Современная научная картина мира

 

Оглавление:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Современная научная картина мира ( Квантово-полевая картина мира ) ( XX-XXI в.)

Современные теории лежащие, лежащие в ее основе.

Особенности современной естественно научной картины мира.

 

Научная картина мира – это система представлений об общих закономерностях в природе, возникающая в результате синтеза знаний, полученных в рамках различных научных дисциплин. Научная картина мира строится на базе определенной фундаментальной теории. Основой современной научной картины мира являются фундаментальные знания, полученные, прежде всего, в области физики. В последние годы XX в. стали говорить о том, что лидером естествознания становится биология. Это выразилось, в том числе, и в усилении влияния, которое оказывает биологическое знание на построение научной картины мира. Идеи биологии постепенно приобретают универсальный характер и становятся фундаментальными принципами других естественно-научных дисциплин. В частности, в современной науке такой универсальной идеей является идея развития, проникновение которой в космологию, физику, химию, антропологию, социологию и т. д. привело к существенному изменению взгляда человека на мир

 

В основе современной  квантово - полевой картины мира лежит новая физическая теория — квантовая механика, описывающая состояние и движение микрообъектов материального мира.

 

Квантовой механикой называют теорию, устанавливающую способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем, а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми опытным путем.

Законы квантовой механики составляют фундамент изучения строения вещества. Они позволяют выяснить строение атомов, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов, изучить свойства элементарных частиц. Поскольку свойства макроскопических тел определяются движением и взаимодействием частиц, из которых они состоят, то законы квантовой механики лежат в основе понимания большинства макроскопических явлений. Например, квантовая механика позволила определить строение и понять многие свойства твердых тел, последовательно объяснить явления ферромагнетизма, сверхтекучести, сверхпроводимости, понять природу астрофизических объектов — белых карликов, нейтронных звезд, выяснить механизм протекания термоядерных реакций на Солнце и звездах.

Разработка квантовой механики относится к началу XX в., когда были обнаружены физические явления, свидетельствующие о неприменимости механики Ньютона и классической электродинамики к процессам взаимодействия света с веществом и процессам, происходящим в атоме. Установление связи между этими группами явлений и попытки объясни ть их на основе теории привели к открытию законов квантовой механики. 
Впервые в науке представления о кванте высказал в 1900 г. М. Планк в процессе исследования теплового излучения тел. Своими исследованиями он продемонстрировал, что излучение энергии происходит дискретно, определенными порциями — квантами, энергия которых зависит от частоты световой волны. Эксперименты Планка привели к признанию двойственного характера света, который обладает одновременно и корпускулярными, и волновыми свойствами, представляя собой, таким образом, диалектическое единство этих противоположностей. Диалектика, в частности, выражается в том, что чем короче длина волны излучения, тем ярче проявляются квантовые свойства; чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства света.

 
В частности, Н. Бор применил идею квантования  энергии к теории строения атома. Согласно его представлениям в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома, а вокруг ядра вращаются по орбитам отрицательно заряженные электроны. Вращающиеся электроны должны терять часть своей энергии, что влечет за собой нестабильное существование атомов. Однако на практике атомы не только существуют, но и являются весьма устойчивыми. Объясняя этот вопрос, Бор предположил, что электрон, совершая движение по своей орбите, не испускает квантов. Излучение происходит лишь при переходе электрона с одной орбиты на другую, т.е. с одного уровня энергии на другой, с меньшей энергией. В момент перехода и рождается квант излучения.

 
Кардинально меняется представление  о движении, которое становится лишь частным случаем фундаментальных физических взаимодействий. Известно четыре вида фундаментальных физических взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Все они описываются на основе современного принципа близкодействия. В соответствии с ним взаимодействие каждого типа передается соответствующим полем от точки к точке. При этом скорость передачи взаимодействия всегда конечна и не может превышать скорости света в вакууме (300 000 км/с). 
Окончательно утверждаются представления об относительности пространства и времени, их зависимости от материи. Пространство и время перестают быть независимыми друг от друга и согласно теории относительности сливаются в едином четырехмерном пространстве -времени, которое не существует вне материальных тел. 
Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они всегда выступают в вероятностной форме, в виде так называемых статистических законов. Они соответствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей. Таким образом, оказалось, что в основе нашего мира лежит случайность, вероятность. 
Также новая картина мира впервые включила в себя наблюдателя, от присутствия которого зависели получаемые результаты исследований. Более того, был сформулирован так называемый антропныи принцип, который утверждает, что наш мир таков, каков он есть, только благодаря существованию человека. Отныне появление человека считается закономерным результатом эволюции Вселенной.

Глобальный эволюционизм 

 

Глобальный эволюционизм — это интегративное исследовательское направление, учитывающее динамику развития неорганического, органического и социального миров. Он опирается на идею о единстве мироздания и представления о том, что весь мир является огромной эволюционирующей системой. В современной философии науки глобальному эволюционизму отведено одно из центральных мест. Концепция глобального эволюционизма оформилась в 80-е гг. XX в. Выйдя из недр естественных наук, базируясь на закономерностях Вселенной, он отличается универсальностью и огромным интегративным потенциалом.

Глобальный эволюционизм включает в себя четыре типа эволюции: эволюцию космическую, химическую, биологическую и социальную — объединяя их генетической и структурной преемственностью.

 

 

Детерминизм

 

Детерменизм – общее учение о взаимосвязи и взаимообусловленности явлений и процессов реальности. Представления о детерминизме входят в структуру научного метода – они нацеливают исследование на анализ и раскрытие условий, причин и закономерностей, любых изменений в природе, обществе и мышлении. Основу детерминизма составляют концепции причинности и закономерностей.

Связи между событиями и явлениями во Вселенной необъяснимы только с точки зрения ньютоновско-картезиан-ской причинности, требуются иные способы интерпретации существующих в мире закономерностей. Современное представление о детерминизме конкретизируют в следующих принципах:

• всеобщей взаимосвязи явлений и событий;

• причинности;

• многообразия типов детерминации; закономерности отношений обусловливания (3.1).

Принцип взаимосвязи явлений носит общий характер и выражает неизолированность явлений и событий друг от друга.

Принцип причинности является центральным и утверждает наличие между всеми явлениями и событиями мира отношений причин и следствий. Однако отождествление причинности и детерминизма, характерное для классического естествознания, является ошибочным, поскольку сводит представления о всеобщей связи между явлениями только к одному их типу. Сущность принципа причинности заключается в утверждении существования таких связей между явлениями, при которых одно из явлений обусловливает возникновение и развитие другого, определяя его свойства. Иными словами, одно явление при определенных условиях с необходимостью порождает другое. Порождающее явление называется причиной, порождаемое – следствием. Причина выступает как активное и первичное начало по отношению к следствию.

Механистический детерминизм неверно отождествлял два понятия: причинность и необходимость, упуская из виду случайность. Современный детерминизм признает объективный характер случайности. Причинно-обусловленными являются не только необходимые, но и случайные явления. Необходимые события имеют своим основанием существенные свойства и отношения объектов и всегда происходят определенным образом. Случайные события могут произойти или не произойти, проявление случайности зависит от целой совокупности несущественных условий. Случайность оказывает влияние на ход необходимого процесса, ускоряя или, напротив, замедляя его.

Принцип многообразия форм детерминации утверждает, что все многообразие взаимодействий между явлениями не может быть сведено к отношениям причинности. При этом не отрицается, что каждое явление имеет свою причину. Выделение других форм детерминации связано с пониманием того факта, что отношения порождения, характеризующие причинность, не являются единственными.

Химическое равновесие

 

 Эксперименты показывают, что химические реакции одновременно протекают в двух направлениях. Обычно прямой называется та реакция, которая протекает экзотермически, т.е. с выделением тепла, обратная – эндотермически, с поглощением тепла. Таким образом, химическое равновесие помимо равенства скоростей прямой и обратной реакции и постоянства концентраций при неизменных внешних условиях обладают ещё следующими свойствами:  Подвижностью, т.е. способностью самопроизвольно восстанавливаться после небольших смещений, вызванных временными отклонениями температуры или давления от заданного значения.  Возможностью достижения равновесия, как со стороны исходных веществ, так и со стороны продуктов реакции.  Минимальным значением изобарного потенциала в изобарно изотермическом процессе и равенствами  и которые являются фундаментальными термодинамическими условиями химического равновесия. Химически обратимая реакция до перехода в состояние равновесия протекает с конечными скоростями. С термодинамической точки зрения они необратимы и работа их не является максимальной , однако можно мысленно представить, что эти реакции в прямом и обратном направлениях идут бесконечно медленно через смежные равновесные состояния, т.е. термодинамически обратимы. Тогда к ним можно применять общее условие термодинамического равновесия и рассчитать максимальную работу – меру химического сродства По положительному значению  или убыли изобарного потенциала  можно судить о преимущественном направлении обратимой реакции, которая приближает систему к равновесному состоянию. 
 
Обратимые необратимые реакции

 

Необратимыми называются химические реакции, протекающие только в одном направлении, т.е. продукты этих реакций не взаимодействуют друг с другом с образованием исходных веществ. Условия необратимости реакции – образование осадка, газа или слабого электролита.

         Обратимыми называются реакции, протекающие одновременно в прямом и обратном направлениях, например:

 

Химическое  равновесие – это состояние системы, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.

 

 

Положение химического равновесия зависит от следующих параметров реакции: температуры, давления и концентрации. Влияние, которое оказывают эти факторы на химическую реакцию, подчиняется закономерности, которая была высказана в общем виде в 1885 году французским ученым Ле-Шателье.

Факторы, влияющие на химическое равновесие:

1) температура

При увеличении температуры химическое равновесие смещается в сторону эндотермической (поглощение) реакции, а при понижении-в сторону экзотермической (выделение) реакции.

2) давление

При увеличении давления химическое равновесие смещается в сторону  меньшего объёма веществ, а при понижении в сторону большего объёма. Этот принцип действует только на газы, т.е. если в реакции участвуют твердые вещества, то они в расчет не берутся.

3) концентрация исходных  веществ и продуктов реакции

При увеличении концентрации одного из исходных веществ химическое равновесие смещается в сторону продуктов реакции, а при повышении концентрации продуктов реакции-в сторону исходных веществ.

(Катализаторы не влияют на смещение химического равновесия.)

Динамическое равновесии

 

     это равновесии, которое выполняется, но разными составляющими... 
Наиболее простой пример-жидкость и её пар (изолированные): 
Какое-то время жидкость будет активно испарятся (равновесия нет) и пар достигнет насыщенного состояния (динамическое равновесие). Но часть пара все время конденсируется (в том числе в жидкость), а сама жидкость все время испаряется. 
Динамическое равновесии в данном случае -одинаковая скорость обоих процессов. 
Но это не означет, что состав пара все время один и тот же (молекулы, составляющие его все время меняются) - это и есть динамическое равновесии. 

Термодинамические условия  состояния равновесия.

 

Самопроизвольно могут протекать  только те процессы, которые приводят к понижению свободной энергии  системы; система приходит в состояние  равновесия, когда свободная энергия достигает минимального значения.

 

условием термодинамического равновесия в закрытой системе является минимальное  значение соответствующего термодинамического потенциала

 

Термодинамическим равновесием называется такое термодинамическое состояние системы, которое при постоянстве внешних условий не изменяется во времени, причем эта неизменяемость не обусловлена каким-либо внешним процессом.

Кинетические условия состояния  равновесия.

 

Скорость любой химической реакции зависит от условий, в которых она протекает: от концентрации реагентов (или их давления, если это газы), температуры, наличия катализатора или излучения и т.д. Одни реакции протекают практически мгновенно (например, нейтрализация кислоты основанием), другие при обычных условиях идут настолько медленно, что заметные изменения концентраций реагентов наблюдаются лишь через несколько лет (например, взаимодействие водорода с кислородом с образованием воды в отсутствие катализатора). При этом существует множество реакций, протекающих с вполне измеримыми скоростями в обычных условиях. Химическая кинетика занимается определением скоростей химических реакций и изучением их механизма. Это относительно молодая наука, и в ней имеется много нерешенных проблем. Во всех кинетических исследованиях фигурируют время и промежуточные продукты (вещества, образующиеся на промежуточных стадиях реакции). Этим они отличаются от исследований систем в условиях химического равновесия, когда рассматриваются только начальное и конечное состояния реагентов.