Контрольная работа по "Естествознание"

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение                                                                                                                   2
2. Дайте анализ развития идей атомизма.                                                                 5
3. Изложение сути современной теории атомизма.                                                11
4. Дайте анализ квантовой модели атома. Объясните роль элементарных 
   частиц и физического вакуума в строении атома                                               14

Список используемой литературы 

                                                   ВВЕДЕНИЕ

       Атомистическая теория - современная теория строения вещества - зародилась еще в Древней Греции. 
       Теоретические умозаключения о внутренней структуре мира вещей и объяснение с помощью этой структуры воспринимаемых нами свойств каждой вещи – всё это свидетельствует о достаточно высоком уровне научного мышления. Первые примитивные зачатки такого подхода обнаруживаются ещё у Анаксимена, в более развитом виде он наличествует в концепциях Эмпедокла и Анаксагора, но лишь в атомистике этот подход принял ту форму, которая, по сути дела, осталась неизменной на протяжении всей последующей истории естествознания. 
       Первые подходы к атомистическим представлениям Эмпедокла(V в. до н. э.). 
       Единым первоначалом Эмпедокл считал четыре стихии-элемента: огонь, воздух (эфир), воду и землю. Основные свойства этих элементов:

1)они вечны  и непреходящи;

2) качественно  неизменны и

3)однородны.

       Но они могут перемещаться в пространстве и вступать друг с другом в различные комбинации. Все вещи (вещества) являются такого рода комбинациями четырёх элементов, взятых в разных пропорциях. Таким же образом, различия в характере крови у различных людей определяются различием частиц, из которых состоят элементы, входящие в её состав. 
      Бесспорное, если и не совсем прямое отношение к атомизму Эмпедокла имеет его теория «пор» и связанная с ней теория «истечений». Эмпедокл утверждал, что как сами элементы, так и их соединения содержат множество мельчайших, недоступных нашему зрению проходов или пор. Важная роль этой теории состоит в том, что с ее помощью Эмпедокл объяснял механизм ощущений, в первую очередь – зрения. Всем телам свойственно непрерывно испускать истечения, которые затем распространяются в пространстве. Именно этот непрерывный поток и движение являются причиной уничтожения и гибели всех вещей. Эти истечения являются также основным фактором, определяющим взаимодействие тел и их способность смешиваться одно с другим. Если поры одного тела таковы, что истечения от другого тела могут в них проникать, тогда первое тело получает примесь второго тела. Смешение тел осуществляется наилучшим образом в том случае, когда поры обоих тел оказываются взаимно симметричными или подобными друг другу. При взаимном несоответствии пор и истечений смешение оказывается невозможным. Именно по этой причине одни жидкие тела, как вода и вино, смешиваются друг с другом, другие же, как, например, вода и масло, не смешиваются. Питание растений объяснялось Эмпедоклом наличием у растений пор, которые равномерно и в достаточном количестве пропускают нужные питательные вещества. Эта теория пор и истечений представляет собой исторически первую попытку объяснить весьма широкий класс явлений с помощью определенных теоретических представлений о внутренней структуре вещей окружающего нас мира. Впервые чувственно-воспринимаемые явления трактовались как нечто, в основе чего лежат не наблюдаемые, но умопостигаемые особенности структуры вещественных объектов. 
       Интуитивный (в значительной мере) атомизм Эмпедокла представлял собою еще очень примитивную форму атомистики, далекую от всеохватывающей и концептуально весьма совершенной теории, которая была разработана несколько позже Левкиппом и Демокритом. Атомизм Эмпедокла можно рассматривать как некую раннюю стадию в развитии атомистических представлений. Что же касается теории пор и истечений, то она, по-видимому, приобрела значительную популярность и, в частности, повлияла на взгляды Платона в отношении объяснения механизма ощущений, особенно зрения.

1.     Дайте анализ развития идей атомизма. 
    
