Чем отличается естественно - научная культура от гуманитарной

    • пространство и время тесно взаимосвязаны  друг с другом, ибо только совместно  они определяют положение движущегося тела. Именно поэтому время в теории относительности выступает как четвертая координата для описания движения, хотя и отличная от пространственных координат;

    • специальная теория относительности  показала, что одинаковость формы  законов механики для всех инерциальных систем отсчета сохраняет свою силу и для законов электродинамики, но только для этого вместо преобразований Галилея используются преобразования Лоренца;

    • при обобщении принципа относительности  и распространении его на электромагнитные процессы постулируется постоянство скорости света, которое никак не учитывается в механике.

    Общая теория относительности отказывается от такого ограничения, так же как  и от требования рассматривать лишь инерциальные системы отсчета, как  это делает специальная теория. Благодаря такому глубокому обобщению она приходит к выводу: все системы отсчета являются равноценными для описания законов природы.

    С философской точки зрения наиболее значительным результатом общей  теории относительности является установление зависимости пространственно-временных свойств окружающего мира от расположения и движения тяготеющих масс.

    Именно  благодаря воздействию тел с  большими массами происходит искривление  путей движения световых лучей. Следовательно, гравитационное поле, создаваемое такими телами, определяет в конечном итоге пространственно-временные свойства мира. В специальной теории относительности абстрагируются от действия гравитационных полей и поэтому ее выводы оказываются применимыми лишь для небольших участков пространства времени.

    Концепцию относительности, лежащую в основе общей и специальной физической теории, не следует смешивать с  принципом относительности наших  знаний, в том числе и в физике. Если первая из них касается движения физических тел по отношению к  разным системам отсчета, т.е. характеризует процессы, происходящие в объективном, материальном мире, то вторая относится к росту и развитию нашего знания, т.е. касается мира субъективного, процессов изменения наших представлений об объективном мире. Не подлежит сомнению, что между этими процессами существует связь, и сами физики признают, что возникновение теории относительности повлияло на характер мышления ученых.

    К сожалению, принцип относительности  в физике был использован некоторыми западными философами для защиты философского релятивизма, суть которого сводится к отрицанию объективно истинного содержания в нашем знании. Раз наши принципы и теории меняются, значит, заявляют релятивисты, в них не содержится никакой истины и поэтому сама истина объявляется соглашением ученых, удобным средством для классификации фактов, экономным описанием действительности и т. п. Даже предварительное знакомство с результатами физической теории относительности показывает явную несостоятельность философского релятивизма. 
 
 

    4. Как классифицирует современная наука элементарные частицы?

    Элементарные  частицы в точном значении этого  термина – первичные, неделимые  частицы, из которых состоит вся  материя. Понятие “элементарная  частица” трансформировалась по мере развития знаний о строении материи. На рубеже 19 – 20 веков мельчайшей частицей вещества (т.е. элементарной частицей) считался атом (по-гречески atomos - ”неделимый”). В дальнейшем выявилась сложная структура атома, состоящего из ядра и электронов. В свою очередь ядра, как оказалось, также являются сложными структурами и состоят из протонов и нейтронов. В настоящее время считается, что протоны и нейтроны также состоят из более элементарных частиц – кварков. В строгом смысле именно кварки в настоящее время должны считаться элементарными частицами. Однако в современной физике термин “элементарные частицы” употребляется не в своем точном значении, а менее строго – для наименования большой группы мельчайших частиц материи, которые не являются атомами или атомными ядрами, т.е. объектами заведомо составной природы. В эту группу входят протон (p), нейтрон (n), фотон (g ), p - мезоны и другие частицы – всего более 350 частиц, в основном нестабильных. Очевидно, что при наличии такого большого числа элементарных частиц возникает необходимость их классификации.

    В основу всякой классификации должен быть положен какой-то признак. Элементарные частицы принято классифицировать в основном по двум признакам: 1) по способности  к различным видам взаимодействия; 2) по массе.

    Виды  взаимодействия элементарных частиц

    Различные процессы с элементарными частицами  заметно различаются по интенсивности  их протекания. В соответствии с  этим взаимодействия элементарных частиц можно разделить на четыре класса: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

    Сильное взаимодействие вызывает процессы, протекающие с наибольшей интенсивностью, оно приводит к самой сильной связи элементарных частиц. Именно сильное взаимодействие обуславливает связь протонов и нейтронов в ядрах атомов и обеспечивает устойчивость ядер. Потому сильное взаимодействие называют также ядерным.

    Электромагнитное  взаимодействие осуществляется через электрическое поле. Очевидно, что это взаимодействие возможно только между электрически заряженными телами. Электромагнитное взаимодействие заметно слабее сильного (ядерного). Именно это взаимодействие обуславливает связь электронов с ядром в атоме и атомов в молекуле.

    Слабое  взаимодействие вызывает очень медленно протекающие процессы с элементарными частицами. Примером процесса, обусловленного слабым взаимодействием, является  бета-распад, а примером элементарной частицы, способной только к слабому взаимодействию, может служить нейтрино. Именно крайне малой интенсивностью слабого взаимодействия объясняется тот факт, что нейтрино свободно пронизывают толщу Земли и Солнца, не испытывая при этом поглощения.

    Гравитационное  взаимодействие является универсальным, оно наблюдается между любыми материальными телами, но в микромире оно не играет существенной роли. По сравнению с остальными тремя взаимодействиями оно пренебрежимо мало.

