Механическая картина мира

Содержание

Введение

1.Понятие движения. Движение в механической картине мира

2.Развитие механической картины мира

    2.1.Механика Галилея

    2.2. Механическая картина мира по Ньютону

    2.3.Зарождение новых представлений о мире. Появление квантовой теории

 

Заключение

 

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Научную картину  мира (НКМ) можно определить как компонент в структуре научного познания мира. Данный термин ввел Генрих Герц применительно к физике. Он понимал под картиной мира некий внутренний его образ, который складывается у ученого при исследовании объективного внешнего мира. Образ должен адекватно отображать закономерности и реальные связи внешнего мира, тогда и логические связи, возникающие между понятиями и суждениями о научной картине, будут соответствовать всем объективным закономерностям мира внешнего.

Механическая картина мира (МКМ) складывалась под влиянием   материалистических представлений о материи и формах ее существования. Основополагающими идеями этой картины Мира являются классических атомизм, восходящий к Демокриту и т.н. механицизм. Само становление механистической картины справедливо связывают с именем Галилео Галилея, впервые применившего для исследования природы экспериментальный метод вместе с измерениями исследуемых величин и последующей математической обработкой результатов. Этот метод принципиально отличался от ранее существовавшего натурфилософского способа, при котором для объяснения явлений природы придумывались априорные (<лат. a priori – букв. до опыта), т.е. не связанные с опытом и наблюдением, умозрительные схемы, для объяснения непонятных явлений вводились дополнительные сущности, например мифическая “жидкость” теплород, определявшая нагретость тела или флогистон – субстанция, обеспечивающая горючесть вещества (чем больше флогистона в веществе, том лучше оно горит). Законы движения планет, открытые Иоганном Кеплером, в свою очередь, свидетельствовало о том, что между движениями земных и небесных тел не существует принципиальной разницы (как полагал Аристотель), поскольку все они подчиняются определенным естественным законам. Однако ядром МКМ является механика Ньютона (классическая механика).

Развитие физики в 17-18 веках было подготовлено трудами, наблюдениями, идеями, догадками ученых античности и средневековья. Ньютон сам говорил, что своими успехами он обязан тому, что «…стоял на плечах гигантов». Ньютон создал динамику – учение о движении тел, которое вошло в науку также под названием «механика Ньютона». В самом начале нашего курса были сформулированы так называемые основные мировые загадки, одна из которых – проблема движения (причины, источники, законы движения).  

 

1.Понятие движения. Движение в механической картине мира 

 

Движение в  современной НКМ понимается как  смена состояния. Состояние системы - существенные свойства системы в их конкретных проявлениях, которые выражаются через множество значений характеристик в данный момент времени.

Современное естествознание изучает различные формы движения материи:

механическую,

физическую,

химическую,

биологическую.   
            Все формы движения связаны друг с другом,  но их нельзя сводить друг к другу так же, как нельзя свести химию к «физике молекул», а биологию к «химии белков».

Одним из первых, кто задумался о сущности движения, был Аристотель.  Аристотель определяет движение как изменение положения тела в пространстве. Пространство, по Аристотелю, целиком заполнено материей, неким подобием эфира или прозрачной, как воздух субстанцией. Пустоты в природе нет («природа боится пустоты»). Место тела задается материей, которая непосредственно соприкасается с его поверхностью.

Аристотель  ввел понятия естественного и  насильственного движений. В чем  источник движения? – спрашивает он. Ведь сама материя косна, пассивна. Самодвижущееся тело должно, таким  образом, иметь в себе источник движения. Для местных движений, т.е. движений в пределах Земли он вводит понятие «естественного места», стремление к которому заложено в каждом теле, совершающем «естественное движение». Для тяжелых тел таким естественным местом является Земля, а для легких – огонь, или расположенная над воздухом огненная сфера. В своих рассуждениях

Аристотель  использовал также и понятие  силы, не давая ему строгого определения. Он различал три вида силы: тягу, давление и удар.  

 

2.Развитие механической картины мира

2.1.Механика Галилея

 

Галилей сначала  вводил постулаты, аксиомы, определения, а затем получал из них необходимые  следствия. Он ввел определения силы, скорости, ускорения, равномерного движения, инерции, понятия средней скорости и среднего ускорения. Скорость он, в частности, определял как отношение пройденного пути к затраченному времени, а силу сопоставлял такому математическому понятию как вектор, т.е. пользовался практически современным научным языком.

Галилей сформулировал  четыре аксиомы.

1-я аксиома  (Закон инерции). Свободное движение  по горизонтальной плоскости  происходит с постоянной по  величине и направлению скоростью. (Интересно отметить, что это утверждение  никак не следует из опыта  – ведь на практике мы видим  постепенное замедление движения и Галилей использовал принцип идеализации, мысленный эксперимент).

2-я аксиома:  свободно падающее тело движется  с постоянным ускорением и  конечная скорость тела, падающего  из состояния покоя , связано  с высотой, которая пройдена  к этому моменту как V²  = 2gH.

3-я аксиома:  свободное падение тел можно  рассматривать как движение по  наклонной плоскости, а горизонтальной  плоскости соответствует закон  инерции.

4-я аксиома  (принцип относительности) также  построена путем мысленных экспериментов,  путем абстракции. Галилей доказал, что траектория падающего тела отклоняется от вертикали из-за сопротивления воздуха и в безвоздушном пространстве тело упадет точно над точкой, из которой началось падение. То же происходит при падении тела с мачты движущегося с абсолютно постоянной скоростью корабля, но человеку, стоящему на берегу, траектория его падения представится в виде параболы. Здесь роль корабля сводится к сообщению телу начальной скорости V₀. Действительно, из курса школьной физики нам известно, что траектория вылетающего из пушки снаряда также представляет собой параболу.

В своем знаменитом труде «Диалог о двух главнейших системах мира: птолемеевой и коперниковой» (1632г.) Галилей подробно рассматривал принцип относительности. Он рассматривает  мысленный опыт на движущемся корабле. («Сотни раз, сидя в своей каюте, я спрашивал себя: движется ли корабль или стоит на месте?»). Итак, Галилей сформулировал принцип, получивший название Принципа относительности Галилея следующим образом.

Внутри равномерно движущейся (т.н. инерциальной) системы все  механические процессы протекают так же, как и внутри покоящейся. 

 

2.2.Механическая картина мира по Ньютону

 

Механическая научная  картина мира складывалась постепенно, в ходе научной революции 17-18 веков. Развитие ее строилось на основании работ Г. Галилея и П. Гассенди. Ученые восстановили атомизм, отраженный в трудах древних философов, на основании исследований Ньютона и Декарта. Последние сформулировали основные принципы, идеи и понятия, которые легли в основы механической картины мира, завершив при этом построение новой картины мира.

Основой механической картины мира явился атомизм. Он превратил  понимание мира и самого человека в совокупность огромного числа  неделимых частиц, называемых атомами, которые перемещаются в пространстве и времени.

Основным понятием механической картины мира Ньютона стало понятие движения. Законы движения Ньютон утвердил как фундаментальные законы всего мироздания. По его теории все тела имеют внутреннее врожденное свойство равномерного и прямолинейного движения. Любые отклонения от этого движения имеют причиной действие на тело инерции - внешней силы. Масса является мерой инертности, другого, очень важного понятия механики классической.

Ньютон предложил  принцип дальнодействия, который  возник в результате решения проблемы взаимодействия тел. В основе этого  принципа лежит взаимодействие между телами, которое происходит мгновенно при разном расстоянии и при отсутствии материальных посредников.

Концепция дальнодействия тесно связана с пониманием пространства и времени как особых сред, вмещающих  взаимодействующие тела. В рамках механической картины мира Ньютон предложил концепцию абсолютного времени и пространства. Пространство при этом представлялось неким «черным ящиком», который вмещает тела всего мира. Исчезни все тела, пространство все равно продолжало бы существовать. Аналогично, в образе текущей реки, представлялось и время, также существующее абсолютно независимо от материи.

Механическая  научная картина мира породила законы механики, которые жестко предопределяли любые события. Из них совершенно исключалась случайность. Присутствие человека в действующем мире ничего не меняло. Согласно теории механической картины мира Ньютона, исчезновение человека с лица земли никак не повлияло бы на существование мира: он продолжил бы свое существование, как прежде. Такая теория стала приниматься как универсальная.

В физике, тем  не менее, уже накапливались эмпирические данные, которые серьезно противоречили  существующей механической картине  мира. Параллельно системе материальных точек существовало понятие сплошной среды, которое было связано уже не с корпускулярными представлениями о материи, а с континуальными.

 

2.3.Зарождение новых представлений о мире. Появление квантовой теории

 

Механический  подход ко многим явлениям стал очевидно неприемлемым, но факты, получаемые опытным путем, продолжали искусственно подгонять под механическую картину мира. Так продолжалось до начала 20 века, когда результаты опытов перестали укладываться в положения механической картины мира. Они свидетельствовали о противоречиях между системой взглядов и результатами научных экспериментов. Физика к этому моменту уже нуждалась в серьезном изменении представлений о материи. Необходимо было менять физическую картину мира. Требовалось другое решение проблемы взаимодействия.

Механическая  картина мира Ньютона, принцип дальнодействия, замещалась принципом близкодействия Фарадея, который утверждал, что все взаимодействия передаются полем непрерывно, от точки к точке, с конечной скоростью.

В начале 20 века параллельно существовали два совершенно несовместимых представления о материи. Одно гласило, что она абсолютно непрерывна, другое утверждало, что она состоит из дискретных частиц. Физики активно предпринимали попытки совместить такие разные точки зрения. Эти попытки оставались безрезультатными.

В 1913 году Бор  предложил свою модель атома, предположив, что электрон не излучает энергии, вращаясь, вопреки законам электродинамики, вокруг ядра. В 1924 году уже Луи де Бройль предложил гипотезу о соответствии определенной волны каждой частице. Работы Э. Шредингера и В. Гейзенберга, а далее М. Борна подтвердили эти представления. Волновая механика Шредингера и квантовая механика Гейзенберга восторжествовали.

Так началось становление  новой теории. Это была уже квантовая, а далее и квантово-механическая картина мира, утвердились квантово-полевые представления о материи. Наличие у каждого элемента материи свойств волны и частицы, дало возможность определить новую картину мира как корпускулярно-волновой дуализм. Представления о неизменности материи оказались несостоятельными. Основной особенностью элементарных частиц явилась их универсальная взаимозависимость. Квантовое поле стало основным материальным объектом современной физики. Изменилось и представление о движении. Окончательно были утверждены представления об относительности пространства и времени. Была доказана их зависимость от материи. Пространство и время также оказались зависимы друг от друга.

Полная квантово-механическая картина мира является картиной познания объекта, а не только картиной самого объекта. Сегодня появились основания полагать, что контуры квантового мира, нарисованные исследователями, удовлетворяют той системе важных методологических и мировоззренческих требований, которые так активно и остро обсуждались в ученом мире. Философские дискуссии на эту тему идут уже на протяжении десятилетий. В квантово-механической картине мира многое и многое еще нуждается в дальнейшем развитии и серьезном уточнении.

 

Заключение

 

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.