- •Розділ 1. Природознавство, наука, науковий метод, пізнання і його структура
- •1.1 Що таке природознавство. Види природничих наук, предмет та мета вивчення. Класифікація методів наукового пізнання
- •1.2 Загальнонаукові методи емпіричного пізнання
- •1.2.1 Спостереження
- •1.2.2 Експеримент
- •1.2.3 Вимірювання
- •1.3 Загальнонаукові методи теоретичного пізнання
- •1.3.1 Абстрагування. Сходження від абстрактного до конкретного
- •1.3.2 Ідеалізація. Уявний експеримент
- •1.3.3 Формалізація. Мова науки
- •1.3.4 Індукція та дедукція
- •1.4 Загальнонаукові методи, що застосовуються на емпіричному й теоретичному рівнях пізнання
- •1.4.1 Аналіз і синтез
- •1.4.2 Аналогія та моделювання
- •Розділ 2. Зародження, становлення й і розвиток природознавства
- •2.1 Зародження й розвиток наукових знань у стародавньому світі
- •2.1.1 Нагромадження раціональних знань у первісну епоху (від неандертальця до homo sapiens)
- •2.1.1.1 Повсякденне, стихійно-емпіричне знання
- •2.1.1.2 Зародження рахунку
- •2.1.1.3 Астрономічні знання та календар
- •2.1.2 Міфологія
- •2.2 Становлення цивілізації
- •2.2.1 Історичні передумови виникнення цивілізації
- •2.2.2 Неолітична революція
- •2.2.2.1 Основні передумови
- •2.2.2.2 Перехід від привласнюючої економіки до відтворюючої (продуктивної")
- •2.2.3 Металургія
- •2.2.4 Розвиток гірничої справи та видобування корисних копалин
- •2.2.5 Розвиток домашніх промислів і становлення ремесла
- •2.2.6 Еволюція суспільної свідомості. Раціональні знання
- •2.2.6.1 Астрономія та календар
- •2.2.6.2 Математичні знання
- •2.2.6.3 Біологія та медицина
- •2.2.6.4 Географія та картографія
- •2.2.7 Виникнення та становлення обміну
- •2.2.8 Поділ праці
- •2.2.9 Розвиток духовної культури
- •2.2.10 Становлення писемності
- •2.2.10.1 Вихідні відомості
- •2.2.10.2 Розвиток піктографії
- •2.3 Географія та основні характеристики цивілізацій стародавнього сходу
- •2.3.1 Давньоєгипетські держави
- •2.3.2 Держави Межиріччя
- •2.3.3 Мала Азія
- •2.3.4 Східне Середземномор'я
- •2.3.5 Середня Азія та Іран
- •2.3.6 Перші держави в Індії
- •2.3.7 Стародавній Китай
- •2.3.8 Культура давньосхідних цивілізацій
- •2.3.9 Від міфу до науки
- •2.3.10 Астрономічні знання стародавнього Єгипту й Межиріччя
- •2.3.11 Вавилонська математика та її застосування у фізиці
- •.4 Давні цивілізації Європи
- •2.4.1 Мінойська цивілізація
- •2.4.2 Ахейська (мікенська) цивілізація
- •2.4.3 Греція "гомерівського" періоду
- •2.5 Філософія і наука античного світу
- •2.5.1 Формування й розвиток античної цивілізації
- •2.5.2 Від "дитячості" Гомера до атомістики Демокріта
- •2.5.2.1 Філософія та поезія Гомера
- •2.5.2.2 Мислителі мілетської школи
- •2.5.2.3 Загальна характеристика піфагоризму
- •2.5.2.4 Філософське вчення елеатів
- •2.5.2.5 Античний атомізм
- •2.5.2.6 Учення Арістотеля
- •2.5.2.7 Александрійська наукова школа
