Концепции современного естествознания

СМОЛЕНСКИЙ ИНСТИТУТ БИЗНЕСА И ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА

Сычев М.М.

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение. Две культуры как отражение двух типов мышления

Этапы развития естественно-научного мышления. История естествознания.

Развитие физико-химической биологии

Панорама современного естествознания и его незавершенность.

Литература

Раздел 1. ФИЗИКА ГЛАЗАМИ ГУМАНИТАРИЯ: ОБРАЗЫ ФИЗИКИ

Пространство, время и материя в контексте культуры

Литература

Тема 1.1. Физика необходимого

Мир дискретных объектов - физика частиц

Состояние физической системы и его изменение со временем.

 Импульс, энергия и момент системы как меры движения.

Мир непрерывных объектов - физика полей (континуум).

 Сплошная среда и упругие волны

Взаимодействие: концепции близкодействия и дальнодействия

Электромагнитное поле и электромагнитные волны

Интерференция, дифракция и поляризация света.

Литература

Тема 1.2. Физика возможного

Мир микрообъектов - квантовая физика.

Атомы, молекулы, кристаллы.

Периодический закон Менделеева

Квантовые переходы и излучение.

Атомы и молекулы

Мир реальных макрообъектов - статистическая физика.

Тепловое равновесие и флуктуации. Неравновесные состояния и релаксация.

Тепловая физика: от Карно к Гиббсу

Энергия, температура, энтропия.

Ближний и дальний порядки в природе.

Микропорядок и макропорядок. Ближний и дальний порядок.

Фазовые переходы и симметрия.

Необратимость - неустранимое свойство реальности. Стрела времени.

Литература

Тема 1.3. Физика как целое

Иерархия структур природы

Микромир

Физический вакуум как реальность.

Макромир

Мегамир Звезды. Галактики. Вселенная.

Вариационные принципы

Принцип дополнительности

Принципы симметрии и законы сохранения.

Литература

Тема 1.4. От физики существующего к физике возникающего

Современная физическая картина мира

Креативная роль физического вакуума

Этапы эволюции горячей Вселенной, неоднозначность сценария и антропный принцип.

Происхождение галактик и Солнечной системы

Земля: происхождение и динамика геосфер

Роль живых организмов в эволюции Земли

Литература

Раздел 2. ЖИЗНЬ

От атомов к протожизни. Неорганические и органические соединения и их многообразие

Кислоты, основания, соли

Химия жизни

Особенности биологической формы организации материи. Молекулы живых систем.

Матричный синтез. Информационные макромолекулы.

Тема 2.1. Живые системы

Принципы взаимодействия организма и среды обитания.

Принципы воспроизводства и развития живых систем.

 Клеточное строение организмов. Принципы структурной организации и регуляции метаболизма.

Жизненный цикл клетки.

Единство и многообразие клеточных типов.

Дифференциация и интеграция функций в организме.

Размножение и развитие организмов.

Смерть и ее биологический смысл.

Многообразие биологических видов — основа организации и устойчивости биосферы.

Принципы систематики и таксономии

Планы строения и принципы функционирования представителей основных таксонов.

Эволюционное и индивидуальное развитие. Онтогенез и филогенез.

Генетика и эволюция.

Литература

Тема 2.2. Человек: организм и личность

Положение человека в царстве животных

Отличительные особенности человека.

Мозг и высшая нервная деятельность

Эмоции

Природа агрессии.

Природа наслаждений

Биосоциальные основы поведения.

 Половое поведение человека

Происхождение человека

Этапы антропогенеза

Биологические предпосылки и факторы антропогенеза

Проблемы цефализации

Биосоциальная природа человека

Экология и здоровье. Биополитика

Литература

Тема 2.3. Биосфера и цивилизация

Круговороты вещества и энергии.

 Биосфера

Эволюция биосферы

Ресурсы биосферы

Пределы устойчивости биосферы

Биопродуктивность биосферы

Ресурсы биосферы и демографические проблемы

Антропогенные воздействия на биосферу

Экологический кризис и пути его преодоления

Принципы рационального природопользования

Охрана природы

Экология человека

Социальная экология

Антропоцентризм, биоцентризм и решение социальных проблем

Пути развития экономики, не разрушающей природу.

 Экологическое право

Что мы можем сделать для сохранения жизни на Земле?

 Человек, биосфера и космические циклы.

Литература

Тема 2.4. Основные концепции и перспективы биологии

Раздел 3. ЭВОЛЮЦИОННО-СИНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПАРАДИГМА: ОТ ЦЕЛОСТНОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ К ЦЕЛОСТНОЙ КУЛЬТУРЕ

Тема 3.1. От “Бытия” к “Становлению”

Формирование эволюционного естествознания. Историко-философские аспекты современной естественно-научной картины мира

Тема 3.2. Принципы синергетики, эволюционная триада и системный подход.

О направлении самопроизвольных процессов

Критерий устойчивости систем, далеких от равновесия.

Порядок и энтропия

Механизмы эволюции

Литература

Тема 3.3. Качественные методы в эволюционных задачах.

Начала нелинейного мышления. Пространства состояний системы и динамическая модель

Диссипативные системы вдали от равновесия

Литература

Тема 3.4. Динамический хаос - фундаментальное свойство реальности

Тема 3.5. Самоорганизация в живой и неживой природе

Информационные аспекты синергетики

Литература

Заключение.

Литература

СМОЛЕНСКИЙ ИНСТИТУТ

бизнеса и предпринимательства

------------------------------------------------------------------------------------------

учебно-деловой центр морозовского проекта

214018, г.Смоленск Гагарина 22а

Телефон / факс: (0812) 65-99-13, 65-99-14

E-mail: root@businst.smolensk.su

http://globus.smolensk.ru/user/businst/welcome.htm

или

http://sibe.da.ru

Введение. Две культуры как отражение двух типов мышления

 

Проблема двух культур: от конфронтации к сотрудничеству. Развитие личности и потребность в гармонии. Культура (от лат.: возделывание, воспитание, образование, развитие, почитание) - способ организации и развития человеческой жизнедеятельности, представленный в продуктах материального и духовного труда, в системе социальных норм и учреждений, в духовных ценностях, в совокупности отношений людей к природе, между собой и к самим себе.

Культура характеризует также особенности поведения, сознания и деятельности людей в конкретных сферах общественной жизни. Культура представляет собой меру человеческого в человеке. Надбиологический характер культуры - ее важнейшая особенность.

Считается, что исходно культура была единой, а разрыв гуманитарного и естественнонаучного знания является чертой Нового времени (Теория “двух культур” Ч.Сноу).

Существование “двух культур” иногда пытаются объяснить дефектами системы образования, которые, как кажется некоторым, легко исправить: достаточно дать студентам-гуманитариям какие-то (неизбежно поверхностные) знания о достижениях естественных наук.

Однако корни дихотомии лежат глубже. Естественные науки имеют дело с Природой в целом и с человеком, как природным телом. Гуманитарные дисциплины - с духовным миром человека. Различные по существу объекты требуют разных подходов (наука - мышление в понятиях, искусство - мышление в образах) , что в условиях дифференциации наук в Новое время не могло не привести к известному расхождению в развитии двух сфер культуры.

С эпохи Возрождения вот уже пять столетий наука и искусство существуют и развиваются как самостоятельные и обособленные друг от друга сферы человеческой деятельности, и именно отсюда берет свое начало проблема соотношения науки и искусства (И.Т.Фролов,1989).

В дальнейшем по мере развития науки сфера искусства все более отдаляется от нее. Наука все более утверждается в качестве универсальной формы познания.

В противовес этому развиваются эстетические концепции, в которых, как это имело место у немецких и французских романтиков, видению художественного гения отдается предпочтение перед научным познанием. Это получило философское обоснование в учении Канта о “трансцендентальной эстетике”, а также в “Системе трансцендентального идеализма”, где гениальность трактуется как “непостижимая”, “темная неведомая сила”.

По Канту, гениальность может проявляться только в области художественного творчества, противопоставляемого в этом отношении научному познанию, где ученый может быть талантлив, даже велик, но его достижения доступны пониманию с помощью рассудка.

Шеллинг развивает версию о “магии искусства”, реализующего “бесконечность бессознательности”, называя его “чудом”, которое недоступно конечному рассудку. Наука поэтому оказывается у Шеллинга чем-то низшим по сравнению с искусством, которому “надлежит быть прообразом науки, и наука лишь поспешает за тем, что уже оказалось доступным искусству”.

Гегель считал искусство лишь особой формой познания, постигающей истину в чувственной форме. Поскольку же существуют более совершенные категориальные формы воплощения истины в науке и философии, искусство оказывается подчиненным, второстепенным моментом в общем процессе постижения абсолютной идеи. Тем не менее Гегель показал великое познавательное значение искусства.

Гете был не только великим художником - поэтом, писателем, но и выдающимся естествоиспытателем. Он стремился найти единые принципы для научного анализа природы и для художественной деятельности в искусстве. Гете развил учение о “первичном феномене”, по которому человек в единичном может увидеть всеобщее, в явлении - раскрыть сущность, пользуясь “созерцательной способностью суждения”.

В самом творчестве Гете выявляется его понимание возможной гармонии науки и искусства, истины и красоты. Однако в теории ведущим началом в гармонии истины и красоты Гете признавал все же искусство, где царствует творческое надприродное, демоническое, несоизмеримое и недоступное для рассудка.

