формы и методы естественнонаучного познания кратко
Формы естественнонаучного познания
Введение
Естествознание в современном понимании – это совокупность наук о природе как системе тел, находящихся во взаимной связи, взаимодействии и движении (например, физика, химия, биология, астрономия, экология, геохимия, биофизика и т.п.).
Важнейшие достижения естествознания составляют фундаментальную базу современных наукоемких технологий, на основе которых производится разнообразная продукция.
Но если излагать подробно все естественнонаучные знания, накопленные во всех отраслях естествознания, то получится огромный фолиант, несомненно, нужный, но мало полезный даже для специалистов. Поэтому используют обобщающий философский принцип, сущность которого – изложить естественнонаучные знания в рамках концепций, то есть основополагающих идей и системного подхода.
Современные средства естествознания позволяют исследовать многие процессы на уровне элементарных частиц, атомных ядер, атомов, молекул, клеток, а затем создавать ранее не существовавшие в природе вещества с уникальными свойствами (полимеры, резины, синтетические нити и прочее), а из них производить новые материалы, также благодаря научным исследованиям выводятся новые породы животных и сорта растений, разрабатываются высокоэффективные средства лечения заболеваний и т.д.
Следовательно, естественнонаучные знания необходимы не только специалистам, но и любому образованному человеку вне зависимости от сферы его деятельности.
Процесс естественнонаучного познания
Несмотря на то, что в различных отраслях знаний существуют индивидуальные подходы и своя специфика решения научных задач, существуют общие правила научного познания, впервые сформулированные в 17 веке французским философом и математиком Рене Декартом:
1) не принимать за истинное то, что не представляется ясным и отчетливым;
2) трудные вопросы делятся на части для более удобного решения. Познание начинается с самых простых и удобных частей и восходит к познанию трудных и сложных;
3) необходимо останавливаться на всех подробностях, на все обращать внимание, чтобы быть уверенным, что ничего не упущено.
Эти правила составляют сущность метода Декарта, который в одинаковой мере применим и для естественнонаучного и для гуманитарного познания.
Формы естественнонаучного познания
Каждый акт познавательного процесса включает в себя наглядно-чувственные, эмпирические и теоретические элементы.
1) Чувственные формы познания.
Простейшая форма – это ощущение. Результат ощущения – простейшие чувственные отражения отдельных свойств предметов (цвет, шероховатость, запах и т.д.). Ощущения возникают под влиянием процессов внешней среды (звуковые и э/м волны, давление, химическое воздействие и др.).
Восприятие – это создание целостного образа предметов, непосредственно воздействующих на органы чувств человека.
Память – это способность мозга запечатлевать и сохранять воздействие или сигналы внешней среды и в нужный момент воспроизводить их.
В результате восприятия внешних воздействий и сохранения их памятью возникают представления, т.е. образы объектов, которые когда-то воздействовали на органы чувств человека, а при их отсутствии – восстанавливаются по сохранившимся в мозгу следам. Представление – это промежуточная ступень при переходе от ощущения к мысли.
2) Эмпирические формы познания.
Эмпирическое познание поставляет факты, фиксируя объекты, устойчивые связи и закономерности окружающего мира. Факты дают возможность теоретического осмысления, что затем приводит к целостному восприятию действительности.
Эмпирические данные получают:
А) наблюдение – это преднамеренное, планомерное восприятие, осуществляемое с целью выявления существенных свойств объекта познания (например, астрономия);
Б) эксперимент – это метод или прием исследования, с помощью которого объект воспроизводится искусственно или ставится в заранее заданные определенные условия (например, химический синтез).
3) Теоретические формы познания.
Мышление – это целенаправленное, опосредованное и обобщенное отражение в мозгу человека существенных свойств, причинных отношений и закономерных связей вещей. Источник мышления – это ощущения и восприятие, но оно выходит за их границы, позволяя формировать знания о таких объектах, свойствах и явлениях, которые недоступны органам чувств.
Основные формы мышления – это понятие, суждение и умозаключение.
Понятие – это мысль, в которой отражаются общие и существенные свойства объекта или явления. Понятия возникают и существуют в виде суждений.
Суждение– это форма мысли, в которой посредством связи понятий утверждается что-либо о чем-либо. К суждению можно перейти через умозаключение.
Умозаключение – это форма рассуждения, в ходе которого из одного или нескольких суждений (предпосылок) выводится новое суждение (следствие), логически непосредственно вытекающее их посылок.
Главная задача теоретического мышления – привести полученные эмпирические данные в стройную систему и создать из них научную картину мира, лишенную логического противоречия.
Формами теоретического мышления являются гипотеза и теория.
Гипотеза – это предположение, исходящее из ряда фактов и допускающее существование объекта, его свойств и определенных отношений. После проверки и доказательства гипотеза может стать теорией.
Теория – это система обобщенного знания, объяснения тех или иных сторон окружающего мира.
Таким образом, эмпирическое познание констатирует, как происходит событие, а теоретическое – отвечает на вопрос – почему оно происходит именно таким образом.
Дата добавления: 2016-03-10 ; просмотров: 1713 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Формы и методы естественнонаучного познания
Исторически путь естественно-научного познания окружающего мира начинался с живого созерцания – чувственного восприятия фактов на основе практики.
Чувственные формы познания. Познание действительности осуществляется в разных формах, из которых первой и простейшей является ощущение. Ощущения – это простейшие чувственные образы, отражения, копии или своего рода снимки отдельных свойств предметов. Например, в апельсине мы ощущаем желтоватый цвет, определенную твердость, специфический запах и т. п. Целостный образ, отражающий непосредственно воздействующие на органы чувств предметы, их свойства и отношения, называется восприятием. Представления – это образы тех объектов, которые когда-то воздействовали на органы чувств человека, а потом восстанавливаются по сохранившимся в мозгу следам и при отсутствии этих объектов.
Ощущения и восприятия – начало возникновения сознательного отражения.
Научный факт.Необходимое условие естественно-научного исследования состоит в установлении фактов. Эмпирическое познание поставляет науке факты, фиксируя при этом устойчивые связи, закономерности окружающего нас мира. Констатируя тот или иной факт, мы фиксируем существование определенного объекта. При этом, правда, остается обычно еще неизвестным, что он представляет по существу. Простая констатация факта держит наше познание на уровне бытия.
Наблюдение и эксперимент.Важнейшими методами естественно-научного исследования являются наблюдение и эксперимент. Наблюдение – преднамеренное, планомерное восприятие, осуществляемое с целью выявить существенные свойства объекта познания. Эксперимент – метод, или прием, исследования, с помощью которого объект или воспроизводится искусственно, или ставится в заранее определенные условия. Метод изменения условий, в которых находится исследуемый объект, – это основной метод эксперимента.
