ФИЗИКА, ТЕХНИКА,
ИНТЕЛЛЕКТ
Саратов
2009
Роках А.Г.
Физика, техника, интеллект. - Саратов, 2009. – 192 с.
Аннотация. Рассмотрена методология познания в современной науке, главным образом в физике, и технике. Проведено традиционное деление физики на науку о макро- , микро- и мегамире, релятивистскую физику. Обсуждаются пути для объяснения явлений жизни и сознания с позиций современной физики и техники. Дается краткая история техники, реализующей успехи естественных наук, и технического образования. Особое внимание уделено искусственному интеллекту – информационной основе современной техники. В приложении приводятся материалы по астрофизике и космологии и краткие биографии ученых.
Для студентов 3-го курса специальности «Материаловедение и технология новых материалов», «Технология наноэлектроники» и других специальностей факультета нано - и биомедицинских технологий.
© А.Г.Роках, 2009
А.Г. Роках
ФИЗИКА, ТЕХНИКА, ИНТЕЛЛЕКТ
Учебное пособие
Введение 5
РАЗДЕЛ 1. НАУЧНОЕ ПОЗНАНИЕ 7
1. История, субъект и объект познания 7
1.1. Развитие во времени и особенности научного познания. 7
1.2. О субъекте познания 12
2. Физическое познание 18
2.1. Знание и вера в физике 18
2.2. Геометрия пространства или закон обратных квадратов 23
«на пальцах» 23
2.2.1. Выдержки из «Начал» Евклида и комментарии 26
2.3. Роль математики 28
РАЗДЕЛ 2. ФИЗИКА МАКРОМИРА 30
3. Механическая картина мира 30
3.1. Уравнения Гамильтона 32
3.2. Основные положения механической картины мира. 34
3.3. Система Земля - Луна 35
3.4. Детерминизм и отклонения от него 38
4. Термодинамика 39
4.1. Энергия 40
4.2. Термодинамические функции и энтропия 44
4.3. Термодинамика неравновесных процессов 46
4.4. Синергетика 47
4.5. Энтропия и информация 49
5. Электродинамика и оптика 51
5.1. Уравнения Максвелла 52
РАЗДЕЛ 3. РЕЛЯТИВИСТСКАЯ ФИЗИКА 55
6. Теория относительности 55
6.1. А. Эйнштейн и международный год физики 58
6.2. Частная теория относительности 60
6.3. Общая теория относительности 72
РАЗДЕЛ 4. ФИЗИКА МИКРОМИРА 81
7. Квантовая механика 81
7.1. История квантовых представлений 81
7.2. Уравнение Шредингера 84
7.3. О физическом смысле квантовой механики 86
7.4. Квантовая механика атома 88
7.5. Принцип запрета Паули. Периодическая система 91
элементов. Твердое тело 91
7.6. Почему синий свет преломляется сильнее, чем красный? Пример применения квантовой механики и теории электромагнетизма 94
8. Атомное ядро 97
8.1. История открытий 97
8.2. Модели ядра 104
8.3. Ядерные силы 109
8.4. Техническое применение ядерных реакций 111
9. Элементарные частицы 112
9.1. История и краткий обзор 113
9.2. Виды материи в микромире 116
9.3. Поле и вещество 121
9.4. Калибровочные теории 122
РАЗДЕЛ 5. ФИЗИКА МЕГАМИРА 124
10. Астрономия и астрофизика 124
10.1. Происхождение Солнечной системы 124
10.1.1.Формирование и судьба Солнца 124
10.1.2.Формирование Солнечной системы 125
10.2. Астрономия 128
10.3. Космология 129
10.3.1.Космологические данные 129
10.3.2.Космологические модели 130
10.4. Нерешенные проблемы космологии 136
10.5. Темная энергия 137
РАЗДЕЛ 6. ФИЗИКА И СОЗНАНИЕ 138
11. Некоторые вопросы познания в современной 138
физике 138
11.1. Кошка Шредингера или как может существовать стабильный мир на нестабильном основании 138
11.2. Законы сохранения в физике 142
11.3. Аксиоматическое построение физических теорий 144
12. Хватит ли арсенала физики для описания жизни и сознания? 145
12.1. В рамках традиционной науки 145
12.2. Вненаучные подходы 146
РАЗДЕЛ 7. КОНЦЕПЦИИ ТЕХНИКИ 150
13. История, закономерности и социальная роль 150
техники 150
13.1. Краткая история техники: основные этапы и идеи 151
13.2. Осмысление феномена техники 162
13.2. Автоматизация 164
14. Искусственный интеллект – информационная 168
основа техники 168
14.1. Некоторые определения 168
14.2. Искусственный интеллект 168
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 169
ПРИЛОЖЕНИЯ 171
П.1. Тексты по астрофизике и космологии 171
П.1.1. Нейтронная звезда 172
П.1.2. Новая звезда 173
П.1.3. Пульсар 175
П.1.4. Сверхновая звезда 177
П.1.5. Черная дыра 178
П.1.6. Гравитационный коллапс 181
П.2. Разбегание галактик и темная энергия 182
П.3. Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена 184
П.4. Неравенства Белла 186
П.5. Персоналии 186
ЛИТЕРАТУРА 193
ВОПРОСЫ ПО КУРСУ 193
ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ 195
Введение
1
Первое утро творения
Не оставляло сомнения:
Будущее прочитается
Методом вычисления.
