Взаимосвязь естественнонаучных и гуманитарных типов культур

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Стремление человека к познанию окружающего мира бесконечно. Одним из средств этого познания является естествознание. Оно активно участвует в формировании мировоззрения каждого человека отдельно и общества в целом.

Естествознание, и его отдельные отрасли являются некоторой системой взглядов на всю природу и на ее части.

В широком смысле слова: природа - это все, сущее в бесконечном многообразии своих проявлений, а в узком - природа обычно противопоставляется обществу. Под наукой обычно понимают сферу человеческой деятельности, в рамках которой вырабатываются и систематизируются объективные знания о действительности.

Наука -- это один из древнейших, важнейших и сложнейших компонентов человеческой культуры. Это и целый многообразный мир человеческих знаний, который позволяет человеку преобразовывать природу и приспосабливать ее для удовлетворения своих все возрастающих материальных и духовных потребностей. Это и сложная система исследовательской деятельности, направленная на производство новых знаний. Это и социальный институт, организующий усилия сотен тысяч ученых-исследователей, отдающих свои знания, опыт, творческую энергию постижению законов природы, общества и самого человека.

Наука теснейшим образом связана с материальным производством, с практикой преобразования природы, социальных отношений. Большая часть материальной культуры общества создана на базе науки, и прежде всего достижений естествознания. Научная картина мира всегда была и важнейшей составной частью мировоззрения человека. Научное понимание природы, особенно в настоящую эпоху, существенно определяет и содержание внутреннего духовного мира человека, сферу его представлений, ощущений, переживаний, динамику его потребностей и интересов.

Когда говорят, что все явления природы и процессы происходят в пространстве и времени, подразумевают при этом, что для их описаний требуется указание места, где они происходят, и времени, когда происходят. То, что происходит в данной точке и в данный момент времени, называют в физике элементарным событием. Совокупность же всех возможных событий принято называть миром, где каждому отдельному событию соответствует мировая точка, а процессу, т. е. последовательности элементарных событий -- мировая линия.

Реальное физическое пространство принимается трехмерным, а время -- одномерным. Поэтому положение произвольной точки задается тремя числами или параметрами, а время -- одним числом. Способ, посредством которого каждому событию ставится в соответствие набор четырех чисел, называют системой отсчета.

При практическом построении координатной системы отсчета выбирают тело отсчета или совокупность тел отсчета и некоторую точку -- начало отсчета, а также три фиксированных направления -- оси координат. К ним добавляют эталонный масштаб длины, позволяющий определять расстояния, единицы угловых измерений, а также соответствующие приборы и инструменты, с помощью которых находят три параметра, которые принимаются в качестве координат выбранной точки. Для измерения промежутков времени и определения моментов наступления событий задаются: начало отчета времени и эталонные часы, причем предполагается, что часами снабжены все точки пространства и часы синхронизированы между собой. Под часами понимают любой строго периодический процесс, продолжительность которого принимается за единицу.

Химия -- это «наука, изучающая свойства и превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и строения». Она изучает природу и свойства различных химических связей, энергетику химических реакций, реакционную способность веществ, свойства катализаторов и т.д.

Своеобразную программу исследования химических явлений впервые сформулировали и приняли ученые-химики на первом Международном съезде химиков в Карлсруэ в Германии в 1860 г. Они исходили из того, что:

все вещества состоят из молекул, которые находятся в непрерывном и самопроизвольном движении;

все молекулы состоят из атомов;

атомы и молекулы находятся в непрерывном движении;

атомы представляют собой мельчайшие, далее неделимые составные части молекул.

Этим подводился своего рода итог развитию представлений о веществе как состоящем из неделимых атомов и молекул. На данной концептуальной основе в середине XIX в. была разработана стройная атомно-молекулярная теория, которая впоследствии оказалась не в состоянии объяснить многие экспериментальные факты конца XIX -- начала XX в. Картина прояснилась с открытием сложного строения атома, когда стали ясны причины связи атомов, взаимодействующих друг с другом. В частности, химические связи указывают на взаимодействие атомных электрических зарядов, носителями которых оказываются электроны и ядра атомов.



1. СПЕЦИФИКА И ВЗАИМОСВЯЗЬ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО И ГУМАНИТАРНОГО ТИПОВ КУЛЬТУР

Для начала определимся с исходными понятиями. Коль скоро речь пойдет о типах культур, то в определении нуждается в первую очередь само понятие «культура». Оставив в стороне дискуссии о сложности и неоднозначности этого понятия, остановимся на одном из самых простых его определений:

Культура -- это совокупность созданных человеком материальных и духовных ценностей, а также сама человеческая способность эти ценности производить и использовать.

Культура -- это все, что создано человеком как бы в добавление к природному миру, хотя и на основе последнего. Наглядно проиллюстрировать этот тезис может известное античное рассуждение о «природе вещей»: сохранится только природная основа этого предмета, а чисто человеческая -- исчезнет.

