- •1.1 Наука – часть общечеловеческой культуры
- •1.1.1 Наука. Гуманитарное и естественнонаучное знание
- •1.1.2 Характерные черты современной науки. Элементы научной деятельности
- •1.1.3 Научный метод. Этапы получения научного знания
- •Контрольные вопросы
- •1.2 Развитие естествознания и технологий
- •1.2.1 Научные революции
- •1.2.2 Основные черты современной научной картины мира
- •1.2.3 Тенденции и темпы развития естествознания
- •1.2.4 Естествознание и технологии
- •Контрольные вопросы
- •2.1 Механическое движение
- •2.1.1 Механическое движение и его виды
- •2.1.2 Кинематические характеристики механического движения
- •2.1.3 Динамика поступательного движения
- •2.1.4 Динамика вращательного движения
- •Основное уравнение динамики вращательного движения
- •Контрольные вопросы
- •2.2 Концепции пространства и времени
- •2.2.1 Структурные уровни организации материи
- •Современное естествознание выделяет три структурных уровня организации материи по критерию масштабности: микромир, макромир и мегамир.
- •2.2.2 Основные свойства пространства и времени
- •2.2.3 Элементы специальной теории относительности
- •2.2.4 Силы инерции и силы тяготения. Принцип эквивалентности
- •2.2.5 Элементы общей теории относительности и их экспериментальное подтверждение
- •Контрольные вопросы
- •Какие структурные уровни материи по критерию масштабности выделяет современная наука? Кратко охарактеризуйте микро-, макро- и мегамиры.
- •2.3 Принципы симметрии и законы сохранения
- •2.3.1 Понятие симметрии. Теорема Нетер
- •2.3.2 Закон сохранения импульса
- •2.3.3 Момент импульса. Закон сохранения момента импульса
- •2.3.4 Работа, мощность, энергия
- •2.3.5 Закон сохранения энергии
- •Контрольные вопросы
- •2.4 Молекулярная физика и термодинамика
- •2.4.1 Основные положения молекулярно-кинетической теории
- •2.4.2 Агрегатные состояния вещества. Идеальные газы
- •2.4.3 Внутренняя энергия тела и идеального газа
- •2.4.4 Основы равновесной термодинамики
- •2.4.5 Тепловые двигатели и их кпд. Проблема вечного двигателя
- •2.4.6 Энтропия. Статистический смысл второго начала термодинамики
- •2.4.7 Третье начало термодинамики
- •Контрольные вопросы
- •2.5 Элементы синергетики
- •2.5.1 Понятие о самоорганизации
- •2.5.2 Изменение энтропии в открытых системах
- •2.5.3 Стационарные неравновесные состояния. Принцип Ле Шателье
- •2.5.5 Примеры самоорганизации в природе.
- •2.5.6 Переход от ламинарного течения к турбулентному течению. Динамический хаос
- •Контрольные вопросы
- •Сформулируйте расширенный вариант второго закона термодинамики для открытых систем.
- •Физические поля. Электромагнитные явления
- •2.6.2 Гравитационное поле
- •2.6.3 Электростатическое поле и его характеристики
- •2.6.4 Магнитное поле
- •2.6.5 Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея
- •Ферромагнетики и их применение
- •Контрольные вопросы
- •2.7 Колебания и волны. Оптические процессы
- •2.7.1 Гармонические колебания
- •2.7.2 Волны. Упругие волны
- •2.7.3 Электромагнитные волны
- •2.7.4 Волновые свойства электромагнитного излучения к явлениям, подтверждающим волновые свойства электромагнитного излучения, относятся интерференция, дифракция и поляризация. Интерференция света
- •2.7.5 Квантовая природа электромагнитного излучения
- •Тепловое излучение
- •Эффектом Комптона называется явление упругого рассеяния фотонов рентгеновского излучения на свободных и слабо связанных электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны излучения :
- •Контрольные вопросы
- •2.8 Корпускулярная и континуальная концепции описания природы
- •2.8.1 Корпускулярно-волновой дуализм электромагнитного излучения
- •2.8.2 Гипотеза де Бройля. Волны материи
- •2.8.3 Корпускулярно-волновой дуализм – универсальное свойство материи
- •2.8.4 Соотношение неопределенностей
- •2.8.5 Вероятностное описание микрообъектов
- •Контрольные вопросы
- •2.9 Строение атома и атомного ядра
- •2.9.1 Развитие представлений о строении атома
- •2.9.2 Современные представления о строении атома
- •2.9.3 Строение атомного ядра
- •2.9.4 Радиоактивность. Радиоактивное излучение
- •2.9.5 Основные типы физических взаимодействий в природе
- •Элементарные частицы и их классификация. Понятие о кварках
- •Контрольные вопросы
- •3.1 Элементы современной химии
- •3.1.1 Классификация химических веществ
- •3.1.2 Типы химических связей
- •3.1.3 Реакционная способность веществ. Химические реакции
- •3.1.4 Растворы
- •Контрольные вопросы
- •4.1.Элементы современной биологии
- •4.1.1 Структурные уровни организации живой материи
- •4.1.3 Процессы обмена веществ. Гомеостаз
- •4.1.4 Биологически активные молекулы
- •4.1.5 Биохимические процессы
- •5.1 Естественнонаучные проблемы энергетики
- •5.1.1 Энергетические потребности человечества и природные энергоресурсы
- •5.1.2 Преобразование энергии и эффективность энергосистем
- •5.1.3 Повышение эффективности энергосистем
- •5.1.4 Альтернативные источники энергии
- •Использование энергии ветра и геотермальных источников
- •5.1.5 Понятие о ядерной энергетике
- •Контрольные вопросы
- •5.2 Традиционные и новые материалы
- •5.2.1 Традиционные материалы с новыми свойствами
- •5.2.2 Полимерные материалы