Мышление. Мышление – высшая ступень познания. Мышление – целенаправленное, опосредованное и обобщенное отражение в мозгу человека существенных свойств, причинных отношений и закономерных связей вещей. Основными формами мышления являются понятия, суждения и умозаключения. Понятие – это мысль, в которой отражаются общие и существенные свойства объектов и явлений.
Лекция 2
Методология научных исследований
1. Особенности естественнонаучного и гуманитарного методов познания
2. Понятие методологии и метода
3. Методы научного познания
1. Методы эмпирического и теоретического познания
2. Формы научного знания
3. Процесс научного познания
4. Критерии истинности научного знания
1. Особенности естественнонаучного и гуманитарного методов познания
В предыдущей лекции были отмечены противоречия между гуманитарной и естественнонаучной культурой. Эти противоречия связаны также и с различиями в методах познания мира. Различия между естественнонаучными и гуманитарными методами познания удобно представить в виде следующей таблицы.
1. Носит объективный характер
Носит субъективный характер
2. Предмет познания типичен
Предмет познания индивидуален
3. Историчность не обязательна
4. Создает только знание
Создает знание, а также мнение и оценку познаваемого предмета
5. Естествоиспытатель стремится быть сторонним наблюдателем
Гуманитарий неизбежно участвует в исследуемом процессе
6. Опирается на язык терминов и чисел
Опирается на язык образов
В настоящее время отмечается «гуманитаризация естествознания», т.е. именно со стороны естественнонаучной культуры имеет место движение на сближение с культурой гуманитарной в стремлении к единой культуре. Это сближение касается пп. 2, 3 и 6, т.е. естествознание все больше интересуется уникальными объектами (человек, биосфера, Вселенная), естествознание стало эволюционным, историчным, необходимыми элементами научного мышления признаются образность, интуиция.
2. Понятие методологии и метода
Важно различать такие понятия, как методология и метод.
Следует иметь в виду, что каждая отрасль естествознания наряду с общенаучными применяет свои конкретно-научные, специальные методы, обусловленные сущностью объекта исследования. Однако зачастую методы, характерные для какой-либо конкретной науки применяются и в других науках. Это происходит потому, что объекты исследования этих наук подчиняются также и законам данной науки. Например, физические и химические методы исследования применяются в биологии на том основании, что объекты биологического исследования включают в себя в том или ином виде физические и химические формы движения материи и, следовательно, подчиняются физическим и химическим законам (вспомним «лестницу Кекуле», рассмотренную нами в первой лекции).
С середины 19-го века метафизический метод все больше и больше вытеснялся из естествознания диалектическим методом.
3. Методы научного познания
3.1. Общенаучные методы
Соотношение общенаучных методов также можно представить в виде схемы (рис.2).
В истории естествознания были попытки абсолютизировать значение в науке индуктивного метода (Ф. Бэкон) или дедуктивного метода (Р. Декарт), придать им универсальное значение. Однако эти методы не могут применяться как обособленные, изолированные друг от друга. каждый из них используется на определенном этапе процесса познания.
Одной из первых классификаций в естествознании явилась классификация растительного и животного мира выдающегося шведского натуралиста Карла Линнея (1707-1778). Для представителей живой природы он установил определенную градацию: класс, отряд, род, вид, вариация.
4. Методы эмпирического и теоретического познания
Методы эмпирического и теоретического познания схематично представлены на рис.3.
Концепции современного естествознания. Конспект лекций
Цель данного учебного пособия – помочь студенту овладеть новым предметом, введенным в систему преподавания в высшей школе. Рассматривается специфика естественнонаучного познания, его роль в развитии культуры. Рассказывается об основных идеях современной науки и главных теориях ХХ века. Компактная подача и доступное изложение материала делают эту книгу незаменимой для студентов гуманитарных вузов и факультетов, позволяя им сэкономить время и максимально быстро и качественно подготовиться к семинарам, зачетам и экзаменам по данному предмету. Для студентов высших учебных заведений гуманитарного профиля и всех интересующихся концепциями современного естествознания.
Оглавление
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Концепции современного естествознания. Конспект лекций предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
Лекция 2. Уровни и методы естественно-научного познания
Уровни естественно-научного познания
Изучение естествознания нужно культурному человеку не только затем, чтобы обладать определенным объемом знаний, но и для понимания принципов мышления. Чтобы познакомиться с научным методом, отправимся в безбрежное море познания. Предположим, что мы лежим под деревом и наблюдаем падение яблока, которое, по преданию, натолкнуло английского физика, создателя классической механики Исаака Ньютона (1643–1727) на открытие закона всемирного тяготения. Яблоки падали на голову не только Ньютона, но почему именно он сформулировал закон всемирного тяготения? Что помогло ему в этом: любопытство, удивление (с которого, как учил древнегреческий философ и ученый Аристотель (384–322 гг. до н. э.), начинается научное исследование) или, быть может, он и до этого изучал тяготение и падение яблока не было начальным моментом его раздумий? Как бы то ни было, мы можем согласиться с легендой в том, что именно обычный эмпирический факт падения яблока послужил отправной точкой для открытия закона всемирного тяготения. Будем считать эмпирические факты, т. е. факты нашего чувственного опыта, исходным пунктом развития естествознания.
Итак, мы начали наше научное исследование, точнее, оно началось с нами. Мы зафиксировали первый эмпирический факт, который, коль скоро он — отправная точка научного исследования, стал тем самым научным фактом.
Итак, мы должны ждать падения новых яблок, чтобы определить, действительно ли они падают всегда. Это уже можно назвать способом, или методом, исследования. Этот способ называется наблюдением и в некоторых областях естествознания (например, в астрономии) остается главным и единственным эмпирическим методом исследования. Правда, чтобы наблюдать «большой мир» (мегамир), нужны мощные телескопы и радиотелескопы, которые улавливают космические излучения. Это тоже наблюдение, хотя и куда более сложное.
Не над всеми телами удается провести эксперимент. Например, небесные светила можно только наблюдать. Но мы способны объяснить их поведение действием тех же самых сил, направленных не только в сторону Земли, но и от нее. Различие в поведении, таким образом, можно объяснить количеством силы, определяющей взаимодействие двух или нескольких тел.
Если же мы все-таки считаем эксперимент необходимым, то можем провести его на моделях, т. е. на телах, размеры и масса которых пропорционально уменьшены по сравнению с реальными телами. Результаты модельных экспериментов можно считать пропорциональными результатам взаимодействия реальных тел.