Однако кроме тривиальной мысли о хрупкости созданий нашей культуры можно извлечь и другую мораль. Суть ее в том, что мир человеческой культуры существует не рядом с природным, а внутри него, и потому неразрывно с ним связан. Следовательно, всякий предмет культуры в принципе можно разложить, как минимум, на две составляющие -- природную основу и его социальное содержание и оформление.

Именно эта двойственность мира культуры и является в итоге основанием возникновения двух ее типов, которые принято называть естественно-научным типом и гуманитарным. Предметная область естественнонаучной культуры -- чисто природные свойства, связи и отношения вещей, «работающие» в мире человеческой культуры в виде естественных наук, технических изобретений и приспособлений, производственных технологий и т.д.

Гуманитарный тип культуры охватывает область явлений, в которых представлены свойства, связи и отношения самих людей как существ:

во-первых, социальных (общественных);

во-вторых, духовных, наделенных разумом.

В него входят «человековедческие» науки (философия, социология, история и др.), а также религия, мораль, право и т.д.

1.1 Истоки и предмет спора «двух культур»

Наличие в единой человеческой культуре двух разнородных типов (естественно-научного и гуманитарного) культур, стало предметом философского анализа еще в XIX в., когда формировалось большинство наук о проявлениях человеческого духа (религиоведения, эстетики, теории государства и права). Однако в ту эпоху интерес к данной проблеме носил больше теоретический, академический характер. В XX в. эта проблема перешла уже в практическую плоскость: возникло четкое ощущение растущего разрыва естественно-научной и гуманитарной культур. А это совершенно реальная угроза развитию культуры. Ведь культура -- это, прежде всего, система общественных ценностей. Общее признание какого-либо набора таких ценностей консолидирует, сплачивает общество. Поклонение же разным ценностям, ценностный раскол в культуре -- явление достаточно опасное.

Взаимонепонимание и неприятие людьми разных систем ценностей всегда чревато негативными последствиями. То же относится и к разногласиям естествоиспытателей и гуманитариев.

К взаимопониманию же можно прийти, начав хотя бы с анализа причин и условий появления взаимонепонимания. Гуманитарная же культура предъявить что-нибудь равноценное, к сожалению, не смогла. Однако и принять стандарты и образцы мышления естествоиспытателей она упорно отказывалась. В итоге гуманитарная культура, культивируя свою специфику и обособленность, все больше производила впечатление какой-то старины.

В центре внимания оказались статус и общественная значимость двух типов наук: естественных и гуманитарных. Понятия соответствующих типов культур много объемнее и сложнее, и, в конечном счете, их современный облик и структуру определяют именно естественные и гуманитарные науки. Поэтому анализировать существо обсуждаемой проблемы в принципе легче и проще как раз на примере различения гуманитарного и естественнонаучного знания.

Ясно, что гуманитарные и естественные науки различаются по своему объекту. Первые изучают человека и общество, а вторые -- природу.

Поведение природных объектов однозначно детерминировано законами природы и поэтому четко предсказуемо. Планета Земля или какой-нибудь электрон не выбирают произвольно, по каким орбитам им двигаться или в какую сторону вращаться. Другое дело -- человек, обладающий свободой воли. Нет таких законов в природе, которые бы однозначно предписывали человеку, по каким траекториям ему перемещаться, какой род занятий (гуманитарный или естественно-научный, например) предпочесть или как свою страну обустроить. Более того, даже сам факт пребывания человека в этом мире, и тот может служить предметом его собственного произвольного выбора!

Между поведением человека и природных объектов можно обнаружить некие параллели и даже какое-то единство. Но есть одна чисто человеческая сфера реальности, аналогов которой в природном мире нет. Дело в том, что человек живет не только в мире вещей, но и в мире смыслов, символов, знаков.

Во всем, что делает человек, ему нужно отчетливо видеть, прежде всего, смысл! Бессмысленность деятельности (Сизифов труд) -- самое страшное наказание. Проясняют же смысл бытия человека, общества, Вселенной, а порой и его создают (просто придумывают) именно гуманитарные области знания.

Основная проблема различения гуманитарной и естественнонаучной культуры, заключается не в том, кто главнее или нужнее, а в том, почему стандарты научности естествознания слабо применимы в гуманитарных областях. И, соответственно, куда направлять усилия: продолжать ли, до сих пор не слишком удачные попытки внедрения естественнонаучных образцов и методов в гуманитаристику или сосредоточиться на выявлении специфики последней и разрабатывать для нее особые требования и стандарты научности?

Вопрос этот не имеет окончательного решения, и поиск ответа на него ведется по обоим обозначенным направлениям.