Чтобы наука не находилась в антагонизме к гуманизму, она, согласно Гете, должна учиться у искусства постигать целостность. Научное познание должно быть связано с критерием красоты. С другой стороны, в познании природы средствами науки не следует преуменьшать роль образного мышления, воображения, интуиции. Возражая против несовместимости науки и поэзии, он писал, что “в ходе времен обе отлично могут к обоюдной пользе снова дружески встретиться на более высокой ступени”.

Однако в последующем произошло еще более резкое разделение науки и искусства в сфере познания, осуществляемого в логических, рациональных формах (наука) и интуитивных, иррациональных (искусство). Более того, за искусством вообще не стала признаваться какая-либо познавательная функция (сциентизм).

У Шопегауэра можно встретить парадокс о том, что гений в искусстве должен быть глуп, поскольку он творит не размышляя.

Шеллинг полагал, что создатель художественного произведения “необходимо является скорее профаном, чем посвященным”, ибо он не познает, а только “открывает” сокровеннейшие из всех тайн.

С другой стороны, усиливаются сциентистские атаки на искусство, которые все более аппелируют к современной научно-технической революции, которая, казалось, способна захватить всех и вся и привести к абсолютному торжеству научной и технической рациональности.

Поскольку прогнозы относительно вытеснения искусства наукой не подтвердились, актуальной стала проблема взаимоотношения двух культур - “научной” и “художественной”.

Дискуссия по проблеме взаимодействия науки и искусства в условиях современной научно-технической революции началась в 1959 г., после того как английский писатель, физик по образованию, Чарльз Сноу выступил в Кембридже (США) с лекцией “Две культуры и научная революция”.

Сноу выдвинул концепцию “двух культур”, доказывая, что духовный мир и практическая деятельность западной интеллигенции все явственнее поляризуются, раскалываясь на две противоположные части: на одном полюсе - художественная интеллигенция, на другом - ученые. Их разделяет стена непонимания, а иногда даже антипатии и вражды; они настолько по разному относятся к одним и тем же вещам, что не могут найти общего языка даже в плане эмоций.

Художественная интеллигенция считает, что ученые не представляют себе реальной жизни и им свойствен поверхностный оптимизм, тогда как ученые склонны считать, что у художественной интеллигенции нет дара провидения, что она проявляет странное равнодушие к участи человечества, ей чуждо все, что имеет отношение к разуму, и т.п.

Нельзя сказать, что Сноу объяснил причины возникновения “двух культур”. Было бы преувеличением сказать также, что Сноу указал пути преодоления поляризации “двух культур”. Однако он остро поставил многие больные вопросы и привлек к ним общественное внимание.

Книга Сноу породила бурные дискуссии во всем мире. У нас в стране дискуссию открыла “Комсомольская правда” 2 сентября 1959 г. статьей И.Эренбурга “Ответ на одно письмо”. В спорах о значении науки и искусства приняли участие как “физики”, так и “лирики” - крупные ученые, писатели, художники, представители общественности.

Конечно, с точки зрения сегодняшнего дня многое в этих дискуссиях кажется неглубоким, далеким от реальных проблем. И все же, это был важный этап общественного воспитания и осознания проблем культуры в условиях научно-технической революции.

В ходе дискуссии за круглым столом, которую организовал журнал “Вопросы философии” (1976) участники ее подчеркивали, что традиционное противопоставление науки искусству, точных наук - гуманитарным отживает свой век. Математические методы проникают в литературоведение, теорию музыки и т.д. На стыке точных и гуманитарных наук возникают “странные” на первый взгляд дисциплины, например, искусствометрия. ЭВМ сочиняют музыку, пишут стихи, создают оригинальные образцы декоративного искусства.

Различия между “точными” и “гуманитарными” науками - это иллюзия, так как по сути своей мир един. Для того, чтобы понять многие аспекты гуманитарных наук, нужны определенные естественно-научные познания и наоборот (Ичас, 1994).

... различие между гуманитарными и естественными науками, столь резкое в средние века, ныне не принципиально, а, скоре, стадиально

(Л.Н.Гумилев. Этногенез и биосфера Земли).

В прошлом веке известный русский физиолог И.Сеченов говорил о том, что понять Человека можно только в его единстве - плоти, духа и природы, частью которой он является. Десятком лет позже Маркс сказал: в будущем все науки о природе и обществе должны будут слиться в единую науку о Человеке.

Однако сколь глубоко будет это “слияние” и в чем конкретно оно будет выражаться?

Глубокая общность науки и искусства определяется тем, что и то и другое есть и познание, и творчество. Стремление к познанию и творчеству запрограммировано в человеке генетически, оно является результатом необратимого развития Вселенной в целом, эволюционного развития биосферы. Единство науки и искусства - важнейший залог последующего развития культуры.

У человека имеются способности и к научному, и к художественному творчеству. Но, по-видимому, различные стороны человеческой природы будут всегда проявляться неодинаково. Это дает основание думать, что при всем единстве, гармонии, взаимодействии познавательной, рациональной и художественной, эмоционально-образной деятельности они никогда не достигнут того “слияния”, о котором порой говорят теоретики как о некоторой перспективе человека.

Ведь различия здесь детерминируются и биологически, поскольку, как установила современная наука о мозге, каждое его полушарие воспринимает мир по своему: правое - в образно-эмоциональном виде, а левое - в рационально-логическом, и у разных людей деятельность полушарий мозга проявляется по разному.

Способности к научной и художественной деятельности будут не “сливаться”, а еще ярче расцветать и глубже интегрироваться. Роль искусства в жизни человека будет все более возрастать и все больше будет повышаться его значение в общем развитии культурных ценностей человечества, в том числе этических, выступающих в роли своеобразного регулятора научного познания.

Наука и искусство имеют различные средства, задачи и цели. Принято считать, что наука способствует пониманию окружающего нас мира, искусство же стремится понять и выразить отношение человека и к окружающему миру, и к тому, как этот мир трактует наука, и, наконец, к тому, как отражает само искусство и человека, и науку, и весь окружающий мир.

И все же в конечном счете наука и искусство воздвигают не два различных изолированных здания, в которых, согласно утверждениям Сноу, независимо произрастают две разные культуры, а единое здание - общечеловеческую культуру.

В этом здании наука призвана служить постижению Истины, а искусство - воспевать, отвоевывать и создавать Красоту. Достаточно вспомнить, что Истина красива, а Красота истинна, чтобы понять: все достижения человеческой культуры смыкаются в неразрывный круг. (Е.Седов)

 

Этапы развития естественно-научного мышления. История естествознания

Считается, что науки, составляющие естествознание, зародились в Древней Греции. Предшествующий этому период в развитии культуры можно назвать мифологическим.

Древние философские системы носили крайне наивный характер. Индийцы, халдеи, египтяне до науки о природе дойти не сумели. Религиозно-мистические воззрения не могли породить идею о естественной закономерности явлений.

Значительно глубже и последовательней осмысливали мир философы античной Греции. Вот почему древняя физика является почти целиком физикой греков.

Наука зародилась тогда, когда люди, осмысливая и систематизируя накопленный опыт, стали искать объяснения природы в ней самой.

Первый греческий физик Фалес Милетский (640-550 до н.э.), родоначальник античной философии, основатель милетской школы, возводил все многообразие явлений и вещей к воде: “Начало всех вещей - вода, из воды все происходит и все возвращается к воде”.

Анаксимандр (610-547 до н.э.), представитель милетской школы, - началом начал считал некое первичное вещество, апейрон, качественно неопределенное и бесконечное, из которого выделяются первоначальные противоположности тепла и холода, сухости и влажности.

Анаксимен (ок. 585 - ок. 525 до н.э.), представитель милетской школы первоосновой всего считал воздух, из сгущения или разрежения которого возникают все вещи.

В основе учения натурфилософов ионийской школы лежит единое первоначальное вещество, которое превращается во все другие вещества и порождает весь видимый мир. (Очевидна генетическая связь с современными представлениями о едином поле).

Пифагорейцы (Пифагор Самосский (582-500 до н.э.) выдвигали на передний план не столько первоначальное вещество, сколько распределение вещей в природе, их число и меру. Мистическое числовое учение впоследствии слилось с астрологией. Математическая теория Пифагора мало чем обогатила науку. Однако пифагорейцы первые выдвинули идею о шарообразности Земли. При этом они не опирались на какие-либо эмпирические данные. Идея основывалась на требованиях геометрической гармонии: Земле придали наиболее совершенную форму. В центре Вселенной пифагорейцы поместили чистейшее из веществ - огонь.

Гераклит из Эфеса (540,530-470 до н.э.), представитель ионийской школы, высказал идею непрерывного изменения (Panta rei): все течет. Никто не входил дважды в один и тот же поток, ибо воды его, постоянно текущие, меняются... Текут наши тела, как ручьи, и материя вечно возобновляется в них, как вода в потоке.

Панта рей. И никто не был дважды в одной и той же реке. Ибо через миг и река не та, и сам он уже не тот.

В основе мироздания лежит огонь: мир был, есть и будет вечно живущее пламя, вечно живой огонь, который самопроизвольно возжигается и угасает.

Война - отец всего, царь всего. Все и происходит и уничтожается в силу раздора. Без борьбы нет противоположностей, без противоположностей нечему соглашаться, нет жизни, мира, гармонии. Все расторгается внутренней враждой и стремлением к высшему единству дружбы и гармонии.

Анаксагор (500-428 до н.э.) выдвинул учение о неразрушимых элементах. На надгробии ему написано: “Здесь покоится Анаксагор, который достиг крайнего предела истины, познав устройство Вселенной”.

