Kontrolnaya_1_i_4_seminary


Естественнонаучная и гуманитарная культура.
Понятие науки. Онтологические и гносеологические основы научного знания.
Структура и методы научного познания.
Закономерности развития науки. Природа научных революций.
Краткая характеристика государственных функций в содействии развитию естествознания.
Тема 2. Донаучный период развития естествознания и его особенности
Основные натурфилософские концепции ранних античных мыслителей. Возникновение античной науки.
Физико-космологическая модель мира Аристотеля.
Основные достижения античного естествознания (математика, механика, медицина).
4. Создание универсальной математической модели мира на основе принципа геоцентризма (Гиппарх, Птолемей).
5. Специфика познания природы в эпоху Средневековья.
Тема 3. Первая научная революция и формирование механической картины мира
Гелиоцентрическая модель мира Н. Коперника.
Вклад Дж. Бруно, И. Кеплера, Р. Декарта в развитие представлений о физической реальности.
Г. Галилей – родоначальник науки современного типа.
Механика И. Ньютона. Закон всемирного тяготения.
Основные черты механической картины мира.
Тема 4. Революция в физике конца ХIХ – начала ХХ века и формирование релятивистской картины мира
Идея электромагнитного поля и начало крушения механической картины мира (Фарадей, Максвелл, Герц).
Вероятность в классической физике. Основные законы термодинамики.
Пространство и время в специальной теории относительности.
Тяготение и свойства пространства и времени в общей теории относительности.
Теория относительности и релятивизм.

Естественнонаучная и гуманитарная культура.
Наука является важнейшим элементом духовной культуры людей. Традиционно принято разделять всю имеющуюся научную информацию на два больших раздела — на естественно-научную, в которой объединяют знания об окружающей природе, и на гуманитарную, в которую включают знания о человеке, обществе и духовной жизни людей. Для естественных наук предметом исследования являются объекты, вещи природы, в сфере гуманитарных наук предметом исследований являются события, субъекты.
Различия между естественно-научными и гуманитарными знаниями заключаются в том, что естественно-научные знания основаны на разделении субъекта (человека) и объекта (природы, которую познает человек-субъект), а гуманитарные имеют отношение прежде всего к самому субъекту. В природе действуют объективные, стихийные и независимые от человека процессы, а в обществе ничего не совершается без сознательных целей, интересов и мотиваций.
Методы исследований в естествознании исторически сформировались раньше, чем в гуманитарных науках.
Возникновение новых общенаучных и междисциплинарных направлений исследования, значительное влияние научно-технической революции способствовали в современной науке снятию былой конфронтации между естествоиспытателями и гуманитариями и использованию методов естествознания гуманитариями и наоборот. В настоящее время зачастую социологи, юристы, педагоги и другие специалисты-гуманитарии применяют такие междисциплинарные методы, как системный подход, идеи и методы кибернетики, теории информации, математического моделирования, теории самоорганизации и другие методы в своих исследованиях.
Таким образом, изучение основных концепций современного естествознания необходимо как применения естественнонаучных методов в своей деятельности гуманитариями и для того, чтобы иметь четкое представление о научной картине мира, выработанное современным естествознанием.
Понятие науки. Онтологические и гносеологические основы научного знания.
Наука представляет собой познавательный вид деятельности каждого человека, который направлен на изучение и вынесение обоснованных объективных и системно-организованных знаний об объектах и явлениях, происходящих в окружающем мире. В процессе данной деятельности происходит активная деятельность по сбору и анализу конкретных данных, их систематизация и синтез на основе имеющихся новых знаний, позволяющих проводить научно-обоснованное прогнозирование на проявление данного действия в будущем. Объект науки представляет широчайшую область действительности исследуемых явлений в окружающей среде. Предмет науки – это часть конкретного исследуемого объекта, т.е. предмет науки является областью объективной реальности, которую впоследствии изучает наука. Таким образом, науки отличаются друг от друга только своим предметом.
Структура и методы научного познания.
Научное познание — это объективно-истинное знание о природе, обществе и человеке, полученное в результате научно-исследовательской деятельности и, как правило, апробированное (доказанное) практикой. Естественно-научное познание структурно состоит из эмпирического и теоретического направлений научного исследования. Отправной точкой любого из этих направлений научного исследования является получение научного, эмпирического факта.
