Концепции и законы естествознания (стр. 1 из 4)

1. В чем суть научного метода познания?

Сущность научного познания заключается в понимании действительности в ее прошлом, настоящем и будущем, в достоверном обобщении фактов, в том, что за случайным оно находит необходимое, закономерное, за единичным — общее, и на этой основе осуществляет предвидение различных явлений, а затем и констатация научного факта.

Научное познание отличается от обыденного системностью и последовательностью как в процессе поиска новых знаний, так и при упорядочении всего найденного, наличного знания. Научное познание выросло из познания обыденного, но в настоящее время эти две формы познания довольно далеко отстоят друг от друга. Наука ориентирована в конечном счете на познание сущности предметов и процессов, что вовсе не свойственно обыденному познанию. Научное познание требует выработки особых языков науки. В отличие от обыденного познания научное вырабатывает свои методы и формы, свой инструментарий исследования. Для научного познания характерна планомерность, системность, логическая организованность, обоснованность результатов исследования. Наконец, отличны в науке и обыденном познании и способы обоснования истинности знаний.

2. Какие малые расстояния человек сумел оценить, и каким образом получил о них представление? Где становятся существенными познания о малом? Каковы размеры живых организмов?

Если смотреть исторически, то всё началось с изобретения линзы, расширившей возможности человеческого глаза. Однако ещё у древних греков было представление об атомах (а-не, томос - рассекаю - частица, не рассекающая пространство, не имеющая размеров). В этом смысле древние греки были близки к современному пониманию элементарных частиц. Изобретение оптического микроскопа совершило революцию. Стало понятным, что в микромире всё совершенно иначе, чем в макромире.

Обычно когда говорят о самых малых расстояниях, говорят об электронных микроскопах, однако даже самые лучшие электронные микроскопы в режиме 30кВ (с такой энергией частиц можно рассматривать только устойчивые неорганические структуры) даёт разрешение не более 3нм. Органические структуры, замороженные в жидком азоте можно рассматривать в режиме 1кВ и менее с разрешением не более 15нм. Однако, существуют методы, которые позволяют по многим электронным снимкам создать трёхмерные модели структур даже с большим разрешением, чем позволяет микроскоп. Однако, для этого требуются невероятно мощные кластерные суперкомпьютеры.

Надо сказать, что размеры отдельных атомов или молекул можно назвать лишь условно, потому что они являются полевыми структурами и как бы размыты в пространстве. Поэтому эти размеры являются условными и обозначают, например, область пространства, в которой сосредоточен какой-то процент энергии частицы.

Однако, оценки размеров элементарных частиц производятся другими методами. обычно применяется метод рассеяния одной частицы на другой. То есть, разгоняют пучок одних частиц и направляют их на другие. При этом частицы сталкиваются и отклоняются от своего первоначального курса. И в зависимости от распределения частиц по углам и количеству провзаимодействовавших частиц можно оценить размеры частицы. На сегодняшний день самые точные оценки размеров не превышают 10^-18м (десять в минус 18-ой степени метра).

Так же существует так называемая фундаментальная длина. При расстояниях меньших этой длины само понятие "расстояние" теряет смысл. Сейчас большинство физиков склоняются к тому, что эта длина равна гравитационной Планковской длине, то есть 10^-33м. Однако, до сих пор это не доказано и есть альтернативные мнения. Само существование этой длины связано с представлениями о нелокальности пространства-времени, то есть, грубо говоря, одна частица может находиться в двух местах одновременно.

Уже понятно, что представления о малых расстояниях становятся существенными в области изучения отдельных клеток живого, органических и неорганических молекул, атомов. Практическое значения знаний о малых объектах физического мира огромно. Практически вся современная медицина опирается на микробиологию и биоинженерию, которые не мыслятся без мощных микроскопов и оценки малых расстояний. Печально, что познания о малых расстояниях использовались для создания ядерных и термоядерных бомб. Однако, атомная энергетика - это энергетика сегодняшнего дня, а термоядерная - дня будущего. Современные компьютеры так же невозможны без оценки малых расстояний, потому как современные микропроцессоры производятся по 15нм технологии.

3. Атом для наглядности представляют как почти пустое пространство, в центре которого находится несколько крошечных субатомных частиц, образующих ядро, окруженное электронами. Диаметр такой субатомной частицы очень грубо оценивается в 10-13 см; 10 триллионов (1013) таких частиц, выстроенных в ряд, могли бы поместиться в 1 см. Эти частицы носят названия «протоны» и «нейтроны». Диаметр ядра равен примерно 10-12 см. Следующий скачок в шкале размеров — атом; его размеры составляют 1 Å (ангстрем) = 10-8 см, т. е. атом примерно в 100 тыс. раз больше протона. Атомы могут объединяться в молекулы, которые, группируясь, способны заполнить любой объем: сосуд с газом, кристалл, каплю жидкости или целый океан. Толщина страницы книги — несколько миллионов атомов.