Главное сочинение Анаксагора “О природе”. Он не признает превращения вещества при видоизменении предметов, считая, что такое видоизменение происходит от соединения и разъединения мельчайших, невидимых глазу частиц материи.

Обычно книги по атомной физике начинаются с упоминания об атомах Демокрита. Но ведь это только развитие идеи Анаксагора. Более того, он даже на много веков предвосхитил закон сохранения массы, лежащий в фундаменте современного естествознания:

“Греки ошибочно полагают, что будто что-либо начинается или прекращается; все сводится к сочетанию или разъединению вещей, существовавших от века. Вернее было бы признать возникновение сочетанием, а прекращение разъединением”.

В основе учения Анаксагора лежало представление о духе. Вначале Вселенная представляла собой хаос элементов, и только дух, разум соединил между собой незримые частицы. Дух Анаксагора противоположен материи.

Идея Анаксагора вылилась в более строгие формы в учении Эмпедокла (492-432 до н.э.). Подобно своему учителю он пишет книгу “О природе”, в которой высказывает свое кредо: “Безумцы полагают, что может возникнуть что-либо никогда не бывшее или погибнуть, исчезнуть без следа что-либо существующее. Я постараюсь открыть вам истину. В природе нет возникновения того, что может умереть; нет полного уничтожения; ничего, кроме смешения и разъединения сочетанного. Только невежды называют это рождением и смертью”.

У Эмпедокла четыре стихии: земля, вода, воздух и огонь, т.е. три агрегатных состояния вещества и энергия. Стихии Эмпедокла неизменны и неспособны возникнуть одна от другой. Они вступают полностью или частями в различные комбинации друг с другом. В результате получаются все “вещи” Вселенной, которые в свою очередь подвержены дальнейшему смешению и разделению.

Левкипп (около 500 г. до н.э.) создал атомистическую теорию мира, которая впоследствии была развита и закончена Демокритом (род. ок. 470 г.до н. э.)

Вселенная Демокрита - Левкиппа состоит из пустого пространства и бесконечного множества неделимых мельчайших частиц - атомов, отличающихся не качественно (как у Анаксагора), а лишь по своему очертанию, положению и распределению. Тела возникают и исчезают только за счет сочетания и разъединения атомов, так из ничего не может произойти ничего и ничто существующее не может исчезнуть. Движение атомов обусловлено не влиянием внешней силы, а силой, присущей самим атомам.

С такой общей схемой согласится любой физик. Но в отличие от Демокрита он сумеет доказать, что мир построен именно так, а не иначе.

Согласно Платону (429-347 до н.э.) в центре Вселенной неподвижно покоится Земля, вокруг которой на расстояниях, соответствующих гармоническими отношениям тонов, проплывают планеты.

Мир видимый, мир чувственный есть собственно мир призрачный, мир теней. Этому миру Платон противопоставляет мир идей - идею человека, животного, растения, камня. Эти идеи - не только родовые понятия, но и подлинно существующее бытие. Не будь идей, не было бы и конкретно существующих вещей. Эти последние - отображения, копии отвечающих им идей, а идеи - первообраз, причина существования отображений.

Если Демокрит был убежден в дискретности материи, то Аристотель (384-322 до н.э.) проповедовал обратное - ее непрерывность. Этот великий спор прошел сквозь всю историю естествознания, не закончился он и по сей день.

Под природой Аристотель понимал совокупность физических тел, состоящих из вещества и находящихся в состоянии непрерывного движения или изменения. Всякое движение протекает во времени и пространстве. Пространство сплошь заполнено материей. Поэтому нет ни пустоты, ни мельчайших неделимых частиц - атомов, которые бесконечно падают в этой пустоте.

В основе всего сущего лежит первоматерия. Ей присущи четыре основных свойства: влажность, сухость, тепло и холод. Разнообразие веществ в природе вызвано различными сочетаниями этих свойств. Изменение одного из свойств - причина любых превращений. Тайна превращения веществ сводится к добавлению одних качеств к другим. Неблагородные металлы можно превратить в золото. Впоследствии алхимики часто ссылались на Аристотеля. Теперь, в век ядерной энергии, мы видим, что он, в сущности, был прав.

Естественные прямолинейные движения тел неравномерны, конечны и потому несовершенны. Совершенство присуще лишь круговому движению, которое протекает вечно. Непосредственной причиной такого движения является пятое начало - эфир, из которого состоит небо. Идея эфира надолго сохранится в физике. Она будет совершенствоваться, видоизменяться, но суть ее останется прежней - неизменной и неощутимой, как сам эфир.

Аристотель гораздо больше философ, чем физик. Он пытался создать целостную картину природы. Он велик своей попыткой вскрыть общее единство мира.

Одним из основных методов познания по Аристотелю является индукция: от фактов, добытых опытом, к некоторым общим определениям и понятиям, при помощи которых можно будет объяснять факты. Общие принципы как исходный пункт для дедуктивного изучения вещей и явлений. Эти общие принципы: материя, форма, движущая причина и причина конечная, или цель. В материи дана лишь возможность реального мира, в форме - осуществление этой возможности путем движений и изменений, идущих к определенной цели.

Материя хаотична, бесформенна; это - бытие абстрактное и потенциальное, а форма - это начало структуры и организации, начало актуальное, переводящее материю в нечто конкретное; она как бы задание, цель, которую надлежит осуществить материи.

Однако об идеях Платона Аристотель сказал так: Говорить, что идеи суть образцы, а прочее в них участвует, значить пустословить и высказывать поэтические метафоры.

Аристотелем заканчивается творческий период греческой натурфилософии. Законченная, внутренне замкнутая система не легко поддавалась дальнейшему развитию. Да и авторитет Аристотеля был настолько велик, что мало кто решался на переоценку его учения.

Эпикур (341-270 до н.э.) - атомист, последователь Демокрита, учил, что познание природы освобождает от страха смерти, суеверий и религии вообще.

Аристарх Самосский (ок. 320 - ок. 250 до н.э.), астроном, учил, что Земля вращается вокруг неподвижного Солнца. На возражение, что при таком вращении неподвижные звезды должны были бы изменить свое видимое положение, он, с полным на то основанием, указывал на громадное расстояние между Солнцем и звездами. В этом смысле он был предтечей не только Коперника, но и Эйнштейна. Но гелиоцентрическая система не имела еще достаточных основ, она была явно преждевременной. Геоцентризм настолько всех удовлетворял, что лучшие астрономы того времени не поддержали Аристарха. Его учение было основательно забыто.

Тит Лукреций Кар (I в. до н.э.) Поэма “О природе вещей” был в нашем понимании популяризатором науки. Тем не менее его роль в развитии атомистики трудно переоценить. Может быть здесь сказывается сила искусства, его условность, столь отличная от научных абстракций и аналогий, но Лукреций во все эпохи звучит одинаково современно.

“...Платье сыреет всегда, а на солнце вися, оно сохнет, Видеть, однако, нельзя, как влага на нем оседает, Как и не видно того, как она исчезает от зноя. Значит, дробится вода на такие мельчайшие части, Что недоступны они совершенно для нашего глаза”. Небольшой отрывок из поэмы показывает не столько то, что думали древние, а как они думали. Это образец ясной логики, приводящей к однозначному выводу.

Идеи поэмы: Все тела природы состоят из атомов и подвержены изменениям. Вселенная бесконечна - “Стрела, пущенная луком, может лететь века и быть все так же далеко от конца Вселенной, как в первое мгновение, когда она была пущена”.

Жизнь возможна на других мирах -

“А потому непременно ты должен со мной согласиться, Что существуют иные земные миры во вселенной, Как и иной род людей и иные породы животных...”

Природа никем не создана и управляется присущими ей самой законами - Из ничего даже волей богов ничего не творится. Люди приписывать склонны божественной воле те вещи, В коих не могут рассудком своим доискаться причины. Если усвоил ты это, должна пред тобою природа Вечно свободной предстать, не подвластной властителям гордым, Движимой волей своей, от богов независимой вовсе.

Птоломеем (70-147) заканчивается античный период истории естествознания.

В тринадцати книгах Птоломей собрал и обобщил все достижения древней астрономии. Но принципиально птоломеевская система мира с неподвижной Землей в центре Вселенной мало чем обогатила науку.

Авторитет его был признан единодушно и держался долее всего. Греки, римляне, арабы и христиане одинаково чтили его. Не один еретик сгорел на костре за посягательство на птоломеевский “Общий обзор”. Несколько столетий католическая церковь отстаивала учение Птоломея всеми принятыми на вооружение средствами.

Большую роль в развитии естествознания сыграли Фрэнсис Бэкон (1561-1626) и Рене Декарт (1596-1650).

Бэкон: природу нельзя познать без опыта - самого ценного источника знаний.

Декарт ключом к истинному знанию считает разум, умело нацеленный на исследование опять-таки данных опыта. Опыт, опыт и еще раз опыт. Это звучало как заклинание мрачных теней средневековья.

Природа Декарта сплошь заполнена материальными частичками. Духовное начало ее не зависит от материального. Основное свойство материи -протяженность. Пустого пространства не существует. Материальный мир находится в вечном движении, совершающемся в полном соответствии с законами механики. Отсюда и все процессы в природе можно свести к простому перемещению частиц в пространстве. Декарт выдвигает идею первончального толчка, который привел в движение бесконечную непрерывную протяженность.

Барух Спиноза (1632-77) отверг дуализм Декарта. Природа сама есть бог. Она ни в духовном начале, ни в творце не нуждается. Природа - это вечная субстанция в бесконечном пространстве. Она “причина самой себя” (causa sui). Это важнейшее свойство субстанции - самой быть причиной существования и сущности всех вещей. Это свойство встречается в одной из самых интересных гипотез двадцатого века - нелинейной теории поля Гейзенберга.

Естествознание пошло именно по этому пути. Самые фундаментальные представления о строении материи и свойствах времени и пространства базируются на принципе “natur causa sui”.

Первым исследователем, который всерьез обратился к идеям греческих атомистов, был французский философ-материалист Гассенди (1592-1655).

Он не только изложил древнюю атомистику, но и развил ее на основе накопленных за два тысячелетия фактов. Подобно Эпикуру, он считал важнейшими свойствами атомов не только величину и форму, но и тяжесть, которую определял как “внутреннее стремление к движению”, служащее источником всех изменений в природе.

Интересно, что именно Гассенди впервые выдвигает идею о различных прерывистых дискретных ступенях строения материи. Он ввел понятие молекулы - механического соединения группы атомов.

Разрабатывая учение греческих атомистов, Гассенди пришел к мысли, что при помощи атомной теории физические явления можно объяснить конкретным, даже банальным способом. Смесь воды и вина сравнивается им со смесью двух сортов песка.

Англичанин Роберт Бойл (1627-1691) был физиком и химиком в самом современном понимании этих слов. Его девизом было “ничего со слов”. Он обрушился с критикой на алхимиков и их методы, показав, что их достижения случайны. На самом деле они ничего не знают и не могут знать о природе вещей.

Бойль впервые обосновал понятие “химический элемент”. У Бойля это понятие строго связано только с химическим процессом. Исходя из химического взаимопревращения веществ, Бойль задался вопросом: из каких кирпичей можно построить все бесконечное многообразие однородных веществ? Вопрос этот до сих пор не снят с повестки дня.

Он хотел найти те элементы, которые уже не могут быть превращены один в другой и из которых каким-то образом построен весь окружающий мир.

Сама постановка задачи выросла из основной проблемы алхимии. Алхимия исходила из того, что все вещества могут быть сведены к одному, основному. Но все попытки алхимиков осуществить подобное превращение терпели крах. С помощью химических методов оно, очевидно, не достигалось. Отсюда напрашивался вывод, что материя не единообразна на химическом уровне, а напротив, существуют вещества, которых никакие химические процессы не заставят взаимопревращаться. В отличие от Демокрита Бойль называл частички, из которых построена материя, не атомами, а корпускулами (Энгельс: “Бойль делает из химии науку”).

Одним из самых важных моментов в становлении современной науки надо признать установления законов движения планет - законов Кеплера. Ближайший предшественник Кеплера, Николай Коперник блестяще завершил работу по созданию гелиоцентрической модели солнечной системы, начатую еще греками (Аристарх Самосский). В модели Коперника оказались установленными все естественные кинематические масштабы - эталоны длин и времени. Это и стало исходным пунктом новой науки. Коперник оставил два столбца чисел - периоды и расстояния и нужно было только спросить, а что связывает числа в этих столбцах?

Такой вопрос задал себе Кеплер, который поставил перед собой цель раскрыть секреты движения планет и научиться вычислять их движения. Он смог установить свой третий закон, в котором содержалась по существу динамика системы, т.е. связь между временем и изменением координации.

Кеплер, впервые для естествоиспытателя, поставил вопрос об общей закономерности в данных эксперимента и, что самое важное, вопрос о том, в чем причина таких закономерностей. До Кеплера большинство естествоиспытателей считало свою роль законченной, если сформулированы правила, описывающие явления. Только Кеплера не удовлетворяли открытые им законы. Он мучительно спрашивал себя: почему? В чем состоит общая причина движения планет? Размышления привели его к заключению, что эту причину надо искать в том, что движением планет управляет Солнце. Этим Кеплер ниспровергал установившуюся картину близкодействия и впервые выдвинул идею дальнодействия. Но полный ответ вопросы Кеплера получили лишь у Ньютона, который звершил создание новой картины мира, основанной на уравнениях механики.

На памятнике Ньютона (1643-1727) в Кембридже выбиты слова: “Разумом он превосходил род человеческий”.

Ньютон открыл закон всемирного тяготения и три основных закона механики, создал теорию движения небесных тел и теорию цветов.

Конечная цель физики по Ньютону: ”Вывести из начал механики и остальные явления природы”.

Понятие массы - гениальный и не подлежащий пересмотру вклад Ньютона в построение основ современной физики. Все материальные тела обладают собственной массой. Материальные частички наделены силами притяжения и отталкивания, присущими всем видимым телам во Вселенной.

Учение Ньютона о массе и силе положило конец метафизике вообще. Поэтому “отцом физики” следовало бы считать именно Ньютона, разработавшего научные основы мироздания вместо фантастических домыслов и спекулятивных гипотез о строении мира.

Три гиганта - Коперник, Кеплер и Ньютон построили новую науку - механику. Механика стала первым лидером только что возникшего в качестве самостоятельной науки естествознания.

Успехи механики в XVII-XVIII вв. были связаны с тем, что она изучала реальную сторону реальных процессов природы. Средневековая схоластика, провозгласившая учение о скрытых качествах, о всякого рода таинственных и неуловимых субстанциях, мешала изучать действительные вещи и их свойства, не давала возможности двигаться вперед в познании природы. Механика впервые поставила естественнонаучное познание на научную основу.

Однако механическая атомистика не объясняла химических взаимодействий, тепловых процессов и других явлений, с которыми химики сталкивались буквально ежечасно.

Немецкий врач Эрнст Шталь постулировал существование “флогистона”, некоего неведомого вещества без цвета и запаха, который соединял бойлевские корпускулы и осуществлял все химические превращения.

Теория флогистона заворожила современников. Она была принята сразу и безоговорочно. В том, что флогистон действительно существует, никто не сомневался. Когда появились первые убедительные факты, ставящие под сомнение теорию флогистона, ее самоотверженно пытались спасти. Теорию флогистона опроверг А.Лавуазье (1743-1794).

Ломоносов (1711-1765) также исключал флогистон из числа химических агентов.

Самым крупным по своему значению достижением Ломоносова было экспериментальное доказательство “закона сохранения материи” (опыт по нагреванию в запаянном сосуде свинцовых пластинок).

Ломоносов связывал нагрев тела с увеличением поступательного и вращательного движения корпускул, что делало совершенно излишним предположение о существовании флогистона.

Ломоносов вплотную подошел к понятию абсолютного нуля, как о “высшей возможной степени холода, вызванной полным покоем частичек, прекращением всякого движения их”. Частички различны по массе и им присуще движение, отсюда причина всех качественных изменений в физике и химии - движение.

Английский материалист XVII века Дж. Толанд предложил считать движение неотделимым от материи внутренним первичным свойством: “Материя по необходимости столь же активна, сколь и протяженна”.

Взгляды Толанда во многом определили эволюцию представления о пространстве, времени и движении. Так, у французских материалистов XVIII века движение тоже выступает непреложным свойством самой материи. Гольбах: “Движение - это способ существования”. Дидро выдвигает чисто релятивистскую идею об абсолютности движения и относительности покоя.

В 1815 г. Проут заявил, что атомы делимы. Он указал на то, что атомные веса элементов кратны атомному весу водорода. Отсюда вытекал неизбежный вывод, что все элементы построены из водорода, атомы которого являются “первыми и последними строительными камнями” Вселенной.

В 1865 г. Лошмидт определил в самом первом приближении размеры атома. Атомы оказались несравненно меньше тех солнечных пылинок, с которыми их сравнивал Демокрит.

Новый этап атомистики начался с Майкла Фарадея (1791-1867), связавшего атомную теорию с электричеством. Электричество, как и вещество, тоже обладает атомной структурой. Каждый атом или каждая молекула связаны с одним или несколькими атомами электричества, хотя в то время трудно было сказать, как такая связь осуществляется.

Честь открытия свободных атомов электричества, не связанных с атомами вещества, выпала Гитторфу. По предложению Стонея мы назваем теперь свободные атомы электричества электронами. Так была открыта первая элементарная частица.

Описывая обмен энергией между нагретым телом и окружающим пространством, Макс Планк предположил, что такой процесс может быть не непрерывным, а дискретным. Он открыл кванты.

Говорят, что Планк долгое время пребывал в растерянности от своего открытия. Идея дискретности подрывала основы классической физики. Он не спешил с опубликованием своей работы. В разговоре с коллегами он как-то обмолвился, что либо полностью провалился, либо сделал открытие, равное по масштабам законам Ньютона.

В 1905 г. Эйнштейн выдвинул теорию, согласно которой свет не только излучается и поглощается, но и состоит из неделимых квантов. Кванты света представляют собой частицы, которые движутся в вакууме со скоростью 300000 км в секунду. В двадцатые годы эти частицы получили название фотонов. Корпускулярная природа света может быть продемонстрирована рядом классических экспериментов, но особенно ярко существование фотонов показывает фотоэлектрический эффект.

Существование электромагнитных волн и волновая природа света не могут быть опровергнуты. Но нельзя отказаться и от корпускулярной природы света. Не с Планком, а именно с Эйнштейном вошла в науку противоречивая двойственность, изначально присущая природе. И естественно, что современники видели в этой двойственности не лик мироздания, а всего лишь необъяснимое противоречие.

Через два десятилетия Луи де Бройль, распространив представления Эйнштейна на все элементарные частицы вообще, построил волновую механику.

Новое мировоззрение включало отказ от эфира, что означало капитуляцию благополучной Вселенной, похожей несколько на сложный часовой механизм с его иерархией зубчатых колесиков.

Понятие эфира зародилось в то время, когда ученые попытались осмыслить природу света.

Автором первой эфирной теории света был голландский математик, астроном и физик Христиан Гюйгенс. Согласно его теории всякое светящееся тело порождает волны, которые, распространяясь во все стороны, достигают глаз наблюдателя. Подобно колебаниям, вызванным звоном колокола. Но если ударить в колокол, находящийся в пустоте, звона не будет. Тогда как свет, в отличие от звука, отлично распространяется в вакууме, несмотря на отсутствие среды, способной передавать колебания. Это обстоятельство заставило Гюйгенса наполнить пустоту неким гипотетическим эфиром, способным передавать волны света.

Эфир означает по-гречески “воздух”, “небо”, “верхние сферы”. Работники радио и телевидения до сих пор говорят о том, что они готовят передачи для “вещания в эфир”. Древнее слово оказалось живучим.

Ньютон безоговорочно принял понятие эфира, считая идею воздействия одного тела на другое на расстоянии в вакууме абсурдной.

Какова бы ни была его природа, эфир, по убеждению ученых, наполнял собой все пространство, пронизывал все вещество, проникая между всеми атомами.

Свойства света и в самом деле были таковы, что их нельзя было объяснить, не прибегая к среде, способной передавать волновое излучение на миллионы километров, не ослабляя его энергию. Но существует ли эта среда на самом деле? А если существует, то покоится ли он неподвижно или находится в непрерывном движении?

Английский математик и физик Стокс утверждал, что Земля, вращаясь вокруг оси и вокруг Солнца, увлекает за собой эфир.

Французский ученый Френель полагал его неподвижным и многие поддерживали такие представления, потому что такой эфир представлял собой идеальную систему отсчета. Относительно его можно было регистрировать абсолютное движение, не зависящее от положения наблюдателя. Абсолютна ли скорость света? Одинакова ли она для любого наблюдателя, независима или, напротив, зависима от движения источника света?

Это были вопросы, на которые ответ дала специальная теория относительности; это была проблема космического масштаба, из которой вытекали выводы исключительной важности.

Опыт Майкельсона: полупрозрачное зеркало сначала расщепляло луч на два взаимно перпендикулярных, которые, в свою очередь, отразившись от расположенных на равных расстояниях зеркал, соединялись вновь. Опыт показал, что “эфирный ветер” не оказывает никакого влияния на свет. Майкельсон пришел к выводу, что гипотеза неподвижного эфира ошибочна. Напрашивался вывод, что эфир, если он существует, не неподвижен относительно Земли.

Эрнст Мах тотчас же потребовал отказаться от идеи эфира. Зато лорд Кельвин продолжал по прежнему верить в эфир. Кельвин и Рэлей обратились к Майкельсону с предложением проверить влияние движения среды на скорость света. Результат был опубликован в 1887 году. Джон Бернал назвал его “величайшим из всех отрицательных результатов в истории науки”.

Хотя опыт, как говорится, поставил крест на неподвижном эфире, все же оставалась возможность, что “Земля увлекает за собой эфир, придавая ему почти ту же скорость, с какой движется сама”.

Через десять лет Майкельсон экспериментально проверил и эту гипотезу. Результат снова был отрицательным. Но чтобы окончательно похоронить эфир, нужна была теория относительности Эйнштейна. Пока же эксперимент Майкельсона-Морли завел физику в тупик.

В период 1893-1895 годов два крупнейших теоретика независимо друг от друга попытались спасти эфир.

Профессор дублинского Тринити колледжа Джордж Фитцджеральд дал блестящее и ошеломляющее объяснение отрицательному результату опыта Майкельсона-Морли. Он предположил, что размеры тел меняются с увеличением скорости их движения, сжимаются в направлении движения. Многим эта теория показалась плодом больного воображения.

Немногие, но очень серьезные физики-теоретики заинтересовались идеей сокращения. Лоренц увидел в ней подтверждение существования эфира. Он построил стройную математическую теорию, из которой, однако, вытекало, что одного сокращения для описания движущихся тел явно недостаточно. Приходилось вводить еще и особое время, зависящее от скорости. Это было уж совсем непостижимо. Этот вывод самому автору казался хитрой уловкой: он не собирался посягать на ньютоновское “абсолютное время”.

Гипотеза Фитцджеральда-Лоренца была, вне всякого сомнения, исключительно смелой. Она блестяще разрешала все противоречия, связанные с опытом Майкельсона-Морли. Но она целиком вытекала из законов классической физики. Она произвела переворот в умах, вызвала бурю в ученом мире, но не смогла взорвать ньютоновской классики.

Лоренц пришел к релятивизму от традиционных основ, которые стали для него барьером. Это был философский барьер, который великий ученый так и не смог преодолеть. Впоследствии он говорил: ”Сегодня, излагая электромагнитную теорию, я утверждаю, что движущийся по криволинейной орбите электрон излучает энергию, а завтра я в той же аудитории говорю, что электрон, вращаясь вокруг ядра, не теряет энергии. Где же истина, если о ней можно делать взаимно исключающие друг друга утверждения? Способны ли мы вообще узнать истину и имеет ли смысл заниматься наукой?”

Противоречия казались ему неразрешимыми. Он глубоко переживал это. Последние годы его были отравлены скепсисом и отчаянием. В беседе с А.Ф.Иоффе он как-то сказал: ”Я потерял уверенность, что моя научная работа вела к объективной истине, и я не знаю, зачем жил; жалею только, что не умер пять лет назад, когда мне еще все представлялось ясным”.

А ураган неясности нарастал. Томсон обнаружил электрон и доказал электрическую природу вещества. Кюри открыли радий, который продемонстрировал необычные свойства. Физики обнаружили, что испускаемые им электроны движутся со скоростью, достигающей многих тысяч километров в секунду. Еще совсем недавно это казалось невероятным. Немецкий физик Кауфман экспериментально доказал, что масса такого быстрого электрона меняется со скоростью. Чем быстрее двигался электрон, тем больше была его масса. Масса перестала быть постоянной величиной.

В опытах физиков рвался мир, созданный Ньютоном. Окончательно разрушил и в то же время спас этот мир Эйнштейн.

 

Развитие физико-химической биологии

Французский физиолог Франсуа Мажанди (1783-1855) впервые показал огромное значение белка в жизни организмов (кормил собак пищей, в которой отсутствовал белок: сахар, оливковое масло и вода).

Немецкий химик Юстус Либих (1803-1873) детально разработал учение о полноценности пищи и полагал, что углеводы и жиры служат топливом для организма. Возник вопрос: равно ли количественно тепло, полученной организмом от такого “топлива”, теплу, получаемому при сжигании углеводов и жиров вне организма.

Макс Рубнер (1854-1932) экспериментально доказал приложимость закона сохранения энергии к организму животного. К 1894 году он установил, что энергия, выделяемая пищевыми продуктами в организме, точно равна энергии, которую можно получить при сжигании этих продуктов вне организма.

Эти исследования нанесли серьезный удар по витализму. Еще в XVIII веке химики обнаружили, что реакцию иногда можно ускорить введением веществ, которые, по всей видимости, не принимают в ней участия. Это явление в 1835 году Берцелиус назвал катализом.

Казалось вероятным, что химические процессы в живых тканях могут протекать при очень мягких условиях, потому что в тканях присутствуют различные катализаторы, которых не существует в неживой природе.

В 1833 году французский химик Ансельм Пэйян (1795-1871) экстрагировал из проросшего ячменя вещество, которое расщепляло крахмал до сахара. Он назвал это вещество диастазой. Диастаза и другие подобные вещества были названы ферментами. Во второй половине XIX века стало ясно, что ферменты являются катализаторами.

В 1897 году немецкий химик Эдуард Бухнер (1860-1917) доказал, что ферменты могут с успехом действовать и вне клеток. Это было серьезным ударом по витализму, однако это не было его окончательным разгромом. Предстояло еще многое узнать о молекулах белка.

На протяжении прошлого столетия ферменты считались таинственными веществами, которые выявлялись лишь по их действию. В 1926 году американский биохимик Джеймс Самнер (1887-1955) выделил фермент, катализирующий реакцию расщепления мочевины на аммиак и углекислый газ (уреазу) и доказал его белковую природу. В 1930-1935 годах подобные работы были проделаны в отношении пепсина (желудок), трипсина и химотрипсина (поджелудочная железа).

Особенно значительный вклад в изучение белков внесли шведский химик Теодор Сведберг, американский химик Лайнус Полинг, английские биохимики Макс Фердинанд Перутц, Джон Каудери Кэндрю, Фредерик Сэнгер.

К середине XX века секреты молекулы белка были раскрыты. Но вдруг оказалось, что химическая основа жизни вовсе не белок, а другое вещество. В 1944 году американский бактериолог Освальд Теодор Эвери с сотрудниками доказал, что генетической функцией обладают не белки, а нуклеиновые кислоты. С этого момента началось энергичное изучение нуклеиновых кислот. В 1953 году структура молекул нуклеиновых кислот была расшифрована (работа английского биохимика Фрэнсиса Крика и американского биохимика Джеймса Уотсона).

Открытие Крика и Уотсона положило начало бурному развитию молекулярной биологии, или, как ее теперь чаще называют, физико-химической биологии. К главным достижениям этой науки относятся расшифровка генетического кода и открытие механизмов биосинтеза белка, искусственный синтез гена и пересадка генов. В результате родилась генетическая инженерия, успехи которой вызывают как надежды на управление наследственностью, так и опасения, связанные с возможностью создания особо опасного биологического оружия.

 

Панорама современного естествознания и его незавершенность.

Перед человечеством встали очень серьезные проблемы, порожденные самим прогрессом, решение которых невозможно только в рамках естественно-научной культуры. Решение этих проблем предполагает не только объединение усилий естественников и гуманитариев, но и переход в состояние новой единой культуры.

Тем не менее, естествознание продолжает решать свои сложные проблемы, от которых зависит судьба цивилизации.

Физика, пытаясь познать строение вещества, открывает все новые тайны микромира, ищет новые источники и новые способы получения энергии, изучает природу гравитации и пытается построить единую теорию поля. Она изучает свойства и поведение вещества при сверхнизких и свехвысоких температурах и давлениях.

Химия дарит человеку все новые искусственные материалы, полимеры, препараты.

Биология раскрывает молекулярные механизмы метаболизма, иммунитета, памяти, наследственности, механизмы высшей нервной деятельности, поведения.

Науки о Земле заняты проблемами освоения Мирового океана, изучением тектоники плит и предсказанием землетрясений, глобальными климатическими процессами и проблемой прогнозов погоды, решением проблемы падения плодородия почв и судьбами биосферы.

“Космические” проблемы: влияние космических факторов на человека и жизнь вообще, на климат, защита от комет и астероидов, крупных метеоритов, проблема “пришельцев” и внеземной жизни, внеземных цивилизаций, строение и эволюция Вселенной.

 

Литература

1.   Введение в философию. В двух частях. М., Изд. полит. лит., 1989

2.   Ичас М. О природе живого: механизмы и смысл. М., Мир, 1994

3.   Лазарев В.В. Шеллинг. М., Мысль, 1976

4.   Нарский И.С. Кант. М., Мысль, 1976

5.   Овсянников М.Ф. Гегель. М., Мысль, 1971

6.   Свасьян К.А. Иоганн Вольфганг Гте. М., Мысль, 1989

7.   Фролов И.Т. О человеке и гуманизме. Работы разных лет. М., Изд. полит.лит., 1989, 560 с.

Раздел 1. ФИЗИКА ГЛАЗАМИ ГУМАНИТАРИЯ: ОБРАЗЫ ФИЗИКИ

 

Пространство, время и материя в контексте культуры

Явления и процессы, происходящие с взаимодействующими объектами, протекают в пространстве и времени. Пространство и время обладают определенными свойствами, влияющими на ход физических явлений.

Вселенная Демокрита - Левкиппа состоит из пустого пространства и бесконечного множества неделимых мельчайших частиц - атомов, отличающихся не качественно (как у Анаксагора), а лишь по своему очертанию, положению и распределению.

Под природой Аристотель понимал совокупность физических тел, состоящих из вещества и находящихся в состоянии непрерывного движения или изменения. Всякое движение протекает во времени и пространстве. Пространство сплошь заполнено материей. Поэтому нет ни пустоты, ни мельчайших неделимых частиц - атомов, которые бесконечно падают в этой пустоте.

Природа Декарта сплошь заполнена материальными частичками. Духовное начало ее не зависит от материального. Основное свойство материи -протяженность. Пустого пространства не существует. Материальный мир находится в вечном движении, совершающемся в полном соответствии с законами механики. Отсюда и все процессы в природе можно свести к простому перемещению частиц в пространстве. Декарт выдвигает идею первоначального толчка, который привел в движение бесконечную непрерывную протяженность.

Согласно Ньютону, и пространство, и время абсолютны. Это означает, что пространство, в котором мы живем, может быть уподоблено существующему вечно, неограниченно большому, неподвижному “ящику” без стенок -вместилищу материи. Свойства этого “ящика” не меняются с течением времени и не зависят от того, как в нем распределено и перемещается вещество. Время во всех точках пространства текло и течет одинаково, т.е., в какие бы области пространства мы ни помещали часы, время они будут отсчитывать с одной и той же скоростью. Распределение вещества в таком неизменном пространстве и его движение определяются действием закона всемирного тяготения. Согласно этому закону, тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Поскольку время во всех областях пространства течет одинаково, а само пространство неизменно, то с помощью закона всемирного тяготения всегда можно рассчитать положение и движения небесных тел и друг относительно друга, и относительно “ящика” - абсолютного пространства.

В математике свойства какого-либо пространства, или, как говорят, его метрика, определяются видом той линии, которая кратчайшим образом соединяет две произвольные точки в нем. Как известно из повседневного опыта, в пространстве, в котором мы живем, кратчайшее расстояние между двумя точками есть прямая линия. Такое пространство называется евклидовым - по имени древнегреческого математика Евклида, который первым рассмотрел его свойства.

Ньютоновские представления о пространстве и времени верны лишь в относительно небольших по астрономическим масштабам областях пространства и для относительно коротких по тем же меркам промежутков времени. Они перестают соответствовать действительности только тогда, когда речь идет об описании Вселенной в целом, а также в сильных полях тяготения.

В 1916 г. А.Эйнштейн создал общую теорию относительности, которую часто называют современной теорией гравитационного поля, а также теорией структуры “пространства-времени”. Как оказалось, эти два понятия органически связаны.

Из общей теории относительности следует, что реальное пространство нашей Вселенной неевклидово. Более того, геометрия нашего пространства меняется с течением времени, а само время течет с разной скоростью в разных областях Вселенной.

Согласно этой теории, геометрические свойства пространства, изменение его геометрии со временем, а также скорость течения самого времени зависят от распределения и движения вещества - материи. В свою очередь, движение материи и распределение ее в пространстве зависят от его геометрии. Оба процесса взаимосвязаны: распределение и движение материи изменяют геометрию пространства-времени, а изменение геометрии пространства-времени определяет характер распределения и движения в нем материи. Эти процессы самосогласованы. А это означает, что и пространство, и время не абсолютны, а относительны - они проявляют себя по разному в зависимости от конкретных условий.

Согласно общей теории относительности, степень искривления пространства, т.е. степень отклонения его от евклидовой геометрии, сильнее там, где материя обладает большей энергией. В этих же условиях время течет медленнее.

Наше пространство является “плоским” в том смысле, что оно удовлетворяет всем аксиомам геометрии Евклида. Движение свободного тела в таком пространстве является равномерным и прямолинейным - движением по инерции. Движение тел по инерции есть проявление однородности пространства и времени.

Однородность пространства означает, что любая его точка физически равноценна, т.е. перенос любого объекта в пространстве никак не влияет на процессы, происходящие с этим объектом. (Один и тот же физический эксперимент, поставленный в Москве или в Нью-Йорке, дает одинаковые результаты).

Однородность времени нужно понимать как физическую неразличимость всех моментов времени для свободных объектов. Другими словами, если объекты не взаимодействуют с окружением, то для них любой момент времени может быть принят за начальный. (В свое время Архимед открыл законы плавания тел. В настоящее время каждый из нас может легко их воспроизвести).

Вблизи таких объектов, как, например, черные дыры, пространство может обладать очень сложными геометрическими формами. Огромные массы вещества, содержащиеся в галактиках и их скоплениях, искривляют пространство. Однако кривизна реального пространства Вселенной мало отличается от нуля. Вот почему кратчайшее расстояние между двумя точками в земных условиях и до ближайших звезд нашей Галактики есть все же прямая линия.

Эйнштейн показал органическую взаимосвязь пространства и времени, относительность пространственных и временных соотношений в материальном мире. Пространство и время определяются распределением и движением масс материи. В связи с этим на смену представлениям о бесконечной неизменной Вселенной приходят другие представления.

Чтобы легче понять, какова модель Вселенной по Эйнштейну, обратимся к двумерному пространству. Представим себе плоское существо, “жука”, живущее на растяжимой поверхности. Бросим на эту поверхность стальной шар, поверхность прогнется, но жук этого не заметит, так как вне этой поверхности для него ничего не существует. Если бросим второй шарик, то он скатится в углубление в первому, а жуку покажется, что второй шарик притянулся к первому.

Эта аналогия позволяет понять теорию Эйнштейна, согласно которой вблизи всякого инертного тела пространство искривляется. В искривленном пространстве наименьшим расстоянием между двумя точками является геодезическая кривая. В таком пространстве свободное движение тела происходит по геодезической кривой.

Если представить, что криволинейное движение тел под действием силы тяготения - это свободное движение в искривленном пространстве, то можно считать, что всякое тело вблизи себя искривляет пространство и это искривление передается подобно волне, от точки к точке. Тогда не надо будет говорить о силах тяготения.

Но движение под действием этих сил не только криволинейное, ускорение может меняться и по модулю. Чтобы объяснить тяготение изменением свойств пространства, надо превратить время в одно из измерений пространства. В теории относительности фигурирует четырехмерное пространство (четвертой координатой является время), искривление которого позволило Эйнштейну полностью объяснить все явления, связанные с тяготением. Это искривление производят тела. В зависимости от плотности вещества геометрия такого пространства может быть приближенно евклидовой, или геометрией Лобачевского, или геометрией Римана.

Представления об искривленном пространстве дали возможность построить модели Вселенной, отличные от модели Ньютона. По одной из моделей мир безграничен, но не бесконечен (пример с поверхностью шара).

В 1922 году А.А.Фридман показал, что теория тяготения Эйнштейна позволяет построить еще две равноправные модели Вселенной: закрытую, подобно поверхности шара, и открытую (расширяющийся цилиндр).

