Концепции современного естествознания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Рубцовский индустриальный институт (филиал)

ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова»

Факультет заочной формы обучения

Кафедра гуманитарных дисциплин

Контрольная работа

«Концепции современного естествознания»

Выполнила:

Студентка гр. М-32з(с)

Усатова Н.С.

Проверил:

к.ф.н., доцент

Павлов А.Ю.

Рубцовск 2016



Содержание

Введение

1. Методология научного исследования

2. Инерциональные системы отсчета

3. Кванты энергии. Постоянная планка

4. Энтропия. Принцип возрастания энтропии

5. Происхождение Вселенной. Основные этапы происхождения Вселенной

Список использованной литературы



Введение

Естествознание - система наук о природе. Природа - это вселенная, то, куда может достигнуть человеческий опыт. Природа делится на 3 мира: -микро мир; -макро мир; -мега мир. Микро мир - это мир внутри атомов. Макро мир - простирается от атома до величины Земли. Мега мир - за пределами Земли до вселенной.

Есть два мира: который отражается (объективный мир) и отраженный (субъективный мир). Свойство субъективного мира больше зависит от сознания. Объективный мир увидеть невозможно; объективный мир - неискаженное сознание. Субъективный - человеческое сознание, искаженное. Субъект- человек как носитель сознания. Объект - на что направлено сознание. Абсолютное - это вечное, неизменное, бесконечное. Относительное - увиденное по средствам чего-то другого, познанное относительно другого. Абстрактное - упрощенное, отвлеченное. Изолирующие абстракции - изолируют некоторые свойства: легкость, прозрачность. Абстракция отождествления - когда группе объектов присваивается какое-то наименование.

Важнейшей задачей современного естествознания является создание естественнонаучной картины мира. В процессе ее создания возникает вопрос о происхождении и изменении различных материальных продуктов и явлений, об их количественных, качественных характеристиках. Физические, химические и другие величины непосредственно связаны с изменением длин и длительностей, т.е. пространственно-временных характеристик объектов. Выделение и фиксация во времени части пространства дает состояние объекта. Упорядоченная последовательность состояний объекта составляет процесс его развития (жизни, существования) во времени. Философия определяет пространство и время как всеобщие формы существования материи. Пространство и время не существуют вне материи и независимо от нее. Для их описания в естествознании исторически формировались различные представления о пространстве и времени.



1. Методология научного исследования

Методологией называют систему принципов научного исследования. Именно методология определяет, в какой мере собранные факты могут служить реальным и надежным основанием знания. С формальной точки зрения, методология не связанна с сущностью знания о реальном мире, но скорее имеет дело с операциями, при помощи которых конструируется знание. Поэтому термином «методология» принято обозначать совокупность исследовательских процедур, техники и методов, включая приемы сбора и обработки данных. Содержательное понимание методологии исходит из того, что в ней реализуется эвристическая (т.е. поисковая) функция предметной области исследования. Любая теоретическая система знания имеет смысл лишь постольку, поскольку она не только описывает и объясняет некоторую предметную область, но одновременно является инструментом поиска нового знания. Поскольку теория формирует принципы и законы, отражающие объективный мир в её предметной области, она оказывается в то же время и методом дальнейшего проникновения в ещё не изученные сферы действительности на базе имеющегося знания, проверенного практикой.

А.П. Куприян выделял три основные методологические функции теории: ориентирующую, предсказательную и классифицирующую. Первая направляет усилия исследователя в отборе данных, вторая опирается на установление каузальных зависимостей в некоторой специальной области, а третья помогает систематизировать факты путем выявления их существенных свойств и связей, т.е. не случайно.

Методологию в общем виде можно определить как учение о методе, науку о построении человеческой деятельности. Традиционно наиболее развитой областью методологии является методология познавательной деятельности, методология науки.

Основные методы научного познания.

Понятие метод означает совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения действительности. Это система принципов, приемов, правил, требований, которыми необходимо руководствоваться в процессе познания. Владение методами означает для человека знание того, каким образом, в какой последовательности совершать те или иные действия для решения тех или иных задач, и умение применять это знание на практике.

Методы научного познания принято подразделять по степени их общности, т. е. по широте применимости в процессе научного исследования.

1. Всеобщие (или универсальные) методы, т.е. общефилософские. Эти методы характеризуют человеческое мышление в целом и применимы во всех сферах познавательной деятельности человека. Всеобщих методов в истории познания - два: диалектический и метафизический.

Диалектический метод - это метод, исследующий развивающуюся, изменяющуюся реальную действительность. Он признает конкретность истины и предполагает точный учет всех условий, в которых находится объект познания.

Метафизический метод - метод, противоположный диалектическому, рассматривающий мир таким, каков он есть в данный момент, т.е. без развития, как бы застывшим.

2. Общенаучные методы характеризуют ход познания во всех науках, т. е. имеют весьма широкий, междисциплинарный спектр применения.

Анализ - мысленное или реальное разложение объекта на составляющие его части.

Синтез - объединение познанных в результате анализа элементов в единое целое.

Обобщение - процесс мысленного перехода от единичного к о общему, от менее общего, к более общему, например: переход от суждения «этот металл проводит электричество» к суждению «все металлы проводят электричество», от суждения: «механическая форма энергии превращается в тепловую» к суждению «всякая форма энергии превращается в тепловую».

Абстрагирование (идеализация) - мысленное внесение определенных изменений в изучаемый объект в соответствии с целями исследования. В результате идеализации из рассмотрения могут быть исключены некоторые свойства, признаки объектов, которые не являются существенными для данного исследования. Пример такой идеализации в механике - материальная точка, т.е. точка, обладающая массой, но лишенная всяких размеров. Таким же абстрактным (идеальным) объектом является абсолютно твердое тело.

