Сделайте выводы:

− о «предсказательной силе» гороскопа;

− о том, какими средствами пользуется астролог, чтобы каждый гороскоп стал узнаваем слушателем и приписывался себе.

Оформление результатов

Укажите процент учащихся, для которых предсказания астрологов об их характере оказались точными.

Задание 2. Найдите на звездной карте эклиптику – годичный путь солнечного диска по небесной сфере. Назовите и сосчитайте созвездия, которые она пересекает. Среди них – 12 знакомых вам зодиакальных созвездий, которые используют в гороскопах, и одно «лишнее». Какое это созвездие? Как вы думаете, почему его не считают зодиакальным?

Подсказка

В 1922 г. 1-й Международной астрономический съезд определил современные границы созвездий, несколько «перекроив» небо. Теперь на звездном небе 88 созвездий.

Оформление результатов

Запишите названия зодиакальных созвездий, укажите «лишнее».

Задание 3. Определите по звездной карте, в каком созвездии было Солнце в день вашего рождения. Для этого найдите на краю основного круга звездной карты дату вашего рождения. Соедините ее линейкой с центром карты. На пересечении этой линии с эклиптикой и находилось солнце в день вашего рождения. В каком созвездии было солнце? Совпадает ли это созвездие с вашим знаком зодиака? Обсудите полученные результаты в классе. Как вы думаете, почему у большинства из вас зодиакальные созвездия, предсказанные астрологами, оказались соседними с теми, в которых действительно было Солнце?

Подсказка

Знак зодиака – это 1/12 часть эклиптики. Отсчет знаков зодиака начинается от точки весеннего равноденствия (точки пересечения эклиптики и небесного экватора, в которой Солнце переходит из южного полушария в северное).

Во II в. до н. э. древнегреческий ученый Гиппарх открыл явление прецес -

сии – предварения равноденствий, показав, что точка весеннего равноденствия медленно перемещается по созвездиям – примерно на одно созвездие за тысячелетие. Во времена Гиппарха точка весеннего равноденствия находилась в созвездии Овна, а знак зодиака Овен практически совпадал с созвездием Овен. Причину прецессии объяснил в XVIII в. И. Ньютон. Она связана с изменением наклона оси вращения не совсем шарообразной Земли под действием тяготения со стороны Луны, Солнца, планет.

Оформление результатов

Напишите название вашего знака зодиака и название созвездия, в котором было Солнце в день вашего рождения.

Наука в отличие от других видов знания должна отвечать ряду критериев научного знания, среди которых предсказательная сила, верифицируемость (*) (проверяемость на практике), системность и согласованность результатов.. Астрология и другие псевдонауки, напротив, строятся так, чтобы затуманить выводы, не допустить проверку предсказания, быть угодными для всех. Известен такой психологический закон: если в предсказании лишь 30% информации относится к слушателю, ему уже кажется, что все в предсказании верно и касается именно его. Поэтому результативность астрологических прогнозов больше зависит от особенностей психологической работы с клиентом, которому гадают по звездам, чем от объективных астрономических знаний.

Пути астрологии и астрономии разошлись еще в начале нашей эры. Окончательный разрыв произошел в XVII в., когда сформировалась методология естественных наук. В соответствии с одним из положений этой методологии научные предсказания должны обладать верифицируемостью, и только проверка опытом позволяет судить о научности предсказаний.

Дополнительные источники информации

1. Астрология: за и против. – М., 1990.

2. В р о н с к и й : суеверие или наука? – М.: Наука, 1990.

§ 5. Экспериментальные методы в естественных науках

Урок-лекция

– Вы часто видели ступеньки, ведущие из

прихожей в комнату?

– Часто.

– Как часто?

– Ну, несколько сотен раз.

– Отлично. Сколько же там ступенек?

– Сколько? Не обратил внимания.

– Вот-вот. Не обратил внимания. А между тем, вы видели!

В этом вся и суть. Ну, а я знаю, что семнадцать,

потому что я и видел, и наблюдал.

А. Конан-Дойль словами Шерлока Холмса и доктора Ватсона.

Что значит: уметь наблюдать? Наблюдение и эксперимент в учебном и научном познании. Чем отличается наблюдение от эксперимента? Что означает измерить? Можно ли измерить неизмеримое?

Наблюдение. Эксперимент. Измерение.

Физический эксперимент. Измерение физических величин. (Физика,

8 кл.). Наблюдение, описание, измерение, эксперимент, моделирование.

(Химия, 8 кл.). Биологический эксперимент. Наблюдение, описание и измерение биологических объектов. (Биология, 6 – 9 кл.).

Мысль и образ

Гравюры из трактата Ф. Гафурио «Теория музыки»

Эти гравюры иллюстрируют предание о том, как Пифагор, проходя мимо кузницы, заметил, что разные по массе молоты, ударяясь о железо, издают тоны, равные кварте, квинте и октаве. Это навело его на мысль поставить опыт, изображенный на одной из гравюр. Какие стадии экспериментального исследования отображены в этих гравюрах и в этом предании?

НАБЛЮДЕНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТ. Экспериментальные методы – основа естествознания. Наблюдательность, несомненно, помогает нам в повседневной жизни, в учебе. Это важное качество определяет число и характер увиденных и отмеченных нами деталей при знакомстве с различными явлениями и, в конечном счете, объем материала, почерпнутый нами из практики, который затем мы будем анализировать. От этого зависит, насколько всесторонне мы рассмотрим предмет исследования или изучения, и, следовательно, глубина и прочность наших знаний. Процесс наблюдения тесно связан с умением внимательно следить за происходящим, сосредоточить зрение, слух на чем-либо.

Научное наблюдение отличается от обычного созерцания тем, что позволяет приходить к ответам на поставленный исследователем вопрос. Оно всегда целенаправленно, сознательно организованно, методически обдумано, его результаты можно каким-либо образом оценить, записать, измерить. Существенным моментом научного наблюдения являются условия, в которых оно проходит. Важная особенность наблюдения состоит в том, что сам наблюдатель не вмешивается в ход наблюдаемого процесса.

Исследователь знает, ради чего проводится наблюдение – какая поставлена цель. Наблюдателя интересуют все детали исследуемого процесса. Чем больше деталей он заметит, тем больше получит материала для обдумывания, обработки, размышлений. Поэтому обязательно ведется журнал наблюдений, где записывают все особенности происходящих процессов и их условия. Впоследствии часто приходится снова и снова возвращаться к этим описаниям. Журналы наблюдений должны долго храниться, они становятся материалом для сравнения результатов разных исследователей. Наблюдение дает материал для дальнейших исследований, позволяет сформулировать вопросы, на которые надо ответить, проблемы, которые следует решить.

Примеры научных наблюдений:

– наблюдения астронома за движением планет;

– наблюдения биолога за ростом растений в естественных условиях;

– наблюдения метеоролога за погодой в данной местности.

В отличие от наблюдения, эксперимент – это исследование каких-либо явлений путем активного воздействия на них при помощи создания новых условий, соответствующих целям исследования, или же через изменение течения процесса в нужном направлении. Как правило, под экспериментом понимают практический, лабораторный метод исследования. Иногда используют так называемый мысленный эксперимент, когда исследователь мысленно моделирует процессы или системы, прогнозирует и описывает их поведение. Экспериментатор должен четко представлять себе, какие параметры процесса он изменяет, чтобы определить, что влияет на результат, установить причину и следствие. При этом в эксперименте обязательно сравнивают поведение системы в обычных и специально измененных условиях Результаты и условия эксперимента строго фиксируют и описывают.

Примеры научных экспериментов:

– эксперимент Резерфорда «Бомбардировка α-частицами тонкой золотой фольги с целью установления строения атома»;

– эксперименты по исследованию механизмов образования условных рефлексов.