Наука строится из наблюдений, экспериментов, гипотез, теорий и аргументации.
Метод — это совокупность действий, призванных помочь достижению желаемого результата. Метод не только уравнивает способности людей, но также делает их деятельность единообразной, что является предпосылкой для получения единообразных результатов всеми исследователями. Выделяются эмпирические и теоретические методы. К эмпирическим методам относятся:Наблюдение — это длительное, целенаправленное и планомерное восприятие предметов и явлений объективного мира. Можно выделить два вида наблюдения — непосредственное и с помощью приборов.
Описание — это результат наблюдения и эксперимента, состоящий в фиксировании данных с помощью определенных систем обозначений, принятых в науке. Описание как метод научного исследования производится как путем обычного языка, так и специальными средствами, составляющими язык науки (символы, знаки, матрицы, графики и т. д.). Важнейшими требованиями к научному описанию являются точность, логическая строгость и простота.Измерение представляет собой познавательную операцию, обеспечивающую численное выражение измеряемых величин. Оно осуществляется на эмпирическом уровне научного исследования и включает количественные эталоны и стандарты (вес, длина, координаты, скорость и т. д.).
Сравнение — сопоставление объектов с целью выявления признаков сходства или признаков различия между этими объектами. им требованиям:
сравнивать необходимо сопоставимые явления и предметы 
сравнение должно осуществляться по наиболее важным и существенным признакам, так как сравнение по несущественным признакам может привести и заблуждению.
Эксперимент — научно поставленный опыт, с помощью которого объект или воспроизводится искусственно, или ставится в точно учитываемые условия, что дает возможность изучать их влияние на объект в чистом виде. В отличие от наблюдения эксперимент характеризуется вмешательством исследователя в положение изучаемых объектов благодаря активному воздействию на предмет исследования. Моделирование — изучение объекта путем создания и исследования его модели (копии), замещающей оригинал, с определенных сторон, интересующих исследователя. 
Анализ — фактическое или мысленное расчленение целостного предмета на составные части (стороны, признаки, свойства, отношения или связи) с целью его всестороннего изучения. Синтез — фактическое или мысленное воссоединение целого из частей, элементов, сторон и связей, выделенных с помощью анализа. Индукция — метод исследования и способ рассуждения, в котором общий вывод о свойствах предметов и явлений строится на основе отдельных фактов или частных посылок. Дедукция — это переход от общих рассуждений или суждений к частным. Вывод новых положений с помощью законов и правил логики. Абстрагирование — метод познания, при котором происходит мысленное отвлечение и отбрасывание тех предметов, свойств и отношений, которые затрудняют рассмотрение объекта исследования в "чистом" виде, необходимом на данном этапе изучения.
Закономерности развития науки. Природа научных революций.
Развитие науки определяется внешними и внутренними факторами. К первым относится влияние государства, экономических, культурных, национальных параметров, ценностных установок ученых. Вторые определяются внутренней логикой и динамикой развития науки.
Внутренняя динамика развития науки имеет свои особенности на каждом из уровней исследования. Эмпирическому уровню присущ обобщающий характер, поскольку даже отрицательный результат наблюдения или эксперимента вносит свой вклад в накопление знаний. Теоретический уровень отличается более скачкообразным характером, так как каждая новая теория представляет собой качественное преобразование системы знаний. Новая теория, пришедшая на смену старой, не отрицает ее полностью, но чаще ограничивает сферу ее применимости, что позволяет говорить о преемственности в развитии теоретического знания.
НАУЧНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ — радикальное изменение процесса и содержания научного познания, связанное с переходом к новым теоретическим и методологическим предпосылкам, к новой системе фундаментальных понятий и методов, к новой научной картине мира, а также с качественными преобразованиями материальных средств наблюдения и экспериментирования, с новыми способами оценки и интерпретации эмпирических данных, с новыми идеалами объяснения, обоснованности и организации знания.    Историческими примерами научной революции могут служить переход от средневековых представлений о Космосе к механистической картине мира на основе математической физики 16—18 вв., переход к эволюционной теории происхождения и развития биологических видов, возникновение электродинамической картины мира (19 в.), создание квантово-релятивистской физики в нач. 20 в. и др.Революция в науке — период развития науки, во время которого старые научные представления замещаются частично или полностью новыми, появляются новые теоретические предпосылки, методы, материальные средства, оценки и интерпретации, плохо или полностью несовместимые со старыми представлениями.
