Контрольна робота з концепції сучасного природознавства - Я ботанік

¹ Тимофєєва С.С., Медведєва С.А, Ларіонова Є.Ю. "Основи сучасного природознавства та екології" - Ростов н / Д: "Фенікс", 2004 - с.189.

Що таке порожнеча чи вакуум? Як змінювалися погляди на нього?

Ще 23 століття тому Аристотель сказав: «Справа фізика - розглянути питання про порожнечу, існує вона чи ні, і в якому вигляді існує, або що вона така ...». З того часу ця проблема не давала спокою вченим, які намагалися зрозуміти будову Всесвіту. Різні її рішення лежали в основі фізичних концепцій Галілея, Декарта, Ньютона, Ейнштейна.

Стародавні греки називали порожнечу "кенон". Однак згодом воно було витіснене латинським словом "вакуум" (vacuum). І хоча воно, як і раніше, перекладається як порожнеча, сьогодні під фізичним вакуумом мається на увазі зовсім не те, що мали на увазі стародавні.

Поняття вакуум історія філософії та науки зазвичай використовувалося для позначення порожнечі, " порожнього " простору, тобто. "чистої" протяжності, що абсолютно протиставляється тілесним, речовим утворенням. Останні розглядалися як чисті вкраплення у вакуум. Такий погляд на природу вакууму був властивий давньогрецькій науці, основоположниками якої були Левкіпп, Демокріт, Аристотель. Атоми та порожнеча - дві об'єктивні реальності, що фігурували в атомістиці Демокріта. Порожнеча так само об'єктивна, як і атоми. Тільки наявність порожнечі уможливлює рух. Ця концепція вакууму набула розвитку на роботах Епікура, Лукреція, Бруно, Галілея та інших. Найбільш розгорнуту аргументацію на користь вакууму дав Локк.

Концепція вакууму була найбільш повно розкрита з природничо в ученні Ньютона про "абсолютний простір", що розуміється як порожнє вмістилище для матеріальнихоб'єктів. Але вже в 17 столітті все голосніше лунають голоси філософів і фізиків, які заперечують існування вакууму, оскільки нерозв'язним виявилося питання про природу взаємодії між атомами. За Демокрітом, атоми взаємодіють один з одним лише шляхом безпосереднього механічного контакту. Але це вело до внутрішньої суперечливості теорії, оскільки стійкий характер тіл міг бути пояснений лише безперервністю матерії, тобто. запереченням існування порожнечі, вихідного пункту теорії. Спроба Галілея обійти цю суперечність, розглядаючи малі порожнечі всередині тіл як сполучні сили, не могла призвести до успіху в рамках вузькомеханістичного трактування взаємодії. З розвитком науки, надалі ці рамки були зламані, - було запропоновано тезу у тому, що взаємодія може передаватися як механічним шляхом, а й електричними, магнітними і гравітаційними силами. Однак це не вирішило проблеми вакууму. Боролися дві концепції взаємодії: "дальнодії" та "близькодії". Перша ґрунтувалася на можливості нескінченно великої швидкості розповсюдження сил через порожнечу. Друга вимагала наявності деякого проміжного, безперервного середовища. Перша визнавала вакуум, друга його заперечувала. Перша метафізично протиставляла речовину і " порожній " простір, вносила в науку елементи містики та ірраціоналізму, друга ж виходила з того, що матерія не може діяти там, де її немає. Заперечуючи існування вакууму, Декарт писав: ". Що стосується порожнього простору в тому сенсі, в якому філософи розуміють це слово, тобто такого простору, де немає ніякої субстанції, то очевидно, що у світі немає простору, який був би таким, тому що Протягом простору як внутрішнього місця не відрізняється від протягу тіла".

Заперечення вакууму у роботахДекарта та Гюйгенса послужило відправною точкою для створення фізичної гіпотези ефіру, що протрималася в науці до початку 20 століття. Розвиток наприкінці 19 століття теорії про поле і поява на початку 20 століття теорії відносності остаточно "поховало" теорію "дальнодії". Було зруйновано і теорію ефіру, оскільки було відкинуто існування абсолютної системи відліку. Але аварія гіпотези існування ефіру не означала повернення до колишніх уявлень про наявність порожнього простору: збереглися і отримали розвиток уявлення про фізичні поля. Проблема, поставлена ще в античні часи, вирішена практично сучасною наукою. Вакуумної порожнечі немає. Наявність "чистої" протяжності, "порожнього" простору суперечить основним положенням природознавства. Простір не є особливою сутністю, що володіє буттям поряд з матерією. Як матерія може бути позбавлена своїх просторових властивостей, і простір може бути " порожнім " , відірваним від матерії. Цей висновок знаходить своє підтвердження і квантової теорії поля.

Відкриття У. Лембом зсуву рівнів атомних електронів та подальші роботи у цьому напрямку призвели до розуміння природи вакууму як особливого стану поля. Цей стан характеризується найменшою енергією поля, наявністю нульових коливань поля. Нульові коливання поля виявляються як експериментально виявлених ефектів. Отже, вакуум у квантовій електродинаміці має низку фізичних властивостей і не може розглядатися як метафізична порожнеча. Більш того, властивості вакууму визначають властивості навколишньої матерії, а сам по собі фізичний вакуум є вихідною абстракцією для фізики.

З погляду сучасної фізики вакуум є основним (незбудженим) станом поля.Такий стан характеризується мінімальною енергією та відсутністю будь-яких реальних частинок. Однак це не означає, що вакуум "порожній".

Одним із головних принципів квантової механіки є співвідношення невизначеностей між точністю, з якою можна виміряти енергію частки, та часом, витраченим на її вимір.

У порожньому просторі тіла взагалі не могли б зрушити з місця. У порожнечі, що оточує тіло, немає ні верху, ні низу, в ній всі напрямки рівноправні і немає жодної підстави для переваги одного з них. Через порожнечу не може проникнути жодна інформація про те, в якому боці знаходиться Земля. Як тоді тіло падає на Землю?

З сучасного погляду тіло падає тому, що на нього діє гравітаційне поле Землі. Однак чи не означає це, що між Землею та тілом знаходиться не зовсім порожній простір? Вчені кажуть, що гравітаційне поле, що заповнює весь світовий простір, є особливим видом матерії, який не є речовиною. Твердження про неможливість порожнечі знаходиться у повній відповідності, з одного боку, з досвідом доступним за часів Аристотеля (важкі тіла в повітряному або водному середовищі, по-перше, падають і, по-друге, падають неоднаково), а з іншого – з логікою ( у порожнечі рух розпочатися не може).

У межах сучасної фізики, фізичний вакуум - головне, тобто. енергетично нижчий квантовий стан поля, в якому відсутні вільні частинки. При цьому відсутність вільних частинок не означає відсутності так званих віртуальних частинок (процеси народження яких у ньому постійно відбуваються) та полів (це суперечило б принципу невизначеності). У сучасній фізиці сильних взаємодій основним об'єктом теоретичних та експериментальних досліджень є вакуумніконденсати - області вже перебудованого вакууму з ненульовою енергією.

¹Володін В.А. Енциклопедія для дітей. Т. 16. Фізика. Ч. 1. Біографія фізики. Подорож углиб матерії. Механічна картина світу». - М.: Аванта +, 2001. С. 270.

Що виражає перший закон термодинаміки?

Термодинаміка виникла як наука про процеси, що відбуваються в теплових машинах: парових котлах, двигунах внутрішнього згоряння і т.д. як наука про перетворення тепла на механічний рух, на роботу. Об'єктом її дослідження є практично будь-які процеси перетворення матерії, пов'язані з виділенням чи поглинанням енергії, здійсненням роботи, перенесенням речовини тощо. Термодинаміка вивчає процеси розширення та стиснення, нагрівання та охолодження, плавлення та затвердіння, випаровування та конденсації, хімічні реакції, теплове випромінювання тощо.

По відношенню до всіх цих процесів термодинаміка відповідає на три основні питання:

Чи можливий цей процес за цих умов?
Якщо процес можливий, то яким напрямом він піде?
Чим процес закінчиться? Це остаточне, що не залежить вже від часу стан термодинаміка називає станом теплової рівноваги.