в постижении бытия, т.е., знания становятся силой и единое знание, ранее именуемое философией, начинает расчленяться на собственно философию (которая также начала делиться на философские предметы – философию науки, философию истории, философию природы) и науку, которая, в свою очередь, также начинает делиться на конкретные науки: механика, астрономия, математика (все эти три науки назвали одним словом – естествознание).

Основателем философии Нового времени является Френсис Бэкон, который разработал научную программу под названием «Великое восстановление наук», для чего разработал метод индукции. Рациональным выводам он не доверял, а источником познания считал чувственный опыт.

Основы для построения новой рациональной науки создает другой основатель философии Нового времени – Рене Декарт, разработавший метод дедукции.

Исходной посылкой науки Нового времени является натурализм – единственной подлинной реальностью признается материальный мир, существующий вне и независимо от человеческого сознания.

Создал систему координат и ввел о взаимозависимости функции и аргумента.

Внес особый вклад в учение о движении, которое понимал как относительное: нет абсолютного покоя, тело двигается относительно одних тел и покоится относительно других. Дает первую формулировку принципу инерции: тело, раз начав двигаться, продолжает это движение и никогда само собой не останавливается. Второй закон движения, предложенный Декартом, утверждает, что всякое тело стремится продолжить свое движение по прямой. Третий закон определял принцип движения сталкивающихся тел.

Он был создателем механистической картины мира: природа есть сложная система механизмов, в число которых попадают и животные, и даже тело человека. В этом смысле Бог – Великий Механик. Задача науки – объяснить все явления природы из полученных начал, в которых нельзя усомниться - «врождённых идей», которые даются человеку интуитивно. Из врожденных идей путём дедукции выводятся новые знания.

 

 

Небесная механика. Кеплер.

Задачу точного описания орбит планет решил один из величайших астрономов мира Иоганн Кеплер (1571—1630), основываясь на точнейших астрономических наблюдениях своего учителя Тихо Браге (король Дании подарил Браге Ураниенбург — великолепную, прекрасно оснащенную обсерваторию, где Браге на специально изготовленных приборах провел ряд точнейших наблюдений).

Первое сочинение Кеплера «Тайна Вселенной».

Самым важным сочинением Кеплера по астрономии явилась «Новая астрономия, или небесная физика». Анализируя наблюдения Тихо Браге, Кеплер приходит к выводу об эллиптичности орбит планет.

3 закона движения планет Кеплера:

- каждая из планет движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце;

- планеты движутся вокруг Солнца с неравной скоростью;

- квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Кеплер был не только великим астрономом и математиком. Весом его вклад в оптику, которой он занимался в приложении к астрономии. Одна из труб носит его имя и используется в геодезии.

В течение двадцати лет Кеплер работал над составлением «Рудольфовых таблиц», которые пользовались астрономами и моряками вплоть до XIX в.

 

 

Квантовая природа излучения

К квантовой теории привели исследования в области теплового излучения. Попытки найти функцию распределения интенсивности теплового излучения черного тела в рамках классической теории не привели к успеху.

Закон распределения, полученный Вином, имел важнейшее значение для классификации звезд по цвету излучения. За открытие этого закона Вину была присуждена Нобелевская премия по физике.

Макс Планк пытался вывести из принципов термодинамики общие законы поведения тел. Нобелевская премия по физике за открытие кванта действия. Планк, поставил перед собой задачу применить методы термодинамики к исследованию электродинамических процессов: тепловое излучение, так как нагретые тела излучают электромагнитные волны.

Планк пытался получить формулу, которая объединила бы закон Вина для коротких волн, и закон Рэлея-Джинса для длинных волн.

Планк полагал, что каждый колеблющийся осциллятор (с их помощью происходит обмен энергией между веществом и излучением) излучает энергию не непрерывно, а порциями — квантами. Чем выше частота, тем больше энергия кванта. Планк пытался встроить квант действия в систему классической физики, что ему сделать не удалось. Он считал, что свет излучается дискретно — квантами, но само излучение непрерывно, что соответствовало теории Максвелла.

