Тема /. Структура раздела науки

Геометрия Евклида как образец теории. Проблема пересмотра оснований наук (в геометрии и физике) в конце XIX в. в связи появлением неэвклидовых геометрий и «неньютоновской» электродинамики Максвелла. Понятия о неявном и явном типах определения понятий. Введение понятий «первичный идеальный объект» (ПИО) и «ядро раздела науки» (ЯРН). Различение «созидательной» фазы- создания новых ПИО и фазы «использования», - применения старых (уже имеющихся) ПИО.

Два истока современной естественной науки: Фр. Бэкон и Г. Галилей. Метод эмпирической индукции Фр. Бэкона. Понятия «эмпирический факт», «эмпирический закон», «теоретический закон. Доминирующее место эмпиризма в научном мировоззрении, философии науки и «проблема Юма». Галилеевский подход и структура естественной науки.

Физика как наука о движении-перемещении частиц и непрерывной среды.         Движение-перемещение         как         изменение         состояния.

Взаимообусловленность понятий физической системы (объекта) и его состояний. Принципиальное отличие непрерывной среды от частицы. Программы «дальнодействия» Ньютона и «близкодействия» Декарта.

Галилее-ньютоновская структура ЯРН в физике: понятие модели физ'гческой системы и состояния физической системы, математические образы физической системы и состояния физической системы, уравнение движения. Диахронический (динамический) и синхронический (структурный) аспекты уравнения движения. Процедуры приготовления исходного состояния, процедуры измерения (сравнение с эталоном). Их «нетеоретический» характер.

Тема  2.  Анализ   формирования  нового  первичного  идеального объекта на материале истории классической физики.

Механика Ньютона - образец корпускулярной модели. Исходная проблема Ньютона (связь между законами Кеплера, теорий тяготения и законами механики Ньютона). Механическая частица и её состояние. Инерциальная, т.е. движущая прямолинейно и равномерно система отсчёта, сила, масса и проблема их измерений.

Пример непрерывной среды в теории идеальной жидкости Эйлера. Понятия физической системы и её состояний в гидродинамике. Волны как дочернее образование непрерывной среды. Интерференция и дифракция волн. Сравнение волны и частицы.

Основные этапы развития электродинамики и её основные понятия. Формирование понятий «заряд» и «ток» вместе с процедурами их измерения. Соперничество двух программ (немецкая английская) и их связь со спором Ньютона и Декарта. Теория Фарадея-Максвелла и понятие электромагнитного поля. Электромагнитные волны.

Проблема оснований механики, альтернативные механики конца XIX в., гносеологический кризис конца XIX в.

Тема 3. Теория относительности (специальная - СТО и общая) и современная космология.

Принцип относительности Галилея- Ньютона и преобразования Галилея (для координат, времени, скорости). Проблема распространения принципа относительности на электродинамику Максвелла и преобразования Лоренца. СТО А. Эйнштейна: скорость света как новый главный эталон, основанные на нём новые процедуры измерения времени, расстояния и одновременности. Вытекающие из этого кинематические эффекты: замедление времени, сокращение длин, относительность одновременности. Проблема одновременности и «парадокс близнецов». Место проблемы движения эфира относительно Земли и опыты Майкельсона и Морли в учебниках и реальной истории Изменение уравнения движения и динамические  эффекты:   зависимость  массы  от  скорости,  Е=тс².  Метод «затравочной   классической   модели»   в   ТО   и   неклассической   физике. Соотношение микро-, макро - и мегамиров.

Новое математическое представление-4-мерное пространственно-временное многообразие Минковского - и миф о 4-мерии реального мира.

ОТО А. Эйнштейна: сведение сил тяготения к искривлению пространства-времени в ОТО. Равенство инертной и гравитационной масс. Программы геометризации физических взаимодействий. Отличие программ Клиффорда от общей теории относительности Эйнштейна и геометродинамики Уиллера. Современные модели гравитационного поля и

эфира.

Нестационарное решение космологического уравнения ОТО и новая

космология. Основные моменты сценария «Большого взрыва».

Тема 4. Квантовая механика.

Теория теплового излучения абсолютно черного тела и постоянная Планка. Проблемы строения атома, атомных спектров, фотоэффекта и введение представления о квантах света (Планк, Эйнштейн). Принципы соответствия и квантования в «старой» квантовой механике.

