Концепция современного естествознания
ЧАСТЬ 2. ФИЗИКА НЕОБХОДИМОГО.
В настоящем и последующем разделах будут рассмотрены
понятия и законы классической физики, или, в более общем
понимании, физики необходимого. В этих разделах
рассматриваются явления, законы теории, в основе которых
лежит принцип детерминизма. Идея этого принципа состоит в том,
состояние физической системы однозначно определяется ее
начальным состоянием и законами ее развития. Под физическими
системами подразумеваются структуры, состоящие из вещества или
поля.
При наблюдении за каким-либо процессом или явлением
относящимся к этим разделам физики, в принципе, всегда можно
сказать, как поведет себя система в будущем. Например, упругое
тело всегда с необходимостью отскакивает от твердой стенки;
вслед за полным оборотом по своей орбите вокруг Солнца Земля с
необходимостью сделает следующий.
В разделе «Физика дискретного» рассматриваются законы и
явления, связанные с формой материи, существующей в виде
вещества, т.е. с материей, локализованной в пространстве. В
следующем разделе «Физика непрерывного» будут рассмотрены
явления и законы, связанные с другой формой существования
материи - полем и волнами. Поля и волны не локализованы в
ограниченной части пространства и для их описания требуются
другие, отличные от вещества законы.
В следующем разделе настоящего курса - "Физика возможного"
мы столкнемся с процессами, которые могут иметь несколько
исходов. Например, электрон, сталкиваясь с препятствием
(барьером) может либо отскочить от него, либо пройти сквозь
него. Последнее возможно лишь для квантовых частиц благодаря
так называемому "туннельному эффекту", хорошо известному в
квантовой механике. Важнейшим моментом для физики необходимого
является строго определенное описание системы , а для физики
возможного - вероятностное описание систем. Следствием этого
является введение нового детерминизма - вероятностного
детерминизма.
6. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ФИЗИКИ.
Физика - наука, изучающая простейшие и в вместе с тем
наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и
строения материи, законы ее движения. Законы физики лежат в
основе всего естествознания. Физика относится к точным наукам
и изучает количественные закономерности явлений. Ее законы
базируются на фактах, установленных опытным путем. В основе
физики лежит научный метод познания.
Слово физика происходит от греческого слова Physic -
природа. В эпоху античной культуры наука охватывала всю
совокупность знаний человека о природных явлениях. По мере
дифференциации знаний и методов исследования из нее выделились
различные разделы, в том числе и физика в привычном понимании
этого слова. Однако, границы, отделяющие физику от других
наук, в значительной мере условны и зависят от общей суммы
человеческих знаний.
В истории развития физики обычно выделяют три этапа.
Первый из них начинается в античности и заканчивается в 16-
ом веке. В это время господствовала метафизики Аристотеля.
Второй этап начинается с работ Коперника, Кеплера, Галилея,
Декарта, Ньютона и заканчивается в конце 19-го века. На этом
этапе идет процесс развития метода научного познания, о
котором уже шла речь. И, наконец, третий этап продолжается с
начала нашего века по сей день. Это этап развития современной
квантовой физики.
Физические явления издавна привлекали внимание людей. В 6-
2 веках до н.э. впервые зародились идеи об атомном строении
вещества (Демокрит, Эпикур, Лукреций). В это время в работах
Птолемея и Аристотеля возникла гелиоцентрическая картина мира
и были сформулированы основные законы статики (правило рычага)
и гидростатики (закон Архимеда), которые с успехом применялись
в строительстве, военном деле и в других областях. Известна
легенда об Архимеде, открывшем свой известный закон изменения
веса тела в жидкости. Выполняя заказ сиракузского правителя,
Архимед должен был определить, какое количество серебра и
какое - золота содержалось в сплаве, из которого ювелир должен
был сделать корону. В эту эпоху наблюдались и исследовались
простейшие проявления электричества и магнетизма.
Итог накопленных знаний подвел Аристотель (384-322 г.г. до
н.э.). Из числа дошедших до нас работ наибольший интерес
представляют "Первая философия", "Метафизика", "Физика". В
этих трудах содержится учение об основных принципах бытия,
возможности и осуществлении, форме и материи, действующей
причине и цели. Аристотель признавал значение опыта, но не
придавал ему решающего значения, считая, что критерием
правильности является умозрительное заключение. В средние
века учение Аристотеля было канонизировано церковью, что
надолго затормозило развитие естественных наук.
Не вдаваясь в сложные рассуждения, рассмотрим основную
идею механики Аристотеля, используя современный язык. Как
известно из школьного курса физики, согласно второму закону
Ньютона ускорение, приобретаемое телом пропорционально сумме
действующих на это тело сил: [pic].[pic]В основе же механики
Аристотеля лежало утверждение, что скорость тела
пропорциональна действующей на него силе: [pic].[pic]
Естественно, что механика Аристотеля и механика Ньютона в
корне отличались друг от друга. О втором законе Ньютона речь
еще пойдет ниже, а в оправдание Аристотеля отметим, что, если
не ставить специальных экспериментов, а только наблюдать за
движущимися телами, то видно, как они останавливаются, если к
ним не прикладывать дополнительной силы. Сейчас мы, конечно,
знаем, что тела останавливаются из-за действия на них сил
трения, которые, как правило, бывают пропорциональны скоростям
тел. Если же к этим телам приложить некоторою силу, то они
станут двигаться с постоянной скоростью, тем большей, чем
больше сила тяги. Но легко быть умным, зная ответ на вопрос, и
очень непросто самому его найти.
Развитие физики как науки в современном понимании этого
слова, т.е. науки в основе которой лежит научный метод
познания, началось на рубеже 16-17 веков и связано, в первую
очередь, с именем итальянского ученого Галилео Галилея (1564-
1642). Галилей понял необходимость математического описания
движения материи под которым в его время подразумевалось
механическое движение тел - их перемещение в пространстве и
времени. Галилей опроверг ошибочные утверждения механики
Аристотеля и заложил основы современной механики. Им были
сформулированы идеи об относительности движения, установлены
законы инерции, свободного падения и движения тел по наклонной
плоскости, сложения движений. Галилей показал, что воздействие
на тело окружающих тел, определяет не скорость тела, а его
ускорение; фактически он открыл два первых закона Ньютона.
Столь же велики его заслуги в области астрономии. С помощью
построенного своими руками телескопа он открыл горы на Луне,
спутники Юпитера, фазы Венеры, темные пятна на Солнце. О
Галилее, о его трагической судьбе, о его научных исследованиях
и изысканиях написано очень много трудов.
Вряд ли сейчас кто-нибудь вспоминает о том, что Галилей
является автором идеи современных маятниковых часов. До него
создавалось огромное количество часов, работающих на разных
принципах. Все они были недостаточно точны и не позволяли
измерять малые интервалы времени - секунды (в то время даже не
было понятия о таких малых промежутках времени). Для
проведения своих опытов Галилею требовалось измерять время с
большой точностью. Он открыл и разработал принцип изохронности
колебаний маятника, который положил в основу секундомера. В
камне, качающемся на веревке, Аристотель видел лишь
сдерживаемое веревкой падение, а Галилей увидел периодический
процесс.
Говоря об основоположниках классической физики нельзя
пройти мимо Рене Декарта (1596-1650). Французский философ,
математик, физик, он заложил основы аналитической геометрии,
его имя носит система координат. Он ввел в математике понятие
переменной величины и функции, а также ввел множество
алгебраических обозначений. В физике он ввел понятие импульса
и высказал закон его сохранения. Наибольшую известность
получили его работы в области познания.
Основное достижение физики 17-го века - это создание
классической механики. Исаак Ньютон (1643-1727) в своем труде
"Математические начала натуральной философии" (1687)
сформулировал и дал математическую трактовку всем основным
законам этой науки, которые дошли практически без изменений до
наших дней. Классическая механика лежит в основе многих
физических и технических дисциплин, которые изучаются и в наше
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
