Космологические модели вселенной

План.
I. Ведение.
II. Научный метод.
1). Суть научного метода.
2). Способы научного познания.
3). Методы, применяемые на всех уровнях научного познания.
III. Три научные революции.
1). Развитие науки. Понятие научной революции.
2). Аристотель.
3). Ньютон.
4). Эйнштейн.
IV. Космологические модели Вселенной.
1).Предмет космологии.
2). Исторические модели Вселенной.
3). Космологическая модель Эйнштейн – Фридман.
4). Эффект Доплера.
5). Модель большого взрыва.
V. Ключевые понятия тем.
VI. Список использованной литературы.

...

План.
I. Ведение.
II. Научный метод.
1). Суть научного метода.
2). Способы научного познания.
3). Методы, применяемые на всех уровнях научного познания.
III. Три научные революции.
1). Развитие науки. Понятие научной революции.
2). Аристотель.
3). Ньютон.
4). Эйнштейн.
IV. Космологические модели Вселенной.
1).Предмет космологии.
2). Исторические модели Вселенной.
3). Космологическая модель Эйнштейн – Фридман.
4). Эффект Доплера.
5). Модель большого взрыва.
V. Ключевые понятия тем.
VI. Список использованной литературы.

План.
I. Ведение.
II. Научный метод.
1). Суть научного метода.
2). Способы научного познания.
3). Методы, применяемые на всех уровнях научного познания.
III. Три научные революции.
1). Развитие науки. Понятие научной революции.
2). Аристотель.
3). Ньютон.
4). Эйнштейн.
IV. Космологические модели Вселенной.
1).Предмет космологии.
2). Исторические модели Вселенной.
3). Космологическая модель Эйнштейн – Фридман.
4). Эффект Доплера.
5). Модель большого взрыва.
V. Ключевые понятия тем.
VI. Список использованной литературы.

Идеальное моделирование основано на использовании идеальных моделей явления.
Физическое моделирование – это экспериментальный метод познания, также основанный на замене изучаемого объекта другим, ему подобным. В основе физического моделирования лежат теория подобия и анализ размеренностей, которые устанавливают количественные критерии подобия. Только наличие этих критериев обеспечивает возможность переноса экспериментальных результатов, полученных на модели, на натурные условия.
Математическое моделирование (в более широком смысле символическое или знаковое) основано на условно-знаковом представлении каких-либо свойств оригинала. К ним относятся разнообразные графики, номограммы, диаграммы и др. при таком моделировании взаимосвязи между различными величинами, описывающими объект или явление, представляются в виде уровней, которые в сочетании с начальными и граничными условиями являются математической моделью процесса. Решение этих уравнений позволяет получить информацию, недоступную экспериментальным методом.
Численное моделирование на ЭВМ – это разновидность математического моделирования, при котором используется ранее созданная математическая модель, но её решение осуществляется цифровой вычислительной машиной. Такое моделирование позволяет разработать большое число вариантов с последующим отбором наиболее реальных и вероятных. Также это моделирование дает возможность заменить им дорогостоящие физические эксперименты или натурные испытания.
Рассмотренная специфика эмпирического и теоретического уровней научного знания позволяет говорить об их известной самостоятельности, однако в процессе познания они участвуют согласованно. Оба уровня целесообразно рассматривать как целостную самоорганизующуюся систему. Современная наука использует сочетание обоих методов при создании, как каждого элемента, так и всей структуры современного научного знания. Этими методами выявляются:
- факты (наблюдения или эксперимент);
- первичное эмпирическое обобщение (регулярность фактов);
- факты, не встраивающиеся в это обобщение;
- теоретическая гипотеза, т.е. мысленная перестройка обобщения, при которой факты впишутся в единую схему;
- проверка гипотезы с предсказанием новых фактов;
- теория.
Проверка истинности научных теорий и закономерностей представляет собой значимую область как естественнонаучной, так и философской мысли.
Три научные революции.
Развитие науки. Понятие научной революции.
Я уже говорила в первой, выше указанной теме «Научный метод» о том, что такое наука. Теперь я хотела бы раскрыть вопрос о том, как развитие науки, порождает научную революцию. Т. Кун ввел в науку термин «парадигма», (дословно «образец») который означает способ организации знания, идеалов и норм исследования, которые задают характер видения мира и содержат общепринятые образцы решения конкретных проблем. Приращение знания в рамках парадигмы Т. Кун назвал «нормальной наукой», или, другими словами, «наведением порядка». По теории Т. Куна, развитие науки есть революционный процесс смены парадигм или дисциплинарных матриц. Он выделяет два этапа развития науки – период нормальной науки и период кризиса. Как уже сказано выше нормальная наука это развитие научного знания в рамках определенной парадигмы. На этом этапе происходит накопление эмпирических данных, которые находят приемлемую интерпретацию с помощью привычных средств. Победа новой парадигмы определяется не столько внутри научными, сколько общекультурными и даже социально-психологическими процессами. Происходит это примерно следующим образом, постепенно у представителей научного сообщества накапливаются сомнения в ясности адекватности методов, теоретических положений и принципов, поскольку появляются все новые эмпирические данные, которые не поддаются объяснению. Более того, выясняются такие факты, которые напрямую противоречат устоявшимся научным положениям. Чтобы их объяснить создают новые методики, которые позволяют лучше объяснить известные факты и предсказать новые.