           Одной из вершин античной культуры являлось атомистическое учение Демокрита, основоположника античного материализма. Демокрита убедительно показал, что мыслить бытие как многое, мыслить движение можно, если ввести понятие о неделимости. 
   В противоположность элеатам Демокрит учил, что реально существует не только бытие, но и небытие. Бытие - это атомы, небытие - пустота, пустое пространство. Пустота неподвижна и беспредельна; она не оказывает никакого влияния на находящиеся в ней тела, на бытие. Идея пустоты привела Демокрита к идее бесконечного пространства, где во всех направлениях беспорядочно носятся, перемещаются атомы (как пылинки в солнечном луче). 
          Атом - неделимая, совершенно плотная, непроницаемая, не-воспринимаемая чувствами (вследствие своей, как правило, малой величины), самостоятельная частица вещества, атом неделим, вечен, неизменен. Атомы никогда не возникают и никогда не погибают. Они бывают самой разнообразной формы - шарообразные, угловатые, крючкообразные, вогнутые, выпуклые и т.п. Атомы различны по размерам. Они невидимы, их можно только мыслить. В процессе движения в пустоте атомы сталкиваются друг с другом и сцепливаются. Сцепление большого количества атомов составляет вещи. Возникновение и уничтожение вещей объясняются сложением и разделением атомов; изменение вещей - изменением порядка и положения (поворота) атомов. Если атомы вечны и неизменны, то вещи преходящи и изменчивы. Таким образом, атомизм соединил в одной картине рациональные моменты двух противоположных учений - учений Гераклита и Парменида: мир вещей текуч, изменчив, а мир атомов, из которых состоят вещи, неизменен, вечен. 
          По Демокриту, мир в целом - это беспредельная пустота, начиненная многими отдельными мирами. Отдельные миры образовались в результате того, что множество атомов, сталкиваясь друг с другом, образуют вихри - кругообразные движения атомов. В вихрях крупные и тяжелые атомы скапливаются в центре, а более легкие и малые вытесняются к периферии. Так возникли земля и небо. Небо образует огонь, воздух, светила. Земля - центр нашего мира, на краю которого находятся звезды. Каждый мир замкнут. Число миров бесконечно. Многие из них могут быть населенными. Демокрит впервые описал Млечный Путь как огромное скопление звезд. Миры преходящи: одни из них только возникают, другие находятся в расцвете, а третьи уже гибнут. 
          Исторической заслугой античного атомизма являлось также формулирование и разработка принципа детерминизма (причинности). В соответствии с этим принципом любые события влекут за собой определенные следствия и в то же время представляют собой следствие из некоторых других событий, совершавшихся ранее. Демокрит понимал принцип детерминизма механистически, отождествляя причинность и необходимость.

       Все, что происходит в мире, не только причинно обусловлено, но и необходимо, неизбежно. Он отвергал объективное существование случайности, говоря, что человек называет событие случайным, когда не знает (или не хочет узнать) причины события. Мир атомистов - мир сплошной необходимости, в котором нет объективных случайностей. 
Концепция атомизма - одна из самых эвристичных, одна из самых плодотворных и перспективных научно-исследовательских программ в истории науки. На основе принципа атомизма, рассмотрения тел как суммы бесконечно большого числа малых неделимых атомов Демокрит сформулировал идею математического метода неделимых, позволяющего определять отношения площадей фигур или объемов тел. Метод неделимых, возрожденный в европейской математике в XVI-XVII вв., стал одной из вех на пути создания интегрального исчисления. Концепция атомизма сыграла вьщающуюся роль в развитии представлений о структуре материи, в ориентации движения естественно-научной мысли на познание все более глубоких структурных уровней. 
       С самого зарождения и до конца 1-й четверти 20 в. в основе Атомизм лежала идея о тождестве строения макро и микрокосмоса. Из непосредственно наблюдаемой расчленённости видимого макромира (прежде всего звёздного) на отдельные более или менее обособленные друг от друга тела был сделан вывод, что природа, будучи единой, должна быть устроена в малейшей своей части так же, как и в величайшей. Древние атомисты считали поэтому непрерывность материи кажущейся, как кажется издали сплошной куча зерна или песка, хотя она состоит из множества отдельных частичек. 
       Признание единства строения макро и микрокосмоса открывало путь к перенесению на атомы таких механических, физических или химических свойств и отношений, которые обнаруживались у макротел. Исходя из теоретически предугаданных свойств атомов, можно было сделать заключение о поведении тел, образованных из атомов, а затем экспериментально проверить это теоретическое заключение на опыте. 
       Идея о полном подобии строения макро и микрокосмоса, казалось бы, окончательно восторжествовала после создания в начале 20 в. планетарной модели атома, основу которой составляло положение, что атом построен подобно миниатюрной Солнечной системе, где роль Солнца выполняет ядро, а роль планет — электроны, вращающиеся вокруг него по строго определенным орбитам. Почти вплоть до 2-й четверти 20 в. идея единства строения макро и микрокосмоса понималась слишком упрощённо, прямолинейно, как полное тождество законов и как полное сходство строения того и другого. Отсюда микрочастицы трактовались как миниатюрные копии макротел (как чрезвычайно малые шарики), двигающиеся по точным орбитам, которые совершенно аналогичны планетным орбитам, с той лишь разницей, что небесные тела связаны силами гравитационного взаимодействия, а микрочастицы — электрического.  
Атомизм, атомное учение, атомистика - это учение о прерывистом, дискретном (зернистом) строении материи. Атомизм утверждает, что материя состоит из отдельных чрезвычайно малых частиц; до конца 19 в. они считались неделимыми .Атомизм выступал почти всегда как материалистическое учение. Поэтому борьба вокруг него отражала прежде всего борьбу между материализмом и идеализмом в науке. Атомизм уже с древности был направлен против идеалистического и религиозного взгляда на мир, ибо все сущее он объяснял при помощи частиц материи, не прибегая к сверхъестественным причинам. Материалистическое течение в атомизме исходит из тезиса, согласно которому атомы материальны, существуют объективно и познаваемы. Идеалистическая позиция выражается в отрицании реальности атомов; в объявлении их лишь удобным средством систематизации опытных данных, в отрицании их познаваемости. 
       Атомизм выступал почти всегда как материалистическое учение. Поэтому борьба вокруг него отражала прежде всего борьбу между материализмом и идеализмом в науке. Атомизм уже с древности был направлен против идеалистического и религиозного взгляда на мир, ибо всё сущее он объяснял при помощи частиц материи, не прибегая к сверхъестественным причинам. Материалистическое течение в Атомизм исходит из тезиса, согласно которому атомы материальны, существуют объективно и познаваемы. Идеалистическая позиция выражается в отрицании реальности атомов; в объявлении их лишь удобным средством систематизации опытных данных (см. Махизм), в отрицании их познаваемости. 
       Виды Атомизм различаются тем, какими конкретными физ. свойствами наделяются атомы и другие частицы материи, как характеризуются формы движения атомов. Первоначально Атомизм носил сугубо абстрактный, натурфилософский характер: атомам приписывались лишь самые общие свойства (неделимость, способность двигаться и соединяться между собой), которые не были связаны с какими-либо измеримыми свойствами макротел. В 17—18 вв., когда развилась механика, Атомизм приобрёл механистический характер; этот вид Атомизм был несколько более конкретен, чем натурфилософия древних, но всё же ещё в большей мере оставался абстрактным и мало связанным с опытной наукой. Атомам приписывались теперь чисто механические свойства. Представители «механики контакта» считали, что причиной соединения атомов является фигура, геометрическая форма, наделяли атомы крючочками, посредством которых атомы якобы сцепляются между собой; иногда атомы изображались в виде зубчатых колесиков, зубцы которых подходят друг к другу в случае растворения тел или не подходят в случае их нерастворения (М. В. Ломоносов). Представители «механики сил» (динамики) объясняли взаимодействие атомов наподобие гравитационного тяготения. Поэтому здесь играл роль только вес частиц, а не их геометрическая форма (она принималась шаровидной, как у небесных тел). От динамики И. Ньютона берёт начало особая ветвь Атомизм (хорватский физик Р. И. Бошкович), в которой сочетается идея Г. Лейбница о непространственных монадах (в виде геометрических точек — центров сил) с понятием «силы» (Ньютон). Этот динамический Атомизм явился предвосхищением современного Атомизм, в котором неразрывно сочетается представление о дискретности материи с идеей неразрывности материи и движения (или «силы» в прежнем понимании). Исходя из взглядов Ньютона, Дж. Дальтон (1803) создал химический Атомизм, способный теоретически обобщать и объяснять наблюдённые химические факты и предвидеть явления, ещё не обнаруженные на опыте. Дальтон наделил атомы «атомным весом», т. е. специфической массой, характерной для каждого химического элемента. В «атомном весе» нашла своё выражение мера химического элемента, представляющая собой единство его качественной (химическая индивидуальность) и количественной (значение «атомного веса») сторон. Развитие этого представления привело впоследствии к созданию Д. И. Менделеевым периодической системы химических элементов (1869—71), которая, по сути дела, есть узловая линия отношений меры химических элементов. В середине 19 в. Атомизм в химии получил дальнейшую конкретизацию в учении о валентности (шотландский химик Атомизм С. Купер, немецкий химик ф. Атомизм Кекуле) и особенно в теории «химического строения» (Атомизм М. Бутлеров, 1861). Атомы стали наделяться валентностью, т. е. способностью присоединять 1, 2 и более атомов водорода, валентность которого была принята за 1. В 19 в. атомы наделялись всё новыми свойствами, в которых резюмировались соответствующие химические и физические открытия. В связи с успехами электрохимии атомам стали приписываться электрические заряды (электрохимическая теория шведского учёного И. Я. Берцелиуса), взаимодействием которых объяснялись химические реакции.

Открытие законов электролиза (М. Фарадей) и особенно создание теории электролитической диссоциации (шведский учёный С. Атомизм Аррениус, 1887) привели к обобщению, выраженному в понятии «ион». Ионы это осколки молекул (отдельные атомы или их группы), несущие противоположные по знаку целочисленные электрические заряды. Дискретность зарядов ионов непосредственно подводила к идее дискретности самого электричества, что вело к идее электрона, к признанию делимости атомов. Во 2-й пол. 19 в. Атомизм конкретизировался как молекулярно-физическое учение, благодаря разработке молекулярно-кинетической теории газов, раскрывающей связь между тепловой и механическими формами движения. Основные положения молекулярной гипотезы зародились ещё в 17 (П. Гассенди) и 18 вв. (Ломоносов), но приобрели экспериментальный базис лишь благодаря тому, что закон объёмных отношений газов, открытый Ж. Л. Гей-Люссаком (1808), был объяснён при помощи представления о молекулах (Атомизм Авогадро, 1811). С тех пор молекулам приписывались такие физические свойства и движения, которые при их суммировании давали бы значения макроскопических свойств газа как целого, например температуры, давления, теплоёмкости и т.д. В дальнейшем Атомизм в физике развился в особую ветвь статистической физики. 
       После открытия электрона (английский физик Дж. Дж. Томсон, 1097), создания теории квантов (М. Планк, 1900) и введения понятия фотона (Атомизм Эйнштейн, 1905) Атомизм принял характер физического учения, причём идея дискретности была распространена на область электрических и световых явлений и на понятие энергии, учение о которой в 19 в. опиралось на представления о непрерывных величинах и функциях состояния 
       Если старый Атомизм исходил из того, что «последние», «неделимые» атомы находятся во внешнем отношении друг к другу, пространственно сополагаясь одни с другими, то новый Атомизм признаёт такие взаимодействия частиц материи, в результате которых они испытывают коренные изменения, теряют свою самостоятельность, свою индивидуальность и как бы растворяются полностью друг в друге, претерпевая глубочайшие качеств, изменения. Так, примером подобных взаимодействий является взаимопревращение элементарных частиц материи. 
       Неисчерпаемость электрона наглядно обнаружилась после неудачи попыток построить модель атома, исходя из представления об электронах-шариках (или даже точках), наделённых определенной массой и зарядом и двигающихся вокруг ядра по законам классической механики. Ядерная же физика показала, что электрон может рождаться из нейтрона, гиперонов и мезонов (с выделением нейтрино), может поглощаться и исчезать как частица в атомном ядре (при захвате), может сливаться с позитроном, словом, испытывать такие многообразные и сложные коренные превращения, которые неоспоримо свидетельствуют о его реальной неисчерпаемости. В истории познания каждый крупный успех Атомизм составлял не только революцию в физическом учении о материи и её строении, но вместе с тем очередное поражение идеалистического взгляда на природу (хотя сам по себе Атомизм, конечно, отнюдь не всегда и не во всех своих конкретных формах непосредственно выражал научную истину). Так, открытие Дальтоном закона простых кратных отношений в химии привело в начале 19 в. к крушению идеалистической теории динамизма (Кант, Шеллинг, Гегель и др.), согласно которой основу природы составляет не материя, а прерывные силы. В конце 19 в. в физике и химии получило распространение феноменологическое, агностическое течение, связанное с термодинамикой и наиболее отчётливо обнаружившееся в энергетическом мировоззрении (В. Оствальд, 1895). Энергетизм, как и махизм, отрицал реальность атомов и молекул; он пытался построить всю физику и химию на представлении о чистой энергии, комплексом различных видов которой объявлялась сама материя и все её свойства. Успехи физики и химии на рубеже 19 и 20 вв., особенно подсчёт числа ионов — газовых частиц, несущих электрические заряды, а также изучение «броуновского движения» и др. показали совпадение значений Авогадро числа, определённого самыми различными физическими методами. 
       В конце 1-й четверти 20 в. оказалось, что выбрасываемые при b-распаде электроны уносят только часть энергии, теряемой ядром. Отсюда был сделан вывод, что другая её часть попросту уничтожается. Материалистическое решение возникшей трудности (В. Паули, 1931) состояло в предположении, что при b-распаде наряду с электроном из ядра вылетает другая, неизвестная ещё частица материи, с очень малой массой и электрически нейтральная, которую назвали «нейтрино». Без представления о нейтрино невозможно понять многие ядерные превращения, а также и превращения элементарных частиц (мезонов, нуклонов, гиперонов). Т. о., и здесь успех Атомизм принёс поражение идеализму в физике. 
       После открытия позитрона И. и Ф. Жолио-Кюри наблюдали (1933) превращение позитронов и электронов в фотоны; наблюдалось также рождение пары — электрона и позитрона — при прохождении фотона -g-лучей вблизи атомного ядра. Эти явления были истолкованы как аннигиляция (уничтожение) материи и как её рождение из энергии. Развивая Атомизм, физики-материалисты (С. И. Вавилов, Ф. Жолио-Кюри и др.) показали, что в данном случае происходит взаимопревращение одного физического вида материи (вещества) в другой её вид (свет). Следовательно, и в этом отношении Атомизм нанёс своими открытиями удар идеализму. 
 
                   

                  2.    Изложение сути современной теории атомизма. 
 
       Для современного атомизма характерно признание не только атомов, но и других частиц материи как более крупных, чем атомы (например, молекул), так и более мелких (атомные ядра, электроны и др.). С точки зрения современного атомизма, электроны суть "атомы" отрицательного электричества, фотоны - "атомы" света и т.д. атомизм распространяется и на биологические явления, в том числе на явления наследственности.  
       Современный атомизм, воплотившийся в квантовую механику, не отрицает единства природы в большом и малом, но раскрывает качественное различие микро и макрообъектов: микрочастицы представляют единство противоположностей прерывности и непрерывности, корпускулярности и волно-образности. Это — не шарики, как думали раньше, а сложные материальные образования, в которых дискретность (выраженная в свойствах корпускулы) определенным образом сочетается с непрерывностью (выраженной в волновых свойствах). Поэтому и движение таких частиц (например, электрона вокруг атомного ядра) совершается не по аналогии с движением планеты вокруг Солнца (т. е. не по строго определённой орбите), а скорее по аналогии с движением облака («электронное облако»), имеющего как бы размытые края. Такая форма Атомизм названа современным (квантовомеханическим) Атомизм. Важнейшую черту современного Атомизм составляет Атомизм действия, связанный с тем, что движение, свойства и состояния различных микрообъектов поддаются квантованию, т. е. могут быть выражены в форме дискретных величин и отношений. В итоге вся физика микропроцессов, поскольку она носит квантовый характер, оказывается областью приложения современного Атомизм Постоянная Планка (квант действия) есть универсальная физическая константа, которая выражает количественную границу, разделяющую две качественно различные области: макро и микроявлений природы. Физический (или квантово-электронный) Атомизм достиг особенно больших успехов благодаря созданию (Н. Бор, 1913) и последующей разработке модели атома, которая с физической стороны объясняла периодическую систему элементов. Создание квантовой механики (Л. де Бройль, Э. Шрёдингер, В. Гейзенберг, П. Дирак и др., 1924—28) придало Атомизм квантово- механический характер. Успехи ядерной физики, начиная с открытия атомного ядра (Э. Резерфорд, 1911) и кончая открытием серии элементарных частиц, особенно нейтрона (английский физик Дж. Чедвик, 1932), позитрона (1932), мезонов различной массы, гиперонов и др., также способствовали конкретизации Атомизм Одновременно в 20 в. шло развитие химического Атомизм в сторону открытия частиц более крупных, чем обычные молекулы (коллоидные частицы, мицеллы, макромолекулы, частицы высокомолекулярных, высокополимерных соединений); это придавало атомизму надмолекулярно-химический характер. В итоге можно выделить главные виды атомизма, которые явились вместе с тем историческими этапами в развитии атомизма: