Referaty
Home
Anglictina
Biologie
Chemie
Dejepis-Historie
Diplom-Projekt
Ekonomie
Filozofie
Finance
Fyzika
Informatika
Literatura
Management
Marketing
Medicina
Nemcina
Ostatni
Politika
Pravo
Psychologie
Public-relations
Sociologie
Technologie
Zemepis-Geografie
Zivotopisy




























Téma, Esej na téma, Referátu, Referát, Referaty Semestrální práce:

Fyzikální obraz světa

Fyzikální obraz světa

Seminární práce do kurzu „Vývoj fyzikálního myšlení“

OSNOVA

  1. Fyzikální obraz světa – jako obecný názor o podstatě fyzikálních jevů

    • předmět fyziky, základy fyziky v historii

    • fyzikální obraz světa jakožto syntéza fyzikálních poznatků v určité etapě vývoje poznání




    • fyzikální obraz světa jakožto prostředek výkladu fyzikálních teorií i experimentálně zjištěných poznatků, pro něž nebyla dosud vytvořena teorie. 32265oni33qrq6f

    • tři ucelené fyzikální obrazy světa

  2. Mechanický obraz světa

    • mechanický obraz světa coby první ucelený fyzikální obraz světa v historii vědeckého poznání

    • klasická mechanika vytvořena Newtonem nr265o2333qrrq

    • klasická mechanika a gravitace

    • základní rysy klasické mechaniky

    • úspěchy klasické mechaniky

    • omyly mechanického obrazu světa; neschopnost vyložit elektromagnetické jevy atd.

  3. Elektrodynamický obraz světa

    • předmět zájmu elektrodynamiky

    • vědci zabývající se elektrodynamikou

    • Maxwellova teorie a Maxwellovy rovnice jakožto obdoby Newtonových pohybových zákonů v mechanice

    • interpretace světa jako elektrodynamický systém elektricky nabitých částic, jejichž vzájemné působení zprostředkuje elektromagnetické pole

    • dosažení vrcholu elektrodynamického obrazu světa v podobě speciální teorie relativity

    • nedosažení výkladu dějů v přírodě jen na základě elektrodynamické interakce

  4. Kvantově fyzikální obraz světa

    • mezníky vývoje kvantového obrazu světa

    • rozdělení kvantové teorie

    • východiska z nichž vychází kvantový obraz světa

    • prohloubení pojmu interakce, který je obecnějším vyjádřením vzájemného vztahu mez i materiálními objekty

    • čtyři základní typy interakcí a jejich popis

    • neukončenost vývoje kvantového obrazu světa a celkového fyzikálního poznání

Fyzikální obraz světa

Fyzika má již klíčový význam při vytváření vědeckého světového názoru, neboť studuje nejobecnější a zároveň nejjednodušší formy pohybu hmoty, a zaujímá přední místo v soustavě přírodních věd. Fyzika má těsný vztah k filozofii. Obě tyto vědy mají mnoho společného v tom, jak se dívají na svět. Předpokládají, že svět a zkoumané jevy a děje objektivně existují, že probíhají zákonitě a že jsou poznatelné. Už tyto tři společné rysy, které prolínají obě tyto vědy, by bylo možno označit jako jakýsi fyzikálně-filozoficky názor na svět.

Základy fyziky byly položeny již ve starověku a v o průběhu staletí bylo shromážděno nesmírné množství poznatků o přírodě a dějích, které v ní probíhají.

V závislosti na požadavcích a potřebách lidské společnosti se poznání přírody diferencovalo, což vedlo k přesnějšímu vymezení objektů a dějů, které fyzika zkoumá.

Historie fyziky ukazuje, že fyzikální teorie vznikají často z nejasných představ, které se postupně zpřesňují a rozvíjejí. Naopak také, když některé ideje splní svou úlohu a dalšímu vývoji fyzikálního poznání již nevyhovují, jsou nahrazeny idejemi, které adekvátněji odrážejí přírodu.

Syntéza fyzikálních poznatků v určité etapě poznání, jejich zobecnění a systematizace se označuje jako fyzikální obraz světa. Jsou v něm obsaženy konkrétní představy o stavbě a nejdůležitější vlastnostech hmoty, o jejím pohybu a formách existence.

V historickém vývoji fyziky dosud vznikly tři ucelené fyzikální obrazy světa:

  • mechanický, založený na poznatcích klasické mechaniky;

  • elektrodynamický, založený na poznatcích klasické termodynamiky a speciální teorie relativity

  • kvantový, založený na poznatcích kvantové teorie.

Mechanický obraz světa

První ucelený fyzikální obraz světa v historii vědeckého poznání je mechanický obraz světa, který vznikl pod vlivem antického atomismu a metafyzického materialismu 16. a 17. století. Svět je tvořen tělesy a každý pohyb v přírodě lze redukovat na přemísťování těles. Podstatou těles je látka, která je chápana množina diskrétních částic – atomů. Atomy jsou tuhé, pohyblivé, podléhají působení sil a nemohou sebou navzájem pronikat.

Fundamentální teorií mechanického obrazu světa je klasická mechanika vytvořená I. Newtonem. Jádro klasické mechaniky tvoří Newtonovy pohybové zákony, které umožňují popsat mechanický pohyb libovolného tělesa, je-li dán jeho počáteční pohybový stav (souřadnice polohy tělesa a jeho hybnost)´a síla, která na těleso působí. Pohybové zákony platí ve všech inerciálních vztažných soustavách. Jsou tedy invariantní vzhledem ke Galileiho transformaci.

Klasická mechanika znala jen jeden druh vzájemného působení – gravitaci. Její univerzálnost je vyjádřena zákonem všeobecné gravitace rovněž formulovaná Newtonem. Gravitační interakce probíhá přímo mezi tělesy a pro jeho výklad není třeba předpokládat existenci silového pole.

Základním rysem klasické mechaniky je, že považovala prostor a čas za navzájem nezávislé a absolutní. Všechny děje a pohyby byly z hlediska prostoru a času spojité. Tato představa vedla k vytvoření pomocného pojmu éter, což je hypotetická látka složená z neměřitelných a nevážitelných částic, spojitě vyplňující prostor mezi tělesy. Hypotézu éteru použil Ch. Huygens k výkladu vlnového charakteru světla.

Klasická mechanika byla úspěšná při výkladu řady poznatků. S udivující přesností vedla např. k výpočtu pohybu Měsíce a planet a jejím triumfem byla předpověď později objevené planety Neptuna. Velkou posilou mechanického obrazu světa byl i zdařilý výklad tepelných a jim analogických dějů na základě představy, že pohyb atomů a molekul v látkách se řídí zákony mechaniky.

Avšak absolutizace diskrétnosti hmoty a mechanické formy pohybu se setkala s nepřekonatelnými překážkami při výkladu elektromagnetických dějů. Hypotéza éteru, použitá pro vysvětlení elektromagnetického působení a optických jevů, odporovala koncepci působení na dálku. Mechanický obraz světa se v 2.pol století stal brzdou rozvoje poznání a to vedlo k jeho zániku.

Elektrodynamický obraz světa

Významným krokem v rozvoji fyzikálního poznání bylo studium elektromagnetických jevů (objevy Ch. Oersteda, A.M. Ampéra, M Faradaye, Ch. Lenze, J.C Maxwella a dalších). To vedlo ke vzniku nové fyzikální disciplíny – elektrodynamiky, která zkoumá zákonitosti vzájemného elektromagnetického působení hmoty – elektromagnetická interakce.

Teoretickým základem elektrodynamiky je teorie elektromagnetického pole, vytvořená J . C . Maxwellem v 2. polovině 19. st.. Její jádro tvoří Maxwellovy rovnice, které jsou obdobou Newtonových pohybových zákonů v mechanice.




Rozvoj elektrodynamiky vedl ke snahám vytvořit elektrodynamický obraz světa, který by všechny jevy v přírodě podřizoval elektromagnetickému vzájemnému působení. Z filozofického hlediska je tento obraz světa založen na idejích spojitosti hmoty v prostoru, materiálnosti elektromagnetického pole jako dominující formy hmoty, působení nablízko a neodlučitelnosti hmoty a pohybu.

Klíčovým pojmem elektromagnetického obrazu světa je silové pole, které zprostředkuje vzájemné silové působení. Maxwellova teorie vycházela z toho, že elektromagnetické síly nepůsobí na dálku okamžitě, ale šíří se prostorem, v němž vzniká elektromagnetické pole. Silové působení je proces podmíněný změnami v elektromagnetickém poli a tyto změny se šíří prostorem konečnou rychlostí ( ve vakuu rychlostí světla).

Princip působení na dálku byl nahrazen principem působení nablízko, kdy se silové působení šíří postupně od jednoho bodu prostoru ke druhému konečnou, byť velmi velkou rychlostí. Jestli-že se např. přemístí nabité těleso, změní se elektrické pole v jeho blízkosti. Toto měnící se elektrické pole je příčinnou vzniku pole magnetického dále od náboje. Sled vzájemných přeměn obou polí postupuje prostorem, až dospěje ke druhému nabitému tělesu. Výklad vzájemného silového působení nabitých těles vyžaduje existenci prostředníka, kterým je elektromagnetické pole.

Elektrodynamický obraz světa nahradil částicovou strukturu těles představovanou o spojitém poli, v němž jsou částice jen určitými „uzlovými body“ pole. Svět byl interpretován jako elektrodynamický systém elektricky nabitých částic, jejichž vzájemné působení zprostředkuje elektromagnetické pole.

Elektrodynamický obraz světa dosáhl vrcholu v podobě speciální teorie relativity, kterou byl objasněn fundamentální význam konečné rychlosti šíření elektromagnetické interakce. Tato teorie znamená nový přístup v chápání prostoru a času, které nelze chápat absolutně a nezávisle. Speciální teorie relativity zdůvodnila relativnost jak prostorových, tak časových vlastností hmoty a odhalila jejich souvislost. K prostoru a času přistupuje jako k jedinému čtyřrozměrnému kontinuu, což odráží ideu spojitého chápání hmoty.

Cíle elektrodynamického obrazu světa, tzn. Výkladu dějů v přírodě jen na základě elektromagnetické interakce. Tato teorie znamená nový přístup v chápání prostoru a času, které nelze chápat absolutně a nezávisle. Speciální teorie relativity zdůvodnila relativnost jak prostorových, tak časových vlastností hmoty a odhalila jejich souvislost. K prostoru a času přistupuje jako k jedinému čtyřrozměrnému kontinuu, což odráží ideu spojitého chápání hmoty.

Cíle elektrodynamického obrazu světa, tzn. Výkladu dějů v přírodě jen na základě elektromagnetické interakce, nebylo dosaženo. Ještě dříve, než mohl této univerzální podoby dosáhnout, objevily se počátkem 20. století nové myšlenky, které revolučně změnily přístup k fyzikálním jevům i k celkovému chápání přírody.

Kvantový obraz světa

Vývoj kvantového obrazu světa je proces, který v současné době ještě není ukončen. Na začátku tohoto vývoje je vznik kvantové hypotézy, kterou zformuloval M. Planck (1900). Dalšími mezníky jsou : teorie fotoelektrického jevu (A.Einstein, 1905), teorie atomu vodíku (N. Bohr,1913), hypotéza o vlnových vlastnostech částic ( L. de Broglie, 1924 ) a vytvoření kvantové teorie ( E. Schrodinger, Heisenberg, P.Dirac ).

Kvantovou teorii lze rozdělit na kvantovou mechaniku, která se zabývá mikročásticemi, a na kvantovou teorii záření. Základním prostředkem pro popis pohybu mikročástic je vlnová funkce, jejíž průběh vyjadřuje Schrodingova rovnice. Při velkém počtu mikročástic přechází kvantová mechanika v kvantovou statistiku a teorii pevných látek. Princip korespondence umožňuje chápat klasickou fyziku jako limitní případ fyziky kvantové pro objekt, jehož rozměry jsou větší než 10-8 m .

Kvantový obraz světa vychází z dialetického vztahu diskrétních ( částicových) a spojitých (vlnových) vlastností hmoty. Kvantová teorie chápe elektromagnetické pole jako materiální objekt s fotonovou strukturou. Podle energie fotonů se výrazněji projevuje buď diskrétnost, nebo spojitost tohoto pole. Při malých energiích fotonů se více projevují částicové vlastnosti pole.

Obdobně se také soubory částic chovají jako soubory objektů s vlnovými vlastnostmi, tady jako pole. Z toho je zřejmé, že atomismus a spojitost jsou vlastnosti společné oběma formám hmoty, látce i poli. Svědčí o tom i to, že mezi látkou a polem existují hlubší vztahy, které byly skutečně objeveny při studiu elementárních částic.

V současné době jsou považovány za základní čtyři typy interakcí :

  • silná ( jaderná )

  • elektromagnetická

  • slabá

  • gravitační

Silná interakce se uplatňuje mezi nukleony a je pro ni charakteristický malý dosah. Již v 30. letech byla vyslovena hypotéza že silná interakce je zprostředkována výměnou pionů mezi hadrony ( např. mezi protony a neutrony). Ve 40. letech byly piony skutečně nalezeny.

Elektromagnetickou interakci lze obvykle charakterizovat pomocí Lorentzovy síly. Je zdrojem elektromagnetické formy pohybu hmoty a jejím nositelem je elektromagnetické pole.

Slabá interakce vysvětluje vzájemné působení nabitých objektů výměnou fotonů. Byla objevena v 30.letech a její matematický popis podal E. Fermi. Výklad slabé interakce podává kvantová teorie elektromagnetického pole. V 60. letech byla vypracována teorie sjednocující elektromagnetickou a slabou interakci.

Gravitační interakci vystihuje v nerelativistických případech zákon všeobecné gravitace. Relativistické případy řeší obecná teorie relativity.

 

V 60. letech byla vyslovena hypotéza, že hadrony mají vnitřní strukturu a jsou tvořeny kvarky, jež velmi silně na sebe působí a vyměňují si při tom mezi sebou další hypotetické částice – gluony. Silnou interakci mezi hadrony lze považovat za slabý odraz mnohem silnější interakce mezi kvarky. Existence kvarků a gluonů nebyla dosud experimentálně prokázána, ale nepřímé poznatky svědčí o jejich existenci.

Vývoj fyzikálního poznání není ukončen a v současné době se vytvářejí nové koncepce, které se popírají zejména o poznatky subnukleární fyziky a astrofyziky. V těchto oblastech lze očekávat řadu nových objevů, které také určí i další vývoj fyzikálního obrazu světa.

 

 

Použitá literatura :

 

J. Fuka, M. Široká –Obecná fyzika I - Přf. UP – Olomouc 1983

E. Svoboda a kol. Přehled středoškolské fyziky - PROMETHEUS 1996