Концепции современного естествознания

Материальное единство мира и единство научного знания.
Представление о материальном единстве мира, как известно, имеет длительную историю. Стремление к установлению единства многообразного получило одно из своих воплощений в атомистических догадках мыслителей Древнего Востока, античной Греции и Рима.
Следует подчеркнуть, что эти догадки, а затем гипотезы представ-ляли собой единство естественнонаучного и философского подходов к анализу действительности.
Более двух тысяч лет продолжается борьба материализма и идеализма по вопросу о единстве мира.
...

Материальное единство мира и единство научного знания.
Представление о материальном единстве мира, как известно, имеет длительную историю. Стремление к установлению единства многообразного получило одно из своих воплощений в атомистических догадках мыслителей Древнего Востока, античной Греции и Рима.
Следует подчеркнуть, что эти догадки, а затем гипотезы представ-ляли собой единство естественнонаучного и философского подходов к анализу действительности.
Более двух тысяч лет продолжается борьба материализма и идеализма по вопросу о единстве мира.

Материальное единство мира и единство научного знания.
Представление о материальном единстве мира, как известно, имеет длительную историю. Стремление к установлению единства многообразного получило одно из своих воплощений в атомистических догадках мыслителей Древнего Востока, античной Греции и Рима.
Следует подчеркнуть, что эти догадки, а затем гипотезы представ-ляли собой единство естественнонаучного и философского подходов к анализу действительности.
Более двух тысяч лет продолжается борьба материализма и идеализма по вопросу о единстве мира.

адроны — частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на:
мезоны (адроны с целым спином, т. е. бозоны);
барионы (адроны с полуцелым спином, т. е. фермионы).
2. Фундаментальные (бесструктурные) частицы:
лептоны
кварки
калибровочные бозоны .
В начале шестидесятых годов был открыт еще один класс элементарных частиц, которые получили название резонансов или резонансных частиц. Время жизни их порядка 10-22 сек. Первый нуклонный резонанс был открыт Э. Ферми в 1952 году в реакциях рассеяния - мезонов на нуклонах, он был назван -изобарой. Резонансы стали активно исследоваться и открываться с развитием техники водородных пузырьковых камер, в которых стало возможно наблюдать продукты распада резонансов
, .
Впервые среди элементарных частиц появилась частица с зарядом +2.
5. Кинетическая и потенциальная энергия.
Тело свободно произвести работу, если оно движется (кинетическая энергия) или вследствие своего состояния или положения (потенциальная энергия). Эти виды энергии называются механической энергией . Кинетическая энергия механической системы - это энергия механического движения этой системы.
Сила F, действуя на покоящееся тело и вызывая его движение, со­вершает работу, а энергия движущегося тела возрастает на величину зат­раченной работы. Таким образом, работа A, силы F на пути, который тело прошло за время возрастания скорости от 0 до , идет на увеличение ки­нетической энергии тела, т.е.

используя второй закон Ньютона:
,
и умножая обе части этого равенства на перемещение получим:
Таким образом тело массой m, движущееся со скоростью, обладает кинетической энергией:
Из последней формулы видно, что кинетическая энергия зависит только от массы и от скорости тела, т.е.
Кинетическая энергия системы есть функция состояния её движения. При выводе формулы , предполагается, что движение рассматривается в инерциальной системе отчета, т.к. иначе нельзя было бы использовать законы Ньютона. В разных инерциальных системах отчета, движущихся друг относи­тельно друга, скорость тела, а следовательно и его кинетическая энер­гия будут не одинаковы. Таким образом: кинетическая энергия зависит от выбора системы от­счета.
Потенциальная энергия. - механическая энергия системы тел, определяемая их взаимным расположением и характером сил взаимодействия между ними.
Пусть взаимодействие тел осуществляется посредством силовых полей в которых действуют только консервативные силы (например: упругие силы, гравитационные силы, электростатические силы). Такие поля называются потенциальными. Тело, находясь в потенциальном поле обладает потенциальной энергией. Работа консервативных сил при элементарном (бесконечно малом) изменении конфигурации системы равна приращению потенциальной энергии, взятому со знаком минус, так как работа совершается за счет убыли потенциальной энергии: т.е.
Поскольку работа A выражается как скалярное произведение силы на перемещение , то последнее выражение можно переписать следующим об­разом:
Следовательно из этого выражения потенциальная энергия может быть определена как:
, где С - постоянная интегрирования. То есть потенциальная энергия определяется с точностью до некоторой произвольной постоянной.
Это, однако, не отражается на физических законах, так как в них входит или разность потенциальных энергий в двух положениях тела, или производная (потенциальной энергии) по координатам. Поэтому потенциальную энергию тела в каком-то определенном поло­жении считают равной нулю (т.е. выбирают нулевой уровень отсчета, или как еще говорят нулевую конфигурацию системы), а энергию тела в других положениях отсчитывают относительно нулевого уровня.
Из выражения всегда можно найти силу по модулю и направлению, если известна функция
Для консервативных сил действующих на материальную точку можно записать:
или в векторном виде:
где: i, j, k - единичные векторы координатных осей. Вектор определяемый последним выражением называют градиентом ска­ляра.
Конкретный вид функции зависит от характера силового поля. Например, потенциальная энергия тела массой , поднято на высоту над поверхностью Земли, равна:
где g - ускорение свободного падения, h - высота тела, отсчитываемая от некоторого условного уровня.
Выражение вытекает непосредственно из того, что потенциальная энергия равна работе силы тяжести при падении тела с высоты на поверх­ность Земли. Так как начало отсчета выбирается произвольно, то потенциальная энергия может иметь отрицательные значения (Кинетическая энергия всегда положительна). Если принять за нуль потенциальную энергию тела, лежащего на поверхности Земли, то потенциальная энергия тела находящегося на дне шахты (глубина).
Потенциальная энергия системы, подобна кинетической энергии, яв­ляется функцией состояния системы. Она зависит только от конфигурации системы и ее положения по отношению к внешним телам, таким образом: полная механическая энергия системы - это энергия механического движения и взаимодействия:
W=WK+WP
т.е. равна сумме кинетической и потенциальной энергии.
6. Операция симметрии: обращение времени.
Обращение времени, математическая операция замены знака времени в уравнениях, описывающих развитие во времени какой-либо физической системы (в уравнениях движения). Такая замена отвечает определённой симметрии, существующей в природе. А именно, все фундаментальные взаимодействия элементарных частиц (за одним исключением; см. ниже) обладают свойством т. н. Т-инвариантности: Обращение времени (замена t ® — t) не меняет вида уравнений движения. Это означает, что наряду с любым возможным движением системы в природе может осуществляться обращенное во времени движение, когда система последовательно проходит в обратном порядке состояния, симметричные состояниям, проходимым в «прямом» движении. Такие симметричные по времени состояния отличаются противоположными направлениями скоростей и проекций спинов всех частиц и магнитного поля. Т-инвариантность приводит к определённым соотношениям между вероятностями прямых и обратных реакций, к запрету некоторых состояний поляризации частиц в реакциях, к равенству нулю электрического дипольного момента элементарных частиц и т.д.
Из общих принципов современной квантовой теории поля следует, что все процессы в природе симметричны относительно произведения трёх операций: Обращение времени T, пространственной инверсии Р и зарядового сопряжения С (см. СРТ-теорема). Единственными обнаруженными на опыте процессами, в которых наблюдается нарушение комбинированной инверсии (СР), являются редкие распады долгоживущего KL0-meзона: редкий распад KL0 ® 2p, а также лептонные распады KL0 ® p+ + е-(m-) + , KL0 ® p- + е+(m+) + ne (nm) (см. К-мезоны), в которых обнаружена слабая (~10-3) зарядовая асимметрия. Теоретический анализ экспериментальных данных по этим распадам приводит к заключению, что СРТ-инвариантность в них выполняется, а Т-инвариантность нарушается. Природа сил, нарушающих Т-инвариантность, не выяснена; возможно, это т. н. сверхслабое взаимодействие, в миллиард раз более слабое, чем обычное слабое взаимодействие.
Несмотря на то что элементарные микропроцессы (за указанным исключением) обратимы во времени, макроскопические процессы с участием очень большого числа частиц идут только в одном направлении — к состоянию термодинамического равновесия (см. Второе начало термодинамики). Статистическая физика объясняет этот парадокс тем, что состоянию макроскопического равновесия соответствует неизмеримо большая совокупность микроскопических состояний, чем состояниям неравновесным. Поэтому любое сколь угодно малое возмущение искажает движение системы, удаляющее её от состояния равновесия, и превращает его в движение, ведущее к равновесию.
7. Масса и вес. Вещество и растворы.
Формирование понятия массы и формулирование закона ее сохранения становится необходимым не только на основании непосредственного изуче­ния свойств вещества, но также из общих философских соображений о неу­ничтожимости всего сущего, являющегося результатом обобщения всей сум­мы положительных знаний, подтвержденных общественной практикой.
Сохранение массы при химических реакциях впервые в истории было экспериментально доказано в 1756 году Михаилом Васильевичем Ломоносо­вым на примере обжигания металлов в запаянных сосудах.
При этом он сформулировал закон, получивший название "Закон сох­ранения массы(веса)":
Масса (вес) веществ, вступающих в реакцию, равна массе(весу) ве­ществ, образующихся в результате реакции.
Несколько позже (в 1789 г) закон сохранения массы был независимо от М. Ю. Ломоносова установлен французским химиком Антуаном Лораном Лавуазье, который показал, что при химических реакциях сохраняется не только общая масса веществ, но и масса каждого из элементов, входящих в состав взаимодействующих веществ.
Работы Ломоносова и Лавуазье положили начало сознательному приме­нению закона сохранения вещества во всех химических и физических экс­периментах, а также в теоретических исследованиях.
Молекулярная масса, молекулярный вес, значение массы молекулы, выраженное в атомных единицах массы. Практически Молекулярная масса равна сумме масс всех атомов, входящих в состав молекулы; умножение Молекулярная масса на принятую величину атомной единицы массы (1,66043 ± 0,00031) ×10-24 г даёт массу молекулы в граммах.
Понятие Молекулярная масса прочно вошло в науку после того, как в результате работ С. Канниццаро, развившего взгляды А. Авогадро, были четко сформулированы различия между атомом и молекулой; уточнению понятия Молекулярная масса способствовали открытие Ф. Содди явления изотопии (см. Изотопы) и разработка Ф. Астоном масс-спектрометрического метода определения масс.
Понятие Молекулярная масса тесно связано с определением молекулы; однако оно приложимо не только к веществам, в которых молекулы существуют раздельно (газы, пары, некоторые жидкости и растворы, молекулярные кристаллы), но и к остальным случаям (ионные кристаллы и др.).
За Молекулярная масса часто принимают среднюю массу молекул данного вещества, найденную с учётом относительного содержания изотопов всех элементов, входящих в его состав. Иногда Молекулярная масса определяют не для индивидуального вещества, а для смеси различных веществ известного состава. Так, можно рассчитать, что «эффективная» Молекулярная масса воздуха равна 29.
Молекулярная масса — одна из важнейших констант, характеризующих индивидуальное вещество. Молекулярная масса разных веществ сильно различаются между собой. Так, например, величины Молекулярная масса водорода, двуокиси углерода, сахарозы, гормона инсулина соответственно составляют: 2,016; 44,01; 342,296; около 6000. Молекулярная масса некоторых биополимеров (белков, нуклеиновых кислот) достигают многих млн. и даже нескольких млрд. Величины Молекулярная масса широко используются при различных расчётах в химии, физике, технике. Знание Молекулярная масса автоматически даёт величину грамм-молекулы (моля), позволяет вычислить плотность газа (пара), рассчитать молярную концентрацию (молярность) вещества в растворе, найти истинную формулу соединения по данным о его составе и т. д.
Экспериментальные методы определения Молекулярная масса разработаны главным образом для газов (паров) и растворов. В основе определения Молекулярная масса газов (паров), лежит Авогадро закон. Известно, что объём 1 моля газа (пара) при нормальных условиях (0 °С, 1 атм) составляет около 22,4 л; поэтому, определив плотность газа (пара), можно найти число его молей, а следовательно, найти и Молекулярная масса В случае растворов для определения Молекулярная масса чаще всего используют криоскопический и эбулиоскопический методы (см. Криоскопия и Эбулиоскопия). Экспериментальные методы дают сведения о среднем значении Молекулярная масса вещества. Оценку Молекулярная масса отдельных молекул можно проводить методом масс-спектрометрии.
На практике часто приходится иметь дело с растворами, имеющими строго заданное содержание в них растворенного вещества.
Один из способов выражения количества вещества в растворе – задание МАССОВОЙ ДОЛИ РАСТВОРЕННОГО ВЕЩЕСТВА.
Массовая доля растворенного вещества – это отношение массы растворенного вещества m1 к общей массе раствора m, выраженное в процентах.
Массовую долю растворенного вещества называют также процентной концентрацией раствора.
Концентрация – это относительное количество растворенного вещества в растворе.
Помимо процентной концентрации, часто удобно пользоваться молярной концентрацией.
Молярная концентрация С – это отношение количества растворенного вещества v (в молях) к объему раствора V в литрах.

Единица молярной концентрации – моль/л. Зная число молей вещества в 1 л раствора, легко отмерить нужное количество молей для реакции с помощью подходящей мерной посуды.
Разбавленные растворы - это те, в которых массовая доля растворенного вещества составляет всего несколько процентов, или молярность меньше 0,1 моль/л.
В концентрированных растворах массы растворенного вещества и растворителя можно сравнивать между собой, и еще неизвестно, кто будет иметь перевес.