Liikumist maailma mehaanilises pildis nähakse kui. Moodsa füüsilise maailmapildi kujunemine. Aruannete ja referaatide teemad

Mehhaanilise maailmapildi kujunemist seostatakse Galileo Galilei nimega, kes kehtestas vabalt langevate kehade liikumisseadused ja sõnastas mehaanilise relatiivsusprintsiibi. Tema oli esimene, kes kasutas loodusuuringuteks eksperimentaalmeetodit koos uuritavate suuruste mõõtmise ja mõõtmistulemuste matemaatilise töötlemisega. Kui varem olid katsed perioodiliselt üles seatud, siis nende matemaatiline analüüs oli esimene, kes seda süstemaatiliselt rakendas.

Galileo lähenemine looduse uurimisele erines põhimõtteliselt varem eksisteerinud loodusfilosoofilisest meetodist, mille puhul leiutati a priori puhtspekulatiivseid skeeme loodusnähtuste seletamiseks.

Loodusfilosoofia, on katse kasutada looduse selgitamiseks üldfilosoofilisi printsiipe. Mõnikord avaldati samal ajal hiilgavaid oletusi, mis olid konkreetsete uuringute tulemustest mitu sajandit ees. Näiteks Vana-Kreeka filosoofi Leucippuse (V eKr) püstitatud ja tema õpilase Demokritose (umbes 460 eKr – surma-aastat pole teada) põhjalikumalt põhjendatud atomistlik hüpotees mateeria ehitusest, samuti evolutsiooni idee, mida väljendasid Empedokles (u 490 - u 430 eKr) ja tema järgijad. Kuid pärast seda, kui konkreetsed teadused järk-järgult tekkisid ja need eraldati jagamatutest teadmistest, muutusid loodusfilosoofilised seletused teaduse arengu piduriks.

Seda saab näha, kui võrrelda Aristotelese ja Galilei liikumise vaateid. Lähtudes aprioorsest loodusfilosoofilisest ideest, pidas Aristoteles ringis liikumist "täiuslikuks" ning vaatlustele ja katsetele toetudes võttis selle kontseptsiooni kasutusele Galileo. inertsiaalne liikumine.

Samaväärne on järgmine sõnastus, mida on mugav kasutada teoreetilises mehaanikas: "Inertsiaalne on võrdlusraam, mille suhtes ruum on homogeenne ja isotroopne ning aeg homogeenne." Newtoni seadused, nagu ka kõik teised klassikalise mehaanika dünaamika aksioomid, on sõnastatud seoses inertsiaalsete tugiraamidega.

Mõiste "inertsiaalsüsteem" (saksa keeles Inertialsystem) pakkus välja 1885. aastal Ludwig Lange ja see tähendas koordinaatsüsteemi, milles kehtivad Newtoni seadused. Lange plaani kohaselt pidi see termin asendama sellel perioodil hävitava kriitika osaliseks saanud absoluutse ruumi mõiste. Relatiivsusteooria tulekuga üldistati see mõiste "inertsiaalseks võrdlusraamiks".

Inertsiaalne võrdlussüsteem (ISO)- võrdlusraamistik, milles kõik vabad kehad liiguvad sirgjooneliselt ja ühtlaselt või on puhkeasendis (joonis 2). Vaatamata selle ligikaudsele olemusele on Maa kasutamine ISO-na navigatsioonis laialt levinud.

Riis. 2. Inertsiaalne tugiraamistik.

Inertsiaalne koordinaatsüsteem IFR-i osana on üles ehitatud järgmise algoritmi järgi. Maa keskpunkt valitakse punktiks O - koordinaatide alguspunktiks vastavalt selle vastuvõetud mudelile. Telg z langeb kokku Maa pöörlemisteljega. Teljed x ja y asuvad ekvatoriaaltasandil. Tuleb märkida, et selline süsteem ei osale Maa pöörlemises.

Galileo sõnul ei liigu keha, mida välised jõud ei mõjuta, mitte ringi, vaid ühtlaselt mööda sirget trajektoori või jääb puhkeolekusse. Selline esitus on muidugi abstraktsioon ja idealiseerimine, kuna tegelikkuses on võimatu jälgida sellist olukorda, et kehale ei mõjuks mingid jõud. Kuid see abstraktsioon jätkab vaimselt eksperimenti, mida saab praktiliselt teostada, kui mitmete väliste jõudude mõjust eraldatuna on võimalik kindlaks teha, et keha jätkab liikumist kõrvaliste jõudude mõjul see väheneb.

Uus eksperimentaalne loodusteadus hakkas vastupidiselt loodusfilosoofilistele oletustele ja mineviku spekulatsioonidele arenema teooria ja kogemuse tihedas koosmõjus, kui iga hüpoteesi või teoreetilist eeldust testitakse süstemaatiliselt kogemuste ja mõõtmiste abil. Just tänu sellele suutis Galileo ümber lükata Aristotelese varasema oletuse, et langeva keha teekond on võrdeline selle kiirusega. Olles teinud katseid raskete kehade (kahurikuulide) kukkumisega, tõestas Galilei, et see tee on proportsionaalne nende kiirendusega (9,81 m / s 2). Galileo avastas Jupiteri kuud, täpid Päikesel, mäed Kuul, mis õõnestas usku kosmose täiuslikkusesse.

Uut suurt sammu loodusteaduse arengus tähistas planeetide liikumise seaduste avastamine. Kui Galileo tegeles maakehade liikumise uurimisega, siis saksa astronoom Johannes Kepler (1571-1630) uuris taevakehade liikumist, tungides varem teaduse jaoks keelatud alale.

Oma uurimistööks ei saanud Kepler eksperimenteerida ja pidi seetõttu kasutama Taani astronoom Tycho Brahe (1546–1601) pikaajalisi süstemaatilisi vaatlusi planeedi Marsi liikumise kohta. Olles proovinud paljusid võimalusi, otsustas Kepler hüpoteesile, et Marsi trajektoor, nagu ka teised planeedid, ei ole ring, vaid ellips. Brahe vaatluste tulemused olid hüpoteesiga kooskõlas ja kinnitasid seda.

Marsi trajektoor ei ole ring, vaid ellips, mille ühes fookuses on Päike - tänapäeval tuntud positsioon Kepleri esimene seadus... Edasine analüüs viis selleni teine ​​seadus: planeeti ja päikest ühendav raadiuse vektor kirjeldab samal ajal võrdseid alasid. See tähendas, et mida kaugemale planeet Päikesest asub, seda aeglasemalt ta liigub. Kepleri kolmas seadus: planeedi keskmise kauguse kuubiku Päikesest ja selle Päikese ümber tiirlemise perioodi ruudu suhe on kõigi planeetide konstantne väärtus: a³ / T² = konst.

Kepleri avastatud planeetide liikumise seadused tunnistasid: maa- ja taevakehade liikumiste vahel pole vahet, nad kõik alluvad loodusseadustele; ise taevakehade liikumisseaduste avastamise viis ei erine põhimõtteliselt maiste kehade seaduste avastamisest. Tõsi, kuna taevakehadega katseid ei olnud võimalik teha nende liikumisseaduste uurimiseks, tuli pöörduda vaatluste poole, s.t. teooria ja vaatluste tihedas koostoimes taevakehade liikumiste mõõtmisega püstitatud hüpoteeside hoolikas kontrollimine.

Klassikalise mehaanika ja sellel põhineva mehhaanilise maailmapildi kujunemine kulges kahes suunas: varem saadud tulemuste üldistamine (Galileo avastatud vabalt langevate kehade liikumisseadused) ja Kepleri sõnastatud planeetide liikumise seadused; mehaanilise liikumise kvantitatiivse analüüsi meetodite loomine üldiselt.

Newton lõi diferentsiaal- ja integraalarvutusest oma versiooni mehaanika põhiprobleemide lahendamiseks: hetkekiiruse määratlus tee tuletis liikumise aja suhtes ja kiirendus kui kiiruse tuletis aja suhtes. või tee teine ​​tuletis aja suhtes. Tänu sellele suutis ta täpselt sõnastada dünaamika põhiseadused ja universaalse gravitatsiooni seaduse. XVIII sajandil. see oli teadusliku mõtte suurim saavutus.

Newton, nagu ka tema eelkäijad, omistas vaatlustele ja eksperimentidele suurt tähtsust, nähes neis kõige olulisemat kriteeriumi valede hüpoteeside tõestest eraldamiseks. Seetõttu astus ta teravalt vastu nn "varjatud omaduste" oletamisele, mille abil püüdsid Aristotelese järgijad seletada paljusid loodusnähtusi ja -protsesse. Öelda, et igat liiki asjadel on mingi eriline varjatud omadus, mille abil see toimib ja mõjub, märkis Newton, ei ütle midagi.

Sellega seoses esitab ta täiesti uue loodusuurimise põhimõtte, mille järgi oleks see filosoofias väga oluline samm, kuigi nende alguste põhjuseid pole veel avastatud.

Need liikumispõhimõtted on mehaanika põhiseadused, mille Newton sõnastab täpselt oma 1687 avaldatud põhitöös "Loodusfilosoofia matemaatilised põhimõtted".

Esimene seadus, mida sageli nimetatakse inertsiseaduseks, väidab: iga keha hoitakse jätkuvalt puhkeseisundis või ühtlases sirgjoonelises liikumises seni, kuni rakendatud jõud on sunnitud seda olekut muutma. Selle seaduse, mille avastas Galileo, suutis ta näidata, et kui välisjõudude mõju väheneb, jätkab keha oma liikumist, nii et kõigi välisjõudude puudumisel peab see jääma kas puhkeasendisse või ühtlaselt sirgjooneliselt liikuma. .

Muidugi ei ole reaalsete liigutuste puhul kunagi võimalik täielikult vabaneda hõõrdejõudude, õhutakistuse ja muude välisjõudude mõjust ning seetõttu on inertsiseadus idealiseerimine, mille puhul tõmmatakse tähelepanu tõeliselt keeruliselt liikumispildilt ja kujutletakse. ideaalne pilt, mille saab piirini minnes.need. läbi kehale avalduvate välisjõudude toime pideva vähenemise ja ülemineku olekusse, mil see mõju muutub võrdseks nulliga.

Teine põhiseadus on mehaanikas kesksel kohal: impulsi muutus on võrdeline rakendatava mõjuva jõuga ja toimub selle sirgjoone suunas, mida mööda see jõud mõjub.

Newtoni kolmas seadus: tegevusele on alati võrdne ja vastandlik reaktsioon, vastasel juhul on kahe keha vastastikmõjud üksteise suhtes võrdsed ja suunatud vastupidistes suundades.

Newton uskus, et mehaanika põhimõtted kehtestatakse kahe vastandliku, kuid samal ajal omavahel seotud meetodi - analüüsi ja sünteesi - abil. Eksperimentaalselt kontrollitavad ehtsad hüpoteesid on kogu loodusteadusliku uurimistöö aluseks ja lähtepunktiks. Tänu sellele taandus mehaaniliste protsesside uurimine nende täpseks matemaatiliseks kirjeldamiseks. Sellise kirjelduse jaoks oli vajalik ja piisav määrata keha ja selle kiiruse (ehk impulsi mv) koordinaadid, samuti liikumisvõrrand. Kõik järgnevad liikuva keha olekud määrati täpselt ja üheselt selle algseisundiga.

Seega oli selle oleku seadmisega võimalik kindlaks teha mis tahes muu selle olek nii tulevikus kui ka minevikus. Selgub, et aeg ei mõjuta liikuvate kehade muutumist, nii et liikumisvõrrandites võiks ajamärk olla vastupidine. Sellest tulenevalt iseloomustab klassikalist mehaanikat ja maailma mehaanilist pilti tervikuna protsesside sümmeetria ajas, mis väljendub aja pööratavuses.

Siit tekib kergesti mulje, et kehade mehaanilisel liikumisel ei toimu tegelikke muutusi. Olles andnud keha liikumisvõrrandi, selle koordinaadid ja kiiruse teatud ajahetkel, mida sageli nimetatakse selle algolekuks, saame täpselt ja ühemõtteliselt määrata selle oleku igal muul ajahetkel tulevikus või minevikus. . Sõnastagem mehhanistliku maailmapildi iseloomulikud tunnused.

1. Kõik kehade mehaanilise liikumise olekud aja suhtes on põhimõtteliselt samad, kuna aega peetakse pöörduvaks.

2. Kõik mehaanilised protsessid alluvad jäiga determinismi printsiibile, mille põhiolemus on mehaanilise süsteemi oleku täpse ja ühemõttelise määramise võimaluse äratundmine selle eelneva oleku järgi.

Selle põhimõtte järgi on juhus loodusest välja jäetud. Kõik maailmas on rangelt määratud (või määratud) eelnevate seisundite, sündmuste ja nähtuste poolt. Laiendades seda põhimõtet inimeste tegudele ja käitumisele, jõuavad nad paratamatult selleni fatalism.

Mehhanistlikus pildis ümbritsev maailm muutub suurejooneliseks masinaks, mille kõik järgnevad olekud on täpselt ja ühemõtteliselt määratud tema eelnevate olekutega. Seda vaatenurka loodusele väljendas kõige selgemalt ja kujundlikumalt prantsuse teadlane. XVIII sajand Pierre Simon Laplace (1749-1827):

3. Ruum ja aeg ei ole kuidagi seotud kehade liikumistega, neil on absoluutne iseloom.

Sellega seoses tutvustab Newton absoluutse ehk matemaatilise ruumi ja aja mõistet.

Absoluutne ruum – klassikalises mehaanikas – kolmemõõtmeline eukleidiline ruum, milles täitub relatiivsusprintsiip ja Galilei teisendus. Selle mõiste võttis kasutusele Newton (koos absoluutse aja mõistega) raamatus "Filosoofia matemaatilised põhimõtted". Ruum ja aeg toimivad tema jaoks universaalse mahutina, millel on korrasuhted ja mis eksisteerivad sõltumatult nii üksteisest kui ka materiaalsetest kehadest.

See pilt meenutab ideid iidsete atomistide maailma kohta, kes uskusid, et aatomid liiguvad tühjas ruumis. Samamoodi osutub ruum Newtoni mehaanikas lihtsaks selles liikuvate kehade mahutiks, mis ei avalda sellele mingit mõju.

4. Kalduvus taandada aine kõrgemate liikumisvormide seaduspärasusi selle kõige lihtsama vormi – mehaanilise liikumise – seadustele.

Mehhanism, mis püüdis läheneda kõikidele protsessidele eranditult mehaanika põhimõtete ja mastaapide vaatenurgast, oli üks metafüüsilise mõtlemismeetodi tekkimise eeldusi.

5. Mehhanismi seos distantsilt toimimise põhimõttega, mille järgi saab toiminguid ja signaale edastada tühjas ruumis mis tahes kiirusega. Eelkõige eeldati, et gravitatsioonijõud ehk tõmbejõud toimivad ilma igasuguse vahekeskkonnata, kuid nende jõud väheneb kehadevahelise kauguse ruuduga. Newtoni sõnul jäeti nende jõudude olemuse küsimus tulevaste põlvkondade otsustada. Kõik ülaltoodu ja mõned muud tunnused määrasid ette mehhanistliku maailmapildi piirangud, mis loodusteaduse edasise arengu käigus ületati.

Maailma mehaanilise pildi kujunemine toimus metafüüsiliste materialistlike ideede mõjul mateeria ja selle olemasolu vormide kohta. Selle pildi aluse moodustasid mehaanika ideed ja seadused, mis 17. saj. moodustas kõige arenenuma füüsika osa. Tegelikult oli mehaanika esimene fundamentaalne füüsikaline teooria. Mehaanika ideed, põhimõtted ja teooriad olid kõige olulisemate teadmiste kogum füüsikaseaduste kohta, mis peegeldasid kõige täielikumalt looduses toimuvaid füüsikalisi protsesse.

Laiemas mõttes uurib mehaanika aine, kehade mehaanilist liikumist ja nende vahel toimuvat vastastikmõju. Mehaanilise liikumise all mõistetakse kehade või osakeste suhtelise asukoha muutumist ajas ruumis. Mehaanilise liikumise näideteks looduses on taevakehade liikumine, maakoore võnked, õhu- ja merehoovused jne. Mehaanilise liikumise protsessis toimuvad vastasmõjud on kehade sellised tegevused üksteisele, mille tulemuseks on nende kehade liikumiskiiruste muutus ruumis või nende deformatsioon.

Maailma mehaanilise pildi aluse pani paika aatomiteooria, mille kohaselt on ainel diskreetne (katkendlik) struktuur. Mehaaniline pilt käsitles kogu maailma, sealhulgas inimest, tohutu hulga jagamatute materiaalsete osakeste - aatomite - kogumina. Nad liiguvad läbi ruumi ja aja vastavalt mõnele mehaanikaseadusele. Aine on aine, mis koosneb väikseimatest, jagamatutest, absoluutselt tahketest liikuvatest rakkudest (aatomitest); see on aine korpuskululaarsete kontseptsioonide olemus.

Universumi põhiseadusteks peeti mehaanikaseadusi, mis reguleerivad aatomite ja mis tahes materiaalsete kehade liikumist. Seetõttu oli mehaanilise maailmapildi võtmemõisteks liikumise mõiste, mille all mõisteti mehaanilist liikumist ruumis. Kehadel on sisemine "kaasasündinud" omadus liikuda ühtlaselt ja sirgjooneliselt ning kõrvalekalded sellest liikumisest on seotud välise jõu (inertsi) mõjuga kehale. Ainus liikumisviis on mehaaniline liikumine, s.t. keha asendi muutumine ruumis aja jooksul; mis tahes liikumist saab kujutada ruumilise nihke summana. Liikumist selgitati Newtoni kolme seaduse alusel. Kõik kehade mehaanilise liikumise olekud aja suhtes on põhimõtteliselt samad, kuna aega peetakse pöörduvaks. Aine kõrgemate liikumisvormide seadused tuleks taandada selle kõige lihtsama vormi – mehaanilise liikumise – seadustele.

Mehaaniline maailmapilt taandas kogu looduses esineva interaktsiooni mitmekesisuse ainult gravitatsiooniliseks, mis tähendas tõmbejõudude olemasolu mis tahes kehade vahel; nende jõudude suuruse määras universaalse gravitatsiooni seadus. Seega, teades ühe keha massi ja raskusjõudu, on võimalik määrata ka teise keha mass. Gravitatsioonijõud on universaalsed, s.t. nad toimivad alati ja mis tahes kehade vahel, annavad sama kiirenduse mis tahes kehadele.

Seega esitles mehaaniline pilt maailma kui hiiglaslikku kellavärki mänguasja. Kõik kehad interakteeruvad ainult mehaaniliselt kokkupõrke või gravitatsioonijõu hetkelise toime kaudu. Kuna iga keha määravad kindlaks asendi ja oleku parameetrid ning neile mõjuvad jõud summeeruvad, on liikumise ja vastastikmõju karakteristikute arvutuse põhjal võimalik sündmusi täpselt ennustada.

Vastavalt mehaanilisele maailmapildile oli Universum range vajaduse seaduste järgi töötav hästi õlitatud mehhanism, milles kõik objektid ja nähtused on omavahel seotud jäikade põhjus-tagajärg seoste kaudu. Sellises maailmas pole õnnetusi, need olid täiesti välistatud. Ainus õnnetus oli see, et mille põhjused jäid teadmata. Aga kuna maailm on ratsionaalne ja inimesel on mõistus, siis on tal lõpuks võimalik saada täielikud ja igakülgsed teadmised olemisest. See jäik determinism leidis väljenduse dünaamiliste seaduste kujul.

Elu ja mõistus maailma mehaanilises pildis ei omanud mingit kvalitatiivset eripära. Inimest selles maailmapildis peeti loomulikuks kehaks paljudes teistes kehades ja seetõttu jäi ta oma "immateriaalsetes" omadustes seletamatuks. Seega ei muutnud inimese kohalolek maailmas midagi. Kui inimene kord maa pealt kaoks, jääks maailm edasi nii, nagu poleks midagi juhtunud. Tegelikult ei püüdnud klassikaline loodusteadus inimest mõista. Mõisteti, et loodusmaailma, milles pole midagi "inimlikku", saab objektiivselt kirjeldada ja selline kirjeldus saab olema tegelikkuse täpne koopia. Inimese pidamine hästi õlitatud masina üheks hammasrattaks eemaldas ta automaatselt sellest maailmapildist.