Омар Хайам
Вероятно, достоинства университетского образования и науки опираются на гуманитарную культуру естественников и естественнонаучную осведомленность гуманитариев. Обычно учебные курсы, посвященные концепциям естествознания, делают упор на последнее. В этой книге сделана попытка «убить двух зайцев»: связать представления, характерные для современных физики и техники, которые занимаются внешним миром человека, с процессом научного познания, протекающего в его внутреннем мире, являющемся в основном предметом забот гуманитариев. Такой подход может быть полезен как студентам, так и будущим аспирантам, которым предстоит сдавать экзамен по философии науки.
При изложении фактического материала автор опирался не столько на оригинальные труды, сколько на энциклопедические издания и обзоры, посвященные затронутым проблемам, в предположении, что курс общей физики проработан достаточно подробно. При этом концепции Эйнштейна, Шрёдингера, Пенроуза, Дойча и некоторых других исследователей по вопросам квантовой механики, квантовых вычислений, роли сознания не оставлены без внимания.
В книге рассматриваются не только одобренные научным сообществом, но и альтернативные (религиозные и «псевдонаучные») подходы, что пока еще не стало традицией нашего образования. Книга задумана как учебное пособие по курсу «История и методология науки и техники» на факультете нано - и биомедицинских технологий Саратовского государственного университета. В этой связи рассматриваются принципы и возможные направления реализации квантового и нейрокомпьютера.
Автор подготовил первый вариант учебного пособия, необходимость которого диктуется нуждами учебного процесса. Все замечания по поводу неизбежных погрешностей и предложения будут внимательно рассмотрены.
Целью изучения дисциплины «История и методология науки и техники», является формирование у студентов:
- комплекса профессиональных знаний и умений разбираться в основных направлениях физики на качественном (не связанном или, точнее, почти не связанном с расчетами) уровне и углубление знаний о физических принципах функционирования технических устройств;
- научной картины физического мира;
- представлений о феномене техники и системе человек-машина c использованием понятий естественного и искусственного интеллекта.
Задачами изучения дисциплины являются:
-
формирование и углубление знаний о физической природе макро-, микро- и мегамира;
-
формирование знаний и умений связывать физические явления с геометрией пространства, в котором они происходят;
-
приобретение навыков разграничения существующих представлений на научные и ненаучные;
Дисциплина «История и методология науки и техники» изучается студентами дневного отделения факультета нано- и биомедицинских технологий СГУ, обучающимися по специальностям:
|
200100 Микроэлектроника и твердотельная электроника
|
202100 Нанотехнология в электронике
|
071000 Материаловедение и технология новых материалов
|
014000 Медицинская физика
|
553400 Биомедицинская инженерия
|
014100 Микроэлектроника и полупроводниковые приборы
и направлению
550700 Электроника и микроэлектроника (двухуровневая система образования)
|
в течение 6 учебного семестра.
Материал дисциплины опирается на ранее приобретенные студентами знания по физике, математике, термодинамике и статистической физике, электродинамике, квантовой механике, ядерной физике, истории физики, физике твердого тела, теоретическим основам электротехники, физике полупроводников, и завершает общефизическую подготовку студентов.
При написании учебного пособия автор столкнулся с немалыми мировоззренческими и методологическими трудностями. И хотя фактический материал дан в основном в традиционном изложении, не обошлось и без необходимости определить авторское отношение к ряду ключевых моментов, которые пришлось изложить не вполне традиционным образом. Для удобства читателей выделим применённые новации.
Методологическая новизна.
1) Закон обратных квадратов «на пальцах» как следствие евклидовости физического пространства.
2) Квадратура круга и число «пи», по Платону.
3) Наглядное качественное описание системы «Земля – Луна», или почему мы видим только одну сторону Луны.
4) Тепловой насос: топливный коэффициент взамен коэффициента полезного действия, «превышающего» единицу.
5) Теория относительности как теория абсолютности на примере парадокса близнецов.
6) Почему синий свет преломляется сильнее, чем красный?
Мировоззренческая новизна.
7) Знание и вера в науке, по О.Д. Хвольсону. Сопоставление с верой в религии.
8) О возможности объяснения феномена сознания в рамках физики.
9) Отношение к вненаучной модели сознания с позиции торсионных полей.
10) Отношение к кришнаитской трактовке сознания Ричардом Томпсоном в его книге «Механистическая и немеханистическая наука».
11) Что есть бог для ученого?
12) Рассмотрение взаимодействия психологии, физики и техники в проблеме «квантовый компьютер».
Достарыңызбен бөлісу: |