Помимо модельного эксперимента возможен мысленный эксперимент. Для этого понадобится представить себе тела, которых вообще не существует в реальности и провести над ними эксперимент в уме. Значение представления, связанного с проведением мысленного, или идеального, эксперимента, хорошо объясняют в своей книге «Эволюция физики» А. Эйнштейн и Л. Инфельд. Дело в том, что все понятия, т. е. слова, имеющие определенное значение, которыми пользуются ученые, вовсе не эмпирические, а рациональные, т. е. они не берутся нами из чувственного опыта, а выступают творческими произведениями человеческого разума. Для того чтобы ввести их в расчеты, необходимы идеальные представления, например об идеально гладкой поверхности, идеально круглом шаре. Такие представления называются идеализациями.
В современной науке надо быть готовым к идеализированным экспериментам, т. е. мысленным экспериментам с применением идеализаций, с которых (а именно экспериментов Галилея) и началась физика Нового времени. Представление и воображение (создание и использование образов) имеет в науке большое значение, но в отличие от искусства это не конечная, а промежуточная цель исследования. Главная цель науки — выдвижение гипотез и теория как эмпирически подтвержденная гипотеза.
Понятия играют в науке особую роль. Еще Аристотель считал, что, описывая сущность, на которую указывает термин, мы объясняем его значение. А его имя — знак вещи. Таким образом, объяснение термина (а это и представляет собой определение понятия) позволяет нам понять данную вещь в ее глубочайшей сущности («понятие» и «понять» — однокоренные слова). По мнению философа, логика и социолога XX в. Карла Поппера, если в обычном словоупотреблении мы сначала ставим, а затем определяем термин (например: «щенок — это молодой пес»), то в науке наблюдается обратный процесс. Научную запись следует читать справа налево, отвечая на вопрос: «Как мы будем называть молодого пса?», а не «Что такое щенок?». Вопросы типа «Что такое жизнь?» лишаются в науке всякого значения, и вообще определения как таковые не играют в ней заметной роли, в отличие, скажем, от философии. Научные термины и знаки — это не что иное, как условные сокращения записей, которые иначе заняли бы гораздо больше места.
Формирование понятий относится к следующему уровню исследований — уже не эмпирическому, а теоретическому. Но прежде мы должны записать результаты эмпирических исследований, с тем чтобы каждый желающий мог их проверить и убедиться в их правильности.
На основании эмпирических исследований могут быть сделаны эмпирические обобщения, которые имеют значение сами по себе. В науках, которые называют эмпирическими, или описательными, как, скажем, геология, эмпирические обобщения завершают исследование, в экспериментальных, теоретических науках это — только начало. Чтобы двинуться дальше, нужно придумать удовлетворительную гипотезу, объясняющую (в нашем примере) падение тел. Самих по себе эмпирических фактов для этого недостаточно. Необходимо все предшествующее знание, касающееся данной проблемы, в нашем случае — знание принципов механики, например представление о связи движения тела с приложением к нему силы, действующей в направлении движения (в данном случае — к Земле), т. е. знание трех законов механики, которые сформулировал тот же Ньютон до открытия им закона всемирного тяготения.
На теоретическом уровне, помимо эмпирических фактов, требуются понятия, которые создаются заново или берутся из других (преимущественно ближайших) разделов науки. В данном случае это понятия массы и силы, которые были для Ньютона основными при выведении законов механики. Эти понятия должны быть определены и представлены в краткой форме в виде слов (называемых в науке терминами) или знаков (в том числе математических), которые имеют каждый строго фиксированное значение.
После выдвижения определенной гипотезы (научного предположения, объясняющего причины данной совокупности явлений) исследование опять возвращается на эмпирический уровень для ее проверки. При проверке научной гипотезы должны проводиться новые эксперименты, задающие природе новые вопросы исходя из сформулированной гипотезы. Цель — проверка следствий из этой гипотезы, о которых ничего не было известно до ее выдвижения.
Если гипотеза выдерживает эмпирическую проверку, то она приобретает статус закона (или, в более слабой форме, закономерности) природы. Такое подтверждение носит название верификации. Если не выдерживает — считается опровергнутой, и поиски иной, более приемлемой, продолжаются. Научное предположение остается, таким образом, гипотезой до тех пор, пока еще не ясно подтверждается она эмпирически или нет. Стадия гипотезы не может быть в науке окончательной, поскольку все научные положения в принципе эмпирически опровергаемы, и гипотеза рано или поздно или становится законом, или отвергается.
Вопрос об объективном статусе научного закона до сих пор остается одним из наиболее дискуссионных в методологии естествознания. Еще Аристотель (благодаря философскому разделению явления и сущности) выдвинул положение, что наука изучает роды сущего. В современном понимании это и есть то, что называют законом природы. Существуют естественные законы, или законы природы, и нормативные законы, или нормы, запреты и заповеди, т. е. правила, которые требуют определенного образа поведения. Нормативный закон может быть хорошим или плохим, но не «истинным» или «ложным». Если этот закон имеет значение, то он может быть нарушен, а если его невозможно нарушить, то он поверхностен и не имеет смысла. В противоположность нормативным, естественные законы описывают неизменные регулярности, которые либо есть, либо нет. Их свойствами являются периодичность и всеобщность какого-либо класса явлений, т. е. необходимость их возникновения при определенных точно формулируемых условиях.
Итак, естествознание изучает мир с целью творения законов его функционирования как продуктов человеческой деятельности, отражающих периодически повторяющиеся факты действительности.
Совокупность нескольких законов, относящихся к одной области познания, называется теорией. В случае, если теория в целом не получает убедительного эмпирического подтверждения, она может быть дополнена новыми гипотезами, которых, однако, не должно быть слишком много, так как это подрывает доверие к теории.
Подтвержденная на практике теория считается истинной вплоть до того момента, когда будет предложена новая теория, лучше объясняющая известные эмпирические факты, а также новые эмпирические факты, которые стали известны уже после принятия данной теории и оказались противоречащими ей.
Итак, наука строится из наблюдений, экспериментов, гипотез, теорий и аргументации. Наука в содержательном плане — это совокупность эмпирических обобщений и теорий, подтверждаемых наблюдением и экспериментом. Причем творческий процесс создания теорий и аргументации в их поддержку играет в науке не меньшую роль, чем наблюдение и эксперимент (рис. 1).
Рис. 1. Структура естественно-научного познания
Итак, чудес не бывает, если не в самой природе, то по крайней мере в формулировании законов ее развития, и от падения яблока на голову Ньютона до открытия им закона всемирного тяготения — дистанция огромного размера, даже если в голове самого ученого она может быть пройдена мгновенно.
