Естествознание. Базовый уровень. 10 класс - Сергей Титов

Из теории относительности также следует, что ничто в мире не может двигаться со скоростью, большей, чем скорость света. Если какой-либо объект будет двигаться со скоростью света, его длина будет восприниматься со стороны как нулевая, время на нём– остановившимся, а масса – бесконечно большой. При этом наблюдатели, находящиеся на этом объекте, никаких изменений не заметят. Поэтому все рассуждения о том, что произойдёт с космическим кораблём, если он будет лететь со сверхсветовой скоростью, следует оставить писателям-фантас там.

Таким образом, теория относительности вносит поправки в классическую механику Ньютона. Из этого ни в коем случае не следует, что эту механику надо отбросить. Поправки теории относительности, или, как их называют, релятивистские поправки, практически абсолютно незаметны при тех скоростях, с которыми мы сталкиваемся в реальной жизни. Поэтому в повседневной жизни мы вполне можем обходиться классической механикой, а релятивистские поправки учитывать только при исследовании либо макромира с его огромными скоростями и расстояниями, либо микромира, где расстояния весьма невелики, но скорости часто бывают огромными.

Всё, о чём здесь было рассказано, относится к специальной теории относительности. Существует ещё общая теория относительности, разработанная Эйнштейном позже. Она затрагивает вопросы геометрии Вселенной и её связь с гравитацией. Её мы в этом учебнике рассматривать не будем.

1. Какая физическая величина считается абсолютной в теории относительности?

2. Какие физические величины по-разному оцениваются наблюдателями, движущимися относительно друг друга?

3. Почему в повседневной жизни при физических и инженерных расчётах не используют релятивистские поправки?

1. Подумайте, будут ли часы идти медленнее в летящем космическом корабле.

2. Рассчитайте, с какой скоростью должен лететь космический корабль, чтобы космонавт на его борту смог встретить начало четвёртого тысячелетия по земному летоисчислению.

3. Если в результате расширения Вселенной всё вещество когда– нибудь распадётся и будут существовать только световые частицы, будет ли это означать конец времени? Обсудите это в классе. Выскажите свою точку зрения и объясните её.

1. Какие профессии появились в XX–XXI вв. в связи с исследованием космоса?

2. Используя материал сайта http://www.gctc.ru (Научно-исследовательский центр подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина), сделайте стендовый доклад о подготовке космонавтов. (Предварительно распределите с одноклассниками темы.) Из полученных стендовых докладов организуйте школьную выставку, приуроченную к Дню космонавтики.

3. Космонавтом или астронавтом называют человека, проводящего испытания или эксплуатацию космической техники в космическом полёте. Однако понятие космического полёта в разных странах различно. Поэтому общее число космонавтов в мире может отличаться от источника к источнику. Используя дополнительные источники информации, выясните, какие критерии космического полёта существуют в Международной федерации аэронавтики, в России и в других странах.

Системы и их исследования

§ 68 Хаос и закономерность

Наблюдая за всем, что происходит в окружающем нас мире, мы обнаруживаем в нём некоторые закономерности, позволяющие нам ориентироваться в пространстве и во времени. Первое означает, что мы можем прийти в желаемое место или найти нужный в данный момент предмет. Второе выражается в том, чтобы предсказывать будущее, например природные явления, последствия своих и чужих поступков и т. п. Сочетание таких закономерностей мы называем порядком. Если же найти нужное место или предсказать наступление событий затруднительно, мы говорим, что в данной обстановке или ситуации наблюдается беспорядок. Крайнюю степень беспорядка называют хаосом. Слово это взято из древнегреческой мифологии, где оно означало разверзнувшуюся бездну, беспредельную массу, из которой образовалось всё существующее. В современном понимании хаос обозначает беспорядок и неразбериху (рис. 186).

