Механическая картина мира динамический метод описания явлений. Основные принципы механистической картины мира

Введение
1. Понятие механической картины мира
2. Механическая, электромагнитная, квантовая картина мира
2. 1 Механическая картина мира
2. 2.Электромагнитная картина мира
2. 3 Квантовая картина мира
Заключение
Список литературы

Введение.

История науки свидетельствует, что естествознание, возникшее в ходе научной революции XVI-XVII вв., было связано долгое время с развитием физики. Именно физика была и остается наиболее развитой и концепциям и аргументам, во многом определившим эту картину. Степень разработанности физики была настолько велика, что она могла создать собственную физическую картину мира, в отличие от других естественных наук, которые лишь в XX в. смогли поставить перед собой эту задачу (создание химической и биологической картин мира). Поэтому, начиная разговор о конкретных достижениях естествознания, мы начнем его с физики, с картины мира, созданной этой наукой.

Понятие "физическая картина мира" употребляется давно, но лишь в последнее время оно стало рассматриваться не только как итог развития физического знания, но и как особый самостоятельный вид знания - самое общее теоретическое знание в физике (система понятий, принципов и гипотез), служащее исходной основой для построения теорий. Физическая картина мира, с одной стороны, обобщает все ранее полученные знания о природе, а с другой - вводит в физику новые философские идеи и обусловленные ими понятия, принципы и гипотезы, которых до этого не было и которые коренным образом меняют основы физического теоретического знания: старые физические понятия и принципы ломаются, новые возникают, картина мира меняется. Ключевым в физической картине мира служит понятие "материя", на которое выходят важнейшие проблемы физической науки. Поэтому смена физической картины мира связана со сменой представлений о материи. В истории физики это происходило два раза. Сначала был совершен переход от атомистических, корпускулярных представлений о материи к полевым - континуальным. Затем, в XX в., континуальные представления были заменены современными квантовыми. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга физических картинах мира.

1.Понятие физической картины мира

Познавая окружающий мир, человек создает в своем сознании его определенную модель — картину мира. На каждом этапе своего развития человечество по-разному представляет себе мир, в котором оно живет. Поэтому в истории человечества существовали различные картины мира: мифологическая, религиозная, научная и др. Кроме того, как уже было отмечено, каждая отдельная наука также может формировать собственную картину мира (физическую, химическую, биологическую и др.). Однако из всего многообразия картин мира, существующих в современной науке, самое широкое представление дает общая научная картина мира, описывающая природу, общество и человека.

Научная картина мира формируется на основе достижений естественных, общественных и гуманитарных наук, однако ее фундаментом, бесспорно, является естествознание. Значение естествознания в формировании научной картины мира настолько велико, что нередко научную картину миру сводят к естественно-научной, содержание которой составляют картины мира отдельных естественных наук.

Естественно-научная картина мира представляет собой систематизированное и достоверное знание о природе, исторически сформировавшееся в ходе развития естествознания. В эту картину мира входят знания, полученные из всех естественных наук, включая их фундаментальные идеи и теории. В то же время история науки свидетельствует, что большую часть содержания естествознания составляют преимущественно физические знания. Именно физика была и остается наиболее развитой и систематизированной естественной наукой. Вклад других естественных наук в формирование научной картины мира был намного меньше. Поэтому, когда возникло мировоззрение европейской цивилизации Нового времени и складывалась классическая естественно-научная картина мира, закономерным было обращение к физике, ее концепциям и аргументам, во многом определившим эту картину. Степень разработанности физики была настолько велика, что она смогла создать собственную физическую картину мира, в отличие от других естественных наук, которые лишь в XX в. поставили перед собой эту задачу и смогли решить ее.

Поэтому, начиная разговор о наиболее важных и значимых научных концепциях в современном естествознании, мы начнем его с физики и картины мира, созданной этой наукой.

Физика — это наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности природы, свойства и строение материи и законы ее движения. В любом явлении физика ищет то, что объединяет его со всеми другими явлениями природы. Поэтому понятия и законы физики фундаментальны, т.е. являются основополагающими для всего естествознания.

Само слово «физика» происходит от греческого “phэsis” — природа. Эта наука возникла еще в античности и первоначально охватывала всю совокупность знаний о природных явлениях. Иными словами, тогда физика была тождественна всему естествознанию. Лишь к эпохе эллинизма, по мере дифференциации знаний и методов исследования, из общей науки о природе выделились отдельные естественные науки, в том числе и физика.

В своей основе физика — экспериментальная наука: ее законы базируются на фактах, установленных опытным путем. Такой она стала, начиная с Нового времени. Но, помимо экспериментальной физики, различают и теоретическую физику, цель которой состоит в формулировании законов природы. Экспериментальная и теоретическая физика не могут существовать друг без друга.

В соответствии с многообразием исследуемых физических объектов, уровней организации и форм движения современная физика подразделяется на ряд дисциплин, так или иначе связанных друг с другом. В зависимости от изучаемых физических объектов физика делится на физику элементарных частиц, физику ядра, физику атомов и молекул, газов и жидкостей, твердого тела и плазмы. По критерию уровней организации материи выделяют физику микро-, макро- и мегамира. По характеру изучаемых процессов, явлений и форм движения (взаимодействия) различают механические, электромагнитные, квантовые и гравитационные явления, тепловые и термодинамические процессы и соответствующие им области физики: механику, электродинамику, квантовую физику, теорию гравитации, термодинамику и статистическую физику.

Кроме того, современная физика содержит небольшое количество фундаментальных теорий, охватывающих все разделы физического знания. Эти теории представляют собой совокупность наиболее важных знаний о характере физических процессов и явлений, приближенное, но наиболее полное отображение различных форм движения материи в природе.

Понятие “физическая картина мира” употребляется в естествознании давно, но лишь в последнее время оно стало рассматриваться не только как итог развития физического знания, но и как особый самостоятельный вид знания — самое общее теоретическое знание в физике, система понятий, принципов и гипотез, служащих исходной основой для построения теорий. Физическая картина мира, с одной стороны, обобщает все ранее полученные знания о природе, а с другой стороны, вводит в физику новые философские идеи и обусловленные ими понятия, принципы и гипотезы, которых до этого не было и которые коренным образом меняют основы физического теоретического знания. Иными словами, физическая картина мира рассматривается как физическая модель природы, включающая в себя фундаментальные физические и философские идеи, физические теории, наиболее общие понятия, принципы и методы познания, соответствующие определенному историческому этапу развития физики.

Развитие самой физики непосредственно связано с физической картиной мира, поскольку представляет собой процесс становления и смены различных ее типов. Постоянное развитие и замена одних картин мира другими, более адекватно отражающими структуру и свойства материи, есть процесс развития самой физической картины мира. Основой для выделения отдельных типов физической картины мира служит качественное изменение фундаментальных физических идей, являющихся базой для физической теории и наших представлений о структуре материи и формах ее существования. С изменения физической картины мира начинается новый этап в развитии физики с иной системой исходных понятий, принципов, гипотез и стиля мышления, с иными гносеологическими предпосылками. Переход от одного этапа к другому знаменует качественный скачок, революцию в физике, состоящую в крушении старой картины мира и появлении новой.

В пределах каждого отдельного этапа развитие физики идет эволюционным путем, без изменения основ картины мира. Оно состоит в реализации возможностей построения новых теорий, заложенных в данной картине мира. При этом она может эволюционировать, достраиваться, оставаясь в рамках определенных конкретно-физических представлений о мире. При изменении ключевых понятий картины мира происходит революция в физике. Ее результатом становится появление новой физической картины мира.

В основе объяснения явлений природы с точки зрения физики лежат фундаментальные физические понятия и принципы. К наиболее общим, фундаментальным понятиям физического описания природы относятся материя, движение, физическое взаимодействие, пространство и время, причинно-следственные связи, место и роль человека в мире.

Важнейшим из них является понятие материи. Поэтому революции в физике всегда связаны с изменением представлений о строении материи. В истории физики Нового времени это происходило дважды. В XIX в. был совершен переход от утвердившихся к XVII в. атомистических, корпускулярных представлений о материи к полевым (континуальным). В XX в. континуальные представления были заменены современными квантовыми. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга физических картинах мира.

Первой в истории естествознания физической картиной мира была механическая картина мира, в рамках которой не могли найти объяснения электромагнитные явления, и поэтому она была дополнена электромагнитной картиной мира. Однако многочисленные необъяснимые физические явления, открытые в конце XIX в., показали ограниченность электромагнитной картины мира, что и привело к возникновению квантово-полевой картины мира.

2. Механическая, электромагнитная, квантовая картина мира.

2.1. Механическая картина мира.

Формирование механической картины мира (МКМ) происходило в течение нескольких столетий до середины девятнадцатого века под сильным влиянием взглядов выдающихся мыслителей древности: Демокрита, Эпикура, Аристотеля, Лукреция и др. Она явилась необходимым и очень важным шагом на пути познания природы.

Имена учёных, внесших основной вклад в создание МКМ: Н.Коперник, Г.Галилей, Р.Декарт, И.Ньютон, П.Лаплас и др.

Рис. 1. Гелиоцентрическая система

Николай Коперник был первым человеком, сумевшим нанести сокрушительный удар по геоцентрическим системам мира. В мае 1543 года увидела свет его книга «О вращениях небесных сфер». Учение Коперника противоречило церковным воззрениям на устройство мира и сыграло огромную роль в истории мировой науки.

Основоположником механической картины мира по праву считается Галилео Галилей (1564-1642), итальянский ученый, один из основателей точного естествознания. Всеми своими силами он боролся против схоластики, считая единственно верной основой познания опыт. Деятельность Галилея не нравилась церкви, он был подвергнут суду инквизиции (1633), вынудившей его отречься от своего учения. До конца жизни Галилей был принужден жить под домашним арестом на своей вилле Арчетри близ Флоренции. И только в 1992 году папа Иоанн Павел II реабилитировал Галилея и объявил решение суда инквизиции ошибочным. В годы детства и юности Галилея в науке господствовали представления об окружающем мире, сохранившиеся со времён античности. И Галилей был одним из первых, кто отважился выступить против них. Механическая картина мира возникла, когда главным критерием истины был признан опыт, а для описания явлений природы стали активно применять математику. Многие ставшие догмой утверждения Аристотеля не выдерживали проверки опытом. Аристотель, например, утверждал, что скорость падения тел пропорциональна их весу. Галилей в присутствии многочисленных свидетелей проводил наблюдения за падением с Пизанской башни тел различной массы (например, мушкетной пули и пушечного ядра). Оказалось, что скорость падения тел не зависит от их массы. Важнейшим достижением Галилея было открытие принципа относительности. Галилей сконструировал первый в мире термоскоп, который явился прообразом термометра. Направив подзорную трубу в небо, он сделал несколько выдающихся астрономических открытий: спутники Юпитера, фазы Венеры, строение Млечного Пути, солнечные пятна, кратеры и горы на Луне. Наблюдения за движением небесных тел сделали его убеждённым сторонником гелиоцентрической системы (рис.1). Открытия Галилея подрывали доверие к официальным взглядам на строение мира, пропитанным религиозными догмами.

Рене Декарт (1596-1650), французский философ, математик, физик и физиолог, заложивший основы аналитической геометрии, определивший понятия переменной величины и функции, предположил существование закона сохранения количества движения, положил в основу своих построений принцип несотворимости и неуничтожимости движения. При этом все формы движения он сводил к механическому перемещению тел.

Исаак Ньютон (1643-1727), английский математик, механик, астроном и физик, разработал (независимо от Г. Лейбница) дифференциальное и интегральное исчисления. Он построил первый в мире зеркальный телескоп, чётко сформулировал основные законы классической механики, открыл закон всемирного тяготения, сформулировал теорию движения небесных тел, создав основы небесной механики. Пространство и время в механике Ньютона являются абсолютными. Следует сказать, что работы Ньютона в механике, оптике и математике намного опередили его время, а многие его работы актуальны и сейчас. На языке Ньютона говорит вся современная наука.

Лаплас Пьер Симон (1749-1827), французский астроном, математик, физик был автором классических трудов по теории вероятностей и небесной механике. Лапласом и Кантом была предложена гипотеза происхождения Солнечной системы из газопылевого облака, развитая современными астрономами.

Коротко перечислим основные черты механической картины мира.

Все материальные тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном и хаотическом механическом движении. Материя - вещество, состоящее из неделимых частиц.

Взаимодействие тел осуществляется согласно принципу дальнодействия, мгновенно на любые расстояния (закон всемирного тяготения, закон Кулона), или при непосредственном контакте (силы упругости, силы трения).

Пространство - пустое вместилище тел. Всё пространство заполняет невидимая невесомая «жидкость» - эфир. Время - простая длительность процессов. Время абсолютно.

Всё движение происходит на основе законов механики Ньютона, все наблюдаемые явления и превращения сводятся к механическим перемещениям и столкновениям атомов и молекул. Мир выглядит как колоссальная машина с множеством деталей, рычагов, колёсиков.

Точно так же представляются и процессы, протекающие в живой природе.

Механика описывает все процессы, происходящие в микромире и макромире. В механической картине мира господствует лапласовский детерминизм - учение о всеобщей закономерной связи и причинной обусловленности всех явлений в природе.

Механика и оптика составляли основное содержание физики до начала XIX века. Картина мира строилась на достаточно очевидных и простых механических аналогиях. И в повседневной практической деятельности людей основные выводы классической механики не приводили к противоречиям с опытными данными.

