РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины «КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ» для подготовки дипломированных специалистов по специальности 021100 - «Юриспруденция» 1. Цели и задачи дисциплины. Целью преподавания дисциплины “Концепции современного естествознания” является изучение студентами основополагающих представлений о строении материального мира и фундаментальных закономерностях в природе. Курс должен способствовать формированию у будущего специалиста научного мышления и расширению его научно-технического кругозора. Главной задачей курса является овладение основными понятиями и законами, действующими в природе, получение представлений о фундаментальных концепциях современного естествознания и принципах научного моделирования природных явлений. Курс должен способствовать формированию у студентов ясного представления о физической картине мира как основе целостности и многообразия природы. 2. Содержание разделов дисциплины 1. Введение Естественнонаучная и гуманитарная культуры. Научное познание материального мира и естествознание. Тенденции развития. Научный метод. Роль опыта. Язык науки и реальность. Классическая и неклассическая стратегии естественнонаучного мышления. Панорама современного естествознания. Физика как наиболее фундаментальная среди других естественнонаучных дисциплин. Достижения современной физики и научнотехнический прогресс. Экономическая эффективность внедрения новой техники и прогрессивных наукоемких технологий. Техногенное общество. Проблемы энергетики, ресурсов, экологии для современной цивилизации. Роль моделей в процессе познания материального мира. Развитие и преемственность научных знаний. 2. Современные представления о фундаментальном строении материи Иерархия объектов природы, микро-, макро-, мега-мир. Корпускулярная и континуальная концепции описания природы: вещество и поле, частицы и волны. Фундаментальные элементарные частицы и фундаментальные взаимодействия, их роль в образовании структурных уровней строения материи в нашей Вселенной: от кварклептонного уровня до макротел. Квантовая лестница природы. Вещество и антивещество. Физический вакуум, его креативная роль. Объединение взаимодействий. 3. Классическая физическая картина мира Механическая форма движения материи. Классическая механика и границы ее применимости. Мир дискретных объектов (физика частиц) в классической механике: модели, кинематические и динамические характеристики, законы Ньютона. Основная задача механики. Основная задача механики. Концепция контролируемого воздействия. Законы сохранения импульса, момента импульса, энергии как фундаментальные законы природы, их связь с симметрией пространства и времени. Механическая картина мира. Непрерывный и дискретный мир классической физики: вещество и электромагнитное поле. Электромагнитная картина мира. Электромагнитное поле: источники и силовые характеристики электрического и магнитного полей. Характер и взаимосвязь электрических и магнитных полей, электромагнитные волны. Многообразие диапазонов электромагнитного излучения. Приближения геометрической, волновой и квантовой оптики. Практическое использование электромагнитных и оптических явлений. 2 4. Основные представления релятивистской физики Мир событий при малых и больших скоростях. Принципы относительности Галилея и Эйнштейна. Принцип постоянства скорости света. Относительность пространственных и временных интервалов. Парадокс близнецов. Целостное описание пространства-времени. Релятивистская динамика. Взаимосвязь массы, энергии и импульса. Энергия покоя, дефект масс. Энергетика химических и ядерных реакций. Инварианты классической и релятивистской физики. Понятие об общей теории относительности. Геометрия и гравитация. Космологические проблемы общей теории относительности. Черные дыры. Расширяющаяся Вселенная. Будущее Вселенной. 5. Квантовая физика – физика микромира Корпускулярно-волновой дуализм свойств материи. Волновые свойства микрочастиц. «Кентавры» микромира. Принципы неопределенности и дополнительности Вероятностное описание квантовых объектов. Волновая функция. Квантовые числа. Распределение электронов в атоме по состояниям. Периодическая система элементов. Тождественность микрочастиц. Квантовое состояние и принцип суперпозиции. Концепция неконтролируемого воздействия и единство объекта и его окружения. 6. Макросистемы. Статистический и термодинамический методы Макросистемы. Термодинамический и статистический методы изучения макросистем. Динамические и статистические закономерности в природе. Вероятность как атрибут сложных систем. Тепловое равновесие и флуктуации. Неравновесные состояния и релаксация. Внутренняя энергия, температура, энтропия (термодинамическое и вероятностное определения). Порядок и беспорядок в природе. Энтропия как мера беспорядка. Природа необратимости. Направление процессов в природе и закон возрастания энтропии. 7. Эволюционно-синергетические представления в естествознании Самоорганизация в природе. Открытые системы, обмен энергией, энтропией, информацией. Роль нелинейности и диссипации. Неравновесные диссипативные системы. Энтропия и информация. Живые системы против энтропии. Эволюционно-синергетические принципы развития материи и природных систем. Направленный характер развития природы – от простого к сложному. Универсальные модели эволюции. Развивающаяся Вселенная: от Большого Взрыва до образования галактик и звезд. Космологическая и галактическая стрелы времени. Эволюция звезд (звездная стрела времени). Происхождение Солнечной системы. Гуманитарные приложения синергетики. Ноосфера. – человек и эволюция Земли. Принципы универсального эволюционизма и проблемы коэволюции. Конвергенция естественнонаучного и гуманитарного знания – путь к единой культуре. 3. Лабораторные занятия, дискуссия Лабораторные занятия проводятся в лабораторном физическом практикуме кафедры физики, где студенты изучают физические явления на компьютерных моделях по темам:: элементарные частицы (лептоны, кварки, мезоны, барионы), радиоактивность (альфа- и бета – распады, дозиметрия). Дискуссия проводится по наиболее актуальным проблемам естествознания, по которым студенты готовят рефераты с их последующим обсуждением. Примерный перечень тем рефератов: 1. Естественнонаучные исследования, удостоенные Нобелевской премии. 2. Этические проблемы естествознания. 3 3. Эволюция представлений о пространстве и времени. 4. Принципы симметрии и законы сохранения. 5. Законы природы и юридические законы. 6. История открытия элементарных частиц. 7. Современные «единые модели мироздания» и перспективы физики микромира. 8. Дискретность и непрерывность в природе. 9. Принцип дополнительности в физике и гуманитарных науках. 10. Вакуум, его креативная роль. 11. Фундаментальные константы и устойчивость Вселенной. Антропный принцип. 12. Энтропия и ее роль в построении современной картины мира. 13. Порядок и беспорядок в природе. 14. Необратимость процессов в природе и «стрела времени». 15. Космологические аспекты общей теории относительности. 16. Сценарии происхождения Вселенной.. 17. Будущее Вселенной. 4. Учебно-методическое обеспечение дисциплины. 4.1. Рекомендуемая литература а) основная литература: 1. Трофимова Т.И. Курс физики. М., Высшая школа, 1994. 2. Любутина Л.Г., Нагаев В.Б. Физическая картина мира. Фундаментальное строение материи. Методическое пособие кафедры физики РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. М., 2003. б) дополнительная литература: 1. В. Крейчи. Мир глазами современной физики. -М., Мир, 1984. 2. С. Хокинг. Краткая история времени. СПб: Амфора, 2001. 3. В.К. Воронов, М.В. Гречнева, Р.З. Сагдеев. Основы современного естествознания. –М., Высшая школа, 1999. 4.2. Средства обеспечения освоения дисциплины Мультимедийное сопровождение лекционного курса (мультимедийное оборудование PTL595 EA фирмы Panasonic): 1) демонстрация научно-популярных фильмов по физике (комплект видеостудии «КВАРТ»); 2) компьютерные лекционные демонстрации (мультимедийный курс «Открытая физика» фирмы НЦ Физикон); 3) компьютерные модели физических явлений. Лекционные демонстрационные опыты (банк лекционных демонстраций кафедры физики содержит более 200 лекционных демонстраций по всем разделам курса физики). Компьютерные лабораторные работы по всем разделам курса.