В естествознании между наблюдением и экспериментом в цепочке исследования лежит важное звено – гипотеза (от греч. hypóthesis – основание, предположение). Перед тем, как организовать эксперимент, продумать его условия, выдвигают предположение, которое нужно проверить (подтвердить или опровергнуть) экспериментально.

Примером последовательности гипотез, ускоривших экспериментальное решение вопроса о строении атома, являются выдвинутые в начале ХХ в. модели атома:

– планетарная;

– томсоновская («пирог с изюмом», где положительный разлитый по объему атома заряд - это «пирог», а электроны - вкрапленный в него «изюм»);

– атом Бора с переходами электронов с одного дискретного энергетического уровня на другой.

ИЗМЕРЕНИЕ. Естественно-научное экспериментальное исследование всегда опирается на точные измерения. Измерить величину – это значит сравнить ее с эталоном, с единицей измерения. Наверняка каждый из вас измерял длину линейкой, получая ответ в сантиметрах и миллиметрах; температуру – с помощью градусника или термометра в градусах. Характеристики объектов, получаемые в результате измерений, называют параметрами. Для измерения параметров служат специальные приборы, например, манометр для измерения давления, вольтметр для измерения напряжения в электрической цепи. Результаты измерений могут позволить рассчитать параметры объектов или характеристики процессов. Например, объем куба можно рассчитать, измерив его ребро, а скорость равномерно движущегося автомобиля можно оценить, зная путь и время, за которое он пройден.

При обработке результатов измерений всегда нужно оценивать:

– с какой точностью вы измеряете, какую ошибку дает ваш прибор;

– как влияет сам процесс измерения на объект, который вы измеряете.

Можно ли измерить неизмеримое? Например, с помощью обыкновенной линейки определить размер клетки растения или атома? Вы скажете: «Вряд ли». Тем не менее, данные о параметрах этих объектов микромира вы можете найти в справочниках. Как же они были измерены? Клетку размером в 10-3 мм можно рассмотреть и измерить с помощью оптического микроскопа, молекулы белков и ДНК, размеры которых имеют порядок 10-5 – с помощью электронного микроскопа. Здесь важно, чтобы длина волны излучения, которое используют в измерении, была сравнима или меньше чем исследуемый объект. А размеры атома, ядра атома или элементарных частиц определяют по косвенным данным, например, в опытах по параметрам рассеяния атомы – с помощью электронного микроскопа.

О роли экспериментальных методов в научном познании Т. Фуллер сказал: «Знание – сокровищница, но ключ к ней – практика».

1. ○ Каковы особенности научного наблюдения?

2. ○ Чем эксперимент отличается от наблюдения?

3. ○ Что значит «измерить величину»?

Литература для дополнительного чтения

1. Г л а д к о в от А до Я. – М.: Атомиздат, 1974.

2. М я к и ш е в частицы. – М.: Просвещение, 1968.

3. А х у т и н принципов физического эксперимента: от античности до XVIII в. – М.: 1976.

4. Возникновение и развитие химии с древнейших времен до XYIII века. (Всеобщая история химии). / Отв. ред. . – М.: 1980.

5. С у х о т и н А. Превратности научных идей. – М.: 1991.

6. К а п и ц а , Теория, Практика. – М.: 1991.

7. К у з н е ц о в Б. Г. От Галилея до Эйнштейна. – М.: 1966.

§ 6. Учимся наблюдать

Урок-практикум

Возьмите бумагу и карандаш, наблюдайте и описывайте свои наблюдения.

К. Поппер

Как правильно провести наблюдение? Как научиться выдвигать гипотезы?

Сущность наблюдения и эксперимента как методов (§5). Великие эксперименты в физике (Физика, 7 – 9 кл.). Роль эксперимента в биологии (Биология, 6 – 9 кл.).

Цель работы: Научиться проводить наблюдения и выдвигать гипотезы.

План работы. Последовательно выполните задания. (Обратите внимание, некоторые задания выполняют в течение нескольких дней.)

Мысль и образ

Д. Крети. Астрономические наблюдения (Италия, ХVII в.)

Какой важный этап в изучении природы путем наблюдения зафиксировал художник?

Задание 1. Пронаблюдайте в течение нескольких дней за движением Луны на фоне звездного неба. В какую сторону света происходит это перемещение?

Задание 2. Найдите в литературе и приведите примеры исследований в естествознании, которые сыграли принципиальную роль в развитии естественных наук. В каких случаях это были наблюдения, в каких – эксперименты? Выделите черты эксперимента как метода исследования.

Задание 3. О значении наблюдаемых фактов для формулировки гипотезы

ярко свидетельствует отрывок из повести французского философа-просветителя XVIII в. – Вольтера, которая носит название «Задиг, или Судьба».

Пропал царский конь. Конюх спросил Задига, прогуливающегося возле рощи, не видел ли он коня.

− «Это конь, − отвечал Задиг, − у которого превосходнейший галоп; он пяти футов ростом, копыта у него очень маленькие, хвост трех с половиной футов длины, бляхи на его удилах сделаны из золота в двадцать три карата, подковы из серебра…

− Куда он поскакал? По какой дороге? – спросил конюх.

− Я его не видел, − отвечал Задиг, − я даже никогда не слыхал о нем».

Задига обвинили в краже лошади царя, и он еще легко отделался, заплатив огромный штраф. Только после этого ему дали слово для оправдания. Он сказал: «Прогуливаясь по дорогам этой рощи, я заметил следы лошадиных подков, которые все были на равном расстоянии друг от друга. Вот, подумал я, лошадь, у которой превосходный галоп. Пыль с деревьев вдоль узкой дороги шириною не более семи футов, была немного сбита справа и слева, в трех с половиной футах от середины дороги. У этой лошади, подумал я, хвост трех с половиною футов длиной: в своем движении направо и налево он смел эту пыль. Я увидел под деревьями, образующими свод в пять футов высоты, листья, только что опавшие с ветвей, из чего я заключил, что лошадь была пяти футов ростом. Я исследовал камень кремневой породы, о который она потерлась удилами, и на этом основании определил, что бляхи на удилах были из золота в двадцать три карата достоинством. Наконец, по отпечаткам подков, оставленным на камнях другой породы, я пришел к заключению, что ее подковы из серебра...»

По-видимому, наблюдательный Задиг высказал верную гипотезу, так хорошо описав коня, которого он никогда не встречал. Ирония заключается в том, что за это он и поплатился. Однако значительно чаще приходится платить за ложную гипотезу, которая при проверке не подтверждается. Вспомните примеры такого рода из своего жизненного опыта.

Задание 4. Выбор условий эксперимента.

В 1990 г. проводилось международное сравнительное исследование качества обучения школьников 20 стран по предметам области «Естествознание». В нем принимала участие и Россия. Испытуемым предложили контрольные задания пяти категорий, которые предполагали:

– наблюдение, классификацию и обобщение фактов;

– интерпретацию данных;

– формулировку гипотезы;

– планирование и проведение эксперимента по проверке гипотезы;

– планирование и проверку эксперимента в целом.

Среди этих заданий был следующий тест. Попробуйте выполнить его:

В эксперименте необходимо установить, как зависит скорость скатывания круглого тела с наклонной плоскости от его радиуса. Выбрать подходящий вариант опытов, которые однозначно позволят это сделать (рис. 3).

Рис. 3.

Часто проведение научных наблюдений основывается на некоторой гипотезе – предположении о свойствах, структуре и связях изучаемых объектов.

Гипотеза всегда нуждается в проверке. Без этого мы не сможем узнать, является она истинной или ложной. Любая гипотеза направляет познание, стимулирует поиск фактов, постановку экспериментов, вносит свой вклад в поиск истины.

