Geum.ru

Концепции современного естествознания контрольные работы

Вид материалаДокументы

Содержание


Ломоносов Михаил Васильевич
Неевклидова геометрия
Ньютон Исаак
Паули Вольфганг
Планк Макс Карл Эрнст Людвиг
Подобный материал:
1   ...   14   15   16   17   18   19   20   21   22

Ламаркизм – первая целостная концепция эволюционного развития живой природы, выдвинутая в 1809 году выдающимся французским естествоиспытателем Жаном Батистом Ламарком (1744 – 1829). Согласно взглядам Ламарка, виды растений и животных с течением времени постоянно изменяются, неуклонно усложняясь и усовершенствуясь в своей организации, благодаря влиянию изменяющихся условий внешней среды и в результате присущего всем живым организмам внутреннего стремления к самоусовершенствованию. Причем, только одного стремления живого организма недостаточно, оно должно подкрепляться усилием его воли, чтобы в ответ на вызов среды сформировать такие привычки адаптивного поведения, которые в дальнейшем обусловят соответствующие изменения органов. Сформировавшиеся соматические свойства индивида, по мнению Ламарка, наследуются его потомками и со временем становятся достоянием всего вида.

Последнее утверждение, как экспериментально доказал Август Вейсман, оказалось ошибочным в корне, предыдущие – метафизичны по части приписывания животным свойства целеустремленности, однако, с чисто феноменологической точки зрения, существующие реально механизмы обратных связей в системе «организм-среда», объективно действуют таким образом, что обнаруживаемый в итоге результат естественного отбора за длительный период существования какой-либо популяции, можно, по словам выдающегося физика ХХ века Эрвина Шредингера, истолковать так, «как если бы Ламарк был прав».


Ломоносов Михаил Васильевич (1711 – 1765) – выдающийся русский ученый-энциклопедист, создатель российской науки, один из универсальных мыслителей 18 века. Родился в деревне Денисовка (ныне с. Ломоносово) недалеко от села Холмогоры Архангельской губернии. С 1731 по 1735 гг. учился в Славяно-греко-латинской академии в Москве, затем около года (1735-1736) в университете при Санкт-Петербургской Академии Наук. С 1736 года по 1741 усовершенствовался в Германии (в Марбурге и Фрайбурге). После возвращения в Россию в 1742 году Ломоносов был избран адъюнктом, а в 1745 – академиком Санкт-Петербургской Академии Наук.

Исследовательская деятельность М.В. Ломоносова охватывала самый широкий спектр естественнонаучных дисциплин того времени – физику, химию, астрономию, металлургию, горное дело и т.п. В 1756 году в результате точных химических экспериментов он пришел к выводу о сохранении вещества при химических превращениях. Аналогичный закон сохранения массы вещества при химических реакциях был сформулирован французским химиком Лавуазье только в 1770 году. Вопросы строения материи Ломоносов рассматривал с корпускулярных позиций, высказывая идеи, в целом соответствующие современным представлениям об атомно-молекулярном строении вещества. Раньше чем это ввел в химическую практику Лавуазье, Ломоносов разработал методы количественного анализа и применял в своих экспериментах точные для того времени способы взвешивания реактивов, что способствовало превращению химии в точную науку, а химический эксперимент – в воспроизводимое и проверяемое действие.

Будучи последовательным выразителем картезианско-ньютоновской парадигмы, Ломоносов основой науки считал опыт: «Один опыт, -говорил он, - я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных только воображением». В этом подходе к принципам научности Ломоносов выражал свое отрицательное отношение к бывшим в его время в ходу различным метафизическим построениям, основанным на концепции невесомых сущностей, при помощи которых делались попытки объяснить некоторые сложные физические процессы и неочевидные природные явления.

Такая методологическая установка делает Ломоносова одним из первых исследователей, которые любой научный эксперимент планировали с учетом принципа наблюдаемости исследуемых величин и отвергали непроверяемые умозрительные конструкции. Именно с этой точки зрения Ломоносов исследовал явление теплоты и отверг представление о флогистоне как невесомой сущности (нерегистрируемой опытным путем), а вместо этого ввел в объяснение тепловых явлений представление о движении масс весомой материи, фактически предвосхитив этим положения молекулярно-кинетической теории тепла. Широко известны достижения Ломоносова в области исследования электрических явлений, в оптике, где он развивал волновую теорию света и построил ряд оптических приборов, в астрономии, где ему удалось открыть существование атмосферы у Венеры, наблюдая её прохождение по диску Солнца.

Многое сделал Ломоносов для российской прикладной науки, особенно в области металлургии и добычи полезных ископаемых. М.В. Ломоносов также был крупнейшим русским поэтом 18 века, одним из основоположников силлабо-тонической системы стихосложения, создателем высокого поэтического стиля русской оды, автором работ по теории стихосложения, российской истории и грамматики русского языка. Это выдающийся пример преодоления в одном человеке противоречий, связанных с двумя стилями мышления – рационально-научным и образно-художественным, что в современной культурологии в проекции на большие научные сообщества рассматривается как проблема «двух культур».


Наблюдение (научное наблюдение) – процесс целенаправленного восприятия и переработки информации разумным субъектом, обусловленный той или иной постановкой исследовательской задачи, в основе которого лежит измерение характеристик изучаемых предметов и явлений и их числовое выражение, представленное с указанием статистической точности результата. Любой акт научного наблюдения, входящего в тот или иной эксперимент, осуществляется в результате взаимодействия изучаемого предмета или явления с системой соответствующих измерительных приборов и управляющего ими наблюдателя, который планирует последовательность действий, выбирает необходимую для измерений систему отсчета, обеспечивает условия воспроизводимости и проверки получаемой информации, что делает результаты наблюдений верифицируемыми научными данными, пригодными для теоретической интерпретации.