Краткая характеристика государственных функций в содействии развитию естествознания
На современном этапе развития науки, и естествознания в том числе (особенно в России и странах бывшего СССР, где наука, как и экономика в целом, переживает глубокий кризис) распределение финансовых ресурсов для обеспечения научных исследований и образования играет важную роль. При поверхностной, неквалифицированной оценке проблем современной науки выделяемые государством мизерные средства могут расходоваться на проведение исследований ради исследований, на создание многочисленных теорий ради теорий, реальная польза от которых весьма сомнительна, на преждевременное строительство крупных экспериментальных установок, требующих колоссальных материальных затрат и т. п. При таком подходе нередко заслуживающие внимание исследования, чаще всего экспериментальные (носящие не только прикладной, но и фундаментальный характер и отличающиеся новизной и практической значимостью, т. е. приносящие реальную пользу и вносящие весомый вклад в науку) откладываются до лучших времен, что, естественно, будет тормозить развитие не только науки, но и экономики и тем самым сдерживать рост благосостояния народа. Подобный негативный результат несет в себе недостаточное финансирование всей системы образования.
Взаимоотношения между наукой и государством не ограничиваются только товарно-денежными. Государство часто вмешивается во внутренние дела науки, а наука – во внутренние дела государства. Вмешательство государства часто приводит к отрицательным последствиям, и это можно пояснить на примере неудачи создания атомной бомбы в Германии, для правителей которой политические убеждения ученого были важнее его научных достижений. Объявление кибернетики лженаукой, гонения ученых-генетиков – все это примеры грубых вмешательств погруженных в невежество представителей власти, приведших ко всем известным печальным последствиям. Часто бывает: чем авторитетнее ученый, тем более независим он во взглядах. Подвергая их гонениям или устраняя их, обладатели власти искусственно нарушают нормальный ритм работы огромного организма, сложнейшей системы – науки. Подобная проблема существует с давних времен.
16. Идея электромагнитного поля и начало крушения механической картины мира (Фарадей, Максвелл, Герц).
Галилей и Кеплер, отталкиваясь от динамических и кинематических законов Аристотеля, переосмысливали его механику и в итоге перехода от геоцентризма к гелиоцентризму пришли к своим кинематическим законам. Эти законы предопределили принципиально единую для земных и небесных тел механику Ньютона со всеми сформированными им классическими законами механики. Долгое время в науке доминировала именно механистическая картина мира. По самой своей сути эта картина мира являлась метафизической, все многообразие мира сводилось к механике.
Механистическая картина мира знала только один вид материи — вещество, состоящее из частиц, имеющих массу. В XIX веке к числу свойств частиц стали прибавлять электрический заряд. И хотя масса, как считалось, была у всех частиц, а заряд — только у некоторых, обладание электрическим зарядом было признано таким же фундаментальным, важнейшим их свойством, как и масса.
Английский химик и физик Майкл Фарадей (1791-1867) ввел в науку понятие 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.
Математическую разработку идей Фарадея предпринял выдающийся английский ученый Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879). Его основной работой, заключавшей в себе математическую теорию электромагнитного поля, явился «Трактат об электричестве и магнетизме», изданный в 1873 году. 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). Именно ему по поручению Гельмгольца (Герц был его любимым учеником) довелось проверить экспериментально теоретические выводы Максвелла. В 1886 году Герц продемонстрировал «беспроволочное распространение» электромагнитных волн. Он смог также доказать принципиальную тождественность полученных им электромагнитных переменных полей и световых волн.
Работы в области электромагнетизма положили начало крушению механистической картины мира.
С тех пор механистические представления о мире были существенно поколеблены. Ведь любые попытки распространить механические принципы на электрические и магнитные явления оказались несостоятельными. Поэтому естествознание вынуждено было в конце концов отказаться от признания особой, универсальной роли механики. Механистическая картина мира начала сходить с исторической сцены, уступая место новому пониманию физической реальности.
17. Вероятность в классической физике. Основные законы термодинамики.