1.2 «Науки о природе» и «науки о духе»

Впервые проблема различия «наук о природе» и «наук о духе» была поставлена во второй половине XIX в. такими философскими направлениями, как неокантианство (Вильгельм Виндель-банд, Генрих Риккерт) и «философия жизни» (Вильгельм Дильтей). Накопленные с тех пор аргументы в пользу обособления двух типов научного знания выглядят примерно так:

Объяснение -- понимание. Объяснение -- главная и определяющая познавательная процедура в науках о природе. Истины в науках о природе доказываются: объяснение одинаково для всех и общезначимо. Истины же в науках о духе лишь истолковываются, интерпретируются: мера понимания, чувствования, сопереживания не может быть одинаковой.

Генерализация -- индивидуализация. Другим существенным основанием выделения специфики наук о природе и наук о духе являются особенности метода исследования. Для первых характерен метод генерализирующий (выделяющий общее в вещах), для вторых -- индивидуализирующий (подчеркивающий неповторимость, уникальность явления).

Цель наук о природе -- отыскать общее в разнообразных явлениях, подвести их под единое правило. И чем больше различных объектов подпадает под найденное обобщение (генерализацию), тем фундаментальнее данный закон. Обычный камень или целая планета, галактика или космическая пыль -- различия объектов несущественны, если речь идет о формуле закона всемирного тяготения: она одинакова для всех.

Любое историческое событие (революция, например) несет в себе, без сомнения, некоторые общие черты, сходство с другими событиями. При желании можно даже построить некую общую модель всех событий такого рода. Но без наполнения этой общей конструкции сугубо индивидуальными, личными страстями, эмоциями, амбициями конкретных участников не получится никакой истории. Только индивидуализация, воплощение как «темных», так и прогрессивных сил истории в конкретных людях и их делах может дать историку шанс сделать что-то ценное в своей науке.

Таким образом, «индивидуализирующий» метод наук гуманитарных противопоставляется «генерализирующему» методу наук естественных.

Отношение к ценностям. Следующим параметром, разводящим гуманитарные и естественные науки по разные стороны баррикад, является их отношение к ценностям. А точнее, степень влияния человеческих ценностей на характер и направленность научного знания.

Под ценностями обычно понимают общественную или личностную значимость для человека тех или иных явлений природной и социальной реальности. В науке, высшей ценностью можно смело объявлять истину.

В едином мире гуманитарной культуры мирно могут уживаться Христос и Будда, классика и модернизм и т.п. Не может избежать ценностно-окрашенных суждений и гуманитарно-научное знание. Естествознание же всегда гордилось тем, что в нем невозможны подобные ситуации. Естественные науки принимают «диктатуру фактов», которые должны найти свое объяснение, совершенно независимо от каких бы то ни было предпочтений и приоритетов познающего субъекта.

Таким образом, ценностная составляющая знания оказывается существенной в основном для гуманитаристики. Из естествознания ценности упорно изгонялись. Но, как показало развитие событий в XX в., и естественные науки не вправе считать себя полностью свободными от ценностей. Хотя, влияние последних на естествознание гораздо меньше и далеко не так очевидно, как в области знания гуманитарного.

Антропоцентризм. Естествознание потратило немало усилий, чтобы избавиться от присущего ему на первых порах антропоцентризма, т.е. представления о центральном месте человека в мироздании в целом.

В гуманитарных науках человек по-прежнему находится в центре внимания, представляет собой главную ценность и важнейший объект интереса. Гуманитарное знание антропоцентрично по определению.

Идеологическая нейтральность -- нагруженность. Еще одним важным следствием ценностной деформации научного знания является его идеологическая нагруженность. Дело в том, что ценностная природа знания в конечном счете означает его зависимость от приоритетов и предпочтений познающего субъекта. Но последний вовсе не абстрактная величина, а конкретный человек или группа лиц, которые работают в конкретных исторических условиях и, следовательно, принадлежат к не менее конкретному социальному слою, классу, нации и т.д. Каждая же из этих социальных групп обладает собственным набором экономических, политических, социальных и прочих интересов. Поэтому при изучении коллизий общественной жизни наличие таких интересов не может не влиять на конечные выводы исследователя, как бы тот ни старался этого избежать.

Теоретическое знание, в котором представлен тот или иной социально-групповой интерес, называется идеологией. Идеология не тождественна науке, но частично с ней совпадает, так как использует знание теоретического, научного уровня. Расхождение же между ними лежит в области целей и задач: наука ищет истину, идеология стремится обосновать и оправдать какой-либо социальный интерес. А поскольку истину в области обществознания ищут вполне конкретные представители определенных социальных групп (наций, классов и проч.), то происходит взаимоналожение научных и идеологических устремлений; и гуманитарные науки невольно оказываются идеологически нагруженными.

