Представление о движении в механической картине мира. Современные наукоемкие технологии

1. Естественно-научные взгляды и методология Леонардо да Винчи.

3. Галелео Галилей и рождение опытного естествознания.

4. Иоган Кеплер и открытие законов небесной механики.

6. Успехи и трудности механической картины Мира.

Механическая картина Мира.

1.Естественно-научные взгляды и методология Леонардо да Винчи.

Новая наука, и в частности физика, начинается с Галилея и Ньютона.
Но она, как и новая культура, не явилась непосредственным продолжением науки и культуры средних веков. На рубеже 15 в. старую, средневековую культуру стран Западной и Центральной Европы сменила новую культуру, характерными чертами которой были гуманизм, восстановление интереса к античности, возрождение античных ценностей, отрицание схоластики, вера в возможности человека и его разума.

Это эпоха Возрождения. В это время необычайно быстро развивается живопись, скульптура, архитектура, литература и новое опытное естествознание. И среди этих титанов эпохи Возрождения одним из первых следует назвать Леонардо да Винчи, «которому обязаны важнейшими открытиями самые разнообразные отрасли физики».

Для Леонардо искусство всегда было наукой. Заниматься искусством значило для него производить научные выкладки, наблюдения и опыты. Связь живописи с оптикой и физикой, с анатомией и математикой заставляла
Леонардо становится ученым. Особенно высоко Леонардо ценил математику.

Математика Леонардо – это математика постоянной величины, оно, конечно, не могла овладеть сложными проблемами движения. Простота математического аппарата и сложность задач, за которые он брался в физики и технике, в ряде случаев заставляли его заменять математические выкладки наблюдением и измерением, приводили к изобретению многих приборов.

Что касается воззрений Леонардо да Винчи на пространство и время, то они были такими же, как и у Аристотеля.

Очень характерно для механики Леонардо да Винчи стремление вникнуть в сущность колебательного движения. Он приблизился к современной трактовке понятия резонанса, говоря о росте амплитуды колебаний при совпадении собственной частоты системы с частотой из вне.

Большое место в трудах Леонардо занимала гидравлика. Он начал заниматься гидравликой еще в ученические годы и возвращался к ней в течении всей своей жизни. Леонардо спроектировал и частично осуществил постройку ряда каналов. Он почти в плотную приблизился к формулировки закона Паскаля, а в теории сообщающихся сосудов практически предвосхитил идеи 17 в.

Леонардо в первые и много занимался вопросами полета. Первые исследования, рисунки и чертежи, посвященные летательным аппаратам, относится, примерно, к 1487 г. В его летательном аппарате применялись металлические части; человек располагался горизонтально, приводя механизм в движение руками и ногами.

Он построил модель планера и готовил его испытание. Стремление обезопасить человека в процессе этих испытаний привело его к изобретению парашюта.

Во времена Леонардо да Винчи беспредельно господствовала геоцентрическая система мира Птолемея. На несостоятельность ее Леонардо указывал неоднократно. Можно считать, что Леонардо независимо от
Коперника приблизился к пониманию гелиоцентрической системы мира.

Леонардо пытливо наблюдал природу, и уже по одной этой причине он не мог не интересоваться вопросами геологии, палеонтологии и агрономии.
Так родилась его теория окаменелостей. Леонардо не боится отказаться от библейских представлений о катастрофах и наводнениях на Земле. Он утверждает, что нахождение окаменелых раковин и растений в загадочных местах ничего общего не имеет с библейскими утверждениями, а вызвано медленным перемещением суши и моря.

Трудно перечислись все инженерные проблемы, над которыми работал пытливый ум Леонардо. Он изобрел много типов станков для прядения, тканья и других целей. Среди сохранившихся его записей есть описание циркуля с передвижным центром, землечерпалки, приспособление для водолаза, различных типов бурового инструмента. Особенно много изобретений сделал Леонардо в области военного и военно-инженерного дела.

В 1502 – 1503 гг. Леонардо да Винчи пишет письмо турецкому султану, где предлагает ему несколько своих изобретений и проектов, в том числе проект моста через бухту Золотой Рог, который соединил бы Галату со
Стамбулом и под котором могли бы проплывать парусные судна.

В этот же период Леонардо да Винчи составляет проект моста через
Босфор. Это бал бы огромный мост шириной около 24 метра, высотой от вода
41 метр и длиной 350 метров, причем 233 метра шли над морем, остальные
117 метра – над сушей. Это были исключительно смелые проекты и идеи, получившие свою реализацию значительно позднее.

Многие художники того времени, несмотря на строгий запрет церкви, изучали анатомию человека. Леонардо вначале интересовался вопросами анатомии как художник. Он изучал мускулатуру тела при различных положениях рук и ног, но вскоре значительно расширил объем анатомических исследований: он стал интересоваться сердцем, кровеносной системой, легкими; он впервые дал правильное описание позвоночного столба и приблизился к современному пониманию роли легких в организме. Значение анатомических работ Леонардо для развития медицины бесспорно. Следует заметить, что деятельность организма, его различных органов, разнообразные движения Леонардо да Винчи рассматривал с точки зрения механики.

Можно только удивляться и восхищаться многогранностью интересов и пытливостью ума этого мыслителя.

Подводя итоги научной деятельности этого гиганта, хотелось бы обратить внимание на его методологические взгляды.

«Истолкователем природы является опыт. Он не обманывает никогда, ошибаются только наши суждения, которые ждут от него то, что он не способен дать. Надо производить опыты, изменяя обстоятельства, пока не извлечем из них общих правил».

Высоко ценя роль опыта, роль практики, Леонардо да Винчи не был узким практицистом, он хорошо сознавал необходимость теории:
«Увлекающийся практикой без науки – словно кормчий, входящий на корабль без руля или компаса: он никогда не уверен, куда плывет. Всегда практики должна быть воздвигнута на хорошей теории. Наука – полководец, а практика – солдаты». Такова методология познания Леонарда да Винчи, сохранившая свою ценность и по сей день.

2. Гелиоцентрическая система Мира Николая Коперника.

Геоцентрическая система Птолемея, несмотря на высказываемые сомнения в ее правильность и верные догадки о движении Земли, продержалась в науке 14 веков. И только с началом географических открытий, с переходом от феодального средневековья к новому времени назрела необходимость заменить теорию Птолемея новой.

В1506г. Коперник, получив образование (математика, каноническое право, медицина, астрономия) вернулся из Италии на Родину в Польшу и в течение 10 лет оформил свои идеи, рожденные в годы учебы и странствий, в виде научной теории – гелиоцентрической системы Мира. В этой системе
Коперник низвел Землю до роли рядовой планеты, Солнце он поместил в центре системы, а все планеты вместе с Землей двигались вокруг Солнца по круговым орбитам. В течение 16 лет Коперник ведет астрономические наблюдения Солнца, звезд и планет. В1532г., накануне своего шестидесятилетия, он закончил труд всей своей жизни “О вращениях небесных сфер”. В феврале 1543 г., бессмертное творение Н. Коперника “о вращениях небесных сфер” было напечатано Но сам Коперник увидел свою книгу лишь за несколько часов до смерти (24 мая 1543 г.). Сочинение “О вращениях небесных сфер” состоит из 6 книг. В первой книге приводятся все логические и физические аргументы в пользу движения Земли. Вторая книга содержит элементы сферической астрономии и заканчивается каталогом, содержащим координаты 1025 звезд. Третья книга содержит теорию движения Солнца, четвертая книга – теорию движения Луны. Самой главной является пятая книга, в которой дано полное развитие гелиоцентрической теории планетных движений со всеми математическими доказательствами. В шестой книге изложено видимое движение планет.

Огромное значение созданной Коперником гелиоцентрической системы
Мира обнаружилось после того, как Кеплер открыл истинные законы эллиптического движения планет, а И.Ньютон на их основе – закон всемирного тяготения; когда Леверье и Адамс на основании данных этой системы предсказали существование и теоретически определили местоположение неизвестной планеты (Нептун), а Галле, направив телескоп в указанную ими точку неба, открыл неизвестную планету. В настоящее время учение Коперника не утратило своего значение т.к. оно раскрыло истинную картину Мира и совершило революционный переворот “в развитии системы научного мировоззрения”.

3. Галилео Галилей и рождение опытного естествознания.

Галилео Галилей – великий итальянский ученый, один из создателей классической механики, родился 15 февраля 1564г., в семье небогатого пизанского дворянина. Первое образование Галилей получил в монастыре.
Семнадцати лет он поступает в Пизанский университет сначала на медицинский факультет, а затем переходит на юридический, где основате6льно изучает математику и философию. В 1589г. Галилей был назначен профессором математики в Пизанский университет. В эти годы
Галилей занимается опровержением учений Аристотеля о пропорциональности скорости падения весу тела. Чтобы опровергнуть данное учение он берет два тела, одинаковые по форме и размерам (чугунный и деревянный шары).
Находя соотношения между скоростью падения и временем падения, между пройденным путем и временем падения, Галилей опроверг многовековое заблуждение и доказал постоянство ускорения свободного падения. Но в университете механику и астрономию приходилось излагать в духе
Аристотеля и Птолемея. В 1592г он становится профессором университета в
Падуе, где проработал 18 лет (по 1610г.). К концу падуанского периода
Галилей начинает открыто выступать против системы Птолемея –
Аристотеля.

Сделав зрительную трубу с увеличением в 32 раза и направив ее на небо, Галилей обнаружил неровности Луны; Млечный Путь оказался состоящим из множества звезд, число которых росло с ростом увеличения трубы; у Юпитера были найдены четыре спутника. Все это не соответствовало учению Аристотеля о противоположности земного и небесного, а подтверждало систему Коперника.

В 1612г Галилей издает “Рассуждения о телах, пребывающих в воде, и тех, которые в ней движутся”, эта работа была направлена против механики Аристотеля. Вслед за ней появляется письмо Галилея о солнечных пятнах. Это было тоже опровержение Аристотеля, но оно не могло пройти незамеченным церковью, церковь обвиняет Галилея в том, что он доказывает движение Земли и неподвижность Солнца; они пытаются добиться запрещения учения Коперника. В 1615г Галилей едет в Рим, чтобы защитить себя и предотвратить запрещение учения Коперника. Но 5 марта
1616г учение Коперника “как ложное и целиком противное Священному
Писанию” было запрещено, Галилей получил от святой инквизиции негласный приказ молчать. В 1623г он снова едет в Рим, чтобы добиться отмены ограничений в своей научной деятельности, но официальной отмены ограничений ему добиться не удалось. Несмотря на ограничения Галилей готовит к опубликованию свою основную работу “Диалог о двух главнейших системах мира: Птолемеевой и Коперниковой”. В феврале 1632г книга вышла в свет, туда вошли все произведения Галилея, все то, что было создано им с 1590г по1625г. Цель ученого – представить не только асторономические, но и механические доводы в пользу истинности учения
Коперника.

Вращение Земли, по словам Птолемея, должно было бы рассеять находящиеся на ней тела; тела при падении должны были бы двигаться не вертикально, а наклонно, так как они будут отставать от движущейся
Земли; птицы и облака должны были бы уноситься на запад. Опровергая эти аргументы Галилей приходит к открытию закона инерции. Открытием этого закона было ликвидировано многовековое заблуждение, выдвинутое
Аристотелем, о необходимости постоянной силы для поддержания равномерного движения. Современная формулировка этого закона такова:
Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не выведет его из этого состояния. Галилей определил механический принцип относительности: никакими механическими опытами, проведенными внутри замкнутой инерциальной системы, невозможно установить: покоится система или движется равномерно и прямолинейно.

Разговоры собеседников о различных астрономических открытиях
(неровностях Луны, пятнах на Солнце, фазах Венеры, спутниках Юпитера) утверждает мысль о справедливости теории Коперника.

Успех “Диалога” был потрясающим, единомышленники восторженно приветствуют Галилея с открытием новой эры в изучении природы.
Противники же в свою очередь пустили слух, что под маской защитника
Аристотеля и Птолемея выведен сам Папа. Началась травля Галилея, в сентябре Галилею было передано повеление папской инквизиции явиться в
Рим, но из –за болезни Галилея дают небольшую отсрочку. В феврале 1633г
Галилей прибывает в Рим, на допросе он отрицал, что разделял
Коперниково учение после того, как инквизиция объявила его еретическим.
Галилей твердо стоял на том, что в дискуссионном порядке о гелиоцентрической системе Мира и писать, и говорить не запрещалось, а сама книга была выпущена с разрешения цензуры. После допроса Галилей был арестован и заключен в кандалы инквизиции. 22 июня 1633г в церкви
Святой Марии при большом стечении народа состоялся последний акт судилища над Галилеем. По приговору его книга была запрещена, а сам он подлежит тюремному заключению, длительность, которого оставлена на усмотрение Святой службы. Унизительный акт судилища и отречения сильно подорвали здоровье больного Галилея, но несмотря не на все Галилей мысленно видел свое будущее произведение “Беседы и математические доказательства”, в котором идеи “Диалога” получали свое дальнейшее развитие. «Беседы» были закончены в 1637г. В книге обобщено все то, что сделал Галилей в области механики. В 1642г Галилея не стало. Ушел из жизни один из замечательных мыслителей, великий астроном, механик, физик, математик.

Галилей считается одним из основоположников опытного естествознания и новой науки. Именно он сформулировал требования к научному эксперименту, состоящие в устранении побочных обстоятельств, в умении видеть главное. Путем эксперимента Галилей опроверг учение Аристотеля о пропорциональности скорости падения весу тела, показал, что воздух имеет вес и определил его плотность. Он был первым, кто направил зрительную трубу на небо в научных целях, тем самым, расширив сферу познания. Мысленные эксперименты Галилея построены на идеализации движения шаров, тележек и других материальных объектов по горизонтали и наклонной плоскости. Мысленный эксперимент получил в дальнейшем широкое распространение в физике и стал важнейшим методом познания, им пользовался Максвелл при создании теории электромагнитного поля.
Мысленные эксперименты позволили многим ученым (Максвелл, Больцман,
Карно и др.) установить закономерности в хаотическом тепловом движении и термодинамики. Таким образом, и принцип относительности Галилея, получивший свое дальнейшее развитие в теории относительности, и мысленный эксперимент, введенный в науку им же и ставший необходимым методом современной физики, свидетельствуют о чрезвычайно высоком методологическом уровне, на котором в своих исследованиях стоял великий итальянский ученый.

4.Иоган Кеплер и открытие законов небесной механики.

Иоган Кеплер родился 27 декабря 1571г, отец его, Генрих Кеплер, разорившийся дворянин, служил простым солдатом, мать – дочь деревенского трактирщика, не умела читать и писать. При рождении мальчик чудом остался жив. Когда ему исполнилось четыре года родители бросили его, в 13 лет он умирал в третий раз, но жизнь не покидала его.
Окончив в 1579г монастырскую школу, Кеплер перевелся в духовную трехгодичную школу, после которой остался в Тюбингенской семинарии, а после – в Тюбингенском университете. В университете он познакомился с учением Коперника, став его горячим сторонником. Работая учителем математики и философии в училище г. Граца, он вместе с преподаванием стал заниматься научной работой по астрономии, а также составлять календари и гороскопы. Кеплер был вынужден заниматься астрологией, чтобы не умереть с голоду, прокормить свою семью и вести исследования по астрономии.

За свою жизнь Кеплер написал много работ. Его первая книга, изданная в 1597г., вышла под интересным названием «Космографическая тайна». Кеплер поставил задачу найти числовые отношения между орбитами планет. Пробуя различные комбинации чисел, он пришел к геометрической схеме, по которой можно было отыскивать расстояния планет от Солнца.
Свою работу Кеплер отослал датскому астроному Тихо Браге и Г.Галилею.
Из-за преследования со стороны католической церкви жизнь на родине стала невыносимой, и Кеплер едет в Прагу. Там он был назначен имперским математиком и должен был работать под руководством Тихо Браге – имперского астронома. В 1601г умирает Тихо Браге и в руках Кеплера оказался журнал тридцатилетних наблюдений «короля астрономии».

В 1609г появилась на свет книга Кеплера «Новая астрономия или
Небесная физика с комментариями на движение планеты Марс по наблюдениям
Тихо Браге». В течение восьми лет трудился он над расчетами, семьдесят раз пришлось повторять каждое вычисление, но, не смотря не на все он сформулировал первые два закона о движении планет:
1. Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце.
2. Радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, за равные промежутки времени описывает равные площади.

Нужда и несчастье продолжает преследовать его, в 1611г умерли его жена и сын, и он остался с двумя детьми на руках. Материальная нужда заставила его покинуть Прагу, и он уехал в Линц, где он занял место преподавателя математики. В 1615г он получает известие об обвинении его матери в колдовстве. Всю свою силу и находчивость он тратит, чтобы спасти мать от костра, в 1621 он добивается ее освобождения. Даже после таких ударов судьбы сила духа не покидает его, и он выпускает новую работу «Гармония мира», содержащую третий закон небесной механики: квадраты периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Другие наиболее известные работы Кеплера это: «Рудольфовы таблицы»
- астрономические планетные таблицы, над которыми Кеплер работал 20 лет. Названы были в честь императора Рудольфа 2. Эти таблицы служили морякам и астрономам, составителям календарей и астрологам и только в
19 веке были заменены более точными. Своими работами по математике
Кеплер внес большой вклад в теорию конических
Сечений, в разработку теории логарифмов, способствовал разработке интегрального исчисления и изобретению первой вычислительной машины.
В1618г начинается Тридцатилетняя война. Казна по прежнему пуста Кеплер живет случайными заработками, совершая многочисленные поездки в
Регенсбург с хлопотами о выдаче жалованья. Во время одной из таких поездок Кеплер заболел и умер. В 1774г Петербургская Академия наук купила большую часть архива Кеплера.

Этому замечательному человеку и большому ученому на его родине, в
Вейле и Регенсбурге, поставлены памятнике и открыты музеи. Кеплеру суждено бессмертие в награду за его настойчивость и изобретательность, с которой он возобновлял свои попытки разгадать тайны Природы, за открытые им законы движения планет.

В 1996г исполнилось 425 лет со дня рождения одного из величайших астрономов мира Иоганна Кеплера.

5. Механика и методология Исаака Ньютона.

В 1987г исполнилось 300 лет со времени выхода в свет выдающегося труда профессора Кембриджского университета Исаака Ньютона
«Математические начала натуральной философии».

В своем фундаментальном труде, содержащем в русском переводе 700 страниц, гениальный английский физик, астроном и математик изложил систему законов механики, закон всемирного тяготения, дал общий подход к исследованию различных явлений на основе «метода принципов», т.е. работа имела не только большое научное, но и большое методологическое значение. Для Ньютона было очень важно наследие его предшественников:
«Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов.».
Среди этих гигантов в первую очередь следует назвать Галилея и Кеплера.
В 27 лет он стал профессором Кембриджского университета.

В своих работах по оптике Ньютон поставил очень важный и сложный вопрос: «Не являются ли лучи света очень мелкими частицами, испускаемыми светящимися телами?» И гипотеза истечения, а затем и корпускулярная теория, признанная безоговорочно его последователями и подкрепленная авторитетом Ньютона, господствующей в оптике 18 в. С этой теорией многие не соглашались т.к. на ее основе невозможно было объяснить интерференцию и дифракцию света. В теории света Ньютон хотел объединить корпускулярные и волновые представления. По этому поводу у
Ньютона было две интересные мысли:
1.О возможном превращении тел в свет и обратно. В 1933-1934гг. были впервые открыты факты превращения электрона и позитрона в гамма-кванты
(фотоны) и рождение электрона и позитрона при взаимодействии фотона с заряженными частицами. Это фундаментальное открытие современной физики элементарных частиц.
2.О влиянии тел на распространение света.

Вершиной научного творения Ньютона являются «Начала..». Примерно два с половиной года напряженной работы стоило Ньютону подготовка первого издания «Начал..». Книга состояла из трех частей: в первых двух излагались законы движения тел, третья часть была посвящена системе
Мира. К первому изданию Ньютон написал собственное предисловие, где он говорит о тенденции современного ему естествознания «подчинить явления природы законам математики». Далее Ньютон формулирует назначение работы и задачи физики: «Сочинение это нами предлагается как математические основания физики. Вся трудность физики состоит в том, чтобы по явлениям движения распознать силы природы, а затем, по этим силам объяснить все остальные явления», с этой трудной задачей ему удалось справиться. В качестве первого закона механики Ньютон взял открытый Галилеем закон инерции, сформулировав его более строго. Ядром механики является второй закон, который связывает изменение импульса тела с действующей на него силой т.е. изменение импульса тела в единицу времени равно действующей на него силе и происходит в направлении ее действия. В третьем законе механики было отражено, что действие тел всегда носит характер взаимодействия и что силы действия и противодействия равны по величине и противоположны по направлению. Четвертым законом был закон всемирного тяготения. Высказав положение о всеобщем характере сил тяготения и одинаковой их природе на всех планетах, показав, что «вес тела на всякой планете пропорционален массе этой планете», установив эксперимент пропорциональность массы тела и его веса (сила тяжести),
Ньютон делает вывод, что сила тяготения между телами пропорциональна массам этих тел.

О том, что сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния, считали еще до Ньютона много ученых, но только Ньютон сумел логически обосновать и убедительно доказать с помощью законов динамики и эксперимента этот всеобщий закон. Установление пропорциональности между массой и весом означало, что масса является не только мерой инертности, но и мерой гравитации.

В третьей части книги ученый изложил общую систему Мира и небесную механику, теорию сжатия Земли у полюсов, теорию приливов и отливов, движение комет, возмущения в движении планет и т.д., основываясь на законе всемирного тяготения. Теория тяготения вызывала философские дискуссии и нуждалась в дальнейшем доказательстве. Первым стал вопрос о форме Земли. По теории Ньютона Земля была сжата у полюсов, по теории
Декарта – вытянута. Споры были разрешены в результате измерения дуги земного меридиана в экваториальной зоне (Перу) и на севере (Лапландия) двумя экспедициями Парижской Академией наук. Верной оказалась теория
Ньютона.

В работах Ньютона раскрывается его методология и мировоззрение исследований. Ньютон был убежден в существовании материи, пространства и времени, в существовании объективных законов мира, доступных человеческому познанию. Своим стремлением свести все к механики Ньютон поддерживал механистический материализм (механицизм). Несмотря на свои огромные достижения в области естествознания, он глубоко верил в Бога, очень серьезно относился к религии. Он считал, что «мудрость Господня открывается одинаково в строении природы и в священных книгах. Изучать то и другое – дело благородное». Ньютон был автором «Толкования на книгу пророка Даниила», «Апокалипсиса», «Хронологии». Из этого можно сделать вывод, что для Ньютона не было конфликта между наукой и религией, в его мировоззрении уживалось и то и другое.

Свой метод познания сам Ньютон характеризует следующим образом:
«Выве6сти два или три общих принципа движения из явлений и после этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных принципов, было бы очень важным шагом в философии, хотя бы причины этих принципов и не были еще открыты». Под принципами Ньютон подразумевает наиболее общие законы, лежащие в основе физики. Этот метод после был назван методом принципов, требования к исследованию Ньютон изложил в виде 4-х правил:
1. Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений.
2. Одинаковым явлениям необходимо приписывать одинаковые причины.
3. Независимые и неизменные при экспериментах свойства тел, подвергнутых исследованию, надо принимать за общие свойства материальных тел.
4. Законы, индуктивно найденные из опыта, нужно считать верными, пока им не противоречат другие наблюдения.

Поскольку принципы устанавливаются путем исследования явлений природы, то вначале они представляют собой гипотезы, из которых путем логической дедукции получают следствия, проверяемые на практике.
Поэтому метод принципов Ньютона является гипотетико-дедуктивный метод, который в современной физике является одним из основных для построения физических теорий. Метод Ньютона получил высокую оценку в методологических высказываниях многих ученых, в том числе А.Эйнштейна и
С.И.Вавилова, но многие ученые также считали, что принципы и гипотезы выводятся прямо из опыта. Следовательно, прямо из опыта путем формальной логики выводится теория, которая имеет только цель связать одни опытные данные с другими.

Очень много вопросов и споров в истории физики вызвали взгляды
Ньютона на пространство и время. Ньютон исходит из того, что в практике люди познают пространство и время путем измерения пространственных отношений между телами и временных отношений между процессами.
Выработанные таким путем понятия пространства и времени Ньютон называет относительными. Он допускает, что в природе существуют не зависящие от этих отношений абсолютные пространство и время, как пу4стые вместилища тел и событий. Пространство и время по Ньютону, не зависят от материи и материальных процессов, что не согласуется с представлениями физики xx века. Поскольку материя у Ньютона является инертной и неспособной к самодвижению, а пустое абсолютное пространство безразлично к материи, то в качестве первоисточника движения он признает «первый толчок», то есть Бога.

Ньютон – этот блестящий гений – указал, по словам Эйнштейна, пути мышления, экспериментальных исследований и практических построений, создал гениальные методы и в совершенстве владел ими, был исключительно изобретателен в нахождении математических и физических доказательств, был самой судьбой поставлен на поворотном пункте умственного развития человечества. Современная физика не отбросила механику Ньютона, она только установила границы ее применимости.

6.Успехи и трудности МКМ

МКМ складывалась под влиянием метафизических материалистических представлений о материи и формах ее существования. Основополагающими идеями этой картины Мира являются классический атомизм и механицизм.
Ядром МКМ является механика Ньютона, в любой физической теории довольно много понятий, но есть основные, в которых проявляется специфика этой теории, ее базис, ее мировоззренческий аспект. К таким понятиям относятся: материя, движение, пространство, время, взаимодействие. Материя – это вещество, состоящее из мельчайших, далее неделимых, абсолютно твердых движущихся частиц (атомов), т.е. в МКМ были приняты дискретные представления о материи. И поэтому важнейшими понятиями в механике были понятия материальной точки и абсолютно твердого тела, материальная точка – это тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь. Абсолютно твердое тело – это система материальных точек, расстояние между которыми остается неизменным.

Пространство. Аристотель отрицал существование пустого пространства, связывая пространство, время и движение. Атомисты же признавали атомы и пустое пространство, в котором атомы движутся.
Ньютон рассматривает два вила пространства: относительное, с которым люди знакомятся путем измерения пространственных отношений между телами, и абсолютное – это пустое вместилище тел, оно не связано с временем и его свойства не зависят от наличия или отсутствия в нем материальных объектов. Оно является трехмерным, непрерывным, бесконечным, однородным, изотропным. Пространственные отношения описываются в МКМ геометрией Евклида.

Время. Ньютон рассматривает два вида времени: относительное и абсолютное. Относительное время познают в процессе измерений.
«Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему – либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностно». Таким образом, время – пустое вместилище событий, не зависящее ни от чего, оно течет в одном направлении (от прошлого к будущему), оно непрерывно, бесконечно и везде одинаково (однородно).

Движение. В МКМ признавалось только механическое движение, т.е. изменение положения тела в пространстве с тече6нием времени. Считалось, что любое сложное движение можно представить как сумму пространственных перемещений (принцип суперпозиции). Движение любого тела объяснялось на основе трех законов Ньютона.

Следует заметить, что в механики вопрос о природе сил не имел принципиального значения. Для ее законов и методологии было достаточно, что сила – это количественная характеристика механического взаимодействия тел. Просто она стремилась свести все явления природы к действию сил притяжения и отталкивания, встретив на этом пути непреодолимые трудности.

Важнейшими принципами МКМ являются принцип относительности Галилея, принцип дальнодействия и принцип причинности. Принцип относительности
Галилея утверждает, что все инерциальные системы отсчета (ИСО) с точки зрения механики совершенно равноправны (эквивалентны). Переход от одной инерциальной системы к другой осуществляется на основе преобразований
Галилея.

В МКМ было принято, что взаимодействие передается мгновенно и промежуточная среда в передаче взаимодействия участия не принимает.
Это положение и носит принцип дальнодействия.

Как известно, беспричинных явлений нет, всегда можно выделить причину и следствие, причина и следствие взаимосвязаны, и влияют друг на друга. Следствие может быть причиной другого явления. «Всякое имеющее место явление связано с предшествующим на основании того очевидного принципа, что оно не может возникнуть без производящей причины». В природе могут быть и более сложные связи:
1.У одного и того же следствия могут быть разные причины, например, превращение насыщенного пара в жидкость за счет повышения давления или за счет понижения температуры.
2.В тепловом движении, например, скорость, кинетическая энергия, импульс отдельной частицы изменяются без изменения макропараметров
(температуры, давления, объема), характеризующих систему в целом. В результате развития термодинамики и статистической физики был открыт ряд важных законов, в том числе сохранения и превращения энергии для тепловых процессов (первое начало термодинамики) и закон возрастания энтропии в изолированных системах (второе начало термодинамики).

Термодинамика – это раздел физики, который изучает закономерности перехода энергии из одного вида в другой. Первый закон термодинамики гласит: Тепло, сообщенной системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы против внешних сил.
С точки зрения первого начала термодинамики в системе могут протекать любые процессы, лишь бы не нарушался закон сохранения и превращения энергии.

Все реальные процессы являются необратимыми, поскольку наличие сил трения обязательно приводит к переходу упорядоченного движения в неупорядоченное. Для характеристики состояния системы и направленности протекания процессов и была введена в физике особая функция состояния – энтропия. Оказалось, что энтропия замкнутой системы не может убывать.
Замкнутость системы означает, что в ней процессы протекают самопроизвольно, без внешнего влияния. В случае обратимых процессов (а их в реальности нет) энтропия замкнутой системы остается неизменной, в случае необратимых процессов – она возрастает. Таким образом, реально энтропия замкнутой системы может только возрастать, это и есть закон возрастания энтропии (одна из формулировок второго начала термодинамики). Этот закон имеет большое значение для анализа процессов в замкнутых макроскопических системах. Статистический характер этого закона означает его большую фундаментальность по сравнению с динамическими законами.

В современной физике вероятностно-статистические идеи получили широчайшее распространение (статистическая физика, квантовая механика, теория эволюции, генетика, теория информации, теория планирования и т.д.). Несомненно, и их практическая ценность: контроль качества продукции, проверка работы того или иного объекта, оценка надежности агрегата, организация массового обслуживания. Но ни термодинамика, ни статистическая физика не сумели коренным образом изменить представления
МКМ, разрушить ее: МКМ видоизменилась и расширила свои границы.
Развитие физики до середины xlxв шло в основном в рамках ньютоновских воззрений, но все больше новых открытий, особенно в области электрических и магнитных явлений, не вписывались в рамки механических представлений, т.е. МКМ становилась тормозом для новых теорий, и назревала необходимость перехода к новым воззрениям на материю и движение. Несостоятельной оказалась не сама МКМ, а ее исходная философская идея – механицизм. В недрах МКМ стали складываться элементы новой – электромагнитной – картины Мира.

Все сказанное о механической картине Мира можно подытожить следующими выводами:
1.Впечатляющие успехи механики привели к механицизму и представление о механической сущности Мира стало основой мировоззрения. Неделимые атомы составляли основу Природы. Живые существа – это «божественные машины», действующие по законам механики. Бог создал Мир и привел его в движение.
2.В рамках МКМ развивалась молекулярная физика. Представление о теплоте формировалось в двух направлениях: как механическое движение частиц и как движение невесомых, неощутимых «флюидов» (теплород, флогистон).
На основе электрических магнитных «жидкостей» механика стремилась объяснить электрические и магнитные явления, на основе флюида
«жизненная сила» пыталась понять работу живых организмов.
3.Анализ работы тепловых машин привел к возникновению термодинамики, важнейшим достижением которой явилось открытие закона сохранения и превращения энергии. Но в МКМ все виды энергии сводились к энергии механического движения. Макромир и микромир подчинялись одним и тем же механическим законам. Признавались только количественные изменения. Это означало отсутствие развития, т. е. Мир считался метафизическим.

Список используемой литературы:

1. Дягилев Ф.М. «Концепции современного естествознания»
2. Солопов Е.Ф. «Концепции современного естествознания»

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Становление механической картины мира происходило под влиянием метафизических материалистических представлений о материи и формах ее существования. Основу этой картины составили идеи и законы механики, которые в XVII в. сформировали самый разработанный раздел физики. По сути дела, именно механика явилась первой фундаментальной физической теорией. Идеи, принципы и теории механики представляли собой совокупность наиболее существенных знаний о физических закономерностях, наиболее полно отражали физические процессы в природе.

В широком смысле механика изучает механическое движение материи, тел и происходящее при этом взаимодействие между ними. Под механическим движением понимают изменение с течением времени взаимного положения тел или частиц в пространстве. Примерами механического движения в природе являются движение небесных тел, колебания земной коры, воздушные и морские течения и т.п. Происходящие в процессе механического движения взаимодействия представляют собой такие действия тел друг на друга, результатом которых становится изменение скоростей перемещения этих тел в пространстве или их деформация.

Основу механической картины мира составила теория атомов, согласно которой материя имеет дискретную (прерывистую) структуру. Весь мир, включая человека, механическая картина рассматривала как совокупность огромного числа неделимых материальных частиц - атомов. Они перемещаются в пространстве и времени в соответствии с немногими законами механики. Материя есть вещество, состоящее из мельчайших, неделимых, абсолютно твердых движущихся корпускул (атомов); в этом суть корпускулярных представлений о материи.

Законы механики, которые регулируют движение атомов и любых материальных тел, считались фундаментальными законами мироздания. Поэтому ключевым понятием механической картины мира было понятие движения, которое понималось как механическое перемещение в пространстве. Тела обладают внутренним «врожденным» свойством двигаться равномерно и прямолинейно, а отклонения от этого движения связаны с действием на тело внешней силы (инерции). Единственной формой движения является механическое движение, т.е. изменение положения тела в пространстве с течением времени; любое движение можно представить как сумму пространственных перемещений. Движение объяснялось на основе трех законов Ньютона. Все состояния механического движения тел по отношению ко времени оказываются в принципе одинаковыми, поскольку время считается обратимым. Закономерности более высоких форм движения материи должны сводиться к законам простейшей ее формы - механическому движению.

Все многообразие взаимодействий в природе механическая картина мира сводила только к гравитационному, которое означало наличие сил притяжения между любыми телами; величина этих сил определялась законом всемирного тяготения. Поэтому, зная массу одного тела и силу гравитации, можно определить и массу другого тела. Гравитационные силы являются универсальными, т.е. они действуют всегда и между любыми телами, сообщают любым телам одинаковое ускорение.

Таким образом, механическая картина представляла мир наподобие гигантской заводной игрушки. Все тела взаимодействуют только механически через столкновение или мгновенное действие гравитационной силы. Поскольку каждое тело определяется параметрами положения и состояния, а действующие на них силы складываются, возможно точное прогнозирование событий на основании расчета характеристик движения и взаимодействия.

В соответствии с механической картиной мира Вселенная представляла собой хорошо отлаженный механизм, действующий по законам строгой необходимости, в котором все предметы и явления связаны между собой жесткими причинно-следственными отношениями. В таком мире нет случайностей, они полностью исключались. Случайным было только то, причины чего оставались неизвестными. Но поскольку мир рационален, а человек наделен разумом, то в конце концов он сможет получить полное и исчерпывающее знание о бытии. Такой жесткий детерминизм находил свое выражение в форме динамических законов.

Жизнь и разум в механической картине мира не обладали никакой качественной спецификой. Человек в этой картине мира рассматривался как природное тело в ряду других тел и поэтому оставался необъяснимым в своих «невещественных» качествах. Таким образом, присутствие человека в мире не меняло ничего. Если бы человек однажды исчез с лица земли, мир продолжал бы существовать как ни в чем не бывало. По сути дела, классическое естествознание не стремилось постичь человека. Подразумевалось, что природный мир, в котором нет ничего «человеческого», можно описать объективно, и такое описание будет точной копией реальности. Рассмотрение человека как одного из винтиков хорошо отлаженной машины автоматически устраняло его из данной картины мира.

На основе механической картины мира в XVIII - начале XIX в. была разработана земная, небесная и молекулярная механика. Быстрыми темпами шло развитие техники. Это привело к абсолютизации механической картины мира, и она стала рассматриваться в качестве универсальной.

Развитие механической картины мира было обусловлено в основном развитием механики. Успех механики Ньютона в значительной мере способствовал абсолютизации ньютоновских представлений, что выразилось в попытках свести все многообразие явлений природы к механической форме движения материи. Такая точка зрения получила название «механистический материализм» (механицизм). Однако развитие физики показало несостоятельность такой методологии. Это стало ясно при тщетных попытках описать с помощью законов механики тепловые, электрические и магнитные явления (движение атомов и молекул). В результате в XIX в. в физике наступил кризис, который свидетельствовал, что физика нуждается в существенном изменении своих взглядов на мир.

Оценивая механическую картину мира как один из этапов развития физической картины мира, необходимо иметь в виду, что с развитием науки основные положения механической картины мира не были просто отброшены. Развитие науки лишь раскрыло относительный характер механической картины мира. Несостоятельной оказалась не сама механическая картина мира, а ее исходная философская идея - механицизм. В недрах механической картины мира стали складываться элементы новой - континуальной (электромагнитной) картины мира.

План:

1. Естественно-научные взгляды и методология Леонардо да Винчи.

2.

3. Галелео Галилей и рождение опытного естествознания.

4. Иоган Кеплер и открытие законов небесной механики.

5. Механика и методология Исаака Ньютона.

6. Успехи и трудности механической картины Мира.

Механическая картина Мира.

1.Естественно-научные взгляды и методология Леонардо да Винчи.

Новая наука, и в частности физика, начинается с Галилея и Ньютона. Но она, как и новая культура, не явилась непосредственным продолжением науки и культуры средних веков. На рубеже 15 в. старую, средневековую культуру стран Западной и Центральной Европы сменила новую культуру, характерными чертами которой были гуманизм, восстановление интереса к античности, возрождение античных ценностей, отрицание схоластики, вера в возможности человека и его разума.

Это эпоха Возрождения. В это время необычайно быстро развивается живопись, скульптура, архитектура, литература и новое опытное естествознание. И среди этих титанов эпохи Возрождения одним из первых следует назвать Леонардо да Винчи, «которому обязаны важнейшими открытиями самые разнообразные отрасли физики».

Для Леонардо искусство всегда было наукой. Заниматься искусством значило для него производить научные выкладки, наблюдения и опыты. Связь живописи с оптикой и физикой, с анатомией и математикой заставляла Леонардо становится ученым. Особенно высоко Леонардо ценил математику.

Математика Леонардо – это математика постоянной величины, оно, конечно, не могла овладеть сложными проблемами движения. Простота математического аппарата и сложность задач, за которые он брался в физики и технике, в ряде случаев заставляли его заменять математические выкладки наблюдением и измерением, приводили к изобретению многих приборов.

Что касается воззрений Леонардо да Винчи на пространство и время, то они были такими же, как и у Аристотеля.

Очень характерно для механики Леонардо да Винчи стремление вникнуть в сущность колебательного движения. Он приблизился к современной трактовке понятия резонанса, говоря о росте амплитуды колебаний при совпадении собственной частоты системы с частотой из вне.

Большое место в трудах Леонардо занимала гидравлика. Он начал заниматься гидравликой еще в ученические годы и возвращался к ней в течении всей своей жизни. Леонардо спроектировал и частично осуществил постройку ряда каналов. Он почти в плотную приблизился к формулировки закона Паскаля, а в теории сообщающихся сосудов практически предвосхитил идеи 17 в.

Леонардо в первые и много занимался вопросами полета. Первые исследования, рисунки и чертежи, посвященные летательным аппаратам, относится, примерно, к 1487 г. В его летательном аппарате применялись металлические части; человек располагался горизонтально, приводя механизм в движение руками и ногами.

Он построил модель планера и готовил его испытание. Стремление обезопасить человека в процессе этих испытаний привело его к изобретению парашюта.

Во времена Леонардо да Винчи беспредельно господствовала геоцентрическая система мира Птолемея. На несостоятельность ее Леонардо указывал неоднократно. Можно считать, что Леонардо независимо от Коперника приблизился к пониманию гелиоцентрической системы мира.

Леонардо пытливо наблюдал природу, и уже по одной этой причине он не мог не интересоваться вопросами геологии, палеонтологии и агрономии. Так родилась его теория окаменелостей. Леонардо не боится отказаться от библейских представлений о катастрофах и наводнениях на Земле. Он утверждает, что нахождение окаменелых раковин и растений в загадочных местах ничего общего не имеет с библейскими утверждениями, а вызвано медленным перемещением суши и моря.

Трудно перечислись все инженерные проблемы, над которыми работал пытливый ум Леонардо. Он изобрел много типов станков для прядения, тканья и других целей. Среди сохранившихся его записей есть описание циркуля с передвижным центром, землечерпалки, приспособление для водолаза, различных типов бурового инструмента. Особенно много изобретений сделал Леонардо в области военного и военно-инженерного дела.

В 1502 – 1503 гг. Леонардо да Винчи пишет письмо турецкому султану, где предлагает ему несколько своих изобретений и проектов, в том числе проект моста через бухту Золотой Рог, который соединил бы Галату со Стамбулом и под котором могли бы проплывать парусные судна.

В этот же период Леонардо да Винчи составляет проект моста через Босфор. Это бал бы огромный мост шириной около 24 метра, высотой от вода 41 метр и длиной 350 метров, причем 233 метра шли над морем, остальные 117 метра – над сушей. Это были исключительно смелые проекты и идеи, получившие свою реализацию значительно позднее.

Многие художники того времени, несмотря на строгий запрет церкви, изучали анатомию человека. Леонардо вначале интересовался вопросами анатомии как художник. Он изучал мускулатуру тела при различных положениях рук и ног, но вскоре значительно расширил объем анатомических исследований: он стал интересоваться сердцем, кровеносной системой, легкими; он впервые дал правильное описание позвоночного столба и приблизился к современному пониманию роли легких в организме. Значение анатомических работ Леонардо для развития медицины бесспорно. Следует заметить, что деятельность организма, его различных органов, разнообразные движения Леонардо да Винчи рассматривал с точки зрения механики.

Можно только удивляться и восхищаться многогранностью интересов и пытливостью ума этого мыслителя.

Подводя итоги научной деятельности этого гиганта, хотелось бы обратить внимание на его методологические взгляды.

«Истолкователем природы является опыт. Он не обманывает никогда, ошибаются только наши суждения, которые ждут от него то, что он не способен дать. Надо производить опыты, изменяя обстоятельства, пока не извлечем из них общих правил».

Высоко ценя роль опыта, роль практики, Леонардо да Винчи не был узким практицистом, он хорошо сознавал необходимость теории: «Увлекающийся практикой без науки – словно кормчий, входящий на корабль без руля или компаса: он никогда не уверен, куда плывет. Всегда практики должна быть воздвигнута на хорошей теории. Наука – полководец, а практика – солдаты». Такова методология познания Леонарда да Винчи, сохранившая свою ценность и по сей день.

2. Гелиоцентрическая система Мира Николая Коперника.

Геоцентрическая система Птолемея, несмотря на высказываемые сомнения в ее правильность и верные догадки о движении Земли, продержалась в науке 14 веков. И только с началом географических открытий, с переходом от феодального средневековья к новому времени назрела необходимость заменить теорию Птолемея новой.

В1506г. Коперник, получив образование (математика, каноническое право, медицина, астрономия) вернулся из Италии на Родину в Польшу и в течение 10 лет оформил свои идеи, рожденные в годы учебы и странствий, в виде научной теории – гелиоцентрической системы Мира. В этой системе Коперник низвел Землю до роли рядовой планеты, Солнце он поместил в центре системы, а все планеты вместе с Землей двигались вокруг Солнца по круговым орбитам. В течение 16 лет Коперник ведет астрономические наблюдения Солнца, звезд и планет. В1532г., накануне своего шестидесятилетия, он закончил труд всей своей жизни “О вращениях небесных сфер”. В феврале 1543 г., бессмертное творение Н. Коперника “о вращениях небесных сфер” было напечатано Но сам Коперник увидел свою книгу лишь за несколько часов до смерти (24 мая 1543 г.). Сочинение “О вращениях небесных сфер” состоит из 6 книг. В первой книге приводятся все логические и физические аргументы в пользу движения Земли. Вторая книга содержит элементы сферической астрономии и заканчивается каталогом, содержащим координаты 1025 звезд. Третья книга содержит теорию движения Солнца, четвертая книга – теорию движения Луны. Самой главной является пятая книга, в которой дано полное развитие гелиоцентрической теории планетных движений со всеми математическими доказательствами. В шестой книге изложено видимое движение планет.

Огромное значение созданной Коперником гелиоцентрической системы Мира обнаружилось после того, как Кеплер открыл истинные законы эллиптического движения планет, а И.Ньютон на их основе – закон всемирного тяготения; когда Леверье и Адамс на основании данных этой системы предсказали существование и теоретически определили местоположение неизвестной планеты (Нептун), а Галле, направив телескоп в указанную ими точку неба, открыл неизвестную планету. В настоящее время учение Коперника не утратило своего значение т.к. оно раскрыло истинную картину Мира и совершило революционный переворот “в развитии системы научного мировоззрения”.

3. Галилео Галилей и рождение опытного естествознания.

Галилео Галилей – великий итальянский ученый, один из создателей классической механики, родился 15 февраля 1564г., в семье небогатого пизанского дворянина. Первое образование Галилей получил в монастыре. Семнадцати лет он поступает в Пизанский университет сначала на медицинский факультет, а затем переходит на юридический, где основате6льно изучает математику и философию. В 1589г. Галилей был назначен профессором математики в Пизанский университет. В эти годы Галилей занимается опровержением учений Аристотеля о пропорциональности скорости падения весу тела. Чтобы опровергнуть данное учение он берет два тела, одинаковые по форме и размерам (чугунный и деревянный шары). Находя соотношения между скоростью падения и временем падения, между пройденным путем и временем падения, Галилей опроверг многовековое заблуждение и доказал постоянство ускорения свободного падения. Но в университете механику и астрономию приходилось излагать в духе Аристотеля и Птолемея. В 1592г он становится профессором университета в Падуе, где проработал 18 лет (по 1610г.). К концу падуанского периода Галилей начинает открыто выступать против системы Птолемея – Аристотеля.

Сделав зрительную трубу с увеличением в 32 раза и направив ее на небо, Галилей обнаружил неровности Луны; Млечный Путь оказался состоящим из множества звезд, число которых росло с ростом увеличения трубы; у Юпитера были найдены четыре спутника. Все это не соответствовало учению Аристотеля о противоположности земного и небесного, а подтверждало систему Коперника.

В 1612г Галилей издает “Рассуждения о телах, пребывающих в воде, и тех, которые в ней движутся”, эта работа была направлена против механики Аристотеля. Вслед за ней появляется письмо Галилея о солнечных пятнах. Это было тоже опровержение Аристотеля, но оно не могло пройти незамеченным церковью, церковь обвиняет Галилея в том, что он доказывает движение Земли и неподвижность Солнца; они пытаются добиться запрещения учения Коперника. В 1615г Галилей едет в Рим, чтобы защитить себя и предотвратить запрещение учения Коперника. Но 5 марта 1616г учение Коперника “как ложное и целиком противное Священному Писанию” было запрещено, Галилей получил от святой инквизиции негласный приказ молчать. В 1623г он снова едет в Рим, чтобы добиться отмены ограничений в своей научной деятельности, но официальной отмены ограничений ему добиться не удалось. Несмотря на ограничения Галилей готовит к опубликованию свою основную работу “Диалог о двух главнейших системах мира: Птолемеевой и Коперниковой”. В феврале 1632г книга вышла в свет, туда вошли все произведения Галилея, все то, что было создано им с 1590г по1625г. Цель ученого – представить не только асторономические, но и механические доводы в пользу истинности учения Коперника.

Вращение Земли, по словам Птолемея, должно было бы рассеять находящиеся на ней тела; тела при падении должны были бы двигаться не вертикально, а наклонно, так как они будут отставать от движущейся Земли; птицы и облака должны были бы уноситься на запад. Опровергая эти аргументы Галилей приходит к открытию закона инерции. Открытием этого закона было ликвидировано многовековое заблуждение, выдвинутое Аристотелем, о необходимости постоянной силы для поддержания равномерного движения. Современная формулировка этого закона такова: Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не выведет его из этого состояния. Галилей определил механический принцип относительности: никакими механическими опытами, проведенными внутри замкнутой инерциальной системы, невозможно установить: покоится система или движется равномерно и прямолинейно.

Разговоры собеседников о различных астрономических открытиях (неровностях Луны, пятнах на Солнце, фазах Венеры, спутниках Юпитера) утверждает мысль о справедливости теории Коперника.

Успех “Диалога” был потрясающим, единомышленники восторженно приветствуют Галилея с открытием новой эры в изучении природы. Противники же в свою очередь пустили слух, что под маской защитника Аристотеля и Птолемея выведен сам Папа. Началась травля Галилея, в сентябре Галилею было передано повеление папской инквизиции явиться в Рим, но из –за болезни Галилея дают небольшую отсрочку. В феврале 1633г Галилей прибывает в Рим, на допросе он отрицал, что разделял Коперниково учение после того, как инквизиция объявила его еретическим. Галилей твердо стоял на том, что в дискуссионном порядке о гелиоцентрической системе Мира и писать, и говорить не запрещалось, а сама книга была выпущена с разрешения цензуры. После допроса Галилей был арестован и заключен в кандалы инквизиции. 22 июня 1633г в церкви Святой Марии при большом стечении народа состоялся последний акт судилища над Галилеем. По приговору его книга была запрещена, а сам он подлежит тюремному заключению, длительность, которого оставлена на усмотрение Святой службы. Унизительный акт судилища и отречения сильно подорвали здоровье больного Галилея, но несмотря не на все Галилей мысленно видел свое будущее произведение “Беседы и математические доказательства”, в котором идеи “Диалога” получали свое дальнейшее развитие. «Беседы» были закончены в 1637г. В книге обобщено все то, что сделал Галилей в области механики. В 1642г Галилея не стало. Ушел из жизни один из замечательных мыслителей, великий астроном, механик, физик, математик.

Галилей считается одним из основоположников опытного естествознания и новой науки. Именно он сформулировал требования к научному эксперименту, состоящие в устранении побочных обстоятельств, в умении видеть главное. Путем эксперимента Галилей опроверг учение Аристотеля о пропорциональности скорости падения весу тела, показал, что воздух имеет вес и определил его плотность. Он был первым, кто направил зрительную трубу на небо в научных целях, тем самым, расширив сферу познания. Мысленные эксперименты Галилея построены на идеализации движения шаров, тележек и других материальных объектов по горизонтали и наклонной плоскости. Мысленный эксперимент получил в дальнейшем широкое распространение в физике и стал важнейшим методом познания, им пользовался Максвелл при создании теории электромагнитного поля. Мысленные эксперименты позволили многим ученым (Максвелл, Больцман, Карно и др.) установить закономерности в хаотическом тепловом движении и термодинамики. Таким образом, и принцип относительности Галилея, получивший свое дальнейшее развитие в теории относительности, и мысленный эксперимент, введенный в науку им же и ставший необходимым методом современной физики, свидетельствуют о чрезвычайно высоком методологическом уровне, на котором в своих исследованиях стоял великий итальянский ученый.

4.Иоган Кеплер и открытие законов небесной механики.

Иоган Кеплер родился 27 декабря 1571г, отец его, Генрих Кеплер, разорившийся дворянин, служил простым солдатом, мать – дочь деревенского трактирщика, не умела читать и писать. При рождении мальчик чудом остался жив. Когда ему исполнилось четыре года родители бросили его, в 13 лет он умирал в третий раз, но жизнь не покидала его. Окончив в 1579г монастырскую школу, Кеплер перевелся в духовную трехгодичную школу, после которой остался в Тюбингенской семинарии, а после – в Тюбингенском университете. В университете он познакомился с учением Коперника, став его горячим сторонником. Работая учителем математики и философии в училище г. Граца, он вместе с преподаванием стал заниматься научной работой по астрономии, а также составлять календари и гороскопы. Кеплер был вынужден заниматься астрологией, чтобы не умереть с голоду, прокормить свою семью и вести исследования по астрономии.

За свою жизнь Кеплер написал много работ. Его первая книга, изданная в 1597г., вышла под интересным названием «Космографическая тайна». Кеплер поставил задачу найти числовые отношения между орбитами планет. Пробуя различные комбинации чисел, он пришел к геометрической схеме, по которой можно было отыскивать расстояния планет от Солнца. Свою работу Кеплер отослал датскому астроному Тихо Браге и Г.Галилею. Из-за преследования со стороны католической церкви жизнь на родине стала невыносимой, и Кеплер едет в Прагу. Там он был назначен имперским математиком и должен был работать под руководством Тихо Браге – имперского астронома. В 1601г умирает Тихо Браге и в руках Кеплера оказался журнал тридцатилетних наблюдений «короля астрономии».

В 1609г появилась на свет книга Кеплера «Новая астрономия или Небесная физика с комментариями на движение планеты Марс по наблюдениям Тихо Браге». В течение восьми лет трудился он над расчетами, семьдесят раз пришлось повторять каждое вычисление, но, не смотря не на все он сформулировал первые два закона о движении планет:

1. Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце.

2. Радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, за равные промежутки времени описывает равные площади.

Нужда и несчастье продолжает преследовать его, в 1611г умерли его жена и сын, и он остался с двумя детьми на руках. Материальная нужда заставила его покинуть Прагу, и он уехал в Линц, где он занял место преподавателя математики. В 1615г он получает известие об обвинении его матери в колдовстве. Всю свою силу и находчивость он тратит, чтобы спасти мать от костра, в 1621 он добивается ее освобождения. Даже после таких ударов судьбы сила духа не покидает его, и он выпускает новую работу «Гармония мира», содержащую третий закон небесной механики: квадраты периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Другие наиболее известные работы Кеплера это: «Рудольфовы таблицы» - астрономические планетные таблицы, над которыми Кеплер работал 20 лет. Названы были в честь императора Рудольфа 2. Эти таблицы служили морякам и астрономам, составителям календарей и астрологам и только в 19 веке были заменены более точными. Своими работами по математике Кеплер внес большой вклад в теорию конических

Сечений, в разработку теории логарифмов, способствовал разработке интегрального исчисления и изобретению первой вычислительной машины. В1618г начинается Тридцатилетняя война. Казна по прежнему пуста Кеплер живет случайными заработками, совершая многочисленные поездки в Регенсбург с хлопотами о выдаче жалованья. Во время одной из таких поездок Кеплер заболел и умер. В 1774г Петербургская Академия наук купила большую часть архива Кеплера.

Этому замечательному человеку и большому ученому на его родине, в Вейле и Регенсбурге, поставлены памятнике и открыты музеи. Кеплеру суждено бессмертие в награду за его настойчивость и изобретательность, с которой он возобновлял свои попытки разгадать тайны Природы, за открытые им законы движения планет.

В 1996г исполнилось 425 лет со дня рождения одного из величайших астрономов мира Иоганна Кеплера.

5. Механика и методология Исаака Ньютона.

В 1987г исполнилось 300 лет со времени выхода в свет выдающегося труда профессора Кембриджского университета Исаака Ньютона «Математические начала натуральной философии».

В своем фундаментальном труде, содержащем в русском переводе 700 страниц, гениальный английский физик, астроном и математик изложил систему законов механики, закон всемирного тяготения, дал общий подход к исследованию различных явлений на основе «метода принципов», т.е. работа имела не только большое научное, но и большое методологическое значение. Для Ньютона было очень важно наследие его предшественников: «Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов.». Среди этих гигантов в первую очередь следует назвать Галилея и Кеплера. В 27 лет он стал профессором Кембриджского университета.

В своих работах по оптике Ньютон поставил очень важный и сложный вопрос: «Не являются ли лучи света очень мелкими частицами, испускаемыми светящимися телами?» И гипотеза истечения, а затем и корпускулярная теория, признанная безоговорочно его последователями и подкрепленная авторитетом Ньютона, господствующей в оптике 18 в. С этой теорией многие не соглашались т.к. на ее основе невозможно было объяснить интерференцию и дифракцию света. В теории света Ньютон хотел объединить корпускулярные и волновые представления. По этому поводу у Ньютона было две интересные мысли:

1.О возможном превращении тел в свет и обратно. В 1933-1934гг. были впервые открыты факты превращения электрона и позитрона в гамма-кванты (фотоны) и рождение электрона и позитрона при взаимодействии фотона с заряженными частицами. Это фундаментальное открытие современной физики элементарных частиц.

2.О влиянии тел на распространение света.

Вершиной научного творения Ньютона являются «Начала..». Примерно два с половиной года напряженной работы стоило Ньютону подготовка первого издания «Начал..». Книга состояла из трех частей: в первых двух излагались законы движения тел, третья часть была посвящена системе Мира. К первому изданию Ньютон написал собственное предисловие, где он говорит о тенденции современного ему естествознания «подчинить явления природы законам математики». Далее Ньютон формулирует назначение работы и задачи физики: «Сочинение это нами предлагается как математические основания физики. Вся трудность физики состоит в том, чтобы по явлениям движения распознать силы природы, а затем, по этим силам объяснить все остальные явления», с этой трудной задачей ему удалось справиться. В качестве первого закона механики Ньютон взял открытый Галилеем закон инерции, сформулировав его более строго. Ядром механики является второй закон, который связывает изменение импульса тела с действующей на него силой т.е. изменение импульса тела в единицу времени равно действующей на него силе и происходит в направлении ее действия. В третьем законе механики было отражено, что действие тел всегда носит характер взаимодействия и что силы действия и противодействия равны по величине и противоположны по направлению. Четвертым законом был закон всемирного тяготения. Высказав положение о всеобщем характере сил тяготения и одинаковой их природе на всех планетах, показав, что «вес тела на всякой планете пропорционален массе этой планете», установив эксперимент пропорциональность массы тела и его веса (сила тяжести), Ньютон делает вывод, что сила тяготения между телами пропорциональна массам этих тел.

О том, что сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния, считали еще до Ньютона много ученых, но только Ньютон сумел логически обосновать и убедительно доказать с помощью законов динамики и эксперимента этот всеобщий закон. Установление пропорциональности между массой и весом означало, что масса является не только мерой инертности, но и мерой гравитации.

В третьей части книги ученый изложил общую систему Мира и небесную механику, теорию сжатия Земли у полюсов, теорию приливов и отливов, движение комет, возмущения в движении планет и т.д., основываясь на законе всемирного тяготения. Теория тяготения вызывала философские дискуссии и нуждалась в дальнейшем доказательстве. Первым стал вопрос о форме Земли. По теории Ньютона Земля была сжата у полюсов, по теории Декарта – вытянута. Споры были разрешены в результате измерения дуги земного меридиана в экваториальной зоне (Перу) и на севере (Лапландия) двумя экспедициями Парижской Академией наук. Верной оказалась теория Ньютона.

В работах Ньютона раскрывается его методология и мировоззрение исследований. Ньютон был убежден в существовании материи, пространства и времени, в существовании объективных законов мира, доступных человеческому познанию. Своим стремлением свести все к механики Ньютон поддерживал механистический материализм (механицизм). Несмотря на свои огромные достижения в области естествознания, он глубоко верил в Бога, очень серьезно относился к религии. Он считал, что «мудрость Господня открывается одинаково в строении природы и в священных книгах. Изучать то и другое – дело благородное». Ньютон был автором «Толкования на книгу пророка Даниила», «Апокалипсиса», «Хронологии». Из этого можно сделать вывод, что для Ньютона не было конфликта между наукой и религией, в его мировоззрении уживалось и то и другое.

Свой метод познания сам Ньютон характеризует следующим образом: «Выве6сти два или три общих принципа движения из явлений и после этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных принципов, было бы очень важным шагом в философии, хотя бы причины этих принципов и не были еще открыты». Под принципами Ньютон подразумевает наиболее общие законы, лежащие в основе физики. Этот метод после был назван методом принципов, требования к исследованию Ньютон изложил в виде 4-х правил:

1. Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений.

2. Одинаковым явлениям необходимо приписывать одинаковые причины.

3. Независимые и неизменные при экспериментах свойства тел, подвергнутых исследованию, надо принимать за общие свойства материальных тел.

4. Законы, индуктивно найденные из опыта, нужно считать верными, пока им не противоречат другие наблюдения.

Поскольку принципы устанавливаются путем исследования явлений природы, то вначале они представляют собой гипотезы, из которых путем логической дедукции получают следствия, проверяемые на практике. Поэтому метод принципов Ньютона является гипотетико-дедуктивный метод, который в современной физике является одним из основных для построения физических теорий. Метод Ньютона получил высокую оценку в методологических высказываниях многих ученых, в том числе А.Эйнштейна и С.И.Вавилова, но многие ученые также считали, что принципы и гипотезы выводятся прямо из опыта. Следовательно, прямо из опыта путем формальной логики выводится теория, которая имеет только цель связать одни опытные данные с другими.

Очень много вопросов и споров в истории физики вызвали взгляды Ньютона на пространство и время. Ньютон исходит из того, что в практике люди познают пространство и время путем измерения пространственных отношений между телами и временных отношений между процессами. Выработанные таким путем понятия пространства и времени Ньютон называет относительными. Он допускает, что в природе существуют не зависящие от этих отношений абсолютные пространство и время, как пу4стые вместилища тел и событий. Пространство и время по Ньютону, не зависят от материи и материальных процессов, что не согласуется с представлениями физики xx века. Поскольку материя у Ньютона является инертной и неспособной к самодвижению, а пустое абсолютное пространство безразлично к материи, то в качестве первоисточника движения он признает «первый толчок», то есть Бога.

Ньютон – этот блестящий гений – указал, по словам Эйнштейна, пути мышления, экспериментальных исследований и практических построений, создал гениальные методы и в совершенстве владел ими, был исключительно изобретателен в нахождении математических и физических доказательств, был самой судьбой поставлен на поворотном пункте умственного развития человечества. Современная физика не отбросила механику Ньютона, она только установила границы ее применимости.

6.Успехи и трудности МКМ

МКМ складывалась под влиянием метафизических материалистических представлений о материи и формах ее существования. Основополагающими идеями этой картины Мира являются классический атомизм и механицизм. Ядром МКМ является механика Ньютона, в любой физической теории довольно много понятий, но есть основные, в которых проявляется специфика этой теории, ее базис, ее мировоззренческий аспект. К таким понятиям относятся: материя, движение, пространство, время, взаимодействие. Материя – это вещество, состоящее из мельчайших, далее неделимых, абсолютно твердых движущихся частиц (атомов), т.е. в МКМ были приняты дискретные представления о материи. И поэтому важнейшими понятиями в механике были понятия материальной точки и абсолютно твердого тела, материальная точка – это тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь. Абсолютно твердое тело – это система материальных точек, расстояние между которыми остается неизменным.

Пространство . Аристотель отрицал существование пустого пространства, связывая пространство, время и движение. Атомисты же признавали атомы и пустое пространство, в котором атомы движутся. Ньютон рассматривает два вила пространства: относительное, с которым люди знакомятся путем измерения пространственных отношений между телами, и абсолютное – это пустое вместилище тел, оно не связано с временем и его свойства не зависят от наличия или отсутствия в нем материальных объектов. Оно является трехмерным, непрерывным, бесконечным, однородным, изотропным. Пространственные отношения описываются в МКМ геометрией Евклида.

Время . Ньютон рассматривает два вида времени: относительное и абсолютное. Относительное время познают в процессе измерений. «Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему – либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностно». Таким образом, время – пустое вместилище событий, не зависящее ни от чего, оно течет в одном направлении (от прошлого к будущему), оно непрерывно, бесконечно и везде одинаково (однородно).

Движение . В МКМ признавалось только механическое движение, т.е. изменение положения тела в пространстве с тече6нием времени. Считалось, что любое сложное движение можно представить как сумму пространственных перемещений (принцип суперпозиции). Движение любого тела объяснялось на основе трех законов Ньютона.

Следует заметить, что в механики вопрос о природе сил не имел принципиального значения. Для ее законов и методологии было достаточно, что сила – это количественная характеристика механического взаимодействия тел. Просто она стремилась свести все явления природы к действию сил притяжения и отталкивания, встретив на этом пути непреодолимые трудности.

Важнейшими принципами МКМ являются принцип относительности Галилея, принцип дальнодействия и принцип причинности. Принцип относительности Галилея утверждает, что все инерциальные системы отсчета (ИСО) с точки зрения механики совершенно равноправны (эквивалентны). Переход от одной инерциальной системы к другой осуществляется на основе преобразований Галилея.

В МКМ было принято, что взаимодействие передается мгновенно и промежуточная среда в передаче взаимодействия участия не принимает. Это положение и носит принцип дальнодействия.

Как известно, беспричинных явлений нет, всегда можно выделить причину и следствие, причина и следствие взаимосвязаны, и влияют друг на друга. Следствие может быть причиной другого явления. «Всякое имеющее место явление связано с предшествующим на основании того очевидного принципа, что оно не может возникнуть без производящей причины». В природе могут быть и более сложные связи:

1.У одного и того же следствия могут быть разные причины, например, превращение насыщенного пара в жидкость за счет повышения давления или за счет понижения температуры.

2.В тепловом движении, например, скорость, кинетическая энергия, импульс отдельной частицы изменяются без изменения макропараметров (температуры, давления, объема), характеризующих систему в целом. В результате развития термодинамики и статистической физики был открыт ряд важных законов, в том числе сохранения и превращения энергии для тепловых процессов (первое начало термодинамики) и закон возрастания энтропии в изолированных системах (второе начало термодинамики).

Термодинамика – это раздел физики, который изучает закономерности перехода энергии из одного вида в другой. Первый закон термодинамики гласит: Тепло, сообщенной системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы против внешних сил. С точки зрения первого начала термодинамики в системе могут протекать любые процессы, лишь бы не нарушался закон сохранения и превращения энергии.

Все реальные процессы являются необратимыми, поскольку наличие сил трения обязательно приводит к переходу упорядоченного движения в неупорядоченное. Для характеристики состояния системы и направленности протекания процессов и была введена в физике особая функция состояния – энтропия. Оказалось, что энтропия замкнутой системы не может убывать. Замкнутость системы означает, что в ней процессы протекают самопроизвольно, без внешнего влияния. В случае обратимых процессов (а их в реальности нет) энтропия замкнутой системы остается неизменной, в случае необратимых процессов – она возрастает. Таким образом, реально энтропия замкнутой системы может только возрастать, это и есть закон возрастания энтропии (одна из формулировок второго начала термодинамики). Этот закон имеет большое значение для анализа процессов в замкнутых макроскопических системах. Статистический характер этого закона означает его большую фундаментальность по сравнению с динамическими законами.

В современной физике вероятностно-статистические идеи получили широчайшее распространение (статистическая физика, квантовая механика, теория эволюции, генетика, теория информации, теория планирования и т.д.). Несомненно, и их практическая ценность: контроль качества продукции, проверка работы того или иного объекта, оценка надежности агрегата, организация массового обслуживания. Но ни термодинамика, ни статистическая физика не сумели коренным образом изменить представления МКМ, разрушить ее: МКМ видоизменилась и расширила свои границы. Развитие физики до середины xlxв шло в основном в рамках ньютоновских воззрений, но все больше новых открытий, особенно в области электрических и магнитных явлений, не вписывались в рамки механических представлений, т.е. МКМ становилась тормозом для новых теорий, и назревала необходимость перехода к новым воззрениям на материю и движение. Несостоятельной оказалась не сама МКМ, а ее исходная философская идея – механицизм. В недрах МКМ стали складываться элементы новой – электромагнитной – картины Мира.

Все сказанное о механической картине Мира можно подытожить следующими выводами:

1.Впечатляющие успехи механики привели к механицизму и представление о механической сущности Мира стало основой мировоззрения. Неделимые атомы составляли основу Природы. Живые существа – это «божественные машины», действующие по законам механики. Бог создал Мир и привел его в движение.

2.В рамках МКМ развивалась молекулярная физика. Представление о теплоте формировалось в двух направлениях: как механическое движение частиц и как движение невесомых, неощутимых «флюидов» (теплород, флогистон).

На основе электрических магнитных «жидкостей» механика стремилась объяснить электрические и магнитные явления, на основе флюида «жизненная сила» пыталась понять работу живых организмов.

3.Анализ работы тепловых машин привел к возникновению термодинамики, важнейшим достижением которой явилось открытие закона сохранения и превращения энергии. Но в МКМ все виды энергии сводились к энергии механического движения. Макромир и микромир подчинялись одним и тем же механическим законам. Признавались только количественные изменения. Это означало отсутствие развития, т. е. Мир считался метафизическим.

Список используемой литературы:

1. Дягилев Ф.М. «Концепции современного естествознания»

2. Солопов Е.Ф. «Концепции современного естествознания»

В самом возникновении механической картины мира главную роль сыграли совершенно новые идеи мировоззрения и новые идеалы изучения деятельности, которые сложились в культуре эпохи Возрождения и самого начала Нового времени. Возникшие в философии, они представляли собой сборник идей, которые в сою очередь обеспечили совершенно новое представление знания накопленное предшественниками и практических фактов полученных при изучении физических процессов и позволили создать совершенно новую систему представлений об данных процессах. И так же принцип единства материального сыграл очень важную роль в создании механической картины мира, он не рассматривал схоластическое разделение на небесный мир и земной, принцип закономерности и причинности природных процессов, принцип экспериментального представления знания и присоединение на создание исследования мира при помощи эксперимента с описанием ее законов математических законов. После построения механической картины мира, данные принципы переросли в ее философское обоснование .

Главную часть механической картины мира составили теории и законы механики, которая в XVII веке была наиболее развитым разделом физики. Вообще, механика являлась первой и главной фундаментальной физической теорией. Теории, идеи и принципы механики представляли собой перечень наиболее точных знаний о физических законах, наиболее полно отражали физические процессы в природе. Механика как наука изучает механическое движение материальных тел и возникающее при движении взаимодействия между телами. Под механическим движением подразумевают изменение взаимного положения тел или частиц по отношению друг к другу в пространстве с течением времени. Например, колебания частиц, движение твердых тел, морские и воздушные течения и т.д. Взаимодействия, которые происходят в процессе механического движения, они представляют собой действия тел относительно друг друга, в результате такого взаимодействия происходит изменение скоростей перемещения данных тел в пространстве и времени или их деформация.

Одним из главных понятиями механики как фундаментальной физической теории являются следующие понятия, такие как материальная точка - тело, формами и размерами которого можно пренебречь в данной задаче; абсолютно твердое тело - тело, расстояние которого между двумя точками остается постоянным, а его деформацией можно пренебречь. Такие понятия характеризуются при помощи следующих обозначений: масса - мера количества вещества; вес - сила, с которой тело взаимодействует с опорой. Масса является константой, в то время как вес можно менять. Эти понятия выражаются с помощью следующих физических величин: энергия, координаты, сила, импульсы.

Основными понятиями механической картины мира составили такие атомизмы как - теория, которая целый мир, включая человека, рассматривала как систему огромного числа материальных частиц - атомов. Они передвигались во времени и пространстве в соответствии с действующими законами механики. Материя - это вещество, которое состоит из абсолютно твердых, мельчайших, неделимых, перемещающихся частиц (атомов). Это объяснение и есть корпускулярное представление о материи.

Главным определением механической картины мира было понятие движения, которое представлялось как механическое перемещение тел. Тела обладают таким свойством как равномерное и прямолинейное движение, а отклонения от такого движения обусловлены действием на тело внешней силы. Механическое движение является единственной формой движения, т.е. изменение положения тела в пространстве и времени.

Все взаимодействия, сколько бы их не было, механическая картина мира переводила к гравитационному взаимодействию, которое обуславливало наличие сил притяжения тел относительно друг друга; величина таких сил определялась при помощи закона всемирного тяготения. Из этого следует, что если мы знаем массу одного тела и силу гравитации, тогда мы можем определить и массу другого тела. Гравитационные силы это универсальные силы, т.е. эти силы могут действовать постоянно и между телами и сообщают любым другим телам одинаковое ускорение.

Механическая картина мира (механические представления) формируются при помощи гелиоцентрической системы Н. Коперника, естествознания на основе эксперимента Г. Галилея, законами небесной механики И. Кеплера и механики И. Ньютона.

Исаак Ньютон считается создателем механика как науки. В 1686 году он представил свой труд «Математические начала натуральной философии», где он сформулировал эту физическую теорию, которая стала канонической.

Ньютон начинает свой рассказ с нескольких аксиом и определений, которые связаны друг с другом таким образом, что возникает то, что можно назвать «замкнутой системой». Каждому такому понятию был дан свой математический символ, а потом связи между различными понятиями рассматриваются в виде математических уравнений, которые записываются с помощью таких символов. Математическое представление системы обеспечивает невозможность возникновения противоречий символов внутри системы. Таким образом, взаимодействие и движение тел под действием внешних сил решаются в виде возможных ответов математического уравнения или же системы таких уравнений. Порядок определений и аксиом, который записан в виде некоторого числа уравнений, может рассматриваться как описание постоянной структуры природы, которая не зависит ни от конкретного местоположения протекания процесса, ни от времени и, следовательно, имеет силу, так сказать, вообще не зависящую ни от пространства ни от времени .

Связь разных понятий системы между друг другом настолько тесна, что если изменить хоть одно из этих понятий, то и весь смысл теории разрушается. На данном основании система Ньютона продолжительное время рассматривалась как законченная. Ученые считали, что в дальнейшем ее задачей будет является только практическое применение ньютоновской механики к все более глубоким областям науки. И фактически физика в течение более двух столетий развивалась только в данном направлении.

Построение своей собственной системы Ньютон начинает с введения таких определений, как базисные физические понятия, таких, как сила, масса, инерция, количество движения и т.д. Решая проблему взаимодействия тел относительно друг друга, Ньютон предложил принцип дальнодействия. Согласно данному принципу, взаимодействие между телами происходит мгновенно вне зависимости от расстояния, без взаимодействия материальных тел, то есть промежуточная среда в передаче взаимодействия участия не принимает.

После этих определений Ньютон вводит такие понятия, как абсолютное и относительное пространство, временя и движение, чему посвящено «Поучение», завершающее первую главу «Начал». Вторая же глава содержит аксиомы, которые представлены в виде трех законов движения. На базе данной аксиоматической основы разворачивается дедуктивное построение всей системы «Начал».

Понятия пространства и времени вводятся Ньютоном на уровне первичных терминов и получают физическое содержание при помощи аксиом, через законы движения. Хотя они и состоят из аксиом не только потому, что ими определяются, но и потому, что вводят картину реализации самих аксиом: законы движения классической механики справедливы только в инерциальных системах отсчета, которые и определяют друг друга как системы, которые двигаются инерциально по отношению к абсолютному пространству с течением времени. Следует учитывать, что абсолютное пространство Ньютона выступало в его системе в различных ипостасях: теологическое пространство как чувствилище бога; пространство картины мира как пустота; теоретическое пространство как универсальная инерциальная система отсчета; эмпирическое пространство как пространство относительное. Соответственно одна ипостась абсолютного пространства, которая предшествует законам движения, а другая ими же задается. Во всяком случае, можно тек же определить первоначальный статус абсолютного пространства и времени – ящик в котором отсутствуют стенки и чистая продолжительность. Это показано в известных положениях «Начал» Ньютона .

Абсолютное, истинное математическое время протекает равномерно и поэтому называется длительностью.

Абсолютное пространство безотносительно ко всему внешнему, и оно остается всегда одинаковым и лишено всякого движения.

И абсолютное время, и абсолютное пространство существуют совершенно вне зависимости от материи. Таким образом, материя, пространство и время представляют три независящих друг от друга сущности.

В соотношении с механической картиной мира Вселенная представляла собой хорошо отлаженную систему, которая действовала при помощи законов строгой необходимости, в которых все явления и предметы связаны между собой четкими причинно-следственными связями. В таком мире нет места случайностям, она полностью исключалась из картины мира. Случайным могла быть только то, причин чего мы не знаем. Так как наш мир рационален, а человек наделен разумом, то, в конце концов, он может получить точное, полное и исчерпывающее знание о бытии.

Разум и жизнь в механической картине мира не обладали точной спецификой. Человек в такой картине мира рассматривался как природное тело вместе с другими телами, и поэтому так и оставался необъяснимым в своих «невещественных» качествах. Поэтому присутствие в мире человека ничего не меняло. Если бы человек исчез однажды с лица земли, мир так бы и продолжал существовать, как и было до этого. По сути, классическое естествознание вообще не стремилось познать человека. Подразумевалось, что мир природный, в нем нет ничего человеческого, такой мир можно описать объективно, и такое описание будет точной и полной копией реальности. Познание человека как одного из объектов хорошо отлаженной системы автоматически устраняло его из такой картины мира.

Таким образом, можно выделить основные этапы формирования (построения) механической картины мира:

1. В пределах механической картины мира сложилась корпускулярная (дискретная) модель мира. Материя - вещественная субстанция, которая состоит из атомов и молекул. Атомы абсолютно непроницаемы, прочны, неделимы и характеризуются наличием веса и массы.

2. Концепция абсолютного времени и пространства: пространство постоянно, трехмерно и никак не зависит от материи; время не зависит ни от материи, ни от пространства; время и пространство никак не связаны с движением тел, они обладают абсолютным характером.

3. Движение – относительно простое механическое перемещение. Законы движения являются фундаментальными законами природы. Тела двигаются прямолинейно и равномерно, а отклонения от такого движения и есть действие на них внешней силы. Универсальным свойством тел является такая сила, как сила тяготения, которая является дальнодействующей. Принцип дальнодействия предложил Ньютон. И согласно его принципу, взаимодействие тел между собой происходит мгновенно на разных расстояниях, без каких-либо материальных посредников. Концепция дальнодействия была основана на понимании пространства и времени как особых сред, вмещающих в себя взаимодействующие тела.

4. Все механические процессы рассматривались законами механики и подчинялись принципу детерминизма. Детерминизм – это такой философский подход, который признает только объективную закономерность и причинную обусловленность всех явлений общества и природы, отрицание беспричинных явлений. Случайность исключалась из данной картины мира. Такой четкий детерминизм находил свое выражение в форме динамических законов. Динамический закон - это закон, управляющий поведением выбранного объекта и позволяющий устанавливать точную связь его состояний. Динамический закон, абстрагируясь от случайных явлений, выражает непосредственную необходимость. Поэтому он дает отражение объективной действительности с точностью, исключающей случайные связи.

5. Как основа механическая картина мира в XVIII - XIX вв. разработала небесную, земную и молекулярную механику. Макромир и микромир подчинялись одним и тем же механическим законам. Это и привело к абсолютизации механической картины мира, которая рассматривалась в то время как универсальная.

Развитие механической картины мира было обусловлено в основном развитием механики. Успешные открытия механики Ньютона в главной мере способствовал абсолютизации ньютоновских представлений, что выразилось в дальнейшем в попытках суммировать все многообразие явлений природы к механической форме движения материи. Такая точка зрения получила название механистического материализма (механицизм). Однако развитие физики показало неспособность этой методологии, так как описать магнитные, тепловые и электрические явления с помощью законов механики, а также движение атомов и молекул таких физических явлений не представлялось возможным. В результате в XIX веке в физике наступил кризис, который свидетельствовал, что физике было нужно существенное изменение взглядов на мир.

Проводя оценку механической картины мира как один из этапов развития физической картины мира, нужно иметь в виду, что с развитием науки основные положения механической картины мира не были просто изъяты. Развитие науки лишь открыло относительный характер механической картины мира. Несостоятельной оказалась не сама механическая картина мира, а ее исходная философская идея - механицизм. В недрах механической картины мира уже складывались элементы новой - электромагнитной картины мира.

История науки свидетельствует, что естествознание, возникшее в ходе научной революции XVI - XVII вв., было связано долгое время с развитием физики. Именно физика была и остается сегодня наиболее развитой и систематизированной естественной наукой. Поэтому, когда возникло мировоззрение европейской цивилизации Нового времени, складывалась классическая картина мира, естественным было обращение к физике, ее концепциям и аргументам, во многом определившим эту картину. Степень разработанности физики была настолько велика, что она могла создать собственную физическую картину мира, в отличие от других естественных наук, которые лишь в XX веке смогли поставить перед собой эту задачу (создание химической и биологической картин мира).
Поэтому, начиная разговор о конкретных достижениях естествознания, мы начнем его с физики, с картины мира, созданной этой наукой.
Понятие «физическая картина мира» употребляется давно, но лишь в последнее время оно стало рассматриваться не только как итог развития физического знания, но и как особый самостоятельный вид знания - самое общее теоретическое знание в физике (система понятий, принципов и гипотез), служащее исходной основой для построения теорий. Физическая картина мира, с одной стороны, обобщает все ранее полученные знания о природе, а с другой - вводит в физику новые философские идеи и обусловленные ими понятия, принципы и гипотезы которых до этого не было и которые коренным образом меняют основы физического теоретического знания: старые физические понятия и принципы ломаются, новые возникают, картина мира меняется.
Развитие самой физики непосредственно связано с физической картиной мира. При постоянном возрастании количества опытных данных картина мира весьма длительное время остается относительно неизменной. С изменением физической картины мира начинается новый этап в развитии физики с иной системой исходных понятий, принципов, гипотез и стиля мышления. Переход от одного этапа к другому знаменует качественный скачок, революцию в физике, состоящую в крушении старой картины мира и в появлении новой.
В пределах данного этапа развитие физики идет эволюционным путем, без изменения основ картины мира. Оно состоит в реализации возможностей построения новых теорий, заложенных в данной картине мира. При этом она может эволюционировать, достраиваться, оставаясь в рамках определенных конкретно-физических представлений о мире.
Ключевым в физической картине мира служит понятие «материя», на которое выходят важнейшие проблемы физической науки. Поэтому смена физической картины мира связана со сменой представлений о материи. В истории физики это происходило два раза. Сначала был совершен переход от атомистических, корпускулярных представлений о материи к полевым - континуальным. Затем, в XX веке, континуальные представления были заменены современными квантовыми. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга физических картинах мира.

МЕХАНИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

Она складывается в результате научной революции XVI -XVII вв. на основе работ Г. Галилея и П. Гассенди, восстановивших атомизм древних философов, исследований Декарта и Ньютона, завершивших построение новой картины мира, сформулировавших основные идеи, понятия и принципы, составившие механическую картину мира.
Основу механической картины мира составил атомизм, который весь мир, включая и человека, понимал как совокупность огромного числа неделимых частиц - атомов, перемещающихся в пространстве и времени.
Ключевым понятием механической картины мира было понятие движения. Именно законы движения Ньютон считал фундаментальными законами мироздания. Тела обладают внутренним врожденным свойством двигаться равномерно и прямолинейно, а отклонения от этого движения связаны с действием на тело внешней силы (инерции). Мерой инертности является масса, другое важнейшее понятие классической механики. Универсальным свойством тел является тяготение.
Решая проблемы взаимодействия тел, Ньютон предложил принцип дальнодействия. Согласно этому принципу взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, без каких-либо материальных посредников.
Концепция дальнодействия тесно связана с пониманием пространства и времени как особых сред, вмещающих взаимодействующие тела. Ньютон предложил концепцию абсолютного пространства и времени. Пространство представлялось большим «черным ящиком», вмещающим все тела в мире, но если бы эти тела вдруг исчезли, пространство все равно бы осталось. Аналогично, в образе текущей реки, представлялось и время, также существующее абсолютно независимо от материи.
В механической картине мира любые события жестко предопределялись законами механики. Случайность в принципе исключалась из картины мира. Как говорил П. Лаплас, если бы нашелся гигантский ум, способный объять мир (знание о координатах всех тел в мире, а также силах, действующих на них), то он однозначно мог бы предсказать будущее этого мира.
Жизнь и разум в механической картине мира не обладали никакой качественной спецификой. Поэтому присутствие человека в мире не меняло ничего. Если бы человек однажды исчез с лица земли, мир продолжал бы существовать как ни в чем не бывало.
На основе механической картины мира в XVIII - начале XIX вв. была разработана земная, небесная и молекулярная механика. Быстрыми темпами шло развитие техники. Это привело к абсолютизации механической картины мира, к тому, что она стала рассматриваться в качестве универсальной.
В это же время в физике начали накапливаться эмпирические данные, противоречащие механической картине мира. Так, наряду с рассмотрением системы материальных точек, полностью соответствовавшей корпускулярным представлениям о материи, пришлось ввести понятие сплошной среды, связанное по сути дела, уже не с корпускулярными, а с континуальными представлениями о материи. Так, для объяснения световых явлений вводилось понятие эфира - особой тонкой и абсолютно непрерывной световой материи.
В XIX в. методы механики были распространены на область тепловых явлений, электричества и магнетизма. Казалось бы, это свидетельствовало о больших успехах механического понимания мира в качестве общей исходной основы науки. Но при попытке выйти за пределы механики материальных точек приходилось вводить все новые искусственные допущения, которые постепенно готовили крушение механической картины мира. Аналогично световым явлениям, для объяснения теплоты, электричества и магнетизма вводились понятия теплорода, электрической и магнитной жидкости как особых разновидностей сплошной материи.
Хотя механический подход к этим явлениям оказался неприемлемым, опытные факты искусственно подгонялись под механическую картину мира. Попытки построить атомистическую модель эфира продолжались еще и в XX веке.
Эти факты, не укладывающиеся в русло механической картины мира, свидетельствовали о том, что противоречия между установившейся системой взглядов и данными опыта оказались непримиримыми. Физика нуждалась в существенном изменении представлений о материи, в смене физической картины мира.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ КАРТИНА МИРА

В процессе длительных размышлений о сущности электрических и магнитных явлений М. Фарадей пришел к мысли о необходимости замены корпускулярных представлений о материи континуальными, непрерывными. Он сделал вывод, что электромагнитное поле сплошь непрерывно, заряды в нем являются точечными силовыми центрами. Тем самым отпал вопрос о построении механической модели эфира, несовпадении механических представлений об эфире с реальными опытными данными о свойствах света, электричества и магнетизма. Основная трудность в объяснении света при помощи понятия эфира состояла в следующем: если эфир - сплошная среда, то он не должен препятствовать движению в нем тел и, следовательно, должен быть подобен очень легкому газу. В опытах со светом были установлены два фундаментальных факта: световые и электромагнитные колебания являются не продольными, а поперечными, и скорость распространения этих колебаний очень велика. В механике же было показано, что поперечные колебания возможны только в твердых телах, причем скорость их зависит от плотности тела. Для такой большой скорости, как скорость света, плотность эфира во много раз должна была превосходить плотность стали. Но тогда, как же двигаются тела?
Одним из первых идеи Фарадея оценил Максвелл. При этом он подчеркивал, что Фарадей выдвинул новые философские взгляды на материю, пространство, время и силы, во многом изменявшие прежнюю механическую картину мира.
Взгляды на материю менялись кардинально: совокупность неделимых атомов переставала быть конечным пределом делимости материи, в качестве такового принималось единое абсолютно непрерывное бесконечное поле с силовыми точечными центрами - электрическими зарядами и волновыми движениями в нем.
Движение понималось не только как простое механическое перемещение, первичным по отношению к этой форме движения становилось распространение колебаний в поле, которое описывалось не законами механики, а законами электродинамики.
Ньютоновская концепция абсолютного пространства и времени не подходила к полевым представлениям. Поскольку поле является абсолютно непрерывной материей, пустого пространства просто нет. Так же и время неразрывно связано с процессами, происходящими в поле. Пространство и время перестали быть самостоятельными, независимыми от материи сущностями. Понимание пространства и времени как абсолютных уступило место реляционной (относительной) концепции пространства и времени.
Новая картина мира требовала нового решения проблемы взаимодействия. Ньютоновская концепция дальнодействия заменялась фарадеевским принципом близкодействия; любые взаимодействия передаются полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью. *
Хотя законы электродинамики, как и законы классической механики, однозначно предопределяли события, и случайность все еще пытались исключить из физической картины мира, создание кинетической теории газов ввело в теорию, а затем и в электромагнитную картину мира понятие вероятности. Правда, пока физики не оставляли надежды найти за вероятностными характеристиками четкие однозначные законы, подобные законам Ньютона.
Не менялось в электромагнитной картине мира представление о месте и роли человека во Вселенной. Его появление считалось лишь капризом природы. Идеи о качественной специфике жизни и разума с большим трудом прокладывали себе путь в научном мировоззрении.
Новая электромагнитная картина мира объяснила большой круг явлений, непонятных с точки зрения прежней механической картины мира. Она глубже вскрыла материальное единство мира, поскольку электричество и магнетизм объяснялись на основе одних и тех же законов.
Однако и на этом пути вскоре стали возникать непреодолимые трудности. Так, согласно электромагнитной картине мира, заряд стал считаться точечным центром, а факты свидетельствовали о конечной протяженности частицы-заряда. Поэтому уже в электронной теории Лоренца частица-заряд вопреки новой картине мира рассматривалась в виде твердого заряженного шарика, обладающего массой. Непонятными оказались результаты опытов Майкельсона 1881 - 1887 гг., где он пытался обнаружить движение тела по инерции при помощи приборов, находящихся на этом теле. По теории Максвелла, такое движение можно было обнаружить, но опыт не подтверждал этого. Но тогда об этих мелких неприятностях и неувязках физики постарались забыть, более того, выводы теории Максвелла были абсолютизированы, так что даже такой крупный физик, как Кирхгоф, считал, что в физике не осталось ничего неизвестного и неоткрытого.
Но к концу XIX в. накапливалось все больше необъяснимых несоответствий теории и опыта. Одни были обусловлены недостроенностью электромагнитной картины мира, другие вообще не согласовывались с континуальными представлениями о материи: трудности в объяснении фотоэффекта, линейчатый спектр атомов, теория теплового излучения.
Последовательное применение теории Максвелла к другим движущимся средам приводило к выводам о неабсолютности пространства и времени. Однако убежденность в их абсолютности была так велика, что ученые удивлялись своим выводам, называли их странными и отказывались от них. Именно так поступили Лоренц и Пуанкаре, чьи работы завершают доэйнштейновский период развития физики.
Принимая законы электродинамики в качестве основных законов физической реальности, А. Эйнштейн ввел в электромагнитную картину мира идею относительности пространства и времени и тем самым устранил противоречие между пониманием материи как определенного вида поля и ньютоновскими представлениями о пространстве и времени. Введение в электромагнитную картину мира релятивистских представлений о пространстве и времени открыло новые возможности для ее развития.
Именно так появилась общая теория относительности, ставшая последней крупной теорией, созданной в рамках электромагнитной картины мира. В этой теории, созданной в 1916 г., Эйнштейн впервые дал глубокое объяснение природы тяготения, для чего ввел Понятие об относительности пространства и времени и о кривизне единого четырехмерного пространственно-временного континуума, зависящей от распределения масс.
Но даже создание этой теории уже не могло спасти электромагнитную картину мира. С конца XIX в. обнаруживалось все больше непримиримых противоречий между электромагнитной теорией и фактами. В 1897 г. было открыто явление радиоактивности и установлено, что оно связано с превращением одних химических элементов в другие и сопровождается испусканием альфа- и бета-лучей. На этой основе появились эмпирические модели атома, противоречащие электромагнитной картине мира. А в 1900 г. М. Планк в процессе многочисленных попыток построить теорию излучения был вынужден высказать предположение о прерывности процессов излучения.

СТАНОВЛЕНИЕ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ МИРА

В начале XX в. возникли два несовместимых представления о материи: 1) или она абсолютно непрерывна; 2) или состоит из дискретных частиц. Физики предпринимали многочисленные попытки совместить две эти точки зрения, но долгое время они оставались безрезультатными. Многим казалось, что физика зашла в тупик, из которого нет выхода.
Это смятение усугубилось, когда в 1913 г. Н. Бор предложил свою модель атома. Он предположил, что электрон, вращающийся вокруг ядра, вопреки законам электродинамики не излучает энергии. Он излучает ее порциями лишь при перескакивании с одной орбиты на другую. И хотя такое предположение казалось странным и непонятным, именно модель атома Бора в значительной степени способствовала формированию новых физических представлений о материи и движении. В 1924 г. Луи де Бройль высказал гипотезу о соответствии каждой частице определенной волны. Иными словами, каждой частице материи присущи и свойство волны (непрерывность), и дискретность (квантовость). Эти представления нашли подтверждение в работах Э. Шредингера и В. Гейзенберга 1925 -1927 гг., а вскоре М. Борн показал тождественность волновой механики Шредингера и квантовой механики Гейзенберга.
Так сложились новые, квантово-полевые представления о материи, которые определяются как корпускулярно-волновой дуализм - наличие у каждого элемента материи свойств волны и частицы. Ушли в прошлое и представления о неизменности материи. Одной из основных особенностей элементарных частиц является их универсальная взаимозависимость и взаимопревращаемость. В современной физике основным материальным объектом является квантовое поле, переход его из одного состояния в другое меняет число частиц.
Меняется представление о движении, которое становится лишь частным случаем физического взаимодействия. Известно четыре вида фундаментальных физических взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Они описываются на основе принципа близкодействия: взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость передачи взаимодействия всегда конечна и не может превышать скорости света в вакууме (300 000 км/с).
Окончательно утверждаются представления об относительности пространства и времени, зависимость их от материи. Пространство и время перестают быть независимыми друг от друга и, согласно теории относительности, сливаются в едином четырехмерном пространственно-временном континууме.
Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они выступают в вероятностной форме, в виде так называемых статистических законов. Они соответствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей.
Квантово-полевая картина мира впервые включает в себя наблюдателя, от присутствия которого зависит получаемая картина мира. Более того, сегодня считается, что наш мир таков, как он есть, только благодаря существованию человека, появление которого стало закономерным результатом эволюции Вселенной.
Квантово-полевая, квантово-релятивистская картина мира и в настоящее время находится в состоянии становления, и с каждым годом к ней добавляются новые элементы, выдвигаются новые гипотезы, создаются и развиваются новые теории.
Подробнее о проблемах, стоящих перед физической наукой, строящей картину мира, о содержании ее мы поговорим ниже.

План семинарского занятия (2 часа)

1. Понятие физической картины мира.
2. Механическая картина мира, ее основное содержание.
3. Электромагнитная картина мира.
4. Становление современной физической картины мира.

Темы докладов и рефератов

1. В.Гейэенберг о связи физики и философии.
2. Современная физика и восточный мистицизм.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ахиезер А.И., Рекало М.П. Современная физическая картина мира. М., 1980.
2. Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. М., 1989.
3. Гудков Н.А. Идея «великого синтеза» в физике. Киев, 1990.
4. Единство физики. Новосибирск, 1993.
5. Капра Ф. Дао физики. СПб., 1994.
6. Пахомов Б.Я. Становление физической картины мира. М., 1985,