Любое научное наблюдение (за исключением, может быть, только астрономических наблюдений) – это активное действие, в процессе которого в той или иной степени происходит воздействие наблюдателя на исследуемый объект, что приводит к некоторому изменению свойств последнего, поэтому говорить, например, о «чистом» физическом эффекте и истинных результатах измерений можно только с соответствующими оговорками. Однако в подавляющем количестве научных наблюдений в области макромира воздействие наблюдателя на изучаемый объект или явление можно уменьшить до пренебрежимо малых величин, считая полученные результаты истинным (в научном смысле) и статистически достоверным, объективным описанием предмета исследований, который обладает именно теми объективно ему присущими свойствами, которые изучались. Но при переходе на уровень микромира влияние наблюдателя и его измерительных приборов становится определяющим в исследовании квантовомеханического поведения объектов, поскольку акт измерения (т.е. взаимодействия микрообъекта с макросистемой регистрирующего прибора) производит необратимый отбор из нескольких виртуальных квантовых состояний именно того состояния микрообъекта или микросистемы, тех конкретных его характеристик и параметров, на детектирование которых данный измерительный комплекс рассчитан. Например, эксперимент, в котором регистрируется очень слабый поток фотонов (квантов электромагнитного поля) ничего не может сказать о волновых свойствах света, тогда как эксперименты по дифракции и интерференции света ничего не говорят о его дискретной природе, - никакие «промежуточные» эксперименты невозможны.

Поэтому данные измерений не описывают то объективное положение микрообъекта, которое (если рассуждать в терминах классической науки) есть или должно быть на самом деле, а характеризуют тот фиксированный и необратимый результат, который возник в процессе измерения. Таким образом, согласно современным представлениям квантовой механики, каждый акт наблюдения в области микромира производит ситуацию, в которой, так сказать, «самое дело» создается при взаимодействии микрообъекта и измерительного прибора, а вопрос о наличии некоторого объективно присущего квантовой системе «истинного» или «реального» состояния не имеет смысла вплоть до конкретного акта наблюдения, когда сам наблюдатель становятся неотъемлемой частью эксперимента и своими действиями как бы создает из нескольких виртуальных возможностей одну конкретную реальность.

Подавляющее большинство представителей современного научного сообщества не сомневается в том, что математический формализм квантовой теории (особенно, это касается квантовой электродинамики) дает вполне адекватное описание ожидаемых экспериментальных результатов, однако не все современные физики, изучающие явления микромира, и философы, занимающиеся проблемами философской интерпретации квантовой механики, согласны с той трактовкой роли наблюдателя, которая вытекает из копенгагенской интерпретации квантовой механики (Н. Бор и его школа). Этот предмет до сих пор (уже около 50 лет) служит источником активных философских дискуссий, однако ясно, что вернуться к тем философским представлениям об объективной реальности полностью независимой от наблюдателя, которые составляли основу классической парадигмы, уже невозможно.

Ряд крупных современных ученых (синергетик Э. Ласло, физики Д. Бом, Ю. Вигнер, В. Гейзенберг, Дж. Уилер, Ф. Капра, А.Д. Линде и др.) идут ещё дальше, считая, что в настоящее время научному описанию мира на всех иерархических уровнях его структурной организации, присуща неполнота, поскольку в систему модельных уравнений не входит в качестве фундаментальной величины такая переменная, которая отображала бы место в мире разумного наблюдателя. «Только тогда измерительный прибор заслуживает своего назначения, - писал Гейзенберг, - когда он находится в тесной связи с наблюдателем». Известный физик и популяризатор неклассической науки П. Девис по этому поводу замечает: «В самой основе своей квантовая механика дает нам в высшей степени успешную процедуру для предсказания результатов наблюдений, производимых над микросистемами, но стоит нам спросить, что происходит в действительности, когда совершается наблюдение, - как мы приходим к нонсенсу. Попытки вырваться из этого парадокса колеблются в широких пределах – от причудливой интерпретации множественных миров Хью Эверетта, до мистических идей Джона фон Неймана и Юджина Вигнера, привлекавших для решения парадокса сознание наблюдателя. Проблемы физики очень малого и очень большого трудны, но может быть, именно здесь проходит граница – своего рода интерфейс между духом и материей, - граница, которая кажется наиболее многообещающим достоянием Новой Физики».

В рамках этих представлений получил развитие и космологический антропный принцип, последовательное и строгое следование которому в применении к эпистемологии, логически приводит к утверждению того, что доступный нашему познанию мир, в некотором смысле, становится таким, каким человек видит его и выражает понятийными средствами своего языка, – т.е. получается, что субъект и объект научного познания мира (по крайней мере, в области микромира) образуют цельную, взаимосвязанную и неразрывную систему. Это основное положение копенгагенской интерпретации квантовой механики. К аналогичному выводу о взаимосвязанности наблюдателя и наблюдаемых сущностей, о трудностях, с которыми сталкиваются исследователи при попытках рационального причинно-следственного объяснения поведения объектов микромира (на примере радиоактивного распада), со своей стороны пришел и выдающийся швейцарский психолог К.Г. Юнг. Он апеллирует к тому, что и природа объектов микромира и природа отображающего их разума (или души) человека отличаются высокой степенью неопределенности и их трудно выразить в точных и однозначных научных категориях. Так же считает и известный американский физик и космолог Роджер Пенроуз, который констатирует, что «наше сегодняшнее непонимание фундаментальных законов физики не позволяет нам схватить понятие «разума» в физических и логических терминах».