Индукция - процесс выведения общего положения из наблюдения ряда частных единичных фактов, т.е. познание от частного к общему. На практике чаще всего применяется неполная индукция, которая предполагает вывод о всех объектах множества на основании познания лишь части объектов. Неполная индукция, основанная на экспериментальных исследованиях, и включающая теоретическое обоснование, называется научной индукцией. Выводы такой индукции часто носят вероятностный характер. Это рискованный, но творческий метод. При строгой постановке эксперимента, логической последовательности и строгости выводов она способна давать достоверное заключение. По словам известного французского физика Луи де Бройля, научная индукция является истинным источником действительно научного прогресса.

Дедукция - процесс аналитического рассуждения от общего к частному или менее общему. Она тесно связана с обобщением. Если исходные общие положения являются установленной научной истиной, то метом дедукции всегда будет получен истинный вывод. Особенно большое значение дедуктивный метод имеет в математике. Математики оперируют математическими абстракциями и строят свои рассуждения на общих положениях. Эти общие положения применяются к решению частных, конкретных задач.

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.

Аналогия - вероятное, правдоподобное заключение о сходстве двух предметов или явлений в каком-либо признаке, на основании установленного их сходства в других признаках. Аналогия с простым позволяет понять более сложное. Так, по аналогии с искусственным отбором лучших пород домашних животных Ч.Дарвин открыл закон естественного отбора в животном и растительном мире.

Моделирование - воспроизведение свойств объекта познания на специально устроенном его аналоге - модели. Модели могут быть реальными (материальными), например, модели самолетов, макеты зданий, фотографии, протезы, куклы и т.п. и идеальными (абстрактными), создаваемые средствами языка (как естественного человеческого языка, так и специальных языков, например, языком математики). В этом случае мы имеем математическую модель. Обычно это система уравнений, описывающая взаимосвязи в изучаемой системе.

Исторический метод подразумевает воспроизведение истории изучаемого объекта во всей своей многогранности, с учетом всех деталей и случайностей.

Логический метод - это, по сути, логическое воспроизведение истории изучаемого объекта. При этом история эта освобождается от всего случайного, несущественного, т.е. это как бы тот же исторический метод, но освобожденный от его исторической формы.

Классификация - распределение тех или иных объектов по классам (отделам, разрядам) в зависимости от их общих признаков, фиксирующее закономерные связи между классами объектов в единой системе конкретной отрасли знания. Становление каждой науки связано с созданием классификаций изучаемых объектов, явлений.

Классификация - это процесс упорядочивания информации. В процессе изучения новых объектов в отношении каждого такого объекта делается вывод: принадлежит ли он к уже установленным классификационным группам. В некоторых случаях при этом обнаруживается необходимость перестройки системы классификации. Существует специальная теория классификации - таксономия. Она рассматривает принципы классификации и систематизации сложноорганизованных областей действительности, имеющих обычно иерархическое строение (органический мир, объекты географии, геологии и т.п.).

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.

Различают два вида научного познания: эмпирический и теоретический.

Эмпирический уровень научного познания характеризуется исследованием реально существующих, чувственно воспринимаемых объектов. Только на этом уровне исследования мы имеем дело с непосредственным взаимодействием человека с изучаемыми природными или социальными объектами. На этом уровне осуществляется процесс накопления информации об исследуемых объектах, явлениях путем проведения наблюдений, выполнения разнообразных измерений, поставки экспериментов. Здесь производится также первичная систематизация получаемых фактических данных в виде таблиц, схем, графиков.

Методы эмпирического познания:

Наблюдение - целенаправленное, организованное восприятие предметов и явлений. Научные наблюдения проводятся для сбора фактов, укрепляющих или опровергающих ту или иную гипотезу и являющихся основой для определенных теоретических обобщений.

Описание - фиксация средствами языка сведений об объектах.

Измерение - это материальный процесс сравнения какой-либо величины с эталоном, единицей измерения. Число, выражающее отношение измеряемой величины к эталону, называется числовым значением этой величины.

Эксперимент - способ исследования, отличающийся от наблюдения активным характером. Это наблюдение в специальных контролируемых условиях. Эксперимент позволяет, во-первых, изолировать исследуемый объект от влияния побочных несущественных для него явлений. Во-вторых, в ходе эксперимента многократно воспроизводится ход процесса. В третьих, эксперимент позволяет планомерно изменять само протекание изучаемого процесса и состояния объекта изучения.

В современной науке учитывается принцип относительности свойств объекта к средствам наблюдения, эксперимента и измерения. Так, например, если изучать свойства света, изучая его прохождение через решетку, он будет проявлять свои волновые свойства. Если же эксперимент и измерения будут направлены на изучение фотоэффекта, будет проявляться корпускулярная природа света (как потока частиц - фотонов).

Сравнение - одновременное соотносительное исследование и оценка общих для объектов свойств и признаков.

Особым способом постижения истины является интуиция. Это вид знания, которое возникает как бы внезапно, как озарение у человека, долгое время пытавшегося решить мучивший его вопрос. Интуитивное познание является непосредственным - способ его осуществления не осознается человеком. Однако, после того, как задача решена, ход ее решения может быть осознан и проанализирован. Интуиция, таким образом, есть качественно особый вид познания, в котором отдельные звенья логической цепи познания остаются на уровне бессознательного.

Теоретический уровень научного познания характеризуется преобладанием рационального момента - понятий, теорий, законов и других форм и «мыслительных операций». Объект на данном уровне научного познания может изучаться только опосредованно, в мысленном эксперименте, но не в реальном. Однако живое созерцание здесь не устраняется, а становится подчиненным аспектом познавательного процесса. На данном уровне происходит раскрытие наиболее глубоких существенных сторон, связей, закономерностей, присущих изучаемым объектам, явлениям путем обработки данных эмпирического знания.

