МИР – это совместное существование Природы, Логоса и Человека

Введение к курсу лекций

Владимирский государственный университет

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(ВлГУ)

Институт прикладной математики и информатики, био- и нанотехнологий

Факультет прикладной математики и физики

Кафедра «Физики и прикладной математики»

Рау В. Г.

ФИЗИКА И ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

Курс лекций

по дисциплине «Физика и естествознание» для студентов ВлГУ,

обучающихся по направлению 222000 «Инноватика»

Владимир – 2013

О Г Л А В Л Е Н И Е

Стр

ОГЛАВЛЕНИЕ. …………………………………………………………………. 2

ВВЕДЕНИЕ к курсу лекций «Физика и естествознание». ……….. 3

Лекция 1. Феноменология Мира. Концепции Естествознания.

Информация и «язык». …………………………………………… …. 5

Лекция 2. Язык математики. Основы элементарной и высшей математики. … 15

Лекция 3. Научный подход к познанию Мира. Естественные науки.

Наука и ее определение. …………………………………. 28

Лекция 4. Физические основы механики. Динамика. Законы Ньютона. ….. 34

Лекция 5. Общее Естествознание.

Основные понятия и категории Естествознания ………………… 44

Лекция 6. Категории хаоса и порядка. ………………………………… …… 49

Лекция 7. Структурные уровни Естествознания. Мегамир. ……………….. 53

Лекция 8. Макромир. Эволюционные процессы в природе. Рождение Земли.. 60

Лекция 9. Симметрия и законы сохранения. ………………………………… 69

Лекция 10. Физические основы МКТ и Термодинамики.

Термодинамические системы. …………………………………….. 75

Лекция 11. Термодинамика. Энергетический подход ……………………. 79

Лекция 12. Структуры в Общем Естествознании. …………………………… 84

Лекция 13. Системы в Общем Естествознании ……………………………. 88

Лекция 14. Рост структур …………………………………………………… 91

Лекция 15. Случайность и необходимость. ………………………………. 97

Лекция 16. Энтропия и информация……. ………………………………… 101

Лекция 17. Самоорганизация в природе ………... ………………………….. 104

Лекция 1 8. Экологические проблемы человечества…………………………. 112

Лекция 19. Физические основы электродинамики. Теория Максвелла. ….. 118

Лекция 20. Интерференция и дифракция………………………………………. 124

Лекция 21. Квантовые свойства излучения. Излучение нагретых тел.

Явление фотоэффекта. Принцип дополнительности. ……………… 132

Лекция 22. Применение фотоэффекта. Рентгеновское излучение……………. 138

Лекция 23. Волновые свойства микрочастиц. Принцип неопределенности…… 142

Лекция 24. Физика атомов и молекул. Атом Резерфорда-Бора ………………… 145

Лекция 25. Современные представления о строении атома. Квантовая

механика и уравнение Шредингера………………………………………………… 150

Лекция 26. Физика атомного ядра. Строение ядра. Радиоактивность.

Ядерные реакции ……………………………………………………………………… 154

Лекция 27. Физика атомного ядра и элементарных частиц.

Теория великого объединения взаимодействий. …………………………………… 161

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………….. 167

Список литературы. …………………………………………………………………… 168

¾ В процессе освоения данной дисциплины студент формирует:

способность использовать в научной и познавательной деятельности, а также в социальной сфере профессиональные навыки работы с современными информационными и компьютерными технологиями; способность к интеллектуальному, культурному, нравственному, физическому и профессиональному саморазвитию, стремление к повышению своей квалификации и мастерства, поэтому изучение дисциплины социально значимо и актуально;

¾ в структуре учебного плана изучение дисциплины «Физика и естествознание» играет вспомогательную роль и предполагает наличие у студентов знания дисциплин по выбору блока МЕН ГОС – 3, а также навыков программирования, которые могут быть получены в рамках дисциплин: «Физика», «Алгоритмы и анализ сложности», «Объектно-ориентированное программирование», а также фундаментальных математических знаний, которые могут быть получены в рамках курсов «Математический анализ», «Алгебра и геометрия», «Основы информатики», «Дифференциальные уравнения»;

¾ содержание учебного курса соответствует требованиям Федерального Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования;

¾ целью освоения дисциплины «Физика и естествознание» является ознакомление с основными физическими явлениями и концепциями современного естествознания, методами, средствами и способами моделирования процессов, изучаемых в естествознании. Задачами дисциплины являются: изучение основных приемов и методов моделирования процессов в науках, составляющих естествознание; освоение подходов анализа сложных систем, идентификации их структур и отношений; формирование навыков построения моделей, наиболее полно отвечающих требованиям поставленной задачи; изучение способов реализации моделей в виде программ для ЭВМ; приобретение навыков планирования экспериментов и обработки их результатов.

