Autor al mecanicii cerești și al tabloului mecanic al lumii. Formarea unei imagini fizice moderne a lumii. Spațiul și timpul nu sunt în niciun fel legate de mișcările corpurilor, ele sunt de natură absolută

Prima imagine științifică naturală a lumii s-a format pe baza studiului celei mai simple forme mecanice a mișcării materiei. Ea explorează legile mișcării corpurilor terestre și cerești în spațiu și timp. Mai târziu, când aceste legi și principii au fost transferate către alte fenomene și procese, ele au devenit baza unei imagini mecaniciste a lumii.

Știința îi datorează lui Newton crearea mecanicii clasice, dar terenul pentru aceasta a fost pregătit de Galileo și Kepler și vom începe acest capitol cu ​​o scurtă descriere a rezultatelor lor științifice.

3.1. Galileo și Kepler - predecesorii științifici ai lui Newton

Formarea unei imagini mecaniciste a lumii este pe bună dreptate asociată cu numele lui G. Galileo, care a stabilit legile mișcării corpurilor în cădere liberă și a formulat conceptul de mișcare inerțială și principiul mecanic al relativității. Dar principalul merit al lui Galileo este că a fost primul care l-a folosit metoda experimentalaîmpreună cu măsurarea mărimilor studiate şi prelucrarea matematică a rezultatelor acestora. Dacă experimentele au fost efectuate sporadic înainte, Galileo a fost primul care a început să aplice sistematic analiza lor matematică.

Abordarea lui Galileo cu privire la studiul naturii a fost fundamental diferită de cea existentă anterior filozofia naturală abordare în care a priori, adică, au fost inventate pentru a explica fenomenele naturale. fără legătură cu experiența și observațiile, scheme pur speculative.

Filosofia naturală, așa cum indică numele, este o încercare de a folosi principii filozofice a priori pentru a explica fenomene naturale specifice. Astfel de încercări au fost făcute încă din cele mai vechi timpuri, când lipsa specificului

Oamenii de știință au căutat să compenseze aceste date cu raționament filozofic general. Uneori au vorbit oameni geniali presupuneri, care erau cu multe secole înaintea rezultatelor cercetărilor specifice. E suficient să-ți reamintesc cel puțin atomistic ipoteza structurii materiei, care a fost propusă de filosoful grec antic Leucip (secolul al V-lea î.Hr.) și dezvoltată mai detaliat de studentul său Democrit. Cu toate acestea, pe măsură ce științele concrete au apărut treptat și s-au separat de cunoștințele filozofice nediferențiate, explicațiile filozofice naturale au devenit o frână în dezvoltarea științei. Acest lucru poate fi văzut comparând opiniile despre mișcare ale lui Aristotel și ale lui Galileo.

Bazat pe o idee filozofică naturală a priori, Aristotel a considerat mișcarea circulară „perfectă”, iar Galileo, bazat pe observații și experimente de gândire, a introdus conceptul de mișcare inerțială. În opinia sa, un corp care nu este supus influenței niciunei forțe externe nu se va mișca într-un cerc, ci uniform pe un drum drept sau rămâne în repaus. Această idee, desigur, este o abstractizare și o idealizare, deoarece în realitate este imposibil de observat un astfel de caz în care nicio forță nu acționează asupra corpului. Această abstracție este însă fructuoasă, deoarece continuă psihic experimentul care poate fi realizat aproximativ în realitate, când, pe măsură ce se elimină influența unui număr de forțe externe asupra corpului (frecare, rezistență la aer etc.), poate stabiliți că vă va continua mișcarea. Folosind un experiment de gândire, care servește ca o continuare a experimentului real, ne putem imagina că, în absența oricăror forțe externe, acesta se va mișca uniform pe o cale dreaptă pe o perioadă nedeterminată.

Trecerea la studiul experimental al naturii și prelucrarea matematică a rezultatelor experimentale i-a permis lui Galileo să descopere legile mișcării corpurilor în cădere liberă. Diferența fundamentală dintre noua metodă de studiere a naturii și abordarea filozofică naturală a fost, așadar, că în ea ipotezele au fost testate sistematic experienţă.

Experimentul poate fi privit ca o întrebare adresată naturii. În acest caz, este necesar să se formuleze întrebarea naturii în așa fel încât să se obțină un răspuns complet neechivoc și definit la aceasta.

Metoda experimentală este activ intervenția în procese reale și fenomene naturale, mai degrabă decât observarea pasivă a acestora. Pentru a face acest lucru, experimentul ar trebui proiectat în așa fel încât

capacitatea de a se izola cât mai mult de influența factorilor străini care interferează cu observarea fenomenului studiat în „forma sa pură”. La rândul său, o ipoteză, care este o întrebare a naturii, trebuie să permită verificarea empirică a anumitor consecințe derivate din ea. În aceste scopuri, începând cu Galileo, matematica a început să fie folosită pe scară largă pentru cuantificarea rezultatelor experimentelor.

Astfel, noua știință experimentală a naturii, spre deosebire de presupunerile și speculațiile filosofice naturale din trecut, a început să se dezvolte în interacțiunea strânsă dintre teorie și experiență, când fiecare ipoteză sau afirmație teoretică este testată sistematic prin experiență și măsurători. Datorită acestui fapt, Galileo a putut să respingă ipoteza anterioară, făcută de Aristotel, potrivit căreia calea unui corp în cădere este proporțională cu viteza acestuia. După ce a întreprins experimente cu căderea corpurilor grele (ghile de tun), Galileo s-a convins că această cale era proporțională cu accelerația lor, egală cu 9,81 m/s 2 . Printre realizările astronomice ale lui Galileo, de remarcat este descoperirea sateliților lui Jupiter, precum și descoperirea petelor de pe Soare și a munților de pe Lună.

Un nou pas major în dezvoltarea științei naturii a fost marcat de descoperire legile mișcării planetare. Dacă Galileo s-a ocupat de studiul mișcării corpurilor terestre, atunci astronomul german J. Kepler (1571-1630) a început să studieze mișcările corpurilor cerești și, prin urmare, a îndrăznit să invadeze o zonă care anterior fusese considerată interzisă științei. Desigur, pentru aceasta nu s-a putut apela la experimente și, prin urmare, pentru a determina orbitele și legile mișcării planetare, a fost nevoit să folosească mulți ani de observații sistematice ale mișcării planetei Marte făcute de astronomul danez T. Brahe ( 1546-1601). După ce a încercat multe opțiuni, Kepler a stabilit ipoteza că traiectoria lui Marte, ca și alte planete, nu este un cerc, așa cum se credea înaintea lui, ci o elipsă. Rezultatele observațiilor lui Brahe au fost în concordanță cu această ipoteză și, prin urmare, au confirmat-o, astfel încât rezultatul a putut fi extins cu încredere și pe orbitele altor planete.

Descoperirea lui Kepler a legilor mișcării planetare a fost de neprețuit pentru dezvoltarea științelor naturale. Ea a mărturisit, în primul rând, că nu există nicio decalaj de netrecut între mișcările corpurilor pământești și cele cerești, deoarece acestea se supun anumitor legi naturale; în al doilea rând, însăși metoda de descoperire a legilor mișcării corpurilor cerești nu este, în principiu, diferită de descoperirea legilor mișcării corpurilor terestre.

Cu toate acestea, din cauza imposibilității de a efectua experimente cu corpurile cerești, a fost necesar să se recurgă la observații sistematice pentru a studia legile mișcării lor. Cu toate acestea, și aici, cercetările s-au desfășurat în strânsă interacțiune între ipoteze și observații, urmate de testarea atentă a ipotezelor prezentate prin măsurarea mișcărilor corpurilor cerești.

3.2. Mecanica newtoniană clasică

În lucrarea sa despre crearea mecanicii teoretice, Newton s-a bazat în primul rând pe principiul inerției și legea căderii libere a corpurilor descoperită de Galileo. Principiul inerției se aplică numai în cazurile în care nicio forță exterioară nu acționează asupra corpului. Dar în lumea reală cu greu se pot observa astfel de situații. Acest lucru este dovedit, în special, de legea căderii libere a corpurilor.