Воздействие идеи вероятности на научное мышление, на развитие познания прямо сопряжено с разработкой теории вероятностей как математической дисциплины, как раздела математики. Зарождение математического учения о вероятности относится к XVII веку, когда было положено начало разработке ядра понятий, выражающих вероятностную идею. Соответствующие проблемы и задачи возникли в статистической практике – в страховом деле, в демографии, в оценке ошибок измерения. По мере развития приложений совершенствовалась и сама теория вероятностей.
В реальное познание действительности вероятность уверенно вошла в прошлом веке. Методы исследования, опирающиеся на теорию вероятностей, во многом и решающем обеспечили, начиная со второй половины XIXвека, колоссальный прорыв науки в познание природы. Революционное проникновение физики в интимные структуры материи неотделимо от вероятностных представлений. Идея вероятностей вошла в физику в ходе разработки молекулярно-кинетической теории газов, переросшей затем в классическую статистическую физику. На путях развития последней произошло окончательное утверждение физического атомизма – были получены непосредственные доказательства реальности атомов и первые данные о параметрах их структуры. Можно сказать, что именно вероятность утвердила в науке атом, вывела его на орбиту прямых физических исследований.
Разработка статистической физики означала грандиозный прорыв физики в анализ структуры вещества. Свое начало статистическая физика берет с изучения свойств и закономерностей газов, газообразного состояния вещества. Именно здесь лежат исходные представления вероятностного стиля научного мышления. В дальнейшем статистическая физика довольно быстро “переключилась” на изучение свойств и закономерностей жидких и твердых тел. И ныне статистическая физика предстает как фундаментальное направление физических исследований.
Включенность вероятности в структуру научных методов привело физику в начале нашего века к новому грандиозному прорыву в глубь материи – в структуру атома и атомных процессов. Эти знания воплотились в квантовой теории, разработка которой ознаменовала раскрытие весьма необычных, диковинных свойств микромира, понимание которых восхищает и озадачивает ученых и по сей день. Как сказал В.Вайскопф: квантовая теория представляет такой “плод человеческой мысли, которой более всякого другого научного достижения углубил и расширил наше понимание мира” HYPERLINK "http://philosophy.ru/iphras/library/phnauk4/SACH.htm" \l "_edn2" \o "" [2]. В литературе также отмечается, что само становление физического познания освящено вероятностными представлениями. Физика немыслима вне измерений, а первые же попытки осмыслить и оценить практику измерительных процедур опираются на вероятностные представления, связанные с установлением в конце восемнадцатого века закона распределения ошибок измерения, сугубо вероятностного.
Термодина́мика в тетради.
18. Пространство и время в специальной теории относительности.
19. Тяготение и свойства пространства и времени в общей теории относительности.
20. Теория относительности и релятивизм. (три вопроса вместе)
Специальная (частная) теория относительности была создана в начале XX века благодаря работам А. Эйнштейна, Х. Лоренца, А. Пуанкаре, Дж. Лармора, Дж. Фицджеральда, Г. Минковского и ряда других ученых. Она возникла в результате преодоления принципиальных трудностей, с которыми столкнулись электродинамика и оптика движущихся тел. Для преодоления этих трудностей ученым пришлось отказаться от гипотезы о существовании мирового эфира Основные положения специальной теории относительности (СТО) были изложены А. Эйнштейном в 1905 году в работе «К электродинамике движущихся сред». В основе СТО лежат два постулата: 1. Принцип относительности А. Эйнштейна: все физические явления (механические, оптические, электромагнитные и любые другие) при одинаковых начальных условиях протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета (ИСО). 2. Принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме одинакова во всех ИСО. Второй постулат СТО связан с попытками ученых обнаружить движение Земли относительно мирового эфира (эфирный ветер). Такую попытку, в частности, предприняли А. Майкельсон и Э. У. Морли в 1887 году. . Для этого они использовали интерферометр – прибор, работа которого основана на явлении интерференции света. Эфирный ветер должен был приводить к смещению интерференционной картины на 0,4 полосы при повороте интерферометра на 90 градусов. Обнаружение движения тел (в частности, Земли) относительно мирового эфира означало бы существование в природе особенной, абсолютной системы отсчета, связанной с эфиром. Тогда движение всех остальных систем отсчета можно было бы рассматривать по отношению к этой абсолютной системе отсчета. Эфирный ветер Майкельсону и Морли обнаружить не удалось (никакого смещения интерференционной картины при повороте интерферометра не происходило). Из опыта Майкельсона и Морли следовало также, что скорость света в вакууме не зависит от движения источников и приемников света, т. е. одинакова во всех ИСО (отсюда и второй постулат СТО). Более того, скорость света в вакууме c является предельной скоростью. Никакой сигнал, никакое воздействие тел друг на друга не могут распространяться со скоростью, превышающей значение с=300.000 км/с. Первый постулат СТО является обобщением принципа относительности Г. Галилея, который относился только к механическим явлениям и указывал на то, что законы механики одинаковы для всех ИСО. По мысли Эйнштейна отрицательный результат опыта Майкельсона и Морли по обнаружению эфирного ветра свидетельствует о том, что мирового эфира не существует, следовательно, не существует и абсолютной системы отсчета, связанной с ним. Значит, все инерциальные системы отсчета равноправны, и не только в отношении законов механики, но и законов физики вообще. Поэтому принцип относительности Эйнштейна (первый постулат СТО) утверждает, что все физические законы одинаково формулируются для всех ИСО. Следовательно, уравнения, выражающие эти законы, должны оставаться неизменными (инвариантными) при переходе от одной ИСО к другой, т. е. при преобразованиях координат и времени.
Релятивизм (от лат. relativus — относительный) — методологический принцип, состоящий в метафизической абсолютизации относительности и условности содержания познания.

Релятивизм проистекает из одностороннего подчёркивания постоянной изменчивости действительности и отрицания относительной устойчивости вещей и явлений. Гносеологические корни релятивизма — отказ от признания преемственности в развитии знания, преувеличение зависимости процесса познания от его условий (например, от биологических потребностей субъекта, его психического состояния или наличных логических форм и теоретических средств). Факт развития познания, в ходе которого преодолевается любой достигнутый уровень знания, релятивисты рассматривают как доказательство его неистинности, субъективности, что приводит к отрицанию объективности познания вообще, к агностицизму.

Релятивизм как методологическая установка восходит к учению древнегреческих софистов: из тезиса Протагора «человек есть мера всех вещей…» следует признание основой познания только текучей чувственности, не отражающей каких-либо объективных и устойчивых явлений.

Элементы релятивизма характерны для античного скептицизма: обнаруживая неполноту и условность знаний, зависимость их от исторических условий процесса познания, скептицизм преувеличивает значение этих моментов, истолковывает их как свидетельство недостоверности всякого знания вообще.

Аргументы релятивизма философы XVI—XVIII веков (Эразм Роттердамский, М. Монтень, П. Бейль) использовали для критики догматов религии и основоположений метафизики. Иную роль релятивизм играет в идеалистическом эмпиризме (Дж. Беркли, Д. Юм; махизм, прагматизм, неопозитивизм). Абсолютизация относительности, условности и субъективности познания, вытекающая из сведения процесса познания к эмпирическому описанию содержания ощущений, служит здесь обоснованием субъективизма.
Тео́рия относи́тельности — термин, введённый в 1906 году Максом Планком с целью показать, как специальная теория относительности (и, позже, общая теория относительности) использует принцип относительности. Иногда используется как эквивалент понятия «релятивистская физика»
Теория относительности применяется в физике и астрономии начиная с XX века. Впервые новая теория заменила 200-летнюю механику Ньютона. Это в корне изменило восприятие мира.

Ньютоновские понятия о движении были опровергнуты или кардинально скорректированы посредством нового достаточно глубокого применения принципа относительности движения. Время уже не было абсолютным (а начиная с ОТО — и равномерным).

Более того, Эйнштейн изменил фундаментальные взгляды на время и пространство. Согласно теории относительности время необходимо воспринимать как почти равноправную составляющую (координату) пространства-времени, которая может смешиваться в преобразовании координат при смене (изменении скорости движения) системы отсчета с обычными пространственными координатами, подобно тому, как смешиваются друг с другом пространственные координаты в преобразовании их при повороте осей обычной трехмерной системы координат.