¾ разработанный курс лекций дисциплины «Физика и естествознания» составляет основу общего естествознания, включающего в себя все естественные науки о природе: физику, астрономию, географию, химию и биологию;

¾ изложение курса лекцийотличаетсясистемным подходом к анализу общих процессов в природе, представленным в учебном пособии «Общее естествознание и его концепции», вышедшем ранее с грифом УМО в издательстве «Высшая школа» и в учебном пособии «Практический курс математики и общей теории статистики» также вышедшем ранее с грифом УМО в издательстве «Высшая школа».

[1]

[2]

¾ изложение курса лекций предусматривает активное участие студентов как на лекционных занятиях, так и при самостоятельной работе, в соответствии с учебным планом.

ЛЕКЦИЯ 1. Феноменология Мира. Концепции Естествознания. Информация и «язык».

План лекции:

1. Определим МИР, как общий объект изучения в Естествознании. Три концепции Естествознания.

2. Информация и ее восприятие. Зарождение языка, как средства коммуникации. Первая и вторая сигнальные системы. Языки науки и искусства. Появление культуры.

Перейдем к общему Естествознанию и определим общий ОБЪЕКТ изучения в Естествознании. Вообще говоря, основной задачей общего Естествознания является познание всего Мира в его многообразии и в развитии. Поэтому МИР и есть объект изучения в общем Естествознании. Человек, включенный в Мир, может выступать в роли Наблюдателя (Интеллекта), познающего этот Мир. Поэтому весь Мир содержит: (1) самого Человека (субъекта), (2) то, что реально наблюдаемо и (3) то, что логически познаваемо. При таком подходе, Мир разбивается на три связанные части: Познающий субъект (Человек), реально наблюдаемая часть Мира (Природа) и логически познаваемая часть (Логос, то есть, в переводе с греческого - это Разум, Слово, Отношение, Учение). Выделим эти три части, кратко обозначаемые символами «Природа», «Человек» и «Логос», для определения изучаемого объекта. Элементы состояния Природы составляют объективный мир, элементы состояния Человека образуют субъективный мир, и наконец, элементы состояния Логоса – мир идей и отношений (идеальный мир). Неразрывность этих трех составляющих Мира признаем как факт, тогда

В этой системе, в качестве основного элемента можно выбрать Логос, Природу или Человека (интеллект). Тогда остальные элементы будут подчиненными, и появится три точки зрения (три концепции) на происхождение и развитие МИРА:

1. Концепция мирового Разума, создающего и управляющего всей системой. Существование Создателя постулируется. Такая концепция является креационной, названной латинским термином «креацио», что означает «создатель».

2. Концепция первичности Природы, изучаемой в естественных науках. Эта концепция была определена в Древней Греции и началась с понятия Материя, то есть по существу, является материалистической. Так как сам термин «материя» в настоящее время строго не определен, поэтому будем называть концепцию естественнонаучной.

3. Главенствующая роль в природных процессах, принадлежащая Интеллекту, представителем которой является Человек, признается в «антропном принципе», показывающем необходимость согласования всех процессов в природе таким образом, чтобы на определенной стадии ее эволюционного развития появился Человек (Интеллект). Антропный принцип, тем самым задает «направление» процессов в природе, делая МИР целеустремленной системой. Соответствующую антропному принципу концепцию будем называть антропной. Анализ содержания концепций рассмотрим в конце изучения всех разделов дисциплины «Физика и Естествознание».

На рисунке структуры Мира, элементы каждой составляющей Мира образуют множества, которые пересекаются. Показаны функции, которые выполняют эти три части в общей структуре Мира. Далее следует интересная игра слов, смысл которых оказался более глубоким, чем то, к чему мы привыкли.

Совместное существование →со-существование → со-бытиẻ → событие.

С точки зрения научного подхода в философии, события определяют как форму существования объектов всего Мира. Можно, как в физике, говорить о пространстве событий: пространство координатное плюс временная ось: (x,y,z,t). В специальной теории относительности (СТО) пространство событий, то есть множество точек-координат и моментов времени – важнейший элемент теории. В принципе, такое определение событий дается и в истории, когда историческое событие определяется местом (координатами) и временем – «где и когда» это событие произошло: например, битва с французами произошла у местечка Бородино в 1812 году. Если подходить обобщенно ко всем наукам, то можно констатировать, что каждая из них изучает события и их последовательность (процессы), происходящие с объектами исследования в этой науке.

Дата добавления: 2013-12-13