Научные революции 20 века

     Введение

     Три с половиной века назад английский материалист Френсис Бэкон назвал науку силой. Современник Шекспира, Галилея, Бруно, он считал, что наука должна дать человеку власть над природой, увеличить его могущество и улучшить его жизнь. Это было в эпоху, когда страны Европы только становились на путь капиталистического развития. С тех пор человечество сделало гигантский скачок в социальном и техническом развитии. И чем больше развивался прогресс, тем больше росла его связь с наукой. В современных условиях экономический и технический потенциал любой страны, ее мощь и обороноспособность, как никогда раньше, связаны с уровнем развития науки и степенью ее применения в производстве. Наивысшим проявлением интеграции науки и техники является научно-техническая революция (НТР). Но проявление НТР в жизни общества противоречиво. С одной стороны - это путь к благу и прогрессу, с другой стороны - расход природных ресурсов, появление и накопление разрушительных средств вооружения. Цель данной работы состоит в том, чтобы на основе содержания НТР ХХ века дать сбалансированную оценку современному этапу научно-технической революции, проанализировать основные открытия научной революции ХХ века и раскрыть ее прогрессивную миссию.

     Человечество  на всём протяжении своего развития пережило несколько глубоких научных революций. Первая такая революция, охватившая период с XVI до XVIII в., началась с создания гелиоцентрической картины мира. В середине XIX в. произошла вторая научная революция, охватившая на этот раз всю область научного познания - от естественных наук (открытие клеточного строения живых организмов, создание эволюционной теории Дарвина) до общественных наук (диалектический, материалистический взгляды на окружающий мир). На рубеже XIX и ХХ вв. в результате великих открытий в физике (электрон, радий, превращение элементов, кванты и др.) сложилась новая картина мира, и этот коренной переворот во взглядах на материю, ее строение, этот прорыв науки в область микромира стал очередной, третьей научной революцией. Такие революции заключаются в появлении и внедрении изобретений, вызывающих переворот в средствах труда, видах энергии, технологии производства, в предметах труда, и общих материальных условий производственного процесса. Толчком революции в естествознании послужил ряд ошеломляющих открытий в физике: электромагнитных волн Г. Герцем; рентгеновских лучей В. Рентгеном; радиоактивности А. Беккерелем; электрона Дж. Томсоном; светового давления П. Н. Лебедевым. Четвёртая научная революция началась с середины 20-х годов ХХ в.: она связана с созданием квантовой механики в сочетании с теорией относительности. В ходе этого этапа были пересмотрены многие важнейшие постулаты науки:  учение об атомах как твердых и неделимых частицах было заменено моделями, которые почти целиком заполнены пустотой; трехмерное пространство и одномерное время превратились в относительные проявления четырехмерного пространственно-временного континуума. Отличительными признаками этого этапа научной революции были:

- овладение атомной энергией в 40-е годы этого столетия;

- зарождение  ЭВМ и кибернетики;

- переход к эпохе НТР, слияние науки с производством и превращение науки в производительную силу. [7, С.198-202] 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1 глава. Научно-техническая  революция XX в.  1.1.Основные критерии и характеристики НТР.

      Постепенно  этот этап развития науки перевоплотился в более масштабное и значимое событие: начиная с середины ХХ века, в развитии науки и техники стали наблюдаться процессы, которые в совокупности получили название научно-технической революции. Научно-техническая революция – это коренное, качественное преобразование производительных сил на основе превращения науки в ведущий фактор развития общественного производства, непосредственную производительную силу. С самого начала ее особенностью было то, что, возникнув в области науки, она не замкнулась сферой самой науки и техники, но активно воздействовала на все стороны жизни и деятельности людей. Научно-техническая революция играет всё возрастающую роль в сложной цепи экономических, социальных и политических изменений современного общества. Эта революция и ее социальные последствия оказывают воздействие на весь ход истории. Революции наблюдаются во всех областях жизни: в промышленности, в культуре, в искусстве, в общественном развитии (социальные революции). Происходят они также в науке, в технике и технологии. В целом научно-техническая революция характеризуется двумя критериями:

- небывалыми  успехами в деле покорения  природы и самого человека  как части природы;

- срастанием науки с техникой в единую систему, в результате чего наука стала непосредственной производительной силой.

      Начало  научно-технической революции было подготовлено выдающимися успехами естествознания ещё в конце XIX - начале ХХ в. К ним относятся модель большого взрыва и расширяющейся Вселенной в астрономии; геологическая тектоника литосферных плит; физическое смещение точки отсчёта от материи к энергии и от вещества к полю; открытие сложного строения атома как системы частиц, а не неделимого целого; открытие радиоактивности и превращения элементов; создание теории относительности и квантовой механики; уяснение сущности химических связей, открытие изотопов, а затем и получение новых радиоактивных элементов, отсутствующих в природе. Бурное развитие естественных наук продолжалось и в середине ХХ века. Появились новые достижения в физике элементарных частиц, в изучении микромира; была создана кибернетика, получили развитие генетика, хромосомная теория. Эти научные революции позволили сформулировать следующие общие закономерности развития мира:

1. эволюция природы (от Вселенной до кварков);
2. самоорганизация (от неживых систем до биосферы);
3. системность связи неживой природы, живой природы и человека (в экологии);
4. имманентность природных систем пространству и времени (в теории относительности);
5. относительность разделения на субъект и объект (в квантовой механике и синергетике).[1, С.230-231]

     1.2.Основные достижения научно-технической революции - создание общей теории систем, общей и специальной теории относительности.

     Однако  основные достижения научно-технической революции сводятся к созданию ОТС - общей теории систем, позволившей взглянуть на мир как на единое, целостное образование, состоящее из огромного множества взаимодействующих друг с другом систем. Произошел огромный прорыв в науках, изучающих живую природу. Переход от клеточного уровня исследования к молекулярному ознаменовался крупнейшими открытиями в биологии, связанными с расшифровкой генетического кода, пересмотром прежних взглядов на эволюцию живых организмов, уточнением старых и появлением новых гипотез происхождения жизни. В свою очередь живые системы послужили для химии природной лабораторией, опыт которой ученые стремились воплотить в своих исследованиях по синтезу сложных соединений. В сентябре 1905 г. в немецком журнале «der Physik» появилась работа А. Эйнштейна "К электродинамике движущихся тел", в которой впервые были изложены основы теории относительности и которой предшествовало, по словам самого автора, 7 - 10 лет упорных размышлений над проблемой влияния движения тел на электромагнитные явления. Прежде всего, Эйнштейн пришел к твердому убеждению о всеобщности принципа относительности, т. е. к выводу, что и в отношении электромагнитных явлений, а не только механических, все инерциальные системы координат совершенно равноправны. Одновременно с принципом относительности Эйнштейну казалось ясным и существование инвариантности скорости света во всех инерциальных системах отсчета. В осознании относительности одновременности заключается гвоздь всей теории относительности, выводы которой, в свою очередь, приводят к необходимости пересмотра понятий пространства и времени - основополагающих понятий всего естествознания.

     На  следующем этапе становления  специальной теории относительности  (СТО) этим общим идейным рассуждениям Эйнштейн придает математическую форму и, в частности, выводит формулы преобразования координат и времени. Промежуток времени, в течение которого длится какой-либо процесс, различен, если измерять его движущимися с различной скоростью часами. В теории Эйнштейна размеры тел и промежутки времени теряют абсолютный характер, какой им приписывали раньше, и приобретают смысл относительных величин, зависящих от относительного движения тел и инструментов, с помощью которых проводилось их измерение. Они приобретают такой же смысл, какой имеют уже известные относительные величины, такие, как, например, скорость, траектория и т. п. Таким образом, Эйнштейн приходит к выводу о необходимости изменения пространственно-временных представлений, которые выработаны классической физикой.

     В последующие годы Эйнштейн, продолжая развивать эти идеи, создал новую теорию, которую назвал общей теорией относительности (ОТО). Построение этой теории он закончил в 1916 г. Эквивалентность, существующую между ускорением и однородным полем тяготения, справедливую для механики, Эйнштейн считает возможным распространить на оптические и вообще любые физические явления. Этот расширенный принцип эквивалентности и был положен им в основу общей теории относительности. С точки зрения ОТО пространство не обладает постоянной (нулевой) кривизной. Кривизна его меняется от точки к точке. Кривизна пространства определяется полем тяготения. ОТО кардинально отличается от предшествующих ей фундаментальных физических теорий. Она отказывается от целого ряда старых понятий, формулируя вместе с тем новые понятия. Так, ОТО отказывается от понятий "сила", "потенциальная энергия", "инерциальная система", "евклидов характер пространства- времени" и др. Зато вводятся новые понятия. Поскольку в гравитационных полях не существует твердых тел и ход часов зависит от состояния этих полей, то ОТО вынуждена пользоваться нежесткими (деформирующимися) телами отсчета. Такая система отсчета (ее называют "моллюском отсчета") может двигаться произвольным образом и ее форма может изменяться, используемые часы могут быть со сколь угодно нерегулярным ходом. В то же время ОТО углубляет понятие поля, связывая воедино понятия инерции, гравитации и метрики пространства-времени, сохраняет инвариантный смысл понятий точка (пространственно-временное совпадение), пространственно-временной континуум конечного числа измерений и др.

     ОТО стала фундаментом для выявления  новых общих свойств и закономерностей  Вселенной. Первым ее успехом было объяснение открытой еще в 1859 г. (и непонятной с точки зрения классической теории) дополнительной скорости движения перигелия Меркурия (около 4 " в столетие) под влиянием гравитационного поля Солнца. Таким образом, в ОТО был получен новый фундаментальный результат: скорость света уже не является постоянной величиной, она изменяется, когда свет проходит поле тяготения, увеличиваясь или уменьшаясь в зависимости от взаимного направления распространения света и направления сил тяготения. Опыты по измерению отклонения лучей света, проходящих около Солнца, имели большое значение для широкого признания общей, а вместе с ней и специальной теории относительности. В 1919 г. одна английская экспедиция направилась в Бразилию, а другая - на один из островов, расположенных возле африканского материка, для проверки этого эффекта. Наблюдения обеих экспедиций подтвердили существование эффекта Эйнштейна. Предполагаемое смещение группы звезд, видимых около Солнца во время затмения, действительно имело место, хотя точность измерений была невелика. Проведенные в 1922 г. новые измерения также подтвердили существование эффекта, предсказанного теорией Эйнштейна. Исходя из своей теории, Эйнштейн сформулировал некоторые, основные свойства пространства и времени:

     1) их объективность и независимость  от человеческого сознания и  сознания всех других разумных существ в мире;

     2)неразрывную  связь друг с другом и с  движущейся материей;

     3)единство  прерывности и непрерывности  в их структуре - наличие отдельных  тел, фиксированных в пространстве  при отсутствии каких-либо «разрывов»  в самом пространстве;

    По  существу, относительность восторжествовала и в квантовой механике, т.к. ученые признали, что нельзя найти объективную истину безотносительно от измерительного прибора; знать одновременно и положение, и скорость частиц; установить, имеем мы в микромире дело с частицами или с волнами. Это и было торжество относительности в физике XX века. Учитывая столь огромный вклад в современную науку и большое влияние на нее А. Эйнштейна, третью фундаментальную парадигму в истории науки и естествознания назвали эйнштейновской. [3, С.145-148] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1.3.Планетарная модель атома Э.Резерфорда. Квантовая теория строения атома Н.Бора.

    В 1911 году знаменитый английский физик  Эрнест Резерфорд (1871-1937) предложил  свою модель атома, которая получила название планетарной. Появлению этой новой модели атома предшествовали эксперименты, проводимые Э. Резерфордом и его учениками Гансом Гейгером и Эрнстом Марсденом. В результате этих экспериментов было обнаружено, что в атомах существуют ядра - положительно заряженные микрочастицы, размер которых очень мал по сравнению с размерами атомов. Но масса атома почти полностью сосредоточена в его ядре. Исходя из этих новых представлений, Резерфорд и выдвинул свое понимание строения атома, которое он обнародовал 7 марта 1911 года на заседании Манчестерского философского общества. По его мнению, атом подобен Солнечной системе: он состоит из ядра и электронов, которые обращаются вокруг него.

    Но  планетарная модель Резерфорда обнаружила серьезный недостаток: она оказалась  несовместимой с электродинамикой Максвелла. Согласно законам электродинамики, любое тело (частица), имеющее электрический заряд и движущееся с ускорением, обязательно должно излучать электромагнитную энергию. Но в этом случае электроны очень быстро потеряли бы свою кинетическую энергию и упали на ядро. С этой точки зрения, оставалась непонятной необычайная устойчивость атомов. Кроме того, в соответствии с законами электродинамики, частота излучаемой электроном электромагнитной энергии должна быть равна частоте собственных колебаний электрона в атоме. Но в этом случае спектр излучения электрона должен быть непрерывным, так как электрон, приближаясь к ядру, менял бы свою частоту. Опыт же показывал другое: атомы дают электромагнитное излучение только определенных частот (именно поэтому атомные спектры называют линейчатыми, т. е. состоящими из вполне определенных линий). Такая определенность спектра, его ярко выраженная химическая индивидуальность очень трудно совмещается с универсальностью электрона, заряд и масса которого не зависят от природы атома.