Теория относительности значительно расширила понимание физики в целом, а также существенно углубила знания в области физики элементарных частиц, дав мощнейший импульс и серьёзные новые теоретические инструменты для развития физики, значение которого трудно переоценить.
С помощью данной теории космология и астрофизика сумела предсказать такие чрезвычайные явления, как нейтронные звезды, черные дыры и гравитационные волны.
Специальная, или частная теория относительности — это теория структуры пространства-времени. Впервые была представлена в 1905 году Альбертом Эйнштейном в работе «К электродинамике движущихся тел». Теория описывает движение, законы механики, а также пространственно-временные отношения, определяющие их, при скоростях движения, близких к скорости света. Классическая механика Ньютона в рамках специальной теории относительности является приближением для малых скоростей.
Большинство парадоксальных и противоречащих интуитивным представлениям о мире эффектов, возникающих при движении со скоростью, близкой к скорости света, предсказывается именно специальной теорией относительности. Самый известный из них — эффект замедления хода часов, или эффект замедления времени. Часы, движущиеся относительно наблюдателя, идут для него медленнее, чем точно такие же часы у него в руках.
Время в системе координат, движущейся со скоростями, близкими к скорости света, относительно наблюдателя растягивается, а пространственная протяженность (длина) объектов вдоль оси направления движения — напротив, сжимается. Этот эффект, известный как сокращение Лоренца—Фицджеральда, был описан в 1889 году ирландским физиком Джорджем Фицджеральдом (George Fitzgerald, 1851–1901) и дополнен в 1892 году нидерландцем Хендриком Лоренцем (Hendrick Lorentz, 1853–1928). Сокращение Лоренца—Фицджеральда объясняет, почему опыт Майкельсона—Морли по определению скорости движения Земли в космическом пространстве посредством замеров «эфирного ветра» дал отрицательный результат. Позже Эйнштейн включил эти уравнения в специальную теорию относительности и дополнил их аналогичной формулой преобразования для массы, согласно которой масса тела также увеличивается по мере приближения скорости тела к скорости света. Так, при скорости 260 000 км/с (87% от скорости света) масса объекта с точки зрения наблюдателя, находящегося в покоящейся системе отсчета, удвоится.
Со времени Эйнштейна все эти предсказания, сколь бы противоречащими здравому смыслу они ни казались, находят полное и прямое экспериментальное подтверждение. В одном из самых показательных опытов ученые Мичиганского университета поместили сверхточные атомные часы на борт авиалайнера, совершавшего регулярные трансатлантические рейсы, и после каждого его возвращения в аэропорт приписки сверяли их показания с контрольными часами. Выяснилось, что часы на самолете постепенно отставали от контрольных все больше и больше (если так можно выразиться, когда речь идет о долях секунды). Последние полвека ученые исследуют элементарные частицы на огромных аппаратных комплексах, которые называются ускорителями. В них пучки заряженных субатомных частиц (таких как протоны и электроны) разгоняются до скоростей, близких к скорости света, затем ими обстреливаются различные ядерные мишени. В таких опытах на ускорителях приходится учитывать увеличение массы разгоняемых частиц — иначе результаты эксперимента попросту не будут поддаваться разумной интерпретации. И в этом смысле специальная теория относительности давно перешла из разряда гипотетических теорий в область инструментов прикладной инженерии, где используется наравне с законами механики Ньютона.
Возвращаясь к законам Ньютона, я хотел бы особо отметить, что специальная теория относительности, хотя она внешне и противоречит законам классической ньютоновской механики, на самом деле практически в точности воспроизводит все обычные уравнения законов Ньютона, если ее применить для описания тел, движущихся со скоростью значительно меньше, чем скорость света. То есть, специальная теория относительности не отменяет ньютоновской физики, а расширяет и дополняет ее.
Принцип относительности помогает также понять, почему именно скорость света, а не какая-нибудь другая, играет столь важную роль в этой модели строения мира — этот вопрос задают многие из тех, кто впервые столкнулся с теорией относительности. Скорость света выделяется и играет особую роль универсальной константы, потому что она определена естественнонаучным законом. В силу принципа относительности скорость света в вакууме c одинакова в любой системе отсчета. Это, казалось бы, противоречит здравому смыслу, поскольку получается, что свет от движущегося источника (с какой бы скоростью он ни двигался) и от неподвижного доходит до наблюдателя одновременно. Однако это так.
