обычные, так и искусственные (т.е. в природе не встречающиеся)
условия. Физика, химия, биология и ряд других наук называются
естественными именно потому, что в их основе лежит опыт.
Для объяснения экспериментальных фактов привлекаются
гипотезы. Гипотеза - это предположение, позволяющее объяснить
и количественно описать наблюдаемое явление. Описать что-либо
количественно можно лишь на языке математики.
Между явлениями природы существуют устойчивые,
повторяющиеся связи - проявления законов природы. Качественная
формулировка законов может быть иногда дана без привлечения
математического аппарата. Законы, записанные на языке формул
позволяют перейти к более высокой ступени познания. Эту
ступень называют теорией. Т.е. при определенных условиях
выдвинутая гипотеза может перейти в теорию, в основе которой
лежат законы. Теория дает представление о закономерностях и
существенных связях в определенной области.
Законы естественных наук устанавливают количественные
соотношения между наблюдаемыми явлениями, т.е. имеют
математическую формулировку. Не всегда эта формулировка бывает
явной. Например, всем привычна следующая, казалось бы,
качественная формулировка первого закона Ньютона: “Существуют
такие системы отсчета, которых тело сохраняет состояние покоя
или прямолинейного равномерного движения, если на него не
действуют другие тела, или действие других тел взаимно
компенсируется”. Но строго сформулировать, что такое
прямолинейное равномерное движение, можно лишь на языке
математических формул. Т.е. даже качественная формулировка
закона подразумевает введение количественных понятий.
Естествознание, изучающее количественные (т.е. точные)
соотношения природных явлений, относится к точным наукам.
Понятие “точное” требует комментариев. Точные науки, как
правило оперируют не с абсолютно точными, а с приближенными
величинами. При количественном описании любого наблюдаемого
явления всегда оговаривают, с какой степенью точности имеют
дело, т.е. приводят погрешности измеряемых величин.
Когда гипотеза перерастает в теорию, т. е. в форму научных
знаний, дающих целостное представление о закономерностях и
существенных связях определенной области действительности?
Какой путь она должна пройти? Ответ на этот вопрос частично
дан. Гипотезы должны быть проверены фактами, опытами, здравым
смыслом. В своей области они должны объяснять всю совокупность
имеющихся явлений. Но этого мало. Для того, чтобы стать
теорией, гипотеза должна сформулировать количественные
отношения между наблюдаемыми явлениями. Фактически это
означает формулировку законов. Непременным условием
превращения гипотезы в теорию является предсказание новых, до
сих пор не наблюдавшихся и из известных теорий не следующих,
явлений, и подтверждение этих предсказаний в специально
поставленных экспериментах.
Переход гипотезы в теорию зачастую не обходится без драм.
Классическими являются примеры Николая Коперника (1473-1543)
и Джордано Бруно (1548-1600). Н.Коперник выдвинул гипотезу о
гелиоцентрической системе мира, в которой планеты вращаются
вокруг Солнца по орбитам. Эта гипотеза позволяла достаточно
точно и просто описывать и предсказывать наблюдаемые движения
планет. Однако сам Коперник не утверждал, что наша система и
есть гелиоцентрическая. Для него модель гелиоцентрической
системы мира нужна была только для более удобного описания
движения планет. Гелиоцентрическая система противоречила
Библии, в которой говорилось, что Иисус Навин остановил
вращение Солнца вокруг Земли. Развивая гелиоцентрическую
космологию, Бруно выдвинул идею множественности миров во
Вселенной, центрами которых являются звезды. Д. Бруно утвердил
мысль о том, что гелиоцентрическая система не является
гипотезой Коперника, а космологической теорией, опирающейся на
факт движения планет вокруг Солнца. И именно поэтому был
обвинен в ереси и сожжен в 1600 году на Площади Роз в Риме.
Естественнонаучная теория дает объяснение целой области
явлений в природе с единой точки зрения. Квинтэссенцией
теории являются законы, устанавливающие количественные связи,
соотношения между различными наблюдаемыми в опыте величинами.
Нужно различать законы природы и законы науки. Первые
проявляются в особенностях протекания природных явлений и
процессов и во взаимосвязи некоторых величин. Они неизменны и
всегда выполняются. Научные законы - это попытка описать
законы природы на языке математических формул и точных
формулировок. В дальнейшем речь будет идти только о них.
Научные законы не точны и не постоянны. На определенных этапах
развития науки возникает необходимость уточнения наблюдаемых в
опыте явлений и пересмотра законов или границ их применимости.
Постоянная проверка опытных фактов на базе новых
экспериментальных методик, позволяющих увеличить точность
проведения эксперимента, необходима всегда на любом уровне
знаний. Расхождение экспериментальных данных и существующих
законов позволяет выдвигать новые гипотезы и строить новые
теории.
3. МАТЕРИЯ И ФОРМЫ ЕЕ СУЩЕСТВОВАНИЯ.
В основе всех естественнонаучных дисциплин лежит понятие
материи, законы движения и изменения которой изучаются. В
зависимости от того, как мы определим это понятие, мы и будем
рассматривать проявление различных теорий. Для понимания
естественнонаучных теорий, в частности концепций современной
физики, приемлемым является определение, данное В.И. Лениным в
монографии “Материализм и эмпириокритицизм”. “Материя - есть
философская категория для обозначения объективной реальности,
которая отображается нашими ощущениями, существует независимо
от них. Материя - это основа (субстанция, субстрат) всех
реально существующих в мире свойств, связей и форм движения,
бесконечное множество всех существующих в мире объектов и
систем”.
В этом определении есть два основных момента. Во-первых,
материя существует объективно, независимо от нас, от чьего-то
субъективного сознания или ощущения. Во-вторых, материя
копируется, отображается нашими ощущениями и, следовательно,
познаваема. Мы здесь исходим из материалистического единства
мира из первичности материи.
Материя несотворима и неуничтожаемая. Она бесконечна.
Неотъемлемым атрибутом материи является ее движение, как форма
существования материи, ее важнейший атрибут. Движение в самом
общем виде - это всякое изменение вообще. Движение материи
абсолютно, тогда как всякий покой относителен. Понять эту
мысль проще всего при рассмотрении простейших видов движения.
Например, тело покоится относительно Земли, но относительно
Солнца оно движется.
Формами существования материи являются пространство и
время. Материя неотъемлема от них. Современная наука оперирует
такими структурными уровнями, как элементарные частицы и поля,
атомы и молекулы, макроскопические тела, геологические
системы, планеты и звезды, галактики и метагалактики;
совокупности организмов, способных к воспроизводству и,
наконец, общество. Мы будем изучать только первые структурные
уровни- поля и частицы, макроскопические тела.
Различают ряд основных форм движения материи:
механическую, физическую (включая тепловую, гравитационную,
ядерную и т.д.), химическую, биологическую, общественную.
Высшие формы движения включают в себя более низшие, но не
сводятся только к ним. Так, ядерные процессы невозможно
описать только формулами классической механики.
В настоящем курсе будут рассмотрены лишь простые формы
движения материи - механическая, физическая и химическая. Для
описания материи и ее движения необходимо ввести
количественные меры этих величин исходя из поставленных
задач. Масса является количественной мерой материи и вводится
как для микро- и макрообъектов, так и для полей. Одной из
количественных мер движения материи является энергия. Она
имеет много форм: механическая, тепловая, ядерная, химическая
и т.д. Поскольку материя не существует без движения, а
движение без материи между количественными характеристиками
меры и движения материи должна существовать связь. Эта связь
была установлена в начале нашего века А. Эйнштейном (1879-
1955) в работах по теории относительности.
Мы будем рассматривать два вида материи - вещество и поле.
К первому отнесем элементарные частицы, атомы, молекулы, все
построенные из них макросистемы. Ко второму отнесем особую
форму материи, физическую систему с бесконечным числом
степеней свободы. Примерами физических полей могут служить
электромагнитные и гравитационные поля, поля ядерных сил, а
