Ebook: Концепции современного естествознания для математиков

Учеб. пособие / Новосиб. гос. ун-т. Новосибирск, 2008. 167 с.
ISBN 978-5-94356-522-9Цель пособия - на популярном уровне изложить основные теории, гипотезы и модели, разработанные в современной науке. Данное пособие отличает от других учебных пособий по КСЕ систематическое рассмотрение основного содержания современных научных концепций. Сделана попытка совместить полноту изложения с популярным уровнем и наглядностью преподнесения материала.Данное учебное пособие написано на основе курса лекций «Концепции современного естествознания» (КСЕ), читаемого на 3-м курсе механико-математического факультета НГУ. Цель курса - кратко познакомить студентов-математиков с концепциями физики, химии, геологии, биологии. Изложение каждой концепции начинается с ее основных предпосылок и постулатов, далее приводится основное содержание концепции, затем перечисляются ее экспериментальные подтверждения. Особое внимание уделено наглядной интерпретации математического формализма современных теорий, которая призвана помочь пониманию их основных идей.
В отличие от других учебных пособий по КСЕ в данном пособии приводится математический формализм некоторых теорий. Текст разбит на разделы и подразделы, определяемые термины выделены курсивом.Пособие предназначено для студентов вузов, изучающих общеобразовательный курс «Концепции современного естествознания», а также может быть интересно широкому кругу читателей.Содержание.
Предисловие.
Краткое введение в историю естествознания.
Понятие научной теории.
Краткая история механики и астрономии.
Геоцентрическая модель Птолемея.
Коперниканская революция.
Галилей: первая разработка механики.
Механика Ньютона.
Краткая история исследований по электричеству и магнетизму.
Свойства электрических сил.
Противоречия механики Ньютона и теории электромагнетизма.
Развитие оптики и кризис классической картины мира.
Краткая история физической оптики.
Корпускулярная оптика Ньютона.
Волновая теория света.
Три гипотезы о взаимодействии эфира с веществом.
Проверка гипотезы полного увлечения эфира. Опыт Физо.
Проверка гипотезы покоящегося эфира. Опыт Майкельсона.
Гипотеза Лоренца - Фицджеральда.
Затруднения классической физики и предпосылки теории относительности.
Специальная теория относительности.
Постулаты специальной теории относительности.
Относительность одновременности.
Преобразования Лоренца.
Следствия преобразований Лоренца.
Сокращение длины.
Сокращение временных промежутков.
Формула сложения скоростей.
Понятие интервала.
Мир Минковского.
Экспериментальные подтверждения Сто.
релятивистская механика. Энергия и импульс.
Определение понятия массы.
Преобразования Лоренца для энергии-импульса.
Эквивалентность массы и энергии.
Соотношение между массой и энергией.
Экспериментальная проверка соотношения между массой и энергией. Атомная и ядерная энергия.
Общая теория относительности.
Что было известно о гравитации до работ Эйнштейна.
Постулаты общей теории относительности.
Мысленный эксперимент Эйнштейна.
Различие истинных гравитационных полей и неинерциальных систем отсчета.
Парадокс Эренфеста.
Объяснение Эйнштейна.
Основная идея общей теории относительности: гравитация как искривление пространства.
Свойства искривленных пространств.
Уравнения Эйнштейна.
Экспериментальные подтверждения общей теории относительности.
Искривление луча света при прохождении в поле тяготения.
Изменение частоты света при его распространении в гравитационном поле.
Некоторые решения уравнения Эйнштейна.
Решения Фридмана.
Решения Шварцшильда и Керра.
Использование Ото в космологии: черные дыры.
Квантовые теории.
Общая характеристика квантовых теорий.
Понятие кванта.
История появления понятия «квант».
Идея Планка о дискретности излучения.
Фотоэффект.
Корпускулярно-волновой дуализм.
Квантовая механика.
Математический аппарат квантовой механики.
Операторы координаты и импульса.
Принцип неопределенности Гейзенберга.
Стационарное уравнение Шредингера.
Амплитуда вероятности.
Тождественность частиц.
Принцип Паули.
Понятие квантового числа.
Квантовая теория поля.
Кванты - переносчики взаимодействия.
Квантование поля.
Квантовая электродинамика.
Диаграммы Фейнмана.
Рассеяние электрона на электроне.
Рассеяние фотона на электроне.
Рассеяние фотона на фотоне.
Квантовая хромодинамика.
Кварковая модель.
Поляризация вакуума.
Слабое взаимодействие.
История открытия: Р-распад.
Теория электрослабого взаимодействия: общие сведения.
Срт-симметрия.
Космология.
Зарождение современной космологии.
Модели Фридмана.
Модель горячей Вселенной.
Инфляционная модель.
Теория струн.
История теории струн.
Основные идеи струнной теории: идея объединения.
Основные идеи струнной теории: замена точечных частиц одномерными волокнами.
Современная наблюдательная космология.
Космогония.
Основные классы космогонических гипотез.
Катастрофические гипотезы.
Гипотеза Бюффона.
Гипотеза Джинса.
Аккреционные гипотезы. Гипотеза Канта.
Небулярные гипотезы. Гипотеза Лапласа.
Приливные гипотезы. Гипотеза приливной эволюции системы.
Земля - Луна.
Космогония XX в.: теория О.Ю. Шмидта.
Происхождение небесных тел.
Критика теории О.Ю. Шмидта.
Геология: Строение и происхождение земли.
Структура Земли, установленная на основе данных сейсморазведки.
Движущая сила земной эволюции.
Эволюция Земли.
Теория спрединга, дрейф континентов и тектоника плит.
Термодинамика и химия.
Термодинамика.
Три начала термодинамики.
Термодинамика неравновесных процессов.
Химическая кинетика.
Активированный комплекс.
Цепная реакция.
Фотохимические реакции.
Хи ми чес кая связь.
Виды химической связи.
Методы описания химических связей.
Биология.
Что такое жизнь.
Основные этапы развития биологии.
Открытие законов наследования (Мендель).
Развитие учения о наследственности: генетика.
Основные свойства Днк.
базовые понятия генетики.
Информационная роль Днк.
мутационная изменчивость.
Виды мутаций.
Механизмы появления мутаций.
Комбинативная изменчивость.
Эволюционная роль пола.
Вирусы.
Плазмиды.
Основные принципы биологии.
Эволюционные теории.
Ранние эволюционные теории: креационизм.
Ранние эволюционные теории: ламаркизм.
Ранние эволюционные теории: дарвинизм.
Современные эволюционные теории: научный креационизм.
Современные эволюционные теории: неоламаркизм.
Современные эволюционные теории: неодарвинизм.
Второй синтез: генетика популяций.
Третий синтез: синтетическая теория эволюции.
Факторы, сохраняющие постоянство аллельных частот в популяции. Закон Харди - Вайнберга.
Факторы, изменяющие генетическое равновесие в популяциях.
Нейтралистская теория эволюции.
Некоторые особенности молекулярной эволюции.
Контрольные вопросы по курсу.
список литературы.
указатель определений основных терминов.