Длина волны видимого света лежит в интервале 4·10-5 – 7,2·10-5 см. Поэтому частицы большего размера можно наблюдать в оптический микроскоп. Для наблюдения более мелких объектов используют электронные микроскопы, поскольку электроны высокой энергии обладают значительно меньшей длиной волны. Бактерии, мельчайшие живые организмы, имеют микроскопические размеры. Вирусы, паразитирующие на клетках живых организмов, значительно меньше бактерий и потому невидимы в обычный микроскоп. Все наблюдаемые живые

3. Какой процесс называют волновым? Дайте определение продольным и поперечным волнам. Сформулируйте принцип суперпозиции волн

Волновым процессом называется любое изменение(возмущение) состояния сплошной среды, распространяющееся с конечной скоростью и несущее энергию.

Волны, в которых колебания происходят вдоль направления их распространения, называются продольными волнами.

Волны, в которых колебания происходят перпендикулярно направлению их распространения, называются поперечными волнами.

Принцип суперпозиции (наложения) волн заключается в следующем: в линейных средах волны распространяются независимо друг от друга, то есть волна не изменяет свойства среды, и другая волна распространяется так, будто первой волны нет. Это позволяет вычислять итоговую волну как сумму всех волн, распространяющихся в данной среде.

При сложении двух или более синусоидальных волн результирующая волна в общем случае уже не будет синусоидальной.

Пpинцип супеpпозиции волн гласит, что волны от pазличных источников не взаимодействуют дpуг с дpугом и что сложное волновое поле от двух или большего числа источников находится путем геометpического сложения волн от отдельных источников, т.е.

Это очень важный пpинцип. Он позволяет не только складывать волны, но и pаскладывать их, напpимеp, на независимые синусоидальные волны. Это означает, что любую волну, т.е. волну пpоизвольного пpофиля, всегда можно пpедставить как сумму синусоидальных волн с pазличными амплитудами, с pазличными фазовыми скоpостями, с pазличными частотами и с pазличными начальными фазами. (Кстати, аpгумент синуса полностью опpеделяет вектоp Е пpи условии, если известна его амплитуда. Поэтому аpгумент синуса в уpавнении синусоидальной волны называют фазой синусоидальной волны. Таким обpазом, пpоизвольную (даже не обязательно плоскую) волну всегда можно пpедставить в виде суммы плоских волн, движущихся в pазличных напpавлениях и имеющих pазные частоты. Этой возможностью pазложения волн шиpоко пользуются во всей теоpии электpомагнитных волн, в частности в оптике.

4. Какие типы взаимодействия относятся к дальнодействующим? Как меняется их величина с расстоянием? Приведите примеры

Электромагнитное и гравитационное взаимодействия являются дальнодействующими. Гравитационные электромагнитные взаимодействия-дальнодействующие ( т.е их действие заметно на больших расстояниях).Такие взаимодействия медленно убывают при увеличении расстояния между частицами и не имеют конечного радиуса действия.

Гравитация, электрические и магнитные - обратно пропорциональны квадрату расстояния.

Ядерные силы изменяются по другому соотношению, но их нельзя считать дальнодействующими.

Дальнодействующие взаимодействия наводят на единственно возможную интерпретацию, что они реализуются за счет процессов ИЗЛУЧЕНИЯ-поглощения. Однако это очень тонкие процессы поскольку связаны с излучением-поглощением неизвестных науке микро-микро-...-микро- частиц материи.

волна квантовый термодинамика

По моей концепции гравитация реализуется за счет излучения материей гравитационных потоков (с исключительно малой массой гравитона - порядка 10!-70 г).

5. В каких системах справедливы законы сохранения? Сформулируйте законы сохранения массы, электрического заряда. Приведите примеры действия этих законов в окружающей жизни

Сохранения законы, физические закономерности, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются со временем в любых процессах или в определенном классе процессов. Полное описание физической системы возможно лишь в рамках динамических законов, которые детально определяют эволюцию системы с течением времени. Однако во многих случаях динамический закон для данной системы неизвестен или слишком сложен. В такой ситуации Сохранения законы позволяют сделать некоторые заключения о характере поведения системы. Важнейшими Сохранениязаконы, справедливыми для любых изолированных систем, являются законы сохранения энергии, количества движения (импульса), момента количества движения и электрического заряда. Кроме всеобщих, существуют Сохранения законы, справедливые лишь для ограниченных классов систем и явлений.