Доказательства физической гипотезы кратко

Обновлено: 08.07.2024

Научные методы познания окружающего мира. Роль эксперимента и теории в процессе познания природы.

Физика – наука опытная. Процесс познания в физике начинается либо с наблюдения явления в естественных условиях, либо со специально проведенных опытов – экспериментов.

Физический опыт или эксперимент – это такое исследование явления (чаще всего воспроизведенного в лаборатории), в котором все воздействия на исследуемую систему, влияющие на данное явление, поддаются учету. Чаще всего эксперимент сопровождается измерением тех или иных физических величин, установлением связи между этими величинами. Все физические измерения производятся с ограниченной точностью, что ставит предел степени подробности информации, получаемой из опыта. Поэтому при каждом физическом измерении указывается не только его результат, но и точность, с которой этот результат получен. Только в пределах точности измерений можно сравнивать результаты разных опытов друг с другом и с соответствующими предсказаниями теории. В науке и технике разработана целая теория – теория ошибок, которая устанавливает правила расчета экспериментальных ошибок. С элементами этой теории мы познакомимся в лабораторном практикуме по физике.

Теоретическая и экспериментальная физика тесно связаны между собою. Экспериментальная физика дает информацию об изучаемом явлении, теоретики эту информацию анализируют и создают теорию этого явления. Иногда теория создается, исходя из общих представлений о свойствах материи, в отсутствии экспериментальных фактов. В любом случае справедливость теории проверяется экспериментально.

Физический закон есть постоянно действующая при данных условиях связь между явлениями или физическими величинами, характеризующими эти явления. Физический закон обычно имеет строгую формулировку, часто выражается аналитически в виде соотношения между физическими величинами. Каждый физический закон имеет определенную область применения. Физические законы, имеющие наиболее обширные области применения, называются фундаментальными законами (законы сохранения импульса и энергии, законы Ньютона, закон Кулона).

Гипотеза – предварительное научное предположение о механизме и взаимосвязи (законах) явлений. Гипотеза требует экспериментальной проверки и доказательства. При построении гипотезы велика роль мышления и интуиции ученого. Если гипотеза прошла проверку, она становится теорией.

Теория – система научных положений и законов, которая дает качественное и количественное объяснение целой области явлений природы с единой точки зрения. В современной физике такими теориями являются классическая механика, молекулярно-кинетическая теория, общая и специальная теории относительности, квантовая механика, классическая электродинамика, квантовая электродинамика и т. д.

Физическая картина мира – совокупность физических теорий, существующих на данном этапе развития физики и объясняющих все известные явления с единой концептуальной точки зрения. По мере развития физики, наблюдения новых явлений и закономерностей существования материи физические картины мира сменяют друг друга. Каждая последующая картина включает в себя предыдущую как частный случай, правильно объясняющую определенный круг явлений.

История развития физики включает в себя следующие физические картины мира:

1. Механическая картина мира.

2. Электродинамическая картина мира.

3. Квантово-полевая картина мира.

Для каждой физической картины мира характерны:

1) основополагающие, мировоззренческие взгляды на устройство материального мира;

2) основные физические принципы;

3) основные понятия;

4) способы описания движения материи;

5) теоретические идеализации (материальная точка, сила – идеализация взаимодействия, абсолютно твердое тело, идеальный газ, точечный заряд, электромагнитное поле).

Для выражения количественных закономерностей в физике широко применяется математический аппарат (математика). Он является по сути дела языком современной физики. При этом развитие физики стимулирует развитие тех или иных разделов математики (векторный характер физических величин – векторная алгебра; непрерывность пространства и времени – дифференциальное и интегральное исчисления; понятие поля в физике – математическая теория поля и т.д.)

Научные методы познания окружающего мира. Роль эксперимента и теории в процессе познания природы.

История развития физики включает в себя следующие физические картины мира:

1. Механическая картина мира.

2. Электродинамическая картина мира.

3. Квантово-полевая картина мира.

Для каждой физической картины мира характерны:

1) основополагающие, мировоззренческие взгляды на устройство материального мира;

2) основные физические принципы;

3) основные понятия;

4) способы описания движения материи;

Теологи (кто верит в бога), не могут доказать потому что считают, что все было создано один раз и очень давно. Ученые не могут доказать потому, что нет фактов, нет наблюдений и доказательств.

Стационарного состояния

Панспермии

1)универсальный генетический код,

2)для метаболических процессов в живых организмах нужен молибден, которого сейчас на планете встречается крайне редко.

Физические гипотезы

Химические гипотезы

А.И.Опарин: Коацерватные капли (органических соединений;

Дж..Бернал: абиогенно возникли молекулы нуклеиновых кислот;

Г.В.Войткевича: органические вещества выносятся в космическое пространство, в специфических условиях космоса идет синтез органических соединений.