Благодаря своей особой роли в законах природы скорость света занимает центральное место и в общей теории относительности.
Общая теория относительности
Общая теория относительности — теория гравитации, разработанная Эйнштейном в 1905—1917 годах. Является дальнейшим развитием специальной теории относительности. В общей теории относительности постулируется, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, а деформацией самого пространства-времени, в котором они находятся. Эта деформация связана, в частности, с присутствием массы-энергии.
Общая теория относительности применяется уже ко всем системам отсчета (а не только к движущимися с постоянной скоростью друг относительно друга) и выглядит математически гораздо сложнее, чем специальная (чем и объясняется разрыв в одиннадцать лет между их публикацией). Она включает в себя как частный случай специальную теорию относительности (и, следовательно, законы Ньютона). При этом общая теория относительности идёт значительно дальше всех своих предшественниц. В частности, она дает новую интерпретацию гравитации.
Общая теория относительности делает мир четырехмерным: к трем пространственным измерениям добавляется время. Все четыре измерения неразрывны, поэтому речь идет уже не о пространственном расстоянии между двумя объектами, как это имеет место в трехмерном мире, а о пространственно-временных интервалах между событиями, которые объединяют их удаленность друг от друга — как по времени, так и в пространстве. То есть пространство и время рассматриваются как четырехмерный пространственно-временной континуум или, попросту, пространство-время. В этом континууме наблюдатели, движущиеся друг относительно друга, могут расходиться даже во мнении о том, произошли ли два события одновременно — или одно предшествовало другому. К счастью для нашего бедного разума, до нарушения причинно-следственных связей дело не доходит — то есть существования систем координат, в которых два события происходят не одновременно и в разной последовательности, даже общая теория относительности не допускает.
Закон всемирного тяготения Ньютона говорит нам, что между любыми двумя телами во Вселенной существует сила взаимного притяжения. С этой точки зрения Земля вращается вокруг Солнца, поскольку между ними действуют силы взаимного притяжения. Общая теория относительности, однако, заставляет нас взглянуть на это явление иначе. Согласно этой теории, гравитация — это следствие деформации («искривления») упругой ткани пространства-времени под воздействием массы (при этом чем тяжелее тело, например Солнце, тем сильнее пространство-время «прогибается» под ним и тем, соответственно, сильнее его гравитационное поле). Представьте себе туго натянутое полотно (своего рода батут), на которое помещен массивный шар. Полотно деформируется под тяжестью шара, и вокруг него образуется впадина в форме воронки. Согласно общей теории относительности, Земля обращается вокруг Солнца подобно маленькому шарику, пущенному кататься вокруг конуса воронки, образованной в результате «продавливания» пространства-времени тяжелым шаром — Солнцем. А то, что нам кажется силой тяжести, на самом деле является, по сути чисто внешнем проявлением искривления пространства-времени, а вовсе не силой в ньютоновском понимании. На сегодняшний день лучшего объяснения природы гравитации, чем дает нам общая теория относительности, не найдено.
Проверить общую теорию относительности трудно, поскольку в обычных лабораторных условиях ее результаты практически полностью совпадают с тем, что предсказывает закон всемирного тяготения Ньютона. Тем не менее несколько важных экспериментов были произведены, и их результаты позволяют считать теорию подтвержденной. Кроме того, общая теория относительности помогает объяснить явления, которые мы наблюдаем в космосе, — например, незначительные отклонения Меркурия от стационарной орбиты, необъяснимые с точки зрения классической механики Ньютона, или искривление электромагнитного излучения далеких звезд при его прохождении в непосредственной близости от Солнца.
На самом деле результаты, которые предсказывает общая теория относительности, заметно отличаются от результатов, предсказанных законами Ньютона, только при наличии сверхсильных гравитационных полей. Это значит, что для полноценной проверки общей теории относительности нужны либо сверхточные измерения очень массивных объектов, либо черные дыры, к которым никакие наши привычные интуитивные представления неприменимы. Так что разработка новых экспериментальных методов проверки теории относительности остается одной из важнейших задач экспериментальной физики.

Приложенные файлы

  • docx 18049016
    Размер файла: 44 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий