Концепции современного естествознания

Гравитационное линзирование - физическое явление, связанное с отклонением лучей света в поле тяжести. Гравитационные линзы обясняют образование кратных изображений одного и того же астрономического объекта (квазаров, галактик), когда на луч зрения от источника к наблюдателю попадает другая галактика или скопление галактик (собственно линза). В некоторых изображениях происходит усиление яркости оригинального источника. Гравитационная микролинза - явление, при котором тяготеющее тело проходит вблизи луча зрения, вызывая увеличение яркости объекта.

74. Законы движения Галилея

Галилео Галилей Заложил основы современной механики: выдвинул идею об относительности движения, установил законы инерции, свободного падения и движения тел по наклонной плоскости, сложения движений; открыл изохронность колебаний маятника.

Важнейшим достижением Галилео-Галилея в динамике было создание принципа относительности, ставшего основой современной теории относительности. Решительно отказавшись от представлений Аристотеля о движении, Галилей пришел к выводу, что движение (имеются в виду только механические процессы) относительно, то есть нельзя говорить о движении, не уточнив, по отношению к какому «телу отсчета» оно происходит; законы же движения безотносительны, и поэтому, находясь в закрытой кабине (он образно писал «в закрытом помещении под палубой корабля»), нельзя никакими опытами установить, покоится ли эта кабина или же движется равномерно и прямолинейно («без толчков», по выражению Галилея).

Он же открыл, что Сатурн снабжен выступами, под видом которых ему казалась система колец этой планеты; что на Солнце появляются пятна, наблюдая движения которых он определил время обращения этого светила вокруг его оси.

Сначала мы рассмотрим движения равномерные, затем естественно ускоренные и, наконец, движения стремительные, т.е. движения брошенных снарядов».

В этих немногих словах сам автор объясняет почти все содержание динамической части «Discorsi». В настоящее время все законы равномерного, равноускоренного и параболического движений могут быть выражены небольшим числом известных формул, но в то время формулы еще не вошли в употребление, поэтому законы падения выражены словесно в виде довольно большего числа теорем и предложений.

В те времена понятия о величинах сил и о массе еще не были выработаны и поэтому в тех местах «Discorsi», где приходится упоминать об этих величинах, встречаются неясности. В «Discorsi» рассматривается не только свободное падение тела, но также и движение тела, катящегося по наклонной плоскости, и излагаются законы такого движения. Не имея возможности изложить содержание «Discorsi», мы приведем здесь некоторые места, в которых высказываются в первый раз идеи об основных принципах механики; эти места встречаются преимущественно в главе о параболическом движении: «Я представляю себе, что тело пущено вдоль по горизонтальной плоскости; если бы все сопротивления были уничтожены, то его движение было бы вечно равномерным, если бы плоскость простиралась в бесконечность. Если же плоскость ограничена, то, когда тело придет на границу ее, оно станет подвергаться действию силы тяжести, и с этого времени к его предыдущему и неотъемлемому от него движению присоединится падение под влиянием его веса; тогда произойдет соединение равномерного движения с равноускоренным».

Далее, там же: «Предложение III. Если тело одновременно одарено двумя равномерными движениями, вертикальным и горизонтальным, то его скорость будет в степени, равна скоростям составляющих движений». Это место переводится в том именно смысле, что квадрат скорости составного движения равен сумме квадратов скоростей составляющих движений.

Вообще, как из «Discorsi», так и из других работ Галилео-Галилея несомненно оказывается, что ему принадлежит в механике следующее: Первая идея о начале инерции материи. Первые идеи о соединении движения и о соединении скоростей. Открытие законов падения тела свободного, по наклонной плоскости и брошенного горизонтально. Открытие пропорциональности между квадратами времен качаний маятников и их длинами.

75. Томас Юнг. Интерференция света. Опыт с 2 щелями

Интерференция света -- явление взаимного усиления или ослабления света до полной темноты (гашения) при наложении двух его волн, которые имеют одинаковые частоты колебаний. Интерференция возникает, когда два когерентных источника света, т. е. испускающие полностью однородные лучи света с постоянной разностью фаз, расположены очень близко друг от друга. Такими источниками света являются, например, два зеркальных изображения одного источника света. У двух разных источников света никогда не сохраняется постоянная разность фаз волн, поэтому их лучи не интерферируют.

Интерференция возникает также при разделении первоначального луча света на два луча при его прохождении через тонкую плёнку, например плёнку, наносимую на поверхность линз у просветлённых объективов. Луч света, проходя через плёнку толщиной d, отразится дважды -- от внутренней и наружной её поверхностей. Отражённые лучи будут иметь постоянную разность фаз, равную удвоенной толщине плёнки, от чего лучи становятся когерентными и будут интерферировать. Полное гашение лучей произойдет при d= /4 , где -- длина волны. Если = 550 нм, то толщина плёнки равняется 550:4=137,5 нм.