Идея Планка о квантах привлекла Эйнштейна, и он воспользовался ею для объяснения фотоэффекта, который впервые наблюдали и исследовали Герц и Александр Григорьевич Столетов. Им был разработан метод, позволивший вычислить значение скорости света. После открытия Герцем фотоэффекта (выбивание электронов из вещества под воздействием падающего потока излучения) Столетов изучал это явление.

Согласно волновой теории, энергия выбитых светом электронов должна была бы зависеть от интенсивности поглощенного потока света, а на самом деле энергия испускаемых электронов зависела только от длины волны света и природы вещества, на которое свет воздействует.

Развивая идеи Планка о квантах, Эйнштейн пошел дальше и предположил, что свет не только излучается, но и поглощается веществом в виде отдельных дискретных порций. Кванты электромагнитного излучения Эйнштейн назвал фотонами. И само распространение излучения в пространстве по Эйнштейну имеет квантовый характер, то есть свет состоит из «зерен энергии» — квантов. Фотоны появляются при излучении и исчезают при поглощении, то есть существуют в определенных временных границах, рождаются и умирают.

Если фотоны обладают импульсом, то очевидно, что свет должен оказывать давление на поверхность, находящуюся на его пути. Существование давления света явилось одним из возможных аргументов в пользу электромагнитной теории света. Давление света успешно объясняется и волновой (электромагнитной) и квантовой теорией.

Артур Комптон показал, что при рассеянии рентгеновских лучей в рассеянном излучении наблюдается смещение части в длинноволновую область спектра — «красное смещение». Доля его увеличивается в коротковолновой области. Квантовая теория давала простое объяснение этому явлению, а классическая теория – нет.

 

 

Теория относительности.

Знаменитая работа Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел» - попытка согласовать механику и электродинамику и объяснить опыт Майкельсона про «эфирный ветер». Эта статья - обоснование новой механики, отличной от механики Ньютона, названной впоследствии специальной теорией относительности. ( Специальную теорию относительности часто называют релятивистской теорией (релятивистская механика – это механика движения со скоростями, близкими к скорости света) )

В основе специальной теории относительности лежат два постулата:

1. Для всех координатных систем, где справедливы уравнения механики, справедливы и те же электродинамические и оптические законы.

2. Свет распространяется в пустоте с постоянной скоростью по всем направлениям независимо от движения источника света и наблюдателя. ( Течение времени, масса и длина тел оказываются зависимыми от относительной скорости движения систем отсчета, то есть от движения наблюдателя. )

Из второго постулата Эйнштейна о постоянстве скорости света и ее предельности вытекает релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистская формула сложения скоростей становится эквивалентной классической при малых скоростях. Релятивистская механика должна внести изменения в классическое представление о пропорциональности силы и ускорения. Ускорение предполагает изменение скорости. Но скорость света является предельной, поэтому никакая сила не может увеличить скорость тела, имеющего скорость света.

Современники Эйнштейна быстро отметили “недостаток” специальной теории относительности - она не включала в себя ньютоновское тяготение. Эйнштейн предпринял попытку создания теории гравитации, учитывающей релятивистские эффекты.

По Эйнштейну любая масса как бы “деформирует” вокруг себя пространство-время, поэтому все движущиеся в гравитационном пространстве тела, а также свет, следуют по искривленным траекториям.

Действие гравитационного поля эквивалентно ускоренному движению, а значит тяжелая или гравитационная масса эквивалентна инертной.

Согласно принципу эквивалентности, кинематически можно изменить или как бы уничтожить гравитацию в определенный системе отсчета.

Эйнштейн объясни л поворот орбиты Меркурия с помощью общей теории относительности (Леверье обнаружил, что орбита Меркурия медленно поворачивалась вокруг Солнца). Поворот орбит планет, тем больший, чем ближе планета к Солнцу, являлся прямым следствием общей теории относительности. Совпадение данных астрономических наблюдений с расчетами, проведенными по теории Эйнштейна, оказалось поразительным.

Другим важным следствием общей теории относительности является следующее предсказание: лучи света, проходящие вблизи Солнца, обязаны искривляться. Опыты показали полное совпадение с выводами общей теории относительности.

Крупным научным открытием нового века, подтверждающим общую теорию относительности, стало экспериментальное обнаружение гравитационных волн.

 

 

Солнечная система и Земля.

По современным данным наше Солнце стало протозвездой около 5 млрд лет назад. Центробежные силы оторвали от нее часть экваториальной области вещества - образовался газопылевой диск, который рос, и в нем выделялись сжимающиеся фрагменты, ставшие планетами.

В недрах сжимающейся протозвезды увеличивалась температура, и при достижении 10 млн К начались термоядерные реакции, наше Солнце «загорелось». «Топливом» Солнца является водород, из которого синтезируются ядра гелия с выделением огромной энергии, соответствующей дефекту масс.

Современную модель строения Солнца построил Эддингтон, предполагая уравнивание гравитационных сил сдавливания силой, возникающей из-за расширения газа при высокой температуре. С учетом массы Солнца (1,99·1027т) и его размеров (диаметр 1393000 км) Эддингтон получил значение температуры в центре Солнца - 15 млн град.

Центральную область, в которой происходят ядерные превращения, называют активной областью (диаметр 450 тыс.км).

Активная зона окружена зоной лучистого переноса (280 тыс.км). Здесь идет переход энергии из g-области в более длинноволновую часть спектра.

В зоне конвекции - движение солнечной плазмы со скоростями 100—500 м/c. Эта энергия обеспечивает нагревание внешних слоев Солнца.

Внешнюю оболочку, которую мы только и видим на Солнце, называют фотосферой. Она окружена тонким слоем красного цвета, так называемой хромосферой. Между фотосферой и хромосферой расположен очень тонкий обращающий слой. Обращающий слой и хромосфера наблюдаются во время полных солнечных затмений, когда фотосфера закрыта тенью Луны. Над поверхностью хромосферы вздымаются пламеобразные языки, напоминающие фонтаны, - протуберанцы.

Солнце вращается вокруг оси с периодом обращения 25 суток. Для земного наблюдателя вращение Солнца кажется происходящим с периодом 27 суток, поскольку Земля вращается в том же направлении.

Планеты солнечной системы, вероятно, образовались из протопланетного облака, отделившегося от диска протозвезды кольца. Планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) - примерно за 100 млн лет. Планеты-гиганты образовывались дольше. Однако это не точно. Мы больше знаем о происхождении звезд, чем собственной планетной системы.

Планеты солнечной системы расположены от Солнца в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Между орбитами Марса и Юпитера располагаются орбиты так называемых малых планет. Их зарегистрировано более 5500.

Астрономической единицей называют расстояние, равное радиусу орбиты Земли. Картина, отражающая внутреннее строение нашей планеты не завершена. По последним примерно так:

- твердая внешняя оболочка Земли, называемая земной корой, имеет толщину до 70 км в горных районах, около 30 км под равнинами, 5-10 км под океанами; входит в литосферу (до верхних слоев мантии Земли);

- мантия - оболочка Земли, расположенная между земной корой и ядром Земли; 83% Земли (без атмосферы) по объему и 67% по массе;

- самая плотная часть Земли в ее центре, называется ядром; делится на внешнее и внутреннее.

Литосфера состоит из отдельных плит, скользят по вязкому слою полурасплавленных горных пород, составляющему астеносферу. Границы плит являются зонами высокой тектонической, сейсмической и вулканической активности.

Нагреваясь у ядра, потоки идут вверх, а остывая — вниз. Мантия доходит до глубины почти 3 тыс.км и состоит из каменной породы. Температура мантии - до 4000 К, но она не расплавлена из-за огромного давления, достигающего 150 гигапаскалей (150 109 Па), которое препятствует плавлению.