В итоге научное сообщество отказывается от прежней парадигмы и формирует новую. Именно момент смены парадигм Т. Кун называет кризисом в науке. Выбор в пользу новой парадигмы осуществляется как на рациональных, так и на нерациональных основаниях. Большая часть научного сообщества должна верить, что новая парадигма предлагает лучшие средства решения научных задач. По мнению Т. Куна эта вера все же опирается на рациональные основания, заложенные в логике развития самого научного знания.
В концепции И. Лакатоса интерпретация процесса развития науки очень близка к позиции Т. Куна. Развитие науки происходит через смену научно-исследовательских парадигм. И. Лакатос выделяет два этапа развития научно-исследовательской парадигмы, - процесс и регресс, граница этих стадий – «пункт насыщения».
А научное сообщество в свою очередь каждый раз совершает выбор в пользу более прогрессивной, эвристической, исследовательской парадигмы, которая не просто задним числом объясняет, но позволяет предсказывать ранее не известные факты. И со временем более эвристическая научно-исследовательская парадигма постепенно вытесняет предыдущую и вскоре её разделяет все научное сообщество. Именно процесс смены научно-исследовательских программ и носит название научная революция.
Если Т.Кун и И.Лакатос рассматривают развитие науки как единство рациональных и иррациональных моментов, то П.Фейерабенд считает историю науки полностью иррациональной, он исходит из положения, что одновременно существует множество равноправных теорий. Он выдвигает принцип ПРОЛИФЕРАЦИИ (размножение теорий). Поскольку не одна теория не может быть отвергнута фактом, то для её опровержения необходимо появление другой теории, поэтому ученые должны стремится к созданию как можно большего количества альтернативных теорий. Из теории П.Фейерабенда следует, что, история науки есть история соперничества и взаимной критики различных теорий, борьба которых, в конце концов, и приводит к развитию науки. Также, он считает, что несравнимы не только теории, сформулированные в разных парадигмах, но и вообще любые две теории. Потому, что каждая имеет собственный набор постулатов, отличающихся от исходных оснований других теорий. Сравнение научных теорий на рациональной основе невозможно.
П.Фейерабенд делает радикальный вывод о несоизмеримости научных концепций ни в плане эмпирического базиса, ни в плане теоретических постулатов и логико-методологических норм.
Процесс развития науки в его понимании становится полностью иррациональным и не определяется никакой внутренней логикой развития знания.
В определенный момент развития науки происходит научная революция. Ниже будут приведены в пример три научные революции.
Три научные революции.
Имя ученого
Аристотель
(384-322 до н.э.)
Ньютон Исаак
(1643-1727)
Эйнштейн Альберт
(1879-1955)
Достижения в науке
Ввел науку, как самостоятельную отрасль познания.
Основатель классической механики.
Открыл ОТО: в 1905-частную теорию отно-сительности и общую в 1907-1916 г.
Аристотель.
Философская мысль Древней Греции достигает своей вершины у Аристотеля. В его сочинениях содержатся практически все известные в то время сведения из различных областей знания: математики, механики, физики, астрономии, минералогии, зоологии, медицины, экономики, истории, философии. Его труды явились энциклопедией знаний античного мира. Аристотелю принадлежит не только систематизация античного знания, он также внес существенный вклад в формирование ряда наук (таких, как логика, ботаника, медицина и др.). Что касается философских взглядов Аристотеля, следует сказать, что он, прежде всего, отверг основной тезис своего учителя, Платона «о первичности мира идей». Аристотель считал, что реальный мир существует безотносительно мира идей.
Аристотель был не только философом, но и ученым, живо интересующимся различными специальными научными проблемами. Сама философия была для него, прежде всего наука. Аристотель отделял философию от искусства и мифологии, а тем более от религии и тесно сближал её с физикой как наукой о природе вообще и с математикой. Это не удивительно. Потому, что именно Аристотелю принадлежит первое развернутое рассуждение о науке и её видах.
Русскому слову «наука» у Аристотеля соответствует древнегреческое «епистэмэ», которое на обыденном языке эллинов первоначально понималось как «умение», «искусство», «опытность». Затем как «знание», наконец как-то, что мы называем «научным знанием» или «наукой».
Для Платона «епистэмэ» - достоверное знание, а не субъективное мнение (докса). Также понимал этот термин и Аристотель – ученик, последователь принципиальный критик Платона.
Научное, или достоверное знание для Аристотеля – не результат веры, некритически воспринятой традиции, субъективного опыта. Оно, - результат логического рассуждения (дианойа) направленного на открытие начал, причин и элементов того, что дано нам в непосредственном чувственном опыте: «… всякое знание, основанное на рассуждениях … имеет предметом, - говорится в «Метафизике», - более или менее точно определенное причины и начала».
И в начале «Физики» мы читаем, что «научное познание… возникает при всех исследованиях, которые простираются, на начала, причины и элементы…». Если для учителя Платона Сократа критерием наличия знания была способность дать определение, то у Аристотеля на первое место выходит знание причин существования всего того, что существует.
Научное знание должно быть логически доказательным: нужно не просто выявить причину данного предмета, но и доказать, что для этого предмета именно она, а не нечто иное, является причиной. Поэтому Аристотель подчеркивает: «…наука связана с доказательством».
Подлинное научное знание – знание не обо всяком сущем, а лишь о таком, которое существует необходимо, вед, как сказано в «Никомаховой этики», наука – это не только «представление общего», но и представление «существующего с необходимостью» (впрочем, одно с другим не связано). Согласно Аристотелю, не может быть науки ни о привходящем (случайном), ни о преходящем (изменчивом). Мнение Аристотеля о науке определяет его представление о её возникновении. Наука была не всегда – в этом Аристотель прав. Математика на уровне «технэ» появляется в Древнем Египте, ибо «там было предоставлено жрецам время для досуга». Зарождение наук Аристотель не связывает с решением реальных проблем производственной практики людей. Науки на уровне теоретического знания (епистэмэ) возникают, согласно Аристотелю, лишь после того, как удовлетворены и жизненно необходимые потребности и потребности в удовольствиях. Они возникают для наилучшего времяпрепровождения.
Ньютон.
Классическая механика Ньютона сыграла и играет до сих пор огромную роль в развитии естествознания. Она объясняет множество физических явлений и процессов в земных и в неземных условиях, и служат основой для многих технических достижений в течение длительного времени. На её фундаменте формировались многие методы научных исследований в различных отраслях естествознания. В книге «Эволюция физики» А.Эйнштейна и Л.Нфельд назвали развитие кинетической теории вещества одним из величайших достижений науки, непосредственно связанным с механистическим воззрением. А механистическое воззрение господствовало в науке в плоть до XX века, физическая сущность которого заключается в том, что все явления природы можно объяснить движением частиц и тел.
В классической механике время выступает как параметр движения. И движение от прошлого к будущему легко спутать, таким образом, главные особенности классической механики Ньютона – это детерминизм (определенность): если известны начальные условия и уравнения, то мы можем предсказать движение, - обратимость времени. Однако если снять на пленку фильм о развитие растения из семени, а затем «прокрутить» его в обратном направлении, то каждый из нас легко отличит способ показа, который отвечает реальному ходу развития, от способа, который в природе не существует. Значит, физическое описание процессов в классической механике неполно и отражает лишь какие-то одни стороны реальной природы, не затрагивая других её глубинных свойств.
Формирование классической механики и основанной на ней механистической картины мира происходило по двум направлениям:
1). Обобщение полученных ранее результатов и прежде всего законов движения свободно падающих тел, открытых Галилеем, а т.ж. законов движения планет, сформулированных Кеплером;
2) создание методов для количественного анализа механического движения в целом.
Известно, что Ньютон создал свой вариант дифференциального и интегрального исчисления непосредственно для решения основных проблем механики: определения мгновенной скорости как производной от пути по времени движения, и ускорения как производной от скорости по времени или второй производной от пути по времени. Благодаря этому ему удалось точно сформулировать основные законы динамики закон всемирного тяготения. В1667 году Ньютон сформулировал тир закона динамики. Эти законы играют исключительную роль в механике и являются (как и большинство физических законов) обобщением результатов огромного человеческого опыта, о чем сам Ньютон сказал: « Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов».
Первый Законов: Всякая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействия со стороны других тел не заставит её изменит это состояние. Стремление тела сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения называется инертностью, или инерцией. Поэтому первый закон. Наука т.ж. называется законом инерции.
Для количественной формулировки второго закона вводятся понятия ускорения понятия ускорения a, массы тела m, и силы F.
Второй Закон: ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), пропорционально вызывающей его силе и обратно пропорционально массе материальной точки тела:
a= F/m
Второй закон Ньютона справедлив только в инерциональных системах отсчета. Первый закон можно получить из второго. В случае равенства 0 (нулю) равноденственных сил (при отсутствии воздействия на тело со стороны других тел) ускорении т.ж. равно нулю.
Однако первый закон рассматривается как самостоятельный закон, а не как следствие второго закона; поскольку именно он утверждает существование инерциальных систем отсчета.
Взаимодействие между материальными точками (телами) определяются Третьим Законом Ньютона: всякое действие материальных точек (тел) друг на друга носит характер взаимодействия; силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, всегда равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющий эти точки:
F12= - F21
где F12 сила действия на первую материальную точку со стороны второй; F21 сила действия на вторую материальную точку со стороны первой этот закон позволяет осуществить переход от динамики отдельной материальной точки к динамике системы материальных точек, характеризуется парным взаимодействием.
Законы Ньютона позволяют решить многие задачи механики – от простых до сложных. Согласно современным представлением классическая механика имеет свою область применения: её законы выполняются для относительно медленных движений тел, скорость которых много меньше скорости света.
В то же время практика показывает: классическая механика – безусловно, истинная теория и таковой останется, пока будет существовать наука. Вместе с ней останутся и те общие и абстрактные «классические» образы природы – пространство, время, масса, сила и т.д. которые лежат в её основе. По крайней мере, эти образы сохраняются в современной физике и во всем естествознании, только они стали более четкими и объемными.
А.Эйнштейн.
В Буквальном переводе с греческого слово «фюзис» означает «природа». Стало быть, физика наука о природе. Физика – главная из естественных наук, поскольку она открывает истины о соотношении нескольких основных переменных, справедливые для всей Вселенной. Как атомы и кварки - «кирпичики» мироздания, так законы физики – «кирпичики познания».
Физики утверждают, что ни одно тело во Вселенной не может подчиниться закону всемирного тяготения, а если его поведение противоречит данному закону, значит, вмешиваются другие закономерности. Самолет не падает на землю, космический корабль преодолевает земное тяготение за счет применения реактивного двигателя, точного расчета при конструировании, использования специальных видов топлива. Полет самолета, космического корабля не отрицает закона всемирного тяготения, а использует факторы, которые нейтрализуют его действие.
Законы физики лежат в основе научного постижения действительности.
В классической механике был известен принцип относительности Галилея: «Если законы механики справедливы в одной системе координат, то они справедливы и в любой другой системе движущейся прямолинейно и равномерно относительно первой». Такие системы называются инерциальными, поскольку движение в них подчиняется закону инерции, гласящему: «Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если только оно не вынуждено изменить его под влиянием движущих сил».
Специальная теория относительности.
В начале XX в. выяснилось, что принцип относительности справедлив не только в механике, но также в оптике и электродинамике. Таким образом, расширив свое значение, он теперь звучал так: любой процесс протекает одинаково в изолированной материальной системе и в такой же системе, находящейся в состоянии равномерного прямолинейного движения. Или: законы физики имеют одинаковую форму во всех инерциальных системах отсчета.
После того как физики отказались от представления о существовании эфира как всеобщей среды, рухнуло представление об эталонной системе отсчета. Все системы отсчета были признаны равнозначными, и принцип относительности стал универсальным. Теория относительности утверждает, что все системы отсчета одинаковы и нет какой-либо одной, имеющей преимущества перед другими (относительно которой эфир был бы неподвижен).
Переход от одной инерциальной системы к другой осуществляется в соответствии с преобразованиями Лоренца. Однако экспериментальные данные о постоянстве скорости света, полученные на рубеже XX в., привели к парадоксу, для разрешения которого понадобилось введение принципиально новых представлений. Предположим, что мы плывем на корабле, движущемся прямолинейно и равномерно относительно берега. Все законы движения здесь остаются здесь такими же, как на берегу. Общая скорость движения будет определяться суммой движения на корабле и движения самого корабля. При скоростях, далеких от скорости света, это не приводит к отклонению от законов классической механики. Но если наш корабль достигнет скорости, близкой к скорости света, то сумма скорости движения корабля и на корабле может превысить скорость света, чего на самом деле не может быть, так как в соответствии с экспериментом Майкельсона – Морли «скорость света всегда одинакова во всех системах координат независимо от того, движется ли излучающий источник или нет, и независимо от того, как он движется».
Что бы преодолеть возникшие трудности, Х.Лоренц в1904 г. Предложил считать, что движущиеся тела сокращаются в направлении своего движения (причем коэффициент сокращения зависит от скорости тела) и что в различных системах отсчета измеряются кажущиеся промежутки времени. На следующий год А.Эйнштейн истолковал кажущееся время в преобразованиях Лоренц как истинное.