Для нас, людей, все постоянно — до тех пор, пока не изменится, и все мы бессмертны — пока не умрем. Малколм Маггеридж
ещё >>

Физика – это отрасль человеческого знания. Она не может быть застывшим комплексом законов и положений. В течении всей истории своего существования физика изменялась, при этом менялись:

содержание науки;
методы исследований;
физические теории.

Логика развития науки

Производственные и экономические потребности общества определяют направление развитие любой науки. Однако это не означает, что она не обладает своими внутренними законами развития.

Физика, являясь естественной наукой, рассматривает законы природы, которые не зависят от человеческой воли и желаний. Рассматривая явления внешнего мира, исследователь самой логикой изучения проникает в такую область, рассмотрение которой, казалось бы, не представляет практического интереса. Например, интерес к оптическим исследованиям в XVII веке породила практическая необходимость конструирования оптических труб. Однако, установление явлений:

дифракции,
интерференции,
поляризации,
дисперсии

и исследование их не имело непосредственного отношения к производству, и было следствием скрупулёзного изучения явлений в оптике. При этом начальная цель из практики заменялась усложненной теоретической задачей – изучения природы света.

Исследовательские задачи приводят человечество в области, которые скрыты от прямого восприятия органами чувств и о которых человек даже не догадывался. Так происходило при изучении явлений электромагнетизма и внутриатомных явлений. Данный факт подтверждает:

объективность внешнего мира,
его независимость от восприятия человеком,
объективность законов природы.

Пытаясь проникнуть в новую, непознанную область явлений, ученый опирается на мысль о имеющихся определённых взаимосвязях в данной области и, взяв за основу предшествующий опыт познания, выдвигает некие гипотезы о характере взаимосвязей.

Сражения гипотез в науке, попытки проверки гипотезы и установления законов толкает ученого к привлечению новых фактов. Это далее развивает изначально взятую область научного рассмотрения.

Готовые работы на аналогичную тему

Ф. Энгельс писал о том, что

формой развития естествознания, так как оно мыслит, служит гипотеза;
наблюдение может открыть какой-либо новый факт, противоречащий старому способу объяснения явления или процесса, тогда появляется необходимость поиска новых способов объяснения;
далее экспериментальный материал ведет к очищению гипотез, при этом одни убираются, другие исправляются, пока не будет установлен закон.

Развитие физики подтверждает положения, которые сформулировал Энгельс. Все разделы физики предоставляют огромный материал, который доказывает всеисчерпаемость эвристической силы гипотез.

Отметим, что практика оказывает самую существенную роль в решении теоретических проблем физики. Так, Герц, который получил первым электромагнитные волны, даже не догадывался о возможности их практического использования. Однако спустя десять лет А.С. Попову удалось передать первую радиограмму, открыв эру радиотехники. Развитие радиотехники в свою очередь стало источником развития физики.

В 1937 году Резерфорд провел первую ядерную реакцию, при этом считал, что его работы далеки от практического использования, но спустя пять лет строится первый атомный котел, а через восемь лет производят взрывы первых атомных бомб.

Техника принципиальным образом зависит от уровня развития науки, но если у общества возникает какая- либо техническая потребность, то она двигает науку вперед значительно больше, чем множество научно-исследовательских центров.

Абсолютность и относительность истины

Практика – это надежный критерий истины научных результатов, высший судья в дискуссии о истинности гипотезы или теории.

В истории физики часто было так, что одна гипотеза сменяла другую, при этом данные гипотезы были противоположными. Таким образом, обстояло дело с гипотезами, касающимися природы света.

Так, махисты определяют гипотезу как:

Замена одной гипотезы другой рассматривается как смена произвольных построений (для данной группы ощущений одни принципы более удобны, чем другие).

Высказывания махистов противоречат фактам развития науки. Естествоиспытатели, рассматривая конкретную проблему, не руководствуется подобными принципами.

Человек не имеет возможности открыть сразу абсолютную истину. Он познает относительную неполную истину, которая по своей природе содержит не истину. При этом формируется противоречие, которое побуждает исследователя к его разрешению. Противоречие убирается, но на его место приходит новое и так далее бесконечно. В таком диалектическом процессе пребывает внутренняя история науки, ее диалектика развития.

В постоянной борьбе истины и ложного появляется объективное познание.

В научной теории, которая отображает закономерности природных явлений, имеется зерно истины. Так, классическая механика Ньютона верно отображает законы движения относительно больших тел с небольшими скоростями. Если тела, движутся со скоростями близкими к скорости света, динамика Ньютона неверна. Она должна быть заменена более совершенной динамикой Эйнштейна. При этом динамика Эйнштейна не отменяет механики Ньютона, а включает ее как предельный случай.

При рассмотрении движения микроскопических тел классическая механика заменяется квантовой механикой, которая снова включает механику Ньютона в виде предельного случая.