- •5.2.3 Синтетические ткани
- •5.2.4 Сохранение и замена материалов
- •5.2.5 Полупроводники
- •5.2.6 Высокотемпературные сверхпроводники
- •5.2.7 Тонкопленочные материалы для накопителей информации
- •5.2.8 Оптические материалы
- •5.2.9 Материалы с необычными свойствами
- •Контрольные вопросы
- •5.3 Перспективные технологии
- •5.3.1 Технологии хранения и передачи информации
- •5.3.2 Микро- и нанотехнологии
- •5.3.3 Лазерные технологии
- •Спонтанное и вынужденное излучение
- •Свойства лазерного излучения
- •5.3.4 Современные биотехнологии. Генная инженерия
- •5.3.5 Естественнонаучные проблемы сохранения окружающей среды
- •Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Приложение а (справочное) Перечень ключевых слов
1.2.3 Тенденции и темпы развития естествознания
Во второй половине XX века функции науки и, в первую очередь, естествознания стали изменяться. Если раньше основная функция науки заключалась в описании, систематизации и объяснении исследуемых объектов, то теперь наука становится неотъемлемой частью производственного процесса. Современное производство приобретает наукоемкий характер, происходит сращивание научной и производственно-технической деятельности.
Наука не производит непосредственно материальную продукцию, но очевидно, что в основе любого производства лежат научные разработки. Именно это имеется в виду при позиционировании науки как непосредственной производительной силы. Продукцией науки является та научная информация, на базе которой реализуется производство. Закономерность развития науки можно определить, анализируя качественно и количественно скорость роста научной информации (число научных статей, количество научных работников и т.д.).
По некоторым оценкам, темп развития физики, биологии, математики характеризуется приростом 5-7% в год на протяжении последних 300 лет. За каждые 15 лет объем научной продукции возрастает в е раз (е=2,72 – основание натурального логарифма). Это утверждение составляет сущность закономерности экспоненциального развития науки.
Из данной закономерности вытекают следующие выводы. За каждые 60 лет научная продукция увеличивается примерно в 50 раз. За последнюю четверть 20 столетия ее было создано в 6,5 раз больше, чем за всю историю человечества. Не случайно XX век называют веком науки.
Очевидно, что экспоненциальное развитие науки не может продолжаться бесконечно. Кроме того, не вся научная продукция является ценной, и далеко не каждый исследователь вносит существенный вклад в развитие науки. Очевидно, дальнейшее развитие науки должно пойти по пути привлечения прогрессивных методов и технологий исследования, повышения качества научной работы.
Мы уже говорили о том, что к середине двадцатого столетия относят начало глобальной научно-технической революции. Главной движущей силой этой НТР благодаря своим многочисленным приложениям в разных областях человеческой деятельности стала физика. Имеются многочисленные высказывания о том, что ХХ век был не просто веком науки, а веком физики.
Основой для ускоренного развития техники стало создание теории электромагнетизма и электромагнитных волн, квантовой механики и теории относительности. Говоря о технических приложениях физики, мы должны упомянуть радио- и телесвязь, радиолокацию и лазеры, атомную энергетику и ядерное оружие, и многое, многое другое. Особого внимания заслуживает создание компьютера, открывшего перед человечеством новую эру – эру информационных технологий.
Трудно предсказать конкретные перспективы развития науки и техники на долгое время. В литературе имеются многочисленные высказывания о том, что первый век третьего тысячелетия будет, в первую очередь, веком биологии и медицины. Хороший задел для этого был также сделан в XX веке (расшифровка структуры основного носителя передачи наследственной информации – ДНК, генетического кода и механизмов функционирования клеток и наследования признаков при размножении растений, животных и людей). Интенсивное развитие генной инженерии продолжится в нашем веке.
Основные проблемы, на решение которых может надеяться человечество – это победа над раком и СПИДом, многими тяжелыми наследственными заболеваниями; торможение на клеточном уровне процессов старения и увеличение активного периода жизни человека; исследование деятельности мозга и т.д.
Можно с уверенностью предположить, что и физика еще не сказала своего последнего слова. Здесь, в первую очередь, следует надеяться на решение проблемы управляемых термоядерных реакций, что позволит человечеству раз и навсегда решить энергетическую проблему, поскольку топливо для термоядерных реакций практически неисчерпаемо за счет водных ресурсов планеты. Большое значение имеет получение высокотемпературной сверхпроводимости. Создание сверхпроводящих материалов, работающих при температурах порядка сотни градусов Цельсия, позволит передавать электроэнергию без потерь, ускорит быстродействие компьютеров и т.д.
Невозможно предсказать все будущие открытия и изобретения. Можно только ожидать, что помимо решения названных выше проблем, обязательно появятся выдающиеся открытия в науке и технике, которые смогут существенно изменить уровень жизни человека.
