Эволюция ранней Вселенной и Квантовая лестница еe структурного морфогенеза

В соответствии с Концепцией модернизации российского образования на период до 2010 года, утвержденной распоряжением правительства Российской Федерации № 1756-р от 29 декабря 2001 года, внесены основные изменения в содержание отдельных учебных предметов. Так, в программу по математике впервые введены элементы теории вероятности и статистики. Все перспективные государственные образовательные документы последних лет содержат вероятностно-статистическую линию в курсе математики 5-9 классов наравне с такими привычными разделами, как «Числа», «Функции», «Уравнения и неравенства», «Геометрические фигуры» и т.д. Продолжение этой линии предполагается в перспективе в старших классах. Уже несколько лет в различных регионах России учащиеся основной школы работают по новым учебным комплектам «Математика 5-6» под ред. Г.В. Дорофеева и И.Ф. Шарыгина, «Математика 7-9» под ред. Г.В. Дорофеева. Это первые российские учебники, в которых последовательно с 5 по 9 класс осуществляется изучение вероятностно-статистических идей. В этих учебных комплектах понятие вероятности рассматривается с позиций подхода, который методически и психологически соответствует возрастным особенностям учеников основной школы. Дополнительно к учебникам выпущено пособие Е.А. Бунимовича и В.А. Булычева «Вероятность и статистика», цель которого - помочь в освоении школьного курса математики. Имеющийся опыт преподавания свидетельствует о безусловной доступности этого материала, возможного успешного использования его в курсах математики и физики 10-11 классов, очевидном интересе, который он вызывает у учащихся, о позитивном влиянии на их вероятностное мышление.

Образовательный стандарт среднего образования по физике гласит: «Изучение физики в средней школе на профильном уровне направлено на достижение следующих целей: освоение системы знаний о методах научного познания природы, о современной физической картине мира: свойствах вещества и поля, пространственно-временных закономерностях, динамических и статистических законах природы...» [7, с. 26]. Это, несомненно, требует развития вероятностного мышления и на уроках физики посредством ее специфики.

В рамках изучения предмета «Физика» существует круг вопросов, при рассмотрении которых можно формировать вероятностное мышление. Это в первую очередь разделы «Молекулярная физика», «Квантовая механика», «Оптика». Изучение молекулярной физики на основе статистических представлений открывает возможности показать учащимся особенности проявления причинности в области случайных явлений, познакомить их с закономерностями статистического характера. При изучении других разделов курса можно вновь вернуться к вопросу о статистических закономерностях и особенностям выражаемых ими причинно-следственных связей. Так, интерференцию света можно объяснить статистически с квантовой точки зрения.

Следует отметить, что для решения проблемы формирования вероятностного мышления оптимально было бы использовать ряд школьных предметов, в рамках которых, постепенно знакомя учащихся с причинно-следственными связями статистического характера, с понятием закона как формы связи, сформировать у них представление о взаимо-

связи и взаимообусловленности всех явлений природы и общественной жизни статистически с квантовой точки зрения.

Однако формирование вероятностного мышления предполагает в первую очередь формирование таких важнейших понятий, как случайное событие, флуктуации, среднее значение величины, вероятность события и др. Ни одно из этих понятий не включено в программы по предмету «Физика». В программах по предметам «Биология», «Химия» о вероятностных закономерностях не упоминается вообще. Без рассмотрения же этих закономерностей вышеперечисленные предметы «принципиально нельзя считать современными, современный школьный предмет должен отражать методологию современной науки» [9, с. 236]. Так, на уроках химии необходимо обращать внимание на вероятностный характер химических реакций, вероятностную природу электронных облаков в атомах, на уроках биологии - показать и обсудить вероятностную сущность естественного отбора, законов Менделя, мутаций. На уроках по разным предметам учащиеся должны встречаться с ситуациями, когда в хаосе возникает порядок. Одним словом, учащиеся должны осознать общий принцип - вероятностные закономерности фундаментальны.

Важность формирования вероятностного мышления несомненна, поскольку при этом фактически решается триединая задача. Во-первых, происходит ориентация учащихся на реальные закономерности окружающего мира, на ситуации и системы, с которыми им приходится встречаться в жизни. Во-вторых, развивается мышление вообще. В-третьих, осуществляется формирование современной научной картины мира.

Литература

1. Вероятность и статистика. 5-9 кл.: пособие для об-щеобразоват. учреждений / Е.А. Бунимович, В. А. Булычев. -М.: Дрофа, 2005.

2. Гамезо М.В., Домашенко И. А. Атлас по психологии: информ. - метод. пособие к курсу «Психология человека». - М.: Российское педагогическое агентство, 1998.

3. Курбатов В.И. Логика: Учеб. Пособие для студентов вузов. - Ростов-на-Дону: Изд-во «Феникс», 1996.

4. Мощанский В.Н. Формирование мировоззрения учащихся при изучении физики. Пособие для учителей. -М.: Просвещение, 1976.

5. Пономарев Ю.И., Перунова М.Н. Формирование вероятностного мышления при изучении школьного курса физики: Материалы XXXVII зональной конференции. - Оренбург: Издательство ОГПУ, 2004.

6. Разумовский В.Г., Тарасов Л.В. Развитие общего образования: интеграция и гуманитаризация // Советская педагогика. - 1988 - № 7.

7. Сборник нормативных документов. Физика / Сост. Э. Д. Днепров, А. Г. Аркадьев. - М.: Дрофа, 2004.

8. Словарь психолога-практика / Сост. С.Ю. Головин.

- Мн.: Харвест, М.: АСТ, 2001.

9. Тарасов Л.В. Современная физика в средней школе.

- М.: Просвещение, 1990.

10. Усова А.В. Психолого-дидактические основы формирования у учащихся научных понятий (пособие по спецкурсу). - Челябинск: Издательство ЧГПИ, 1978.

ЭВОЛЮЦИЯ РАННЕЙ ВСЕЛЕННОЙ И КВАНТОВАЯ ЛЕСТНИЦА ЕЕ СТРУКТУРНОГО МОРФОГЕНЕЗА

В.Н. Марков, Липецкий государственный педагогический университет

Современная физика установила, что Мир, в котором мы живем, возник миллиарды лет назад. В первые минуты рождающаяся Вселенная бурно развивалась и продолжает эволюционировать. Эта тема, связанная с возникновением и эволюцией нашей Вселенной, в учебном курсе физики в методическом плане обсуждена и рассмотрена нами в [1] . В этой заметке в развитие концепции, изложенной в [1], рассмотрен структурно-формирующий фактор эволюционного развития Вселенной. Около пятнадцати миллиардов лет назад Природой был проведен удивительный «эксперимент», уста-

новивший натурную взаимосвязь между космологией и физикой элементарных частиц, а точнее, установивший единство всей физики. В основе этого физического единства лежит универсальный (мировой) физический вакуум, имеющий кванто-во-релятивистские свойства. Произошло явление, которое в рамках современной космологии назвали Большим Взрывом. Факт его осуществления неопровержимо подтверждается большим комплексом наблюдательно-эмпирических данных космологии.

В настоящее время концепция Большого Взрыва в астрофизике и космологии подтверждена столь же хорошо, как и небесная гравидинамика во всех ее проявлениях. На основе реальных наблюдений и содержательных теоретических положений в последние три десятилетия разработана стандартная космологическая модель Вселенной (СКМВ), выводы и следствия которой в деталях согласуются с результатами очень большого множества астрофизических наблюдений и экспериментов. На основании этой модели сейчас мы знаем, что материя, образовавшаяся в результате Большого Взрыва, в начальной стадии своего существования представляла собой чрезвычайно плотную (рБВ = 1094 г/см3) и чрезвычайно «горячую» ( ея ~ 1028 эВ ~ 10 33 К) космическую плазму [2].

Расширяясь и остывая, этот колоссальный космический фаербол1 (а точнее вся та «весомая материя», родившаяся за счет неравновесной энергетики вакуума) в силу действия естественных законов квантово-релятивистской физики прошла серию фазовых превращений, которые регулировались внешними и «внутренними» (Би (п)) симметриями вакуума.

Схематически картина этой временной эволюции нашей Вселенной на ранних этапах ее развития представлена на рис.

1.

Рис. 1. Температурная шкала на диаграмме представлена в логарифмическом масштабе, а временная координатная ось - упорядоченными временными метками, отсчитываемыми от момента создания Вселенной. Символами Би (п) обозначены соответствующие группы «внутренних» симметрии элементарных частиц, которые управляли трансформационными процессами их рождения и превращения

Исследование свойств сверхплотной и сверхгорячей космической плазмы показало [3]: согласно единой теории калибровочных взаимодействии, при остывании она должна была пройти ряд фазовых превращений, что, оказывается, равносильно структурной перестройке физического вакуума. Остывающий вакуум прошел три характерных фазовых превращения, отвечающих следующим значениям физических параметров:

ЛЕИ ~ 1019 ГэВ, т„ ~ 1033К, тп ~ 10-43с 1

лес ~1015 ГэВ, тс ~ 1028К, тс ~ 10-12с I

леэс ~ 102 ГэВ, тэс ~ 1015К, тэс ~ 100с ^

где ЛЕ - характерная энергия элементарного возбуждения вакуума; Т - характеристическая температура космической плазмы; т - характерное время эпохи соответствующего фазового превращения, отсчитываемого от момента «творения» Вселенной.

Когда температура физического вакуума стала порядка тсс ~1015 К, в результате фазового превращения единое

электрослабое взаимодействие расщепилось на «самостоятельно» действующие слабое и электромагнитное. При температуре Тс ~ 1028 К произошло расщепление единого кварк-лептонного взаимодействия на сильное и электрослабое. Согласно эвристической концепции супервеликого объединения, при температурах планковского масштаба, то есть при т > Ти ~ 1033 К во вселенскую игру вступает суперфизика, которая и объединяет все феноменологические типы взаимодействий, включая и гравитационное.

Следует отметить, что концепция электрослабого объединения в настоящее время достоверно подтверждена экспериментами, доступными современной экспериментальной физике высоких энергий. Теория великого объединения (т.е. Би (3) х Би (3) х и (1) - симметрия) подтверждена только некоторым рядом теоретических и экспериментальных фактов и результатов. Концепция же супервеликого объединения (Би (5)- симметрия) сейчас находится в состоянии разумной, но не подтвержденной прямыми экспериментами научной гипотезы [4]. Чрезвычайно сильным «эмпирическим» аргументом в пользу правомочности последней является сам факт рождения и существования нашей Вселенной! И в этом обстоятельстве нет ничего парадоксального. Для объективации подобного научного факта Человеку желательно было бы заглянуть за сакраментальный планковский предел [ ле > 1028 эВ и л1 < 10-35 м].

Однако Природа такой уникальный шанс в нашей Вселенной реализовала всего лишь единственный раз, причем при та-

1 От англ. АгеЪаП - «огненный шар».

ких обстоятельствах, когда никакого «наблюдателя» в физической реальности в принципе быть не могло. Тем не менее, несмотря на это обстоятельство, от грандиозного вселенского «эксперимента» по имени Большой Взрыв в нашей Вселенной остались специфические «следы» - продукты жизнедеятельности горячей Вселенной. Например, осталось и действует космологическое «эхо» Большого Взрыва, наличествующее в настоящую эпоху Вселенной в виде изотропного реликтового электромагнитного излучения, равномерно наполняющего всю Вселенную [5].

С фактом рождения и развития нашей Вселенной связано еще одно обстоятельство и условие. Важнейшим фактором, определившим характер развития Вселенной, является квантованность действия, которая применительно к квантово-релятивистским трансмутациям элементарных частиц представляется следующим обобщенным соотношением неопределенностей:

АЕ-А/ >-Н  с,

2

где АЕ - масштаб энергетических вариаций, проявляющихся в соответствующей структурной нише стабильной материи; А1 - характерный пространственный масштаб, соответствующей области пространственной локализации структури-рованых элементов «весомой материи». Это соотношение, обусловленное проявлением и действием фундаментальных принципов квантово-релятивистской физики, определяет энергетические и пространственные масштабы вариаций материализованных структур, которые возникают из физического вакуума и фиксируются на определенной энергопространственной «ступеньке» структурного облика Мира.

Ниже на рис. 2 приведена энерго-пространственная диаграмма такой структурной организации нашей Вселенной, называемой «квантовой лестницей».

_7

Рис. 2. Квантовая лестница. Ее структура реализуется на основе соотношения неопределенностей АЕ - А/ > Й  с /2 = 10 эВ  м , где АЕ - характерная энергия возбуждения (в электрон-вольтах) «элементарных» структурных единиц соответствующей области микромира, А/ - величина их пространственного масштаба, измеряемая в метрах. Диаграмма построена в логарифмическом масштабе. Отдельные секторы диаграммы представляют различные структурные уровни физического мира: 1 - молекулярный, 2 - атомный, 3 - ядерный, 4 - барионный, 5 - электрослабых взаимодействий, 6 - великого объединения, 7 - супервеликого объединения, 8 - субпланковской физики. Числовые значения физических параметров, представленных на диаграмме, имеют приблизительный, оценочный характер.

Ер1 = 10 эВ, 1р1 = 10 м -соответственно планковский предел для энергии возбуждений и пространственный масштаб, с которого начинается субпланковская физика

Расширяясь и остывая после Большого Взрыва, Вселенная в результате действия условия (2) стала формировать ряд разрешенных структурно различных образований (или фаз) материи. В процессе эволюционного развития возникновение каждой новой ступени мировой квантовой лестницы происходило путем определенных фазовых превращений космической плазмы. Этот процесс образования все новых и новых форм материи шел закономерно и последовательно.

Каждая ступень квантовой лестницы имеет отношение к явлениям, которые характеризуются совершенно особыми свойствами и, следовательно, представляют собой отдельную область физики. Каждая ступень отличается от соседних совершенно различными по порядку величины энергиями АЕ и пространственными размерами структурных образований -А/. Квантовая лестница позволяет шаг за шагом раскрыть структурное строение окружающего нас мира. Сейчас достоверно известны и хорошо изучены несколько ее ступеней, в частности:

1) атомная ступень с характерными энергиями квантовых переходов АЕ порядка 1 эВ и типичными размерами

А/ ~10-10 м

2) ядерная ступень, где ле ~ 106 эВ и л ~10-14 м;

3) субъядерная ступень, где ае ~ 109 эВ и а1 ~ 10-18 м .

Кроме этих, на квантовой лестнице (ниже энергии атомов) имеются еще две ступени, очень важные для возникновения и развития феномена жизни, - это молекулы и макромолекулы. Чем меньше энергия на квантовой лестнице, тем более ярко выраженной становится специфичность соответствующих структур: ...барионы и мезоны ^ ядро ^ атом ^ молекула ^ макромолекула ^ жизнь.

Существование квантовой лестницы имеет глубокий физический смысл: более тонкая (мелкомасштабная) структура вещества не проявляет себя и не участвует в энергетическом обмене до тех пор, пока средняя «тепловая» энергия не достигнет соответствующего уровня энергии квантового возбуждения. Так, при исследовании явлений на уровне энергии атомов никак не проявляется внутренняя структура ядер, а в изучении газов при нормальных температурах и давлении - внутреннее строение атомов. Иными словами, объект, имеющий внутреннюю структуру с точки зрения более высокой энергетической ступени, оказывается бесструктурным во всех явлениях на любой низшей ступени, поскольку энергии, характерные для этих ступеней, меньше энергии его возбуждения (атом является элементарной частицей в газовой кинетике, ядро -в атомной физике и т.д.). В пределах же каждой ступени имеется обширная спектроскопия с характерным расстоянием между уровнями энергии порядка ЛЕ [6, 7].

Фактор структурного морфогенеза различных форм стабильной материи, последовательно и закономерно возникавших в процесс космологической эволюции нашей Вселенной, является базовым онтологическим положением, которое должно лежать в основе обобщающей общефизической темы школьного курса физики - «Современная физическая картина мира».

Методологическая и методическая идея, представленная фактором «квантовой лестницы» Мира, становится как конструктивным, так и онто-дидактическим положением, позволяющим объединить в единую концептуальную систему весь комплекс основополагающих квантовых принципов, используемых при построении раздела «Квантовая физика» современного школьного курса физики [1].

Безусловно, настоящая заметка представляет только эскизный набросок соответствующей методической канвы, которая с необходимостью должна быть вплетена в содержательную компоненту современного курса квантово-релятивистской физики как школы, так и вуза.

Литература

1. Марков В.Н., Пухов Н.М. Современная физика: Концептуальные и методические основы изучения. - Тамбов: Изд-во Тамбовского университета им. Г.Р. Державина, 2007.

2. Линде А.Д. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. - М.: Наука, 1990.

3. Киржниц Д.А., Линде А.Д. Фазовые превращения в физике элементарных частиц и космологии // Наука и Человечество. 1982. - М.: Знание, 1982.

4. Грин Б. Элегантная Вселенная. - М.: УРСС, 2005.

5. Лауреаты нобелевских премий за 2005 год // Природа. - 2007. - № 1.

6. Вайскопф В. Физика в двадцатом столетии. - М.: Атомиздат,1977.

7. Готтфрид К., Вайскопф В. Концепции физики элементарных частиц. - М.: Мир, 1988.

СОЗДАНИЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ СРЕДЫ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ ВУЗА - БУДУЩИХ МЕНЕДЖЕРОВ

М.Л. Груздева, кандидат педагогических наук, доцент, докторант Волжского государственного инженерно-педагогического университета,

А.А. Червова, доктор педагогических наук, профессор кафедры профессиональной педагогики Волжского государственного инженерно-педагогического университета

Проблема эффективной информационной подготовки студентов вузов, в том числе студентов экономических специальностей, является одной из важнейших в системе высшего образования. Важность этой проблемы вызвана тем, что профессиональная деятельность будущих выпускников в большинстве случаев будет осуществляться с помощью информационно-коммуникационных технологий. На основе анализа основных тенденций в развитии информационного общества, анализа информационных задач, решаемых специалистами в профессиональной деятельности, средств, используемых для решения этих задач, можно сделать вывод, что наиболее профессионально значимыми умениями и навыками для специалистов в области экономики являются умения и навыки организации работы с экономической информацией как частью информационного ресурса общества.

В ходе исследования нами были определены основные требования к уровню сформированности информационного компонента готовности специалиста-менеджера к профессиональной деятельности в условиях современного информационного пространства, которые мы представляем в виде следующих необходимых знаний, умений и качеств:

• умение на научной основе организовать свой труд, владение компьютерными методами сбора, хранения и обработки (редактирования) информации, применяемыми в сфере его профессиональной деятельности;

• знание особенностей использования современных программных продуктов и пакетов прикладных программ для управленческих решений;

• знание перспективы развития информационных технологий в экономической деятельности и, в частности, в деятельности экономиста-менеджера;

• формирование современного взгляда на информационные технологии, получившие развитие и внедрение в практику решения профессиональных задач в области экономики;

• воспитание интереса к информационно-коммуникационным технологиям, использующим новые методы решения профессиональных задач;

• формирование основы для осмысления и реализации возможностей применения технологий создания профессио-