Totuși, această lege este doar un caz special al rectiliniei uniform accelerat mișcarea corpurilor sub influența gravitației. Newton și-a propus să găsească legea generală a mișcării corpurilor asupra cărora acționează orice forță, iar traiectoriile lor pot fi foarte diferite. Deoarece mișcarea unui corp depinde de forța aplicată acestuia, iar forța dă accelerația corpului, a fost necesar să se găsească o metodă cantitativă, matematică, pentru determinarea accelerației. Prin urmare, formarea mecanicii clasice a avut loc în două direcții:

1) generalizarea rezultatelor obținute anterior și, în primul rând, legile mișcării corpurilor în cădere liberă descoperite de Galileo, precum și legile mișcării planetare formulate de Kepler;

2) crearea de metode pentru analiza cantitativă, matematică a mișcării mecanice în ansamblu.

Se știe că Newton și-a creat propria versiune de calcul diferențial și integral direct pentru a rezolva problemele de bază ale mecanicii: determinarea vitezei instantanee de mișcare ca derivată a drumului în raport cu timp și accelerația ca derivată a vitezei în raport cu timp sau derivata a doua. Datorită acestui fapt, el a reușit să formuleze cu precizie legile de bază ale dinamicii și legea gravitației universale. Acum abordare cantitativa la descrierea mișcării pare a fi ceva de la sine înțeles, dar în secolele XVII-XVIII. aceasta a fost cea mai mare realizare a gândirii științifice. Pentru comparație, este suficient să remarcăm că știința chineză, în ciuda realizărilor sale neîndoielnice în domenii empirice (inventarea

roha, hârtie, busolă etc.), și în acel moment nu a fost capabil să se ridice la stabilirea unor modele cantitative de mișcare.

Rolul decisiv în dezvoltarea mecanicii l-a jucat, după cum sa menționat deja, de metoda experimentala, care a oferit ocazia de a testa toate presupunerile, presupunerile și ipotezele cu ajutorul unor experimente atent concepute.

Newton, ca și predecesorii săi, a acordat o mare importanță observațiilor și experimentului, văzându-le drept cel mai important criteriu pentru separarea ipotezelor false de cele adevărate. Prin urmare, el s-a opus aspru asumării așa-numitelor calități ascunse, cu ajutorul cărora adepții lui Aristotel și ai filosofilor naturii în general au încercat să explice multe fenomene și procese ale naturii.

„A spune că orice fel de lucru este înzestrat cu o calitate latentă specială prin care acționează și produce efecte”, a subliniat Newton, „este a nu spune nimic”.

În acest sens, el propune un principiu complet nou pentru studiul naturii, care este acum caracterizat ca metoda de principiu, iar Newton însuși le-a numit începuturi.

„Deducerea a două sau trei principii generale de mișcare din fenomene și apoi explicarea modului în care proprietățile și acțiunile tuturor lucrurilor corporale decurg din aceste principii evidente ar fi un pas foarte important în filozofie, deși cauzele acestor principii nu au fost încă descoperite. ”

Aceste principii ale mișcării reprezintă legile de bază ale mecanicii, pe care Newton le-a formulat cu precizie în lucrarea sa principală, „The Mathematical Principles of Natural Philosophy”, publicată în 1687. Termenul „filosofie naturală” găsit în titlul acestei cărți în secolul al XVII-lea. secolele al XVIII-lea. fizică, cea mai importantă parte fiind considerată mecanică. El își începe munca cu o declarație a legilor sale de bază.

Prima lege care este adesea numit legea inerției, postulate:

Fiecare corp continuă să fie menținut în starea sa de repaus sau în mișcare uniformă în linie dreaptă până când și dacă nu este forțat de forțele aplicate să schimbe această stare.

Desigur, în condiții reale de mișcare nu este niciodată posibil să te eliberezi complet de influența forțelor externe asupra corpului. Prin urmare legea inerției este idealizare,în care ei fac abstracție de imaginea cu adevărat complexă a mișcării și își imaginează o imagine ideală, care poate fi compilată în imaginație prin deplasarea la limită, adică. reducând mental impactul forţelor externe asupra organismului Și trecerea la o stare în care acest impact devine zero.

Anterior, se credea că corpul se va opri imediat după încetarea forței asupra acestuia. Așa ne spune intuiția, dar ne înșală, pentru că după acțiunea forței corpul va parcurge totuși o oarecare distanță. Această cale va fi mai mare, cu cât forțele externe exercită asupra corpului mai puțină rezistență. Dacă ar fi posibil să se excludă complet acțiunea forțelor externe, atunci corpul ar continua să se miște pentru totdeauna. Această abordare științifică a analizei mișcării a fost urmată de Galileo, urmat de Newton. Bazându-se pe o intuiție eronată, Aristotel în Fizica a susținut opinia opusă, care a dominat mult timp știința.

„Un corp în mișcare se oprește dacă forța care îl împinge încetează să acționeze.”

Astfel, din punctul de vedere al lui Aristotel, mișcarea și forța care acționează asupra unui corp pot fi judecate după prezența vitezei, și nu după modificarea vitezei sau a accelerației, așa cum a susținut Newton.

A doua lege fundamentală mișcarea are loc în mecanică central loc. Spre deosebire de ideile aparente, arată că, cu cât forța aplicată corpului este mai mare, cu atât accelerația este mai mare și nu doar viteza pe care o dobândește. Într-adevăr, în principiu, un corp care se mișcă cu o viteză constantă și în linie dreaptă nu experimentează acțiunea niciunei forțe.

Programul mecanic de descriere a naturii, propus în atomismul antic, a fost realizat cel mai pe deplin în mecanica clasică a lui Galileo-Newton, cu formarea căreia începe etapa științifică a studiului naturii.

Formarea opiniilor științifice asupra structurii materiei datează din secolul al XVI-lea, când G. Galileo a pus bazele primei imagini fizice a lumii din istoria științei - mecanic. El a dezvoltat o metodologie pentru un nou mod de a descrie natura – științific-teoretic. Esența sa este că doar unele caracteristici fizice și geometrice au ieșit în evidență și au devenit subiect de cercetare științifică. Izolarea caracteristicilor individuale ale unui obiect a făcut posibilă construirea de modele teoretice și testarea lor în condiții experimentale științifice. Acest concept metodologic al lui Galileo a devenit decisiv în dezvoltarea tuturor științelor naturale clasice.

I. Newton, bazându-se pe lucrările lui Galileo, a dezvoltat o teorie științifică strictă a mecanicii, care descrie atât mișcarea corpurilor cerești, cât și mișcarea obiectelor pământești după aceleași legi. În cadrul tabloului mecanic al lumii lui Newton și a adepților săi, materia era considerată o substanță materială constând din particule individuale - atomi și corpusculi.

Spaţiu, în care se află materia, era tridimensională și descrisă de geometria euclidiană, este absolută, constantă și mereu în repaus.

Timp a fost reprezentată ca o cantitate independentă fie de spațiu, fie de materie.

Se credea că toate procesele fizice ar putea fi supuse legilor mecanicii. Mișcarea a fost considerată ca mișcare în spațiu de-a lungul traiectoriilor continue în conformitate cu legile mecanicii. Și toate fenomenele fizice s-au rezumat la mișcare puncte materiale.

Justificarea filozofică a înțelegerii mecanice a naturii a fost dată de R. Descartes, care credea că lumea poate fi descrisă complet obiectiv, fără a lua în considerare observatorul uman (conceptul de dualitate absolută, adică independența gândirii și materiei).

Conceptul lui Newton despre spațiu și timp, pe baza căruia a fost construită imaginea fizică a lumii, s-a dovedit a fi dominant până la sfârșitul secolului al XIX-lea.

Spaţiu a fost considerat infinit, plat, „rectilin”, euclidian. Proprietățile sale metrice au fost descrise de geometria lui Euclid. A fost considerat absolut, gol, omogen și izotrop (nu există puncte și direcții desemnate) și a acționat ca un „container” de corpuri materiale, ca un sistem inerțial independent de acestea.

Timp a fost înțeles ca absolut, omogen, uniform curgător. Este imediat și peste tot în întregul Univers „uniform și sincron” și acționează ca un proces de durată independent de obiectele materiale. Mecanica clasică a redus timpul la durată, fixând proprietatea definitorie a timpului „de a arăta durata unui eveniment”. (Aksenov G.P. Despre cauza timpului // Întrebări de filosofie. – 1996. – Nr. 1, p. 43).

Valoarea indicațiilor de timp în mecanică a fost considerată absolută, independent de starea de mișcare a corpului de referință.

Imaginea Universuluiîn acest sens, părea a fi un mecanism gigantic, în care evenimentele și procesele reprezintă un lanț de cauze și efecte interconectate. De aici și convingerea că teoretic este posibil să reconstruiești cu acuratețe orice situație trecută din Univers sau să prezici viitorul cu o certitudine absolută. I. R. Prigogine a numit această credință în predictibilitate „mitul fundamental al științei clasice”.

În termeni generali, tabloul științific al secolului al XIX-lea a prezentat Universul ca echilibrat și neschimbabil cu un timp de existență infinit, în care perturbările locale aleatorii ale formațiunilor neechilibrare observate cu o organizare notabilă a structurilor (galaxii, sisteme planetare etc.) au fost destul de probabil.

Această „imagine a lumii”, apariția vieții pe planeta noastră, a fost considerată un fenomen nenatural sau artefact(„făcută artificial”), ca „abatere” în existența Universului, ca fenomen temporar și neconectat cu restul cosmosului.

Abordarea mecanică a descrierii naturii s-a dovedit a fi neobișnuit de fructuoasă. Pe baza mecanicii newtoniene, au fost create hidrodinamica, teoria elasticității, teoria mecanică a căldurii, teoria cinetică moleculară și o serie de alte teorii. Fizica ca știință a obținut un succes enorm în dezvoltarea sa și a ocupat o poziție de lider printre alte științe.

Formarea unei imagini mecaniciste a lumii este asociată cu numele lui Galileo Galilei, care a stabilit legile mișcării corpurilor în cădere liberă și a formulat principiul mecanic al relativității. El a fost primul care a folosit metoda experimentală pentru a studia natura, împreună cu măsurători ale mărimilor studiate și prelucrarea matematică a rezultatelor măsurătorilor. Dacă experimentele au fost efectuate periodic înainte, el a fost cel care a început să aplice sistematic analiza lor matematică pentru prima dată.

Abordarea lui Galileo cu privire la studiul naturii a fost fundamental diferită de metoda filozofică naturală existentă anterior, în care a priori, fără legătură cu experiența și observațiile, erau inventate scheme pur speculative pentru a explica fenomenele naturale.

Filosofia naturii, reprezintă o încercare de a folosi principiile filozofice generale pentru a explica natura. Uneori s-au făcut presupuneri strălucitoare care au fost cu multe secole înaintea rezultatelor cercetărilor specifice. De exemplu, ipoteza atomică a structurii materiei propusă de filosoful grec antic Leucip (V î.Hr.) și fundamentată mai detaliat de elevul său Democrit (c. 460 î.Hr. - anul morții necunoscut), precum și ideea de ​​evoluție exprimată de Empedocle (c. 490 - c. 430 î.Hr.) și adepții săi. Cu toate acestea, după ce științele concrete au apărut treptat și au fost separate de cunoștințele nediferențiate, explicațiile filozofice naturale au devenit o frână în dezvoltarea științei.

Acest lucru poate fi văzut comparând opiniile despre mișcare ale lui Aristotel și ale lui Galileo. Bazându-se pe o idee filozofică naturală a priori, Aristotel a considerat mișcarea într-un cerc ca fiind „perfectă”, iar Galileo, bazându-se pe observații și experimente, a introdus conceptul mișcare inerțială.

Următoarea formulare, convenabilă pentru utilizare în mecanica teoretică, este echivalentă: „Un sistem de referință se numește inerțial, în raport cu care spațiul este omogen și izotrop, iar timpul este omogen.” Legile lui Newton, precum și toate celelalte axiome ale dinamicii din mecanica clasică, sunt formulate în raport cu sistemele de referință inerțiale.

Termenul de „sistem inerțial” (germană: Inertialsystem) a fost propus în 1885 de Ludwig Lange și a însemnat un sistem de coordonate în care legile lui Newton sunt valabile. Potrivit lui Lange, acest termen trebuia să înlocuiască conceptul de spațiu absolut, care a fost supus unor critici devastatoare în această perioadă. Odată cu apariția teoriei relativității, conceptul a fost generalizat la un „cadru inerțial de referință”.

Sistem de referință inerțial (IRS)- un sistem de referință în care toți corpurile libere se mișcă rectiliniu și uniform sau sunt în repaus (Fig. 2). Utilizarea Pământului ca ISO, în ciuda naturii sale aproximative, este larg răspândită în navigație.

Orez. 2. Sistem de referință inerțial.

Sistemul de coordonate inerțiale, ca parte a ISO, este construit conform următorului algoritm. Centrul pământului este ales ca punct O - originea coordonatelor în conformitate cu modelul său adoptat. Axă z coincide cu axa de rotație a pământului. Axe XȘi y sunt în plan ecuatorial. Trebuie remarcat faptul că un astfel de sistem nu participă la rotația Pământului.

Potrivit lui Galileo, un corp care nu este supus niciunei forțe externe se va mișca nu într-un cerc, ci uniform pe un drum drept sau rămâne în repaus. Această idee, desigur, este o abstractizare și o idealizare, deoarece în realitate este imposibil de observat o astfel de situație fără ca forțe să acționeze asupra corpului. Totuși, această abstracție continuă mental experimentul, care poate fi realizat aproximativ în realitate, când, izolându-se de acțiunea unui număr de forțe exterioare, se poate stabili că organismul își va continua mișcarea ca influență a forțelor străine asupra scade.

Noua știință experimentală a naturii, spre deosebire de presupunerile și speculațiile filosofice naturale din trecut, a început să se dezvolte în strânsă interacțiune dintre teorie și experiență, când fiecare ipoteză sau presupunere teoretică este testată sistematic prin experiență și măsurători. Datorită acestui fapt, Galileo a reușit să respingă presupunerea anterioară a lui Aristotel conform căreia calea unui corp în cădere este proporțională cu viteza acestuia. După ce a întreprins experimente cu căderea corpurilor grele (ghile de tun), Galileo a demonstrat că această cale este proporțională cu accelerația lor (9,81 m/s2). Galileo a descoperit sateliții lui Jupiter, pete pe Soare, munți pe Lună, care au subminat credința în perfecțiunea cosmosului.

Un nou pas major în dezvoltarea științei naturii a fost marcat de descoperirea legilor mișcării planetare. Dacă Galileo s-a ocupat de studiul mișcării corpurilor terestre, atunci astronomul german Johannes Kepler (1571-1630) a studiat mișcările corpurilor cerești, pătrunzând într-o zonă care anterior fusese considerată interzisă științei.

Pentru cercetările sale, Kepler nu s-a putut îndrepta către experimentare și, prin urmare, a fost forțat să folosească mulți ani de observații sistematice ale mișcării planetei Marte făcute de astronomul danez Tycho Brahe (1546-1601). După ce a încercat multe opțiuni, Kepler a stabilit ipoteza că traiectoria lui Marte, ca și alte planete, nu este un cerc, ci o elipsă. Rezultatele observațiilor lui Brahe au fost în concordanță cu ipoteza și au confirmat-o.

Traiectoria lui Marte nu este un cerc, ci o elipsă, cu Soarele la un focar - o poziție cunoscută astăzi ca Prima lege a lui Kepler. O analiză ulterioară a dus la a doua lege: Vectorul rază care leagă planeta și Soarele descrie zone egale în timpi egali. Aceasta însemna că, cu cât o planetă este mai departe de Soare, cu atât se mișcă mai încet. a treia lege a lui Kepler: raportul dintre cubul distanței medii a unei planete de la Soare și pătratul perioadei sale de revoluție în jurul Soarelui este o valoare constantă pentru toate planetele: a³/T² = const.

Descoperirea legilor mișcării planetare de către Kepler a mărturisit: nu există nicio diferență între mișcările corpurilor pământești și cele cerești, toate se supun legilor naturale; Însăși modalitatea de descoperire a legilor mișcării corpurilor cerești nu este, în principiu, diferită de descoperirea legilor corpurilor terestre. Adevărat, din cauza imposibilității de a efectua experimente cu corpurile cerești, pentru a studia legile mișcării lor, a fost necesar să se apeleze la observații, adică. în interacțiunea strânsă dintre teorie și observație, testarea atentă a ipotezelor propuse prin măsurători ale mișcărilor corpurilor cerești.

Formarea mecanicii clasice și a tabloului mecanicist al lumii pe baza acesteia s-a produs în două direcții: o generalizare a rezultatelor obținute anterior (legile mișcării corpurilor în cădere liberă descoperite de Galileo) și legile mișcării planetare formulate de Kepler; crearea de metode de analiză cantitativă a mișcării mecanice în general.

Newton și-a creat versiunea de calcul diferențial și integral direct pentru a rezolva problemele de bază ale mecanicii: determinarea vitezei instantanee ca derivată a drumului în raport cu timpul de mișcare și accelerația ca derivată a vitezei în raport cu timpul sau derivata a doua. a drumului în raport cu timpul. Datorită acestui fapt, el a reușit să formuleze cu precizie legile de bază ale dinamicii și legea gravitației universale. În secolul al XVIII-lea aceasta a fost cea mai mare realizare a gândirii științifice.

Newton, ca și predecesorii săi, a acordat o mare importanță observațiilor și experimentului, văzându-le drept cel mai important criteriu pentru separarea ipotezelor false de cele adevărate. Prin urmare, el s-a opus cu fermitate asumării așa-numitelor „calități ascunse”, cu ajutorul cărora adepții lui Aristotel au încercat să explice multe fenomene și procese ale naturii. A spune că fiecare fel de lucru este înzestrat cu o calitate specială ascunsă cu ajutorul căreia acționează și produce efecte, a subliniat Newton, înseamnă a nu spune nimic.

În această privință, el propune un principiu complet nou pentru studiul naturii, conform căruia să derivăm două sau trei principii generale ale mișcării din fenomene și apoi să stabilească modul în care proprietățile și acțiunile tuturor lucrurilor corporale decurg din aceste principii evidente. fi un pas foarte important în filozofie, deși motivele acestor principii nu au fost încă descoperite.

Aceste principii ale mișcării reprezintă legile fundamentale ale mecanicii, pe care Newton le-a formulat cu precizie în lucrarea sa principală, „Principiile matematice ale filosofiei naturale”, publicată în 1687.

Prima lege care este adesea numită legea inerției, afirmă: fiecare corp continuă să fie menținut în starea sa de repaus sau în mișcare uniformă în linie dreaptă până când și dacă nu este forțat de forțele aplicate să schimbe această stare. Această lege a fost descoperită de Galileo, el a reușit să arate că pe măsură ce influența forțelor externe scade, corpul își va continua mișcarea, astfel încât în ​​absența tuturor forțelor exterioare ar trebui să rămână fie în repaus, fie în mișcare uniformă și liniară.

Desigur, în mișcările reale nu se poate elibera niciodată complet de influența forțelor de frecare, a rezistenței aerului și a altor forțe externe și, prin urmare, legea inerției este o idealizare în care se face abstracție din imaginea cu adevărat complexă a mișcării și își imaginează un ideal. poza care se poate obtine mergand la limita, acelea. printr-o scădere continuă a efectului forțelor externe asupra organismului și trecerea la o stare în care acest efect devine zero.

A doua lege fundamentală ocupă un loc central în mecanică: modificarea impulsului este proporţională cu forţa care acţionează aplicată şi are loc în direcţia dreptei de-a lungul căreia acţionează această forţă.

A treia lege a lui Newton: O acțiune are întotdeauna o reacție egală și direcționată opus, altfel interacțiunile a două corpuri unul asupra celuilalt sunt egale și direcționate în direcții opuse.

Newton credea că principiile mecanicii sunt stabilite folosind două metode opuse, dar în același timp interdependente - analiza și sinteza. Ipotezele autentice care pot fi testate experimental formează baza și punctul de plecare al tuturor cercetărilor în știința naturii. Datorită acestui fapt, studiul proceselor mecanice a fost redus la descrierea lor matematică exactă. Pentru o astfel de descriere, a fost necesar și suficient să se precizeze coordonatele corpului și viteza acestuia (sau impulsul mv), precum și ecuația mișcării sale. Toate stările ulterioare ale unui corp în mișcare au fost determinate cu precizie și fără ambiguitate de starea sa inițială.

Astfel, prin definirea acestei stări s-a putut determina orice altă stare a acesteia, atât în ​​viitor, cât și în trecut. Se dovedește că timpul nu are niciun efect asupra schimbării corpurilor în mișcare, astfel încât în ​​ecuațiile de mișcare semnul timpului ar putea fi inversat. În consecință, mecanica clasică și tabloul mecanicist al lumii în ansamblu se caracterizează prin simetria proceselor în timp, care se exprimă în reversibilitatea timpului.

Acest lucru dă cu ușurință impresia că nu au loc schimbări reale în timpul mișcării mecanice a corpurilor. Specificând ecuația de mișcare a unui corp, coordonatele și viteza lui la un moment dat în timp, care este adesea numită starea sa inițială, putem determina cu precizie și fără ambiguitate starea sa în orice alt moment în timp în viitor sau trecut. Să formulăm trăsăturile caracteristice ale tabloului mecanicist al lumii.

1. Toate stările de mișcare mecanică a corpurilor în raport cu timpul se dovedesc a fi practic aceleași, deoarece timpul este considerat reversibil.

2. Toate procesele mecanice sunt supuse principiului determinismului strict, esența este recunoașterea posibilității unei determinări precise și neechivoce a stării unui sistem mecanic prin starea sa anterioară.

Conform acestui principiu, aleatorietatea este exclusă din natură. Totul în lume este strict determinat (sau determinat) de stări, evenimente și fenomene anterioare. Când acest principiu este extins la acțiunile și comportamentul oamenilor, se ajunge inevitabil la fatalism.

Într-o imagine mecanicistă, lumea din jurul nostru se transformă într-o mașină grandioasă, toate stările ulterioare sunt determinate precis și fără ambiguitate de stările sale anterioare. Acest punct de vedere asupra naturii a fost exprimat cel mai clar și figurat de omul de știință francez. Pierre Simon Laplace din secolul al XVIII-lea (1749-1827):

3. Spațiul și timpul nu sunt în niciun fel legate de mișcările corpurilor, ele sunt absolute.

În acest sens, Newton introduce conceptele de spațiu și timp absolut sau matematic.

Spațiul absolut - în mecanica clasică - spațiu euclidian tridimensional în care sunt îndeplinite principiul relativității și transformările galileene. Termenul a fost introdus de Newton (împreună cu conceptul de timp absolut) în The Mathematical Principles of Philosophy. Pentru el, spațiul și timpul acționează ca un container universal, deținând relații de ordine și existând independent atât unul de celălalt, cât și de corpurile materiale.

Această imagine amintește de ideile despre lumea atomiștilor antici, care credeau că atomii se mișcă în spațiul gol. În mod similar, în mecanica newtoniană, spațiul se dovedește a fi un simplu container de corpuri care se mișcă în el, care nu au nicio influență asupra lui.

4. Tendința de a reduce legile formelor superioare de mișcare a materiei la legile formei sale cele mai simple - mișcarea mecanică.

Mecanismul, care a încercat să abordeze toate procesele fără excepție din punctul de vedere al principiilor și domeniului de aplicare al mecanicii, a fost una dintre premisele apariției unei metode metafizice de gândire.

5. Legătura dintre mecanism și principiul acțiunii cu rază lungă de acțiune, conform căruia acțiunile și semnalele pot fi transmise în spațiul gol cu ​​orice viteză. În special, s-a presupus că forțele gravitaționale, sau forțele de atracție, acționează fără niciun mediu intermediar, dar puterea lor scade odată cu pătratul distanței dintre corpuri. Newton a lăsat problema naturii acestor forțe să fie decisă de generațiile viitoare. Toate cele de mai sus și alte câteva trăsături au predeterminat limitările tabloului mecanicist al lumii, care au fost depășite în cursul dezvoltării ulterioare a științelor naturale.

În însăși apariția imaginii mecanice a lumii, rolul principal l-au jucat ideile complet noi de viziune asupra lumii și noile idealuri de activitate de studiu care s-au dezvoltat în cultura Renașterii și chiar la începutul timpurilor moderne. Originare din filozofie, ele erau o colecție de idei, care, la rândul lor, au oferit o reprezentare complet nouă a cunoștințelor acumulate de predecesori și a faptelor practice obținute din studiul proceselor fizice și au făcut posibilă crearea unui sistem complet nou de idei despre aceste procese. . Și, de asemenea, principiul unității materialului a jucat un rol foarte important în crearea unei imagini mecanice a lumii; nu a luat în considerare diviziunea scolastică în lumile cerești și pământești, principiul regularității și cauzalității proceselor naturale, principiul reprezentării experimentale a cunoștințelor și alăturarea în crearea unui studiu al lumii folosind un experiment cu o descriere a acesteia legile legilor matematice. După construirea unei imagini mecanice a lumii, aceste principii au crescut în justificarea ei filosofică.

Partea principală a imaginii mecanice a lumii au fost teoriile și legile mecanicii, care în secolul al XVII-lea era cea mai dezvoltată ramură a fizicii. În general, mecanica a fost prima și principala teorie fizică fundamentală . Teoriile, ideile și principiile mecanicii au reprezentat o listă a celor mai precise cunoștințe despre legile fizice și au reflectat cel mai pe deplin procesele fizice din natură. Mecanica ca știință studiază mișcarea mecanică a corpurilor materiale și interacțiunile dintre corpuri care apar în timpul mișcării. Mișcarea mecanică înseamnă o modificare a poziției relative a corpurilor sau a particulelor unele față de altele în spațiu în timp. De exemplu, vibrațiile particulelor, mișcarea corpurilor solide, curenții marini și de aer etc. Interacțiuni care au loc în procesul de mișcare mecanică, ele reprezintă acțiunile corpurilor unul față de celălalt, ca urmare a unei astfel de interacțiuni are loc o modificare a vitezei de mișcare a acestor corpuri în spațiu și timp sau deformarea lor.

Unul dintre principalele concepte ale mecanicii ca teorie fizică fundamentală este următoarele concepte, cum ar fi un punct material - un corp, ale cărui forme și dimensiuni pot fi neglijate în această problemă; corp absolut rigid - un corp a cărui distanță între două puncte rămâne constantă, iar deformarea lui poate fi neglijată. Astfel de concepte sunt caracterizate folosind următoarea notație: masă - o măsură a cantității unei substanțe; greutatea este forța cu care corpul interacționează cu suportul. Masa este constantă, în timp ce greutatea poate fi modificată. Aceste concepte sunt exprimate folosind următoarele mărimi fizice: energie, coordonate, forță, impulsuri.

Conceptele de bază ale tabloului mecanic al lumii au fost atomisme precum - o teorie care considera întreaga lume, inclusiv omul, ca un sistem al unui număr imens de particule materiale - atomi. S-au deplasat în timp și spațiu în conformitate cu legile mecanice existente. Materia este o substanță care constă din particule (atomi) absolut solide, minuscule, indivizibile, în mișcare. Această explicație este ideea corpusculară a materiei.

Principala definiție a imaginii mecanice a lumii a fost conceptul de mișcare, care era reprezentat ca mișcarea mecanică a corpurilor. Corpurile au proprietatea mișcării uniforme și liniare, iar abaterile de la o astfel de mișcare sunt cauzate de acțiunea unei forțe externe asupra corpului. Mișcarea mecanică este singura formă de mișcare, adică. modificarea poziției corpului în spațiu și timp.

Toate interacțiunile, indiferent câte ar fi fost, au fost traduse de imaginea mecanică a lumii în interacțiune gravitațională, care a determinat prezența unor forțe de atracție între corpuri unul față de celălalt; magnitudinea unor astfel de forțe a fost determinată folosind legea gravitației universale. De aici rezultă că dacă cunoaștem masa unui corp și forța gravitației, atunci putem determina masa altui corp. Forțele gravitaționale sunt forțe universale, adică. aceste forțe pot acționa constant și între corpuri și pot conferi aceeași accelerație oricărui alt corp.

Tabloul mecanic al lumii (idei mecanice) se formează folosind sistemul heliocentric al lui N. Copernic, știința naturii bazată pe experimentul lui G. Galileo, legile mecanicii cerești ale lui I. Kepler și mecanicii lui I. Newton.

Isaac Newton este considerat creatorul mecanicii ca știință. În 1686, și-a prezentat lucrarea „Principii matematice ale filosofiei naturale”, unde a formulat această teorie fizică, care a devenit canonică.

Newton își începe povestea cu mai multe axiome și definiții care sunt legate între ele în așa fel încât să apară ceea ce poate fi numit un „sistem închis”. Fiecărui astfel de concept i s-a dat propriul simbol matematic, iar apoi conexiunile dintre diferitele concepte sunt luate în considerare sub formă de ecuații matematice, care sunt scrise folosind astfel de simboluri. Reprezentarea matematică a sistemului asigură că în cadrul sistemului nu pot apărea contradicții de simbol. Astfel, interacțiunea și mișcarea corpurilor sub influența forțelor externe sunt rezolvate sub forma unor posibile răspunsuri la o ecuație matematică sau un sistem de astfel de ecuații. Ordinea definițiilor și a axiomelor, care este scrisă sub forma unui anumit număr de ecuații, poate fi considerată ca o descriere a structurii constante a naturii, care nu depinde nici de locația specifică a procesului, nici de timp și, prin urmare, are o forță, ca să spunem așa, care nu depinde deloc de spațiu și nici din când în când.

Legătura dintre diferitele concepte ale sistemului este atât de strânsă încât dacă schimbi chiar și unul dintre aceste concepte, atunci întregul sens al teoriei este distrus. Pe această bază, sistemul lui Newton a fost considerat complet pentru o lungă perioadă de timp. Oamenii de știință credeau că în viitor sarcina sa va fi doar aplicarea practică a mecanicii newtoniene în domenii din ce în ce mai profunde ale științei. Și, de fapt, fizica s-a dezvoltat doar în această direcție de mai bine de două secole.

Newton începe construcția propriului său sistem prin introducerea unor definiții precum concepte fizice de bază, cum ar fi forța, masa, inerția, impulsul etc. Rezolvând problema interacțiunii corpurilor între ele, Newton a propus principiul acțiunii pe distanță lungă. Conform acestui principiu, interacțiunea dintre corpuri are loc instantaneu, indiferent de distanță, fără interacțiunea corpurilor materiale, adică mediul intermediar nu participă la transmiterea interacțiunii.

După aceste definiții, Newton introduce concepte precum spațiu absolut și relativ, timp și mișcare, care fac obiectul Instrucțiunii, care încheie primul capitol al Elementelor. Al doilea capitol conține axiome, care sunt prezentate sub forma a trei legi ale mișcării. Pe baza acestei baze axiomatice se desfășoară construcția deductivă a întregului sistem de „Principii”.

Conceptele de spațiu și timp sunt introduse de Newton la nivelul termenilor primari și primesc conținut fizic cu ajutorul axiomelor, prin legile mișcării. Deși sunt formate din axiome nu doar pentru că sunt determinate de acestea, ci și pentru că introduc o imagine a implementării axiomelor în sine: legile mișcării mecanicii clasice sunt valabile doar în sistemele de referință inerțiale, care se definesc reciproc ca sisteme. care se deplasează inerțial în raport cu spațiul absolut în timp. Trebuie avut în vedere faptul că spațiul absolut al lui Newton a apărut în sistemul său sub diferite forme: spațiul teologic ca sensibilitate a lui Dumnezeu; spațiul tabloului lumii este ca golul; spațiul teoretic ca cadru de referință inerțial universal; spaţiul empiric ca spaţiu relativ. În consecință, o ipostază a spațiului absolut, care precede legile mișcării, iar cealaltă este stabilită de acestea. În orice caz, se poate determina și starea inițială a spațiului și timpului absolut - o cutie în care nu există pereți și durată pură. Acest lucru este arătat în celebrele prevederi ale Principia lui Newton.

Timpul matematic adevărat, absolut, curge uniform și, prin urmare, se numește durată.

Spațiul absolut este independent de tot ceea ce este exterior și rămâne mereu același și lipsit de orice mișcare.

Atât timpul absolut cât și spațiul absolut există complet independent de materie. Astfel, materia, spațiul și timpul reprezintă trei entități independente una de cealaltă.

În raport cu imaginea mecanică a lumii, Universul era un sistem care funcționa bine, care funcționa folosind legile de strictă necesitate, în care toate fenomenele și obiectele sunt interconectate prin relații clare cauză-efect. Într-o astfel de lume nu există loc pentru întâmplare; a fost complet exclus din imaginea lumii. Singurul lucru care ar putea fi accidental este ceva pentru care nu știm motivele. Întrucât lumea noastră este rațională, iar omul este înzestrat cu rațiune, atunci, în cele din urmă, poate obține cunoștințe exacte, complete și cuprinzătoare despre existență.

Mintea și viața în tabloul mecanic al lumii nu aveau specificitate precisă. Omul într-o astfel de imagine a lumii era considerat ca un corp natural împreună cu alte corpuri și, prin urmare, a rămas inexplicabil în calitățile sale „imateriale”. Prin urmare, prezența unei persoane în lume nu a schimbat nimic. Dacă o persoană ar dispărea într-o zi de pe fața pământului, lumea ar continua să existe așa cum a existat înainte. De fapt, știința naturală clasică nu a căutat deloc să înțeleagă omul. S-a înțeles că lumea este naturală, nu există nimic uman în ea, o astfel de lume poate fi descrisă în mod obiectiv, iar o astfel de descriere va fi o copie exactă și completă a realității. Cunoașterea unei persoane ca fiind unul dintre obiectele unui sistem care funcționează bine l-a eliminat automat dintr-o astfel de imagine a lumii.

Astfel, putem distinge principalele etape ale formării (construcției) unei imagini mecanice a lumii:

1. În cadrul tabloului mecanic al lumii s-a dezvoltat un model corpuscular (discret) al lumii. Materia este o substanță materială care constă din atomi și molecule. Atomii sunt absolut impenetrabili, durabili, indivizibili și caracterizați prin prezența greutății și a masei.

2. Conceptul de timp și spațiu absolut: spațiul este constant, tridimensional și nu depinde în niciun fel de materie; timpul nu depinde de materie sau spațiu; timpul și spațiul nu sunt în niciun fel legate de mișcarea corpurilor; au un caracter absolut.

3. Mișcare – mișcare mecanică relativ simplă. Legile mișcării sunt legile fundamentale ale naturii. Corpurile se deplasează rectiliniu și uniform, iar abaterile de la o astfel de mișcare sunt acțiunea unei forțe externe asupra lor. O proprietate universală a corpurilor este o forță precum gravitația, care este cu rază lungă de acțiune. Newton a propus principiul acțiunii la distanță. Și conform principiului său, interacțiunea corpurilor între ele are loc instantaneu la distanțe diferite, fără intermediari materiale. Conceptul de acțiune pe distanță lungă s-a bazat pe înțelegerea spațiului și a timpului ca medii speciale care conțin corpuri care interacționează.

4. Toate procesele mecanice erau considerate de legile mecanicii și erau supuse principiului determinismului. Determinismul este o abordare filosofică care recunoaște doar regularitatea obiectivă și cauzalitatea tuturor fenomenelor societății și naturii, negarea fenomenelor fără cauză. Aleatorietatea a fost exclusă din această imagine a lumii. Un astfel de determinism clar și-a găsit expresia sub forma unor legi dinamice. O lege dinamică este o lege care guvernează comportamentul unui obiect selectat și permite stabilirea unei conexiuni exacte între stările sale. Legea dinamică, făcând abstracție de fenomene aleatorii, exprimă necesitatea imediată. Prin urmare, reflectă realitatea obiectivă cu acuratețe care exclude conexiunile aleatorii.

5. Ca bază a tabloului mecanic al lumii în secolele XVIII - XIX. a dezvoltat mecanica cerească, terestră și moleculară. Macrolumea și microlumea s-au supus acelorași legi mecanice. Acest lucru a dus la absolutizarea tabloului mecanic al lumii, care era considerat universal la acea vreme.

Dezvoltarea tabloului mecanic al lumii s-a datorat în principal dezvoltării mecanicii. Descoperirile de succes ale mecanicii newtoniene au contribuit în principal la absolutizarea conceptelor newtoniene, care mai târziu a fost exprimată în încercările de a rezuma întreaga diversitate a fenomenelor naturale în forma mecanică a mișcării materiei. Acest punct de vedere se numește materialism mecanicist (mecanism). Cu toate acestea, dezvoltarea fizicii a arătat incapacitatea acestei metodologii, deoarece nu a fost posibil să se descrie fenomenele magnetice, termice și electrice folosind legile mecanicii, precum și mișcarea atomilor și moleculelor unor astfel de fenomene fizice. Drept urmare, în secolul al XIX-lea a apărut o criză în fizică, ceea ce a indicat că fizica avea nevoie de o schimbare semnificativă a vederilor asupra lumii.

Atunci când evaluăm imaginea mecanică a lumii ca una dintre etapele dezvoltării imaginii fizice a lumii, trebuie să rețineți că, odată cu dezvoltarea științei, principalele prevederi ale tabloului mecanic al lumii nu au fost pur și simplu eliminate. . Dezvoltarea științei a dezvăluit doar natura relativă a tabloului mecanic al lumii. Nu imaginea mecanică a lumii în sine s-a dovedit a fi insuportabilă, ci ideea sa filozofică inițială - mecanism. În profunzimile tabloului mecanic al lumii, elementele unei imagini noi - electromagnetice a lumii luau deja contur.

Istoria științei arată că știința naturii, care a apărut în timpul revoluției științifice din secolele XVI-XVII, a fost asociată mult timp cu dezvoltarea fizicii. Fizica este cea care a fost și rămâne astăzi cea mai dezvoltată și sistematizată știință a naturii. Prin urmare, când a apărut viziunea asupra civilizației europene a timpurilor moderne, s-a conturat o imagine clasică a lumii, a fost firesc să ne întoarcem la fizică, la conceptele și argumentele ei, care au determinat în mare măsură această imagine. Gradul de dezvoltare al fizicii a fost atât de mare încât și-a putut crea propria imagine fizică a lumii, spre deosebire de alte științe ale naturii, care abia în secolul al XX-lea și-au putut stabili această sarcină (creând o imagine chimică și biologică a lume).
Prin urmare, atunci când începem o conversație despre realizările specifice ale științelor naturale, o vom începe cu fizica, cu imaginea lumii creată de această știință.
Conceptul de „imagine fizică a lumii” a fost folosit de mult timp, dar abia recent a început să fie luat în considerare numai ca urmare a dezvoltării cunoștințelor fizice, dar și ca tip de cunoaștere independent special - cunoștințele teoretice cele mai generale din fizică (un sistem de concepte, principii și ipoteze), care servește ca bază inițială pentru construcția teoriilor. Tabloul fizic al lumii, pe de o parte, generalizează toate cunoștințele dobândite anterior despre natură, iar pe de altă parte, introduce în fizică noi idei filozofice și conceptele determinate de acestea, principii și ipoteze ale cărora nu existau înainte și care radical. schimba fundamentele cunoștințelor teoretice fizice: vechile concepte și principii fizice se destramă, apar altele noi, imaginea lumii se schimbă.
Dezvoltarea fizicii în sine este direct legată de imaginea fizică a lumii. Cu o creștere constantă a cantității de date experimentale, imaginea lumii rămâne relativ neschimbată pentru o perioadă foarte lungă de timp. Odată cu o schimbare a imaginii fizice a lumii, o nouă etapă în dezvoltarea fizicii începe cu un sistem diferit de concepte inițiale, principii, ipoteze și stil de gândire. Trecerea de la o etapă la alta marchează un salt calitativ, o revoluție în fizică, constând în prăbușirea imaginii vechi a lumii și apariția uneia noi.
În cadrul acestei etape, dezvoltarea fizicii urmează o cale evolutivă, fără a schimba fundamentele imaginii lumii. Ea constă în realizarea posibilităţilor de construire a unor noi teorii inerente unei imagini date asupra lumii. În același timp, ea poate evolua, poate fi completată, rămânând în același timp în cadrul anumitor idei fizice specifice despre lume.
Conceptul cheie în imaginea fizică a lumii este conceptul de „materie”, care abordează cele mai importante probleme ale științei fizice. Prin urmare, o schimbare a imaginii fizice a lumii este asociată cu o schimbare a ideilor despre materie. Acest lucru s-a întâmplat de două ori în istoria fizicii. În primul rând, s-a făcut o tranziție de la concepte atomiste, corpusculare ale materiei la câmp - cele continue. Apoi, în secolul al XX-lea, conceptele de continuum au fost înlocuite cu cele cuantice moderne. Prin urmare, putem vorbi despre trei imagini fizice ale lumii care se înlocuiesc succesiv.

IMAGINEA MECANICA A LUMII

Se dezvoltă ca urmare a revoluției științifice din secolele al XVI-lea și al XVII-lea. pe baza lucrărilor lui G. Galileo și P. Gassendi, care au restaurat atomismul filosofilor antici, studiile lui Descartes și Newton, care au finalizat construcția unei noi imagini a lumii, au formulat ideile de bază, conceptele și principiile care au făcut ridică imaginea mecanică a lumii.
Baza imaginii mecanice a lumii a fost atomismul, pe care întreaga lume, inclusiv oamenii, l-a înțeles ca o colecție a unui număr imens de particule indivizibile - atomi, care se mișcă în spațiu și timp.
Conceptul cheie al tabloului mecanic al lumii a fost conceptul de mișcare. Newton a considerat legile mișcării legile fundamentale ale universului. Corpurile au o proprietate internă înnăscută de a se mișca uniform și rectiliniu, iar abaterile de la această mișcare sunt asociate cu acțiunea unei forțe externe (inerția) asupra corpului. Măsura inerției este masa, un alt concept important al mecanicii clasice. O proprietate universală a corpurilor este gravitația.
Rezolvând probleme de interacțiune între corpuri, Newton a propus principiul acțiunii pe distanță lungă. Conform acestui principiu, interacțiunea dintre corpuri are loc instantaneu la orice distanță, fără intermediari materiale.
Conceptul de acțiune pe distanță lungă este strâns legat de înțelegerea spațiului și timpului ca medii speciale care conțin corpuri care interacționează. Newton a propus conceptul de spațiu și timp absolut. Spațiul a fost imaginat ca o „cutie neagră” mare care conține toate corpurile din lume, dar dacă aceste corpuri ar dispărea brusc, spațiul ar rămâne totuși. În mod similar, în imaginea unui râu curgător, a fost imaginat și timpul, care există și el absolut independent de materie.
În tabloul mecanic al lumii, orice eveniment era strict predeterminat de legile mecanicii. Aleatorietatea a fost, în principiu, exclusă din imaginea lumii. După cum a spus P. Laplace, dacă ar exista o minte uriașă capabilă să înțeleagă lumea (cunoașterea coordonatelor tuturor corpurilor din lume, precum și a forțelor care acționează asupra lor), atunci el ar putea prezice cu siguranță viitorul acestei lumi.
Viața și mintea în tabloul mecanic al lumii nu aveau nicio specificitate calitativă. Prin urmare, prezența unei persoane în lume nu a schimbat nimic. Dacă o persoană ar dispărea într-o zi de pe fața pământului, lumea ar continua să existe ca și cum nimic nu s-ar fi întâmplat.
Bazat pe imaginea mecanică a lumii în secolele al XVIII-lea - începutul secolului al XIX-lea. au fost dezvoltate mecanica terestră, cerească și moleculară. Tehnologia se dezvolta într-un ritm rapid. Aceasta a dus la absolutizarea tabloului mecanic al lumii, la faptul că a început să fie considerată universală.
În același timp, în fizică au început să se acumuleze date empirice care contraziceau tabloul mecanic al lumii. Astfel, odată cu luarea în considerare a unui sistem de puncte materiale care corespundeau în totalitate ideilor corpusculare despre materie, a fost necesară introducerea conceptului de mediu continuu, care în esență nu mai este asociat cu ideile corpusculare, ci cu ideile continuum despre materie. Astfel, pentru a explica fenomenele de lumină, a fost introdus conceptul de eter - o materie luminoasă specială, subtilă și absolut continuă.
În secolul 19 Metodele mecanice au fost extinse în domeniul fenomenelor termice, electricității și magnetismului. S-ar părea că aceasta a mărturisit marile succese ale înțelegerii mecanice a lumii ca bază generală inițială a științei. Dar atunci când încercam să depășim mecanica punctelor materiale, a fost necesar să se introducă din ce în ce mai multe presupuneri artificiale, care au pregătit treptat prăbușirea tabloului mecanic al lumii. Similar fenomenelor luminoase, pentru a explica căldura, electricitatea și magnetismul, conceptele de fluid caloric, electric și magnetic au fost introduse ca soiuri speciale de materie solidă.
Deși abordarea mecanică a acestor fenomene s-a dovedit a fi inacceptabilă, faptele experimentale au fost ajustate artificial la tabloul mecanic al lumii. Încercările de a construi un model atomic al eterului au continuat în secolul al XX-lea.
Aceste fapte, care nu se încadrează în cadrul tabloului mecanic al lumii, au indicat că contradicțiile dintre sistemul de vederi stabilit și datele experienței s-au dovedit a fi ireconciliabile. Fizica avea nevoie de o schimbare semnificativă a ideilor despre materie, de o schimbare a imaginii fizice a lumii.

IMAGINEA ELECTROMAGNETICA A LUMII

În procesul de reflecție îndelungată asupra esenței fenomenelor electrice și magnetice, M. Faraday a ajuns la ideea necesității de a înlocui ideile corpusculare despre materie cu altele continue, continue. El a concluzionat că câmpul electromagnetic este complet continuu, sarcinile din el sunt centre de forță punctuale. Astfel, problema construirii unui model mecanic al eterului, discrepanța dintre ideile mecanice despre eter și datele experimentale reale despre proprietățile luminii, electricității și magnetismului a dispărut. Principala dificultate în explicarea luminii folosind conceptul de eter a fost următoarea: dacă eterul este un mediu continuu, atunci nu ar trebui să interfereze cu mișcarea corpurilor în el și, prin urmare, ar trebui să fie ca un gaz foarte ușor. În experimentele cu lumina s-au stabilit două fapte fundamentale: vibrațiile luminoase și electromagnetice nu sunt longitudinale, ci transversale, iar viteza de propagare a acestor vibrații este foarte mare. În mecanică, s-a demonstrat că vibrațiile transversale sunt posibile numai în corpurile solide, iar viteza lor depinde de densitatea corpului. Pentru o viteză atât de mare precum viteza luminii, densitatea eterului trebuia să fie de multe ori mai mare decât densitatea oțelului. Dar atunci, cum se mișcă corpurile?
Maxwell a fost unul dintre primii care a apreciat ideile lui Faraday. În același timp, el a subliniat că Faraday a prezentat noi viziuni filozofice asupra materiei, spațiului, timpului și forțelor, care au schimbat în mare măsură imaginea mecanică anterioară a lumii.
Vederile asupra materiei s-au schimbat radical: totalitatea atomilor indivizibili a încetat să mai fie limita finală a divizibilității materiei; un singur câmp infinit, absolut continuu, cu centre de puncte de forță - sarcini electrice și mișcări ale undelor în el - a fost acceptat ca atare.
Mișcarea a fost înțeleasă nu numai ca o simplă mișcare mecanică; principală în raport cu această formă de mișcare a fost propagarea oscilațiilor într-un câmp, care a fost descrisă nu de legile mecanicii, ci de legile electrodinamicii.
Conceptul lui Newton despre spațiu și timp absolut nu se potrivea cu conceptele de câmp. Deoarece câmpul este materie absolut continuă, pur și simplu nu există spațiu gol. De asemenea, timpul este indisolubil legat de procesele care au loc în teren. Spațiul și timpul au încetat să mai fie entități independente, independente de materie. Înțelegerea spațiului și timpului ca absolut a făcut loc unui concept relațional al spațiului și timpului.
O nouă imagine a lumii necesita o nouă soluție la problema interacțiunii. Conceptul lui Newton de acțiune cu rază lungă de acțiune a fost înlocuit de principiul lui Faraday al acțiunii cu rază scurtă de acțiune; orice interacțiuni sunt transmise de câmp din punct în punct continuu și cu o viteză finită. *
Deși legile electrodinamicii, ca și legile mecanicii clasice, au predeterminat fără ambiguitate evenimente și încă încercau să excludă aleatorietatea din imaginea fizică a lumii, crearea teoriei cinetice a gazelor a introdus conceptul de probabilitate în teorie, și apoi în imaginea electromagnetică a lumii. Adevărat, până acum fizicienii nu au renunțat la speranța de a găsi legi clare, fără ambiguitate, similare cu legile lui Newton, în spatele caracteristicilor probabilistice.
Ideea locului și rolului omului în Univers nu s-a schimbat în imaginea electromagnetică a lumii. Aspectul lui era considerat doar un capriciu al naturii. Ideile despre specificul calitativ al vieții și minții și-au găsit drumul în viziunea științifică asupra lumii cu mare dificultate.
Noua imagine electromagnetică a lumii a explicat o gamă largă de fenomene care erau de neînțeles din punctul de vedere al tabloului mecanic anterior al lumii. Ea a dezvăluit mai profund unitatea materială a lumii, deoarece electricitatea și magnetismul au fost explicate pe baza acelorași legi.
Cu toate acestea, dificultăți de netrecut în curând au început să apară pe această cale. Astfel, conform tabloului electromagnetic al lumii, sarcina a început să fie considerată un centru punctual, iar faptele mărturiseau măsura finită a particulei de sarcină. Prin urmare, deja în teoria electronică a lui Lorentz, încărcarea particulelor, spre deosebire de noua imagine a lumii, a fost considerată sub forma unei bile încărcate solide cu masă. Rezultatele experimentelor lui Michelson din 1881 - 1887, unde a încercat să detecteze mișcarea inerțială a unui corp folosind instrumente situate pe acest corp, s-au dovedit a fi de neînțeles. Conform teoriei lui Maxwell, o astfel de mișcare ar putea fi detectată, dar experiența nu a confirmat acest lucru. Dar apoi fizicienii au încercat să uite de aceste necazuri și inconsecvențe minore; în plus, concluziile teoriei lui Maxwell au fost absolutizate, astfel încât chiar și un fizician proeminent precum Kirchhoff a crezut că nu există nimic necunoscut și nedescoperit în fizică.
Dar până la sfârșitul secolului al XIX-lea. Din ce în ce mai multe discrepanțe inexplicabile între teorie și experiență acumulate. Unele s-au datorat incompletității tabloului electromagnetic al lumii, altele nu erau deloc în concordanță cu ideile continuum despre materie: dificultăți în explicarea efectului fotoelectric, spectrul de linii ale atomilor, teoria radiației termice.
Aplicarea consecventă a teoriei lui Maxwell la alte medii în mișcare a condus la concluzii despre non-absoluția spațiului și timpului. Cu toate acestea, convingerea absolutității lor a fost atât de mare încât oamenii de știință au fost surprinși de concluziile lor, i-au numit ciudați și i-au abandonat. Este exact ceea ce au făcut Lorentz și Poincaré, ale căror lucrări au încheiat perioada pre-Einstein în dezvoltarea fizicii.
Acceptând legile electrodinamicii drept legile de bază ale realității fizice, A. Einstein a introdus ideea relativității spațiului și timpului în imaginea electromagnetică a lumii și, prin urmare, a eliminat contradicția dintre înțelegerea materiei ca un anumit tip de câmpul și ideile newtoniene despre spațiu și timp. Introducerea conceptelor relativiste despre spațiu și timp în tabloul electromagnetic al lumii a deschis noi oportunități pentru dezvoltarea acesteia.
Așa a apărut teoria generală a relativității, care a devenit ultima teorie majoră creată în cadrul tabloului electromagnetic al lumii. În această teorie, creată în 1916, Einstein a oferit pentru prima dată o explicație profundă a naturii gravitației, pentru care a introdus Conceptul de relativitate a spațiului și timpului și curbura unui continuum spațiu-timp cu patru dimensiuni, în funcţie de distribuţia maselor.
Dar nici măcar crearea acestei teorii nu a mai putut salva imaginea electromagnetică a lumii. De la sfârşitul secolului al XIX-lea. S-au descoperit tot mai multe contradicții ireconciliabile între teoria electromagnetică și fapte. În 1897 a fost descoperit fenomenul de radioactivitate și s-a constatat că acesta este asociat cu transformarea unor elemente chimice în altele și este însoțit de emisia de raze alfa și beta. Pe această bază au apărut modele empirice ale atomului, contrazicând tabloul electromagnetic al lumii. Și în 1900, M. Planck, în procesul numeroaselor încercări de a construi o teorie a radiațiilor, a fost forțat să facă o presupunere despre discontinuitatea proceselor de radiație.

FORMAREA UNEI IMAGINII FIZICE MODERNE A LUMII

La începutul secolului al XX-lea. Au apărut două idei incompatibile despre materie: 1) fie este absolut continuă; 2) sau este format din particule discrete. Fizicienii au făcut numeroase încercări de a combina aceste două puncte de vedere, dar multă vreme au rămas fără succes. Mulți li s-a părut că fizica ajunsese într-o fundătură din care nu există nicio ieșire.
Această confuzie s-a agravat când în 1913 N. Bohr și-a propus modelul atomului. El a sugerat că un electron care se rotește în jurul unui nucleu, contrar legilor electrodinamicii, nu emite energie. O emite pe porțiuni doar când săriți de pe o orbită pe alta. Și deși o astfel de presupunere părea ciudată și de neînțeles, modelul atomic al lui Bohr a contribuit în mod semnificativ la formarea de noi idei fizice despre materie și mișcare. În 1924, Louis de Broglie a emis ipoteza că fiecare particulă corespunde unei unde specifice. Cu alte cuvinte, fiecare particulă de materie are atât proprietatea unei unde (continuitate) cât și discretitatea (cuantică). Aceste idei au fost confirmate în lucrările lui E. Schrödinger și W. Heisenberg în 1925 -1927, iar în curând M. Born a arătat identitatea mecanicii ondulatorii a lui Schrödinger și a mecanicii cuantice a lui Heisenberg.
Așa au apărut idei noi, de câmp cuantic despre materie, care sunt definite ca dualism val-particulă - prezența proprietăților unde și particule în fiecare element al materiei. Ideea imuabilității materiei este, de asemenea, un lucru din trecut. Una dintre principalele caracteristici ale particulelor elementare este interdependența și interconvertibilitatea lor universală. În fizica modernă, obiectul material principal este câmpul cuantic; tranziția sa de la o stare la alta modifică numărul de particule.
Ideea de mișcare se schimbă, ceea ce devine doar un caz special de interacțiune fizică. Există patru tipuri de interacțiuni fizice fundamentale: gravitaționale, electromagnetice, puternice și slabe. Ele sunt descrise pe baza principiului interacțiunii pe distanță scurtă: interacțiunile sunt transmise prin câmpuri corespunzătoare de la un punct la altul, viteza de transfer al interacțiunii este întotdeauna finită și nu poate depăși viteza luminii în vid (300.000 km/s) .
Ideile despre relativitatea spațiului și timpului și dependența lor de materie sunt în sfârșit confirmate. Spațiul și timpul încetează să mai fie independente unul de celălalt și, conform teoriei relativității, se contopesc într-un singur continuum spațiu-timp cu patru dimensiuni.
Specificul conceptelor de câmp cuantic de regularitate și cauzalitate este că ele apar într-o formă probabilistică, sub forma așa-numitelor legi statistice. Ele corespund unui nivel mai profund de cunoaștere a tiparelor naturale.
Pentru prima dată, imaginea câmpului cuantic al lumii include un observator, de a cărui prezență depinde imaginea rezultată a lumii. Mai mult, astăzi se crede că lumea noastră este așa cum este doar datorită existenței omului, a cărui apariție a fost un rezultat firesc al evoluției Universului.
Tabloul cuantic-câmp, cuantic-relativistic al lumii este în prezent într-o stare de formare, iar în fiecare an i se adaugă elemente noi, se propun noi ipoteze, se creează și se dezvoltă noi teorii.
Vom vorbi mai detaliat despre problemele cu care se confruntă știința fizică, care construiește o imagine a lumii, și despre conținutul acesteia mai jos.

Planul lecției seminarului (2 ore)

1. Conceptul de imagine fizică a lumii.
2. Tabloul mecanic al lumii, conținutul ei principal.
3. Imagine electromagnetică a lumii.
4. Formarea unei imagini fizice moderne a lumii.

Subiecte ale rapoartelor și rezumatelor

1. W. Heyenberg despre legătura dintre fizică și filozofie.
2. Fizica modernă și misticismul oriental.

LITERATURĂ

1. Akhiezer A.I., Rekalo M.P. Imagine fizică modernă a lumii. M., 1980.
2. Heisenberg V. Fizica si filozofia. Parte și întreg. M., 1989.
3. Gudkov N.A. Ideea „marii sinteze” în fizică. Kiev, 1990.
4. Unitatea fizicii. Novosibirsk, 1993.
5. Capra F. Tao al fizicii. Sankt Petersburg, 1994.
6. Pakhomov B.Ya. Formarea unei imagini fizice a lumii. M., 1985,