Получается, что сумма относительных истин дает абсолютная истина. Замена одной концепции другой связана с большим обогащением научного знания и большим проникновением в суть вещей. Замена оптики И. Ньютона оптикой Френеля была вызвана аккумуляцией данных, которые открывали природу света как волны. Замена теории Френеля – Гюйгенса электромагнитной теории света Максвелла – Герца стала ответом развитию физики при открытии и изучении свойств электромагнитных волн. Рассмотрение процессов испускания и поглощения света, взаимодействие света с веществом возродило корпускулярную теорию света Ньютона в новом виде и углубило наши представления о природе света.

Возьмите химию, добавьте энергию, и получите жизнь. Проведены первые проверки провокационной гипотезы происхождения жизни, выдвинутой Джереми Ингландом, и они показывают, как из ничего может возникнуть порядок

Система часто успокаивается в равновесном состоянии со сбалансированной концентрацией химических веществ и реакциями, с равной вероятностью идущими в обе стороны. Стремление к равновесию, например, чашка кофе, остывающая до комнатной температуры – самый знакомый результат второго закона термодинамики, постулирующего, что энергия постоянно распространяется, а энтропия Вселенной постоянно увеличивается. Второй закон работает потому, что у энергии есть больше способов распределиться между частицами, чем сконцентрироваться в одном месте, поэтому по мере передвижения и взаимодействия частиц более вероятно распределение энергии между ними.

Многие биофизики считают, что в истории жизни могло встретиться нечто похожее на то, что описывает Ингланд. Но нашёл ли он самый главный этап в происхождении жизни, зависит от того, что есть сущность жизни? Тут мнения расходятся.

Форма и функционирование

Но как и почему атомы принимают определённую форму и функцию бактерии, с её оптимальной для потребления химической энергии конфигурацией? Ингланд считает, что это естественное следствие термодинамики для систем, находящихся далеко от точки равновесия.

Физический химик, лауреат нобелевской премии Илья Пригожин, занимался схожими идеями в 1960-х, но его методы были ограничены. Традиционные термодинамические уравнения хорошо работают только для изучения систем, находящихся в состоянии, близком к равновесному – таких, как медленно охлаждаемый или нагреваемый газ. Системы, подпитываемые мощными внешними источниками энергии, обладают куда как более сложной динамикой и их гораздо сложнее изучать.

Кофе остывает из-за того, что его ничто не нагревает, но подсчёты Ингланда говорят о том, что группы атомов, питаемые внешними источниками энергии, могут вести себя по-другому. Они стремятся подключиться к этим источникам энергии, выравниваются и меняются местами так, чтобы лучше поглощать энергию и рассеивать её в виде тепла. Далее он показал, что эта статистическая тенденция к рассеиванию энергии может поддерживать самовоспроизведение (как он объяснял в 2014 году, «отличным способом рассеять больше энергии будет изготовление копий самого себя). Ингланд считает, что жизнь, и её необычайное объединение формы и функции, служит итогом адаптации, питаемой стремлением к рассеиванию и самовоспроизведения.

Однако, даже с использованием теорем флуктуации условия на ранней Земле или в клетке будут слишком сложными для того, чтобы исходя из этих принципов можно было делать предсказания. Поэтому идеи необходимо проверять в упрощённых условиях, симулируемых на компьютере, в попытках приблизиться к реалистичности.

В работе для PRL Ингланд и соавторы, Тал Качман и Джереми Оуэн [Tal Kachman and Jeremy Owen] из MIT симулировали систему взаимодействующих частиц. Они обнаружили, что система со временем увеличивает поглощение энергии, формируя и разрывая связи для того, чтобы лучше резонировать с движущей её частотой. „Это в некотором смысле более простой результат“, чем работа для PNAS, в которой участвует сеть химических реакций, говорит Ингланд.

Во второй работе он и Хоровиц создали сложные условия, в которых специальные конфигурации атомов должны будут подключаться к доступным источникам энергии, так же, как особая конфигурация атомов бактерии позволяет ей проводить метаболизм. В симуляции внешние источники энергии подстёгивали определённые химические реакции в сети реакций. Активность такой стимуляции зависела от концентраций различных химических соединений. С ходом реакций и увеличением концентраций сила стимуляции могла резко изменяться. Такая резкость приводила к тому, что системе было сложно „находить комбинации реакций, способных оптимально добывать доступную энергию“, поясняет Джереми Гунавардена, математик и системный биолог из Гарвардской медицинской школы.

И всё же, когда исследователи позволяли сети реакций развиваться в таком окружении, она становилась тонко подстроенной под это окружение. Случайный набор начальных условий эволюционировал и принимал редкие состояния энергичной химической активности и экстремальной поддержки в четыре раза чаще, чем ожидалось. А когда такие результаты наступали, это случалось очень резко. При этом системы проходили через циклы реакций и рассеивали в процессе энергию, что, с точки зрения Ингланда, служит простейшим взаимоотношением формы и функциональности, необходимой для возникновения жизни.