Субъектно-объектное отношение. Различия в объекте познания (мир природы и мир человека) являются, конечно, главным основанием выделения специфики гуманитарных и естественных наук. Но, оказывается в обоих случаях не менее важны и отношения объекта познания и его субъекта (того, кто познает). В области естествознания субъект (человек) и объект познания (природа) строго разделены. Человек как бы наблюдает природный мир «со стороны», отстраненно. В сфере же гуманитарной субъект (человек) и объект познания (общество) частично совпадают. Это самопознание общества. Такое положение приводит к весьма любопытным последствиям.

Количество -- качество. Существенное значение в обсуждаемой проблеме имеет и очевидная разница в объеме применения общенаучных методов естественной и гуманитарной отраслями научного знания. Естествознание, как известно, превратилось в полноценную науку с тех самых пор, как сумело опереться на экспериментально-математические методы. Со времен Г. Галилея представители естественных наук решили иметь дело только с теми характеристиками природных объектов, которые можно как-то измерить, выразить количественно (величина, масса, сила и проч.). А если сразу не получается, то с ними можно и нужно экспериментировать, т.е. создавать искусственно такие условия, при которых искомые количественные параметры обязательно проявятся. Именно упор на строго объективную количественную оценку изучаемых объектов и принес естествознанию славу «точных наук».

Гуманитариям в этом плане повезло меньше. Мало того, что изучаемые ими явления плохо поддаются математической (количественной) обработке, так еще и экспериментальные методы исследования весьма затруднены из-за моральных запретов. (Из гуманитарных наук разве что у психологии есть обширная экспериментальная база.)

Устойчивость -- подвижность объекта. Наверное, заслуживает упоминания и разница в степени устойчивости природных и социальных объектов. Изучение первых -- дело необычайно благодарное. Физик вполне может быть уверен, что какая-нибудь элементарная частица или целая звезда практически не изменились со времен древних греков. Для появления нового вида растений или животных тоже требуется не одна сотня, а то и тысяча лет. По сравнению с масштабами человеческой жизни природные объекты необычайно стабильны.

Постоянство же объектов социальных иное. Их динамика вполне сопоставима с протяженностью жизни отдельного человека. Среднее и старшее поколения нынешних россиян, к примеру, с некоторым изумлением констатируют, что они живут совсем в другой стране по сравнению с той, в которой прошла их молодость.

Таким образом, обособление гуманитарных и естественных наук явно не случайно. Основания их специфики глубоки и разнообразны.



2. КОНЦЕПЦИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ

2.1 Понятие пространства и времени

Пространство и время традиционно рассматривались в философии и науке как основные формы существования материи, ответственные за расположение, структурность и протяженность отдельных элементов материи относительно друг друга и за закономерную координацию сменяющихся друг друга явлений. Характеристиками пространства считались однородность - одинаковость свойств во всем пространстве и изотропность - независимость свойств от направления. Время также считалось однородным, т. е. любой процесс, в принципе, повторим через некоторый промежуток времени. С этим свойством связана симметрия мира, которая имеет большое значение для его познания. Пространство рассматривалось как трехмерное, а время как одномерное и идущее в одном направлении -- от прошлого к будущему. Время необратимо, но во всех физических законах от перемены знака времени на противоположный, ничего не меняется и, стало быть, физически будущее неотличимо от прошедшего.

Таким образом, пространство есть всеобщая объективная форма существования материи, являющаяся необходимым условием возникновения и движения конкретных материальных систем. Понятие "пространство" выражает:

1. взаимное расположение материальных систем (объектов) впереди, позади, вне, внутри, около, далеко, близко и т. д.;

2. способность их занимать определенный объем, иметь протяженность -- длину, ширину и высоту;

3. свойство материальных объектов иметь определенную форму, структуру.

Понятие "время" выражает также всеобщее свойство таких материальных систем и процессов, как:

1. длительность существования предметов, систем и развития их отдельных фаз, сторон, ступеней и т. д.;

2. порядок следования и смена состояний, известная последовательность процессов (до, после, одновременно и т. п.).

Пространство и время -- это не самостоятельные сущности, а коренные формы бытия, существования движущихся материальных систем. Пространство и время представляют собой формы, в которых проявляется активность материи. Им присущи такие всеобщие свойства, как объективность, безграничность и бесконечность, единство абсолютности и относительности, прерывности и непрерывности.

Несмотря на наличие общих свойств, пространство и время имеют свою специфику, а в ряде существенных свойств они различны. Пространство трехмерно и обладает свойством симметрии, а время -- одномерно и однонаправленно, течет от прошлого к настоящему и от него к будущему. В одномерном времени, его необратимости выражен непосредственный характер связи между меняющимися состояниями материальных объектов, а также охарактеризована общая тенденция следования одних материальных явлений за другими, переход от низших форм к высшим, от простых к более сложным системным образованиям.

Пространство и время есть единство бесконечного и конечного. Бесконечность пространства проявляется абсолютным характером движущейся материи, отсутствием каких-либо конечных, застывших состояний, неисчерпаемостью в структурном отношении и качественными превращениями материи. Бесконечность времени состоит в том, что материя вечна в прошлом и будущем, что время -- это всеобщая форма существования бесконечной материи.

Конечность пространства выражается в прерывности движения, дискретности и дифференцированности материальных систем. Точно так же время складывается из бесконечного множества длительностей существования отдельных материальных систем, где протекают необратимые процессы.

В физике теория пространства и времени с метафизических позиций была обоснована Ньютоном. Он различал абсолютные и относительные пространство и время. Относительные пространство и время -- это чувственно воспринимаемые зависимости между материальными телами, абсолютные -- это математические пространство и время, которые независимы от материи, друг от друга и составляют пустые вместилища для материи.

Создание в первой половине XIX в. Н. Лобачевским, а затем Б. Риманом неевклидовой геометрии устранило один из основных доводов в пользу ньютоновской концепции пространства времени -- наличие только одной евклидовой геометрии. Так, геометрия, созданная Н. Лобачевским, отражает новые, неизвестные ранее, свойства пространства. Она исходит из материалистического принципа зависимости геометрических свойств пространства от материи, от происходящих материальных процессов.

Идеи Лобачевского получили свое дальнейшее развитие в теории относительности А. Эйнштейна. Согласно теории относительности Эйнштейна, время и пространство существуют сами по себе и находятся в прямой неразрывной связи с движущейся материей.

Теория относительности, которая включает в себя частную и общую теорию относительности, вскрыла конкретные формы органичной взаимосвязи пространства и времени, установила их зависимость от распределения и движения материи, показав, что пространство и время не существуют отдельно друг от друга и от материи, и что они не являются абсолютными в смысле классической физики.



2.2 Измерение времени

Исторически измерение времени принято проводить на основе вращения Земли вокруг оси и обращения Земли вокруг Солнца. Единицу первого периода называют сутками, а единицу второго -- годом. Солнечными сутками называют промежуток времени, в течение которого Земля совершает один полный оборот вокруг своей оси относительно Солнца. Из-за годичного обращения Земли вокруг Солнца, которое происходит неравномерно и под углом 23°27' к экватору, солнечные сутки в году неодинаковые. Поэтому используют средние солнечные сутки продолжительностью 24 часа. Деление суток на 24 доли началось с древних египтян, когда они определяли движение неба за сутки по 24 созвездиям (деканам). За начало суток принята полночь. Значит, среднее солнечное время -- это промежуток времени от нижней кульминации Солнца (прохождение Солнца через небесный меридиан в полночь) до любого его другого положения, выраженный в долях средних солнечных суток. 24-я доля -- час, 60-я доля часа -- минута, 60-я доля минуты -- секунда.

Среднее солнечное время данного географического меридиана называют местным временем. Оно увеличивается к востоку. За начало местных времен принят Гринвичский меридиан, местное время которого называют всемирным временем. Пользоваться местным временем в близкорасположенных местах неудобно. Поэтому по предложению канадского инженера Флеминга в 1884 г. введено поясное время. Поверхность Земли разбита на 24 часовых пояса вокруг 24 основных меридианов, проходящих через 15° по долготе. Местное время основного меридиана принято за время всего пояса и называется поясным временем. Принято начало суток считать с демаркационной линии или линии перемены даты, проведенной на 180° от Гринвичского меридиана. При переходе с запада на восток с одного часового пояса на другой, время увеличивается на 1 час, а при переходе с запада на восток через демаркационную линию уменьшается на 1 сутки, при обратном переходе -- наоборот.

В целях рационального использования энергии за сутки вводят декретное, или сезонное время, когда к поясному времени добавляют 1 час на весь год или на сезон.

Для измерения длительных промежутков времени используют календарь. Точный календарь должен быть близким к продолжительности тропического года и содержать целое число суток. Продолжительность тропического года, одного оборота Земли вокруг Солнца, составляет 365 сут. 5 час 48 мин. 46 сек., или 365,24220 средних солнечных суток.

В истории народов было множество календарей, но наиболее распространенными из них являются лунный и солнечный календари.

Лунный календарь основан на продолжительности синодического лунного месяца (промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны и равен 29,53 средних солнечных суток). Поэтому лунный календарь содержит 12 месяцев, из которых 6 имеют 30 суток, 6 -- 29 суток. Продолжительность календарного года 354 суток (меньше тропического года на 11,2422 суток). Поэтому начало каждого следующего года в лунном календаре встречают на эту величину раньше. По продолжительности основных фаз Луны (новолуние, 1-я четверть, полнолуние, последняя четверть) возникла семидневная неделя в Вавилоне.

Солнечный календарь возник в Египте. В начале, он содержал 360 суток. Видимо, отсюда пошло деление математиками окружности на 360°. Затем уточнили его до 365 суток. А в 46 г. до н. э., по предложению александрийского ученого Созигена, Ю. Цезарь ввел календарь с високосными годами, называемый юлианским календарем. Три года считались здесь простыми и содержали по 365 суток, а четвертый, делящийся без остатка на 4, -- високосным (повторный шестой). Продолжительность юлианского года 365,25 суток.

Дальнейшее уточнение солнечного календаря сделал в 1582 году папа римский Григорий XIII. Здесь в отличие от юлианского календаря из годов столетий високосными считаются только те, у которых сотни делятся на 4 без остатка. Продолжительность григорианского календарного года 265,2425 суток. Мы сейчас пользуемся григорианским календарем.

Начало летоисчислений в истории общества были различные: от Сотворения мира, от основания Рима, от Олимпийских игр, от появления каких-то правителей. Нынешнее летосчисление относят к Рождеству Христову.

2.3 Пространство и время в специальной теории относительности

Систем отсчета бесконечно много, но среди них можно выделить класс так называемых инерциальных. В инерциальных системах отсчета всякие свободно движущиеся объекты движутся равномерно и прямолинейно. Инерциальных систем отсчета можно выбрать сколь угодно, и все они будут относительно друг друга двигаться по инерции.

Нет критерия, благодаря которому мы могли бы предпочесть одну инерциальную систему отсчета другой, также инерциальной. Все инерциальные системы отсчета являются физически эквивалентными, и опыт это подтверждает. В классической механике был известен принцип относительности Галилея: если законы механики справедливы в одной системе координат, то они справедливы и в любой другой системе координат, движущейся прямолинейно и равномерно относительно первой, т. е. в инерциальных системах координат.

В инерциальных системах отсчета пространство и время носят абсолютный характер, т. е. интервал времени и размеры тел не зависят от состояния движения системы отсчета.

В начале XX в. выяснилось, что принцип относительности справедлив также в оптике и электродинамике, т. е. в других разделах физики. Принцип относительности расширил свое значение и теперь звучал так: законы физики имеют одинаковую форму во всех инерциальных системах отсчета. Переход от одной инерциальной системы к другой осуществлялся в соответствии с преобразованиями Галилея. Скорость тела относительно неподвижной системы отсчета слагается из скорости тела и скорости системы отсчета.

При обобщении принципа относительности и распространении его на электромагнитные процессы постулируется постоянство скорости света, т. е. скорость света не слагается со скоростью системы отсчета. Это связано с тем, что свет есть электромагнитная волна, являющаяся формой материи. Световой волне для распространения не требуется специальной материальной среды -- эфира (как морским волнам нужна вода, звуку -- воздух, вода или твердое тело). Скорость света не зависит от движения источника света или наблюдателя. Это утверждение обычно называют принципом относительности.

По словам А. Эйнштейна, теория относительности начинается с двух положений:

1. Скорость света в вакууме одинакова во всех системах отсчета, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга.

2. Все законы природы одинаковы во всех системах отсчета, движущихся прямолинейно и равномерно относительно друг друга.

Таковы два основополагающих принципа -- принцип постоянства скорости света и принцип относительности. Утверждение о постоянстве скорости света является постулатом, т. е. допущением, выходящим за пределы экспериментальной проверки. Это связано с конечной точностью экспериментальных проверок.

А. Эйнштейн в 1905 г. показал, что закон постоянства распространения света в пустоте (300 000 км/с) и принцип относительности совместимы. Это положение составляет основу специальной теории относительности. Он отметил, что классическая механика опиралась на две ничем не оправданные гипотезы:

1. Промежуток времени между двумя событиями не зависит от состояния движения системы отсчета;

2. Пространственное расстояние между двумя точками твердого тела не зависит от состояния движения системы отсчета.

Отсюда вытекало, что промежуток времени и расстояние имеют абсолютные значения, т. е. не зависят от состояния движения системы отсчета. Рассматривая возникшие противоречия, в связи с тем, что скорость света выступает как универсальная постоянная природы, Эйнштейн предложил отказаться от представления об абсолютности и неизменности свойств пространства и времени.

Из специальной теории относительности следует, что длина тела и длительность происходящих в нем процессов являются не абсолютными, а относительными величинами. При приближении к скорости света все процессы в системе замедляются, продольные (вдоль движения) размеры тела сокращаются и события, одновременные для одного наблюдателя, оказываются разноименными для другого, движущегося относительно него.

В настоящее время известно много экспериментальных подтверждений замедления времени. Замедление времени играет большую роль при работе на современных ускорителях, где часто приходится направлять частицы от источника их получения к далеко отстоящей мишени, с которой частица взаимодействует. Если бы не было эффекта замедления времени, то это было бы невозможно, потому что время прохождения этих расстояний зачастую в десятки и сотни раз больше собственного времени жизни частиц в состоянии покоя.