Эта особенность ситуации в современной неклассической науке делает, по мнению Юнга, несостоятельным жесткий рационально-материалистический подход как по отношению к физике микромира, так и к познанию мира вообще. «Ни один серьезный исследователь, - писал он, - не стал бы утверждать, что природа того, что чьё существование доказано в ходе наблюдений, и природа того, что проводит наблюдения, а именно, психе, являются известными и признанными величинами. Если новейшие выводы науки всё больше и больше приближаются к унитарной идее бытия, характеризуемой пространством и временем, с одной стороны, и причинностью и синхронистичностью – с другой, то здесь и не пахнет материализмом. Это скорее указывает на возможность ликвидации несоизмеримости наблюдаемого и наблюдающего. В данном случае результатом было бы единство бытия, которое выражалось бы новым концептуальным языком – «нейтральным языком», как его когда-то назвал Паули».

Чтобы избавиться от некоторых особенно парадоксальных положений в этой области (причем они парадоксальны, правда, только с точки зрения классической парадигмы) и сгладить «конфликт интерпретаций», возникающий при анализе результатов экспериментов с квантовомеханическими объектами, Эйнштейн ввел категорию корпускулярно-волнового дуализма фотонов, де Бройль распространил её на частицы, а Бор выдвинул т.н. принцип дополнительности, с помощью которых в некотором смысле удается диалектически примирить два взаимоотрицающих свойства объектов микромира, снять противоречие, связанное с невозможностью понять и выразить это с помощью привычных аналогий и найти адекватные смысловые корреляты необычным свойствам микромира. Этот подход, лежащий в основе представлений Копенгагенской школы, разделяемый также В. Гейзенбергом, В. Паули, М. Борном, Дж. Уилером и др. закрепляет в науке положение о том, что на том уровне реальности, который мы называем микромиром, любые попытки использовать объяснения, основанные на механистических категориях причины и следствия, полностью несостоятельны, а индетерминизм должен восприниматься как фундаментальное свойство, внутренне присущее этому миру.

Не все физики и философы согласны с такой трактовкой квантовой механики и явлений микромира. Один из выдающихся философов и логиков ХХ века К.Р. Поппер, синергетик И. Пригожин, физики – Э. Шредингер, «поздний» Эйнштейн и ряд других ученых критиковали эпистемологические установки ортодоксальной Копенгагенской школы, построенные на утверждении индетерминизма и принципиальной неопределенности характеристик квантовых объектов, видя в таких трактовках феноменов микромира и роли наблюдателя уклон в сторону идеализма и субъективизма в науке. «Я рассматриваю индетерминизм, - писал Поппер, - как космологический факт, который я не пытаюсь объяснить. Ортодоксальная интерпретация старается вывести факт приблизительности неклассической физики из идеи нашего неустранимого вмешательства в физический процесс: с её точки зрения наш мир был бы детерминистическим или более детерминистическим, чем он на самом деле является, если бы человек не воздействовал на него. Кванты (как маленькие дети) вели бы себя более упорядоченно и предсказуемо, если бы за ними никто не смотрел. Эта точка зрения кажется мне абсурдной. Чтобы сделать её более приемлемой, ортодоксальная интерпретация вступает в союз с идеалистическими и полуидеалистическими концепциями мира – концепциями о том, что бессмысленно или полубессмысленно говорить о существующей реальности, которая существует в отсутствии наблюдения». Идея Поппера, по его словам, «состоит в том, что индетерминизм совместим с реализмом и что осознание этого делает возможной последовательно объективистскую эпистемологию, объективистскую интерпретацию всей квантовой механики и объективистскую интерпретацию вероятности».

По-своему (в рамках эволюционного системно-синергетического мировидения) роль наблюдателя в контексте квантовой механики оценивает И. Пригожин, связывая возникновение этой проблемы с попыткой физиков снять квантовомеханический парадокс времени, т.е. обосновать фактом необратимого воздействия наблюдателя на квантовомеханический объект ситуацию, в которой обратимость времени на микроуровне разрешается путем возникновения необратимости на макроуровне, когда из ряда возможных виртуальных (ненаблюдаемых) состояний в процессе эксперимента создается одно единственное, которое и приходится считать реальным. Т.е. неопределенный мир квантовомеханических объектов становится определенным под действием разума наблюдателя, который, таким образом, неразрывно и органично вписывается в понятие реальности. Пригожин развивает такой подход, в котором «измерение не играет более никакой особой роли» и согласен с Поппером, что «мир следует одним и тем же законам с измерениями или без измерений». «Некоторые физики заходят так далеко, - пишет Пригожин, - что отводят человеческому разуму центральное место в квантовой механике: мир, описываемый в терминах волновых функций, «жаждет» обрести наблюдателя, который актуализирует его, мира, потенциальную возможность. <…>. Квантовая механика показывает, что обратимый во времени мир, описываемый уравнением Шредингера, есть также мир непознаваемый. Познание предполагает возможность воздействия мира на нас или наши приборы. Оно предполагает не только взаимодействие между познающим и познаваемым, но и то, что это взаимодействие создает различие между прошлым и будущим. Становление есть и неотъемлемый элемент реальности, и условие человеческого познания».

В этой эволюционно-синергетической трактовке «стрела времени», порождаемая разумным наблюдателем как при его необратимом во времени актом взаимодействия в процессе эксперимента с квантовым объектом (наблюдение), так и при любом его творческом контакте с реальностью внешнего мира, приводит к возникновению новой сущности – информации. Эта познавательная деятельность по своей сути антиэнтропийна, она нарушает симметрию между прошлым и будущим, создавая необратимый информационный поток, и формирует в информационно-смысловом пространстве «стрелу познания» (М. Мамардашвили). В результате этого непрекращающегося процесса познания мира созидается и развивается новая, ранее не существовавшая в природе, активная знаково-семантическая смыслопорождающая среда (культура как универсальное семиотическое пространство или семиосфера, - Ю. Лотман). И также, как появление живого вещества образовало во Вселенной стрелу нового, биологического или биосферного, времени (В. Вернадский), так и начало процесса разумной культурно-познавательной деятельности людей открыло счет новому ноосферному времени или времени, направляющему вектор «творческой эволюции» - (А. Бергсон), - т.е. появление вида «Хомо сапиенс» породило ноосферно-космическую стрелу времени. «Созидание есть актуализация потенциальности, и процесс актуализации есть событие человеческого опыта, - писал А.Н. Уайтхед. Процесс созидания есть форма проявления единства Вселенной». Это придает категории наблюдателя («феномену человека», - П. Тейяр де Шарден) смысл фундаментального паттерна космологического значения и вселенского масштаба. Очевидно также, что эта философская проблема фундаментального значения ещё очень далека от решения и требует дальнейшего обсуждения на междисциплинарном интегративном уровне.


Нейтрино – электрически нейтральная элементарная частица (см.), имеющая полуцелый спин (1/2) и участвующая только в слабом и гравитационном взаимодействиях. Таким образом, нейтрино принадлежит к классу лептонов, а по статистическим свойствам относится к фермионам. Образуется при бета-распаде атомных ядер и свободных нейтронов, а также при распаде «пи» и «ка»-мезонов. Отличается от всех прочих частиц феноменально малой вероятностью взаимодействия с веществом, что долгое время создавало принципиальные трудности при объяснении кажущегося нарушения закона сохранения массы-энергии в процессах бета-распада. В настоящее время представление о нейтрино, согласующееся с экспериментальными данными, рисует эту частицу как стабильную, не имеющую массы покоя (или по крайней мере, имеющую массу порядка 10-5 от массы электрона), и обладающую необычной характеристикой – спиральностью вращения проекции спина на направление движения, причем левовинтовым нейтрино соответствуют по законам симметрии правовинтовые антинейтрино. Предсказал существование частицы с такими свойствами в 1930 году известный швейцарский физик Вольфганг Паули, пытаясь «спасти» закон сохранения энергии в бета-распаде. После открытия в 1932 году нейтрона (тяжелой нейтральной частицы) её предложили назвать нейтрино – т.е. маленький нейтрон. Зарегистрировать же её удалось только в 1953 году, хотя всё пространство буквально «кишит» ими.

Нейтрино в огромном количестве образуются при ядерных и термоядерных реакциях, протекающих в ядерных реакторах (см.), а также в недрах Земли, Солнца и звезд, однако их проникающая способность столь велика, что они, в среднем, могут проходить в веществе расстояния порядка сотен световых лет. Но, несмотря на большие трудности, сопровождающие их регистрацию, нейтрино предоставляют уникальную возможность изучать внутреннюю структуру космических объектов (звезд, ядер галактик) и закономерности их эволюции. Изучение потоков нейтрино внегалактического происхождения свидетельствует об отсутствии в наблюдаемой области Вселенной (см.) сколько-нибудь значительных количеств антивещества.


Неевклидова геометрия – совокупность всех формальных геометрических построений, обобщающих классическую евклидову геометрию на криволинейные пространства как с постоянной, так и с переменной степенью кривизны, основанные на замене одной или нескольких аксиом Евклида, соответствующих условиям плоской геометрии или геометрии с нулевой кривизной. Основную роль в евклидовой геометрии играет аксиома о параллельных прямых, которая утверждает, что в плоском пространстве через данную точку, лежащую вне прямой линии, можно провести только одну параллельную прямую. Поверхность такого типа плоская, незамкнутая и имеет неограниченную площадь. Сумма углов треугольника на такой поверхности равна 180 градусов.

Наиболее известны два варианта криволинейной геометрии, разработанные в 30-х годах ХIХ века, связанные с именами выдающихся математиков, русского - Н.И. Лобачевского и венгерского - Яноша Больяи. Один из них, т.н. эллиптическая геометрия, основан на аксиоме, согласно которой на поверхности через данную точку, расположенную вне заданной линии, не может быть проведено ни одной линии, параллельной к заданной. Моделью такой поверхности служит сферическая поверхность, на которой наиболее «прямой» линией является любая окружность, имеющая максимальный диаметр. Любая другая прямая линия (другая окружность с максимальным диаметром) всегда пересекается с первой и не может быть параллельной ей. Поверхность такого рода обладает постоянной положительной кривизной, она замкнута сама на себя и имеет конечную площадь. Сумма углов треугольника на такой поверхности превышает 180 градусов.

Неевклидова геометрия другого типа, называемая гиперболической, основана на замене постулата Евклида о параллельных прямых аксиомой, гласящей, что через точку, расположенную вне линии на данной поверхности, можно провести бесконечное множество линий, параллельных заданной. Моделью такой поверхности служит седловидная поверхность, которая имеет постоянную отрицательную кривизну, незамкнута и бесконечна. Сумма углов треугольника на такой поверхности меньше 180 градусов. Все известные теоремы плоской евклидовой геометрии имеют соответствующие эквиваленты в криволинейных вариантах. Существует еще более общая неевклидова геометрия с переменной кривизной, построенная в 60-х годах ХIХ века выдающимся немецким математиком Бернхардом Риманом на основе идей Гаусса, в которой кривизна пространства изменяется от точки к точке любым заданным образом. Такая геометрия может описывать сколь угодно сложные абстрактные пространства.

Привычная нам трехмерная геометрия также может обобщаться на любое число измерений, несмотря на то, что представить и наглядно изобразить четырехмерное или пятимерное пространство человек не в состоянии, поскольку существует и эволюционирует в реальном трехмерном мире природы. Тем не менее, разработан формальный математический аппарат многомерной неевклидовой геометрии любого типа, в которой также доказываются теоремы, эквивалентные теоремам классической геометрии. Так, например, известная теорема Пифагора, обобщенная на плоское многомерное пространство, имеет вид: х2=a2+b2+c2+d2+e2+f2+… и т.д., в зависимости от числа измерений. В области привычной человеку реальности, соответствующей макромиру, а также в крупномасштабной реальности Вселенной, по всей видимости, пространство плоское и трехмерное, однако вблизи больших тяготеющих масс вещества, особенно вблизи черных дыр, оно может претерпевать значительные искривления, что следует из общей теории относительности (см.), при разработке которой Эйнштейн (см.) использовал четырехмерную риманову геометрию. Соответствующие эффекты получили общепризнанное экспериментальное подтверждение.


Нейтрон – электрически нейтральная частица со спином ½ и массой 1840 электронных масс (э.м.). По своим квантовомеханическим параметрам относится к классу адронов и входит в группу барионов (барионный заряд +1), а по статистическому поведению является фермионом. Участвует во всех фундаментальных взаимодействиях (см.). Наряду с протоном входит в состав атомных ядер, причем различное количество нейтронов в ядре атома какого-либо химического элемента обусловливает наличие изотопов этого элемента. В свободном состоянии нестабилен, распадается на протон, электрон и антинейтрино с периодом полураспада примерно 12 мин. Будучи нейтральным, легко проникает в атомное ядро и захватывается им, превращая данный атом в искусственный радиоактивный изотоп (реакция активации), который потом распадается по типу бета-распада.

Энергетический спектр излучения активированных ядер обладает специфическими параметрами, присущими данному конкретному атомному ядру. На этом основан метод активационного анализа, позволяющий по имеющемуся банку данных идентифицировать элементный состав любого образца без предварительной химической обработки и определить содержание в нем того или иного химического элемента. Свойство нейтронов активировать атомные ядра многих веществ обусловливает специфическое поражающее действие т.н. нейтронной бомбы – создавая колоссальные потоки нейтронов, она относительно слабо воздействует на неживые объекты, зато создает большую радиационную опасность для живой силы противника.

Попадая в ядра тяжелых элементов (уран, торий и т.п.), нейтроны при соответствующей энергии, помимо активации, могут вызвать реакцию деления ядер (см.), а при наличии достаточного количества делящегося материала (критическая масса) и подходящих условий – вызвать неуправляемую цепную реакцию деления (ядерный взрыв в т.н. атомной бомбе) или управляемую ядерную реакцию (медленное «горение» в ядерном реакторе). Нейтроны в свободном состоянии нестабильны, они распадаются по типу бета-распада на протоны, электроны и антинейтрино. Открыл нейтроны английский физик Джеймс Чедвик в 1932 году, он же один из первых рассчитал величину критической массы урана-235, необходимой для осуществления ядерного взрыва. Эта масса составляет примерно 1 кг. (См. также: Доза облучения, Радиоактивность).


Ньютон Исаак (1643 – 1727) – выдающийся английский ученый, создатель классической физики, один из величайших представителей мировой науки, заложивший основы классического естествознания. Родился в семье фермера в деревне Вулсторп, в 1660 году окончил Королевскую школу в небольшом городке Грэтнэме, в 1661 году был принят в Тринити-колледж (коллегия Святой Троицы) Кембриджского университета в качестве кандидата в студенты (субсайзера), а в 1664 году молодой Ньютон становится действительным студентом. В начале 1665 года он получает звание бакалавра, а в 1668 – степень магистра Кембриджского университета, вскоре после чего его учитель, известный математик Барроу, передает ему физико-математическую кафедру, которую Ньютон возглавлял с 1669 по 1701 год. В 1671 году Ньютона избирают действительным членом Королевского общества, в 1703 он становится его президентом, а в 1705 году Ньютон (первым из ученых Британской империи) получает за научные заслуги дворянский титул и с этих пор зовется «сэр Исаак Ньютон». С 1695 года Ньютон состоит в должности смотрителя, а с1699 года и до конца жизни – директора Королевского Монетного двора.

Научные работы Ньютона относятся к механике, астрономии, оптике и математике. В 1665 году он сформулировал закон всемирного тяготения, в 1666 – при помощи трехгранной стеклянной призмы разложил белый свет на семь цветовых компонентов (явление дисперсии света), обнаружил явление хроматической аберрации, свойственной свету при прохождении через линзы, и в течение 1668-1671 гг. сконструировал зеркальный телескоп-рефлектор, лишенный этого недостатка. В течение 70-х годов Ньютон детально изучил явления дифракции и интерференции света, в 1675 году открыл т.н. дифракционные кольца Ньютона и объяснил закономерности их чередования. Результаты этих исследований Ньютон изложил в трактате «Оптика», вышедшем в свет в 1704 году. В отличие от своих знаменитых современников Роберта Гука (1635 – 1703) и Христиана Гюйгенса (1629 – 1695), развивавших волновую теорию света, Ньютон придерживался корпускулярных представлений о природе света.

В 1687 году Ньютон по инициативе и с помощью своего друга, выдающегося астронома того времени, Эдмонда Галлея (1656 – 1742) издал грандиозный трактат «Математические начала натуральной философии», в котором, обобщив собственные многолетние исследования в области механики и результаты своих предшественников, он впервые в систематическом виде представил основные понятия и аксиоматику механики – понятие массы как меры инерции, количества движения, ускорения, силы, центробежной и центростремительной сил и сформулировал три закона движения (законы механики). В этом же труде Ньютон использовал разработанные им, независимо от Лейбница, методы дифференциального и интегрального исчисления, при помощи которых на основании закона всемирного тяготения он объяснил движение небесных тел, теоретически вывел три закона Кеплера, формулу ускорения свободного падения и прочие закономерности динамического поведения тел. В рамках этой теории нашли объяснение явления приливов и отливов, сжатие Земли у полюсов (в противовес мнению Декарта о вытянутости Земли вдоль полюсов), особенности движения Луны и комет.

В своих «Началах» Ньютон впервые детально рассмотрел условия, приводящие к движению небесных тел по трем типам орбит – эллиптическим, параболическим и гиперболическим, а также нашел условия, при которых тело, брошенное с некоторой скоростью относительно горизонтали, выходит на орбиту и становится спутником Земли. На основании учения Ньютона о типах орбит Галлей с большой точностью предсказал циклы появления на небосводе кометы, названной впоследствии его именем. Ньютон верно определил среднюю плотность вещества Земли и указал на то, что сила тяжести на её поверхности (т.е. вес тела) зависит от географической широты места измерений.

В своем эпохальном трактате Ньютон представил охватывающую теорию, получившую впоследствии название классической механики, которая позволила аналитически прийти ко всем тем результатам, которые ранее были получены Кеплером и Галилеем как математическая аппроксимация и обобщение эмпирических данных без объяснения ими действующих причин. В этой теории Ньютон сделал важный шаг от вопроса «как» к вопросу «почему», выдвинув в качестве универсальной причины движения небесных тел силу тяготения, хотя в отношении природы сил тяготения (конечной причины) он никогда не высказывал определенного мнения. «До сих пор, - писал он в заключение своего трактата, - я изъяснял небесные явления и приливы наших морей на основании силы тяготения, но я не указывал причины самого тяготения. Причину же этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю. Всё же, что не выводится из явлений, должно называться гипотезою; гипотезам же метафизическим, физическим, механическим, скрытым свойствам явлений не место в экспериментальной философии».

Ньютон, в отличие от Лейбница, признавал абсолютный характер пространства и времени и независимость друг от друга пространства, времени и материи. Эти представления были в дальнейшем опровергнуты Эйнштейном в специальной теории относительности и теперь рассматриваются как нерелятивистское приближение, однако в модели Ньютона, наряду с его представлениями о дальнодействии сил тяготения, такой подход, по словам Эйнштейна, не может считаться дефектом теории, а составляет её аксиоматику и является последовательным. Помимо теории тяготения и движения небесных тел, Ньютон в своих «Началах» рассматривает правила, необходимые для верных умозаключений в физике, что, наряду с его взглядами на соотношение между описанием, объяснением и пониманием природных явлений (и конкретно, гравитационных сил), можно считать кратким изложением его представлений о научной методологии. Так, например, не видя возможности понять, какова истинная природа тяготения, Ньютон считал вполне достаточными для научного познания описательные и предсказательные возможности своей теории. По этому поводу он писал в трактате: «Довольно того, что тяготение на самом деле существует и действует, согласно изложенным нами законам, и вполне достаточно для объяснения всех движений небесных тел и моря».

В этом подходе заложены идеи, ставшие в 18 и 19 веках основой философии научного позитивизма и прагматизма. Также Ньютон считал, что не следует искать в природе каких-либо иных причин, кроме тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений. Истинные же причины выводятся только из анализа явлений и должны считаться верными в точности или приближенно, пока не обнаружатся опытные факты, которые или еще более уточняют предыдущие выводы, или их опровергают. В таком понимании проблемы достоверности научного знания уже заложены идеи, получившие философское развитие более чем через 200 лет в трудах Венского кружка логических позитивистов и Карла Поппера (принципы верификации и фальсификации).

В своей исследовательской методологии Ньютон не отходит от принципов научного познания мира, сформулированных в той или иной форме и имеющих хождение в среде передовых европейских естествоиспытателей Нового времени. Такие идеи задолго до Ньютона уже высказывал английский логик и философ-номиналист Уильям Оккам (1285-1349), утверждавший, что понятия, несводимые к интуитивному и опытному знанию, следует удалять из науки (т.н. «бритва Оккама»), такой подход разделял Коперник, считавший, что «природа экономна и не терпит пышного многообразия причин». Аналогичная научная ориентация нашла свое выражение в широко известных в 17 веке методологических положениях Ф. Бэкона, Галилея и Декарта. Впоследствии все эти идеи Ньютона и его предшественников легли в основу т.н. картезианско-ньютоновской парадигмы познания мира. Впечатляющие успехи ньютоновской динамики в описании многих закономерностей механического движения самых разнообразных объектов и особенно, теоретическое открытие Адамсом и Леверье планеты Нептун, привели к абсолютизации «механического лица» природы и легли в основу философского мировоззрения механистического детерминизма. В рамках механистических трактовок мира всеми процессами природы управляют жесткие причинно-следственные связи, которые в принципе могут быть однозначно описаны соответствующей системой динамических уравнений и представлены в виде точных траекторий движения. Природа, отраженная в таком «механико-математическом зеркале», во всех своих проявлениях становится достоверно предсказуемой научными методами. Эта грандиозная детерминистская утопия известна в философии как «демон Лапласа».

Ньютон всегда отдавал должное своим предшественникам, и если ему удалось сделать больше, чем другим и он видел дальше, чем его современники, то, как он говорил, это только потому, «что я стоял на плечах гигантов». Основополагающее значение достижений Ньютона для всего естествознания не подлежит сомнению и в наши дни. По словам Эйнштейна, Ньютон был первым, кто попытался сформулировать универсальные законы природы, которые определяют временной ход обширного класса процессов с высокой степенью полноты и точности. На эту же особенность механики Ньютона, создавшей прецедент достаточно точного для практического использования описания мира при помощи категории универсальной движущей силы и конечного числа аксиом, обращает внимание один из крупнейших философов и логиков ХХ века Людвиг Витгенштейн.

«Ньютоновская механика, - пишет он в дневниках, - приводит описание мира к единой форме. <…>. Механика определяет форму описания мира, говоря: все предложения в описании мира должны быть получены заданным способом из некоторого числа данных предложений – аксиом механики. <…>. Как с помощью системы чисел должно быть возможно написать любое произвольное число, так и с помощью системы механики должно быть возможно написать любое произвольное предложение физики. И здесь мы видим взаимоотношение логики и механики». Разработанная в начале ХХ века Эйнштейном теория относительности не отменила аксиом и результатов теории Ньютона, но определила пределы, в которых классическая механика дает простое и точное описание закономерностей движения и не нуждается в усложнениях, неизбежных в более охватывающих теориях. При этом механика Ньютона выступает как необходимое подспорье для верификации теории относительности, поскольку более охватывающая теория должна в предельном случае (здесь – это нерелятивистский переход) приводить к достоверно подтвержденным результатам, которые были получены в рамках менее охватывающей теории. (См. также: Гравитация, Лаплас, Эйнштейн).


Паули Вольфганг (1900 – 1958) – выдающийся швейцарский физик-теоретик, один из создателей неклассической физики. Родился в Вене, в 1921 году окончил Мюнхенский университет, после чего, в течение года работал ассистентом у известного немецкого физика Макса Борна, а в 1922-1923 гг. стажировался у Нильса Бора в Институте теоретической физики в Копенгагене. С 1923 по 1928 гг. Паули работал доцентом в Гамбургском университете, а с 1928 года состоял в должности профессора Цюрихского политехникума, попутно работая в Принстоне (США) в Институте перспективных исследований.

Научные работы Вольфганга Паули непосредственно касаются практически всех направлений неклассической физики – это квантовая механика, квантовая электродинамика, квантовая теория поля, теория относительности, физика атомного ядра и физика элементарных частиц. Одним из самых крупных достижений Паули был сформулированный им в 1925 году т.н. принцип Паули. Это одно из важнейших фундаментальных положений квантовой механики, которое состоит в том (элементарная формулировка), что в системе одинаковых частиц с полуцелым спином две или более частицы не могут одновременно находиться в одном и том же состоянии (Нобелевская премия за 1945 год). На основании такого поведения электронов (в частности, в системе атомных орбиталей) удалось объяснить периодический характер свойств химических элементов (таблицу Менделеева). Химические свойства элементов (например, валентность) обусловлены строением внешних электронных оболочек атома, структура которых подчиняется принципу Паули.

Паули принадлежит также заслуга утверждения незыблемости универсального принципа, составляющего фундамент всего естествознания, – закона сохранения энергии-вещества, который должен соблюдаться во всех природных процессах (также и в ядерных превращениях), но который в 20 - 30-е годы ХХ века, в связи с новыми и необычными свойствами микромира, многими учеными ставился под сомнение. Именно исходя из закона сохранения массы-энергии (который якобы нарушался при бета-распаде), а также учитывая закон сохранения электрического заряда, Паули в 1931 году выдвинул гипотезу о существовании нейтральной "безмассовой" частицы (нейтрино), трудность регистрации которой приводит к кажущемуся нарушению закона сохранения вещества (т.е. массы участвующих в распаде частиц). Он же в 1933 году, на основании ещё двух универсальных принципов сохранения – импульса и момента количества движения - сформулировал основные свойства нейтрино.

В области философских проблем науки, связанных с интерпретацией квантовой механики, Паули был ярким представителем Копенгагенской школы (Бор, Гейзенберг и др.), и рассматривал наличие наблюдателя как принципиальное условие для превращения виртуального многообразия неопределенных характеристик тех или иных объектов микромира в набор реальных параметров, соответствующих определенным условиям измерений и имеющих численные значения, полученные в пределах статистической точности эксперимента. «Нечто реальное, - писал он по этому поводу, - происходит только в том случае, когда производится наблюдение, и в связи с этим энтропия необходимо возрастает. Между наблюдениями вообще ничего не происходит». Против такой ортодоксальной позиции выступают известные физики и философы – И. Пригожин, К.Р. Поппер и др. Вольфганг Паули также известен сотрудничеством с психологом К.Г. Юнгом в области исследования т.н. непричинных совпадений, относящихся к междисциплинарным проблемам трансперсональной психологии. (См. также: Наблюдение, Нейтрино).


Плазма – частично или полностью ионизированный газ с равной концентрацией положительных и отрицательных зарядов. Плазма обладает электропроводностью, а при достаточно высокой температуре в ней могут идти процессы термоядерного синтеза. Практически всё вещество в космосе находится в виде плазмы различной температуры - звезды, туманности, межзвездная и межгалактическая среда. Около Земли плазма существует в ионосфере и доходит до Земли в виде т.н. солнечного ветра – потока ионизированных атомов. В течение ряда лет во многих странах ведутся исследования с целью использования искусственно поддерживаемых управляемых термоядерных реакций в плазме для получения энергии. В перечне возможных агрегатных состояний вещества (твердое, жидкое, газообразное) плазма, в силу специфических свойств, рассматривается отдельно как четвертое состояние.


Планеты – наиболее массивные тела Солнечной системы, движущиеся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам и светящиеся отраженным светом. Малые планеты Солнечной системы – это или спутники больших планет или очень крупные астероиды. Все планеты т.н. земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) более или менее близки по размерам, имеют примерно одинаковый химический состав, и среднюю плотность вещества (около 5 г/см3), тогда как планеты-гиганты, состоящие из застывших газов, имеют плотность примерно 1,4 г/см3, что мало отличается от средней плотности вещества Солнца. Планета-гигант Юпитер характерна тем, что излучает энергии несколько больше, чем поглощает, что позволяет рассматривать её как очень холодную звезду. Будучи несамосветящимися объектами, планеты, которые, согласно космологическому принципу, вполне могут существовать и около других звезд Галактики, очень трудно поддаются наблюдению астрономическими методами.


Планк Макс Карл Эрнст Людвиг (1858 – 1947) – выдающийся немецкий физик-теоретик, один из основоположников неклассической науки, создатель квантовой теории процессов микромира. Родился в г. Киле, с 1874 по 1878 годы учился в Мюнхенском и Берлинском университетах, после чего работал в Мюнхенском (1880-1885), затем в Кильском университетах (1885-1889), а с 1889 по 1928 год Макс Планк работал профессором теоретической физики Берлинского университета.

Научная деятельность Планка относится к различным областям физики, он известен работами по термодинамике, теории теплового излучения, квантовой механике, теории относительности. Принципиальную роль в становлении новой неклассической физики сыграли работы Планка по изучению закономерностей излучения т.н. «абсолютно черного тела». Это была область физики, в которой к концу 19 века наметился серьезный кризис, поскольку в рамках классических представлений невозможно было адекватно описать процесс излучения черного тела во всем интервале возможных температур, - т.н. «ультрафиолетовая катастрофа».

Для объяснения «странных» результатов эксперимента Планк выдвинул совершенно новую и необычную для классической физики гипотезу, состоящую в том, что возбужденные атомы нагретого вещества подобны микроскопическим осцилляторам, которые, в результате собственных колебаний могут испускать энергию, но не непрерывно, как следует из классических представлений, а дискретно, только определенными порциями – квантами, причем энергия излучения прямо пропорциональна частоте колебаний атома-осциллятора и, следовательно, обратно пропорциональна длине волны испускаемого излучения. Коэффициент пропорциональности получил название постоянной Планка и по физическому смыслу представляет собой квант действия. Полученная Планком формула – закон распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела – сразу же получила экспериментальное подтверждение и доказала, по словам Эйнштейна, «существование своего рода атомистической структуры энергии, управляемой универсальной постоянной, введенной Планком».

Квантовая гипотеза Планка – одно из самых революционных открытий за всю историю естествознания, она лежит в основе неклассической парадигмы мышления, которая считает квантовые закономерности поведения объектов микромира фундаментальным свойством природы. Представления о непрерывности всех природных процессов, основанные на повседневном опыте и здравом смысле («Природа не делает скачков», - Лейбниц), оказались только первым приближением, которым оперирует классическая механика и электродинамика и которые пригодны для описания реальности макромира. Открытие квантового, т.е. дискретного, характера процессов микромира, по словам Эйнштейна, «разрушило остов классической механики и электродинамики и поставило перед наукой задачу – найти новую познавательную основу для всей физики». День 14 декабря 1900 года, когда Макс Планк сделал доклад в Немецком физическом обществе, посвященный новой теории излучения черного тела, можно считать датой рождения неклассической науки и началом становления новой философской парадигмы, пришедшей на смену картезианско-ньютоновскому механицизму. Тем не менее, новая теория среди ведущих европейских физиков (за малым исключением) далеко не сразу получила признание, и только в 1918 году Планк стал лауреатом Нобелевской премии.

Планк известен и своими интересными работами по истории и методологии физики и по философии науки. Задолго до разработки американским философом и историком науки Т. Куном представлений о научных революциях как о процессе смены парадигм, о закономерностях развития познания на стадии т.н. «нормальной науки» и о консервативной (охранительной) роли научного сообщества, Планк в общих чертах верно и реалистически представлял закономерности процесса накопления и роста научного знания. Он критически относился к т.н. кумулятивной, - т.е. постепенной и непрерывной модели развития науки и (как положено создателю квантовых скачков) склонялся к тому, что новые теории входят в науку в результате резкого скачка и вносят полный разрыв с предыдущими основами той или иной дисциплины. Носители же старых концепций чаще всего в своем большинстве, в силу как субъективных (психологических), так и объективных причин, препятствуют внедрению в устоявшуюся научную сферу новых, оригинальных, а особенно, революционных идей.

Анализируя в своей «Научной автобиографии» собственный непростой опыт продвижения принципиально новой квантовой теории в консервативном научном окружении (даже его учителя – крупнейшие физики того времени Кирхгоф и Гельмгольц не оценили его открытия), писал: «Обычно новые научные истины побеждают не так, что их противников убеждают и они признают свою неправоту, а большей частью так, что противники эти постепенно вымирают, а подрастающее поколение усваивает истину сразу». В настоящее время (через 100 лет после открытия) научно-познавательный потенциал квантовой теории не только не иссяк, но продолжает служить основой самых фундаментальных теорий неклассической и постнеклассической физики, а представления о дискретном характере всех процессов взаимодействия в природе прочно вошли в состав новой эпистемологической парадигмы.


Позитрон – элементарная частица с положительным электрическим зарядом, античастица по отношению к электрону. Теоретически предсказана знаменитым английским физиком Полем Дираком в 1931 году на основании общих представлений о симметрии мира и в 1932 году была экспериментально обнаружена американским физиком К.Д. Андерсоном в составе космических лучей. Открытие позитрона имело фундаментальное значение, поскольку вместе с ним возникло представление об антивеществе и антимире как зеркально-симметричном варианте нашего мира, и побудило физиков к обнаружению и других античастиц. Эти поиски увенчались успехом и полностью подтвердили идею о зеркальной симметрии в мире элементарных частиц. Процесс аннигиляции, который происходит при взаимодействии пары «частица-античастица», а также рождение такой пары при соответствующих условиях (когда энергия фотона превышает удвоенное значение энергетического эквивалента массы покоя электрона), подтвердил выводы специальной теории относительности о взаимном переходе электромагнитного поля и вещества с энергетическим балансом m=hn/c2, где: m - масса вещества, h - постоянная Планка, c - скорость света, n - частота колебаний электромагнитного поля.

При столкновении медленных позитронов с атомами вещества возможен процесс захвата позитроном одного из орбитальных электронов, в результате чего образуется водородоподобная структура, состоящая из вращающихся вокруг общего центра масс электрона и позитрона, - т. е. как бы специфический атом, называемый позитронием. Позитроний нестабильная система, среднее время его существования не превышает 10-7 сек, поскольку античастицы очень быстро аннигилируют, однако этого времени достаточно, чтобы современными методами ядерно-физического эксперимента исследовать как и собственные его свойства, так и процессы взаимодействия позитрония с веществом.