Обработчики информации

Эксперты говорят, что следующим важным шагом для Ингланда и его коллег будет масштабирование сетей химических реакций с тем, чтобы посмотреть, происходит ли с ними динамическая эволюция до редких фиксированных состояний экстремальной поддержки. Они также могут попытаться сделать стимуляцию менее абстрактной, приведя химические концентрации, скорости реакций и условия поддержки к таким, которые могли существовать в приливных заводях или рядом с вулканическими трубками в первичном бульоне ранней Земли (но воспроизведение условий, из которых на самом деле возникла жизнь – это, в основном, догадки и предположения). Рауль Сарпешкар [Rahul Sarpeshkar], профессор машиностроения, физик и микробиолог в Колледже Дартмура, сказал: „Было бы неплохо получить конкретную физическую информацию по этим абстрактным построениям“. Он надеется увидеть, как эти ситуации будут воспроизведены в реальных экспериментах, возможно, при помощи относящихся к биологии химических соединений и источников энергии, таких, как глюкоза.

Но даже если можно будет увидеть состояния с тонкой подстройкой, очень сильно напоминающие условия, которые, как предполагается, дали старт зарождению жизни, некоторые исследователи считают, что диссертация Ингланда описывает „необходимые, но недостаточные“ условия для объяснения появления жизни, как говорит Уокер. Они не могут описать то, что некоторые считают истинным признаком биологических систем: способность к обработке информации. От простейшего хемотаксиса (способности бактерий двигаться по направлению к концентрации питательных веществ или в направлении от ядовитых соединений) до человеческого общения, формы жизни принимают и реагируют на информацию о своём окружении.

Уокер считает, что это отличает нас от других систем, попадающих под охват теории Ингланда об адаптации под воздействием рассеяния, таких, как Большое красное пятно Юпитера. „Это неравновесная рассеивающая структура, существующая, по меньшей мере, 300 лет, и она сильно отличается от неравновесных рассеивающих структур, существующих на Земле сегодня и эволюционировавших миллиарды лет“, – говорит она. Понимание того, что выделяет среди таких структур жизнь, „требует явного определения информации, выходящего за пределы процесса рассеивания“. С её точки зрения, возможность реагировать на информацию является ключом к этому: „Нам нужны сети химических реакций, которые могут встать на ноги и уйти от той среды, в которой зародились“.

Гунавардена отмечает, что кроме термодинамических свойств и возможностей обработки информации, существующих у форм жизни, они также хранят и передают генетическую информацию о себе своим потомкам. Происхождение жизни, говорит он, это „не просто появление структуры, это появление определённой динамики, дарвиновского толка. Это появление воспроизводящихся структур. И возможность влияния свойств этих объектов на скорость воспроизведения. Когда вы выполните оба условия, вы окажетесь в ситуации начала дарвиновской эволюции, и биологи считают, что в этом вся суть“.

Евгений Шахнович, профессор химии и химической биологии в Гарварде, руководивший исследованием Ингланда, чётко разделяет работу своего бывшего студента и вопросы биологии. „Он начал свою научную карьеру в моей лаборатории и я знаю, какой он способный, – говорит Шахнович, – но работа Джереми представляет потенциально интересные упражнения в неравновесной статистической механике простых абстрактных систем“. Все заявления о том, что они имеют отношение к происхождению жизни, добавляет он, „являются чистой и бесстыдной спекуляцией“.

Даже если Ингланд находится на правильном пути с точки зрения физики, биологам нужно больше конкретных вещей – к примеру, теория того, из каких примитивных протоклеток появились первые живые клетки, и как появился генетический код. Ингланд соглашается, что на эти вопросы у его открытий нет ответа. „В краткосрочной перспективе они мало что говорят мне о работе биологических систем, я даже не заявляю, что они обязательно расскажут мне о том, откуда взялась известная нам жизнь“, – говорит он. Оба вопроса – это „удручающая мешанина“, основанная на „обрывочных свидетельствах“, от которых он „намерен пока держаться подальше“. Он просто предлагает, что в наборе инструментов у первой жизни „возможно, есть кое-что, что можно получить за просто так, а затем оптимизировать при помощи дарвиновского механизма“.

Сарпешкар, судя по всему, расценил адаптацию под воздействием рассеяния как первый акт истории происхождения жизни. „Джереми показывает, что если вы способны добывать энергию из окружения, порядок спонтанно появится и самонастроится“, – говорит он. Он отмечает, что живые организмы совершают гораздо больше действий, чем сеть химических реакций Ингланда и Хоровица. „Но мы говорим о том, как впервые появилась жизнь – как порядок мог появиться из ничего“.

Читайте также: