Физика как наука

Содержание

 
Введение 3

Физика как  наука. Этапы развития и современные  основные черты 4

Физика как  наука 4

Механическая  картина мира 5

Электромагнитная  картина мира 7

Становление современной  физической картины мира 10

Квантовая Механика и мир элементарных частиц 13

Теория атома  Н. Бора. Принцип соответствия 14

Идеи и понятия  квантовой механики. Принцип неопределенности 16

Проблема интерпретации  квантовой механики. Принцип дополнительности. 18

Фундаментальные физические взаимодействия 20

Понятие фундаментального физического взаимодействия 20

Гравитация 21

Электромагнетизм 22

Слабое взаимодействие 23

Сильное взаимодействие 24

Заключение 26

Список использованной литературы и источников 28

 

Введение

      Важнейшей функцией науки является мировоззренческая  функция. Она связана с формированием научной картины мира, без которой современный человек не сможет нормально ориентироваться в нашем мире. Ведь современная цивилизация сформировалась в результате процессов модернизации, начавшихся в Европе с XVI в. и неразрывно связанных с развитием науки и техники. Данные процессы были бы невозможны, если бы не существовало систематизированного представления о природе, объясняющего с точки зрения науки большую часть того, что мы видим вокруг себя. Также в понятие научной картины мира входит обоснование принципов познания окружающего мира, что теснейшим образом связывает в данном вопросе науку с философией. Научная картина мира формируется на основе естественных, общественных и гуманитарных наук. Но фундаментом этой картины, бесспорно, является естествознание. Значение естествознания для формирования научной картины мира настолько велико, что нередко научную картину миру сводят к естественно-научной картине мира.

Естественно-научная  картина мира представляет собой  систематизированное представление о природе, исторически сформировавшееся в ходе развития естествознания. В эту картину мира входят знания, полученные из всех естественных наук, их фундаментальных идей и теорий. Но история науки свидетельствует, что большую часть своей истории естествознание было связано преимущественно с развитием физики. Именно физика была и остается наиболее развитой и систематизированной естественной наукой.

     Целью моей контрольной работы является изучение Фмчнкн как науки, чаюш.ей широкое  представление о мире. В своем развитии физика как huvkh прошла длинный путь, она непрерывно развивалась, появилась квантовая фн'-игка и квантовая механика.

'*1и вопросы я попытался осветить в своей рабспе.

исконными источниками  работы явилась учебная литера?vpa

 

4

Физика как наука. Этапы развития и современные

основные черты.

Физика как наука

      Физика  — это наука о наиболее простых и вместе с тем наиболее общих свойствах тел и явлений.

     В любом явлении физика ищет то, что  объединяет его со всеми другими  явлениями природы. Это — строение материи и законы ее движения. Само слово «физика» происходит от греческого — природа. Эта наука возникла еще в античности и первоначально охватывала всю совокупность знаний о природных явлениях. Иными словами, тогда физика была тождественна всему естествознанию. Лишь к эпохе эллинизма, по мере дифференциации знаний и методов исследования из общей науки о природе выделились отдельные науки, в том числе и физика.

      В своей основе физика — экспериментальная  наука. Такой она стала, начиная с Нового времени, когда ее законы стали базироваться на фактах, установленных опытным путем. Но помимо экспериментальной физики различают и теоретическую физику, цель которой состоит в формулировку законов природы.

      В соответствии с многообразием исследуемых  объектов и форм движения современная физика подразделяется на ряд дисциплин. Это деление происходит по разным критериям. Так, по изучаемым объектам выделяют физику элементарных частиц, физику ядра, физику атомов и молекул, физику газов и жидкостей, физику твердого тела, физику плазмы. Если в качестве критерия взять различные формы движения материи, можно выделить механику материальных точек и твердых тел, механику сплошных сред, термодинамику и статистическую механику, электродинамику (включая оптику), теорию тяготения, квантовую механику и квантовую теорию поля.

      Развитие  самой физики непосредственно связано  с физической картиной мира. При постоянном возрастании количества опытных данных картина мира долгое время остается относительно неизменной. С изменением физической картины мира начинается новый этап в развитии физики с иной системой исходных понятий, принципов, гипотез и стиля мышления, с иными гносеологическими предпосылками. Переход от одного этапа к другому знаменует качественный скачок, революцию в физике, состоящую в крушении старой картины мира и появлении новой.

     В пределах данного этапа развитие физики идет эволюционным путем, без изменения основ картины мира. Оно состоит в реализации возможностей построения новых теорий, заложенных в данной картине мира. При этом она может эволюционировать, достраиваться, оставаясь в рамках определенных конкретно-физических представлений о мире (прежних гносеологических предпосылок физики). При изменении ключевых понятий картины мира, что невозможно без смены гносеологических предпосылок науки, происходит революция в физике. Ее результатом становится появление новой физической

 

     

картины мира.

      Ключевыми понятиями физической картины мира являются: материя, движение, физическое взаимодействие, пространство и время, причинно-следственные связи в мире и их отражение в форме физических законов, место и роль человека в мире.

      Важнейшим из них является понятие материи. Поэтому революции в физике всегда связаны с изменением представлений  о материи. В истории физики Нового времени это происходило два раза. В XIX в. был совершен переход от утвердившихся к XVII в. атомистических, корпускулярных представлений о материи к полевым (континуальным). В XX в. континуальные представления были заменены современными квантовыми. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга физических картинах мира. Рассмотрим их..

Механическая картина мира

     Механическая  картина мира сложилась в результате научной революции XVI—XVII вв. Свой вклад в ее формирование внесли Г. Галилей, И. Кеплер, Р. Декарт, П. Лаплас, И. Ньютон и многие другие ученые.

   В основу новых представлений науки  о мире легли идеи и законы механики, которая стала самым разработанным разделом физики. По сути дела, именно механика является первой фундаментальной физической теорией. Эти теории представляют собой совокупность наиболее существенных знаний о физических закономерностях, наиболее полно отражают физические процессы в природе. Важнейшими понятиями механики как фундаментальной физической теории стали материальная точка — тело, формы и размеры которого не существенны в данной задаче; абсолютно твердое тело — тело, расстояние между любыми точками которого остается неизменным, а его деформацией можно пренебречь. Их характеризуют с помощью понятий: масса мера количества вещества; вес - - сила, с которой тело действует на опору. Масса всегда остается постоянной, вес же может меняться. Эти понятия выражаются через следующие физические величины, координаты, импульсы, энергию, силы. Эволюцию состояния механических систем описывают уравнения движения — три закона Ньютона и закон всемирного тяготения. , Материальная точка — это абстракция, а абсолютно твердое тело — идеализация очень высокого уровня. Поэтому можно сказать, что классическая механика в целом использует очень сильные гносеологические предпосылки. То же можно сказать и обо всей механической картине мира в целом.

     Основу  механической картины мира составил атомизм, который весь мир, включая человека, понимал как совокупность огромного числа неделимых частиц — атомов, перемещающихся в пространстве и времени в соответствии с немногими законами механики. Это корпускулярное представление о материи.

     Законы  механики, которые регулировали как  движение атомов, так и движение любых материальных тел, считались  фундаментальными законами мироздания. Поэтому ключевым понятием механической картины мира было

 

     

понятие движения. Тела обладают внутренним врожденным свойством двигаться равномерно и прямолинейно, а отклонения от этого движения связаны с действием на тело внешней силы (инерции). Мерой инертности является масса. Универсальным свойством тел является тяготение.

      Решая проблему взаимодействия тел, Ньютон предложил  принцип дальнодействия. Согласно этому принципу, взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, без каких-либо материальных посредников.

     Концепция дальнодействия основана на понимании  пространства и времени как особых сред, вмещающих взаимодействующие тела. Ньютон предложил концепции абсолютного пространства и абсолютного времени. Абсолютное пространство представлялось большим «черным ящиком», универсальным вместилищем всех материальных тел в природе. Но даже если бы все эти тела вдруг исчезли, абсолютное пространство все равно бы осталось. Аналогично, в образе текущей реки, представлялось и абсолютное время. Оно становилось универсальной длительностью всех процессов во Вселенной. И абсолютное пространство, и абсолютное время существуют совершенно независимо от материи. В механической картине мира любые события жестко предопределялись законами механики. Случайность в принципе исключалась из картины мира. Как говорил П. Лаплас, если бы нашелся гигантский ум, способный объять мир, то есть собрать знания о координатах всех тел в мире, а также о силах, действующих на эти тела, то этот ум мог бы однозначно предсказать будущее этого мира. Такой жесткий детерминизм находил свое выражение в форме так называемых динамических законов.

     Жизнь и разум в механической картине  мира не обладали никакой качественной спецификой. Поэтому присутствие или отсутствие человека в мире не меняло ничего. Если бы человек однажды исчез с лица Земли, мир продолжал бы существовать, как ни в чем не бывало.

      На  основе механической картины мира в  XVIII — начале XIX в. была разработана земная, небесная и молекулярная механика. Быстрыми темпами шло развитие техники. Это привело к абсолютизации механической картины мира, и она стала рассматриваться в качестве универсальной.

     В то же время в физике начали накапливаться  эмпирические данные, противоречащие механической картине мира. Так, наряду с рассмотрением природы как системы материальных точек, что полностью соответствовало корпускулярным представлениям о материи, пришлось ввести понятие сплошной среды. Оно понадобилось для объяснения световых явлений. Так в физике появилось понятие эфира — особо тонкой и абсолютно непрерывной снеговой материи. Это уже были не корпускулярные, а континуальные представления о материи.

      В XVIII веке появилось учение о невесомых веществах. В его рамках были введены понятия электрической и магнитной жидкостей, теплорода, флогистона. Они также были особыми разновидностями сплошной материи. Этого требовала механистичность классической науки, распространявшая принципы и подходы механики на другие разделы науки.

 

      

      Таким образом, хотя механический подход к  этим явлениям оправдывал себя не в полной мере, опытные факты искусственно подгонялись под механическую картину мира.

     В XIX веке в физике наступил кризис, который был вызван исследованиями и открытиями в области электричества и магнетизма. Тогда стало ясно, что противоречия между опытными данными и механической картиной мира стали слишком острыми. Физика нуждалась в существенном изменении своих взглядов на мир.

Электромагнитная картина мира

     Основы  новых представлений о материи  были заложены в работах X. Эрстеда и А. Ампера в конце XVIII — начале XIX века. Затем, в процессе длительных размышлений о сущности электрических и магнитных явлений М. Фарадей пришел к мысли о необходимости замены корпускулярных представлений о материи континуальными, непрерывными. Открыв явление электромагнитной индукции, он сделал вывод, что огромную роль в передаче электрических и магнитных сил играет среда. Одним из первых идеи Фарадея оценил Д. Максвелл, создавший электромагнитную теорию в середине XIX века. Тем самым было завершено создание электродинамики, еще одной фундаментальной физической теории.

     Важнейшими  понятиями новой теории являются: заряд, который может быть как положительным, так и отрицательным; напряженность поля — сила, которая действовала бы на тело, несущее единичный заряд, если бы оно находилось в рассматриваемой точке.