Однако позже, с развитием средств измерения, стало известно, что при изучении многих явлений, например, небесной механики необходимо учитывать сложные эффекты, связанные с движением частиц со скоростями, близкими к световым.

Появились уравнения специальной теории относительности, с трудом вмещающиеся в рамки механических представлений. Изучая свойства микрочастиц, ученые выяснили, что в явлениях микромира частицы могут обладать свойствами волны.

Возникли трудности при описании электромагнитных явлений (испускание, распространение и поглощение света, электромагнитной волны), которые не могли быть разрешены классической ньютоновской механикой.

Однако с развитием науки механическая картина мира не была отброшена, а лишь был вскрыт её относительный характер. Механическая картина мира используется и сейчас во многих случаях, когда, например, в рассматриваемых нами явлениях материальные объекты движутся с небольшими скоростями, и мы имеем дело с небольшими энергиями взаимодействия. Механический взгляд на мир по-прежнему остается актуальным, когда мы сооружаем здания, строим дороги и мосты, проектируем плотины и прокладываем каналы, рассчитываем крыло самолета или решаем другие многочисленные задачи, возникающие в нашей повседневной человеческой жизни.

2.2. Электромагнитная картина мира

В XIX веке естественные науки накопили огромный эмпирический материал, нуждающийся в переосмыслении и обобщении. Многие полученные в результате исследований научные факты не совсем вписывались в устоявшиеся механические представления об окружающем мире. Во второй половине XIX века на основе исследований в области электромагнетизма сформировалась новая физическая картина мира - электромагнитная картина мира (ЭМКМ).

В её формировании сыграли решающую роль исследования, проведённые выдающимися учёными М.Фарадеем и Дж.Максвеллом, Г.Герцем.

М.Фарадей, отказываясь от концепции дальнодействия (переносчик взаимодействия) вводит понятие физического поля, которое играет значительную роль в дальнейшем развитии науки и техники (радиосвязь, телевидение и т.д.). Дж.Максвелл развивает теория электромагнитного поля, а Г.Герц экспериментально открывает электромагнитные волны.

В ЭМКМ весь мир заполнен электромагнитным эфиром, который может находиться в различных состояниях. Физические поля трактовались как состояния эфира. Эфир является средой для распространения электромагнитных волн и, в частности, света.

Материя считается непрерывной. Все законы природы сводятся к уравнениям Дж.Максвелла, описывающим непрерывную субстанцию: природа не делает скачков. Вещество состоит из электрически заряженных частиц, взаимодействующих между собой посредством полей.

На основе электромагнитных взаимодействий объясняются все известные механические, электрические, магнитные, химические, тепловые, оптические явления.

Делаются попытки свести механическое описание явлений к описанию на основе теории электромагнитного поля. Трактовка явлений на основе электромагнетизма кажется изящной и законченной. Всё многообразие явлений природы сведено к нескольким математически строгим, хотя и очень сложным, соотношениям.

Понятие эфира (как переносчика света и электромагнитных волн) медленно эволюционирует - вплоть до полного отказа в конечном итоге от самой концепции эфира.

Меняются представления учёных о пространстве и времени. Появляются первые работы А.Эйнштейна по теории относительности. В научных работах зарождаются новые взгляды на природу тяготения, отличные от тех, что развивались в механической картине мира.

Вселенная как бы обретает совершенно новые черты. Ученые обнаруживают «разбегание» галактик.

ЭМКМ расширяется, уточняется и углубляется. Учёные строят всё новые и новые модели атома, стремясь узнать, какая из них все-таки ближе всего к истине.

Наиболее красивой и точной стала планетарная модель атома, созданная Э.Резерфордом. Но именно она стала отправной точкой при появлении совершенно новых взглядов на строение окружающего нас мира.

Уже в конце XIX, начале XX века экспериментальные данные, полученные при изучении микро- и мегамира, резко расходились с предсказаниями существующих естественно-научных теорий, требовали разработки новых, более точных и адекватных сущности многих загадочных явлений.

Не смотря на это, электромагнитная картина мира подарила нам очень многое, без чего мы не можем представить современную жизнь: способы получения и использования электрической энергии, к примеру, электрическое освещение (без которого уже немыслимы наши жилища) и отопление, современные электромагнитные средства связи (радио, телефон, телевидение). Без радиосвязи, например, уже невозможно существование современных государств, функционирование транспорта и производства, немыслимо даже повседневное общение людей.

2.3. Квантово-полевая картина мира

Практические потребности людей, их постоянный интерес к вопросу об устройстве мира, привели к созданию совершенно новой теории - квантовой теории поля и на её основе квантово-полевой картины мира (КПКМ).

В КПКМ возникает новая концепция - квантовое волновое поле, которое является наиболее фундаментальной и универсальной формой материи, лежащей в основе всех ее проявлений, как волновых, так и корпускулярных. На смену классическим полям типа электромагнитного поля Фарадея-Максвелла и классическим частицам приходят единые объекты - квантовые поля.

Основоположниками новой физической картины мира стали Макс Планк, Нильс Бор, Луи де Бройль, Эрвин Шрёдингер, Поль Дирак, Вернер Гейзенберг и многие другие не менее известные и выдающиеся учёные.

Центральными понятиями новой картины мира стали понятия «квант энергии», «дискретные состояния», «корпускулярно-волновой дуализм».

У частиц обнаружили волновые свойства (дифракция электронов), у электромагнитных волн - корпускулярные. Оказалось, что законы макромира отличаются от законов микромира. Микрообъекты обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами.

На первое место в изучении явлений природы выдвинулись квантовая механика и квантовая электродинамика. В КПКМ выясняется обменный характер взаимодействия, описываются четыре вида фундаментальных силовых взаимодействий, возникают новые представления о материи, движении, взаимодействии, энергии, массе.

Как и остальные картины мира, за время своего существования в XX веке КПКМ претерпевало существенное развитие. Полное и целостное рассмотрение квантово-полевой картины мира является очень сложной задачей и на данном этапе практически невыполнимой, но отдельные элементы КПКМ изучаются в старших классах средней школы на занятиях по физике, химии, биологии и астрономии.

Благодаря многочисленным экспериментам и настойчивым теоретическим изысканиям у физиков ХХ века появилось ощущение необыкновенного могущества, когда наука существенно продвинулась в изучении строения атома и атомного ядра, природы элементарных частиц. Это чувство подкрепилось в середине и во второй половине ХХ века, когда законы современной физики оказалось возможным применить к явлениям жизни. Не случайно основоположниками молекулярной биологии считаются в том числе и известные физики (Эрвин Шрёдингер, Макс Дельбрюк).

В квантово-полевой картине мира рассматриваются, изучаются и объясняются явления, остававшиеся загадочными в других картинах мира, возникших на более ранних этапах развития науки, решаются задачи, неразрешимые для мыслителей древности, представителей механической и электромагнитной картин мира. Мы знаем, как устроен микромир до расстояний 10 -17 м и мегамир до расстояний 10 27 м. Никогда еще мы не знали о природе так много и точно.

И электрический ток в полупроводниках (исследование которого подарило нам современные компактные радио- и телевизионные устройства, компактные и удобные мобильные средства связи, компьютеры - электронно-вычислительные машины); и сверхпроводимость (с которой связывают будущее цивилизации); и новые конструкционные материалы (современная химия - это квантовая химия, а смысл периодической системы нашего с Вами гениального соотечественника Д.И.Менделеева объясняется только этой картине мира); и источники энергии, благодаря которым мы сохранили нашу биосферу пригодной для существования человека и всех живых организмов и еще многое-многое другое - все это рассматривается и объясняется квантово-полевой картиной мира.

Кроме того, развитие квантово-полевой картины мира еще раз продемонстрировало нам важность механической и электромагнитной картин мира, указав на то, что они верно отражали многие объективные свойства окружающего мира, абсолютизируя, однако, отдельные его стороны.

3. Принципы современной физики

Важной частью современной физической картины мира являются принципы современной физики — наиболее общие законы, влияние которых распространяется на все физические процессы, все формы движения материи.

Принцип симметрии

В той или иной степени представление о симметрии есть у всех людей, так как этим свойством обладают самые разные предметы, играющие важную роль в повседневной жизни.

Обычно под симметрией (от греч. symmetria — соразмерность) понимают однородность, пропорциональность, гармонию каких-либо материальных объектов.

Наглядных, классических симметрий известно довольно много. Многим творениям человеческих рук в силу самых разных причин придается симметричная форма. Симметричны мячи, многие здания и сооружения, произведения искусства. Также симметричны многие человеческие действия. Симметрию можно обнаружить в живописи, музыке, поэзии, танце. В изобилии симметрии встречаются в природе (снежинка, дождевая капля, различные кристаллы и т.д.).

Все названные нами типы симметрии связаны с представлениями о структуре предметов, которая не меняется при проведении некоторых преобразований. Долгое время это были единственные симметрии, известные в науке. Но постепенно было осознано, что симметрии могут быть не только наглядными, связанными с геометрическими операциями. Существует целый ряд симметрий, связанных с описанием каких-либо изменений сложных естественных процессов. Эти симметрии не фиксируются в наблюдениях, они становятся заметны лишь в уравнениях, описывающих природные процессы. Поэтому физики, исследуя математическое описание той или иной физической системы, время от времени открывают новые, часто неожиданные симметрии, которые достаточно тонко «запрятаны» в математическом аппарате и совсем не видны тому, кто непосредственно наблюдает физическую систему.

Поэтому сегодня математическое исследование, основанное на анализе симметрии, также может стать источником выдающихся открытий в физике. Даже если заложенные в математическом описании симметрии трудно или невозможно представить себе наглядно, тем не менее они могут указать путь к выявлению новых фундаментальных принципов природы. Поиск новых симметрий стал главным средством, помогающим физику продвигаться к более глубокому пониманию мира.

С точки зрения физики симметричным является объект, который в результате определенных преобразований остается неизменным, инвариантным. Инвариантность — это неизменность какой-либо величины при изменении физических условий, способность не изменяться при определенных преобразованиях.

Симметрия в физике — это свойство физических величин, детально описывающих поведение системы, оставаться неизменными (инвариантными) при определенных их преобразованиях.

Симметрии в физике тесно связаны с законами сохранения физических величин — утверждениями, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются со временем в любых процессах или определенных классах процессов.

Так, закон сохранения энергии вытекает из однородности времени. Время симметрично относительно начала отсчета, все момента времени равноправны.

Закон сохранения импульса следует из однородности пространства. Все точки пространства равноправны, поэтому перенос системы никак не повлияет на ее свойства.

Закон сохранения момента импульса исходит из изотропности пространства. Свойства пространства одинаковы по всем направлениям, поэтому поворот системы не влияет на ее свойства.

Также имеет место целый ряд симметрий, действующих в микромире. Они описывают различные аспекты взаимопревращений элементарных частиц и лежат в основе таких законов сохранения, как закон сохранения электрического заряда, барионного и лептонного зарядов и ряда других законов, открытых в последнее время. Таким образом, XX в. подтвердил огромную роль принципа симметрии в физике.

Принцип дополнительности и соотношения неопределенностей

Принцип дополнительности является основополагающим в современной физике. Он был сформулирован в 1927 г. Н. Бором для объяснения феномена корпускулярно-волнового дуализма.

Прежде всего, Бор обратил внимание на то, что все предметы и явления, которые мы видим вокруг себя, и, конечно, измерительные приборы для регистрации элементарных частиц состоят из огромного множества микрочастиц. Иными словами, они являются макроскопическими системами, ничем иным они быть не могут. Сам человек — существо макроскопическое. Поэтому наши органы чувств не воспринимают микропроцессов. Понятия, которыми мы пользуемся для описания предметов и явлений окружающего мира, — это макроскопические понятия. С их помощью можно легко описать любые физические процессы, проходящие в макромире. Вместе с тем применить эти понятия для описания микрообъектов полностью нельзя, так как они неадекватны процессам микромира.

Но других понятий у нас нет и быть не может. Поэтому, чтобы компенсировать неадекватность нашего восприятия и представлений об объектах микромира, нам приходится применять два дополняющих друг друга набора понятий, хотя с точки зрения классической науки они взаимно исключают друг друга, — это понятия частицы и волны. Только в совокупности они дают исчерпывающую информацию о квантовых явлениях.

Частным выражением принципа дополнительности является соотношение неопределенностей, сформулированное В. Гейзенбергом в 1927 г. Этот принцип наглядно иллюстрирует отличие квантовой теории от классической механики.

Если в классической механике мы допускаем, что можно абсолютно точно знать координаты, импульс и энергию частицы в любой момент времени, то в квантовой механике это невозможно. В соответствии с принципом неопределенности, чем точнее фиксирован импульс, тем большая неопределенность будет содержаться в значении координаты, и наоборот. Также соотносятся энергия и время. Точность измерения энергии обратно пропорциональна длительности процесса измерения. Причина этого — во взаимодействии прибора с объектом измерения.

Принцип суперпозиции

Принцип суперпозиции (наложения) — это допущение, согласно которому результирующий эффект представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым воздействующим явлением в отдельности. Одним из простых примеров принципа суперпозиции является правило параллелограмма, в соответствии с которым складываются две силы, воздействующие на тело. Этот принцип выполняется при условии, когда воздействующие явления не влияют друг на друга. Поэтому в ньютоновской физике он неуниверсален и во многих случаях справедлив лишь приближенно.

В микромире, наоборот, принцип суперпозиции — фундаментальный принцип, который наряду с принципом неопределенности составляет основу математического аппарата квантовой механики. Но, к сожалению, в квантовой теории принцип суперпозиции лишен той наглядности, которая характерна для механики Ньютона. Его интерпретируют так: пока не проведено измерение, бессмысленно спрашивать, в каком состоянии находится физическая система. Иными словами, до измерения система находится в суперпозиции двух возможных состояний, т.е. ее состояние неопределенно. Акт измерения переводит физическую систему скачком в одно из возможных состояний.

Принцип соответствия

Принцип соответствия был сформулирован Н. Бором в 1923 г., когда физики столкнулись с ситуацией, что рядом со старыми, давно оправдавшими себя теориями (например, с механикой Ньютона), появились новые теории (теория относительности Эйнштейна), описывающие ту же область действительности. Принцип соответствия утверждает преемственность физических теорий, в частности, то, что никакая новая теория не может быть справедливой, если она не содержит в качестве предельного случая старую теорию, относящуюся к тем же явлениям, поскольку старая теория уже оправдала себя в своей области.

Поэтому теории, справедливость которых была экспериментально установлена для определенной группы явлений, с построением новой теории не отбрасываются, но сохраняют свое значение для прежней области явлений как предельное выражение законов новых теорий. Выводы новых теорий в области, где справедлива старая теория, переходят в выводы старых теорий.

Каждая физическая теория как ступень познания является относительной истиной. Смена физических теорий — это процесс приближения к абсолютной истине, процесс, который не будет никогда полностью завершен из-за бесконечной сложности и разнообразия окружающего нас мира. Таким образом, принцип соответствия отражает объективную ценность физических теорий.

Заключение

Цель физики заключается в отыскании общих законов природы и в объяснении конкретных процессов на их основе. По мере продвижения к этой цели перед учеными постепенно вырисовывалась величественная и сложная картина мира единства природы. Мир представляет собой не совокупность разрозненных, независимых друг от друга событий, а разнообразные и многочисленные проявления одного целого.

Многие поколения поражала и продолжает поражать величественная и цельная механическая картина мира, которая была создана на основе механики Ньютона.

Основанием для такой единой картины мира послужил всеобъемлющий характер открытых Ньютоном законов движения тел. Однако простая механическая картина мира оказалась не состоятельной. Выяснилось, что электромагнитные процессы не подчиняются законам механики Ньютона

После создания электродинамики представление о силах существенно изменились. Развитие электродинамики привело к попыткам построить единую электромагнитную картину мира. Все события в мире, согласно этой картине, управляются законами электромагнитных взаимодействий. Однако свести все процессы в природе к электромагнитным не удалось.

По современным данным в природе имеются четыре типа сил: гравитационные, электромагнитные, ядерные, и слабые взаимодействия. Про явления всех четырех типов сил, встречаются по всей вселенной появлением квантовой физики, произошло революционное изменение классических представлений о физической картине мира. Принципы квантовой теории являются совершенно общими, применимыми для описания движения всех частиц, взаимодействий между ними и их взаимно превращений

Не смотря на это, что все отчетливее видна связь между различными типами взаимодействий, саму физическую суть единства мира уловить пока еще не удалось. Человечеству еще придётся много поработать, чтобы проникнуть в тайны мироздания

Список литературы

1. Ахиезер, A.M. Современная физическая картина мира / A.M. Ахиезер, М.П. Рекало. — М.: Мир, 1980.

2. Гейзенберг, В. Физика и философия / В. Гейзенберг. — М.: Мысль, 1989.

3. Гудков, Н.А. Идея "великого синтеза" в физике / Н.А. Гудков. — Киев: Наук. думка, 1990.

4. Зелиг, К.А. А. Эйнштейн / К.А. Зелиг. — М.: Атомиздат, 1964.

5. Пахомов, К.Я. Становление физической картины мира / К.Я. Пахомов. — М.: Знание, 1985.

6. Садохин А. П. Концепции современного естествознания / А.П. Садохин. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. - 447 с.

Становление механической картины мира происходило под влиянием метафизических материалистических представлений о материи и формах ее существования. Основу этой картины составили идеи и законы механики, которые в XVII в. сформировали самый разработанный раздел физики. По сути дела, именно механика явилась первой фундаментальной физической теорией. Идеи, принципы и теории механики представляли собой совокупность наиболее существенных знаний о физических закономерностях, наиболее полно отражали физические процессы в природе.

В широком смысле механика изучает механическое движение материи, тел и происходящее при этом взаимодействие между ними. Под механическим движением понимают изменение с течением времени взаимного положения тел или частиц в пространстве. Примерами механического движения в природе являются движение небесных тел, колебания земной коры, воздушные и морские течения и т.п. Происходящие в процессе механического движения взаимодействия представляют собой такие действия тел друг на друга, результатом которых становится изменение скоростей перемещения этих тел в пространстве или их деформация.

Основу механической картины мира составила теория атомов, согласно которой материя имеет дискретную (прерывистую) структуру. Весь мир, включая человека, механическая картина рассматривала как совокупность огромного числа неделимых материальных частиц - атомов. Они перемещаются в пространстве и времени в соответствии с немногими законами механики. Материя есть вещество, состоящее из мельчайших, неделимых, абсолютно твердых движущихся корпускул (атомов); в этом суть корпускулярных представлений о материи.

Законы механики, которые регулируют движение атомов и любых материальных тел, считались фундаментальными законами мироздания. Поэтому ключевым понятием механической картины мира было понятие движения, которое понималось как механическое перемещение в пространстве. Тела обладают внутренним «врожденным» свойством двигаться равномерно и прямолинейно, а отклонения от этого движения связаны с действием на тело внешней силы (инерции). Единственной формой движения является механическое движение, т.е. изменение положения тела в пространстве с течением времени; любое движение можно представить как сумму пространственных перемещений. Движение объяснялось на основе трех законов Ньютона. Все состояния механического движения тел по отношению ко времени оказываются в принципе одинаковыми, поскольку время считается обратимым. Закономерности более высоких форм движения материи должны сводиться к законам простейшей ее формы - механическому движению.

Все многообразие взаимодействий в природе механическая картина мира сводила только к гравитационному, которое означало наличие сил притяжения между любыми телами; величина этих сил определялась законом всемирного тяготения. Поэтому, зная массу одного тела и силу гравитации, можно определить и массу другого тела. Гравитационные силы являются универсальными, т.е. они действуют всегда и между любыми телами, сообщают любым телам одинаковое ускорение.

Таким образом, механическая картина представляла мир наподобие гигантской заводной игрушки. Все тела взаимодействуют только механически через столкновение или мгновенное действие гравитационной силы. Поскольку каждое тело определяется параметрами положения и состояния, а действующие на них силы складываются, возможно точное прогнозирование событий на основании расчета характеристик движения и взаимодействия.

В соответствии с механической картиной мира Вселенная представляла собой хорошо отлаженный механизм, действующий по законам строгой необходимости, в котором все предметы и явления связаны между собой жесткими причинно-следственными отношениями. В таком мире нет случайностей, они полностью исключались. Случайным было только то, причины чего оставались неизвестными. Но поскольку мир рационален, а человек наделен разумом, то в конце концов он сможет получить полное и исчерпывающее знание о бытии. Такой жесткий детерминизм находил свое выражение в форме динамических законов.

Жизнь и разум в механической картине мира не обладали никакой качественной спецификой. Человек в этой картине мира рассматривался как природное тело в ряду других тел и поэтому оставался необъяснимым в своих «невещественных» качествах. Таким образом, присутствие человека в мире не меняло ничего. Если бы человек однажды исчез с лица земли, мир продолжал бы существовать как ни в чем не бывало. По сути дела, классическое естествознание не стремилось постичь человека. Подразумевалось, что природный мир, в котором нет ничего «человеческого», можно описать объективно, и такое описание будет точной копией реальности. Рассмотрение человека как одного из винтиков хорошо отлаженной машины автоматически устраняло его из данной картины мира.

На основе механической картины мира в XVIII - начале XIX в. была разработана земная, небесная и молекулярная механика. Быстрыми темпами шло развитие техники. Это привело к абсолютизации механической картины мира, и она стала рассматриваться в качестве универсальной.

Развитие механической картины мира было обусловлено в основном развитием механики. Успех механики Ньютона в значительной мере способствовал абсолютизации ньютоновских представлений, что выразилось в попытках свести все многообразие явлений природы к механической форме движения материи. Такая точка зрения получила название «механистический материализм» (механицизм). Однако развитие физики показало несостоятельность такой методологии. Это стало ясно при тщетных попытках описать с помощью законов механики тепловые, электрические и магнитные явления (движение атомов и молекул). В результате в XIX в. в физике наступил кризис, который свидетельствовал, что физика нуждается в существенном изменении своих взглядов на мир.

Оценивая механическую картину мира как один из этапов развития физической картины мира, необходимо иметь в виду, что с развитием науки основные положения механической картины мира не были просто отброшены. Развитие науки лишь раскрыло относительный характер механической картины мира. Несостоятельной оказалась не сама механическая картина мира, а ее исходная философская идея - механицизм. В недрах механической картины мира стали складываться элементы новой - континуальной (электромагнитной) картины мира.

История науки свидетельствует, что естествознание, возникшее в ходе научной революции XVI - XVII вв., было связано долгое время с развитием физики. Именно физика была и остается сегодня наиболее развитой и систематизированной естественной наукой. Поэтому, когда возникло мировоззрение европейской цивилизации Нового времени, складывалась классическая картина мира, естественным было обращение к физике, ее концепциям и аргументам, во многом определившим эту картину. Степень разработанности физики была настолько велика, что она могла создать собственную физическую картину мира, в отличие от других естественных наук, которые лишь в XX веке смогли поставить перед собой эту задачу (создание химической и биологической картин мира).
Поэтому, начиная разговор о конкретных достижениях естествознания, мы начнем его с физики, с картины мира, созданной этой наукой.
Понятие «физическая картина мира» употребляется давно, но лишь в последнее время оно стало рассматриваться не только как итог развития физического знания, но и как особый самостоятельный вид знания - самое общее теоретическое знание в физике (система понятий, принципов и гипотез), служащее исходной основой для построения теорий. Физическая картина мира, с одной стороны, обобщает все ранее полученные знания о природе, а с другой - вводит в физику новые философские идеи и обусловленные ими понятия, принципы и гипотезы которых до этого не было и которые коренным образом меняют основы физического теоретического знания: старые физические понятия и принципы ломаются, новые возникают, картина мира меняется.
Развитие самой физики непосредственно связано с физической картиной мира. При постоянном возрастании количества опытных данных картина мира весьма длительное время остается относительно неизменной. С изменением физической картины мира начинается новый этап в развитии физики с иной системой исходных понятий, принципов, гипотез и стиля мышления. Переход от одного этапа к другому знаменует качественный скачок, революцию в физике, состоящую в крушении старой картины мира и в появлении новой.
В пределах данного этапа развитие физики идет эволюционным путем, без изменения основ картины мира. Оно состоит в реализации возможностей построения новых теорий, заложенных в данной картине мира. При этом она может эволюционировать, достраиваться, оставаясь в рамках определенных конкретно-физических представлений о мире.
Ключевым в физической картине мира служит понятие «материя», на которое выходят важнейшие проблемы физической науки. Поэтому смена физической картины мира связана со сменой представлений о материи. В истории физики это происходило два раза. Сначала был совершен переход от атомистических, корпускулярных представлений о материи к полевым - континуальным. Затем, в XX веке, континуальные представления были заменены современными квантовыми. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга физических картинах мира.

МЕХАНИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

Она складывается в результате научной революции XVI -XVII вв. на основе работ Г. Галилея и П. Гассенди, восстановивших атомизм древних философов, исследований Декарта и Ньютона, завершивших построение новой картины мира, сформулировавших основные идеи, понятия и принципы, составившие механическую картину мира.
Основу механической картины мира составил атомизм, который весь мир, включая и человека, понимал как совокупность огромного числа неделимых частиц - атомов, перемещающихся в пространстве и времени.
Ключевым понятием механической картины мира было понятие движения. Именно законы движения Ньютон считал фундаментальными законами мироздания. Тела обладают внутренним врожденным свойством двигаться равномерно и прямолинейно, а отклонения от этого движения связаны с действием на тело внешней силы (инерции). Мерой инертности является масса, другое важнейшее понятие классической механики. Универсальным свойством тел является тяготение.
Решая проблемы взаимодействия тел, Ньютон предложил принцип дальнодействия. Согласно этому принципу взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, без каких-либо материальных посредников.
Концепция дальнодействия тесно связана с пониманием пространства и времени как особых сред, вмещающих взаимодействующие тела. Ньютон предложил концепцию абсолютного пространства и времени. Пространство представлялось большим «черным ящиком», вмещающим все тела в мире, но если бы эти тела вдруг исчезли, пространство все равно бы осталось. Аналогично, в образе текущей реки, представлялось и время, также существующее абсолютно независимо от материи.
В механической картине мира любые события жестко предопределялись законами механики. Случайность в принципе исключалась из картины мира. Как говорил П. Лаплас, если бы нашелся гигантский ум, способный объять мир (знание о координатах всех тел в мире, а также силах, действующих на них), то он однозначно мог бы предсказать будущее этого мира.
Жизнь и разум в механической картине мира не обладали никакой качественной спецификой. Поэтому присутствие человека в мире не меняло ничего. Если бы человек однажды исчез с лица земли, мир продолжал бы существовать как ни в чем не бывало.
На основе механической картины мира в XVIII - начале XIX вв. была разработана земная, небесная и молекулярная механика. Быстрыми темпами шло развитие техники. Это привело к абсолютизации механической картины мира, к тому, что она стала рассматриваться в качестве универсальной.
В это же время в физике начали накапливаться эмпирические данные, противоречащие механической картине мира. Так, наряду с рассмотрением системы материальных точек, полностью соответствовавшей корпускулярным представлениям о материи, пришлось ввести понятие сплошной среды, связанное по сути дела, уже не с корпускулярными, а с континуальными представлениями о материи. Так, для объяснения световых явлений вводилось понятие эфира - особой тонкой и абсолютно непрерывной световой материи.
В XIX в. методы механики были распространены на область тепловых явлений, электричества и магнетизма. Казалось бы, это свидетельствовало о больших успехах механического понимания мира в качестве общей исходной основы науки. Но при попытке выйти за пределы механики материальных точек приходилось вводить все новые искусственные допущения, которые постепенно готовили крушение механической картины мира. Аналогично световым явлениям, для объяснения теплоты, электричества и магнетизма вводились понятия теплорода, электрической и магнитной жидкости как особых разновидностей сплошной материи.
Хотя механический подход к этим явлениям оказался неприемлемым, опытные факты искусственно подгонялись под механическую картину мира. Попытки построить атомистическую модель эфира продолжались еще и в XX веке.
Эти факты, не укладывающиеся в русло механической картины мира, свидетельствовали о том, что противоречия между установившейся системой взглядов и данными опыта оказались непримиримыми. Физика нуждалась в существенном изменении представлений о материи, в смене физической картины мира.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ КАРТИНА МИРА

В процессе длительных размышлений о сущности электрических и магнитных явлений М. Фарадей пришел к мысли о необходимости замены корпускулярных представлений о материи континуальными, непрерывными. Он сделал вывод, что электромагнитное поле сплошь непрерывно, заряды в нем являются точечными силовыми центрами. Тем самым отпал вопрос о построении механической модели эфира, несовпадении механических представлений об эфире с реальными опытными данными о свойствах света, электричества и магнетизма. Основная трудность в объяснении света при помощи понятия эфира состояла в следующем: если эфир - сплошная среда, то он не должен препятствовать движению в нем тел и, следовательно, должен быть подобен очень легкому газу. В опытах со светом были установлены два фундаментальных факта: световые и электромагнитные колебания являются не продольными, а поперечными, и скорость распространения этих колебаний очень велика. В механике же было показано, что поперечные колебания возможны только в твердых телах, причем скорость их зависит от плотности тела. Для такой большой скорости, как скорость света, плотность эфира во много раз должна была превосходить плотность стали. Но тогда, как же двигаются тела?
Одним из первых идеи Фарадея оценил Максвелл. При этом он подчеркивал, что Фарадей выдвинул новые философские взгляды на материю, пространство, время и силы, во многом изменявшие прежнюю механическую картину мира.
Взгляды на материю менялись кардинально: совокупность неделимых атомов переставала быть конечным пределом делимости материи, в качестве такового принималось единое абсолютно непрерывное бесконечное поле с силовыми точечными центрами - электрическими зарядами и волновыми движениями в нем.
Движение понималось не только как простое механическое перемещение, первичным по отношению к этой форме движения становилось распространение колебаний в поле, которое описывалось не законами механики, а законами электродинамики.
Ньютоновская концепция абсолютного пространства и времени не подходила к полевым представлениям. Поскольку поле является абсолютно непрерывной материей, пустого пространства просто нет. Так же и время неразрывно связано с процессами, происходящими в поле. Пространство и время перестали быть самостоятельными, независимыми от материи сущностями. Понимание пространства и времени как абсолютных уступило место реляционной (относительной) концепции пространства и времени.
Новая картина мира требовала нового решения проблемы взаимодействия. Ньютоновская концепция дальнодействия заменялась фарадеевским принципом близкодействия; любые взаимодействия передаются полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью. *
Хотя законы электродинамики, как и законы классической механики, однозначно предопределяли события, и случайность все еще пытались исключить из физической картины мира, создание кинетической теории газов ввело в теорию, а затем и в электромагнитную картину мира понятие вероятности. Правда, пока физики не оставляли надежды найти за вероятностными характеристиками четкие однозначные законы, подобные законам Ньютона.
Не менялось в электромагнитной картине мира представление о месте и роли человека во Вселенной. Его появление считалось лишь капризом природы. Идеи о качественной специфике жизни и разума с большим трудом прокладывали себе путь в научном мировоззрении.
Новая электромагнитная картина мира объяснила большой круг явлений, непонятных с точки зрения прежней механической картины мира. Она глубже вскрыла материальное единство мира, поскольку электричество и магнетизм объяснялись на основе одних и тех же законов.
Однако и на этом пути вскоре стали возникать непреодолимые трудности. Так, согласно электромагнитной картине мира, заряд стал считаться точечным центром, а факты свидетельствовали о конечной протяженности частицы-заряда. Поэтому уже в электронной теории Лоренца частица-заряд вопреки новой картине мира рассматривалась в виде твердого заряженного шарика, обладающего массой. Непонятными оказались результаты опытов Майкельсона 1881 - 1887 гг., где он пытался обнаружить движение тела по инерции при помощи приборов, находящихся на этом теле. По теории Максвелла, такое движение можно было обнаружить, но опыт не подтверждал этого. Но тогда об этих мелких неприятностях и неувязках физики постарались забыть, более того, выводы теории Максвелла были абсолютизированы, так что даже такой крупный физик, как Кирхгоф, считал, что в физике не осталось ничего неизвестного и неоткрытого.
Но к концу XIX в. накапливалось все больше необъяснимых несоответствий теории и опыта. Одни были обусловлены недостроенностью электромагнитной картины мира, другие вообще не согласовывались с континуальными представлениями о материи: трудности в объяснении фотоэффекта, линейчатый спектр атомов, теория теплового излучения.
Последовательное применение теории Максвелла к другим движущимся средам приводило к выводам о неабсолютности пространства и времени. Однако убежденность в их абсолютности была так велика, что ученые удивлялись своим выводам, называли их странными и отказывались от них. Именно так поступили Лоренц и Пуанкаре, чьи работы завершают доэйнштейновский период развития физики.
Принимая законы электродинамики в качестве основных законов физической реальности, А. Эйнштейн ввел в электромагнитную картину мира идею относительности пространства и времени и тем самым устранил противоречие между пониманием материи как определенного вида поля и ньютоновскими представлениями о пространстве и времени. Введение в электромагнитную картину мира релятивистских представлений о пространстве и времени открыло новые возможности для ее развития.
Именно так появилась общая теория относительности, ставшая последней крупной теорией, созданной в рамках электромагнитной картины мира. В этой теории, созданной в 1916 г., Эйнштейн впервые дал глубокое объяснение природы тяготения, для чего ввел Понятие об относительности пространства и времени и о кривизне единого четырехмерного пространственно-временного континуума, зависящей от распределения масс.
Но даже создание этой теории уже не могло спасти электромагнитную картину мира. С конца XIX в. обнаруживалось все больше непримиримых противоречий между электромагнитной теорией и фактами. В 1897 г. было открыто явление радиоактивности и установлено, что оно связано с превращением одних химических элементов в другие и сопровождается испусканием альфа- и бета-лучей. На этой основе появились эмпирические модели атома, противоречащие электромагнитной картине мира. А в 1900 г. М. Планк в процессе многочисленных попыток построить теорию излучения был вынужден высказать предположение о прерывности процессов излучения.

СТАНОВЛЕНИЕ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ МИРА

В начале XX в. возникли два несовместимых представления о материи: 1) или она абсолютно непрерывна; 2) или состоит из дискретных частиц. Физики предпринимали многочисленные попытки совместить две эти точки зрения, но долгое время они оставались безрезультатными. Многим казалось, что физика зашла в тупик, из которого нет выхода.
Это смятение усугубилось, когда в 1913 г. Н. Бор предложил свою модель атома. Он предположил, что электрон, вращающийся вокруг ядра, вопреки законам электродинамики не излучает энергии. Он излучает ее порциями лишь при перескакивании с одной орбиты на другую. И хотя такое предположение казалось странным и непонятным, именно модель атома Бора в значительной степени способствовала формированию новых физических представлений о материи и движении. В 1924 г. Луи де Бройль высказал гипотезу о соответствии каждой частице определенной волны. Иными словами, каждой частице материи присущи и свойство волны (непрерывность), и дискретность (квантовость). Эти представления нашли подтверждение в работах Э. Шредингера и В. Гейзенберга 1925 -1927 гг., а вскоре М. Борн показал тождественность волновой механики Шредингера и квантовой механики Гейзенберга.
Так сложились новые, квантово-полевые представления о материи, которые определяются как корпускулярно-волновой дуализм - наличие у каждого элемента материи свойств волны и частицы. Ушли в прошлое и представления о неизменности материи. Одной из основных особенностей элементарных частиц является их универсальная взаимозависимость и взаимопревращаемость. В современной физике основным материальным объектом является квантовое поле, переход его из одного состояния в другое меняет число частиц.
Меняется представление о движении, которое становится лишь частным случаем физического взаимодействия. Известно четыре вида фундаментальных физических взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Они описываются на основе принципа близкодействия: взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость передачи взаимодействия всегда конечна и не может превышать скорости света в вакууме (300 000 км/с).
Окончательно утверждаются представления об относительности пространства и времени, зависимость их от материи. Пространство и время перестают быть независимыми друг от друга и, согласно теории относительности, сливаются в едином четырехмерном пространственно-временном континууме.
Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они выступают в вероятностной форме, в виде так называемых статистических законов. Они соответствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей.
Квантово-полевая картина мира впервые включает в себя наблюдателя, от присутствия которого зависит получаемая картина мира. Более того, сегодня считается, что наш мир таков, как он есть, только благодаря существованию человека, появление которого стало закономерным результатом эволюции Вселенной.
Квантово-полевая, квантово-релятивистская картина мира и в настоящее время находится в состоянии становления, и с каждым годом к ней добавляются новые элементы, выдвигаются новые гипотезы, создаются и развиваются новые теории.
Подробнее о проблемах, стоящих перед физической наукой, строящей картину мира, о содержании ее мы поговорим ниже.

План семинарского занятия (2 часа)

1. Понятие физической картины мира.
2. Механическая картина мира, ее основное содержание.
3. Электромагнитная картина мира.
4. Становление современной физической картины мира.

Темы докладов и рефератов

1. В.Гейэенберг о связи физики и философии.
2. Современная физика и восточный мистицизм.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ахиезер А.И., Рекало М.П. Современная физическая картина мира. М., 1980.
2. Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. М., 1989.
3. Гудков Н.А. Идея «великого синтеза» в физике. Киев, 1990.
4. Единство физики. Новосибирск, 1993.
5. Капра Ф. Дао физики. СПб., 1994.
6. Пахомов Б.Я. Становление физической картины мира. М., 1985,

1 Последующие шаги в создании новой картины мира были сделаны итальянским ученым, одним из основателей точного естествознания Галилео Галилеем (1564-1642 гг.) и немецким астрономом Иоганном Кеплером (1571-1630 гг.). Оба они были убежденными последователями Коперника. Галилей впервые использовал подзорную трубу собственной конструкции для астрономических наблюдений, обнаружив горы на Луне, т.е. открыв, что Луна имеет не идеальную форму шара, присущую якобы лишь телам «небесной природы», а имеет вполне «земную» природу. Таким образом, была поколеблена идея, идущая еще от Аристотеля, о принципиальном различии между «совершенными» небесными телами и несовершенными земными. Другие астрономические открытия Галилея - обнаружение четырех спутников Юпитера (1610 г.), выявление фаз Венеры, наблюдение пятен на Солнце - имели огромное мировоззренческое значение, подтверждающее материальное единство мира. Наглядно было показано, что Земля не является единственным центром, вокруг которого должны обращаться все тела. Наконец, он доказывает, что Млечный путь состоит из скоплений бесчисленных звезд. Эти астрономические открытия совершили подлинный переворот в астрономической науке. Это было важным доказательством в пользу коперниковскои системы мира.

Галилео Галилей выступил также противником механики и астрономии Аристотеля. Он опровергал учение Аристотеля о том, что тяжелые тела падают быстрее, чем легкие. Изучая кинематику движения тел, он впервые использовал понятие инерции. Согласно господствовавшей тогда аристотелевской концепции понятие инерции не существовало и считалось, что всякое движение, кроме естественного, требует непрекращающегося воздействия, и прекращение воздействия приводит к немедленному прекращению движения. Галилей выступил против такой концепции.

Используя понятие инерции, Галилей объяснил, почему Земля при обращении вокруг Солнца и вращении вокруг своей оси сохраняет как атмосферу, так и все, что находится в атмосфере и на земной поверхности. Здесь проявился открытый Галилеем принцип относительности для механических явлений, известный как принцип относительности Галилея и утверждающий, что если законы механики справедливы в одной системе координат, то они справедливы и в любой другой системе координат, движущейся прямолинейно и равномерно относительно первой, т.е. в инерциальных системах отсчета. В другой формулировке закон звучит так: никакими опытами, проведенными в инерциальной системе отсчета, нельзя доказать, покоится система отсчета или движется! равномерно и прямолинейно. Все законы механики во всех инерциальных системах отсчета проявляются одинаково, в них пространство и время носят абсолютный характер, т.е. интервал времени и размеры тел не зависят от состояния движения системы отсчета.

Одновременно с законом инерции Галилей использовал и другое основное положение классической механики - закон независимости действия сил. Он применил его к движению тел в поле силы тяжести Земли.

В своих философских воззрениях, опирающихся на естественнонаучные выводы, Галилей стоит на позициях новой основанной им механической натурфилософии, механистического естествознания.

Он исходит из признания бесконечной и вечной Вселенной, всюду единой. Утверждает, что небесный мир состоит из таких же физических тел, как и Земля. Все явления природы, по его мнению, подчиняются одинаковым законам механики. Сама материя как реальная субстанция вещей состоит из абсолютно неизменных атомов (здесь Галилей опирается на атомизм Демокрита); всевозможные ее проявления сводятся к чисто количественным свойствам, поэтому все в природе можно измерить и вычислить; движение материи выступает в единой, универсальной механической форме. Во всех явлениях природы, по представлениям Галилея, обнаруживается строгая механическая причинность, поэтому в отыскании причин явлений и познании их внутренней необходимости состоит основная, подлинная цель науки, «высшая ступень знания».

Источником познания, по Галилею, является опыт. Он осуждал схоластику, оторванную от действительности и опирающуюся исключительно на авторитеты. Метод научного исследования Галилея сводился к тому, что из наблюдений и опытов устанавливается предположение - гипотеза, проверка которой на практике дает физический закон. В основных чертах этот метод стал методом естествознания.

До Галилея физика и математика существовали порознь. Он связал физику, объясняющую характер и причины движения, и математику, позволяющую описать это движение, т.е. сформулировать его закон. Как один из основателей классической механики, Галилей сделал два принципиально важных шага: обратился к физическому опыту и связал физику с математикой.

При разработке своей системы мира Коперник исходил из предположения, что Земля и планеты обращаются вокруг Солнца по круговым орбитам. Чтобы объяснить сложное движение планет по эклиптике, ему пришлось ввести в свою систему 48 эпициклов. И лишь благодаря усилиям немецкого астронома Иоганна Кеплера система мира Коперника приобрела простой и стройный вид. Кеплер совершил следующий шаг - открыл эллиптическую форму орбит и три закона, движения планет вокруг Солнца. Первые два закона Кеплера были опубликованы в 1609 г., третий - в I 1619 г. Наиболее важным для понимания общего устройства Солнечной системы был первый закон, утверждавший, что планеты обращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, а Солнце находится в фокусе одного из этих эллипсов. В свое время греки предполагали, что все небесные тела должны двигаться по кругу, потому что круг - самая совершенная из всех кривых. Хотя греки знали многое об эллипсах и их математических свойствах, они не дошли до понимания того, что, небесные тела могут двигаться как-то иначе, нежели по кругам или сложным сочетаниям кругов. Кеплер первым отважился высказать такую идею. Его законы имели решающее значение в истории науки прежде всего потому, что они способствовали доказательству закона тяготения Ньютона.

Кеплер настаивал на физическом объяснении явлений природы, не признавал теологических представлений (например, он доказывал, что кометы являются материальными телами), а также антропоморфного понимания природы, наделения ее духоподобными силами, выступал против алхимиков и астрологов.

Учение Кеплера о законах движения планет имело огромное значение для формирования естественнонаучной картины мира, i открывало путь к поиску более общих законов механического движения материальных тел и систем.

В трудах современников Галилея и Кеплера итальянского физика и математика Эванджелисты Торричелли (1608-1647 гг.) и французского математика, физика и философа Блеза Паскаля (1623-1662 гг.) развивалась экспериментальная физика. Кроме решения задачи о движении тела, брошенного под углом к гори-1 зонту, Торричелли впервые экспериментально доказал существование атмосферного давления в опытах с трубками со ртутью. Паскаль вошел в историю физики как автор закона о всесторонней равномерной передаче давления жидкости, закона сообщающихся сосудов и теории гидравлического пресса.

Становление и дальнейшее развитие механики зависело от математических описаний физических закономерностей, и в этом направлении необходимо выделить работы французского ученого] Рене Декарта (1596-1650 гг.). Декарт заложил основы аналитической геометрии, применил ее аппарат к описанию перемещения тел, разработал понятия переменной величины и функции . Я «Началах философии», опубликованных в 1644 г., Декарт сформулировал три закона природы. Первые два выражают принцип инерции, в третьем формулируется закон сохранения количества движения. В познании мира Декарт ставил на первое место проницательность ума. Он считал, что с помощью логических рассуждений можно построить картину мира. Последователей Декарта называли картезианцами (Картезий - латинизированное имя Декарта).

В мире Декарта материя тождественна пространству, все пространство заполнено материей, пустоты нет. Атомы отрицаются, материя делима до бесконечности. Все явления Декарт сводил к механическим перемещениям. Все взаимодействия осуществляются через давления, столкновения - одни части материи давят на другие, толкают их. Весь мир заполнен вихревыми движениями (движениями по кругу). Беспредельная делимость материи у Декарта не вполне последовательно сочетается с существованием «частиц материи». У Декарта имеются три типа таких частиц: вездесущие частицы неба, частицы огня и частицы плотной материи. Движение производится силой, исходящей от Бога. Эта же сила делит непрерывную материю на части и частицы и сохраняется в них, являясь источником их кругового (вихревого) движения, при котором одни частицы выталкиваются со своих мест другими.

Велика роль французского ученого и в развитии астрономии, Вселенная рассматривалась им как саморазвивающаяся система. Первоначально она находилась в хаотическом состоянии, затем движение частиц материи приобрело характер центробежных вихревых движений, в результате которых образовались небесные тела, включая Солнце и планеты. Таким образом, возникновение Солнечной системы и всей Вселенной происходит, по Декарту, без божественного вмешательства, на основе законов природы. «Бог так чудесно установил эти законы, что даже если предположить, что он не создал ничего, кроме сказанного (т.е. материи и движения), и не внес в материю никакого порядка, никакой соразмерности, а, наоборот, оставил лишь самый невообразимый хаос... то и в таком случае этих законов было бы достаточно, чтобы частицы хаоса сами распутались и расположились в таком прекрасном порядке, что они образовали бы весьма совершенный мир».

Учение Декарта явилось единой наукой. Как и философы древности, Декарт включил в свое учение натурфилософию. Однако в основу своей натурфилософии Декарт положил механику, и она носила механический односторонний характер, что было характерно для естествознания того времени. Декарта можно считать основоположником принципа близкодействия в физике. Вол новая теория света, теория электромагнитного поля, молекулярная физика являются развитием идей Декарта. Действительно, в трудах многих крупнейших физиков XIX в. можно найти идеи, которые являются развитием идей Декарта, высказанных им еще в XVII в.

Период формирования и становления естественных наук приходится примерно на XVII в.: начинается он с работ Галилея и заканчивается исследованиями Ньютона.

Галилей и Кеплер, исходя из динамических и кинематических законов Аристотеля, переосмысливали его механику и в итоге перехода от геоцентризма к гелиоцентризму пришли к своим кинематическим законам. Эти законы предопределили принципиально единую для земных и небесных тел механику Ньютона со всеми сформированными им классическими законами механики, включая закон всемирного тяготения. Галилей, изучая свободное падение тел, первым ввел понятие инерции и сформулировал принцип относительности для механических движений, известный как принцип относительности Галилея. Решающий вклад в становление механики внес английский физик Исаак Ньютон (1643-1727 гг.)

Стройную логическую систему физической картине мира придали законы механики, полученные Ньютоном и изложенные в его гениальной работе «Математические начала натуральной философии» (кратко - «Начала») в 1687 г. . Ньютон больше, чем кто-либо из других мыслителей его поколения, внес в научную картину мира не только нового содержания, но и принципиально новый стиль однозначного объяснения природы. Ньютон создал основы теории гравитационного поля, вывел закон тяготения, определяющий силу тяготения, которая действует на данную массу в любой точке пространства, если заданы масса и положение тела, служащего источником сил тяготения, т.е. притягивающего к себе другие тела.

Динамические законы Ньютона не только следуют из соответствующих кинематических законов Галилея и Кеплера, но и сами могут быть положены в основу всех трех кинематических законов Кеплера и обоих кинематических законов Галилея, а также всевозможных теоретически ожидаемых отклонений от них из-за сложного строения и взаимных гравитационных возмущений взаимодействующих тел.

И. Ньютон полагал, что мир состоит из корпускул, образующих тела и заполняющих пустоты между ними. Установив закон всемирного тяготения, Ньютон не дал объяснения причин тяготе и механизма передачи взаимодействия. Молодой Ньютон считал, что взаимодействие через пустоту осуществляет Бог. Позднее он приходит к гипотезе эфира как переносчика взаимодействия.

Период становления механики со временем превратился в период ее торжества. Механика стала основой мировоззрения. Все, что создал сам человек, все, что есть в природе, имеет, считалось, единую механическую сущность. Этому способствовали и дальнейшие открытия в естествознании, особенно в астрономии более позднего периода.

формирование механистической картины мира потребовало несколько столетий и завершилось лишь к середине XIX в. Ее следует рассматривать как важный этап в становлении естественнонаучной картины мира.

В этой системе мира вещества состоят из атомов и молекул, находящихся в непрерывном движении. Взаимодействия между телами происходят при непосредственном контакте (при действии сил упругости и трения) и на расстоянии (при действии сил тяготения). Пространство заполнено всепроникающим эфиром. Взаимодействие атомов рассматривается как механическое. Нет понимания сущности эфира. Согласно механистической картине мира гравитационные силы связывают все без исключения тела природы, они являются не специфическим, а общим взаимодействием. Законы тяготения определяют отношение материи к пространству и всех материальных тел друг к другу. Тяготение создает в этом смысле реальное единство Вселенной. Объяснение характера движения небесных тел и даже открытие новых планет Солнечной системы было триумфом ньютоновской теории тяготения. ч Механистическая картина мира была основана на следующих четырех принципах.

1. Мир строился на едином фундаменте - на законах механики Ньютона. Все наблюдаемые в природе превращения, а также тепловые явления на уровне микроявлений сводились к механике атомов и молекул, их перемещениям, столкновениям, сцеплениям, разъединениям. Считалось, что открытие в середине XIX в. Закона сохранения и превращения энергии также доказывало механическое единство мира.

2. В механистической картине мира все причинно-следственные связи однозначные, здесь господствует лапласовый детерминизм. В мире существует точность и возможность предопределения будущего.

3. В механистической картине мира отсутствует развитие - в целом таков, каким он был всегда. Механистическая картина мира фактически отвергала качественные изменения, сводя все к чисто количественным изменениям.

4. Механистическая картина исходила из представления, что микромир аналогичен макромиру. Считалось, что механика микромира может объяснить закономерности поведения атомов и молекул.

По своей сути эта картина мира являлась метафизической, все многообразие мира сводилось к механике, качественное развитие, как и все происходящее в мире, представлялось строго предопределенным и однозначным.

Метафизические взгляды на картину мира приводили исамого Ньютона к постоянному отступлению от естественнонаучного мировоззрения и к объяснению явлений сверхъестественными силами, т.е. вмешательством бога. Ньютон полагал, что Солнечная система от века существует такой, какой мы ее знаем сейчас. Но в таком случае начальное положение планеты на орбите и ее начальная скорость не находят физического объяснения. По Ньютону, планеты получили начальную скорость в виде толчка от бога. УстойчивостьСолнечной системы также не находит своего объяснения с помощью одних только сил тяготения, и Ньютон оставляет здесь место действию божественных сил.

Таким образом, Ньютонова концепция сил отводила определенную роль в природе богу, в отличие от картезианской физики, которая каждое явление объясняла специальной моделью вихря и согласно которой бог, однажды создав природу, уже больше в нее не вмешивается. В философских моделях мировоззрения это нашло глубокое отражение во всей противоречивости и сложности, присущей духовному миру человека в эпоху освобождения от путсхоластики.

Естественнонаучная картина мира в собственном смысле слова, как мы уже отметили, начинает формироваться только в эпоху возникновения научного естествознания в XVI-XVII вв. Анализируя процесс перестройки сознания в эпоху XVI-XVII вв., западный исследователь экстерналистского направления Э. Цильзель считает, что становление новых буржуазных экономических отношений, пронизанных духом рационализма, привело к постепенному ослаблению религиозного, магического восприятия мира и укреплению рациональных представлений о мироздании. А поскольку развитие производства потребовало развития механики, то картина мира данной эпохи приобрела механистический характер.

В истории научного знания классическая механика была новой теоретически развитой областью естествознания, ставшей основой л механистической картины мира. Механистическая картина мира была и остается тем началом, на котором основываются последующие картины мира, опирающиеся на успехи синергетики или идеи глобального эволюционизма.

Одной из характерных черт общенаучной картины мира является то, что ее основой выступает картина мира той области познания, которая занимает лидирующее положение в данный исторический период. В XVII-XVIII вв. лидирующее положение среди наук занимала механика, поэтому естественнонаучная картина мира получила название механистической. Законы механики распространялись также на общество и на человека.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Галилей Г. Диалог о двух системах мира //Галлией Избр. Тр. М., 164. Т.1.
2. Беседы и математические доказательства //Там же Т.2.
3. Декарт Р. Избранные произведения. М., 1950.
4. Декарт Р. Сочинения 13, Т.2. М.: Мысль, 1989.
5. Ньютон И. Математические начала натуральной философии. Пер. А.Н. Крылова //Изв. Николаев мор. акад. 1915. Вып.4.

