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