В целом данная структура исследований получила название гипо-тетико-дедуктивного метода, в отличие от эмпирического метода, когда имеет место только эмпирический уровень исследования, и аксиоматического, когда присутствует только теоретический уровень.
Эмпирический и теоретический уровни исследования: их соотношение
Эмпирический и теоретический уровни знания различаются по предмету (во втором случае он может иметь свойства, которых нет у эмпирического объекта), средствам (во втором случае это, например, мыслительный эксперимент, аксиоматический метод) и результатам исследования (в первом случае — эмпирическое обобщение, во втором — гипотеза и теория).
Уровни, методы и формы естественнонаучного познания
Научное познание иначе называют научное исследование. Наука не только результат научного исследования, но и само исследование
Сложность научного познания определяется наличием в нем уровней, методов и форм познания.
Уровни познания:
На теоретическом уровне прибегают к образованию понятий, абстракциям, идеализациям и мысленным моделям, строят гипотезы и теории, открывают законы науки.
Основные формы научного познания
То есть фактически познание осуществляется в три этапа:
1) поиск, накопление научных фактов в круге исследуемых явлений;
2) осмысление накопленной информации, высказывание научных гипотез, построение теории;
3) экспериментальная проверка теории, наблюдения неизвестных ранее явлений, предсказываемых теорией и подтверждающих ее состоятельность.
На эмпирическом уровне с помощью наблюдения и эксперимента субъект получает научное знание прежде всего в форме эмпирических фактов.
Проблема возникает, когда вновь обнаруженные факты не удается объяснить и понять с помощью старых теорий
Пример: все металлы хорошо проводят электрический ток;
На основе эмпирических обобщений формируется гипотеза.
Если гипотеза подтверждается, то она превращается из вероятностного знания в достоверное, т.е. в теорию.
Создание теории – высшая и конечная цель фундаментальной науки
Теория представляет собой систему истинного, уже доказанного, подтвержденного знания о сущности явлений, высшую форму научного знания.
Важнейшие функции теории: объяснение и предсказание.
Эксперимент является критерием истинности гипотез и научных теорий.
Методы научного познания.
Большую роль в научном познании играет научный метод.
Рссмотрим сначала, что такое метод вообще.
Метод (греч. — «путь», «способ»)
В самом широком смысле слова под методом понимают путь, способ достижения какой-либо цели.
Метод – это форма практического и теоретического освоения действительности, исходящая из закономерностей поведения изучаемого объекта.
Любая форма деятельности опирается на некоторые методы, от выбора которых существенно зависит ее результат. Метод оптимизирует деятельность человека, вооружает человека наиболее рациональными способами организации его деятельности.
Классификация методов по уровням познания:
К эмпирическому уровню познания относятся методы: наблюдение, эксперимент, предметное моделирование, измерение, описание полученных результатов, сравнение и др.
Наблюдениепредставляет собой чувственное отражение объектов и явлений, в ходе которого человек получает первичную информацию об окружающем мире. Главное в наблюдении не вносить при исследовании какие-либо изменения в изучаемую реальность.
Наблюдение предполагает наличие определенного плана исследования, предположение, подвергаемое анализу и проверке. Результаты наблюдения фиксируются в описании, отмечающем те признаки и свойства изучаемого объекта, которые являются предметом изучения. Описание должно быть максимально полным, точным и объективным. На их основе создаются эмпирические обобщения, систематизация и классификация.
Эксперимент – целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на интересующий объект или явление для изучения его различных сторон, связей и отношений. При этом объект или явление ставятся в особые специфические и варьируемые условия. Специфика эксперимента состоит также в том, что он позволяет увидеть объект или процесс в чистом виде
К теоретическому уровню познания относятся методы: формализация, абстрагирование, идеализация, аксиоматизация, гипотетико-дедуктивный, и т.д.
Классификация методов по сфере использования:
1. всеобщие— применение во всех отраслях человеческой деятельности
· Сравнение — метод научного познания, позволяющий установить сходство и различие изучаемых объектов
· Аналогия – прием познания, при котором наличие сходства, совпадение признаков нетождественных объектов позволяет предположить их сходство и в других признаках.
· Абстрагирование – прием мышления, заключающийся в отвлечении от несущественных, незначимых для субъекта познания свойств и отношений исследуемого объекта с одновременным выделением тех его свойств, которые представляются важными и существенными в контексте исследования.
· Моделирование – метод замещения изучаемого объекта подобным ему по ряду интересующих исследователя свойств и характеристик. В современных исследованиях используют различные виды моделирования: предметное, мысленное, символическое, компьютерное.
Разнообразие методов научного познания создает трудности в их применении и понимании их роли. Эти проблемы решаются особой областью знания — методологией.
Эволюционные и революционные периоды развития естествознания. Определение научной революции, ее этапы и виды.
Развитие естествознания не является лишь монотонным процессом количественного накопления знаний об окружающем природном мире (эволюционный этап).
В развитии науки наблюдаются переломные этапы (научные революции), радикально меняющие прежнее видение мира.
Само понятие «революция» свидетельствует о коренной ломке существующих представлений о природе в целом; возникновении кризисных ситуаций в объяснении фактов.
Научные революции по своей значимости могут выходить далеко за рамки той конкретной области, где они произошли.
Различают общенаучные и частнонаучные революции.
Общенаучные: гелиоцентрическая система мира Н. Коперника, классическая механика Ньютона, теория эволюции Дарвина, возникновение квантовой механики и др.
Частнонаучные:- появление микроскопа в биологии, телескопа в астрономии.
Научная революция имеет свою структуру, основные этапы развития.
По своей сути научная картина мира — это особая форма систематизации знаний, качественное обобщение и мировоззренческий синтез различных научных теорий. Это целостная система представлений об общих свойствах и закономерностях природы.
Научная картина мира включает в себя важнейшие достижения науки, создающие определен-ное понимание мира и места человека в нем.
Фундаментальные вопросы, на которые отвечает научная картина мира:
— о пространстве и времени
— о причинности, закономерности и случайности
— о космологии (общем устройстве и происхождении мира
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, естественнонаучную картину мира и картины мира отдельных наук (физическая, биологическая, геологическая и т.п.).
Основой современной научной картины мира являются фундаментальные знания, полученные, прежде всего, в области физики. Однако в последние десятилетия прошлого века все больше утверждалось мнение, что в современной научной картине мира лидирующее положение занимает биология. Идеи биологии постепенно приобретают универсальный характер и становятся фундаментальными принципами других наук. В частности, в современной науке такой универсальной идеей является идея развития, проникновение которой в космологию, физику, химию, антропологию, социологию и т.д. привело к существенному изменению взглядов человека на мир.
ИСТОРИЧЕСКИЕ ЭТАПЫ ПОЗНАНИЯ ПРИРОДЫ
По мнению историков науки в развитии естествознания различают 4 этапа:
1. Натурфилософский (доклассический) – 6 в. до н.э-2 в.н.э.
2. аналитический (классический)–16-19 в.в.)
В первобытную эпоху происходило накопление стихийно-эмпирических знаний о природе.
Сознание человека этой эпохи было двухуровневым:
· уровень обыденного повседневного знания;
· уровень мифотворчества как формы систематизации повседневного знания.
К наиболее значительным открытиям Эпохи Возрождения относятся: экспериментальное изучение законов движения планет, создание гелиоцентрической системы мира Н. Коперника, изучение законов падения тел, закон инерции и принцип относительности Галилея.
Идеалом научного познания в XVII-XIX веках была механика.
В 17-18 в.в. в математике разрабатывается теория бесконечно малых величин (Ньютон, Лейбниц), Р. Декарт создает аналитическую геометрию, М.В. Ломоносов – молекулярно-кинетическое учение. Широкую популярность завоевывает космогоническая теория Канта-Лапласа, что способствует внедрению идеи развития в естественные, а затем и в общественные науки.
В конце 18- первой половине 19 в. в геологии возникает теория развития Земли (Ч. Лайель), в биологии зарождается эволюционная теория Ж.Б. Ламарка, развиваются такие науки, как палеонтология (Ж.Кювье) и эмбриология (К.М. Бэро).
В 19 в. были созданы клеточная теория Шванна и Шлейдена, эволюционное учение Дарвина, Периодическая система элементов Д.И. Менделеева, электромагнитная теория Максвелла.
К выдающимся экспериментальным открытиям в физике в конце 19 века относятся: открытие электрона, делимости атома, экспериментальное обнаружение электромагнитных волн, открытие рентгеновских лучей, катодных лучей и др.
ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА
Слово «физика» появилось еще в древние времена. В переводе с греческого оно означает «природа».
Физика является основой всех естественных наук.
Физика — наука о природе, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материального мира.
В современном представлении:
К наиболее общим, важным фундаментальным концепциям физического описания природы относится материя, движение, пространство и время.
Материя (лат. Materia – вещество) это философская категория для обозначения объективной реальности, которая отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них”. (Ленин В.И. Полное собрание сочинений. Т.18. С.131.)
Одно из современных определений материи:
Материя – бесконечное множество всех сосуществующих в мире объектов и систем, совокупность их свойств и связей, отношений и форм движения.
В основе современных научных представлений о строении материи лежит идея ее сложной системной организации.
На современном этапе развития естествознания исследователи различают следующие
виды материи: вещество, физическое поле и физический вакуум.
Вещество– основной вид материи, обладающий массой покоя (элементарные частицы, атомы, молекулы и то, что из них построено);
Физическое поле — особый вид материи, обеспечивающий физическое взаимодействие материальных объектов и их систем (электромагнитное, гравитационное).
Физический вакуум – не пустота, а особое состояние материи, это низшее энергетическое состояние квантового поля. В нем постоянно происходят сложные процессы, связанные с непрерывным появлением и исчезновением так называемых «виртуальных » частиц.
Различие вещества и поля не является абсолютным и при переходе к микрообъектам ярко обнаруживается его относительность
Современная наука выделяет в мире три структурных уровня.
Макромир — мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта, пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время — в секундах, минутах, часах, годах.
Механистическая картина мира (МКМ)
Первая естественнонаучная картина мира сформировалась на основе изучения простейшей, механической формы движения материи. Она исследует законы перемещения земных и небесных тел в пространстве и времени. В дальнейшем, когда эти законы и принципы были перенесены на другие явления и процессы, они стали основой механистической картины мира.
Анализ физических явлений макромира базируется на концепции классической механики.
Созданием классической механики наука обязана Ньютону, но почву для него подготовили Галилей и Кеплер.
Классическая механика описывает движения макротел при скоростях намного меньших, чем скорость света.
Раньше других разделов механики стала развиваться статика (учение о равновесии) (античность, Архимед: «дайте мне точку опоры и я переверну Землю»).
В XVII в. были созданы научные основы динамики (учение о силах и их взаимодействии), а с ней и всей механики.
Основоположником динамики считают Г. Галилея.
Галилео Галилей (1564-1642). Один из основателей современного естествознания Ему принадлежат: доказательство вращения Земли, открытие принципа относительности движения и закона инерции, законов свободного падения тел и их движения по наклонной плоскости, законов сложения движений и поведения математического маятника. Он же изобрел телескоп и с его помощью исследовал ландшафт Луны, обнаружил спутники Юпитера, пятна на Солнце и фазы Венеры.
В учении Г. Галилея были заложены основы нового механистического естествознания. Ему принадлежит выражение «Книга природы написана на языке математики». Ввел понятие «мысленный эксперимент».
Главная заслуга Галилея в том, что он впервые применил для исследования природы экспериментальный метод вместе с измерениями исследуемых величин и математической обработкой результатов измерений.
Самая фундаментальная проблема, остававшаяся в течение тысячи лет неразрешимой из-за сложности – это проблема движения (А. Эйнштейн).
До Галилея общепринятым в науке считалось понимание движения, выработанное Аристотелем и сводившееся к следующему принципу, тело движется только при наличии внешнего на него воздействия, и если это воздействие прекращается, тело останавливается. Галилей показал, что этот принцип Аристотеля ошибочен. Вместо него Галилей сформулировал совершенно иной принцип, получивший впоследствии наименование принципа (закона) инерции.
Закон инерции (первый закон механики Ньютона): материальная точка, когда на нее не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.
Галилей писал: «…в каюте корабля, движущегося равномерно и без качки, вы не обнаружите ни по одному из окружающих явлений, ни по чему-либо, что станет происходить с вами самими, движется ли корабль или стоит неподвижно».
Переводя на сегодняшний язык, понятно, что если вы спите на 2-й полке движущегося равномерно вагона, то вам трудно понять, едете ли вы или просто вас покачивает. Но… как только поезд затормозит (неравномерное движение с отрицательным ускорением!) и вы слетите с полки, …то вы четко скажете – мы ехали.
Создание основ классической механики завершается трудами И. Ньютона, сформулировавшего главные ее законы и открывшего закон всемирного тяготения в труде «Математические начала натуральной философии» (1687 г.)