В этой главе нас будет интересовать вопрос о том, где и как в природе проявляется хаос и закономерность, возможно ли установить границу между ними и каким образом можно измерить степень порядка или, наоборот, хаоса. Начнём с того, что строго определить степень хаоса или порядка в тех случаях, когда речь идёт о человеческих поступках, часто бывает затруднительно. Представим себе, что для оформления библиотеки пригласили дизайнера. Тот оказался педантом и расставил книги в строгом порядке, т. е. расположил их по цветам корешков, а в пределах цветов ещё и по размеру. Получилось очень аккуратно, но вряд ли такой порядок устроит библиотекарей, им будет практически невозможно найти требуемую книгу. То, что оформителю кажется порядком, для пользователя будет полным хаосом. Говорят, что один профессор чуть не умер от сердечного приступа, когда уборщица, увидев жуткий «беспорядок» на его письменном столе, привела все книги и бумаги в идеальный «порядок», разложив их по аккуратным стопкам.

После этого профессор несколько дней не мог приступить к работе, поскольку был не в состоянии найти нужного материала. Ещё один пример: речь на незнакомом языке кажется нам хаотическим набором звуков, в то время как владеющий языком человек найдёт в ней строгий порядок и логику.

Поэтому мы пока не будем говорить о порядке и хаосе в индивидуальном человеческом восприятии, а познакомимся с тем, как эти понятия используют в науке, где они присутствуют в объективных природных явлениях, могут быть измерены и могут стать достоянием всего человечества.

Понятия порядка и хаоса тесно связаны с понятиями предопределённости и случайности. Порядок всегда связан с предопределённостью: чем больше порядка, тем больше вероятность обнаружить требующийся предмет или предсказать некое событие. Если же мы не имеем никаких представлений о стратегии этого поиска, то обнаружить или предсказать что-то можно только случайно, как говорится, «методом тыка». И здесь возникает принципиальный вопрос, волнующий мыслящих людей в течение многих веков: «Существуют ли в природе случайные процессы или случайным кажется нам только то, что мы не в состоянии пронаблюдать или измерить?»

После триумфального признания открытых Ньютоном законов механики казалось, что этот вопрос окончательно решён в пользу всеобщей предопределённости. Считалось, что в природе не существует случайных процессов, всё в мире предопределено или, выражаясь научным языком, детерминировано. Такая система взглядов носит название детерминизма (от лат. determino – определяю). Одним из наиболее ярких сторонников детерминизма был французский математик, физик и философ Пьер Симон Лаплас (1749–1827). Детерминизм строился на простом и кажущемся очевидным положении.

Рис. 186. Хаос и порядок

Если весь существующий мир состоит из атомов, движение которых полностью описывается законами Ньютона, то в любой момент это движение строго предопределено, и можно абсолютно точно сказать, где этот атом окажется через любой промежуток времени. А поскольку все происходящие в мире процессы являются не чем иным, как движением атомов, то всё будущее этого мира абсолютно предсказуемо. Более того, абсолютно ясным становится и прошлое, так как любое положение атома однозначно определяется его предыдущим положениям, а значит, двигаясь назад по цепочке событий, можно узнать всё прошлое Вселенной. Последователи Лапласа иллюстрировали его взгляды, вообразив мифическое существо, названное «демоном Лапласа». Если это существо знает положение и скорости движения всех частиц во Вселенной в данный момент и способно производить сразу огромное количество расчётов, то оно может знать все события, которые когда-либо произойдут во Вселенной, так же как и те, которые произошли в ней сколь угодно давно.

Из принципа детерминизма следовало, что время имеет обратимый характер: если в какой-то момент все атомы в мире поменяют направление, то все процессы должны пойти вспять, как на прокручиваемой в обратном направлении плёнке. Причём это произойдёт не только с физическими, но и с психическими и социальными процессами, так как, по мнению детерминистов, поведение человека полностью определяется движением атомов в его мозгу, а следовательно, полностью подчиняется законам механики.