- •2.5.2.8 Геоцентрична система Птолемея
- •2.5.2.9 Спад у розвитку античної науки
- •2.6 Наука середніх віків
- •2.6.1 Основна характеристика епохи середньовіччя
- •2.6.2 Наука на середньовічному сході
- •2.6.3 Наука в середньовічній Європі
- •2.6.4 Висновок
- •2.7 Природознавство в епоху Відродження
- •2.7.1 Основна характеристика епохи Відродження
- •2.7.2 Філософія епохи відродження
- •2.7.3 Кінематична статика
- •2.7.3.1 Леонардо да Вінчі
- •2.7.3.2 Тарталья і Кардано
- •2.7.4 Геометрична статика
- •2.7.4.1 Убальдо дель Монте
- •2.7.4.2 Джованні Баттиста Бенедетті
- •2.7.4.3 Сімон Стевін
- •2.7.5 Кінематика
- •2.7.5.1 Основні передумови геліоцентризму
- •2.7.5.2 М. Коперник і його геліоцентрична система світу
- •2.7.5.3 Нова космологія
- •2.7.6 Джордано Бруно: світоглядні висновки з коперниканізму
- •2.7.7 Відкриття законів руху планет
- •2.7.7.1 Життя, присвячене служінню Урани
- •2.7.7.2 Йоганн Кеплер
- •2.8 Виникнення класичної механіки
- •2.8.1 Механіка г. Галілея
- •2.8.2 Картезіанська фізика
- •2.8.2.1 Декартівська концепція вихорів
- •2.8.2.2 Учення про речовину й теплоту
- •2.8.2.3 Космогонія
- •2.8.3 Ньютонівська революція
- •2.8.3.1 Ньютон і його час
- •2.8.3.2 "Математичні начала натуральної філософії" і їх структура
- •2.8.3.3 Закон всесвітнього тяжіння
- •2.8.3.4 Математичне узагальнення
- •2.8.3.5 Ньютонівська оптика
- •2.8.3.6 Атомістичні погляди Ньютона
- •2.8.3.7 Учення Ньютона про ефір
- •.8.3.8 Ньютонівська Ідея дальньої дії
- •2.8.3.9 Простір, час, рух
- •2.9 Від геометричного методу до аналітичної механіки
- •2.9.1 Принцип найменшої дії
- •2.9.2 Принцип Даламбера
- •2.9.3 Аналітична механіка матеріальної точки й динаміка твердого тіла Ейлера
- •2.9.4 Аналітична механіка системи матеріальних точок і тіл Лагранжа
- •2.9.5 Розвиток аналітичної механіки
- •2.9.5.1 Принцип Гамільтона
- •2.9.5.2 К. Г. Якобі
- •2.9.5.3 М. В. Остроградський
- •2.9.5.4 Немеханічне трактування принципу найменшої дії Гельмгольца
- •2.9.5.5 Принцип найменшого примусу Гаусса
- •2.9.5.6 "Механіка без сили" Герца
- •2.10 Виникнення й розвиток електродинаміки
- •2.10.1Перетворення електрики на магнетизм
- •2.10.2 Перетворення магнетизму на електрику
- •2.10.3 Ідея поля
- •2.10.3.1 Фізичне поле Фарадея
- •2.10.3.2 Дві основи теорії поля
- •2.10.4 Теорія електромагнітного поля Максвелла
- •2.10.4.1 Основні передумови
- •2.10.4.2 Струм зміщення
- •2.10.4.3 Реальність поля
- •2.10.4.4 Поле та ефір
- •2.11 Основні досягнення природознавства XIX століття
- •Розділ з. Сучасна фізична картина світу
- •3.1 Простір і час
- •3.1.1 Загальні зауваження
- •3.1.2 Основні концепції простору й часу
- •3.1.3 Поняття простору й часу у філософії і природознавстві xvi11 -XIX століть
- •3.1.4 Розвиток уявлень про простір і час у XX столітті
- •3.2 Теорія відносності
- •3.2.1 Загальні зауваження
- •3.2.2 Абсолютно чи відносно?
- •3.2.3 Експеримент Майкельсона-Морлі
- •3.2.4 Спеціальна теорія відносності (частина і)
- •3.2.5 Спеціальна теорія відносності (частина II)
- •3.2.6 Принцип еквівалентності
- •3.2.7 Загальна теорія відносності
- •3.3 Закон збереження енергії в макроскопічних процесах
- •3.3.1 Робота в механіці, закон збереження та перетворення енергії в механіці
- •3.3.2 Перший закон термодинаміки
- •3.4 Другий закон термодинаміки та принцип зростання ентропії
- •3.4.1 Другий закон термодинаміки
- •3.4.2 Ідеальний цикл Карно
- •3.4.3 Поняття ентропії
- •3.4.4 Ентропія та імовірність
- •3.4.5 Порядок і хаос. Стріла часу
- •3.4.6 Проблема теплової смерті всесвіту. Флуктаційна гіпотеза Больцмана
- •3.4.7 Синергетика. Народження порядку з хаосу
- •3.5 Квантова механіка
- •3.5.1 Гіпотеза про кванти
- •3.5.2 Фотони
- •3.5.3 Планетарний атом
- •3.5.4 Гіпотеза де Бройля. "Хвилі матерії"
- •3.5.5 Співвідношення невизначеностей
- •3.5.6 Хвильова функція. Хвилі імовірності. Образ атома
- •3.5.7 Причинність класична і причинність квантова
- •3.5.8 Принцип додатковості
- •3.6 Світ елементарних частинок
- •3.6.1 Фундаментальні фізичні взаємодії
- •3.6.1.1 Гравітація
- •3.6.1.2 Електромагнетизм
- •3.6.1.3 Слабка взаємодія
- •3.6.1.4 Сильна взаємодія
- •3.6.1.5 Проблеми єдності фізики
- •3.6.2 Класифікація елементарних частинок
- •3.6.2.1 Характеристики субатомних частинок
- •3.6.2.2 Лептони
- •3.6.2.3 Адрони
- •3.6.2.4 Частинки — носії взаємодій
- •3.6.3 Теорії елементарних частинок
- •3.6.3.1 Квантова електродинаміка
- •3.6.3.2 Теорія кварків
- •3.6.3.3 Теорія електрослабкої взаємодії
- •3.6.3.4 Квантова хромодинаміка
- •3.6.3.5 На шляху до великого об'єднання
- •3.7 Проблеми енергетики (ядерні і термоядерні реактори)
- •3.7.1. Поділ ядер урану
- •3.7.2 Ядерні реактори
- •3.7.3 Світові енергетичні ресурси та необхідність вирішення проблеми керованого термоядерного синтезу
- •Розділ 4. Сучасна астрофізика та космологія
- •4.1 Еволюція всесвіту
- •4.1.1 Класична космологія
- •4.1.2 Парадокси Шезо-Ольберса і Зеєлігера
- •4.1.3 Неевклідові геометрії
- •4.1.4 Космологічний принцип
- •4.1.5 Всесвіт Ейнштейна
- •4.1.6 Всесвіт Фрідмана
- •4.1.7 Закон Хаббла й дослідження Слайфера
- •4.1.8 Моделі Всесвіту
- •4.1.9 Модель гарячого Всесвіту. Реліктове випромінювання
- •4.1.10 Інфляційна модель
- •4.1.11 Народження Всесвіту
- •4.1.12 Варіанти майбутнього Всесвіту
- •4.1.13 Деякі труднощі гіпотези розширного Всесвіту
- •4.1.14 Проблема позаземних цивілізацій
- •4.2 Галактика і квазари
- •4.2.1 Сонце та Галактика
- •4.2.2 Метагалактика
- •4.2.3 Класифікація галактик
- •4.2.4 Обертання галактик
- •4.2.5 Походження галактик
- •4.2.6 Гіпотези про походження галактик
- •4.2.7 Квазари. Відкриття квазарів
- •4.2.8 Особливості квазарів
- •4.2.9 Розподіл квазарів у просторі
- •4.2.10 Гіпотези про походження квазарів
- •4.3 Народження та еволюція зірок
- •4.3.1 Діаграма Герцшпрунга-Рассела
- •4.3.2 Еволюція зірок
- •4.3.3 Білі карлики
- •4.3.4 Пульсари та нейтронні зірки
- •4.3.5 Чорні дірки
- •4.3.6 Змінні зірки. Цефеїди
- •4.3.7 Зоряні скупчення та асоціації
- •4.3.8 Туманності
- •4.3.9 Пояс зодіаку
- •4.4 Сонячна система
- •4.4.1 Сонце
- •4.4.2 Джерела енергії Сонця
- •4.4.3 Як утворилося сімейство планет
- •4.4.4 Планети
- •4.4.5 Малі планети
- •4.4.6 Комети, метеори й метеорити
- •Розділ 5. Сучасна біологічна картина світу
- •5.1 Життя як особлива форма руху матерії
- •5.1.1 Концепції сутності життя
- •5.1.2 Аксіоми біології
- •5.1.3 Основні властивості та ознаки живих організмів
- •5.1.4 Структурні рівні організації життя
- •5.2 Теорія еволюції
- •5.2.1 Еволюційні ідеї, концепції та гіпотези в додарвінівський період
- •5.2.2 Теорія еволюції ч. Дарвіна
- •5.2.3 Подальший розвиток теорії еволюції. Дарвінізм XX століття
- •5.2.4 Пристосованість до середовища існування (адаптація)
- •5.2.5 Різноманітність живої природи
- •5.2.6 Головні напрямки еволюції
- •5.2.7 Необоротність та необмеженість процесу еволюції
- •5.3 Розвиток життя на землі
- •5.3.1 Гіпотези виникнення життя
- •5.3.2 Походження життя
- •5.3.3 Хронологія еволюції живої природи за даними палеонтології
- •5.4 Походження людини
- •5.4.1 Історія питання
- •5.4.2 Місце людини в системі тваринного світу. Докази тваринного походження людини
- •5.4.3 Якісна своєрідність людини як біосоціальної істоти
- •5.4.4 Дані палеонтології та антропології про походження людини
- •Розділ 6. Учення про біосферу та ноосферу
- •6.1 Біосфера
- •6.1.1 Виникнення вчення про біосферу
- •6.1.1.1 Етапи життя та наукової творчості в. І. Вернадського
- •6.1.1.2 Концепції в. І. Вернадського про біосферу
- •6.1.2 Утворення планетної системи
- •6.1.3 Основні характеристики Землі
- •6.1.4 Основні вимоги до умов, що забезпечують виникнення та розвиток життя
- •6.1.5 Основні етапи хімічної еволюції, що передували абіогенезу
- •6.1.6 Абіогенез
- •6.1.6.1 Виникнення пробіонтів і біологічних мембран
- •6.1.7 Основні етапи еволюції живої природи
- •6.1.8 Основні характеристики біосфери
- •6.1.9 Виникнення атмосфери та гідросфери
- •6.1.10 Основні характеристики атмосфери
- •6.1.10.1 Озон та аерозолі
- •6.1.10.2 Роль вуглекислого газу
- •6.1.10.3 Вплив атмосфери на радіаційний баланс Землі
- •6.1.11 Гідросфера
- •6.1.12 Взаємодія океану та атмосфери
- •6.1.13 Вологообіг
- •6.1.14 Жива речовина
- •6.1.15 Кругообіг вуглецю
- •6.2 Ноосфера
- •6.2.1 Розвиток і становлення людини
- •6.2.2 Виникнення вчення про ноосферу
- •6.2.2.1 Основні положення вчення про ноосферу е. Леруа і Тайяра де Шардена.
- •6.2.2.2 Концепція ноосфери в. І. Вернадського
- •6.2.3 Перехід біосфери в ноосферу
- •6.2.4 Умови, необхідні для становлення та існування ноосфери
- •6.2.5 Наука як основний чинник ноосфери
- •6.2.6 Проблеми становлення ноосфери
2.10.4.4 Поле та ефір
Старий механістичний погляд намагався звести всі явища природи до сил, що діють між частинками речовини. У своїх ранніх роботах Максвелл також розвивав електромагнітну теорію за допомогою наочних механічних моделей, інтерпретуючи різні електротехнічні явища як напруги, натяги й вихори в пружному середовищі, тобто в деякому флюїді, що заповнює весь простір, — одному з різновидів знаменитого ефіру. Він писав: "Я маю намір тепер розглянути магнітні явища з механічної точки зору й досліджувати, які напруги чи рухи середовища здатні викликати явища, які я спостерігаю".
Але одні тільки вихори існувати не могли, тому що відразу ж виникало запитання: яким чином ці вихори можуть існувати, стикаючись один з одним й одночасно обертаючись в одному напрямку? Щоб вирішити цю проблему, Максвелл увів між вихорами своєрідні "шестірні холостого ходу": "Вихори розділені шаром частинок так, що кожна обертається навколо власної осі в напрямку, протилежному напрямку вихорів, так що дотичні поверхні частинок і вихорів мають однаковий напрямок руху". Імовірно, це була одна з найбільш складних моделей, коли-небудь запропонованих у науці. Однак пізніше Максвелл пояснив, що його теорія фактично не залежить від якої-небудь механічної інтерпретації. Як пізніше сказав Герц: "Головне в теорії Максвелла — це рівняння Максвелла".
Спочатку поняття поля було не більш, як прийомом, який полегшував розуміння явищ з механічної точки зору. Поле розглядали як щось таке, що згодом можна буде витлумачити механістично за допомогою ефіру. Пізніше стало зрозуміло, що цю програму не можна зреалізувати, що досягнення теорії поля стали вже занадто разючими й важливими, щоб їх можна було замінити механістичними догмами. Визнання нових понять поступово утверджувалося, поки субстанція не була відтіснена полем на задній план. Стало зрозуміло, що у фізиці відбулося щось дуже важливе. Було створено нову реальність, нове поняття, для якого не було місця в механістичному описі. Завдання придумування механічної моделі ефіру ставало все менш і менш цікавим, а результат через вимушений і штучний характер припущень усе більш і більш дивним.
Єдиний вихід — це припустити, що простір має фізичну властивість передавати електромагнітні хвилі, і не занадто перейматися через зміст цього твердження. Можна ще вживати слово "ефір", але тільки для того, щоб виразити згадану фізичну властивість простору. Слово "ефір" у процесі розвитку науки змінювало свій зміст багато разів. У даний момент воно вже не вживається для позначення середовища, побудованого з частинок.
2.11 Основні досягнення природознавства XIX століття
Дослідження в галузі електромагнетизму визначили цілий ряд серйозних технічних винаходів. Уже в першій половині XIX століття було винайдено електричний телеграф. Електродвигун Б.С. Якобі в 1839 р. вже рухав невелике річкове суденце. На зміну хімічним джерелам струму в 60-х роках прийшли електрогенератори. Широко застосовувався створений 3. Грамом у 1869 р. генератор самозбудження. У 70-х роках з'явилися електроосвітлювачі: "свічка Яблочкова" (1876), лампа розжарювання Т. Еді-сона (1879). Починаючи з 80-х років, генератори й електродвигуни постійного струму стали поступово витіснятися генераторами й електродвигунами змінного струму. Дослідження Г. Герца, А. С. Попова і Г. Марконі сповістили про народження радіо.
Одне з головних досягнень природознавства XIX ст. — істотний прогрес у розумінні електричних, магнітних та оптичних явищ. Якщо на початку століття вони розглядалися порізно, то наприкінці століття поєдналися в єдиний комплекс. Перетворення електрики на магнетизм, і навпаки — магнетизму на електрику — означало фактично об'єднання електрики й магнетизму; було створено єдину теорію електричних і магнітних явищ — теорію електромагнітного поля. З'явилося якісно нове фізичне поняття — поле; почала формуватися електромагнітна картина світу, яка повинна була замінити стару механічну картину. Процес інтеграції фізичного знання не обмежився об'єднанням електрики й магнетизму в рамках теорії електромагнітного поля; було встановлено електромагнітну природу світла, що фактично означало включення оптики в електромагнетизм.
Один за одним почали сходити зі сцени різні флюїди. Першим зник світловий флюїд; уже в першій половині XIX ст. теорія "витікання" в оптиці була цілком витіснена хвильовою оптикою Т. Юнга (1773-1829) та О. Френеля (1788-1827). Спочатку це були світлові хвилі, які поширювалися в деякому ефірі, що має механічну природу; до кінця століття їх замінили електромагнітні хвилі. Дослідження Ампера змусили відмовитися від магнітних флюїдів. Довше від усіх інших зберігалися уявлення про електричні флюїди, але й вони зійшли зі сцени наприкінці століття в результаті відкриття електрона.