Верная гипотеза существенно ускоряет процесс познания. Она опирается не только на наблюдения, но и на имеющиеся у нас знания.

Литература для дополнительного чтения

1. С у х о т и н А. Превратности научных идей. − М.: 1991.

2. К а п и ц а , Теория, Практика. – М.: 1991.

§ 7. Экспериментатор, прибор, результат

Урок-лекция

Истина и справедливость – точки столь малые, что, метя в них нашими грубыми инструментами, мы почти всегда даем промах, а если и попадаем в точку, то размазываем ее и при этом прикасаемся ко всему, чем она окружена, – к неправде куда чаще, чем к правде.

Б. Паскаль

Можно ли наблюдать за природой, не внося искажений в процессы, происходящие в ней? Вносим ли мы искажения в природные процессы при измерениях различных величин при помощи приборов? Существуют ли принципиальные ограничения на возможность производить измерения, оказывая пренебрежимо малое влияние на природные процессы?

Классическая физика. Квантовая теория.

Тепловое равновесие. Температура. Давление. Постоянный электрический ток. Сила тока. Напряжение. Квантовые явления. (Физика,
7 – 9 кл.).

Мысль и образ

На этой гравюре из книги Т. Галле «Новые открытия», изданной в ХУ11 веке, представлены наиболее, по мнению втора, важные научные и технологические достижения начала Нового времени. Какие именно творения человеческих рук и мысли изображены на этой гравюре? Чем бы вы дополнили этот перечень?

ВЛИЯНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАТОРА НА РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Исследуя различные процессы в природе, ученые стараются выделить объективные закономерности, т. е. такие характеристики, которые не зависят от человека, производящего наблюдения или эксперименты. Насколько это возможно? Насколько наши наблюдения, наши измерения влияют на те природные явления, которые мы исследуем?

Наиболее наглядно это влияние проявляется в природе. Все живые организмы, так или иначе, реагируют на человека. Поэтому при наблюдении за дикими животными биологам приходится быть крайне осторожными, чтобы своим присутствием не нарушить их обычное поведение.

Еще сложнее исследовать внутренние органы живых организмов. Любое вмешательство неизбежно изменяет их работу, фактически мы можем исследовать уже другие органы. Ученые, правда, могут заглядывать внутрь организма, используя рентгеноскопию и ультразвуковое зондирование. Но при этом нужно быть очень осторожным, поскольку оба исследования в целом отрицательно влияют на организм.

Однако влияние экспериментатора сказывается и в опытах, без живых организмов. Оказывается, и здесь мы наблюдаем или измеряем уже не то, что было до нашего присутствия. Рассмотрим примеры такого влияния.

Влияние приборов на объекты, параметры которых мы измеряем. Первый пример связан с измерением температуры. При измерении медицинским термометром температуры человеческого тела влияние термометра на температуру тела пренебрежимо мало. Но можно ли тем же термометром измерить температуру воды в небольшой пробирке, даже если эта температура лежит в пределах, указанных на шкале термометра? Из курса физики вы знаете, что при тепловом контакте двух тел их температуры выравниваются. При этом более горячее тело отдает тепловую энергию более холодному. В результате температура горячего тела убывает, а температура холодного возрастает. Поскольку масса термометра и масса пробирки с водой имеют один и тот же порядок величины, изменение температуры термометра и изменение температуры воды оказываются сравнимыми. Таким образом, термометр измеряет не температуру воды, которая была до контакта с ним, а температуру, установившуюся после контакта воды и термометра, и эти температуры могут существенно различаться.

Второй пример касается измерения давления. Давление измеряют приборами – манометрами. Простейший манометр представляет собой коробочку, закрытую подвижной мембраной. Различное давление вызывает разный прогиб мембраны, который может быть измерен (рис. 4).

Рис. 4. Измерение давления манометром

Погружая такой манометр в воду, можно измерять давление на различных глубинах.