Во времена Аристотеля считалось, что весь материальный мир построен из четырех основных субстанций - земли, воздуха, огня и воды. Это были своего рода “элементарные частицы” природы. В начале 30-х годов нашего столетия современная наука смогла найти более приемлемое описание строения вещества на основе четырех типов элементарных частиц - протонов, нейтронов, электронов и фотонов. Это была простая и привлекательная схема: с помощью всего лишь четырех типов элементарных частиц, следуя законам квантовой механики, удалось объяснить природу химических элементов, их соединений и испускаемых ими излучений. Добавление пятой частицы - нейтрино - позволило объяснить также процессы радиоактивного распада. Казалось, что названные элементарные частицы являются основными кирпичиками мироздания.

Но эта кажущаяся простота вскоре исчезла. Были открыты позитрон и более сотни различных мезонов. Изобилие типов элементарных частиц поставило перед физиками трудный вопрос о том, что лежит в основе строения вещества. И пока еще не удалось найти ключа к решению загадки элементарных частиц.

 

Литература

1. Авакян С.В., Коваленок В.В. Неопознанные явления - “проделки” плазмы?/Природа, 1992, 6

2. В поисках истины (Мигдал)/ Природа, 1992, 4

3. Торн К.С. Черные дыры и искривление времени: дерзкое наследие

4. Эйнштей на/ Природа, 1994, 1, 2, 5, 7, 8, 10, 11

5. Шрейдер Ю.А. Препятствие - логика/ Природа. 1992. 1

 

Тема 1.1. Физика необходимого Мир дискретных объектов - физика частиц

Учение о дискретном, корпускулярном строении материи возникло в античной философии (атомистика Левкиппа - Демокрита). Согласно Демокриту материя состоит из атомов, которые есть предел ее физической делимости, а пространство - из амер, которые есть предел математической делимости пространства.

С появлением физики и химии атомистическая гипотеза стала естественнонаучным учением. Атом стал рассматриваться как наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его химических свойств. Наряду с понятием атома было введено представление о молекуле, которая представляет собой наименьшее количество вещества, вступающее в реакцию.

Применение атомистики позволило решить ряд фундаментальных проблем физики и химии: механизм химических реакций, природа тепловых процессов, статистический характер закона возрастания энтропии и др. М.Планк показал, что процессы поглощения и излучения энергии носят дискретный характер. Эйнштейн теоретически обосновал идею дискретности электромагнитного поля. Согласно квантовой теории любое физическое поле имеет дискретную природу.

Дискретность проявляется и в макромире, где существуют обособленные друг от друга клетки, многоклеточные организмы, виды, экосистемы.

 

Состояние физической системы и его изменение со временем

Состояние системы - физическая характеристика системы, определяемая значениями характерных для системы физических величин.

Состояние материальной точки в механике определяется заданием координат и скорости. Закон движения m*Dv/Dt=F связывает ее состояния в различные моменты времени. Если известны начальные координаты и скорость точки, а также силы как функции координат, то тем самым полностью определяется все последующее движение материальной точки. Задав любой момент времени из приведенной формулы можно определить координаты и скорость точки в этот момент.

Для количественного изучения движения любых объектов необходимо иметь систему отсчета. Под системой отсчета понимают систему координат и часы, связанные с телом отсчета.

В качестве системы координат пользуются прямоугольной декартовой системой. В качестве часов используется любой периодический процесс, который осуществляется в природе.

Если в качестве тела отсчета берут свободно движущееся тело, то система отсчета называется инерциальной. Инерциальных систем отсчета можно выбрать сколько угодно, и все они будут относительно друг друга двигаться по инерции. Нет критерия, по которому мы могли бы предпочесть одну инерциальную систему отсчета другой, также инерциальной. Все инерциальные системы отсчета являются физически эквивалентными.

Какое бы физическое явление ни рассматривалось, с точки зрения любых инерциальных систем отсчета оно выглядит совершенно одинаковым. Это означает, что математическая формулировка закона природы должна быть таковой, чтобы она не менялась при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Это положение в физике называют принципом относительности.

Если известно положение материальной точки в одной инерциальной системе отсчета, то можно определить ее положение в другой инерциальной системе, используя преобразования Галилея:

x = x’ + Vt,

t = t’

Второе равенство выражает абсолютность времени, т.е. его независимость от выбора инерциальной системы отсчета.

Равенства

Dx = Dx’

Dt = Dt’

выражают независимость длин и промежутков времени от выбора инерциальных систем отсчета. Другими словами, размеры тел и ход времени не зависят от того, что эти тела находятся в состоянии движения.

Из равенства

v = v’ + V

следует, что скорость есть понятие относительное; ее значение зависит от выбора системы отсчета. В частности, если в некоторой системе отсчета тело покоится, то относительно всех других оно движется с той или иной постоянной скоростью. Если положить v’=0, то v = V.

Равенство

Dv/Dt=Dv’/Dt’

означает, что ускорения тел во всех инерциальных системах одинаковы.

В 1905 году Эйнштейном опубликована специальная теория относительности. Два основных постулата отличают специальную теорию относительности от классической физики:

1) обобщенный принцип относительности, утверждающий, что во всех инерциальных системах отсчета законы механики одинаковы;

2) предельная скорость распространения взаимодействий совпадает со скоростью света в вакууме (Ньютоновская механика утверждает, что в принципе возможно распространение взаимодействий, передача сигналов, информации с бесконечной скоростью).

Преобразования Лоренца учитывают существование предельной скорости, но содержат преобразования Галилея как предельный случай, когда скорости v<c.

С точки зрения движущихся систем отсчета размеры тел или расстояния между двумя точками в пространстве уменьшаются.

Темп времени у движущихся часов замедляется. Преобразования Лоренца имеют в современной физике фундаментальное значение. Механику, учитывающую наличие предельной скорости c, называют релятивистской.

Два следствия из СТО: 1 - одновременность двух событий относительна. Если два события, произошедшие в разных точках, одновременны в одной инерциальной системе отсчета, то они не одновременны во всех других системах.

2 - тело с массой покоя m обладает энергией . Она может выделяться, если уменьшить массу тела. Она и выделяется: чуть-чуть при химических реакциях и в миллионы раз интенсивнее при ядерных реакциях.

В классической физике принцип относительности утверждался только для законов механики. В специальной теории относительности он провозглашен как общий закон природы. Согласно ему законы природы инвариантны во всех инерциальных системах отсчета.

Законы динамики и детерминизм Лапласа. В 1687 году Исаак Ньютон издал свою важнейшую работу “Начала”. Ньютон не изобрел динамику; напротив, он максимально использовал работы предшественников, особенно детальные эксперименты и рассуждения Галилея. Величайшей заслугой Ньютона было полное описание динамики движущихся тел.

Первый закон Ньютона или закон инерции: если действующая на тело результирующая сила равна нулю, то ускорение тела равно нулю и тело движется с постоянной скоростью.

Fрез=0  a = 0, или v = const.

Таким образом, если к телу, находящемуся в состоянии покоя, не приложено никаких сил, оно продолжает оставаться в состоянии покоя; если тело движется, оно сохраняет постоянную скорость.

Второй закон Ньютона: Ускоренное движение тела может быть вызвано только силой, приложенной к этому телу. Ускорение пропорционально действующей на тело силе, причем коэффициент пропорциональности характеризует инерцию, или массу тела, т.е. F=ma.

Третий закон Ньютона: если тело 1 действует на тело 2 с какой-либо силой, то тело 2 действует на тело 1 с равной противоположно направленной силой. Таким образом, любая сила всегда встречается в паре с равной по величине противодействующей силой, т.е. F12 = -F21. Это соотношение позволяет нам, по крайней мере в принципе, дать точное определение массы.

Третий закон выполняется приближенно, но с очень высокой степенью точности, если взаимодействующие тела расположены так близко друг к другу, что воздействие передается за время, практически равное нулю.

Открытие законов механики послужило основой для формирования механистической картины мира, согласно которой миром правят строгие однозначные законы, не допускающие никаких случайностей. Течение всех процессов определялось начальными условиями, мир представлялся состоящим из вечных, неделимых частиц, движение которых всегда можно описать с помощью законов механики.

Согласно представлениям того времени чья-то смерть или рождение, хорошая погода сегодня или война в будущем были предопределены существовавшим до этого расположением и скоростью частиц, составляющих Вселенную. “Природа проста и не роскошествует излишними причинами”, - утверждал один из создателей механистической картины мира - Исаак Ньютон.

Лаплас: “Мы можем рассматривать настоящее состояние Вселенной как следствие ее прежних состояний и как причину для будущих. Разумное существо, которое могло бы знать в какой-то момент времени все действующие в природе силы, а также соответствующие положения всех составных частей природы, смогло бы, при наличии достаточных аналитических способностей для оценки этих данных, охватить движение небесных тел и мельчайших атомов с помощью одной формулы. Ничто не укрылось бы от существа; прошедшее и будущее, в равной степени открытые, легли бы перед ним”.

С открытием статистических закономерностей, которые вошли в науку с работами Дарвина, Максвелла, Больцмана, начали формироваться новые представления о мире, которые более адекватно отражали существующие в нем взаимосвязи.

 

Импульс, энергия и момент системы как меры движения

Для материальной точки произведение массы тела (или частицы) на его скорость называют его импульсом p=mv.

Энергия представляет собой способность совершать работу. Существует три основных вида энергии:

1) кинетическая энергия, характеризующая состояние движения тела,

 

2) потенциальная энергия, обусловленная силами, действующими на тело со стороны других тел,

Eпот=mgh,

3) собственная энергия, связанная с массой покоя тела формулой Эйнштейна

Момент импульса (момент количества движения) есть произведение расстояния от тела до оси вращения на перпендикулярную компоненту импульса

L=rp=rmv.