Формулирование квантового парадокса волна-частица (Эйнштейн, де Бройль) как начало перехода к «новой» квантовой механике.

Появление математического представления волновых функций Э. Шредингера. Их вероятностная интерпретация М.Борном. Понятие «распределение вероятностей» (на примере бросания правильной и неправильной многогранной кости). Особенность процедур измерения в

квантовой механике.

Процесс измерения в квантовой механике. Парадокс «кота Шредингера». Критический анализ постановки проблемы. Мнимое и действительное место наблюдателя в квантовой механике Место принципа неопределенности Гейзенберга и принципа дополнительности Бора как специфических свойств состояний квантовых систем.

Спор Эйнштейна и Бора вокруг вопроса о законченности и полноте нерелятивистской квантовой механики. Современное состояние вопроса.

Квантовая механика многих частиц. Принцип неразличимости, запрет Паули, статистика многих частиц. Принцип неразличимости, запрет Паули, статистика бозонов и фермионов. Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена (ЭПР) и миф о квантовой телепортации.

Основные ПИО и процедуры измерения в квантовой электродинамике, теории элементарных частиц квантовой теории твердого тела. Электромагнитные, слабые и сильные взаимодействия. Поиски единой теории. Спектр элементарных частиц и методы симметрии, «химические» и «спектроскопические» подходы к систематизации. Теория кварков и глюонов.

Тема 5. Термодинамика, кинетическая теория тепла, равновесная статистическая физика и физическая кинетика.

Теория теплорода, формирование понятия «термодинамическая система» и основных измеримых величин. Пример термодинамический системы - газ под поршнем. Уравнение состояния идеального газа. Утверждение о невозможности создания вечного двигателя и понятие внутренней энергии. Законы сохранения энергии в макроскопических процессах. Понятия равновесного термодинамического состояния, обратимого и необратимого процессов. Идеальный тепловой двигатель, «цикл Карно» и понятие энтропии. Проблема «тепловой смерти» Вселенной.

Возрождение корпускулярной модели в виде газа упругих твердых шаров и получение с её помощью термодинамических законов для идеального газа. Проблема невидимости молекул. Броуновское движение. Формирование молекулярно-кинетической модели Максвелла-Больцмана. Попытка механического вывода второго начала термодинамики и энтропии. Проблема механического смысла необратимости.

Представление о различии газообразной, жидкой и твердой фазах вещества. Аморфное и кристаллическое состояние, порядок и беспорядок в природе.

Тема 6. Синергетика.

Открытие динамического хаоса (модель Лоренца) и понятия аттрактора и целевой причинности, бифуркации, фрактала. Открытие химических колебаний Белоусова - Жаботинского. Открытие активной среды и динамических структур (модель морфогенеза Тьюринга и эффект Бенара). Синергетика как естественная наука о структурных преобразованиях в открытой диссипативной нелинейной системе (Г. Хакен). Специфика синергетики и теории колебаний (науки о типах движения). Дальнейшее развитие динамических моделей нового типа в биологии Синергетика как физика неравновесных процессов (И. Пригожий). Необратимость времени.

Проблема предсказуемости поведения в нелинейных системах. Режимы с обострением (С. Курдюмов и др.) и рост народонаселения. Глобальное моделирование и эко-, био- и социосистемы. Кибернетика, синергетика, системный подход как наука о сложных системах.

Самоорганизация в живой и неживой природе. Принципы универсального эволюционализма. Понятие постнеклассической науки.

Тема 7. Основные понятия химии.

Понятия элементов у Аристотеля, алхимиков и Бойля. Понятия простого и составного вещества. Формирование атомной модели вещества и модели химических превращений (Лавуазье и Дальтон). Модель химического вещества   как   ансамбля   химических   атомов   (АХА);   модель   простого химического вещества как ансамбля одинаковых химических атомов; аналитическая химия - набор процедур измерения-определения веществ.

Понятие базового множества молекулярных соединений и их взаимопревращений. Развитие понятия химической межатомной связи; введение понятия молекулярной структуры (в связи с открытием явлений изомерии). Химическое превращение (реакция) как превращение одних ансамблей химических атомов, в другие - базовая модель химии. Связь свойств вещества и его состава и структуры. Химические атомы и химические связи как первичные идеальные объекты химии.

Классификация разделов химии по типам ансамблей химических атомов: химия простых молекул (химия состава); химия структурных молекул, кристаллохимия и т.д.

Возникновение физической химии в результате отождествления химического вещества и физической системы. Возникновение квантовой химии в результате отождествления химического и физического атомов в XIX в. и рассмотрение атомов, межатомных связей как квантовых явлений (объектов).

Химия XX в. Возникновение физической аналитической химии (спектроскопия, рентгеноанализ и т.п.), т.е. нового типа эталонов и измерительных процедур. Объяснение на основе квантовой механики атомов периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева и создание теорий элементарных физико-химических связей (ковалентная связь, её донорно-акцепторный механизм, её свойства; ионная связь; полярные неполярные молекулы; металлическая связь; ван-дер-ваальсова связь). Понятие многоатомной физико-химической связи.

Химия сложных реакций, состоящих из системы простых реакций (единиц нового уровня). Наложение специфических физико-химических условий реакции.

Тема 8. Структура биологических наук.

Проблема специфики биологии. Проблема сущности жизни и её происхождения: химическая эволюция Опарина и «принцип Реди», креационизм, гипотеза панспермии.

Спор холизма и атомизма (элементаризма, редукционизма), механицизма и органицизма. Две линии развития биологии.

Успехи механицистской биологии: а) бимолекулярная химия 1950-1970 гг.: открытие структуры ДНК, механизмы наследственности и биосинтеза белков, генная инженерия, программа «геном человека»; б) бимолекулярная физика (мембранная биофизика); в)бимолекулярная химия 1990-х гг. (нелинейная динамика «биохимических фабрик» клетки; г) холистская бимолекулярная физика когерентных состояний электромагнитного поля (модели квантовой нелинейной оптики).

Органицистская биология. Проблема системы основных понятий и моделей.

Морфология и физиология. Организм и среда: обмен веществом, энергией, информацией, открытость системы. Орган - функция как важнейшая форма целесообразной активности (онтогенез, поисковая активность).

Организм и клетка. Отличия в поведении клеток. Межклеточная среда и сигнальные белки. Ядро клетки и основные органеллы. Превращение яйцеклетки в организм (онтогенез), преформизм и эпигенез.

Вид и эволюция. Разнообразие организмов и понятие вида. Бинарная номенклатура видов по К.Линнею. Проблема существования видов и эволюции: К.Линней (вид), Ж.-Б.Ламарк (изменчивость), Ч.Дарвин (вид и изменчивость, Н.И.Вавилов (гомологические ряды как причина канализованности изменчивости). Формальные и биологические (продуктивное потомство) основания выделения видов.

Эволюция жизни по Дарвину и основные его альтернативы: ламаркизм, номогенез. Их сочетание сегодня. Синтетическая теория эволюции (от организма к популяции). Эволюция как преобразование разнообразия. Место эволюционной теории Дарвина в культуре Х1Х-ХХ вв.

Эволюция и генетика. Дарвин и Мендель. Законы Менделя. Генотип и фенотип. Молекулярный механизм наследственности и блочно-иерархический принцип в эволюции. Четыре основных фактора эволюции на популяционном уровне - мутации, популяционные волны, дрейф генов, изоляции (разных видов), естественный отбор.

Система иерархических уровней: организм, популяция, биоценоз (продуценты, консументы, редуценты и окружающая среда), биосфера. Потоки, обмен веществ и энергии, трофические взаимодействия. Современная классификация метаболизма. Проблема биоразнообразия, устойчивость экосистемы и экологический кризис. Адаптация на уровне биосферы и биоценоза, популяции, особи.

Биосфера, геосфера и космические циклы. Учение о биосфере В.И.Вернадскоо. «Гипотеза Геи» Дж. Лавлока ещё одна форма биосферологии.

Биологический фактор в развитии человека. Асимметрия функций левого и правого полушарий мозга Теория рефлекторной деятельности И.П. Павлова  и разумная социальная деятельность.

«Оптимистическое» понятие ноосферы по Вернадскому и неоптимистические альтернативы. Концепция «устойчивого развития».

Проблема морфогенеза и другие нерешенные проблемы биологии. Мир форм (понятие морфогенетического поля по Дришу, Гурвичу, Шелдрейку). Анализ понятия «биополе».