    Интенсивность различных взаимодействий по сравнению  с сильным распределяется следующим  образом:

    сильное ~ 1

    электромагнитное ~ 10-2 … 10-3

    слабое ~ 10-10 … 10-14

    гравитационное ~ 10-38 … 10-40

    По  способности к тому или иному  виду взаимодействия все элементарные частицы делятся на два класса: адроны и лептоны. Адроны способны ко всем четырем взаимодействиям, лептоны не испытывают сильного взаимодействия.

    Кроме способности к различным взаимодействиям, элементарные частицы имеют другие характеристики, прежде всего массу, время жизни,  спин, электрический заряд. По массе все частицы делятся на тяжелые – адроны, средние – мезоны, легкие – лептоны. По времени жизни частицы делятся на стабильные (время жизни  t  ®  ¥ ), квазистабильные (t > 10-20 с) и нестабильные (t = 10-23 …10-24 с). Например, время жизни протона  t > 1030 лет, электрона -  t > 1021 лет, нейтрона ~ 1000 с.

    Спин  может быть целым или полуцелым кратным величине. Например, спин  p - мезона равен 0, протона, нейтрона, электрона - ½, фотона – 1.

    Электрический заряд является целым кратным  величине е = 1,6.10-19 Кл (элементарный электрический  заряд).

    Помимо  указанных величин, элементарные частицы  характеризуются еще рядом квантовых  чисел. Все лептоны имеют лептонный  заряд L, равный +1 для лептонов, -1 для антилептонов и 0 для всех остальных частиц. Все барионы имеют барионный заряд B, равный +1 для барионов, -1 для антибарионов и 0 для всех остальных частиц. У фотона  B = 0 и L = 0.

    Кроме барионного и лептонного зарядов  элементарные частицы могут иметь еще три квантовых числа: “странность” S, “очарование”  c и “красоту”  b. Для обычных частиц S = 0, c = 0, b = 0, для “очарованных” частиц  c¹0, для “красивых” частиц  b¹0.

    Квантовые числа элементарных частиц разделяются  на точные, которые связаны с физическими величинами, сохраняющимися во всех процессах, и неточные, для которых соответствующие физические величины в некоторых процессах не сохраняются. Точными квантовыми числами являются: электрический заряд q, лептонный заряд L и барионный заряд B, спин. Странность S, очарование c и красота b – неточные квантовые числа, они сохраняются в сильных и электромагнитных взаимодействиях, но не сохраняются в слабом взаимодействии. 
 
 

    5. Фундаментальные законы сохранения энергии

    Закон сохранения энергии считается одним из наиболее фундаментальных законов природы. Он утверждает, что в изолированной системе количество энергии не должно изменяться, хотя она может переходить из одной формы в другую. Под различными формами энергии понимаются: механическая, тепловая, электромагнитная и другие. Ниже нами будет показано, что все формы энергии представляют собой энергию механического движения, то есть движения материи в пространстве.

      Под законом сохранения энергии  можно также понимать равный  обмен энергиями взаимодействующих материальных объектов: насколько один объект потеряет энергии, настолько второй приобретет ее.

      Закон сохранения энергии прошел  долгий и трудный путь становления  в борьбе с законом сохранения  количества движения. Еще Р.Декарт (1596–1650) утверждал, что в природе остается неизменным количество движения, под которым он понимал произведение величины тел на скорости их движения, так как понятие массы тогда еще не было.

      В противовес Декарту Лейбниц  (1646–1716) утверждал, что в природе  должна сохраняться только “живая сила”, под которой он понимал энергию движения тел, то есть кинетическую энергию.

      Затем Ю.Р.Майером (1814–1878) и Дж.П.Джоулем  (1818–1889) была установлена связь  между механической и тепловой  энергией в виде механического  эквивалента теплоты. После этого закон сохранения энергии стал применяться ко всем существующим видам взаимодействий, он даже стал как бы пробным камнем справедливости любой физической теории: если этот закон не выполняется, то с теорией что-то не в порядке. Нарушение закона сохранения энергии послужило поводом для открытия нейтрино и гамма-излучения при радиоактивном распаде.

    Однако, несмотря на его всеобщность, закон  сохранения энергии не имеет твердого обоснования и является, по сути дела, эмпирическим законом. В настоящее время считается доказанным, что закон сохранения энергии в соответствии с теоремой Нетер является следствием однородности времени. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

      Под однородностью времени понимается  то обстоятельство, что течение  физических процессов не зависит от выбора начального момента времени, то есть законы движения будут иметь один и тот же вид как в прошлом, так и в будущем. Поэтому теорема Нетер представляет чисто математический прием, не отражающий реальные обстоятельства взаимодействия материальных объектов, а только чисто формально позволяющий установить связь между физическими понятиями, но не реальную зависимость одного понятия от другого.

      То же самое можно сказать  и об однородности пространства, из которой, якобы, следует  закон сохранения импульса. Под однородностью пространства понимается то, что любая точка в пространстве может быть взята за начало отсчета инерциальной системы координат и течение физического процесса в ней от этого не изменится. Но если пространство представляет собой геометрическое понятие, то о какой же его однородности можно говорить?

      Таким образом, понятие однородности, так же как и изотропности, можно отнести только к материальным  объектам, характеризующим отдельные  их свойства, но никак ни ко  времени, ни к пространству. Кстати, это прекрасно понимают современные ученые: “… установленная физикой XX в. взаимосвязь между законами сохранения и свойствами пространства и времени не означает, естественно, что законы сохранения являются следствием свойств пространственно - временной симметрии нашего мира в том смысле, что пространство и время как бы порождают законы сохранения. Если бы это было действительно так, то это означало бы, что фундаментальные свойства материи порождаются пространством и временем”.