Лучи соседних участков спектра по обе стороны от = 550 нм интерферируют не полностью и только ослабляются, отчего плёнка приобретает окраску. В приближении геометрической оптики, когда есть смысл говорить об оптической разности хода лучей, для двух лучей

Юнг, используя явление интерференции, объяснил появление колец Ньютона. Эти кольца в отраженном свете возникают в результате интерференции двух лучей света, отраженных от верхней и нижней поверхностей воздушной прослойки, образованной линзой и стеклянной пластинкой. От толщины этой прослойки будет зависеть разность хода между указанными лучами. В частности, они могут усиливать или гасить друг друга. В первом случае мы видим светлое кольцо, во втором - темное.

Если свет, освещающий установку, белый, то будут наблюдаться цветные кольца. По расположению колец для разных цветов можно подсчитать длину волны соответствующих цветных лучей. Юнг проделал этот расчет и определил длину волны для разных участков спектра. Интересно, что при этом он использовал данные Ньютона, которые были достаточно точными.

Юнг объяснил и другие случаи интерференции в тонких пластинках, а также проделал специальный опыт по интерференции света. Этот опыт, который, как мы говорили, проводил еще Гримальди, известен под названием опыта Юнга.

В данном опыте наблюдается не только явление интерференции, но и явление дифракции света. Если закрыть одно отверстие пальцем, то на экране видны дифракционные кольца, образованные в результате прохождения света через малое отверстие.

Результаты своих исследований по оптике Юнг доложил на ученом заседании Лондонского королевского общества, а также опубликовал их в начале XIX в. Но, несмотря на убедительность работ Юнга, никто не хотел их признавать. Ведь признать правоту выводов Юнга означало отказаться от привычных взглядов и, кроме того, выступить против авторитета Ньютона. На это пока еще никто, кроме самого Юнга, не решался.

На работы Юнга не обратили внимания, а в печати даже появилась статья, содержащая грубые нападки на него. Корпускулярная теория света по-прежнему казалась

Предложенный Т. Юнгом в 1800 г. эксперимент убедительно демонстрирует волновую природу света. Для лучшего понимания результатов опыта Юнга полезно сначала рассмотреть ситуацию, когда свет проходит через одну щель в перегородке.

В опыте с одной щелью монохроматический свет от источника проходит через узкую щель и регистрируется на экране. Неожиданным является то, что при достаточно узкой щели на экране видна не узкая светящаяся полоска (изображение щели), а плавное распределение интенсивности света, имеющее максимум в центре и постепенно убывающее к краям. Это явление обусловлено дифракцией света на щели (см. Дифракция света. Дифракционная решетка) и также есть следствие волновой природы света.

Пусть теперь в перегородке сделаны две щели. Последовательно закрывая то одну, то другую щель, можно убедиться, что картина распределения интенсивности на экране будет такой же, как и в случае одной щели, но только положение максимума интенсивности будет каждый раз соответствовать положению открытой щели. Если же открыть обе щели, то на экране возникает чередующаяся последовательность светлых и темных полос, причем яркость светлых полос убывает с расстоянием от центра.

Причина появления таких интерференционных полос заключается в том, что свет от каждой из щелей приходит в одну и ту же точку экрана с разным значением фазы, что связано с разной длиной пути света от обоих щелей. По принципу суперпозиции поля световых волн от каждой из щелей складываются. Так как каждое поле представляет собой в данной точке экрана синусоиду E = E0sin(wt + j0), где j = wt + j0 - фаза волны, то, если одна синусоида будет сдвинута относительно другой по фазе на 2kp, k = 0, 1, 2, ..., поля в данной точке экрана сложатся (конструктивная интерференция) и интенсивность света возрастет. Если же разность фаз будет равна (2k + 1)p, k = 0, 1, 2, ..., поля взаимно погасят друг друга (деструктивная интерференция) и интенсивность обратится в нуль. Однако изменению фазы волны на целое число 2p соответствует изменение пути Dd, пройденного волной, на целое число длин волн: Dj/(2p) = Dd/l. Поэтому условия интерференции могут быть записаны в виде:

конструктивная интерференция -Dd = 2k(l/2);

деструктивная интерференция - Dd = (2k + 1)(l/2).

76. Опыт Джоуля(преращение энергии)

Превращение энергии - изменением формы энергии при ее использовании (механическая - тепловая, энергия пищи - энергия движения и т.п.). При превращении энергии из одной формы в другую часть ее обязательно превращается в тепло. А тепло рассеивается. Поэтому энергию надо беречь.

В течение 1837-1847 гг. Джоуль все свободное время посвятил разнообразным экспериментам по превращению различных форм энергии - механической, электрической, химической, - в тепловую энергию. Он разработал термометры, измерявшие температуру с точностью до одной двухсотой градуса, что позволило ему проводить измерения с наилучшей для того времени точностью.

77. Резерфорд и Содди - превращение элементов

Э. Резерфорд экспериментально установил (1899), что соли урана испускают лучи трёх типов, которые по-разному отклоняются в магнитном поле:

· лучи первого типа отклоняются так же, как поток положительно заряженных частиц; их назвали б-лучами;

· лучи второго типа отклоняются в магнитном поле так же, как поток отрицательно заряженных частиц (в противоположную сторону), их назвали в-лучами;

· лучи третьего типа, которые не отклоняются магнитным полем, назвали г-излучением.

Совместно с Резерфордом предложил теорию радиоактивного распада, послужившую началом развития современного учения об атоме и атомной энергии. В 1903 Резерфорд и Содди установили, что радиоактивный распад протекает по закону, описывающему ход мономолекулярной реакции. Рамзай и Содди спектроскопическим путём обнаружили образование гелия из радона. Попытки размещения многочисленных радиоактивных продуктов превращения урана и тория в периодической системе элементов Д.И.Менделеева оказались плодотворными после введения Содди понятия об изотопах;

радиоактимвный распамд -- явление спонтанного превращения атомного ядра в другое ядро или ядра. Радиоактивный распад сопровождается испусканием одной или нескольких частиц (например, электронов, нейтрино, альфа-частиц, фотонов). Радиоактивностью называют также свойство вещества, содержащего радиоактивные ядра.

Установлено, что радиоактивны все химические элементы с порядковым номером, большим 82 (то есть начиная с висмута), и многие более лёгкие элементы (прометий и технеций не имеют стабильных изотопов, а у некоторых элементов, таких как индий, калий или кальций, часть природных изотопов стабильны, другие же радиоактивны).

Естественная радиоактивность -- самопроизвольный распад ядер элементов, встречающихся в природе.

Искусственная радиоактивность -- самопроизвольный распад ядер элементов, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции

78. абиогенное происхождение биоты Миллер-Юри

Эксперимент Миллера -- Юри -- известный классический эксперимент, в котором симулировались гипотетические условия раннего периода развития Земли для проверки возможности химической эволюции. Фактически это был экспериментальный тест гипотезы, высказанной ранее Александром Опариным и Джоном Холдейном, о том, что условия, существовавшие на примитивной Земле, способствовали химическим реакциям, которые могли привести к синтезу органических молекул из неорганических. Был проведён в 1953 году Стэнли Миллером и Гарольдом Юри. Аппарат, спроектированный для проведения эксперимента, включал смесь газов, соответствующую тогдашним представлениям о составе атмосферы ранней Земли, и пропускавшиеся через неё электрические разряды.

Эксперимент Миллера -- Юри считается одним из важнейших опытов в исследовании происхождения жизни на Земле. Первичный анализ показал наличие в конечной смеси 5 аминокислот. Однако, более точный повторный анализ, опубликованный в 2008 году, показал, что эксперимент привёл к образованию 22 аминокислот.[1]

Описание эксперимента

Собранный аппарат представлял собой две колбы, соединённые стеклянными трубками в цикл. Заполнявший систему газ представлял собой смесь из метана (CH4), аммиака (NH3), водорода (H2) и монооксида углерода (CO). Одна колба была наполовину заполнена водой, которая при нагревании испарялась и водные пары попадали в верхнюю колбу, куда с помощью электродов подавались электрические разряды, имитирующие разряды молний на ранней Земле. По охлаждаемой трубке конденсировавшийся пар возвращался в нижнюю колбу, обеспечивая постоянную циркуляцию.

После одной недели непрерывного цикла Миллер и Юри обнаружили, что 10--15 % углерода перешло в органическую форму. Около 2 % углерода оказались в виде аминокислот, причём глицин оказался наиболее распространённой из них. Были также обнаружены сахара, липиды и предшественники нуклеиновых кислот. Эксперимент повторялся несколько раз в 1953--1954 годах. Миллер использовал два варианта аппарата, один из которых, т. н. «вулканический», имел определённое сужение в трубке, что приводило к ускоренному потоку водных паров через разрядную колбу, что, по его мнению, лучше имитировало вулканическую активность. Интересно, что повторный анализ проб Миллера, проведённый через 50 лет профессором и его бывшим сотрудником Джеффри Бейдом (англ. Jeffrey L. Bada) с использованием современных методов исследования, обнаружил в пробах из «вулканического» аппарата 22 аминокислоты, то есть гораздо больше, чем считалось ранее.

Миллер и Юри основывались в своих экспериментах на представлениях 1950-х годов о возможном составе земной атмосферы. После их экспериментов многие исследователи проводили подобные опыты в различных модификациях. Было показано, что даже небольшие изменения условий процесса и состава газовой смеси (например, добавления азота или кислорода) могли привести к очень существенным изменениям как образующихся органических молекул, так и эффективности самого процесса их синтеза. В настоящее время вопрос о возможном составе первичной земной атмосферы остаётся открытым. Однако, считается, что высокая вулканическая активность того времени способствовала выбросу также таких компонентов как диоксид углерода (CO2), азот, сероводород (H2S), двуокись серы (SO2).

79. Мысленный эксперимент. Падение двух тел разной массы

Мысленный эксперимент в физике, философии и некоторых других областях знания -- вид познавательной деятельности, в которой ключевая для той или иной научной теории ситуация разыгрывается не в реальном эксперименте, а в воображении. Мысленный эксперимент в физике зачастую напоминает доказательство теоремы методом от противного в математике, когда некоторое положение физической модели или схемы сначала отвергается, а затем путём преобразования модели мы приходим к противоречию с тем или иным принципом, который считается безусловно истинным. Например, с принципом отсутствия достаточного основания в ситуации зеркальной или какой-либо иной геометрической симметрии, принципом галилеевской инвариантности, принципом невозможности вечного двигателя, принцип невозможности вечного двигателя второго рода, принципом причинности и т. д.

История механики в Новое время начинается с нескольких классических мысленных экспериментов Галилея. Это мысленный эксперимент с комнатой на корабле (находясь в комнате на корабле, мы никакими способами не можем установить, движется ли корабль или стоит на месте); мысленный эксперимент с падающими телами (если тяжёлое тело А падает быстрее лёгкого тела Б, как это считает Аристотель, то как будет падать тело, составленное из двух этих тел Лёгкое тело должно тормозить тяжёлое, поэтому тело А+Б будет отставать от тела А. Но с другой стороны, тело А+Б тяжелее тела A, поэтому оно будет обгонять его: противоречие); мысленные эксперименты с маятником и так называемыми "горками Галилея". Яркие мысленные эксперименты в механике были изобретены Симоном Стевином и Христианом Гюйгенсом. Но следует отметить, что порой легко ошибиться в мысленных экспериментах, ибо строя мысленную модель, крайне легко опустить значимые факторы. Так например: в вакууме при одинаковой гравитации тела А, Б и А+Б упадут с одинаковой скоростью (вне зависимости от объёма), но если же мы берём модель с атмосферой, то её надо учитывать (и потому надо учитывать и объём тел), и в итоге получится, что А будет падать быстрее всех, затем А+Б и последним Б (по уменьшению соотношения масса/объём, а точнее сопротивление воздуху, хотя опять же упрощение, что нет разницы, как расположить тела А+Б относительно друг друга).

Богата мысленными экспериментами и история термодинамики, начинающаяся с работы Сади Карно Рассуждения о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу. В этом трактате были рассмотрены мысленные эксперименты с идеальной тепловой машиной Карно, в которых было показано, что максимальный КПД тепловой машины не зависит от используемого в ней рабочего вещества и определяется только температурами нагревателя и холодильника. Известны также мысленные эксперименты Густава Кирхгофа и Вильгельма Вина, связанные с термодинамикой излучения.

В некоторых случаях мысленный эксперимент обнаруживает противоречия теории и «обыденного сознания», что далеко не всегда является свидетельством неверности теории. Так, знаменитый парадокс близнецов является, в сущности, мысленным экспериментом, демонстрирующим неприменимость «обыденного сознания» в релятивистской физике. Апории Зенона («Стадион», «Ахиллес и черепаха», «Стрела») также являются мысленными экспериментами, демонстрирующими логическую противоречивость представлений о дискретности пространства и времени.

Для примера рассмотрим свободное падение двух тел различной массы. Их ускорения относительно поверхности Земли будут:

g1 = a1+ a31; g2 = a2+ a32, (1)

где: - g1 и g2 - ускорения первого и второго тела вычисленного относительно поверхности Земли;

- a1 и a2 - ускорения первого и второго тела, которые определены для движения по отношению к инерциальной системе отсчета;

- a31 и a32 - ускорения Земли по отношению к инерциальной системе отсчета при притяжении первым и вторым телом соответственно.

Силы, действующие между планетой и каждым из тел, вычисляются по закону всемирного тяготения. В этом случае для двух различных по массе тел можно записать:

F31 = GMm1/R2; F32 = GMm2/R2. (2)

Используя второй закон Ньютона, найдем величину ускорения, с которым первое тело будет падать на Землю и ускорение Земли притягиваемой этим телом относительно инерциальной системы координат:

a1 = F31/m2 = GMm1/R2 * (1/m1)=GM/R2; (3)

a31 = F31/M = GMm1/R2 * (1/M) = Gm1/R2. (4)

Подставляя значения ускорений полученных в (3) и (4) в формулу (1), получим значение величины ускорения первого тела относительно поверхности Земли:

g1= a1+ a31= GM/R2+ Gm1/R2= G (M+m1)/R2 (5)

Аналогично вычисляя, получим значение величины ускорения второго тела относительно земной поверхности:

g2= a2 + a32= GM/R2+ Gm2/R2=G (M+m2)/R2 (6)

Условие равенства ускорений падения тел на земную поверхность при наличии у них различной массы проверим разностью левых и правых частей выражений (5) и (6):

g1 - g2 = G (M+m1)/R2- G(M+m2)/R2=G[m1-m2]/R2 (7)

Как видно из (7), разность ускорений падения тел на Землю может быть равна нулю только при равенстве масс падающих тел или на бесконечном удалении от Центра планеты, когда R стремится к бесконечности, а величина ускорения каждого из тел приобретает нулевое значение, соответственно и их разности также будут нулевыми.

Во всех наших рассуждениях кроется простой физический смысл. Тело большей массы сильнее притягивает Землю, чем тело меньшей массы. Ускорение, с которым двигаются навстречу друг другу тело и планета состоит из суммы ускорений падения тела на планету и падения планеты на тело, что отражено в формулах (5) и (6). Это определяет различие в падении тел на Землю. Однако разница ускорений в величинах практически наблюдаемых падений тел настолько мала, что имеющимися в настоящее время методами измерений экспериментально ее определить невозможно. Так, поставляя в (7) значение разности масс падающих тел в 1000 кг, значение гравитационной постоянной (6,670*10-11 м3кг-1сек-2) и среднего радиуса Земли (6370 000 м), получим величину 1,678…*10-21 м сек-2. Сравнивая полученное значение разности ускорений с величиной ускорения свободного падения 9,81 м сек-2, можно считать ее пренебрежительно малой величины и практически в расчетах не учитывать.

Таким образом, можно считать, что высказывание Аристотеля о том, что тяжелые тела падают на Землю быстрее легких, соответствует истине. Это также показывает формула (19) в статье «Уточнение закона тяготения Ньютона» [2], где величина первого сомножителя ее средней части, являющегося относительным ускорением взаимодействующих тел, прямо зависит от суммы их масс. Однако и открытое Галилеем свойство падения тел различной массы с одинаковым ускорением практически также верно, так как имеющиеся различия в падении тел разной массы, но значительно меньшей, чем масса самой планеты, настолько малы, что в практических расчетах их нет необходимости учитывать. Кроме этого, если для любого тела входящего в состав массы самой Земли определить ускорение свободного падения, и сравнить его с ускорением свободного падения другого тела, также входящего в состав массы Земли, то независимо от величин масс этих тел, все они будут падать с одинаковым ускорением. Действительно, сумма масс притягиваемого тела и оставшаяся величина массы планеты в этом случае, всегда будут равны массе всей Земли. Подставляя это значение в (5), получим:

g1= G [(M-m1) + m1] = GM/R2. (8)

Для тела другой массы:

g2= G [(M - m2) + m2] = GM/R2. (9)

Вычисляя разницу ускорений свободного падения тел для таких случаев, получим:

g1- g2 = GM/R2- GM/R2= 0. (10)

Формула (10) показывает, что различия в ускорениях свободного падения нет. Иными словами можно сказать, что все тела, взятые из состава Земли, падают (возвращаются) на планету с одинаковым ускорением свободного падения независимо от величины их массы. Поэтому, в таких условиях взаимодействия тел различной массы с планетой высказывание Галилея об одинаковом ускорении их свободного падения становится истинным. Для тел внешнего происхождения, падающих на Землю, истинным является высказывание Аристотеля о том, что более тяжелые тела падают на Землю с большим ускорением, чем более легкие, о чем свидетельствует формула (7).

Проведенный анализ говорит, что в вопросах, составляющих основы классической механики и уже давно считающихся разрешенными, в настоящее время еще есть некоторые понятия, не совсем точно описывающие реальный мир и процессы, происходящие в нем. Это, на первый взгляд незначительная неточность, может приводить к большим погрешностям в научных теориях, которые используют принцип тяготения в более глубоком описании явлений окружающего нас мира. Так, возникает вопрос, а верен ли принцип эквивалентности, на который опирается в своем построении общая теория относительности Эйнштейна

80. Мысленные эксперименты в СТО. Поезд Энштейна

Все доказательств Эйнштейна сводятся к мысленным экспериментам с платформами, поездами и световыми сигналами. Поэтому совершенно справедливо и построение мысленных экспериментов, опровергающих СТО. Ранее был приведен мысленный эксперимент О. Горожанина, свидетельствующий о несостоятельности уменьшения длины тел в движущихся инерциальных системах отсчёта. Предлагаем Вашему вниманию мысленный эксперимент, доказывающий несостоятельность утверждения Эйнштейна о сокращении промежутков времени в движущихся инерциальных системах отсчёта.

Эйнштейн утверждал, что в движущихся инерциальных системах отсчёта время замедляет свой ход. Причём все инерциальные системы являются равноправными, независимо от того в какой из них находится наблюдатель. Рассмотрим две платформы, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга. Платформы находятся в равномерном относительном движении с постоянной скоростью соизмеримой со скоростью света (V). На середине пути между платформами на перпендикулярах к платформам проведенным из точек А (нижней платформы) и В (верхней платформы) размещены ракеты с боезарядами, способными уничтожить каждую из платформ со всеми принадлежащими им объектами. Ракеты стартуют одновременно в тот момент, когда перпендикуляры, проведенные из точек А и В в процессе движения совпадут. Ракета находящаяся на перпендикуляре проведенном из точки А движется в сторону верхней платформы, а находящаяся на перпендикуляре проведенном из точки В движется в сторону нижней платформы. С точки зрения наблюдателя находящегося на нижней платформе его ракета, движущаяся вдоль перпендикуляра из точки А, будет двигаться быстрее, так как находится в покоящейся системе отсчёта. В то время, как ракета, движущаяся вдоль перпендикуляра из точки В, будет двигаться медленнее, так как находится в движущейся системе отсчёта. Следовательно, ракета, движущаяся к верхней платформе, поразит её, вместе с принадлежащей ей второй ракетой, прежде чем другая ракета долетит до нижней платформы. Однако те же самые рассуждения приведут наблюдателя с верхней платформы к противоположному заключению. По его наблюдениям быстрее будет двигаться ракета по направлению к нижней платформе, поскольку она для него находится в покоящейся системе отсчёта верхней платформы, и медленнее будет двигаться ракета по направлению к верхней платформе, как находящейся в движущейся системе отсчёта нижней платформы. Итак, каждый из них вправе утверждать, что уничтожил незадачливого соседа, при этом сам остался цел и невредим.

Следовательно, утверждения Эйнштейна о том, что время в движущихся инерциальных системах отсчёта замедляет свой ход, не соответствуют действительности.

81. Левкипп. Атомы

считается основателем атомизма, учения, известного по сочинениям его ученика Демокрита, развившего атомизм дальше.Все сущее состоит из неделимых (a-тo-мос) частиц, полностью тождественных друг другу вещественно и различающихся лишь по форме, положению в пространстве и взаимному размещению. Атомы извечно находятся в механическом взаимодвижении, толкая друг друга. Между ними есть только пустое пространство. Отдельные вещи возникают лишь благодаря группировке атомов. Фрагмент из Левкиппа дает формулировку закона причинности: "Ни одна вещь не возникает бесцельно, но лишь по смыслу и по необходимости".

Основателем древнегреческого атомизма был Левкипп, сформулировавший основное положение атомистического материализма, согласно которому все в мире состоит из мельчайших, простых, неделимых частиц (атомов) и пустоты.

Левкипп считается основателем атомистической философии. Он вводит в рассмотрение понятие атома - неделимой частицы материи, эти атомы движутся в пустоте.

В этом он отличается от Парменида, который не допускал небытие, т.е. пустоту, которая разделяет мельчайшие частицы сущего. Атомы различаются между собой лишь формой и величиной. Они неделимы, неизменны и бескачественны. Когда они сталкиваются и сцепляются, то образуются различные вещи. Двигаясь в пустоте, атомы порождают вихри, являющиеся причинами миров. В этом вихре атомы разделяются по принципу подобия. Отдельные скопления атомов под влиянием движения разогреваются, в результате чего образуются небесные тела. Все природные процессы подчинены необходимости и закономерны.

Взгляды Левкиппа в основном совпадают с воззрениями Демокрита. Поэтому их часто рассматривают вместе и говорят "Левкипп и Демокрит полагали".

82. Идея конечности Вселенной. Фотометрический парадокс

Фотометрический парадокс (парадокс Ольберса) -- один из парадоксов дорелятивистской космологии, заключающийся в том, что в стационарной Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска.

Иллюстрация фотометрического парадокса в однородной и изотропной, но статической Вселенной. Размеры звёзд для наглядности преувеличены, что не отражается на сути парадокса.

В бесконечной Вселенной, все пространство которой заполнено звёздами, всякий луч зрения должен оканчиваться на звезде, аналогично тому, как в густом лесу мы обнаруживаем себя окружёнными «стеной» из удалённых деревьев. Поток энергии излучения, принимаемого от звезды, уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния до неё. Но угловая площадь (телесный угол), занимаемая на небе каждой звездой, также уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния, из чего следует, что поверхностная яркость звезды (равная отношению потока энергии к телесному углу, занимаемому на небе звездой) не зависит от расстояния. Поскольку наше Солнце является во всех отношениях типичной звездой, то поверхностная яркость звезды в среднем должна быть равна поверхностной яркости Солнца. Когда мы смотрим в какую-то точку неба, мы видим звезду с той же поверхностной яркостью, что и Солнце; поверхностная яркость соседней точки должна быть такой же, и вообще во всех точках неба поверхностная яркость должна быть равна поверхностной яркости Солнца, поскольку в любой точке небосвода должна находиться какая-нибудь звезда. Следовательно, всё небо (не только ночью, но и днём) должно быть таким же ярким, как и поверхность Солнца.

Впервые этот парадокс сформулировал во всей его полноте швейцарский астроном Жан-Филипп Луи де Шезо (1718--1751) в 1744 г., хотя аналогичные мысли высказывали ранее и другие учёные, в частности, Иоганн Кеплер, Отто фон Герике и Эдмунд Галлей. Иногда фотометрический парадокс называется парадоксом Ольберса, в честь астронома, который привлёк к нему внимание в XIX веке.

В прошлом делались попытки разрешить этот парадокс предположением, что облака космической пыли экранируют свет далёких звёзд. Однако это объяснение неправильно: в однородной изотропной Вселенной пыль сама должна нагреваться и светиться так же ярко, как звезды. Другое объяснение заключалось в том, что бесконечная Вселенная устроена иерархически, подобно матрёшке: каждая материальная система входит в состав системы более высокого уровня, так что средняя плотность излучателей света по мере роста масштабов стремится к нулю. Однако это предположение отвергается в современной космологии, основанной на космологическом принципе, согласно которому Вселенная однородна и изотропна.

Правильное объяснение фотометрического парадокса содержится в космологической поэме «Эврика» знаменитого американского писателя Эдгара По (1848 г.); поскольку эта поэма не является научным сочинением, авторство можно приписать также немецкому астроному Иоганну Медлеру (1861 г.). Подробное математическое рассмотрение этого решения было дано Уильямом Томсоном (лордом Кельвином) в 1901 г. Оно основано на конечности возраста Вселенной. Поскольку (по современным данным) более 13 млрд. лет назад во Вселенной не было галактик и квазаров, самые далёкие звезды, которые мы можем наблюдать, расположены на расстояниях около 13 млрд. св. лет. Это устраняет основную предпосылку фотометрического парадокса -- то, что звезды расположены на любых, сколь угодно больших расстояниях от нас. Вселенная, наблюдаемая на больших расстояниях, настолько молода, что звезды ещё не успели в ней образоваться. Заметим, что это нисколько не противоречит космологическому принципу, из которого следует безграничность Вселенной: ограничена не Вселенная, а только та часть её, где успели за время прихода к нам света родиться первые звёзды.

Некоторый (существенно меньший) вклад в уменьшение яркости ночного неба вносит и красное смещение галактик. Действительно, далёкие галактики имеют в (1 + z) большую длину волны излучения, чем галактики на близких расстояниях. Но длина волны связана с энергией света по формуле =hc/. Поэтому энергия фотонов, принимаемых нами от дальних галактик, в (1+z) раз меньше. Далее, если из галактики с красным смещением z вылетают два фотона с интервалом времени t, то интервал между принятием этих двух фотонов на Земле будет ещё в (1+z) раз больше, стало быть, интенсивность принятого света во столько же раз меньше. В итоге мы получаем, что суммарная энергия, поступающая к нам от далёких галактик, в (1 + z)2 раз меньше, чем если бы эта галактика не удалялась от нас вследствие космологического расширения.

Идея о конечности нашей Вселенной, собственно, доказывалась от противного: будь Вселенная безграничной, в микроволновом фоне наблюдались бы волны любых размеров. На самом же деле такого нет. Никаких действительно крупных волн WMAP так и не сумел обнаружить. Зато, анализируя собранные им данные, удалось установить, что структура волн выглядит так же, как если бы эти волны находились в замкнутом додекаэдре.

83. Дарвинизм

Дарвинизм -- по имени английского натуралиста Чарлза Дарвина -- в узком смысле -- направление эволюционной мысли, приверженцы которого вслед за Дарвином традиционно придают большое значение естественному отбору как одному из факторов эволюции.

В широком смысле нередко употребляется для обозначения эволюционной теории или эволюционной биологии в целом.

Дарвинизм, материалистическая теория эволюции органического мира, основанная на воззрениях Ч. Дарвина. Дарвинизм доказал реальность эволюции и убедительно объяснил механизм эволюционного процесса. Созданию дарвинизма предшествовали концепции ряда учёных, провозглашавших изменяемость видов (трансформизм), но не сумевших вскрыть причины и механизмы эволюции. Из трансформистов лишь Ж. Б. Ламарк разработал логически последовательную систему взглядов, которая однако, давала в целом идеалистичное объяснение эволюционного процесса. Работу над своей теорией Дарвин начал в 1837, первый её очерк был написан в 1842, после чего Дарвин продолжал собирать и анализировать новые факты. Он опирался на данные палеонтологии, сравнительной анатомии, эмбриологии, систематики, биографии и геологии, широко использовал достижения практики сельского хозяйства, особенно селекции. Важную роль в формировании взглядов Дарвина сыграло учение Ч. Лайеля о геологической эволюции Земли, в частности выдвинутый Д. Геттоном и Ч. Лайелем принцип актуализма, согласно которому на Земле в прошлом действовали те же факторы, что и в наше время. Основные положения теории Дарвин изложил в 1859 в книге “Происхождение видов, путём естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь”, развил в последующих трудах - “Изменение животных и растений под влиянием одомашнивания” (1868) и “Происхождение человека и половой отбор” (1871). Название “Дарвинизм” предложено А. Уоллесом, который независимо от Дарвина пришёл к близким выводам. Движущими силами эволюции Дарвин считал наследственную изменчивость и естественный отбор. Он впервые поставил в центре внимания эволюционной теории не отдельные особи, а виды и внутривидовые группировки, в противоположность аргонизмоцентрическому подходу ранних трансформистов (свойственному и Ламарку). Дарвин собрал многочисленные доказательства изменчивости организмов и в природе, и в условиях одомашнивания. Он выделил две основные формы изменчивости: неопределённую и определённую, предавая основное значение в эволюции неопределённой изменчивости. Позднее было выяснено, что определённая изменчивость (модификации) ненаследственна. В условиях одомашнивания на основе наследственной изменчивости организмов путём искусственного отбора человек создал многочисленные породы домашних животных и сорта культурных растений. По аналогии Дарвин пришёл к выводу, что и в природных условиях действует фактор, движущий и направляющий эволюцию организмов, - естественный отбор. Дарвин показал, что в природе организмам любого вида свойственна постоянная борьба за существование, складывающаяся из их взаимодействий с факторами внешней среды (абиотическими и биотическими) и внутривидовой конкуренции. Борьба за существование обычно приводит к гибели значительного числа особей в каждом поколении любого вида и к выборочному участию особей в размножении. Неизбежным результатом наследственной изменчивости организмов и борьбы за существование является естественный отбор - преимущественное выживание и участие в размножении наиболее приспособленных особей каждого вида. Следствиями естественного отбора является видообразование, сопровождаемое закреплением адаптации, дивергенция и прогрессивная эволюция. Приспособленность организмов к окружающей среде носит относительный характер. Частный случай естественного отбора - половой отбор, обеспечивающий развитие признаков, связанных с функцией размножения. Дарвинизм впервые дал научное, логически последовательное и материалистическое решение важнейших проблем эволюционного учения и подорвал позиции метафизических и идеалистических представлений в биологии - креационизма, витализма и др. После опубликования теории Дарвина эволюционные идеи получили широкое распространение. Однако классический дарвинизм оставил нерешённым ряд важных вопросов (сущность наследственности, механизмы возникновения наследственной и ненаследственной изменчивости и их эволюционная роль, сущность и структура биологического вида). В начале 20 в. считали, что эволюцию можно объяснить мутациями без участия естественного отбора. Давшая начало новой науке - генетике, менделизм и мутационная теория, сначала были восприняты как учения, целиком заменяющие дарвинизм. Синтез дарвинизма и генетики произошёл в 20-30-х годах 20в. Сложилась так называемая синтетическая теория эволюции, концентрирующая внимание в основном на процессах микроэволюции и видообразования. Новейший этап развития дарвинизма характеризуется использованием данных молекулярной биологии для более глубокого понимания механизмов наследственной изменчивости, практические применения основных его положений к проблемам антропогенного изменения биосферы и управления живыми природными ресурсами. Критика дарвинизма в разное время велась рядом учёных с позиций автогенеза и других концепций, имеющих автогенезтичную окраску и этоногинеза. В основе неприятия дарвинизма отдельными учёными лежат непонимание диалектических соотношений случайных и закономерных явлений и процессов в эволюции и вероятностного характера действий естественного отбора, забвение этого приспособительного характера эволюции, игнорирование целостностей организма. Важнейшие положения дарвинизма выдержали испытание временем и сохранили своё значение в современном эволюционном учении. Синтетическая теория эволюции, развивающая дарвинизм на современном этапе, по мнению рада учёных уделяет ещё недостаточно внимания процессам эволюционных перестроек онтогенеза и эволюционной роли различия корреляционных систем в целостном организме, организация и направленность эволюционного процесса, выявляющимся лишь на уровне микроэволюции. Современный дарвинизм продолжает развиваться, ассимилируя новейшие достижения всех областей эволюционной биологии.

84. Большой взрыв. Сингулярность. Инфляционная Вселенная

Большой взрыв (от англ. Big Bang) -- гипотетическое начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии.

Космологическая сингулярность -- состояние Вселенной в начальный момент Большого Взрыва, характеризующееся бесконечной плотностью и температурой вещества. Космологическая сингулярность является одним из примеров гравитационных сингулярностей, предсказываемых общей теорией относительности (ОТО) и некоторыми другими теориями гравитации.

Возникновение этой сингулярности при продолжении назад во времени любого решения ОТО[1], описывающего динамику расширения Вселенной, было строго доказано в 1967 году Стивеном Хокингом[2]. Проблема существования космологической сингулярности является одной из наиболее серьёзных проблем физической космологии. Дело в том, что никакие наши сведения о том, что произошло после космологической сингулярности, не могут дать нам никакой информации о том, что происходило до этого.

Попытки решения проблемы существования этой сингулярности идут в нескольких направлениях: во-первых, считается[источник], что квантовая гравитация даст описание динамики гравитационного поля, свободного от сингулярностей, во-вторых, есть мнение[источник], что учёт квантовых эффектов в негравитационных полях может нарушить условие энергодоминантности, на котором базируется доказательство Хокинга, в-третьих, предлагаются[источник] такие модифицированные теории гравитации, в которых сингулярность не возникает, так как предельно сжатое вещество начинает расталкиваться гравитационными силами (так называемое гравитационное отталкивание), а не притягиваться друг к другу.

Инфляционная модель Вселенной -- гипотеза о физическом состоянии и законе расширения Вселенной на ранней стадии Большого взрыва (при температуре выше 1028 K), предполагающая период ускоренного по сравнению со стандартной моделью горячей Вселенной расширения. Предложена в 1981 Аланом Гутом и Андреем Линде.

85. Антропный принцип

Антромпный примнцип -- аргумент «Мы видим Вселенную такой, потому что только в такой вселенной мог возникнуть наблюдатель, человек», утверждающий, почему в наблюдаемой нами Вселенной имеет место ряд нетривиальных соотношений между разнообразными фундаментальными физическими параметрами, которые способны привести к образованию разумной жизни.

Часто выделяют сильный и слабый антропные принципы.

· Слабый антропный принцип: во вселенной встречаются разные значения физических величин, но наблюдение некоторых значений более вероятно, поскольку в регионах, где величины принимают некоторые значения, жизнь более возможна.

· Сильный антропный принцип: вселенная должна иметь свойства, позволяющие развиться разумной жизни.

В современной науке антропный принцип имеет статус любопытного наблюдения, которое не могло проводиться там, где не возникло разумной жизни, а следовательно и наблюдателя, способного увидеть следующие взаимосвязи.

Размещено на Allbest.ru