Методы теоретического познания:

Формализация - построение абстрактно-математических моделей, раскрывающих сущность изучаемых процессов.

Аксиоматизация - построение теорий на основе аксиом.

Гипотетико-дедуктивный метод - создание системы дедуктивно связанных между собой гипотез, из которых выводятся утверждения об эмпирических фактах.

Эмпирический и теоретический уровни познания взаимосвязаны между собой. Эмпирический уровень выступает в качестве основы, фундамента теоретического. Гипотезы и теории формируются в процессе теоретического осмысления научных фактов, статистических данных, получаемых на эмпирическом уровне. К тому же теоретическое мышление неизбежно опирается на чувственно-наглядные образы (в том числе схемы, графики и т. п.), с которыми имеет дело эмпирический уровень исследования.

3. Частнонаучные методы, т.е. методы, применимы только в рамках отдельных наук или исследования какого-то конкретного явления. В частнонаучных методах могут присутствовать наблюдения, измерения, индуктивные или дедуктивные умозаключения и т. д. Таким образом, частнонаучные методы не оторваны от общенаучных. Они тесно связаны с ними, включают в себя специфическое применение общенаучных познавательных приемов для изучения конкретной области объективного мира. 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.



2. Инерциальные системы отсчета

Инерциальная система отсчета - это система отсчета, в которой справедлив закон инерции: материальная точка, когда на нее не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Всякая система отсчета, движущаяся по отношению к инерциальной системе отсчета поступательно, равномерно и прямолинейно, есть также инерциальная система отсчета.

Следовательно, теоретически может существовать любое число равноправных инерциальных систем отсчета, обладающих тем важным свойством, что во всех таких системах законы физики одинаковы (принцип относительности).

При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой в классической механике Ньютона для пространственных координат и времени справедливы преобразования Галилея (принцип относительности), а в релятивистской механике - преобразования Лоренца.

Считается, что система отсчета, движущаяся по отношению к инерциальной системе отсчета с ускорением, не инерциальна и закон инерции в ней не соблюдается.

Принципы относительности и инвариантности.

Механическое движение относительно, и его характер зависит от системы отсчета. Было установлено, что во всех инерциальных системах отсчета законы классической динамики имеют одинаковую форму. В этом сущность механического принципа относительности - принципа относительности Галилея. Он означает, что уравнения динамики при переходе от одной инерциальной системы к другой не изменяются, т.е. инвариантны по отношению к преобразованию координат.

Галилей обратил внимание на то, что никакими механическими опытами, проведенными в данной инерциальной системе отсчета, нельзя установить, покоится она или движется равномерно и прямолинейно.

А.Пуанкаре распространил принцип относительности на все электромагнитные процессы, а А.Эйнштейн использовал его для специальной теории относительности.

Современная формулировка принципа относительности такова: все инерциальные системы отсчета равноправны между собой (неотличимы друг от друга) в отношении протекания физических процессов, или, другими словами, физические процессы не зависят от равномерного и прямолинейного движения системы отсчета.

Вместе с принципом относительности в физике утвердились понятия инвариантности, инвариантов и симметрии, а также связь их с законом сохранения и вообще с законами природы.

Инвариантность означает неизменность физических величин или свойств природных объектов при переходе от одной системы отсчета к другой.

Инерция. Мера инерции. Сила.

В механике эта категория характеризует свойства материальных тел сохранять неизменным состояние своего движения или покоя по отношению к инерциальной системе отсчета, когда внешнее воздействие на тело (силы) отсутствуют, или уравновешены.

Мерой инерции тела является его масса.

Но мы знаем также, что если в какой-либо системе отсчета тело будет двигаться равноускоренно, то вынося постоянное ускорение за «скобки» и тем самым неинерциальную систему отсчета трансформируем в инерциальную.

В этом случае равноускоренно начинает двигаться сама инерциальная система отсчета, а тело, двигающееся с постоянным ускорением, в новой системе отсчета будет двигаться прямолинейно и равномерно. Существование подобных инвариантных преобразований позволяет осознать многоуровневость инерциальных систем отсчета, иерархичность их структуры.

Это значит, что одно и то же движение в разных системах отсчета может принимать разные инвариантные представления.

Сила. Эта категория является в физике одной из самых мистических. Она существует, но вот строгого научного определения у нее нет. Силу в механике принято называть ньютоновской, хотя даже сам Ньютон не определял ее физической сущности. Он никогда не призывал верить в реальность силы. Это понятие в науке является абстрактно-математическим.

Даламбер считал движущиеся свойства «активных» сил сомнительными: «Я отказался от движущихся причин; полностью изгнал из механики силы, представляющие собой туманные понятия, способные распространить мрак в науке, являющейся, по существу, ясной и понятной».

Пуанкаре писал: «Когда утверждают, то сила есть причина движения - это метафизика. Есть в учении о движущих силах что-то неприемлемое для ума. Система, которая освободит нас от них, уже этим одним будет лучше нашей».

Г. Герц создал свою новую механику без привлечения понятия силы, причиной движения тел в механике Герца являются «скрытые массы», субстанция которых та же, что и субстанция ускоряемого ими тела.

Многомерные инерциальные системы отсчета.

1. Инерциальные системы отсчета 0-го уровня:

В подобных инерциальных системах отсчета все параметры движения тела являются постоянными и потому могут быть непосредственно связаны с инерциальной системой отсчета, т.е. они оказываются вынесенными за «скобки» инерциальной системы и тело в такой инерциальной системе отсчета будет находиться в состоянии покоя.

