Ответы по КСЕ

Познакомившись  в 1560-е гг. с гелиоцентрической  теорией Коперника, Бруно поначалу отнесся к ней с недоверием. Чтобы выработать свое собственное  отношение к проблеме устройства Космоса, он обратился к изучению системы Птолемея и материалистических учений древнегреческих мыслителей, в первую очередь атомистов, о бесконечности Вселенной. Большую роль в формировании взглядов Бруно сыграло его знакомство с идеями Николая Кузанского, который утверждал, что ни одно тело не может быть центром Вселенной в силу ее бесконечности. Объединив гелиоцентризм Коперника с идеями Николая Кузанского об изотропности, однородности и безграничности Вселенной, Бруно пришел к концепции множественности планетных систем в бесконечной Вселенной.

Бруно отвергал замкнутую сферу звезд, центральное  положение Солнца во Вселенной и  провозглашал тождество Солнца и  звезд, множественность «солнечных систем» в бесконечной Вселенной, множественную населенность Вселенной. Указывая на колоссальные различия расстояний до разных звезд, он сделал вывод, что поэтому соотношение их видимого блеска может быть обманчивым. Он разделял небесные тела на самосветящиеся — звезды, солнца, и на темные, которые лишь отражают солнечный свет. Бруно утверждал, во-первых, изменяемость всех небесных тел, полагая, что существует непрерывный обмен между ними и космическим веществом, во-вторых, общность элементов, составляющих Землю и все другие небесные тела, и считал, что в основе всех вещей лежит неизменная, неисчезающая первичная материальная субстанция.

Именно Бруно  принадлежит первый и достаточно четкий эскиз картины вечной, никем  не сотворенной, вещественной единой бесконечной  и безграничной Вселенной с бесконечным  числом очагов Разума в ней. В свете  учения Бруно теория Коперника снижает свой ранг: она оказывается не теорией Вселенной, а теорией лишь одной из множества планетных систем Вселенной, и, возможно, не самой выдающейся такой системы. 

5. Законы планетных  движений И. Кеплера  и его вклад  в создание научной  картины мира.

Первый закон  утверждал эллиптическую форму  орбит и тем разрушал принцип  круговых движений в Космосе. Второй закон показывал, что планеты  не только движутся по эллиптическим  орбитам, но и движутся по ним неравномерно: скорость планет изменяется таким образом, что площади, описываемые радиусом-вектором в равные промежутки времени, равны между собой (закон постоянства площадей). Так рухнул и принцип равномерности небесных движений. Кеплер ввел пять параметров, определяющих гелиоцентрическую орбиту планеты (Кеплеровы элементы) и нашел уравнение для вычисления положения планеты на орбите в любой заданный момент времени (уравнение Кеплера). Таким образом, открытые им законы стали рабочим инструментом для наблюдателей.

Через десять лет  после опубликования первых двух законов Кеплер установил (1619) универсальную зависимость между периодами обращения планет и средними расстояниями их от Солнца — третий закон Кеплера, квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы средних расстояний этих планет от Солнца. Это окончательно убедило его в том, что движением планет управляет именно Солнце.

Кеплер впервые  поставил вопрос о физической природе  и точном математическом законе действия силы, движущей планеты. Действие Солнца на планеты Кеплер сравнивал с  действием магнита. Такое сравнение было вполне в духе времени, для которого характерно особое увлечение магнитными явлениями.

Для установления истинного сложного характера причин орбитального движения планеты требовались  уточнение основных физических понятий и создание основ механики. Это было делом будущего. Таким образом, в исследованиях механики неба Кеплер до предела исчерпал возможности современной ему физики.

6. Принципы «земной  динамики» Г. Галилея  и его вклад  в создание научной  картины мира. 

Еще будучи студентом (университета г. Пизы), Галилей делает открытие большой научной и практической значимости — открывает закон изотропности колебаний маятника, который сразу же нашел применение в медицине, астрономии, географии, прикладной механике. Он усовершенствовал зрительную трубу (изобретена в 1608 г.) и превратил в телескоп с 30-кратным приближением, с помощью которого совершил ряд выдающихся астрономических открытий: спутников Юпитера, Сатурна, фаз Венеры, солнечных пятен, обнаружение того, что Млечный Путь представляет собой скопление

Исторический  вклад Галилея в механику состоит  в следующем:

• он разграничил понятия равномерного и неравномерного, ускоренного движений;
• сформулировал понятие ускорения (скорость изменения скорости);
• показал, что результатом действия силы на движущееся тело является не скорость, а ускорение;
• вывел формулу, связывающую ускорение, путь и время: S = 1/2 at 2 ;
• сформулировал принцип инерции (если на тело не действует сила, то тело находится, либо в состоянии покоя, либо в состоянии прямолинейного равномерного движения);
• выработал понятие инерциальной системы;
• сформулировал принцип относительности движения (все системы, которые движутся прямолинейно и равномерно друг относительно друга (т.е. инерциальные системы) равноправны между собой в отношении описания механических процессов);
• открыл закон независимости действия сил (принцип суперпозиции).

На основании  этих законов появилась возможность  решения простейших динамических задач. Так, X. Гюйгенс получил решения  задач об ударе упругих шаров, о колебаниях физического маятника, нашел выражение для определения центробежной силы.

Исследования  Галилея заложили надежный фундамент  динамики, а также методологии  классического естествознания. Дальнейшие исследования лишь углубляли и укрепляли этот фундамент.

7. Физика Р. Декарта и его вклад в создание научной картины мира.

Механика и физика

Основной  принцип декартовской физики – это  принцип сохранения, согласно которому количество движения остается постоянным, вопреки деградации энергии, или энтропии (силы хаоса). Второй – принцип инерции (свойство тела сохранять состояние равномерного, прямолинейного движения или покоя, когда действующие на него силы отсутствуют или взаимно уравновешены). Исключив из материи все свойства, Декарт объясняет любое изменение направления только толчком со стороны других тел. Тело не остановится и не замедлит своего движения, если только его не остановит другое тело. Движение само по себе стремится сохранить направление, приобретенное в самом начале. Итак, принцип сохранения и, как следствие, принцип инерции являются основными законами, управляющими вселенной. К ним добавляется ещё один, согласно которому каждая вещь стремится двигаться по прямой. Первоначальное движение – прямолинейное, на него происходят все остальные.

Физические исследования Декарта относятся главным образом к механике, оптике и строению Вселенной.

• Декарт ввёл понятие «силы» (меры) движения (количества движения), подразумевая под ним произведение «величины» тела (массы) на абсолютное значение его скорости, сформулировал закон сохранения движения (количества движения), однако толковал его неправильно, не учитывая, что количество движения является векторной величиной (1664).
• Исследовал законы удара, впервые чётко сформулировал закон инерции (1644).
• Высказал предположение, что атмосферное давление с увеличением высоты уменьшается.
• В 1637 году вышла в свет «Диоптрика», где содержались законы распространения света, отражения и преломления, идея эфира как переносчика света, объяснение радуги.
• Первый математически вывел закон преломления света на границе двух различных сред. Точная формулировка этого закона позволила усовершенствовать оптические приборы, которые тогда стали играть огромную роль в астрономии и навигации (а вскоре и в микроскопии).

8. Основы классического  естествознания И.  Ньютона. 

С именем Ньютона  связано открытие или окончательная  формулировка основных законов динамики: закона инерции; пропорциональности между количеством движения mv и движущей силой равенства по величине и противоположности по направлению сил при центральном характере взаимодействия. Вершиной научного творчества Ньютона стала его теория тяготения и провозглашение первого действительно универсального закона природы – закона всемирного тяготения.

Большую трудность  для зарождающейся оптики представляло объяснение цветов. Поэтому по праву  вторым великим достижением Ньютона  было открытие (1666) того, что белый  свет состоит из света различных  цветов и, следовательно, цветной свет имеет более простую природу, чем белый.

1. Закон инерции
2. Закон количества движения
3. Сила действия равна силе противодействия
4. Вселенная бесконечна
5. Первый осуществил спектральный анализ 

9. Основные принципы  и понятия механической картины мира.

Основные  понятия МКМ.

1. Материя – вещество, состоящее из неделимых частиц (атомов).
2. Пространство – вместилище тел.
3. Время – чистая длительность процесса.
4. Масса – мера инерции и мера тяготения.

Основные  принципы МКМ.

1. Относительность Галилея: все инерциальные системы равноправны между собой относительно описания механических процессов.
2. Принцип дальнодействия: взаимодействие передается мгновенно и промежуточная среда в нем участие не принимает.
3. У каждого явления есть причина, причина и следствие взаимосвязаны.

10. Основные понятия,  принципы, методологические  установки классической  физики.

К методологическим установкам классической физики относятся  следующие представления.

• Важнейшей исходной предпосылкой классической физики является признание объективного существования физического мира.
• Каждая вещь, находясь в определенном месте пространства, существует в определенный промежуток времени независимо от других вещей. Хотя вещи и способны в принципе взаимодействовать друг с другом, это не приводит к существенному изменению структуры взаимодействующих тел, а если и приводит, то всегда можно уточнить характер происшедших изменений и ввести соответствующую поправку, восстановив тем самым идеальный образ первоначального состояния.
• Лаппасовский детерминизм. Все элементы физического мира связаны между собой причинно-следственными связями таким образом, что, зная в определенный момент времени координаты каждого элемента, можно в принципе однозначно предсказать положение этого элемента через любой промежуток времени.
• Материальный мир познаваем. На основе имеющихся познаваемых средств возможно в принципе объективно описать и объяснить все исследуемые физические явления.
• Основой физического познания и критерием его истинности является эксперимент, ибо только в эксперименте исследователь через средства исследования непосредственно взаимодействует с объектом; при этом исследователь свободен в выборе условий проведения эксперимента.
• В процессе исследования физический объект по существу остается неизменным, он не зависит от условий познания. Если же прибор и оказывает какое-либо воздействие на объект, то это воздействие всегда можно учесть, внеся соответствующую поправку. В процессе исследования всегда можно четко разграничить поведение объекта и поведение средств исследования, средств наблюдения, экспериментирования. Поэтому описание поведения объектов и описание поведения приборов осуществляются одинаковыми средствами научного языка.
• Возможно обособление элементов физического мира: в принципе возможно экспериментальными средствами неограниченное разложение физических объектов на множество независимых вещей и элементов.
• Все свойства исследуемого объекта могут экспериментально определяться с помощью одной установки одновременно. Нет принципиальных препятствий для того, чтобы полученные таким путем данные могли быть объединены в одну картину объекта.
• В принципе возможно получение абсолютно объективного знания, т.е. такого знания, которое не содержит ссылок на познающего субъекта. При этом основными критериями объективности считались: 
  а) отсутствие в содержании физического знания ссылок на субъект познания; 
  б) однозначное применение понятий и системы понятий для описания физических явлений; 
  в) наглядное моделирование — эквивалент объективности знания. О Данные, о состоянии исследуемых явлений выражаются через величины, имеющие количественную меру. Через измеримые величины выражаются также и физические законы, которые должны быть сформулированы на языке математики.  При этом динамические закономерности поведения элементов физического мира исчерпывающим образом описываются системой дифференциальных уравнений. Физические системы, как правило, замкнуты, обратимы  и линейны.
• Возможность пренебречь атомным строением измерительных приборов — одна из общих черт классического, релятивистского и квантового способов описания.
• Уверенность в том, что структура познания в области физики, так же как и структура мира физических элементов, не претерпевает существенных качественных изменений, что классический способ описания вечен и неизменен. Как качественно неизменен физический мир, движение элементов которого сводится к непрерывному механическому перемещению частиц материи, неизменны физические закономерности, так же неизменен и метод познания этого мира и его законов.
• Теоретическое описание мира осуществляется с помощью трех видов логических форм: понятий, теорий и картины мира. Различие между физической теорией и физической картиной мира — количественное, но не качественное; фундаментальная физическая теория и есть физическая картина мира.

11. Специальная теория  относительности. Постулаты СТО и следствия и них.

Математический  аппарат СТО был разработан Г. Минковским (1908). С математической точки  зрения СТО есть геометрия плоского четырехмерного пространства — времени  Минковского. СТО подтверждена и проверена на обширном материале, многими фактами и экспериментами (например, замедление времени наблюдается при распадах элементарных частиц в космических лучах или в ускорителях высоких энергий) и лежит в основе теоретических описаний всех процессов, протекающих с релятивистскими скоростями.

Создание СТО  было качественно новым шагом  в развитии физического познания. От классической механики СТО отличается тем, что в физическое описание релятивистских явлений органически входит наблюдатель  со средствами наблюдения. Описание физических процессов в СТО существенно связано с выбором системы координат. Физическая теория описывает не физический процесс сам по себе, а результат взаимодействия физического процесса со средствами исследования. Обращая на это внимание, Эйнштейн в уже упомянутой статье «К электродинамике движущихся тел» пишет: «Суждения всякой теории касаются соотношений между твердыми телами (координатными системами), часами и электромагнитными процессами» [1]. В СТО через осознание того, что нельзя дать описание физического процесса самого по себе, можно только дать его описание по отношению к определенной системе отсчета, впервые в истории физики непосредственно проявились активность субъекта познания, неотрывное взаимодействие субъекта и объекта познания.

12. Общая теория относительно. Принципы и понятия теории гравитации.

Эйнштейн нашел  общее уравнение гравитационного  и таким образом решил проблему тяготения в общем виде. Уравнения  гравитационного поля в общей  теории относительности представляют собой систему из 10 уравнений. В отличие от теории тяготения Ньютона, где есть один потенциал гравитационного поля, который зависит от единственной величины — плотности массы, в теории Эйнштейна гравитационное поле описывается 10 потенциалами и может создаваться не только плотностью массы, но также потоком массы и потоком импульса.

Еще одно кардинальное отличие ОТО от предшествующих ей физических теорий состоит в отказе от ряда старых понятий и формулировке новых. Так, ОТО отказывается от понятий  «сила», «потенциальная энергия», «инерциальная система», «евклидов характер пространства-времени» и др. В ОТО используют нежесткие (деформирующиеся) тела отсчета, поскольку в гравитационных полях не существует твердых тел и ход часов зависит от состояния этих полей. Такая система отсчета может двигаться произвольным образом, и ее форма может изменяться, у используемых часов может быть сколь угодно нерегулярный ход. ОТО углубляет понятие поля, связывая воедино понятия инерции, гравитации и метрики пространства-времени, допускает возможность гравитационных волн. Гравитационные волны создаются переменным гравитационным полем, неравномерным движением масс и распространяются в пространстве со скоростью света. Гравитационные волны в земных условиях очень слабы. Есть возможность реальной фиксации гравитационного излучения, возникающего в грандиозных катастрофических процессах во Вселенной — вспышках сверхновых звезд, столкновении пульсаров и др. Но их до сих пор экспериментально обнаружить не удалось.