Пространство -- это трехмерный континуум. Трехмерный потому, что положение точки определяется в пространстве тремя числами (тремя пространственными координатами). Континуум означает непрерывность -- около любой данной точки можно указать сколько угодно других точек, координаты которых могут быть сколь угодно близки к координатам заданной точки. Известно, что все события происходят в пространстве и во времени. Однако в классической физике пространство и время рассматривались как самостоятельные категории; время было абсолютным -- оно не зависело от пространственных координат события. Согласно же специальной теории относительности, время нельзя рассматривать независимо от пространства, не имеет смысла говорить "сейчас", если не оговорено "где"; время и пространство оказались внутренне взаимосвязанными.

Итак, пространство и время -- общие формы координации материальных явлений, а не самостоятельно существующие независимо от материи начала. Они называются в специальной теории относительности четырехмерным пространственно-временным миром.

2.4 Общая теория относительности о пространстве и времени

пространство время наука культура

В истории науки известны две концепции пространства: пространство неизменное как вместилище материи (взгляд Ньютона) и пространство, свойства которого связаны со свойствами тел, находящихся в нем (взгляд Лейбница). В соответствии с теорией относительности любое тело определяет геометрию пространства.

Поле тяготения, делающее описание в обеих системах координат возможным, основывается на одной очень важной опоре называемой принципом эквивалентности. Принципом эквивалентности называется утверждение о том, что в некоторой системе отсчета тяжелая и инертная масса эквивалентны. Эквивалентность тяжелой и инертной масс означает эквивалентность ускорения и поля тяготения. Таков был путь Эйнштейна к принципу эквивалентности -- центральному стержню общей теории относительности.

В специальной теории относительности свойства пространства и времени рассматриваются без учета гравитационных полей. Они не являются инерциальными. По общей теории относительности массы, создающие поле тяготения, искривляют пространство и меняют течение времени. Масса изменяет структуру самого пространства -- оно как бы искривляет его, делая кратчайшим расстоянием уже не прямую, а кривую линию. Тяготение зависит не только от распределения масс в пространстве, но и от их движения, от давления и натяжения, имеющихся в телах, от электромагнитного и всех других физических полей. Изменения гравитационного поля распределяются в вакууме со скоростью света. В теории Эйнштейна материя, расположение и движение тяготеющих масс влияют на свойства пространства и времени.

Кривизна пространства -- времени меняется в зависимости от распределения тяжелых масс, от величины их гравитационных полей. Любое поле можно рассматривать как пространство, в различных точках которого тела ведут себя по-разному. В зависимости от происходящих в пространстве физических процессов его можно охарактеризовать различными геометрическими свойствами. Это делается, используя геометрию пространства с различной кривизной. Возможны случаи пространств с положительной и отрицательной кривизной. Геометрия пространства с положительной кривизной характерна сферической поверхности, на которой кратчайшим расстоянием между двумя точками являются дуги больших кругов, передвигаясь по которым мы вернемся к исходной точке. Геометрия пространства с отрицательной кривизной имеет сферические линии с бесконечной протяженностью.

Одно из следствий общей теории относительности состоит в том, что свет, обладая инертной массой, теряет энергию на преодоление гравитационного притяжения испускающего его тела и что потеря светом энергии означает увеличение длины его волны. Этот эффект называется гравитационным красным смещением. Не следует путать красное смещение, которое вызвано полем тяготения, с космологическим красным смещением, обусловленным расширением Вселенной. Гравитационное красное смещение является прямым следствием замедления течения времени в гравитационных полях. Такое смещение наблюдается в спектральных линиях Солнца и тяжелых звезд, например Сириуса.

Равенство массы тяготения и инертной массы является одним из важных результатов общей теории относительности, которая считает равноценными для описания законов природы все системы отчетов, а не только инерциальные. Общая теория относительности распространяет законы природы на все, в том числе на неинерциальные системы. Если в инерциальных системах все процессы и описывающие их законы являются одинаковыми по своей форме, то в неинерциальных системах они происходят по-другому.

Теория относительности показала единство пространства и времени, выражающееся в совместном изменении их характеристик в зависимости от концентрации масс и их движения. Время и пространство перестали рассматриваться независимо друг от друга, и возникло представление о пространственно-временном четырехмерном континууме. Теория относительности связала также массу и энергию соотношением Е = mс², где с -- скорость света. В теории относительности два закона -- сохранения массы и сохранения энергии -- потеряли свою независимую друг от друга справедливость и оказались объединенными в единый закон, который можно назвать законом сохранения массы или энергии. Явление аннигиляции, при котором частица и античастица взаимно уничтожают друг друга, и другие явления физики микромира подтверждают данный вывод.

Теория относительности основывается на постулатах постоянства скорости света и одинаковости законов природы во всех физических системах, а основные результаты, к которым она приводит, таковы: относительность свойств пространства-времени; эквивалентность тяжелой и инертной масс (следствие, отмеченное еще Галилеем, что все тела независимо от их состава и массы падают в поле тяготения с одним и тем же ускорением).



3. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ

Химия - наука о веществах, закономерностях их превращений (физических и химических свойствах) и применении. В настоящее время известно более 100 тыс. неорганических и более 4 млн. органических соединений.

Химические явления: одни вещества превращаются в другие, отличающиеся от исходных составом и свойствами, при этом состав ядер атомов не изменяется.

Физические явления: меняется физическое состояние веществ (парообразование, плавление, электропроводность, выделение тепла и света, ковкость и др.) или образуются новые вещества с изменением состава ядер атомов.

Все законы химии базируются на атомно-молекулярном учении, в связи, с чем основополагающими понятиями в химии являются понятия атома и молекулы.

Атомом называется мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его химические свойства. Атом каждого элемента состоит из ядра, масса которого складывается из определенного количества протонов и нейтронов, и вращающихся вокруг него электронов, число которых равно числу протонов, т.е. заряду ядра. Заряд ядра равен порядковому номеру элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева и является величиной, определяющей химические свойства элемента. Например, порядковый номер цинка - 30, это означает, что ядро его атома содержит 30 протонов, заряд ядра равен +30, число электронов в атоме цинка - тридцать. Атомы, обладающие одинаковым зарядом ядра (и, следовательно, тождественными химическими свойствами), но разным числом нейтронов, называются изотопами.

Элементом называется вид атомов, характеризующихся определенной величиной положительного заряда ядра. Все открытые на Земле элементы систематизированы в таблице Д.И. Менделеева. Они подразделяются на металлы и неметаллы. Каждый элемент имеет свое название и символ (например, Na - натрий, Р - фосфор).

Все вещества делятся на простые и сложные. Для большинства из них мельчайшей частицей является молекула, которая состоит из атомов, число которых и взаимное расположение в молекуле определяют свойства вещества.

Молекула - это наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами. Молекулы могут состоять из атомов одного или нескольких элементов.

Простое вещество - это вещество, состоящее из атомов одного элемента. Мельчайшей частицей, сохраняющей свойства простого вещества, может быть атом, а может быть молекула. Например, простое вещество железо состоит из атомов элемента железа, а простое вещество - из двухатомных молекул, образованных атомами одного элемента - кислорода.

Атомы одного и того же элемента могут образовывать несколько простых веществ, различных по своим свойствам. Это явление называется аллотропией, а вещества - аллотропическими модификациями. Аллотропические модификации отличаются друг от друга либо различным числом атомов в молекуле, например, кислород О₂ и озон О₃, либо разной кристаллической структурой, например, углерод, алмаз и карбин, химический знак которых - С.

Сложное вещество, или соединение, - это вещество, состоящее из атомов разных элементов. Вид и число атомов в молекуле вещества изображаются химической формулой. Например, формула серной кислоты - H₂SO₄. Это означает, что молекула этого вещества состоит из одного атома серы, двух атомов водорода и четырех атомов кислорода. Соотношение между числом атомов разных элементов в молекуле определяется валентностью этих элементов.

Валентность элемента - это способность его атомов соединяться с другими атомами в определенных соотношениях. Валентность - сложное понятие, его современное значение будет выяснено при изучении теории строения вещества.

Степень окисления - это условный заряд атома данного элемента в соединении, вычисленный, исходя из предположения, что все атомы в молекуле ионизированы, т.е. имеют заряд. Степень окисления может иметь положительное, отрицательное и нулевое значения, которые обычно ставятся над символом элемента сверху. Например, , . Степень окисления элементов в простых веществах равна нулю Степень окисления некоторых элементов в их соединениях имеет постоянное значение. К таким элементам относятся щелочные металлы (степень окисления +1), металлы II А подгруппы Периодической системы (+2), а также серебро , цинк , кадмий , алюминий . Водород проявляет степень окисления +1 во всех соединениях, кроме гидридов, в которых степень окисления водорода равна -1. Степень окисления кислорода практически постоянна и составляет -2.

Большинство элементов имеет переменную степень окисления, например, .

Массы атомов и молекул очень малы (10^-25?10^-20) и пользоваться ими при расчетах неудобно. Поэтому в химии введены относительные величины масс атомов и молекул, которые называются атомными или соответственно молекулярными массами. В качестве единицы измерения принята атомная единица массы (сокращенно а.е.м.), равная 1/12 массы атома изотопа углерода ¹²С.

Относительной атомной массой (или атомной массой) элемента называется масса его атома, выраженная в атомных единицах массы. Атомные массы элементов определяются из таблицы Д.И. Менделеева, причем их значения принято округлять до целого числа. Исключение составляет масса хлора, равная 35,5.

Относительной молекулярной массой (или молекулярной массой) простого или сложного вещества называется масса его молекулы, выраженная в атомных единицах массы.

...