Предположим теперь, что нам при помощи такого манометра необходимо измерить давление воды в стакане на уровне его дна. Произведя необходимые действия, мы действительно измерим некоторое давление. Но будет ли это то самое давление, которое мы хотели измерить. Погруженный в жидкость манометр вытесняет воду, а, следовательно, ее уровень в стакане поднимается. Но, давление определяется высотой столба жидкости, а значит, давление у дна стакана при таком измерении возрастает. Если объем манометра сравним с объемом стакана, то мы измерим совсем не то, что хотели.

Обратимся теперь к процессу измерения расстояния. Казалось бы, в этом случае мы никак не влияем на объект, размеры которого мы измеряем. Рассмотрим процесс измерения толщины проволоки прибором – микрометром
(рис. 5).

Рис. 5. Измерение микрометром толщины проволоки

Процесс измерения очень прост. Закручивая микровинт, мы прижимаем губки микрометра к проволоке и по шкале считываем толщину проволоки. Но, при этом мы неизбежно сдавливаем, а, следовательно, деформируем проволоку. Ее толщина уменьшается. Правда, для проволоки сила деформации оказывается незначительной, и мы практически измеряем ту же толщину, что и в отсутствие микрометра. Но представьте себе, что таким же способом мы захотели бы измерить толщину стебелька одуванчика!

Производя измерения, мы неизбежно вносим искажения в объект, параметры которого мы измеряем. Величину таких искажений, а, следовательно, и точность измерений, необходимо оценивать всегда.

От макромира к микромиру. Приведенные примеры показывают, что при любых измерениях необходимо учитывать искажения, вносимые приборами. Как сделать эти искажения ничтожно малыми? Проблема во всех выше приведенных примерах чисто техническая, а не физическая. Ставя задачу любого измерения, необходимо оценивать искажения и создавать приборы, вносящие пренебрежимо малые искажения. Такая ситуация характерна для классической физики – ньютоновской механики, термодинамики, электродинамики. Приведем слова известного физика академика : «Основные абстракции, используемые классической физикой, сводятся к предположениям об абсолютном характере физических процессов (в смысле их независимости от условий наблюдения) и возможности сколь угодно детального (в пределе - исчерпывающе точного и всестороннего) их описания». Совершенно иная ситуация возникает в физике микромира, т. е. при измерениях в мире атомов, молекул и элементарных частиц.

Вернемся к примеру с измерением толщины стебелька одуванчика. Чтобы определить эту величину вовсе не обязательно сжимать стебелек. Достаточно сделать хорошую фотографию и провести измерение по этой фотографии. При таком подходе мы, казалось бы, совершенно не влияем на стебелек. То же самое характерно для любых визуальных измерений расстояний. Все подобные эксперименты используют свет. Но свет, как вы знаете из курса физики, лишь частный случай электромагнитных волн. Человек научился применять для измерения расстояний и скоростей и другие типы электромагнитных волн, например, радиоволны.

В настоящее время методы радиолокации – измерение расстояний и скоростей объектов при помощи радиоволн – широко используют для самых различных целей. Принцип метода очень прост. Радиопередатчик радиолокатора посылает радиоволну в направлении объекта, а радиоприемник радиолокатора принимает волну, отраженную от объекта. Умножив время прохождения волны до объекта и обратно на скорость света, мы получим удвоенное расстояние от радиолокатора до объекта. Электронное устройство автоматически измеряет промежуток времени и делает расчет расстояния. Произведя такие действия в два близкие момента времени, мы можем определить скорость объекта по обычной формуле: u = DS/Dt, где Dt – время между измерениями, а DS – величина, на которую изменилось расстояние до объекта за это время.

Влияют ли такие измерения на движения самого объекта? Известно, что электромагнитная волна переносит импульс. Из этого факта следует, что падающая на объект волна оказывает на него давление. Однако для макроскопических объектов такое давление оказывается пренебрежимо мало. Поэтому измерение координат и скоростей макроскопических объектов можно производить с достаточно высокой точностью, не влияя на их движение. Например, используя систему радиолокаторов, можно одновременно следить за движением многих автомобилей участвующих в автогонках.

Иная ситуация возникает, если мы захотим проследить подобными методами движение микрочастиц, например, движение электронов в атоме. Импульс микроскопического объекта существенно меньше, чем импульс автомобиля, поэтому влияние электромагнитной волны на него оказывается гораздо более значительным. Можно ли использовать в таком случае более слабую (менее интенсивную) волну? Оказывается, что здесь существенные ограничения дает квантовая теория – теория, изучающая процессы в микромире. Некоторые положения этой теории вы изучали в курсе физики.

Согласно квантовой теории любая электромагнитная волна представляет собой поток фотонов. Энергия фотона связана с частотой волны соотношением E = hn, а импульс – с длиной волны p = h/l, где h – постоянная Планка. Из этого положения следует, что импульс волны (с заданной длиной) нельзя сделать сколь угодно малым, минимальный импульс волны – это импульс одного фотона.

Несложно сделать простые оценки. Чтобы определить положение электрона в атоме необходимо использовать волну с длиной меньше, чем размеры атома, иначе в силу явления дифракции волна просто обогнет атом, не заметив его. Размер атома имеет порядок величины 10–10 м, поэтому необходима волна с длиной меньше, чем 10–11 м. Учитывая, что постоянная Планка в системе СИ имеет порядок величины 10–33, получим, что соответствующий фотон имеет импульс порядка 10–22. Этот импульс, конечно, чрезвычайно мал по сравнению с импульсом автомобиля (автомобиль с массой в полтонны, движущийся со скоростью 72 км/час имеет импульс 104). Однако электрон в атоме, обладая малой массой, имеет импульс по порядку величины как раз равный 10-22.

Таким образом, воздействие одного фотона с данной длиной волны на электрон было бы столь же катастрофическим, как столкновение автомобиля с другим автомобилем, движущимся ему навстречу. Подобный радиолокатор просто вырвал бы электрон из атома.

Квантовая теория позволяет обобщить сделанные выводы.

Движение микрочастиц (атомов, молекул, электронов) таково, что, при измерении каких-либо параметров этого движения, возникает значительное влияние на характер самого движения, и это влияние принципиально не может быть малым.

Из этого, в частности, следует, что бессмысленно говорить об орбите электрона в атоме. Это модельный образ. У нас просто нет (и не может быть) средств проследить за движением электрона по орбите.

Все сказанное о движении электрона в атоме можно отнести и к движению молекул, входящих в состав живых организмов. Мы не можем выявить детали такого движения, не нарушая процессов, происходящих в организме. Это является одной из причин сложности исследования такого рода процессов.

1. ○ Почему сложно проводить наблюдения за живыми организмами в природе?

2.○ Каким образом, производя различные измерения, мы влияем на природные процессы (приведите примеры)?

3. · В древние времена моряки измеряли скорость судна, бросая в воду лот (груз определенной формы), привязанный к веревке с узлами, следующими через одинаковые расстояния. При движении судна веревка разматывалась, и по количеству узлов, проходящих в заданное время, вычислялась скорость судна. Вносит ли такой прибор искажения в движение судна? Чем обусловлены эти искажения? Насколько они значительны? Чем определяется погрешность такого способа измерения скорости?

4. ○ Чем принципиально различаются влияния на объекты макромира и микромира при проведении измерений?

§ 8. Великие эксперименты в естественных науках

Урок - конференция

Тебе бы опыт сделать не мешало, ведь он для нас источник всех наук.

А. Данте. Божественная комедия

Содержит ли каждая из клеток организма информацию об организме в целом? Зависит ли скорость света от скорости источника, излучающего свет, и от скорости приемника, регистрирующего свет? Как распределены положительный и отрицательный заряды в атоме?

Цель конференции: Познакомиться с тем, как совершаются открытия, подсказанные экспериментом.

План конференции:

1.  Эксперимент Шпемана.

2.  Опыт Майкельсона-Морли.

3.  Опыт Резерфорда.

Мысль и образ

Дж. Бертини. А. Вольта демонстрирует Наполеону свое изобретение

Какое именно изобретение показывает А. Вольта императору? Как оно повлияло на развитие естествознания и техники?

Сообщение 1. Эксперимент Шпемана – путь к клонированию.

Развитие любого организма начинается с одной клетки. В самом простом случае, когда организм состоит всего из одной клетки (одноклеточные простейшие), она делится на две или более клеток. По мере увеличения их числа, клетки постепенно начинают отличаться друг от друга. Процесс постепенного превращения первоначально однотипных клеток в специализированные клетки органов и тканей, получил название клеточная дифференцировка.

А вот долго ли сохраняется в ядре клетки информация о целом организме? Это только свойство ядра яйцеклетки? Или же ядра дифференцированных клеток (например, кишечного эпителия или кожи) так же несут эту информацию в полном объеме? Ответ на эти вопросы могли дать только эксперименты. Первым подошел к решению задачи один из основателей экспериментальной эмбриологии немецкий ученый Г. Шпеман. Поставленный им эксперимент показал, что на начальной стадии деления яйцеклетки, по крайней мере до стадии 16-тиклеточного зародыша, каждая из клеток зародыша несет всю информацию, заключенную в исходной яйцеклетке. Дальнейшие опыты, связанные с именами ученых Т. Кинга, Р. Бригса, Дж. Гёрдону доказали, что ядра дифференцированных клеток способны сохранять в полном объеме ту информацию, которая содержится в яйцеклетке, т. е. информацию об организме в целом.

Таким образом, еще в 50–60-х гг. ХХ в. стало понятно, что имеется принципиальная возможность клонирования организмов. Для этого из яйцеклетки одной животной особи удаляют ее родное ядро. А затем пересаживают в нее ядро клетки любой ткани взрослого организма другой особи того же вида животного. Однако на практике все оказалось не так просто, и только сейчас ученые вплотную подходят к разработке приемов клонирования таких сложных биологических систем как млекопитающие, включая и человека.

Источники информации

1.  Биология. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. . – М.: Большая Российская энциклопедия, 1998.

2.  Б е л о у с о в в общую эмбриологию. – М.: 1980.

Сообщение 2. Опыт Майкельсона – Морли – попытка экспериментального определения скорости движения Земли относительно эфира.

К концу XIX в. возникла гипотеза распространения света в некоторой субстанции, которую назвали эфиром, подобно тому, как звук распространяется в воздухе или другой среде. Предполагалось, что скорость света относительно эфира всегда постоянна. Относительно наблюдателя, движущегося сквозь эфир, скорость света должна изменяться. Эта гипотеза требовала экспериментального подтверждения.

Идею эксперимента выдвинул в 1875 г. ученый Дж. Максвелл. Уникальный эксперимент, позволяющий проводить измерения с такой точностью, был осуществлен в 1887 г. учеными А. Майкельсоном и Э. Морли. Он основывался на явлении интерференции волн.

Эксперимент дал результат очень высокой точности. Он оказался уникальным еще и потому, что, несмотря на отрицательный результат, (изменение скорости света не было зафиксировано), он стал ключом к пониманию свойств пространства и времени и послужил экспериментальной основой для построения теории относительности.

Источники информации

1. Г а р д н е р М. Теория относительности для миллионов. – М., 1965.

2. М я к и ш е в Г. Я., Б у х о в ц е в : учеб. для 10 кл. – М.: Просвещение, 2001.

Сообщение 3. Опыт Резерфорда.

Источники информации

1. К а б а р д и н : Справочные материалы: пособие для учащихся. – 3-е изд. – М: Просвещение, 1991.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4