С состоянием покоя тела можно связать Силу, которая в инерциальной системе отсчета 0-го уровня можно ассоциировать с Единичной силой (F0=1), т.е. Сила, действующего на тело, находящееся в состоянии покоя в инерциальной системе 0-го уровня является нормированной (единичной).

По этой причине Сила инерции 0-го уровня (F0=1) в инерциальной системе отсчета 0-го уровня является непроявленной.

В качестве примера инерциальной системы отсчета 0-го уровня можно привести любое покоящееся материальное тело, связанное с инерциальной системой "Земля".

2. Инерциальные системы отсчета 1-го уровня:

Нетрудно осознать, что если на тело в инерциальной системе отсчета 0-го уровня будет действовать внешняя сила, постоянная по величине и направлению, то мы получим инерциальную систему отсчета 1-го уровня. В этих системах отсчета точка (тело) под воздействием постоянной по величине и направлению силой, будет двигаться равномерно и прямолинейно.

Рассмотрим материальное тело в инерционной системе отсчета 1-го уровня. Сам факт рассмотрения движения материального тела в инерционной системе отсчета 21-го уровня означает, что материальное тело движется равномерно и прямолинейно. Обозначим вектор движущейся массы через М.

Факт равномерного и прямолинейного движения массы в инерциальной системе отсчета 0-го уровня можно представить выражением

Здесь движущаяся масса покоится в инерциальной системе отсчета 0-го уровня, а движется равномерно и прямолинейно сама инерциальная система отсчета 0-го уровня, относительно некоторой фиксированной точки в новой инерциальной системе.

Но Земля вращается вокруг Солнца и потому покоящееся материальное тело в инерциальной системе, связанной с вращением планеты вокруг Солнца уже необходимо связывать с другой инерциальной системой отсчета.

Известно, что в каждый момент времени вектор скорости движения планеты (V) ортогональна вектору R - радиусу ее вращения вокруг Солнца.

Но вектор скорости планеты есть производная - . Поэтому вынося ее за пределы инерциальной системы, связанной с планетой Земля, мы получим новую инерциальную систему отсчета, в которой в каждый "мгновенный" момент времени планета Земля движется прямолинейно и равномерно вокруг Солнца.

По сути, мы получили закон движения материальной точки, движущейся равномерно и прямолинейно (в инерциальной системе 1-го уровня связанной с Землей) с учетом его вращения вокруг Солнца.

С точки зрения классики такое движение материальной точки уже в принципе не соответствует Первому закону Ньютона, но мы это сложное движение материального тела разложили на движение в разных, но взаимосвязанных инерциальных системах отсчета и получили новые представления о движении материального тела по инерции.

3. Многоуровневые силы инерции

Второй закон Ньютона гласит, что ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), пропорционально вызывающей его силе и обратно пропорционально массе.

Понятно, что движение такого материального тела не является движением по инерции, но оно может быть представлено как согласованное движение инерциальных систем отсчета друг относительно друга.

Поскольку ускорение есть вторая производная от расстояния, то равноускоренное движение материальной точки в неинерциальной системе отсчета может быть представлено как согласованное движение двух инерциальных систем отсчета.

Поскольку в данном выражении масса включена в состав самой внутренней инерциальной системы (0-го уровня), то второй закон Ньютона, в самой общей форме, можно записать в следующем виде

Это выражение характеризует новые свойства Силы, как Единой многоуровневой Силы инерции.

Всякий раз, когда скорость или ускорение материального тела выносится за «скобки» текущей инерциальной системы, непросредстенно связанной с движением материального тела, то сила, воздействующая на тело, также претерпевает инвариантные трансформации, отражая самые важнейшие свойства всех инерциальных систем, в которых все уравнения динамики при переходе от одной инерциальной системы к другой не изменяются, т.е. инвариантны по отношению к преобразованию координат.

4. Инерциальные системы отсчета высших уровней

Инерциальные системы высших уровней порождаются производящими функциями Сил инерции



формирующих Главную последовательность действия Единой Силы.

Здесь DF характеризует "дефект" Силы инерции нулевого уровня.

Каждая из этих производящих функций по своему смыслу является биномиальной и может порождать арифметический треугольник, формируя Единую Русскую матрицу производящих функций Силы.

Каждое число этой Русской матрицы несет в себе мировую константу, вынесенную за «скобки» собственной инерциальной системы отсчета 0-го уровня, характеризуя тем самым уравновешенность Сил всех вложенных в это "число" инерциальных систем отсчета низших уровней и отражая свое местоположение и "вес" в Единой Русской матрице Силы.

Мировые константы Русской матрицы характеризуют собственное пространство - время Русской матрицы, свернутое в инерциальную систему нулевого уровня.

Поэтому каждая "мировая константа" Русской матрицы может порождать собственную Русскую матрицу.

В результате последовательных инвариантных фазовых переходах от инерциальных системе низшего уровня к инерциальным системам высшего уровня, выводя, также последовательно, за "скобки" мировые константы Единой Силы, на завершающем этапе мы получим выражение для Единой Силы, проявленной в самой высшей инерциальной системе отсчета.

Мера инертности силы.

Отметим вначале важное свойство инерциальных систем 1-го уровня. В этой системе на материальное тело действует "проявленная" Сила, которую называют собственно Силой инерции.

Обозначая эту Силу через DF , вычислим значение Силы F1 = F0+ DF .

Тогда, составляя отношение DF/F0, мы придем к выражению F0(1+DF/F0), отражающего Меру инертности движения материальной точки в инерциальной системе отсчета 1-го уровня относительно инерциальной системе отсчета 0-го уровня.

Мера инертности - не является характеристикой инертности массы движущегося тела. Эта Мера отражает масштабность проявления Силы инерции 1-го уровня и используется при инвариантных фазовых переходах из инерциальной системы в другую, вложенную в данную, или наложенную на нее.

Мера инертности и Мера Силы инерции являются синонимами.

В общем виде Мера инертности движения в процессе фазовых переходов из инерциальной системы 0-го уровня к инерциальной системе высшего уровня, будет характеризоваться выражением, приведенным выше (*).

Мера инертности движения отражает взаимосвязь между всеми Силами инерции во вложенных друг в друга инерциальных системах отсчета.

В многоуровневых инерциальных системах отсчета она отражает квантовый характер проявления Сил инерции при фазовых переходах из одной инерциальной системы в другую. Она характеризует величину кванта Силы инерции, который будет использоваться в данной инерциальной системе отсчета в качестве базисного.

Так, например, при переходе от инерциальной системы отсчета 2-го уровня к инерциальной системе отсчета 5-го уровня, Мера инертности движения материального тела будет характеризоваться выражением

Здесь в качестве базисного кванта Меры инертности будет являться Сила инерции 2-го уровня, т.е. Сила инерции, проявленная на любом уровне иерархии инерциальных систем отсчета будет выполнять роль "кванта" Силы при фазовых переходах к инерциальным системам высшего уровня.

Более того, из этого выражения непосредственно видно, что на каждом уровне иерархии инерциальных систем отсчета формируются своя собственная Мера инертности (DF*)

Из приведенных выше выражений для Сил инерции и Меры инертности можно видеть, что они определяются фактически одним и тем же выражением, но несут разные смыслы. В одном случае они формируют Единую Абсолютную Силу инерции. В другом они характеризуют квантовый характер проявления Единой Силы на разных уровнях иерархии.

Дефекты единой силы.

В приведенном выше выражении для Единой Силы инерции фигурирует определение "дефекта" Силы (DF). Это понятие является новым не только в миологии. Оно, видимо, является новым и в физике. Это совершенно новый термин. Его нет ни в учебниках по физике, ни в современных научных трактатах, в которых нет даже определения для "обыденной" Силы.

Здесь впервые выдвигается концепция Единой Силы, которая проявляется в инерциальных системах отсчета разных уровней иерархии по разному.

Из выражения для Меры инертности, приведенного выше следует, что квантованность Сил инерции не может не порождать "дефектов" Сил.

Феномен дефекта Силы также является двойственным. Так, при переходе к инерциальным системам высших уровней дефект Силы будет иметь положительное значение. При переходе к низшим инерциальным системам отсчета "дефект Силы" будет характеризоваться отрицательными значениями.

Многоуровневость Единой Силы порождает не только дефекты Сил инерции. Она порождает дефекты массы и другие феномены, когда при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой (вложенной в данную, или наложенной на данную) будут наблюдаться аналогичные феномены.

Одним из главных аргументов, которые могут характеризовать всеобщность подобных феноменов, являются преобразования Лоренца (О ложности СТО).

научный исследование вселенная квант

Эти преобразования порождают "дефекты" времени, массы, энергии, и т.д. А поскольку для природных операционных механизмов Единого закона эволюции двойственного отношения все двойственные отношения и все инерциальные системы отсчета характеризуются статусом "равные среди равных", то, видимо, вопрос о всеобщности проявления двойственных "дефектов" следует признать обоснованным.

Весы сил инерции.

Из выражений для Единой Силы и Меры инертности, отражающей квантованность проявления Сил инерции, следует, что с учетом феномена "дефектности" проявления Единой Силы, эти выражения характеризуют сбалансированность Единой Силы.

3. Кванты энергии. Постоянная планка

Квант энергии - новое физическое понятие. Квант энергии определен как отношение энергии фотона к модулю его частоты.

Энергия фотона

E = h * н (кг*мІ/секІ) - (произведение постоянной Планка на частоту)

Квант энергии



Ке = E/ |н |= 6,626176E-34 кг*мІ/секІ.

Однако, выражение E = h *н [кг*мІ/секІ] не является достаточно строгим. Действительно, квант действия (h) - это ДЕЙСТВИЕ. Это элемент работы, выполненной в течение времени функционирования кванта действия, т.е. работа одного цикла внутренних превращений частицы или цикла ее движения. Сумма этих действий в единицу времени равна h * н = А - работа.

Для выполнения этой работы необходимо затратить тождественно равное ей количество энергии.

Строгая форма выражения для получения кванта энергии h * н = А ? E = Ке * |н| Левая часть - работа, правая - энергия. Размерности их равны (кг*мІ/секІ). Правильнее было бы поменять их местами, для соблюдения причинно следственной связи. Из этого рассмотрения следует весьма важный вывод. Постоянная Планка h - квант действия, по своей сути, - это квант работы, которая совершается при распаде кванта энергии за время действия процесса. Теперь энергия и работа оказываются в логической взаимосвязи.

Масса кванта энергии

Мке = Ке/СІ = 7,37261510E-51 кг.

Формирование квантов энергии.

Квант энергии формируется из квантов поля (эфира). При определенных внешних условиях 2 кванта поля объединяются и образуют напряженную конструкцию - квант энергии.

Условия формирования кванта энергии:

1. На торцевой поверхности объектов микромира, при их движении со скоростью света на длину волны.

2. На поверхности частиц, имеющих массу покоя, в виде энергетической оболочки, отделяющей область высокую плотность поля частицы от окружающего поля.

Стабильное состояние квантов энергии - в области высокой плотности поля, т.е. в энергетических оболочках частиц.

Функционирование квантов энергии.

1. Захват кванта энергии частицей. Внутри частицы он распадается, вызывая появления кванта действия. В результате совершается работа, необходимая для поддержания внутреннего процесса частицы.

а) захват фотоном - вызывает вращение внутреннего электромагнитного поля. Кванты поля при распаде кванта энергии включатся во внутренний процесс движения, и такое же количество полностью отработавших квантов поля, остаются в окружающем поле.

б) захват электроном - обеспечивает поддержание внутренних процессов создания магнитного момента и электрического поля.

2. Активация кванта энергии. Активация кванта энергии вызывает его распад с появлением кванта действия. В результате частица смещается на комптоновскую длину волны со скоростью света. л = h/m C. Смещение частицы происходит в направлении взаимодействия, т.е. в направлении распада кванта энергии. На нашем уровне понимания процессов, происходящих в микромире, это положение приходится принять как постулат. Этот процесс одинаков для всех объектов микромира.

Постоянная Планка определяет границу между макромиром, где действуют законы механики Ньютона, и микромиром, где действуют законы квантовой механики.

Макс Планк -- один из основоположников квантовой механики -- пришел к идеям квантования энергии, пытаясь теоретически объяснить процесс взаимодействия между недавно открытыми электромагнитными волнами и атомами и, тем самым, разрешить проблему излучения черного тела. Он понял, что для объяснения наблюдаемого спектра излучения атомов нужно принять за данность, что атомы излучают и поглощают энергию порциями (которые ученый назвал квантами) и лишь на отдельных волновых частотах. Энергия, переносимая одним квантом, равна:

E = hv

где v -- частота излучения, а h -- элементарный квант действия, представляющий собой новую универсальную константу, получившую вскоре название постоянная Планка. Планк же первым и рассчитал ее значение на основе экспериментальных данных h = 6,548 Ч 10-34 Дж·с (в системе СИ); по современным данным h = 6,626 Ч 10-34 Дж·с. Соответственно, любой атом может излучать широкий спектр связанных между собой дискретных частот, который зависит от орбит электронов в составе атома. Вскоре Нильс Бор создал стройную, хотя и упрощенную модель атома Бора, согласующуюся с распределением Планка.

Опубликовав свои результаты в конце 1900 года, сам Планк -- и это видно из его публикаций -- сначала не верил в то, что кванты -- физическая реальность, а не удобная математическая модель. Однако, когда пять лет спустя Альберт Эйнштейн опубликовал статью, объясняющую фотоэлектрический эффект на основе квантования энергии излучения, в научных кругах формулу Планка стали воспринимать уже не как теоретическую игру, а как описание реального физического явления на субатомном уровне, доказывающее квантовую природу энергии.

Постоянная Планка фигурирует во всех уравнениях и формулах квантовой механики. Она, в частности, определяет масштабы, начиная с которых вступает в силу принцип неопределенности Гейзенберга. Грубо говоря, постоянная Планка указывает нам нижний предел пространственных величин, после которого нельзя не принимать во внимание квантовые эффекты. Для песчинок, скажем, неопределенность произведения их линейного размера на скорость настолько незначительна, что ею можно пренебречь. Иными словами, постоянная Планка проводит границу между макромиром, где действуют законы механики Ньютона, и микромиром, где вступают в силу законы квантовой механики. Будучи получена всего лишь для теоретического описания единичного физического явления, постоянная Планка вскоре стала одной из фундаментальных констант теоретической физики, определяемых самой природой мироздания.

4. Энтропия. Принцип возрастания энтропии

Энтропия -- мера беспорядка системы, состоящей из многих элементов. В частности, в статистической физике -- мера вероятности осуществления какого-либо макроскопического состояния; в теории информации -- мера неопределённости какого-либо опыта (испытания), который может иметь разные исходы, а значит и количество информации; в исторической науке, для экспликации феномена альтернативности истории (инвариантности и вариативности исторического процесса). При всех процессах, происходящих в замкнутой системе, энтропия или возрастает (необратимые процессы), или остается постоянной (обратимые процессы).

Энтропия впервые введена Клаузиусом в термодинамике в 1865 году для определения меры необратимого рассеивания энергии, меры отклонения реального процесса от идеального. Определённая как сумма приведённых теплот, она является функцией состояния и остаётся постоянной при обратимых процессах, тогда как в необратимых -- её изменение всегда положительно.

Принцип возрастания энтропии.

Всякие естественные процессы сопровождаются возрастанием энтропии Вселенной; такое утверждение часто называют принципом энтропии. Также энтропия характеризует условия, при которых запасается энергия: если энергия запасается при высокой температуре, ее энтропия относительно низка, а качество, напротив, высоко. С другой стороны, если то же количество энергии запасается при низкой температуре, то энтропия, связанная с этой энергией, велика, а ее качество - низко.

Возрастание энтропии является характерным признаком естественных процессов и соответствует запасанию энергии при более низких температурах. Аналогично можно сказать, что естественное направление процессов изменения характеризуется понижением качества энергии.

Такое истолкование связи энергии и энтропии, при котором энтропия характеризует условия запасания и хранения энергии, имеет большое практическое значение. Первое начало термодинамики утверждает, что энергия изолированной системы (а возможно, и всей Вселенной) остается постоянной. Поэтому, сжигая ископаемое топливо - уголь, нефть, уран - мы не уменьшаем общих запасов энергии. В этом смысле энергетический кризис вообще невозможен, так как энергия в мире всегда будет оставаться неизменной. Однако, сжигая горсть угля и каплю нефти, мы увеличиваем энтропию мира, поскольку все названные процессы протекают самопроизвольно. Любое действие приводит к понижению качества энергии Вселенной. Поскольку в промышленно развитом обществе процесс использования ресурсов стремительно ускоряется, то энтропия Вселенной неуклонно возрастает. Нужно стремиться направить развитие цивилизации по пути снижения уровня производства энтропии и сохранения качества энергии.

Принцип возрастания энтропии сводится к утверждению, что энтропия изолированных систем неизменно возрастает при всяком изменении их состояния и остается постоянной лишь при обратимом течении процессов.

Оба вывода о существовании и возрастании энтропии получаются на основе какого-либо постулата, отражающего необратимость реальных процессов в природе. Наиболее часто в доказательстве объединенного принципа существования и возрастания энтропии используют постулаты Р. Клаузиуса,

В. Томпсона-Кельвина, М. Планка.

В действительности принципы существования и возрастания энтропии ничего общего не имеют. Физическое содержание: принцип существования энтропии характеризует термодинамические свойства систем, а принцип возрастания энтропии - наиболее вероятное течение реальных процессов. Математическое выражение принципа существования энтропии - равенство, а принципа возрастания - неравенство. Области применения: принцип существования энтропии и вытекающие из него следствия используют для изучения физических свойств веществ, а принцип возрастания энтропии - для суждения о наиболее вероятном течении физических явлений. Философское значение этих принципов также различно.

В связи с этим принципы существования и возрастания энтропии рассматриваются раздельно и математические выражения их для любых тел получаются на базе различных постулатов.

Вывод о существовании абсолютной температуры T и энтропии s как термодинамических функций состояния любых тел и систем составляет основное содержание второго закона термодинамики и распространяется на любые процессы - обратимые и необратимые.

5. Происхождение Вселенной. Основные этапы происхождения Вселенной

Космология - это физическое учение о Вселенной, включающее в себя теорию всего охваченного астрономическими наблюдениями мира как части Вселенной.

Величайшим достижением современной космологии стала модель расширяющейся Вселенной, названная теорией Большого взрыва.

Согласно этой теории, всё наблюдаемое пространство расширяется. Всё вещество в Космосе в какой-то начальный момент было сдавлено буквально в ничто - спрессовано в одну-единственную точку. Оно имело фантастически огромную плотность - её практически невозможно себе представить, она выражается числом, в котором после единицы стоят 96 нулей, - и столь же невообразимо высокую температуру. Астрономы назвали такое состояние сингулярностью.

В силу каких-то причин это удивительное равновесие было внезапно разрушено действием гравитационных сил. Этому моменту учёные дали название "Большой взрыв". Вселенная начала расширяться и остывать.

Следует отметить, что вопрос о том, каким же было рождение Вселенной - "горячим" или "холодным", - не сразу был решён однозначно и занимал умы астрономов долгое время. На протяжении нескольких десятилетий обе версии - "горячего" и "холодного" рождения Вселенной - существовали в космологии на равных, имея и сторонников, и критиков. Дело оставалось "за малым" - следовало подтвердить их наблюдениями.

Реликтовое излучение.

Современная астрономия на вопрос о том, существуют ли доказательства гипотезы горячей Вселенной и Большого взрыва, может дать утвердительный ответ. В 1965 г. было сделано открытие, которое, как считают учёные, прямо подтверждает то, что в прошлом вещество Вселенной было очень плотным и горячим. Оказалось, что в космическом пространстве встречаются электромагнитные волны, которые родились в ту далёкую эпоху, когда не было ещё ни звёзд, ни галактик, ни нашей Солнечной системы.

Возможность существования такого излучения была предсказана астрономами гораздо раньше. В середине 1940гг. американский физик Джордж Гамов (1904-1968) занялся проблемами возникновения Вселенной и происхождения химических элементов. Расчёты, выполненные Гамовым и его учениками, позволили представить, что во Вселенной в первые секунды её существования была очень высокая температура. Нагретое вещество "светилось" - испускало электромагнитные волны. Гамов предположил, что они должны наблюдаться и в современную эпоху в виде слабеньких радиоволн, и даже предсказал температуру этого излучения - примерно 5-6 К.

В 1965 г. американские учёные радиоинженеры Арно Пензиас и Роберт Уилсон зарегистрировали космическое излучение, которое нельзя было приписать никакому известному тогда космическому источнику. Астрономы пришли к выводу, что это излучение, имеющее температуру около 3 К, - реликт (от лат. "остаток", отсюда и название излучения - "реликтовое") тех далёких времён, когда Вселенная была фантастически горяча. Теперь астрономы смогли сделать выбор в пользу "горячего" рождения Вселенной.

Сценарий далекого прошлого.

Большим взрывом называется явление возникновения Вселенной. В рамках этой концепции полагается, что начальным состоянием Вселенной была точка, называемая точкой сингулярности, в которой были сосредоточены все вещество и энергия. Она характеризовалась бесконечно большой плотностью материи. Конкретные свойства точки сингулярности неизвестны, как неизвестно и то, что предшествовало состоянию сингулярности.

Приблизительная хронология событий, последовавших с нулевого момента времени - начала расширения, представлена ниже:

Время с начала взрыва	Температура (градусы Кельвина)	Событие	Следствия
0 - 5*10-44 секунды	1,3*1032	Никаких достоверных сведений нет
5*10-44 - 10-36 секунды	1,3*1032 - 1028	Начало действия известных физических законов, эра инфляционного расширения	Расширение Вселенной продолжающееся и поныне
10-36 - 10-4 секунды	1028 - 1012	Эра промежуточных бозонов, а затем - адронная эра, существование свободных кварков
10-4 - 10-3 секунд	1012 - 1010	Возникновение частиц и античастиц из свободных кварков, а также их аннигиляция, возникновение прозрачности вещества для нейтрино	Возникновение барионной асимметрии, появление нейтринного реликтового излучения
10-3 - 10-120 секунд	1010 - 109	Протекание ядерных реакций синтеза ядер гелия и некоторых других легких химических элементов	Установление первичного соотношения химических элементов
Между 300 тысячами - 1 миллионом лет	3000 - 4500	Завершение эры рекомбинации	Появление Реликтового излучения и нейтрального газа
1 миллион - 1 миллиард лет	4500 - 10	Развитие гравитационных неоднородностей газа	Образование звезд и галактик

Относительно условий и событий, происходивших до наступления момента 5·10-44 секунды - окончания первого кванта времени - никаких достоверных сведений нет. О физических параметрах той эры можно лишь сказать, что тогда температура была 1,3·1032 К, а плотность материи около 1096 кг/м3. Приведенные значения являются предельными для применения существующих теорий. Они вытекают из соотношений скорости света, гравитационной постоянной, постоянных Планка и Больцмана и называются “планковскими”.

События периода с 5·10-44 по 10-36 секунды отражает модель “инфляционной Вселенной”, описание, которой затруднительно и не может быть дано в рамках этого изложения. Однако следует отметить, что согласно этой модели расширение Вселенной происходило без уменьшения объемной концентрации энергии и при отрицательном давлении первичной смеси вещества и энергии, т.е., как бы, отталкивании материальных объектов друг от друга, вызвавшем расширение Вселенной, продолжающееся и поныне.

Далее, начиная с момента 10-36 секунды от начала взрыва, события описываются в рамках модели “горячей Вселенной”.

Для понимания процессов, протекавших в период 10-36-10-4 секунд с начала взрыва, требуется глубокое знание физики элементарных частиц. В этот период электромагнитное излучение и элементарные частицы - различные виды мезонов, гипероны, протоны и антипротоны, нейтроны и антинейтроны, нейтрино и антинейтрино и т.п. существовали в равновесии, т.е. их объемные концентрации были равны. Очень важную роль в это время играли вначале поля сильных, а затем слабых взаимодействий.

В период 10-4 - 10-3 секунды происходило формирование всего множества элементарных частиц, которые, преобразуясь одни в другие, и составляют ныне всю Вселенную. Произошла аннигиляция подавляющего большинства элементарных частиц и античастиц, существовавших ранее. Именно в этот период появилась барионная асимметрия, которая оказалась следствием очень малого, всего на одну миллиардную долю, превышения количества барионов над антибарионами. Оно возникло, судя по всему, сразу после эры инфляционного расширения Вселенной. При температуре 1011 градусов плотность Вселенной уже снизилась до величины, характерной для атомных ядер, В этот период уменьшение температуры вдвое происходило за тысячные доли секунды. В это же время родилось существующее и ныне реликтовое нейтринное излучение. Однако, несмотря на его значительную плотность, составляющую не менее чем 400 штук/см3, и возможность получить с его помощью важнейшую информацию о том периоде формирования Вселенной, его регистрация пока не реализуема.

В период с 10-3 по 10-120 секунд в результате термоядерных реакций образовались ядра гелия и очень малое количество ядер некоторых других легких химических элементов, а значительная часть протонов - ядер водорода - объединению в атомные ядра не подверглась. Все они остались погруженными в “океан” свободных электронов и фотонов электромагнитного излучения. С этого момента в первичном газе установилось соотношение: 75- 78% водорода и 25-22% гелия - по массам этих газов.

В период между 300 тысячами и 1 миллионом лет температура Вселенной понизилась до 3000 - 45000 К и наступила эра рекомбинации. Свободные прежде электроны объединились с легкими атомными ядрами и протонами. Образовались атомы водорода, гелия и некоторое количество атомов лития. Вещество стало прозрачным и реликтовое излучение, наблюдаемое до сих пор, “отделилось” от него. Все наблюдаемые ныне особенности реликтового излучения, например, флуктуации температуры его потоков приходящих от разных участков на небесной сфере или их поляризация отражают картину свойств и распределения вещества в то время.

В течение последующего - первого миллиарда лет существования Вселенной ее температура снизилась от 3000 - 45000 К до 300 К. В связи с тем, что к этому периоду времени во Вселенной еще не образовалось источников электромагнитного излучения - звезд, квазаров и т.п., а реликтовое излучение уже остыло, эту эпоху называют “Темным возрастом” Вселенной.

Тогда же неоднородности плотности смеси первичных газов, возникшие, вероятно, еще на этапе “инфляционного расширения” Вселенной, уплотнялись под действием гравитационных сил. Компьютерное моделирование этих процессов показывает, что это должно было приводить к образованию гигантских звезд с массами в миллионы масс Солнца. По причине таких огромных масс, эти звезды разогревались до очень высоких температур и потому проходили весь свой путь эволюции в течение нескольких десятков миллионов лет, а затем взрывались как сверхновые.

Нагретые до огромных температур поверхностей этих звезд порождали мощные потоки ультрафиолетового излучения, которые произвели повторную ионизацию атомов находящихся в свободном от звезд космическом пространстве. Наступила, так называемая, эпоха переионизация. Образовавшаяся плазма сильно рассеивала электромагнитное излучение в его коротковолновых спектральных диапазонах. Вселенная, как бы погрузилась в густой туман. Только для длинноволнового реликтового излучения эта среда оказалась прозрачной.

Эти гигантские звезды послужили первыми во Вселенной источниками более тяжелых, чем литий химических элементов. Вслед за тем появилась возможность формирования космических объектов второго поколения, содержащих ядра этих атомов. Звезды второго поколения начали формироваться из смеси тяжелых атомов, а также атомов первичных водорода и гелия. Они и звезды последующих поколений уже не были столь массивными и горячими, как звезды первого поколения, поэтому потоки ультрафиолетового ионизирующего излучения от них были значительно меньше. Произошла повторная рекомбинация большинства атомов межзвездного и межгалактического газов и пространство вновь стало, в основном, прозрачным для электромагнитного излучения во всех его спектральных диапазонах. Картина Вселенной стала, практически такой, какой мы ее наблюдаем сегодня.