Внешнее ядро более динамично, чем внутреннее, и состоит из жидкого металла. Температура на границе раздела сред мантии и ядра увеличивается при переходе к ядру скачком на тысячи градусов. Циркулирующее во внешнем ядре жидкое железо рождает магнитное поле Земли. Магнитное поле выходит за пределы земного шара и даже способно отклонять в космическом пространстве заряженные частицы солнечного ветра. Внутреннее ядро представляет собой твердый железный шар (гигантский кристалл железа).

На границе жидкого ядра на глубине 2900 килом сейсмологи открыли слой толщиной от 200 до 400 км, который назвали «Д-слоем». Материал Д-слоя захватывается конвекционными потоками при движении вверх, приближается к литосфере, прожигает ее и на поверхности планеты образует острова с действующими вулканами.

Эйнштейн

 

Создатель теории относительности Альберт Эйнштейн (1879-1955) родился в еврейской семье владельца мелкой фабрики.

В девятилетнем возрасте Альберта отдали в гимназию в Мюнхене. Зубрежка. Называли Эйнштейна “туповатым парнем”.

В руки попал учебник геометрии. Мальчик был поражен строгостью и гармонией мысли Евклида, сходством геометрии с музыкой, с произведениями его любимого Моцарта.

Неплохо играл на скрипке, любимое увлечение на всю жизнь.

Математика захватила его, и Альберт стал первым в классе по этому предмету, относясь к другим кое-как.

Цюрихский Политехникум.

Женился на своей сокурснице.

Спокойная семейная жизнь.

Эйнштейн смог количественно описать движение мельчайших взвешенных частиц броуновского движения.

Докторская диссертация “Новое определение размеров молекул” - степень доктора философии.

В статье Эйнштейна, посвященной квантовой теории излучения, гипотетическим квантам Планка приписывалась вполне определенная физическая реальность. Статья называлась “Об одной эвристической точке зрения на происхождение и превращение света”.

Точка зрение Эйнштейна оказалась определяющей новые пути познания мира, пути квантовой механики.

Статья “К электродинамике движущихся сред”.

В этих двух великих статьях были сосредоточены результаты многолетних раздумий гениального мыслителя, изменившего Ньютоновскую картину мира. Бессо предложил назвать новый взгляд на мир теорией относительности. Это название и было принято Эйнштейном.

После прочтения статей Эйнштейна Планк сразу же написал автору письмо.

Первое публичное чтение Эйнштейном лекции по теории относительности состоялось в … столовой профессионального союза бернских официантов.

Имя Эйнштейна становилось вместе с тем все более известным, и в 1908 году он получил предложение должности приват-доцента Бернского университета, которая предполагала чтение необязательного для студентов курса лекций без оплаты.

Летом 1909 Эйнштейн сделал доклад о природе света на 81-м съезде немецких натуралистов в Зальцбурге. На этом съезде состоялась первая встреча юного Эйнштейна с Планком. Их объединяло главное – научные позиции, взаимные симпатии и музыка, бывшая для Планка родной стихией. Эйнштейн покидает патентное бюро и получает назначение экстраординарным профессором Цюрихского университета.

В сентябре этого года в Брюсселе встретились Резерфорд, Кюри, Планк, Нернст, Лоренц и другие крупнейшие ученые. Эйнштейн был самый молодой среди них.

В 1912 Эйнштейн вернулся в Швейцарию и занял профессорскую кафедру в цюрихском Политехникуме.

Через два года Эйнштейн переезжает в Берлин (переехать в Берлин Эйнштейна уговорил Планк, видевший в нем своего соратника и подготовивший этот переезд во всех отношениях). Работа над общей теорией относительности вошла в завершающий этап.

Эйнштейн сделал решающий шаг в построении общей теории относительности – теории тяготения

К Эйнштейну пришла мировая слава. Университеты и академии многих стран наперебой приглашали его прочитать лекции. Эйнштейн принимает решение отправиться в научное турне. Он читает лекции в Лейдене, затем в Праге, откуда отправляется в Америку.

Эйнштейн мечтал о создании еврейского университета в Палестине, разработал план совместного арабо-еврейского управления территориями, на которых проживают вместе евреи и арабы. После Америки путь Эйнштейна лежал в Англию, затем во Францию, а потом в Индию и Китай. Во время пребывания Эйнштейна в Шанхае пришло известие о присуждении ему Нобелевской премии по физике за предыдущий 1921 год. Премия присуждалась “за открытие закона фотоэлектрических явлений и за другие работы в области теоретической физики”.

Зиму Эйнштейн провел в Японии и в феврале 1923г. вернулся в Берлин, посетив по пути Палестину, Марсель и Мадрид.

Осенью 1930 Эйнштейн во второй раз побывал в США с чтением лекций в Пасадене (Калифорния). Там произошла его встреча с Майкельсоном, которому было уже семьдесят девять лет. Так случилось, что через несколько недель Эйнштейн провожал в последний путь человека, чьи научные исследования стали отправной точкой в создании теории относительности.

Возвращение в Европу после этой поездки было недолгим. В 1933 он окончательно эмигрирует в Соединенные Штаты. Годы жизни в Америке отмечены пацифистской деятельностью Эйнштейна, лекциями и публикациями по проблемам теории относительности. Замечательна его переписка с Н. Бором по вопросу о вероятностном толковании квантовой и волновой механики, известная как дискуссия "Играл ли Бог в кости при сотворении Мира".

В последние годы Эйнштейн вел довольно замкнутый образ жизни. В Принстон, где жил Эйнштейн, приехал молодой польский физик Л. Инфельд, работавший с Эйнштейном с 1936г. по 1938г. Ими совместно написана ставшая знаменитой книга “Эволюция физики”, вышедшая в 1938г.

Эйнштейн всегда говорил, что не боится смерти. Перед кончиной он сказал: “Свою задачу на Земле я выполнил”. По его завещанию прах великого ученого развеяли по ветру.

 

Вопросы к зачету по курсу КСЕ (ГУФ)

 

Наука как часть духовной культуры. Классификация наук.

Однозначного определения науки не существует – только разные аспекты этого понятия: знания, система подготовки кадров, социальный институт, производственная сила, форма духовной культуры.

Духовная культура – исторический опыт, полученный человеком в процессе изучения мира; инструмент, которым человек познает мир.

В понятие «духовная культура» входят: мифология, философия, религия, искусство, наука и мораль. Все формы духовной культуры важны, но наука – доминирующая форма. Доминирующей в процессе развития человечества должна стать мораль, потому что наука имеет и негативный эффект.

Духовная культура служит для познания бытия. В бытие входят природа, человек и общество. Природу изучают естественные науки, а общество и человека – гуманитарные.

Естественные науки делятся на:

- физические,

- химические,

- космологические,

- биологические.

Изучает общество политология, а человека – логика, психология и (междисциплинарная) математика.

Между естественными и гуманитарными науками идут процессы интеграции и дифференциации. Наибольшая проблема интеграции гуманитарных наук – множество противоречий, что при водит к их синергетике. Дифференциация происходит на стыке наук.

Духовная культура включает материальное, которое делится на технику, технологию и производственный опыт.

Техника – совокупность средств деятельности людей. В процессе создания и эксплуатации техники создаются технические науки.

Технология – совокупность организационных производственных, экономических мер, направленных на развитие техники.

Производственный опыт – накопление в процессе производства информации обо всех способах и путях достижения цели, которые анализируются и применяются повсеместно.

Наука связана с другими формами духовной культуры, например, философией, так как философские мысли подтверждаются наукой.

Наука находится в противоречии с религией, так как религия основана на вере, а наука – на доказательствах, но они взаимодополняют понятие о бытии.

Искусство и наука связаны в ремесле, так как обе эти сферы выходят пределы того, что было, и требуют творчества. Но существует разница: достижения науки устаревают, а искусства – нет.

Наука и мораль: c начала XX века считалось, что моральные ценности идут впереди науки, что значит – либо человечество погибнет, либо мораль выйдет вперёд.