Библиографическая ссылка

Раджабов О.Р. ФОРМИРОВАНИЕ МЕХАНИСТИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ МИРА // Современные наукоемкие технологии. – 2007. – № 10. – С. 98-101;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=25571 (дата обращения: 04.01.2020). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

ВВЕДЕНИЕ

В основе современного научного миропонимания лежит признание фундаментальности пространства и времени. Эта традиция восходит к временам Галилея и Ньютона.

Так Ньютон всю свою механику строил на законах, в которых в качестве физических величин фигурировали пространственные координаты x,y,z и время t. Он выдвинул совершенно новый принцип исследования природы, согласно которому вывести два или три общих начала движения из явлений и после этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных начал, - было бы очень важным шагом в философии, хотя причины этих начал и не были еще открыты.

Физика как наиболее разработанная область естествоиспытания, задавала фон для развития других отраслей науки. Последние же тяготели к рационально- методологическим принципам и понятиям физики, механики.

Открытие принципов механики означает подлинно революционный переворот, который связан с переходом от натурфилософских догадок и гипотез о «скрытых» качествах и т.п. спекулятивных измышлений к точному экспериментальному естествознанию, в котором все предположения, гипотезы и теоретические построения проверялись наблюдениями и опытом.

1. МЕХАНИСТИЧЕСКИЙ ПЕРИОД ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

1. 1 Сущность и причины появления механистической картины мира

К совершенству стремились в XVII-XIX веках именно частные науки, которые только-только начинали обретать статус самостоятельности и науки. Это был период прорыва их к новым горизонтам истин. Классическая механика выработала иные представления о мире, материи, пространстве и времени, движении и развитии, отмеченные от прежних и создала новые категории мышления - вещь, свойство, отношение, элемент, часть, целое, причина, следствие, система - сквозь призму которых сама стала смотреть на мир, описывать и объяснять его. Новые представления об устройстве мира привели к созданию и Новой Картины мира - механистической, в основе которой лежали представления о вселенной как замкнутой системе, уподобляемой механическим часам, которые состоят из незаменимых, подчиненных друг другу элементов, ход которых строго подчиняется законам классической механики. Законам механики подчиняются все и вся, входящие в состав вселенной, а, следовательно, законам этим приписываются универсальность. Как и в механических часах, в которых ход одного элемента строго подчинен ходу другого, так и во вселенной, согласно механистической картине мира, все процессы и явления строго причинно связаны между собой нет места случайности и все предопределено.

В механистической картине мира задаются мировоззренческие ориентации и методологические принципы познания. Механицизм, детерминизм, редукционизм образуют систему принципов, регулирующих исследовательскую деятельность человека. Открывая законы, описывающие природные явления и процессы, человек противопоставляет себя природе, возвышает себя до уровня хозяина природы. Так человек ставит свою деятельность на научную основу, ибо он, исходя из механистической картины мира, уверился в возможность с помощью научного мышления выявить универсальные законы функционирования мира. Эта деятельность оформляется в рационалистическую. Безусловно, предполагается, что такая деятельность целиком должна основываться на целевых установках, принципах, нормах, методах познания объекта. Поступки (научные) и действия исследователя, основанные на предписаниях методического характера обретают черты устойчивого образа деятельности. В рассматриваемый период исследовательская деятельность в астрономии, механике, физике была достаточно рационализирована, а сами эти науки занимали лидирующее место в естествознании.

Физика как наиболее разработанная область естествоиспытания, задавала фон для развития других отраслей науки. Последние же тяготели к рационально- методологическим принципам и понятиям физики, механики. Как это на самом деле происходило можно проследить на историко-научном материале биологии.

XVII- нач. XIX вв. - то период господства механической картины мира. Законы механики рассматриваются как универсальные и единые для всех отраслей естествознания. Эмпирические факты биологии, являющиеся фиксацией наблюдаемых в периоде единичных явлений, редуцируются к механическим закономерностям, Иными словами, способ формирования фактов в биологии строится на механистических представлениях о мире. Например, такие факты, как: «Птица, которую потребность влечет к воде, чтобы найти здесь себе жизненное пропитание, раздвигает пальцы на ногах, готовясь грести и плыть по водной поверхности»; «Кожа, соединяющая пальцы при основании, привыкает растягиваться благодаря этим беспрестанно повторяющимся раздвиганиям пальцев. Так, со временем образовались те широкие перепонки между пальцами уток, грей, какие видим сейчас», целиком детерминированы идеями механистического детерминизма. Это однозначно видно из интерпретации указанных фактов. «Частое пользование органом, обратившееся в привычку, увеличивает способность того органа, развивает его самого и сообщает ему размеры и силу действия»; «Неупотребление органа, сделавшееся постоянным вследствие усвоенных привычек, постепенно ослабляет этот орган и, в конце концов, приводит его к исчезновению и даже к полному уничтожению». Механистический подход к системе адаптации «животный организм-окружающая среда» дает соответствующий эмпирический материал.

1. 2 Принцип инерции и принцип относительности Галилея

Становление механистической картины мира справедливо связывают с именем Галилео Галилея, который установил законы движения свободно падающих тел и сформулировал механический принцип относительности. Но главная заслуга Галилея в том, что он впервые применил для исследования природы экспериментальный метод вместе с измерениями исследуемых величин и математической обработкой результатов измерений. Если эксперименты спорадически ставились и раньше, то математический их анализ впервые систематически стал применять именно он.

Одним из первых основополагающих событий, знаменующих собой начало классического периода естествознания, явилась формулировка Галилеем принципа инерции и принципа относительности. Принцип инерции утверждает, что любое тело сохраняет состояние покоя или движется равномерно и прямолинейно до тех пор, пока воздействие других тел не выведет его из этого состояния. Принцип относительности утверждает, что если система движется равномерно и прямолинейно, то, не выходя за ее пределы, никакими приборами невозможно обнаружить факт ее движения или покоя, так как такое движение не влияет на ход процессов, протекающих в данной системе. Какое из тел, движущихся равномерно и прямолинейно, действительно движется, а какое покоится однозначно сказать невозможно. Только задавшись точкой, относительно которой мы будем измерять характеристики движения (например скорость), можно внести в задачу элемент определенности.

Таким образом, впервые появилась необходимость ввести в задачи механики понятие системы отсчета.

Важнейшим результатом принципа относительности явилось правило сложения скоростей (рис.1) (v"= v 0 + v, где v" - скорость движения тела относительно неподвижной системы отсчета, v 0 - скорость движения подвижной системы отсчета относительно неподвижной, v - скорость движения тела относительно подвижной системы отсчета) и преобразование координат (x"= x - v 0 t, y"= y, z"= z, где x",y",z" - координаты тела в неподвижной системе координат, x,y,z - координаты тела в системе координат, движущейся относительно неподвижной со скоростью v 0 в направлении оси x").

Рис. 1. Правило сложения скоростей Галилея

Подход Галилея к изучению природы принципиально отличался от ранее существовавшего натурфилософского способа, при котором для объяснения явлений природы придумывались априорные, не связанные с опытом и наблюдениями, чисто умозрительные схемы.

Натурфилософия, что следует из ее названия, представляет собой попытку использовать общие философские принципы для объяснения природы. Такие попытки предпринимались еще с античной эпохи, когда недостаток конкретных данных философы стремились компенсировать общими философскими рассуждениями. Иногда при этом высказывались гениальные догадки, которые на многие столетия опережали результаты конкретных исследований. Достаточно напомнить хотя бы об атомистической гипотезе строения вещества, которая была выдвинута древнегреческим философом Левкиппом (V до н.э.) и более детально обоснована его учеником Демокритом (ок. 460 до н.э.-год смерти не изв.), а также об идее эволюции, высказанной Эмпедоклом (ок. 490-ок. 430 до н.э.) и его последователями. Однако после того, как постепенно возникали и отделялись от нерасчлененного философского знания конкретные науки, натурфилософские объяснения стали тормозом для развития науки.

В этом можно убедиться, сравнив взгляды на движение Аристотеля и Галилея. Исходя из априорной натурфилософской идеи, Аристотель считал «совершенным» движение по кругу, а Галилей, опираясь на наблюдения и эксперимент, ввел понятие инерциального движения. По его мнению, тело, не подверженное воздействию каких-либо внешних сил, будет двигаться не по кругу, а равномерно по прямой траектории или оставаться в покое. Такое представление, конечно, - абстракция и идеализация, поскольку в действительности нельзя наблюдать такую ситуацию, чтобы на тело не действовали какие-либо силы. Однако эта абстракция является плодотворной, ибо она мысленно продолжает тот эксперимент, который приближенно можно осуществить в действительности, когда, изолируясь от действия целого ряда внешних сил, можно установить, что тело будет продолжать свое движение по мере уменьшения воздействия на него посторонних сил.

Переход к экспериментальному изучению природы и математическая обработка результатов экспериментов позволили Галилею открыть законы движения свободно падающих тел. Принципиальное отличие нового метода исследования природы от натурфилософского состояло, следовательно, в том, что в нем гипотезы систематически проверялись опытом. Эксперимент можно рассматривать как вопрос, обращенный к природе. Чтобы получить на него определенный ответ, необходимо так сформулировать вопрос, чтобы ответ на него был однозначным. Для этого следует так построить эксперимент, чтобы по возможности максимально изолироваться от воздействия посторонних факторов, которые мешают наблюдению изучаемого явления в «чистом виде». В свою очередь, гипотеза, представляющая собой вопрос к природе, должна допускать эмпирическую проверку выводимых из нее некоторых следствий. В этих целях, начиная с Галилея, стали широко использовать математику для количественной оценки результатов экспериментов.

Таким образом, новое экспериментальное естествознание в отличие от натурфилософских догадок и умозрений прошлого стало развиваться в тесном взаимодействии теории и опыта, когда каждая гипотеза или теоретическое предположение систематически проверяются опытом и измерениями. Именно благодаря этому Галилею удалось опровергнуть прежнее предположение, высказанное еще Аристотелем, что путь падающего тела пропорционален его скорости. Предприняв эксперименты с падением тяжелых тел (пушечных ядер), Галилей убедился, что этот путь пропорционален их ускорению, равному 9,81 м/с 2 . Из астрономических достижений Галилея следует отметить открытие спутников Юпитера, а также обнаружение пятен на Солнце и гор на Луне, что подрывало прежнюю веру в совершенство небесного космоса.

1. 3 Строение солнечной системы

Одним из наиболее значительных успехов классического естествознания, основанного на механике Ньютона, было практически исчерпывающее описание наблюдаемого движения небесных тел.

Первоначально считалось, что Земля неподвижна, а движение некоторых небесных тел (планет) казалось весьма сложным. Новый крупный шаг в развитии естествознания ознаменовался открытием законов движения планет. Галилей одним из первых высказал предположение о том, что наша планета не является исключением и тоже движется вокруг Солнца. Эта концепция (гелиоцентрическая) была встречена достаточно враждебно. Тихо Браге решил не принимать участия в дискуссиях, а заняться непосредственными измерениями координат тел на небесной сфере.

Если Галилей имел дело с изучением движения земных тел, то немецкий астроном Иоганн Кеплер (1571-1630) осмелился исследовать движения небесных тел, вторгся в область, которая раньше считалась запретной для науки.

Кроме того, для своего исследования он не мог обратиться к эксперименту и поэтому вынужден был воспользоваться многолетними систематическими наблюдениями за движениями планеты Марс, проведенными датским астрономом Тихо Браге (1546-1601). Перепробовав множество вариантов, Кеплер остановился на гипотезе, что траекторией Марса, как и других планет, является не окружность, а эллипс. Результаты наблюдений Тихо Браге соответствовали этой гипотезе и тем самым подтверждали ее.

Открытие законов движения планет Кеплером имело неоценимое значение для развития естествознания. Оно свидетельствовало, во-первых, о том, что между движениями земных и небесных тел не существует непреодолимой пропасти, поскольку все они подчиняются определенным естественным законам; во-вторых, сам путь открытия законов движения небесных тел в принципе не отличается от открытия законов земных тел. Правда, из-за невозможности осуществления экспериментов с небесными телами для исследования законов их движения пришлось обратиться к наблюдениям.

Тем не менее и здесь исследование осуществлялось в тесном взаимодействии теории и наблюдения, при тщательной проверке выдвигаемых гипотез измерениями движений небесных тел.

1. 4 Законы механики Ньютона их место в механистической картине мира

Формирование классической механики и основанной на ней механистической картины мира происходило по двум направлениям:

1) обобщение полученных ранее результатов и, прежде всего, законов движения свободно падающих тел, открытых Галилеем, а также законов движения планет, сформулированных Кеплером;

2) создание методов количественного анализа механического движения в целом.