Законы механики И. Ньютона
Большое значение для понимания явлений макромира имеет теория тяготения Ньютона. Окончательная формулировка закона всемирного тяготения была сделана в 1687 г.
Закон тяготения Ньютона:
две любые материальные частицы притягиваются по направлению друг к другу с силой прямо пропорциональной произведению масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
Ключевыми в физике Ньютона являются понятия абсолютного пространства и абсолютного времени, которые представляют собой как бы вместилища материальных тел и процессов и не зависят не только от этих тел и процессов, но и друг от друга.
Итак, основные идеи классической механики таковы:
Результатом развития классической механики явилось создание единой механистической картины мира, господствовавшей со второй половины 17 века вплоть до научной революции на рубеже 19 и 20 столетий.
Механика в это время рассматривалась как универсальный метод познания окружающих явлений и эталон всякой науки вообще. Механика – лидер естествознания в этот период.
Классическая механика представляла мир в виде гигантского механизма, четко функционирующего на основе ее вечных и неизменных законов
Это приводило к стремлению к завершенной системе знаний, фиксирующей истину в окончательном виде.
В этом абсолютно предсказуемом мире и живой организм понимался как механизм.
Основные научные положения механистической картины мира:
1. Единственная форма материи – вещество, состоящее из дискретных частиц (корпускул) конечных объемов, единственная форма движения — механическое перемещение в пустом трехмерном пространстве;
2. абсолютное пространство и абсолютное время;
3. три закона динамики Ньютона управляют движениями тел;
4. четкая причинно-следственная связь событий (так называемый лапласовский детерминизм);
5. уравнения динамики обратимы во времени, т. е. для них безразлично, куда развивается процесс из настоящего времени — в будущее или прошлое.
Классическая механика дала четкие ориентиры в понимании фундаментальных категорий — пространства, времени и движения материи.
Электромагнитная картина мира (ЭМКМ)
В предисловии к своему знаменитому труду «Математические начала натуральной философии» И. Ньютон высказал следующую установку на будущее: Было бы желательно вывести из начал механики и остальные явления природы.
Многие естествоиспытатели вслед за Ньютоном старались объяснить исходя из начал механики самые различные природные явления. В торжестве законов Ньютона, считавшихся всеобщими и универсальными, черпали веру в успех ученые, работавшие в астрономии, физике, химии.
Как очередное подтверждение ньютоновского подхода к вопросу об устройстве мира, было первоначально воспринято физиками открытие, которое сделал французский военный инженер, Шарль Огюст Кулон (1736-1806). Оказалось, что положительный и отрицательный электрические заряды притягиваются друг к другу прямо пропорционально величине зарядов и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.
Работы в области электромагнетизма положили начало крушению механистической картины мира.
В 19 веке физики дополнили механистическую картину мира электромагнитной. Электрические и магнитные явления были известны им давно, но изучались обособленно друг от друга. Дальнейшее их исследование показало, что между ними существует глубокая взаимосвязь, что заставило ученых искать эту связь и создать единую электромагнитную теорию.
Английский химик и физик Майкл Фарадей (1791-1867) ввел в науку в 30 г. 19 в. понятие физического поля (электромагнитного поля). Ему удалось показать опытным путем, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая связь. Тем самым он впервые объединил электричество и магнетизм, признал их одной и той же силой природы. В результате в естествознании начало утверждаться понимание того, что кроме вещества, в природе существует еще и поле.
По мнению Фарадея, активная и постоянно движущаяся материя не может быть представлена в виде атомов и пустоты, материя непрерывна, атомы есть лишь сгустки силовых линий поля.
Математическую разработку идей Фарадея предпринял выдающийся английский ученый Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879). Он во второй половине 19 в. на основе опытов Фарадея разработал теорию электромагнитного поля.
Введение Фарадеем понятия «электромагнитного» поля и математическое определение его законов, данное в уравнениях Максвелла, явились самыми крупными событиями в физике со времен Галилея и Ньютона.
Но потребовались новые результаты, чтобы теория Максвелла стала достоянием физики. Решающую роль в победе максвелловской теории сыграл немецкий физик Генрих Рудольф Герц (1857-1894). В 1887 г. Г. Герц экспериментально обнаружил электромагнитные волны.
Он смог также доказать принципиальную тождественность полученных им электромагнитных переменных полей и световых волн.
После экспериментов Герца в физике утвердилось понятие поля как объективно существующей физической реальности. Вещество и поле различаются по физическим характеристикам: частицы вещества обладают массой покоя, а частицы поля – нет. Вещество и поле различаются по степени проницаемости: вещество малопроницаемо, а поле проницаемо полностью. Скорость распространения поля равна скорости света, а скорость движения частиц на несколько порядков меньше.
Итак, к концу XIX в. физика пришла к выводу, что материя существует в двух видах: дискретного вещества и непрерывного поля.
Позднее в ходе исследования микромира положение о веществе и поле как самостоятельных независимых друг от друга видах материи было поставлено под сомнение.
На этапе развития классической механики подразумевалось, что взаимодействие тел (напр. гравитационное) происходит мгновенно. Использовался принцип дальнодействия.
Теория относительности А.Эйнштейна (1879-1955).
Из преобразований Галилея следует, что при переходе от одной инерциальной системы к другой такие величины как время, масса, ускорение, сила остаются неизменными, т.е. инвариантными, что и отражено в принципе относительности Г. Галилея.
После создания теории электромагнитного поля и экспериментального доказательства его реальности перед физикой встала задача выяснить, распространяется ли принцип относительности движения (сформулированный в свое время еще Галилеем) на явления, присущие электромагнитному полю.
Принцип относительности Галилея был справедлив для механических явлений. Во всех инерциальных системах (т.е. движущихся прямолинейно и равномерно друг по отношению к другу) применимы одно и те же законы механики. Но справедлив ли этот принцип, установленный для механических движений материальных объектов, для немеханических явлений, особенно тех, которые представлены полевой формой материи, в частности электромагнитных явлений?
Большой вклад в решение этого вопроса внесли исследования природы света и законов его распространения. В результате опытов Майкельсона в конце 19 в. было установлено, что скорость света в вакууме всегда одинакова (300000 км/cек) во всех системах отсчета и не зависит от движения источника и приемника света.
Специальная теория относительности (СТО).
Новая теория пространства и времени. Разработана А. Эйнштейном в 1905 г.
Главной идеей теории относительности является неразрывная связь понятий «материя, пространство и время».
СТО рассматривает движение тел с очень большими скоростями (близкими к скорости света, равной 300000 км/сек)
В основе СТО лежат два принципа или постулата.