Момент импульса является векторной величиной. Направление вектора момента импульса совпадает с направлением перемещения винта с правой нарезкой, если винт вращается в ту же сторону, что и объект.

В изолированной системе различные формы энергии могут превращаться друг в друга без потерь. Иными словами, в любом физическом процессе энергия сохраняется.

Например, потенциальная энергия может превращаться в кинетическую и обратно без всяких потерь. Иными словами, тело массой m, падая с высоты h, приобретает кинетическую энергию , равную потенциальной mgh.

Чтобы применять законы сохранения для совокупностей частиц (систем) или для макроскопических тел, следует отыскать ту точку системы или тела, которая всегда движется в соответствии с законами сохранения. Такая точка называется центром масс системы.

1. В отсутствие внешних сил центр масс системы движется с постоянной скоростью.

2. Если к системе как к единому целому приложена сила F, то центр масс приобретает ускорение a = F/M, где M - общая масса системы.

3. В отсутствие моментов внешних сил полный момент импульса системы относительно ее центра масс остается постоянным.

 

Мир непрерывных объектов - физика полей (континуум)

Представление о континууме также родилось в античную эпоху и выразилось, в частности, в лестнице веществ и существ Аристотеля.

Понятие континуума как одно из уточнений категории непрерывности имеет важные методологические функции. Например, Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716) считал, что непрерывность обладает онтологическим статусом (“Природа не делает скачков”) и выступает необходимым условием истинности законов природы. Учение, согласно которому все тела сложены из простых элементов, совершенно правильно. Но атомы не могут быть такими элементами: их неделимость - фикция, ибо материя делима до бесконечности. Неделимыми могут быть только атомы нематериальные, силовые. Их Лейбниц назвал монадами.

Идею непрерывности развил далее Боннэ (1720-1793) в форме “лестницы существ”: природа не терпит скачков; все в ней совершается постепенно и равномерно путем оттенков. Вот почему между классами или родами организмов существуют промежуточные группы. Существует постепенный переход от человека к животному, от животного к растению и от растения к минералу.

В физике под континуумом понимается идеализированная модель единого физического пространства-времени. Она получается путем отождествления точек геометрического континуума с точками физического пространства-времени и определения на геометрическом континууме метрических отношений и функциональных связей посредством мысленного воспроизведения движений твердых тел (в классической механике) или световых сигналов (в теории относительности).

В соответствии с представлениями общей теории относительности метрическая структура пространственно-временного континуума детерминируется распределением плотности вещества и излучения во Вселенной. Континуальная модель физического пространства-времени - результат становления и развития классической математики и классической (неквантовой) физики.

 

Сплошная среда и упругие волны

Волной называют распространение в пространстве изменения состояния. Изменение состояния в физике означает изменение значения какой-либо физической величины. Например, при распространении звуковых волн в каждой точке пространства изменяется с течением времени деформация (сжатие-разрежение), в случае электромагнитной волны - значения напряженности электрического и магнитного полей

Волновое движение возникает в том случае, если движение данной частицы влияет на движение соседних с ней частиц и испытывает их влияние.

Примеры волнового движения: морские волны, звуковые волны, электромагнитные (световые и радиоволны).

Если частицы перемещаются перпендикулярно направлению распространения волны, волны называются поперечными. Если частицы перемещаются взад-вперед вдоль направления распространения волны, волны называются продольными. Помимо бегущих волн бывают волны стоячие. Синусоидальная волна, форма которой между двумя закрепленными точками остается неизменной, а амплитуда меняется в зависимости от времени, называется стоячей волной.

Волны, распространяющиеся прямолинейно вдоль струны или пружины, называются одномерными. От источника звука в воздухе распространяются сферические (трехмерные) звуковые волны. Колеблющаяся доска возбуждает на поверхности воды двумерные плоские волны.

 

Взаимодействие: концепции близкодействия и дальнодействия

Большинство сил, с которыми мы имеем дело в повседневной жизни, представляют собой силы контактного типа, возникающие при соприкосновении. В древности для людей реальными были только контактные силы. Казалось совершенно невероятным, что Солнце действует реальной силой на Землю, поскольку между этими телами нет контакта.

Создание Ньютоном теории всемирного тяготения привело к возникновению совершенно новых представлений. Согласно этой теории, Земля, Луна, Солнце и вообще все планеты действуют друг на друга определенными силами, несмотря на то, что они не соприкасаются и между ними нет никакой материальной среды, которая могла бы передавать действие сил.

Для описания гравитационного взаимодействия пришлось ввести понятие о “действии на расстоянии”. Ньютон не пытался объяснить, почему действие гравитационной силы передается через пустоту. Для решения проблемы сил, действующих на расстоянии, “изобрели” эфир. Представление об эфире просуществовало вплоть до начала нашего века и было окончательно развенчано теорией относительности Эйнштейна. Место теории эфира заняла теория поля.

Любую физическую величину, которая имеет вполне определенное значение в каждой точке пространства, можно рассматривать как величину, характеризующую поле.

С математической точки зрения поле - это произвольная функция или набор функций, координат r = x,y,z и времени t.

Большинство представляющих интерес для физики полей являются векторными; к ним относятся гравитационное, электрическое, магнитное и другие поля.

Соответствующая величина, характеризующая поле, изменяется в пространстве непрерывно в математическом смысле. Именно таким образом меняются некоторые физические величины, к примеру вектор гравитационной силы.

 

Электромагнитное поле и электромагнитные волны

С открытием М.Фарадея в науку вошло представление об электромагнитном поле как о материальной среде, как о непрерывной материи, заполняющей пространство. Поле является материальной субстанцией. Электромагнитная картина мира утвердилась благодаря работам Максвелла.

Майкельсон доказал, что свет - электромагнитное поле - сам является видом материи, для его распространения нет необходимости в какой-либо среде - эфире.

Эйнштейн, будучи еще шестнадцатилетним юношей, подолгу размышлял о свойствах электромагнитного поля, и в частности о том, каким представлялось бы электромагнитное поле для наблюдателя, который “летит” вдогонку за ним со скоростью света. Впоследствии он рассказывал, что никак не мог себе представить, каким было бы электромагнитное поле для такого наблюдателя, и, наверное, из этой невозможности родилась позже уверенность, что “луч света нельзя догнать”: с какой бы скоростью мы ни гнались за ним, он уходит от нас со скоростью 300 000 км/сек - скорость света во всех инерциальных системах отсчета одинакова. Это один из постулатов специальной теории относительности.

При ускоренном движении электрических зарядов возникает изменяющееся во времени электромагнитное поле и источник испускает электромагнитные волны. Электромагнитное излучение обладает энергией и импульсом. Например, электромагнитное излучение переносит на Землю энергию Солнца и снабжает ее светом и теплом, необходимыми для поддержания жизни. Импульс, связанный с падающей на Землю солнечной энергией, очень мал, поэтому мы его не замечаем (не испытываем давления, обусловленного импульсом световых волн). Однако действие импульса солнечного излучения (радиационное давление, или давление света) можно видеть, наблюдая хвосты комет. Под действием радиационного давления хвосты комет направлены от Солнца.

Многообразие диапазонов электромагнитного излучения.

{bml ris1.bmp}

Электронные методы позволяют генерировать электромагнитные волны с частотами до  Гц. Эта область частот простирается от радиоволн до микроволн.

В диапазоне радиоволн работают обычное радиовещание, телевидение, воздушная и морская связь, любительские радиостанции; радиолокация и радиорелейные линии используют микроволновый (сверхвысокочастотный) диапазон.

Для генерации излучения с частотами выше микроволнового диапазона используется излучение атомов. Верхний предел частот, которые могут генерировать атомные системы, составляет около  Гц; излучение более высоких частот (гамма-лучи) испускается атомными ядрами.

Различные диапазоны электромагнитных волн получили разные названия, но все эти виды излучения имеют единую природу и отличаются друг от друга только своими частотами

Интерференция, дифракция и поляризация света

В любых волновых процессах, где складываются две или несколько волн, происходит интерференция. Импульсы противоположных знаков при встрече гасят друг друга - это деструктивная интерференция. Если знаки импульсов одинаковы, то при встрече они складываются - это конструктивная интерференция.

Дифракция вызывает огибание волной препятствия и заставляет волну расходиться после прохождения через узкое отверстие.

В 1808 году французский физик Э.Малюс на основании опытов с кусками исландского шпата и опираясь на корпускулярную теорию света Ньютона, предположил, что корпускулы в солнечном свете ориентированы беспорядочно, но после отражения от какой-либо поверхности или прохождения сквозь анизотропный кристалл они приобретают определенную ориентацию. Такой “упорядоченный” свет он назвал поляризованным.

При распространении электромагнитной волны в ней совершают колебания вектор напряженности электрического поля E и вектор индукции магнитного поля B. Эти векторы взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости, перпендикулярной распространению волны. Если колебания вектора E происходят в одной плоскости, то говорят, что свет плоскополяризован.

Квант света, излученный атомом, поляризован всегда. Однако излучение макроскопического источника света (Солнце, электролампа) является суммой излучений огромного числа атомов, которые излучают свет с различной поляризацией. Такой свет называется неполяризованным. Для выделения из неполяризованного света части, обладающей желаемой поляризацией, используют поляризаторы (кристалл исландского шпата или турмалина, искусственные поляризаторы).

Литература