Известно, что Ньютон создал свой вариант дифференциального и интегрального исчисления непосредственно для решения основных проблем механики: определения мгновенной скорости как производной от пути по времени движения и ускорения как производной от скорости по времени или второй производной от пути по времени. Благодаря этому, ему удалось точно сформулировать основные законы динамики и закон всемирного тяготения. В наши дни количественный подход к описанию движения кажется чем-то само собой разумеющимся, но в XVIII в. это было крупнейшим завоеванием научной мысли. Для сравнения достаточно отметить, что китайская наука, несмотря на ее несомненные достижения в эмпирических областях (изобретение пороха, бумаги, компаса и другие открытия), так и не смогла подняться до установления количественных закономерностей движения. Решающую же роль в становлении механики сыграл, как уже отмечалось, экспериментальный метод, который обеспечил возможность проверять все догадки, предположения и гипотезы с помощью тщательно продуманных опытов.

Ньютон, как и его предшественники, придавал большое значение наблюдениям и эксперименту, видя в них важнейший критерий для отделения ложных гипотез от истинных. Поэтому он резко выступал против допущения так называемых скрытых качеств, с помощью которых последователи Аристотеля пытались объяснить многие явления и процессы природы.

Сказать, что каждый род вещей наделен особым скрытым качеством, при помощи которого он действует и производит эффект, - указывал Ньютон, - значит ничего не сказать.

В связи с этим он выдвигает совершенно новый принцип исследования природы, согласно которому вывести два или три общих начала движения из явлений и после этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных начал, - было бы очень важным шагом в философии, хотя причины этих начал и не были еще открыты.

Эти начала движения и представляют собой основные законы механики, которые Ньютон точно формулирует в своем главном труде «Математические начала натуральной философии», опубликованном в 1687 г.

Чтобы ясно оценить революционный переворот, осуществленный Ньютоном в механике и точном естествознании в целом, необходимо прежде всего противопоставить его метод принципов чисто умозрительным построениям прежней натурфилософии и широко распространенным в его время гипотезам о «скрытых» качествах. О натурфилософском подходе к изучению природы мы уже говорили, отметив, что в подавляющем большинстве такие взгляды были ничем не подкрепленными умозрениями и спекуляциями. И хотя в заголовке книги Ньютона тоже встречается термин «натуральная философия», в XVII и XVIII вв. он обозначал изучение природы, т.е. естествознание. Утверждение Ньютона, что гипотезы не должны рассматриваться в экспериментальной философии, было направлено против гипотез о «скрытых» качествах, подлинные же гипотезы, допускающие экспериментальную проверку, составляют основу и исходный пункт всех исследований в естествознании. Как нетрудно догадаться, сами принципы тоже являются гипотезами глубокого и весьма общего характера.

При разработке своего метода принципов Ньютон ориентировался на аксиоматический метод, блестяще примененный Евклидом при построении элементарной геометрии. Однако вместо аксиом он опирался на принципы, а математические доказательства отличал от экспериментальных, поскольку последние имеют не строго достоверный, а лишь вероятностный характер. Важно также обратить внимание на то, что знание принципов или законов, управляющих явлениями, не предполагает раскрытия их причин. В этом можно убедиться из оценки Ньютоном закона всемирного тяготения. Он всегда подчеркивал, что этот закон устанавливает лишь количественную зависимость силы тяготения от тяготеющих масс и квадрата расстояния между ними.

Что же касается причины тяготения, то он считал ее раскрытие делом дальнейших исследований.

Довольно того, что тяготение на самом деле существует и действует согласно изложенным нами законам и вполне достаточно для объяснения всех движений небесных тел и моря, - писал Ньютон.

1. 5 Концепция биологической эволюции

Принцип роста энтропии входил в прямой конфликт с достижениями другой естественно-научной дисциплины - биологии, где примерно в то же самое время был сформулирован принцип биологической эволюции , движущей силой которой, по мнению Дарвина, является естественный отбор . В процессе эволюции происходит формирование новых видов живых организмов, которые, подчиняясь требованиям окружающей среды, оказываются все более сложными и совершенными, по сравнению со своими предшественниками. Таким образом, естествознание впервые вышло на уровень формулировки фундаментальных законов, описывающих живой мир. И сразу же возникает парадокс несогласия с данными физики, где уже твердо обосновался принцип роста энтропии. Не случайно Больцман считал, что жизнь является следствием глобальной случайности, имеющей крайне малую вероятность возникновения. С точки зрения физики XIX века, возникнув однажды, любая упорядоченная система (например живой организм или жизнь вообще) может только разрушаться, деградировать. В то же время мы воочию можем наблюдать, например, как формирует сам себя организм ребенка, упорядочивая рассеянные в окружающей среде элементы.

Парадоксы подобного рода вообще типичны для механистической картины мира. Их причина стала понятной только в XX веке.

1.6 Значение открытий механистического периода естествознания

Открытие принципов механики действительно означает подлинно революционный переворот, который связан с переходом от натурфилософских догадок и гипотез о «скрытых» качествах и т.п. спекулятивных измышлений к точному экспериментальному естествознанию, в котором все предположения, гипотезы и теоретические построения проверялись наблюдениями и опытом. Поскольку в механике отвлекаются от качественных изменений тел, постольку для ее анализа можно было широко пользоваться математическими абстракциями и созданным самим Ньютоном и одновременно Лейбницем (1646-1716) анализом бесконечно малых. Благодаря этому изучение механических процессов было сведено к точному математическому их описанию.

Для такого описания необходимо и достаточно было задать координаты тела и его скорость (или импульс mv), а также вывести уравнение его движения. Все последующие состояния движущегося тела точно и однозначно определялись его первоначальным состоянием. Таким образом, задав это состояние, можно было определить любое другое его состояние как в будущем, так и в прошлом. Выходит, что время не оказывает никакого влияния на изменение движущихся тел, так что в уравнениях движения знак времени можно было менять на обратный. Очевидно, что подобное представление было идеализацией реальных процессов, поскольку оно абстрагируется от фактических изменений, происходящих с течением времени.

Следовательно, для классической механики и механистической картины мира в целом характерна симметрия процессов во времени, которая выражается в обратимости времени. Отсюда легко возникает впечатление, что никаких реальных изменений при механическом перемещении тел не происходит.

Задав уравнение движения тела, его координаты и скорость в некоторый момент времени, который часто называют начальным его состоянием, мы можем точно и однозначно определить его состояние в любой другой момент времени в будущем или прошлом. Сформулируем характерные особенности механистической картины мира.

1. Все состояния механического движения тел по отношению ко времени оказываются в принципе одинаковыми, поскольку время считается обратимым.

2. Все механические процессы подчиняются принципу строгого или жесткого детерминизма, суть которого состоит в признании возможности точного и однозначного определения состояния механической системы ее предыдущим состоянием.

Согласно этому принципу, случайность целиком исключается из природы. Все в мире строго детерминировано (или определено) предшествующими состояниями, событиями и явлениями. При распространении указанного принципа на действия и поведение людей неизбежно приходят к фатализму. Сам окружающий нас мир при механистической картине превращается в грандиозную машину, все последующие состояния которой точно и однозначно определяются ее предшествующими состояниями. Такую точку зрения на природу наиболее ясно и образно выразил выдающийся французский ученый XVIII в. Пьер Симон Лаплас (1749-1827):

Ум, которому были бы известны для какого-либо данного момента все силы, одушевляющие природу, если бы вдобавок он оказался достаточно обширным, чтобы подчинить все данные анализу, обнял бы в одной формуле движения величайших тел Вселенной наравне с движениями легчайших атомов; не осталось бы ничего, что было бы для него недостоверно, и будущее, так же как и прошедшее предстало бы перед его взором.

3. Пространство и время никак не связаны с движениями тел, они имеют абсолютный характер.

В связи с этим Ньютон и вводит понятия абсолютного, или математического, пространства и времени. Такая картина напоминает представления о мире древних атомистов, которые считали, что атомы движутся в пустом пространстве. Подобно этому в ньютоновской механике пространство оказывается простым вместилищем движущихся в нем тел, которые не оказывают на него никакого влияния.

4. Тенденция свести закономерности более высоких форм движения материи к законам простейшей его формы- механическому движению.

Такое стремление встретило критику со стороны биологов, медиков и некоторых химиков уже в XVIII в. Против него выступили также выдающиеся философы-материалисты Дени Дидро (1713-1784) и Поль Гольбах (1723-1789), не говоря уже о виталистах, которые приписывали живым организмам особую «жизненную силу», наличием которой они отличаются якобы от неживых тел. Из курса философии вы уже знаете, что механицизм, пытавшийся подходить ко всем без исключения процессам с точки зрения принципов и масштабов механики, явился одной из предпосылок возникновения метафизического метода мышления.

5. Связь механицизма с принципом дальнодействия, согласно которому действия и сигналы могут передаваться в пустом пространстве с какой угодно скоростью.

В частности, предполагалось, что гравитационные силы, или силы притяжения, действуют без какой-либо промежуточной среды, но сила их убывает с квадратом расстояния между телами. Сам Ньютон, как мы видели, вопрос о природе этих сил оставил решать будущим поколениям.

Все перечисленные и некоторые другие особенности предопределили ограниченность механистической картины мира, которые преодолевались в ходе последующего развития естествознания.

2 . И ЗМЕНЕНИЯ В МЕХАНИСТИЧЕСКОЙ КАРТИНЕ МИРА КАК ИЗМЕНЕНИЯ ПРИНЦИПОВ РАЦИОНАЛЬНОСТИ В ФИЗИКЕ XIX ВЕКА

Некоторые свойства механистической парадигмы остались неизменными к последним десятилетиям XIX века. Сохранялась идея абсолютного времени и абсолютного пространства, не зависимых между собой, по-прежнему предполагалось, что всегда можно построить, найти, угадать интуитивным путем некую функцию (которая уже перестала зависеть только от координат, а в которую могли входить и скорости), эта функция давала всю доступную наблюдению информацию о системе, в частности, позволяла определить траекторию любой части этой системы. Из этих свойств следовал и лапласовский детерминизм, остававшийся неизменным и после появления первых работ по статистической физике и классической термодинамике, поскольку возникающие там неопределенности и связанные с ними вероятности объяснялись не принципиальной невозможностью определить траекторию каждой из частиц, а лишь трудоемкостью процесса определения всех этих траекторий и незнанием начальных условий. Как заметил В.А.Фок по этому поводу, «...вековое развитие физики, включая XIX век, привело к тому, что абсолютный характер физических процессов, возможность их неограниченной детализации и их однозначная детерминированность стали считаться основанием физической науки. Эти принципы обычно не формулировались явно, но считались как бы априорными основами науки и научной философии».

Однако сведение описания физической системы к уравнениям аналитической механики, что тоже трактовалось как механическое объяснение, не давало достаточно наглядной модельной картины поведения системы, и поэтому оставалось некоторое неудовлетворение подобной редукцией. Одной из попыток выхода из сложившейся ситуации и можно считать предложенные Г.Герцем в 90-ые годы (книга вышла посмертно в 1894 г.) модификации традиционного механистического подхода. Книга Герца свидетельствует о том, насколько сильны были идеалы механистического объяснения и в самом конце XIX века, Герц так и начинает свою работу «Принципы механики»: «Все физики согласны с тем, что задача физики состоит в приведении явлений природы к простым законам механики. Однако в вопросе о том, какими являются эти простые законы, мнения расходятся. Большинство понимает под этими законами просто ньютоновские законы движения. На самом же деле последние получают свой внутренний смысл и физическое значение только благодаря невысказанной мысли, что силы, о которых говорят эти законы, имеют простую природу и простые свойства».

И внутри самой механики требования механической редукции также не были повсеместными, и один из наиболее влиятельных мыслителей конца века Э.Мах в своей «Механике», уже в той ее части, которая относится к первому изданию 1883 года, однозначно высказывается по поводу подобного редукционизма: «Воззрение, что механику следует рассматривать как основу всех остальных отраслей физики и что все физические процессы следует объяснять механически, есть, на мой взгляд, предрассудок. Не всегда исторически более древнее должно оставаться основой для понимания позднее найденного». Но отмечая, что этот подход обоснован возможностью описывать «отвлеченное количественное выражение фактического» и желанием обойтись «без лишних ненужных представлений», Мах констатирует в позднейшем дополнении, что в 1883 г. эта точка зрения поддержки у физиков еще не имела.

Но рассмотренные выше примеры с книгами по механике двух выдающихся ученых XIX века - Герца и Маха - позволяют нам получить первое подтверждение существованию связи между идеями и идеалами классической науки и проблемой механистического редукционизма, или, иначе говоря, требованием того, чтобы механистическая картина мира была принята в качестве основополагающей. А именно, объективно способствовавший становлению классической физики и прежде всего электромагнитной теории, уравнениями которой он и придал современную форму, Герц, требовавший редукции к механике, является сторонником одной единой возможной интерпретации, защищая классический идеал научной теории. Тогда как Мах отказывавший механицизму в том, что он служит основой физической картины мира, был, как это известно, одним из создателей современной методологии неклассической науки, вернее, создал предпосылки для ее возникновения.

К последней четверти XIX века произошло изменение понятия механической интерпретации, поскольку прямо лапласовско-ньютоновскую систему классической механики уже явно как образец для объяснения не использовали, однако, именно в идеале к механическим моделям и сводилось по-прежнему конечное объяснение физических явлений. Модели зачастую не объясняли механизм данного явления, а лишь указывали на возможность формальной аналогии при математическом соответствии. Любую интерпретацию старались в конечном итоге свести к механическим моделям. Это отметил и Ф.Клейн в 1926 г., выделив «процесс, постепенно подчинявший формальному методу классической механики все новые и более далекие области применения, в результате чего достигалось удовлетворительное овладение наблюдаемыми явлениями без всякого истинного проникновения в истинные свойства, лежащие в их основе» Действительно, сведение к механической интерпретации не определяло и не расшифровывало физических законов взаимодействия, однако помогало упорядочивать имеющийся эмпирический материал и математически строго описывать его в рамках гамильтоново-лагранжева формализма. К последней четверти XIX века процесс, который принято отождествлять с возникновением классической физики, явными примерами возникновения которой являлась электромагнитная теория Максвелла, уравнение теплопроводности Фурье, статистическая физика и т.д., был непосредственно связан с процессом укрепления несколько модифицированной, но механической парадигмы.