1. Все физические законы должны выглядеть одинаковыми во всех инерциальных системах координат;
2. Скорость света в вакууме не изменяется при изменении состояния движения источника света.
Из постулатов СТО следует относительность длины, времени и массы, т.е. их зависимость от системы отсчета.
1. Существует предельная скорость передачи любых взаимодействий и сигналов из одной точки пространства в другую. Она равна скорости света в вакууме.
2. Нельзя рассматривать пространство и время как независимые друг от друга свойства физического мира.
Пространство и времясвязаны между собой и образуют единый четырехмерный мир (пространственно-временной континуум Минковского), являясь его проекциями. Свойства пространственно-временного континуума (метрика Мира, его геометрия) определяются распределением и движением материи
3.Все инерциальные системы равноправны. Следовательно, нет привилегированной системы отсчета, будь то Земля или эфир.
Движение тел со скоростями, близкими к скорости света приводит к релятивистским эффектам: замедление хода времени и сокращение длины быстродвижущихся тел; существование предельной скорости движения тела (скорость света); относительность понятия одновременности (два события происходят одновременно по часам в одной системе отсчета, но в разные моменты времени по часам в другой системе отсчета).
Общая теория относительности (ОТО)
Еще более радикальные изменения в учении о пространстве и времени произошли в связи с созданием общей теории относительности, которую нередко называют новой теорией тяготения, принципиально отличной от классической ньютоновской теории.
Согласно ОТО, которая получила завершенную форму в 1915 г. в работах А. Эйнштейна, свойства пространства-времени определяются действующими в ней полями тяготения. ОТО описывает тяготение как воздействие физической материи на геометрические свойства пространства-времени, а эти свойства влияют на движение материи и на другие свойства вещества.
Важнейшим выводом ОТО является положение об изменении геометрических (пространственных) и временных характеристик в гравитационных полях, а не только при движении с большими скоростями.
С точки зрения ОТО пространство не обладает постоянной (нулевой) кривизной. Кривизна пространства определяется полем тяготения.
Эйнштейн нашел общее уравнение гравитационного поля, которое в классическом приближении переходило в закон тяготения Ньютона.
Экспериментальным подтверждением общей теории относительности считаются: изменение орбиты Меркурия, искривление лучей света вблизи Солнца.
В рамках общей теории относительности Эйнштейна считается, что структура пространства-времени определяется распределением масс материи. Так, в классической механике принимается, что если бы вдруг все материальные вещи исчезли, то пространство и время остались бы. Согласно теории относительности, пространство и время исчезли бы вместе с материей.
Основными принципами электромагнитной картины мира являются принцип относительности Эйнштейна, близкодействие, постоянство и предельность скорости света, эквивалентность инертной и гравитационной масс, причинность. (Какого-либо нового понимания причинности, по сравнению с механистической картиной мира, не произошло. Главными считались причинно-следственные связи и динамические законы, их выражающие.) Большое значение имело установление взаимосвязи массы и энергии (E = mc 2 ). Масса стала не только мерой инертности и гравитации, но и мерой содержания энергии. В результате два закона сохранения – массы и энергии – были объединены в один общий закон сохранения массы и энергии.
Дальнейшее развитие физики показало, что ЭМКМ имеет ограниченный характер. Главная трудность здесь заключалась в том, что континуальное понимание материи не согласовывалось с опытными фактами, подтверждающими дискретность многих её свойств – заряда, излучения, действия. Не удавалось объяснить соотношения между полем и зарядом, устойчивость атомов, их спектры, явление фотоэффекта, излучение абсолютно черного тела. Все это свидетельствовало об относительном характере ЭМКМ и необходимости замены её новой картиной мира.
Формирование квантовой механики. элементарные частицы
Физические величины, которые могут принимать лишь определенные дискретные значения, называются квантованными.
Существенным отличием квантовой механики от классической, является ее принципиально вероятностный характер.
Для классической механики характерно описание частиц путем задания их положения в пространстве (координат) и импульса (количества движения m.v). Такое описание не применимо для микрочастиц.
Квантовые представления впервые ввел в физику немецкий физик М Планк в 1900 г.
В 1905 году А. Эйнштейном была выдвинута гипотеза о том, что свет не только испускается и поглощается, но и распространяется квантами.
Эффект Комптона. В 1922 году американский физик Комптон открыл эффект, в котором впервые во всей полноте проявились корпускулярные свойства электромагнитного излучения (в частности, света). Экспериментально было показано, что рассеяние света свободными электронами происходит по законам упругого столкновения двух частиц.
В 1913 году Н. Бор применил идею квантов к планетарной модели атома.
Окончательное формирование квантовой механики как последовательной теории связано с работой Гейзенберга 1927 года, в которой был сформулирован принцип неопределенностей, утверждающий, что любая физическая система не может находиться в состояниях, в которых координаты ее центра инерции и импульс одновременно принимают вполне определенные точные значения.
В современной физике поля и частицы выступают как две неразрывно связанные стороны микромира, как выражение единства корпускулярных (дискретных) и волновых (континуальных, непрерывных) свойств микрообъектов. Представления о поле выступают также как основа для объяснения процессов взаимодействия, воплощая принцип близкодействия.
После электрона было предположено существование фотона (1900 г)– кванта света.
Далее, в 1911г., был открыт протон – положительно заряженная тяжелая элементарная частица с массой покоя – в 1840 раз больше массы е.
Затем следует открытие целого ряда других частиц: нейтрона, мезонов, гиперонов и т.д.
В 1928 г. Дирак предсказал существование частицы, имеющей ту же массу, что и электрон, но с противоположным зарядом. Эту частицу назвали позитроном. И она действительно
была обнаружена в 1932 году в составе космических лучей американским физиком Андерсоном.
Современной физике известно более 400 элементарных частиц, в основном нестабильных, и их число продолжает расти.
Существуютчетыре вида основных фундаментальных физических взаимодействий:
По типам взаимодействия элементарные частицы делят на
При столкновениях элементарных частиц происходят всевозможные превращения их друг в друга (включая рождение многих дополнительных частиц), не запрещаемые законами сохранения.
Фундаментальные взаимодействия, преобладающие между объектами:
— микромира (сильное, слабое и электромагнитное)
Современная физика пока еще не создала единой теории элементарных частиц, на пути к ней сделаны лишь первые, но существенные шаги.
Великое объединение – это название используется для теоретических моделей, исходящих из представлений о единой природе сильного, слабого и электромагнитного взаимодействий
В рамках данной картины мира все События и Перемены были взаимосвязаны и взаимообусловлены механическим движением.
Возникновение электромагнитной картины мира характеризует качественно новый этап эволюции науки.
Сравнение данной картины мира с механистической выявляет некоторые важные особенности.
Подобная взаимодополнительность картин не является случайностью. Она носит строго эволюционный порядок.
Квантово-полевая картина мира явилась результатом дальнейшего развития электромагнитной картины мира.
Эта картина мира отражает уже единство двух предыдущих картин мира в единстве на основе принципа дополнительности. В зависимости от постановки эксперимента микрообъект показывает либо свою корпускулярную природу, либо волновую, но не обе сразу. Эти две природы микрообъекта взаимно исключают друг друга, и в то же время должны быть рассмотрены как дополняющие друг друга.
АСТРОНОМИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА
Сейчас под Космосом понимают все находящееся за пределами атмосферы Земли. Иначе Космос называют Вселенной.
Космология (раздел астрономии)— это наука о свойствах, строении, происхождении и эволюции Вселенной как единого упорядоченного целого.
В основе современной космологии лежит общая теория относительности и космологический постулат (представления об однородности и изотропности Вселенной). Во Вселенной все точки и направления равноправны.
Возникновение и эволюция Вселенной. Модель Большого взрыва
Проблема эволюции Вселенной является центральной в естествознании.
В классической науке (космология Ньютона) существовала так называемая теория стационарного состояния Вселенной, согласно которой Вселенная всегда была почти такой же, как сейчас.
Астрономия была статичной: изучались движения планет и комет, описывались звезды, создавались их классификации. Вопрос об эволюции Вселенной не ставился.
Вселенная в космологической модели А. Эйнштейна стационарна, бесконечна во времени и безгранична, но при этом замкнута в пространстве, как поверхность любой сферы.
Однако из общей теории относительности вытекало в качестве следствия, что искривленное пространство не может быть стационарным, оно должно расширяться или сжиматься. Поэтому Эйнштейн ввел в полученные уравнения дополнительное слагаемое, обеспечивающее стационарность Вселенной.
В 1922 г. советский математик А.А Фридман впервые решил уравнения общей теории относительности не накладывая условия стационарности. Он создал модель нестационарной, расширяющейся Вселенной.
Этот вывод означал необходимость радикальной перестройки принятой в то время картины мира.
Модель Вселенной по Фридману носила эволюционный характер. Стало ясно, что Вселенная имеет начало и наблюдаемые сегодня ее свойства могут и должны быть объяснены предшествующим периодом развития.
Наблюдательным подтверждением модели расширяющейся Вселенной явилось открытие в 1929 году американским астрономом Э.Хабблом эффекта красного смещения.
Согласно эффекту Доплера спектры излучения удаляющихся объектов должны быть сдвинуты в красную область, а спектры приближающихся в фиолетовую.
Э.Хаббл установил, что все далекие галактики от нас удаляются, причем с увеличением расстояния это происходит всё быстрее.
Закон разбегания — это закон Хаббла V=H0r, где H0 — постоянная, ныне называемая постоянной Хаббла.
Если Вселенная расширяется, значит она возникла в определенный момент времени.
Когда это произошло?
По значению постоянной Хаббла определяют возраст Вселенной. По современным данным он составляет 13-15 млрд. лет.
Еще А.А. 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 и стала стремительно расширяться.
Наиболее общепринятой моделью Вселенной в современной космологии является модель однородной изотропной горячей нестационарной расширяющейся Вселенной.
В настоящее время большинство космологов исходят из модели Большого взрыва в ее модифицированном варианте с инфляционным началом.
Автором гипотезы Большого взрыва является Г.А. Гамов, ученик Фридмана.
Эта модель объясняет поведение Вселенной в первые три минуты ее жизни, которые являются решающими для понимания современной структуры Вселенной.
Вселенная, согласно модели Большого Взрыва ограничена в пространстве и времени, по крайней мере, со стороны прошлого. До самого взрыва не существовало ни вещества, ни времени, ни пространства.
В последние десятилетия развитие космологии и физики элементарных частиц позволило теоретически рассмотреть и описать изменение физических параметров Вселенной в процессе ее расширения.
Основные этапы возникновения Вселенной.
Краткая история развития Вселенной
Эпоха нуклеосинтеза. Спустя несколько секунд после начала расширения Вселенной началась эпоха, когда образовались ядра дейтерия, гелия, лития и бериллия.
Продолжалась эта эпоха приблизительно 3 минуты.
К концу этого процесса вещество Вселенной состояло на 75% из протонов (ядер водорода), около 25% составляли ядра гелия, сотые доли процента пришлись на ядра дейтерия, лития, бериллия.
Затем почти 500 тысяч лет не происходило никаких качественных изменений — шло медленное остывание и расширение Вселенной. Вселенная, оставаясь однородной, становилась все более разреженной.
Наступила примерно через миллион лет после начала расширения. Когда Вселенная остыла до 3000 К, ядра атомов водорода и гелия уже могли захватывать свободные электроны и превращаться при этом в нейтральные атомы водорода и гелия.
После эпохи рекомбинации вещество во Вселенной было распределено почти равномерно и состояло преимущественно из атомов водорода 75% и гелия25%, самых распространенных элементов во Вселенной.
С эпохи рекомбинации взаимодействие излучения с веществом практически прекратилось, пространство стало для излучения практически прозрачным. Излучение, сохранившееся с начальных моментов эволюции (реликтовое) равномерно заполняет всю Вселенную. Вследствие расширения Вселенной температура этого излучения продолжает падать. В настоящее время она составляет 2,7 град К.
Модель горячей Вселенной (Большого Взрыва) подтверждается обнаружением предсказанного ею реликтового излучения, заполняющего Вселенную (1965 г).Американские ученые Пензиас и Уилсонза свое открытие удостоены Нобелевской премии в 1978 г.
Определение химического состава (особенно содержание гелия, дейтерия и лития) самых старых звезд и межзвездной среды молодых галактик также явилось подтверждением модели горячей Вселенной.
Основное количество водорода и гелиясодержится не в звездах, а распределено в межзвездном и межгалактическом пространстве.
После рекомбинации атомов вещество, заполняющее Вселенную, представляло собой газ, который вследствие гравитационной неустойчивости стал собираться в сгущения.
Результаты этого процесса мы видим в виде скоплений галактик, галактик и звезд. Структура Вселенной весьма непроста, и изучение механизма ее образования — это одна из самых интересных задач настоящего времени. Как ни странно, она далека от решения — мы более ясно представляем себе, что происходило в первые секунды после «большого взрыва», чем в период от миллиона лет до нашего времени.
Существуют альтернативные модели возникновения Вселенной.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет