I. Наука в контексте культуры (1 час) -
Проблема двух культур и современный цивилизационный кризис. Функциональная ассимметрия мозга. Дополнительность естественнонаучного и гуманитарного стилей мышления. Антропные корни происхождения религии, философии, науки.
-
Краткий очерк истории науки. Преднаука в традиционных обществах эпохи царств. Причины возникновения науки в Греции. Хронотоп западной цивилизации: фазы научно-философских, религиозно-мифологических манифестаций и натурфилософского синтеза. Наука эллинского мира. Телеологическая физика Аристотеля, проблемы описания движения и предельных процедур. Упадок Рима.
-
Вселенские соборы и отказ церкви от научно-философского наследия эллинов. Проблема отношения Бог - человек - природа в язычестве и христианстве. Исследования схоластов по логике и проблеме бесконечности. Первые университеты. Расцвет арабской средневековой науки - ее роль в сохранении и преумножении эллинской традиции. Крестовые походы и переоткрытие античных ценностей.
-
Натурфилософия Возрождения. Идеалы антропоцентризма. Коперниканская революция - переход к гелиоцентрической системе. Гармония мира как научный идеал и решение Кеплером задачи о движении планет. Реакция католической церкви на учение гелиоцентристов.
-
Роль Ф.Бэкона, Р.Декарта и Г.Галилея в становлении эмпирических и теоретических основ научной рациональности Нового времени. Научный метод и моделирование.
-
Классическая физика. «Начала» И. Ньютона - фундамент классической парадигмы. Мир как часы: от телеологической причинности Аристотеля к лаплассову детерминизму. Анализ бесконечно малых. Социальный физикализм ХУШ века, иллюзии социального детерминизма. Учение о теплоте и электричестве. Технологические революции ХУШ-Х1Х века: машинная, паровая, электрическая.
-
Эволюционная теория Дарвина. Атомистическое строение материи. Таблица Менделеева. Электрон. Радиоактивность.
-
Неклассичесая парадигма XX века - снятие противоречий классической физики. Теория относительности, квантовая механика, статистическая физика. Технологические революции XX века: химическая, атомная, информационная.
-
Последствия техноцентризма конца XX века, экологический кризис и перспективы биоцентризма. Комплексность кризисов и междисциплинарные направления в науке, синергетика. Классика - неклассика - постнеклассика: возвращение человека в научный дискурс - перспектива XXI века. Маятник кросскультурного диалога Восток - Запад: очередная фаза синтеза, или информационное общество. «Уходит» ли наука на Восток?
II. Точное естествознание 1. Эволюция дисциплинарного знания (1 час) -
Пропедевтические замечания. Как писать законы и читать формулы. Креативная триада Хаос - Логос - Космос: о единстве формальных и естественных языков. Простейшие триадные законы и закономерности (законы движения Аристотеля и Ньютона, Ома, газовые законы, понятия функции и т.д.).
-
Эволюция базовых понятий пространства и времени от архаических представлений до современности. Геометрии Эвклида, Римана, Лобачевского, кривизна. Понятие симметрии: однородность, изотропность, обратимость пространства и времени, их связь с законами сохранения. Абсолютное пространство Ньютона.
-
От натурфилософии, через комплексы ощущений к первичной дисциплинарной дифференцировке (механика материальных точек, оптика, теплота). Дисциплинарный рост, культурная и технологическая экспансия (механика, электродинамика, термодинамика). Пределы дисциплинарного роста как границы междисциплинарного согласования, иллюзии классического синтеза.
-
Рождение дисциплин неклассической науки на попарных противоречиях синтеза классических дисциплин (релятивизм, кванты, статистика). Междисциплинарный синтез в неклассической физике: релятивистские кванты (физика элементарных частиц), квантовая статистика (квантовая физика полупроводников, металлов, сверхтекучесть, сверхпроводимость, лазер и т.д.), релятивистская статистика (общая теория относительности, классическа космология).
-
Финальный этап синтеза точного естествознания - релятивистская статистическая квантовая физика (theory of everything) (эффекты в первые мгновения рождения Вселенной). Естественный энергетический предел достижимости последнего синтеза. Что дальше? - постнеклассика.
2. Классическая физика – механика (1 час) -
Модель материальной точки. Закон движения, кинематические характеристики. Законы Ньютона. Силы в природе, принцип суперпозиции. Импульс. Область применимости законов Ньютона. Система материальных точек, закон изменения и сохранения импульса системы. Реактивное движение. Работа и энергия. Закон сохранения и изменения механической энергии. Пространство состояний, фазовый портрет.
-
Модель абсолютно твердого тела. Число степеней свободы. Поступательное и вращательное движение, два типа пространств состояний. Эвристический вывод законов динамики вращательного движения. Момент инерции, момент силы, момент импульса. Закон сохранения и изменения момента импульса системы. Гироскоп и современная навигация. Прецессия - от планет, до элементарных частиц.
-
Модель осциллятора. Колебания вблизи равновесия. Спектр. Резонанс. Звучание музыкальных инструментов. Разложение колебаний по нормальным модам. Волны бегущие и стоячие, поперечные и продольные. Волновое уравнение, принцип Гюйгенса-Френеля. Явления дисперии, интерференции, дифракции, поляризации. Цвета тонких пленок, радуга, самоцветы, радиолокация, эхо-пересмешник, спектральный анлизатор - дифракционная решетка.
3. Классическая физика-термодинамика (1 час) -
Микро- и макро-переменные. Теплота, температура и внутренняя энергия. Уравнение состояния и уравнение процесса. Первое начало термодинамики. Теплоемкости. Работа. Циклы. К.П.Д. тепловых машин.
-
Энтропия. Второе начало термодинамики. Необратимость тепловых процессов стрела времени. Гипотеза о тепловой смерти Вселенной. Необратимые процессы переноса: диффузия, теплопроводность, вязкость. Третье начало термодинамики.
4. Классическая физика – электромагнетизм (1 час) -
Взаимодействие: дальнодействие и близкодействие. Электростатика. Заряд. Закон Кулона. Электростатическое поле, принцип суперпозиции. Поток. Закон Гаусса. Потенциал. Металлы в электрическом поле. Ток. Закон Ома. Диполь. Диэлектрики. Электростатические поля в быту и природе. Пробой.
-
Магнитостатика. Природа магнитного поля. Поле движущегося заряда. Сила Лоренца. Магнитосфера - магнитный щит Земли. Магнитный момент. Магнетики. Закон Гаусса для магнитного поля. Магнитные поля в быту и природе.
-
Электродинамика. Циркуляция. Э.Д.С. Вихревое электрическое поле. Закон электромагнитной индукции Фарадея-Ленца. Приложения закона в технике и повседневности. Нестационарные токи, закон Ампера-Максвелла, ток смещения. Система уравнений Максвелла-Лоренца, ее решение в пустоте. Электромагнитные волны: технические и медицинские приложения.
5. Проблемы классического синтеза (1 час) -
Попытки классического синтеза конца XIX века. Противоречия между механикой и электромагнетизмом. Поиск эфира. Противоречия между термодинамикой и электромагнетизмом: объяснение спектра излучения нагретых тел. Ультрафиолетовая катастрофа. Противоречия между механикой и термодинамикой: необратимость времени в тепловых процессах. Кризис основ физики рубежа веков.
6. Неклассика - релятивистская физика (специальная теория относительности) (1 час) -
Постулаты теории относительности Эйнштейна. Элементарное событие. ИСО. Следствия ТО и их эвристический вывод: относительность одновременности, сокращение продольных размеров движущихся тел, замедление хода движущихся часов. Парадокс близнецов. Собственные длина и время.
-
Преобразования Лоренца, четырехмерные векторы. Единое пространство-время. Релятивистские инварианты, пространственно-временной интервал. Мировые линии. Инвариатность причинной связи в теории относительности. Закон сложения скоростей. Релятивитские энергия, импульс. Обобщение закона Ньютона. Четырехмерный вектор энергии импульса, его инвариант. Массивные и безмассовые частицы. Энергия покоя.
-
Два способа преобразования массы покоя в энергию движения - синтез и распад ядер, дефект масс. Деление тяжелых ядер, атомная энергетика и атомное оружие. Технологические проблемы: обогащение, эксплуатация, утилизация. Термоядерный синтез легких элементов: синтез в зездах, водородная бомба. Перспективы управляемого синтеза: лазерный термояд и токамак.
7. Неклассика - квантовая физика (1 час) -
Гипотеза квантов Планка. Объяснение излучения абсолютно черного тела. Явление фотоэффекта и теория фотонов Эйнштейна. Корпускулярно-волновой дуализм света. Планетарная модель атома Резерфорда, ее недостатки. Первая квантовая модель атома Бора. Постулаты Бора. Волны материи де-Бройля. Оптико-механическая аналогия и уравнение Шредингера. Вероятностная интерпретация волновой функции. Дифракция электронов.
-
Матричная механика наблюдаемых Гейзенберга. Операторы и современный формализм квантовой механики. Стационарные состояния, полный набор наблюдаемых. Наблюдаемая-состояние-среднее, редукция волновой функции. Плюрализм языков квантовой механики, теория представлений фон Неймана. Квантовая вероятость и детерминированность. Соотношение неопределенности Гейзенберга и принцип дополнительности Бора. Применение боровского принципа к феноменам культуры и психики. Тоннельный эффект. Распад связанных состояний. Квантование моделей классичесой механики.
-
Тождественные частицы в квантовой механике. Фермионы и бозоны. Связь спина со статистикой. Принцип запрета Паули. Обоснование заполнения оболочек в периодической таблице химических элементов. Теория химической связи. Атомные и молекулярные спектры. Вращательные, колебательные, электронные.
-
Трудности квантовой механики, ее различные интерпретации. Проблема скрытых параметров. Эффект Эйнштейна-Подолького-Розена.
8. Неклассика - статистическая физика (1 час) -
Вероятность как атрибут сложных систем. Понятие ансамбля в естественных и гуманитарных науках. Равновесные и неравновесные состояния. Вероятностные распределения в молекулярно-кинетической теории. Максвелл, Больцман, Гиббс, вычисление средних.
-
Больцмановское определение энтропии ее связь с информацией и степенью упорядоченности. Классическая связь теплоемкости и степеней свободы молекул. Примирение динамического и статистического подходов - эргодическая теория.
9. Неклассика - релятивистская квантовая физика (физика квантовых полей и элементарных частиц) (1 час)
-
Релятивитское волновое уравнение Дирака. Наличие решений для античастиц, невозможность нормировки. Необходимость вторичного квантования - квантованные поля. Море Дирака - квантовый вакуум. Достижения квантовой электродинамики. Виртуальные частицы, одевания и перенормировки.
-
Четыре типа взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, слабое, сильное. История открытия элементарных частиц. Фундаментальные фермионы стандартной модели: шесть кварков, шесть лептонов, история открытия. Фундаментальные бозоны глюоны, фотоны, W-бозоны. Гипотеза невылетания кварков, цвет, калибровочные поля, струны. Симметрии квантовых систем и феномен ее нарушения, идеи объединения разных взаимодействий.
10. Неклассика - квантовая статистическая физика (1 час) -
Квантовое распределение Гиббса. Квантовая ферми- и бозе-статистика. Зонная теория электронов. Металлы, полупроводники, диэлектрики. Модель квазичастиц, фононный газ в кристаллах, теплоемкость твердых тел.
-
Явление сверхтекучески,бозе-конденсат. Свехпроводимость, куперовские пары, БКШ теория. Лазер, когерентное излучение, голография.
11. Неклассика - релятивистская статистическая физика (классическая космология) (1 час) -
Общая теория относительности. Принцип эквивалентности гравитационной и инертной массы. Связь геометрии и гравитации. Уравнения Эйнштейна. Большие массы и астрофизические феномены искривления пространства и замедления времени. Эволюция звезд. Черные дыры и возможность их косвенного наблюдения.
12. Неклассика - релятивистская квантовая статистическая физика (финальная стадия синтеза фундаментальной физики, квантовая космология) (1 час) -
Теория великого объединения всех взаимодействий на ранних стадиях эволюции Вселенной. Теория инфляции и последовательного нарушения симметрии квантового вакума. Антропный принцип.
-
Перспективы физики XIX века. О возможности переносов естественнонаучных методов в гуманитарную сферу. О проблемах физики живых систем и психофизических феноменах. О науке и "паранауке". Место физики в науке следующего века, неизбежность ее междисциплинарной адаптации.
13. Химические системы (1 час) -
Энергетика химических процессов; химическая связь; валентность; реакционная способность. Периодическая система элементов. Неорганические и органические соединения. Катализ. Биополимеры. Комплементарность. Матричный синтез.
Достарыңызбен бөлісу: |