Модифицировалось и само понятие классической механики, перейдя в понятие классической физики, но оставался неизменным механистический модельный рационализм, лежавший в основе этого подхода, так же как и строгая определенность устанавливаемых действующих законов.

Сведение к механическим моделям не было основной задачей работавших физиков-теоретиков, и наличие феноменологических законов, не получивших механической интерпретации, является подтверждением данного факта, но интенция на получение интерпретируемой в терминах модифицированной классической механики картины явления оставалась неизменной на всем протяжении XIX века. Переход же от дискретного корпускулярного подхода, свойственного классической механике, к континуальной волновой картине, входившей в основание классической физики вновь на уровне гальмитоновского формализма и оптико-геометрической аналогии делал возможным расширение понятий, входивших в наборы классической механической интерпретации. Совершенно другой (и здесь не разбираемый) вопрос -это проблема сложности и реальной достижимости такой интерпретации. Принципиальной возможности механически моделировать, по наборам с бесконечным числом классических «механических» осцилляторов максвелловское электромагнитное поле дает тому подтверждение. Среди основных характеристик классической механики И.Пригожин называет детерминизм, выделяя еще одну особенность как механики, так и классической физики как таковой - ее статичность, как определяет это свойство Пригожин, что фактически означает, что рассматриваются физика и механика установившихся процессов, все имеющиеся в ней уравнения обладают свойством интегрирования, а пространство и время представляют собой независимые переменные.

Основные изменения, которые можно назвать переходом к иной парадигме и отказом от классики, связанные с тем, что, во-первых, пространственные и временные характеристики оказались связанными, т.е. уже, строго говоря, не могли фигурировать как независимые переменные в абсолютном пространстве - времени, во-вторых, рассматриваемые системы уже не были детерминистически определены, а вероятность входила как основная компонента в теорию и, в-третьих, что физика перестала быть статической и стала наукой и о необратимых процессах, т.е. время приобрело направление, происходили при постепенном отказе от механистического редукционизма и при замене его редукцией к становящейся классической физике. Но при этом изменялось отношение именно к модельному механизму, тогда как обращение к математической его форме, т.е. к уравнениям аналитической механики продолжало встречаться все чаще, но их уже в значительной мере собственно с механикой отождествлять впрямую было нельзя. Скорее они являлись свидетельствами все увеличивающейся роли математического формализма в содержании физических теорий.

На переходном этапе от идеалов классической науки к возникновению представлений науки неклассической и от механистической парадигмы к парадигме (впрочем как следует уже из сказанного выше недолго продержавшейся) классической физики, в этой работе мы выделяем значение трудов Л.Больцмана, во многом недооцененного именно с точки зрения эпистемологического переворота в науке, произошедшего при значительном содействии ученого. Парадоксальность ситуации состоит в том, что на протяжении практически всей своей карьеры Больцман выступал, и неоднократно, прежде всего сторонником механистического редукционизма, объективно способствуя его разрушению.

В том, что представляла собой физика после работ Больцмана, уже существовали принципиально недетерминистические системы, в ней появились системы, траектории которых однозначно определить было нельзя (что, правда, стало ясно только полвека спустя), и где время было связано с пространством. Все это и может пониматься как фактическое признание неудовлетворительности механической интерпретации.

Больцман проявлял особый интерес к философским и методологическим основаниям науки. Новаторство эпистемологической позиции Больцмана, его связь с новым взглядом на науку сказываются уже в том, что он считает принципиально допустимым плюрализм физических теорий. Так, в 1899 г. в популярном докладе, прочитанном на собрании естествоиспытателей, он прямо говорит о том, что может трактоваться как плюралистичность интерпретаций: «...наша задача состоит в нахождении не абсолютно правильной теории, но всего лишь наиболее простой теории, дающей наилучшее отображение явлений. В принципе, мыслима возможность появления двух совершенно различных теорий, причем обе одинаково просты и одинаково хорошо согласуются с явлениями: хотя эти теории полностью различны, обе они оказываются одинаково правильными. Утверждение, будто только одна теория является единственно правильной, выражает лишь наше субъективное убеждение, что не может быть другой теории, которая была бы столь же проста и давала бы столь же хорошо согласующуюся картину».

Рассмотренная выше картина изменения понимания механической интерпретации физических явлений свидетельствует, что механическая картина мира была основополагающей до самого конца ХIХ века. В связи с появлением спустя десятилетие специальной теории относительности А.Эйнштейна надо выделить все же принципиальную новизну подхода Больцмана. Она проявилась в следующем: когда Больцман рассматривал энтропию системы, связывая ее с вероятностью состояния системы, он определял стрелу времени как направленную в сторону возрастания энтропии. Но сама вероятность состояния системы выражалась у Больцмана через совокупность ее пространственных координат и координат в пространстве импульсов и тогда, в соответствии с определением Больцмана, на время накладывалось как бы ограничение, задававшее направление его изменения. Разумеется, это не есть полная взаимозависимость пространственных и временных переменных, как в теории Эйнштейна, и подобные виды зависимости в той или иной форме встречались и ранее, но Больцман впервые прямо связал в одной формуле пространственные координаты системы и направление ее развития, то есть вектор времени. Такая направленность времени, как представляется, как раз и связана с генетической обусловленностью концепций больцмановской теории: Больцман выбирает и строит ту теорию, в которой содержится генезис системы, откуда изначально особая смысловая зависимость от понятия времени, ранее игравшего в механике роль параметра.

В рассмотренной выше истории перехода от механики как единственно возможного языка и способа объяснения к прямому нарушению положений, лежавших в основе механической картины мира, опущена та часть, которая имеет непосредственное отношение к концепции поля как физического объекта, обладающего не ньютоновским по своему характеру силовым взаимодействием, как особого пространства, где взаимодействие передается не обязательно по прямой, где силы не центральны, а распространение взаимодействия происходит с конечной скоростью. Это обстоятельство мотивировано тем, что теория поля лежала несколько в стороне от рассмотренных выше концепций механического объяснения, поскольку центральное место в ее становлении имело понятие эфира. Но здесь важно отметить следующее: до того, как в работах А.Эйнштейна 1905 г. был получен некий синтез электродинамики и механики, концепция поля как самостоятельное понятие была сформулирована в 1895 г. Г.Лоренцем. Хотя у Лоренца поле еще не было онтологически самостоятельной концепцией, как у Эйнштейна, однако Лоренц уже явно сформулировал не ньютоновский характер этого понятия и, следовательно, его несводимость к механическим моделям. И для анализируемой специфики изменения концепции понимания и объяснения важно отметить, что у Лоренца, в качестве предпосылок построения теории называется неприменимость, непригодность наглядности, «обращения к картинам» как составляющей научной теории. В своей работе он всячески избегал «картинок» и декларировал подобное поведение как принцип: «Однако и хорошего может быть избыток... делая все слишком наглядным, мы можем перелететь через цель, и придать слишком много значения тому, что должно служить лишь иллюстрацией, так, что иллюстрацию мы примем за самую сущность... Особенно надо быть осторожным с избытком наглядности, когда речь идет о силах в физике». Использование Лоренцем оригинальной концепции поля, неньютоновского по своей природе, соединенной с отказом от наглядности концепций теории, делает особенно очевидной связь механической интерпретации с наглядным модельным подходом. Особенно если учесть, что такое понимание поля не было результатом специальной методологической рефлексии ученого, который тщательно избегал какого бы то ни было обращения к общим вопросам, ограничиваясь решением чисто физических задач. Это позволяет сделать вывод, что такое введение неньютоновского немеханического объекта всегда прямо связано с ориентацией на математический аппарат теории, в противовес поиску наглядных интерпретационных иллюстраций.

Механика вновь обрела свои права с возникновением специальной теории относительности, когда электродинамика, т.е. концепция поля и механика стали рассматриваться как равноправные физические понятия, не сводящиеся друг к другу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

XIX век зачастую определяется как Век Прогресса или Век Науки. Именно в XIX веке и во многом благодаря дальнейшему распространению идеологии Просвещения, само понятие «рациональное» все более стало совпадать с понятием «научное».

Начав складываться с началом научной революции Нового Времени идеал классического естествознания не претерпел значительных изменений как за истекшие века, так и к началу XIX века, да, и на всем его протяжении. Из классической науки были исключены любые ценностные представления или исторические характеристики - научная истина была вневременной и вечной.

Сама природа неизменна и поэтому естествознание и в том числе и физика, имеет дело с объектами статичными, ее объекты изучения в свою очередь не изменяемы, не развиваются.

Наконец, классическое естествознание подразумевало наличие фиксированных причинно-следственных связей. Именно детерминистический характер классического естествознания и делал возможным предсказание исходов опытов и полное описание реальности. Любая неопределенность трактовалась естественным образом как свидетельство неполноты, недостаточной истинности теории. Идеальным же завершением теоретического описания было, начиная с конца XVIII века, сведение картины явления к системе механического характера.

В XIX веке и, прежде всего в его последней четверти, произошел парадигмальный сдвиг, выразившийся в том, что вместо редукции к механической картине мира стали использовать редукцию к теориям классической физики, возникшей как новая парадигмальная наука к концу века.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1) Агапова О.В., Агапов В.И. Лекции по концепциям современного естествознания. Вузовский курс. - Рязань, 2007.

2) Бочкарев А.И. Концепции современного естествознания. - Тольятти, 2007.

3) Герц Г. Принципы механики, изложенные в новой связи. М., 2006.

4) Гете И. Избранные сочинения по естествознанию. - М.: 2006.

5) Горелов А.А. Концепции современного естествознания. - М.: 2006.

6) Григорьян А.Т., Фрадлин Б.Н., Сотников В.С. Аксиоматика классической механики // Исследования... М., 2007. С. 5-37.

7) Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. - Новосибирск, 2007.

8) Дынин Б.С. Логика развитий представлений о науке у физиков XIX в. (1800-1870) // Проблемы развития науки в трудах естествоиспытателей XIX века. М., 2007. С. 29-49.

9) Разумовский О.С. Проблемы взаимосвязи ньютоновской аксиоматики с экстремальными принципами // Ньютон и философские проблемы физики XX века. М., 2007. С. 35-52.

10) Концепции современного естествознания. Серия «Учебники и учебные пособия». - Ростов н/Д, 2007.

Подобные документы

Философская рациональность Аристотеля. Механистическая картина мира. Теория эволюции Дарвина. Сдвиг интереса от физики в сторону биологии. Квантовая механика. Теория относительности. Синергетика. Энтропия.

реферат , добавлен 26.01.2007


Научные картины мира и научные революции в истории естествознания. Изучение физической картины мира в ее развитии. Явления электричества и магнетизма. Квантово-релятивистская физическая картина мира, законы электродинамики. Общая теория относительности.

реферат , добавлен 11.02.2011


Квантово-полевая (неклассическая) картина мира, суть ее принципов. Особенности принципов соответствия и суперпозиции. Концепция детерминизма, динамические и статистические закономерности. Принципы эволюционно-синергетической (современной) картины мира.

реферат , добавлен 30.10.2012


Научная революция и работы Коперника, Кеплера, Галилея и Декарта. Механика Ньютона, атомы микромира и лапласовский детерминизм, теории газов. Электромагнитная картина мира в работах Фарадея, Максвелла и Лоренца. Теория относительности Эйнштейна.

реферат , добавлен 25.03.2016


История науки свидетельствует, что естествознание, возникшее в ходе научной революции XVI–XVII вв., было связано с развитием физики. Механистическая, электромагнитная картины мира. Становление современной физической картины мира. Материальный мир.

реферат , добавлен 06.07.2008


Естественнонаучная картина мира как целостная система представлений об общих принципах и законах устройства мироздания. Эволюция естественнонаучной картины мира в истории человечества. Предпосылки, влияющие на развитие новых научных представлений.

реферат , добавлен 17.04.2011


Современная научная картина мира. Фундаментальные воздействия и фундаментальные законы в материальном мире. Геофизическое строение и эволюция Земли. Уникальность планеты Земля в ряду других планет Солнечной системы. Концепция устойчивого развития.

контрольная работа , добавлен 10.06.2015


Реферат рассматривается эволюция с точки зрения синергетики. Естественно - научная картина мира. Механическая картина мира. Электромагнитная картина мира. Концепция необратимости и термодинамики. Концепция эволюции в биологии.

реферат , добавлен 20.11.2003


Понятие картины мира, ее сущность и особенности, история изучения. Сущность принципа глобального эволюционизма, его влияние на изменение представлений о картине мира в XIX веке. Синергетика как теория самоорганизации, ее роль в современном представлении.

контрольная работа , добавлен 09.02.2009


Понятие "научная картина мира". Физика как ведущая дисциплина в классической научной картине мира. Историческая смена физических картин мира. Современная картина мира. Главный предмет синергетики. Исторические формы проблемы происхождения жизни.