Введение в курс общей физики. Фундаментальный характер физики

1.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
Введение в курс общей
физики.
Фундаментальный характер
физики
Лекция_В1
@ TSU 2023

2.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
Lecture #1: Физика – фундаментальная наука
Разделы лекции:
-
Введение
Фундаментальный характер физики
Этапы развития физики
Физическая картина мира
Заключение
Natura non nisi
parendo vincitur.
Природу побеждают
только повинуясь
(ее законам).
Ф.Бэкон
@ TSU 2025

3.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
Литература к лекции №В1
Основная литература
1. В. А. Ильин, В. В. Кудрявцев История и методология физики. Учебник для
магистров 2-е издание, переработанное и дополненное. Москва, 2014.
2. П.Н. Николаев ИСТОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ ФИЗИКИ. Основы истории и
методологии физики. Москва. Том I. 2014.
Дополнительная литература
1. Л.Н.Медведев. ИСТОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ ФИЗИКИ. Тексты избранных
лекций. Сибирский федеральный университет Институт фундаментальной
биологии и биотехнологии Кафедра биофизики.2013.
@ TSU 2023

4.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
1. Введение
"Физика (от греч. - Природа), наука, изучающая простейшие и в то
же время наиболее общие законы явлений природы, свойств и
строения материи и законы ее движения. Понятиями физики и ее
законами являются основой всего естествознания.
Термин «физика» впервые появляется в трудах
одного из величайших мыслителей древности —
Аристотеля (IV век до н. э.). Первоначально
термины «физика» и «философия» были
синонимами,
поскольку
обе
дисциплины
основывались на стремлении объяснить законы
функционирования
Вселенной.
Однако
в
результате научной революции 17 века физика
превратилась в самостоятельную научную
отрасль.
@ TSU 2025

5.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
Наука - исторически сложившаяся и институционализированная сфера
человеческой деятельности, направленная на объективное познание
окружающей действительности, выработку теоретических представлений о
явлениях, свойствах, законах.
Научный метод (путь исследования) способ достижения цели, решение конкретной
проблемы; набор приемов или операций
практическое или теоретическое знание
действительности.
Научный метод отличается от других форм
познания окружающего мира - мифа, веры,
созерцания, художественного познания,
житейского познания..
Главный критерий проверки
объективности научного знания
является его предсказуемость.
@ TSU 2025

6.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
Критерии научного знания?
- истина (при том понимании, что наука есть попытка
решения проблемных ситуаций и достижение
абсолютной истины невозможно. «Всякая наука
начинается с сознания неведения»);
- обоснованность (обоснование может быть различным эмпирическим, математическим, логическим,
теоретическим);
«Все знания
берутся из
опыта, на
основе которого
разум создает
свои
построения»
Джон Локк
- проверяемость (научное знание считается
обоснованным, если существует принципиальная
возможность его проверки другим исследователем, или
другим методом, или в иной ситуации, или на другом
материале);
«Предвидеть –
значит
управлять»
Б. Паскаль
- системность (научное знание должно быть логически
организовано);
- неполнота (научное знание не может быть конечным,
нужно понимать, где проходят границы познанного, и
видеть перспективы дальнейшего развития).
@ TSU 2025

7.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
1. Случайное и закономерное в научном знании
Открытие: Выявление естественных вещей, явлений, законов,
реально существующих в природе, но ранее неизвестных.
Случайность - называется явлением (открытием), привнесенным
извне, не детерминированными процессами, происходящими в нем, а
потому не предсказуемыми на основе знаний о них.
Случайное открытие: Исследователь занят совсем другими делами,
но среди условий его работы есть и другие случайные условия,
вызывающие новое явление.
Факт этих открытий показывает, что процесс познания
нельзя объяснить только компонентами и механизмами
сознательной деятельности!
@ TSU 2025

8.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
Случайные и закономерные открытия в физике (примеры)
Закон Архимеда (III век BC)
Опыты Гальвани (1786)
Закон Эрстеда (1820)
@ TSU 2025

9.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
Phase-step structure of accidental discoveries
Первый шаг можно охарактеризовать как случайное наблюдение
неизвестного явления, и не направленное на процесс эксперимента, и
при обстоятельствах таковых, непосредственно с ним не связанных.
Второй этап называется доминирующей поисковой системой, на
которую направлена, где «энергия неожиданности» преобразуется в
энергию поисковой активности.
(надо так удивиться, чтобы сойти с ума!!)
Третий этап называется этапом систематического исследования.
“Случайные открытия делаются
только подготовленными
умами». Blaise Pascal
@ TSU 2025

10.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
Этапы исследования:
1. Анализ проблемной ситуации, выдвижение проблемного замысла,
обоснование и формулировка проблемы, конкретизация проблемы в
задачах.
2. Выдвижение первичного предположения, рабочей и развернутой
гипотезы.
3. Обоснование гипотезы путем установления ее эмпирической
проверяемости,
теоретической
обоснованности,
логической
состоятельности, истинности и достоверности.
4. Разработка программы экспериментального исследования, выбор
процедур и технических средств.
5. Проведение опытных исследований, сбор и обработка данных
наблюдения и измерений.
6. Сравнение эмпирических данных с содержанием предлагаемой
гипотезы, ее принятие, доработка или отбрасывание.
7. Формулирование нерешенных задач и новой научной проблемы
(подпроблемы).
Эксперимент….
@ TSU 2025

11.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
1. Введение
Физика ≡ натуральная философия
Определение: Философия - форма общественного сознания,
развивающая систему знаний о первоосновах бытия и месте
человека в мире. Это особая сфера человеческой культуры.
Эйнштейн А. «В наше время физику приходится заниматься
философскими проблемами в большей степени, чем это
приходилось делать физикам предыдущих поколений».
Новые понятия:
Материя, Жизнь, Реальность….
Бор Н. "Значение физических наук не только, что они всегда
пополняют сумму наших знаний о неживой материи, но
прежде всего в том, что они позволяют проверить те знания,
на которых основаны наши самые первичные понятия, и
выяснить сферу их применимости "
@ TSU 2025

12.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
2. Фундаментальный характер физики
В процессе развития знаний идет дифференциация как на отдельные
науки, глубоко проникающие в природу явлений, так и объединение
знаний в единую картину мира, отражающую общие законы развития
материальной действительности.
Все естественные науки изучают различные аспекты единого
материального мира. Следовательно, наряду с конкретными методами
познания, эти науки должны включать общие теоретические и
методологические положения, отражающие наиболее общие свойства
материи.
Физика занимает особое место в научной картине мира. Развитие
,науки уже давно определило содержание физической картины мира.
Идеи господства физической картины мира служили общенаучными
парадигмами и определяли характер научной картины мира в целом.
Именно в рамках физики сформировалось большинство
методов научного познания.
@ TSU 2025

13.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
Физика является фундаментальной наукой. В истории естествознания на это
претендовали, химии и биологии (фундаментальность - принципы и понятия
не являются производными от других дисциплин).
В современной науке, основные особенности химии можно объяснить из
квантовой физики.
В двадцатом веке произошли радикальные изменения в основах в биологии:
открытие двойной спирали ДНК, создание молекулярной генетики,
биохимии и достижений генной инженерии, развитие неравновесной
термодинамики и синергетики - все это возможно выявить физикохимические основы многих биологических явлений.
,
Альберт Эйнштейн, один из величайших ученых
прошлого века, говоря о физике как фундаментальной
науке, указывал на ее неоценимую роль в открытии
самых общих элементарных законов, знание которых
дает возможность логическим способом вывести
целостную картину мира.
@ TSU 2025

14.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
4. Этапы развития физики
Предыстория физики - период возникновения отдельных
элементов физических знаний (VI в. до н.э. - XVII в....): Античность
(VI в. до н.э. - V в. до н.э.......); Средневековье (VI-XIV вв.);
Возрождение (XV-XVI вв.).
Период становления физики как науки (начало XVII - 80-е гг. XVII
в.).
Период классической физики (конец XVII-начало XX в.): первый
этап (конец XVII - 60-е гг. XIX в.); второй этап (60-е гг. XIX - конец XIX
в.); третий этап (конец XIX - начало XX в.).
Период современной физики (с 1905 г.): первый этап (1905-1931
гг.); второй этап (1932-1954): третий этап (с 1955 г.).
@ TSU 2025

15.

КАФЕДРА ОБЩЕЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ
Период становления физики как науки
Начало ХVII в.– 80-е гг. ХVII в.
XVII век положил начало систематическому использованию в физике
экспериментального метода, создателем и проводником стал Галилей
- один из основоположников точных наук. Галилей установил
принципы относительности и инерцию, законы тяготения, движение
тела по наклонной плоскости, движение тела, брошенного под углом
к горизонту, сложение движений.
Единая общая картина мира была
создана Ньютоном как целостная
система механики, законы которой
управляют всеми явлениями природы.
Это открыло новый период в развитии
физики.
Галилео Галилей
1564 - 1642
@ ТГУ 2025

16.

КАФЕДРА ОБЩЕЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ
Период классической физики (конец XVII в.– начало ХХ в.)
Первый этап (конец ХVII в. – 60-е гг. ХIХ в.).(От Ньютона до Максвелла)
Второй этап (60-е гг. ХIХ в.– 1894 г.).(От Максвелла до Рентгена)
Третий этап (1895 – 1904). (От Рентгена до Эйнштейна)
Первый этап начинается с создания специальной теории относительности.
Второй этап. Период с 1905 по 1932 год, когда физика вплотную
приблизилась к исследованию даже меньших объектов, чем атом, — ядра.
С созданием квантовой механики на ее основе возникла квантоворелятивистская картина мира.
Третий этап. С начала 50-х годов благодаря появлению современных
ускорителей было открыто множество новых элементарных частиц —
антипротон, антинейтрон, антинейтрино, ряд гиперонов, которые
явились свидетельством внутренней структуры нуклона. Возникло
принципиально новое представление о строении материальных
частиц.
@ ТГУ 2023

17.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
3. Физическая картина мира
Физическая картина мира — это обобщенная модель Природы,
включающая понятия физической науки о материи, движении,
взаимодействии, пространстве и времени, причинности и
закономерности.
Физическая картина мира – это физическая модель Природы,
включающая фундаментальные физические и философские идеи,
физическую теорию, наиболее общие понятия, принципы и методы
познания, соответствующие определенному этапу развития физики.
По мере развития физических знаний
выделились механистическая,
электромагнитная и
квантово-релятивистская картины мира.
@ TSU 2025

18.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
Модель – это абстрактное представление реальности в той или иной
форме (например, в математической, физической, символической,
графической или описательной), предназначенное для представления
определенных (базовых) аспектов этой реальности и позволяющее
получить ответы на изучаемые вопросы.
@ TSU 2025

19.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
Модель всегда соответствует исходному объекту – по тем
свойствам, которые подлежат изучению, но в то же время
отличается от него рядом других особенностей, что делает модель
удобной для изучения данного объекта.
Моделирование – это исследование объекта (оригинала) путем создания и исследования
его копии (модели), замены оригинала с определенных сторон, представляющих интерес
для познания.
Метод моделирования является универсальным методом познания. Использование
моделирования в научном познании продиктовано необходимостью раскрытия таких
сторон объектов, которые либо невозможно постичь непосредственным изучением, либо
изучать их таким способом непродуктивно из-за любых ограничений.
@ TSU 2025

20.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
Эволюция физической картины мира
Картина мира, основанная на механике, сложилась при
переходе от эпохи Возрождения к новому времени. (с
сороковых годов XVI века по сороковые годы XVII века).
Формирование механистической
картины мира связано
с научной деятельностью Г.
Галилея, И. Кеплера, Г. Гюйгенса.
Фундаментальную роль в
формировании классической
механики ее основные законы и
принципы принадлежат
И. Ньютону
.
@ TSU 2023

21.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
Механистическая
картина
следующих положениях:
мира
базируется
на
Мир
состоит
из
неделимых
корпускул
(корпускулярная теория строения материи);
- Взаимодействие корпускул осуществляется как
мгновенная
передача
сил
по
прямой
(принцип
дальнодействия);
- Тела, образованные из корпускул, движутся в
абсолютном пространстве с течением абсолютного
времени;
Все
механические
процессы
подчиняются
принципу
строгого
(жесткого)
детерминизма,
суть
которого
состоит
в
признании
возможности точного и однозначного
определения состояния механической
системы
по
ее
предыдущему
состоянию.
@ TSU 2023

22.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
Электромагнитная картина мира
Дальнейшее развитие физики показало несостоятельность
методологии механицизма. Особенно ярко это выявилось при попытках
описать тепловые, электрические и магнитные явления с помощью
законов механики. Механическая картина мира преобладала в науке
вплоть до появления в последней четверти XIX века электродинамики.
Электромагнитное поле (М. Фарадей). Его экспериментальные исследования
подтвердили, что электричество и магнетизм передаются в пространстве не сразу
по прямой, а по линиям различной конфигурации от точки к точке (принцип
действия на малых расстояниях).
Д. Максвелл создает единую теорию
электромагнитного поля. Эта теория представляет
собой обобщение эмпирических зависимостей,
установленных Эрстедом, Фарадеем и другими
учеными при изучении электрических и магнитных
явлений.
@ TSU 2025

23.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
Электромагнитная картина мира
Согласно электромагнитной теории, мир представляет собой единую
электродинамическую систему, состоящую из электрически заряженных
частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля.
Важнейшими понятиями этой теории являются: заряд, который может
быть положительным или отрицательным; Напряженность поля – сила,
действующая на тело, несущее единицу заряда, если оно находится в
данной точке.
Электромагнитная картина мира основывалась на идеях
непрерывности материи, материального электрического поля,
непрерывности материи и движения, связи пространства и времени
как друг с другом, так и с движущейся материей.
@ TSU 2025

24.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
Квантово-релятивистская картина мира
Формированию квантово-релятивистской картины мира
предшествовало формирование релятивистского мировоззрения,
основанного на общей и специальной теории относительности.
Квантовая механика сформировалась при изучении свойств
объектов микромира — атомов и составляющих их частиц.
В современной физике квантовые и релятивистские
представления синтезируются в единую картину мира, что
позволяет говорить о квантово-релятивистской картине
мира.
Философские проблемы физики: реальное и виртуальное,
взаимодействие объекта и субъекта, объективность...
@ TSU 2025

25.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
@ TSU 2025

26.

DEPARTMENT OF GENERAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS
Заключение
Сегодня идет общий процесс интеграции естественно-научных,
гуманитарных и технических наук в решении ряда актуальных проблем,
среди которых особое значение приобретают глобальные проблемы
развития мирового сообщества.
Процессы интеграции и
специализации - подтверждение
единства науки, взаимосвязи ее
разделов и необходимости
системного подхода к решению
научных задач (системная
биология).
@ TSU 2025

27.

@ ТГУ 2025