Põhineb mehaanilisel maailmapildil 18. sajandil - 19. sajandi alguses. töötati välja maapealne, taevane ja molekulaarne mehaanika. Tehnoloogia areng toimus kiires tempos. See tõi kaasa maailma mehaanilise pildi absolutiseerimise ja seda hakati pidama universaalseks.

Maailma mehaanilise pildi kujunemine oli peamiselt tingitud mehaanika arengust. Newtoni mehaanika edu aitas suuresti kaasa Newtoni mõistete absolutiseerimisele, mis väljendus katsetes taandada kogu loodusnähtuste mitmekesisus aine liikumise mehaaniliseks vormiks. Seda vaatenurka nimetatakse "mehhanistlikuks materialismiks" (mehhaanismiks). Füüsika areng on aga näidanud selle metoodika ebajärjekindlust. See sai selgeks asjatud katsed kirjeldada termilisi, elektrilisi ja magnetnähtusi (aatomite ja molekulide liikumist) mehaanikaseadusi kasutades. Selle tulemusena XIX sajandil. füüsikas oli kriis, mis andis tunnistust sellest, et füüsika vajab olulist muutust oma maailmavaadetes.

Hinnates mehaanilist maailmapilti kui üht maailma füüsilise maailmapildi kujunemise etappi, tuleb silmas pidada, et teaduse arenguga ei jäetud lihtsalt kõrvale mehaanilise maailmapildi põhisätted. . Teaduse areng paljastas vaid maailma mehaanilise pildi suhtelise olemuse. Püsimatuks ei osutunud mitte mehaaniline pilt maailmast, vaid selle algne filosoofiline idee – mehhanism. Maailma mehaanilise pildi sügavustes hakkasid kujunema uue - pideva (elektromagnetilise) maailmapildi elemendid.

I. Newtoni teaduslikud tööd kuuluvad 17. ja 18. sajandisse.

Valgustusajastu on aeg, mil kapitalism muutis kvalitatiivselt tegevuste olemust ja inimestevahelise suhtluse tüüpi.

Produtsendi isiksuse individuaalne väärtus asendatakse tema toodetud asjade väärtusega. Kodanliku ajastu saavutuste hulgas on ühtse maailmaturu loomine, universaalsed avalikud suhted. Ajalugu muutub ülemaailmseks, inimese individuaalset kogemust rikastab mitte ainult oma riigi, vaid kogu inimkonna sotsiaal-ajalooline kogemus; inimesest saab maailmaajaloolise kogemuse kandja.

Vajadused tööstusliku tootmise arendamiseks ja sellega kaasnev tehnika areng moodustavad vajaduse koguda objektiivseid teadmisi maailma kohta. See viib moodustamise lõpule objektiivsed eeldused uus teadusrevolutsioon. Asi jäi ainult selleks geenius, mis võiks nende eelduste alusel moodustada põhimõtteliselt uue füüsilise maailmapildi. Selle ülesande täitis üks inimkonna ajaloo suurimaid teadlasi - Isaac Newton

Tema teaduspärand on mitmetahuline: diferentsiaal- ja integraalarvutuse loomine; astronoomilised avastused (tänu tema ehitatud teleskoopidele); arvukad uuringud optika valdkonnas.

Newton aga jäädvustas oma klassikalise mehaanika loomise ning tervikliku ja süsteemse maailma mehaanilise pildi kujundamise. Selle tulemusena kaotas enamik aristotelese maailmapildi tunnuseid oma tähenduse ja loodusobjektide põhimõtteliselt erinevad omadused said teadusliku põhjenduse.

Mõtteaine

Valgustusajastu kuulutab "mõistuse ajastu" domineerimist ja kujundab veendumuse, et loodusteaduslike teadmiste subjektiks on loodusnähtused, mis alluvad põhjuse-tagajärje seoste tõttu täielikult ja täielikult mehaanilistele seadustele. Sel ajal kujunesid välja ratsionalismi ideaalid.

Loodusteaduse ülesanne on määrata kindlaks loodusnähtuste kvantitatiivselt mõõdetavad parameetrid ja nende vahel karmi matemaatilise keele kaudu väljendatud funktsionaalsete sõltuvuste kehtestamine. Nendes tingimustes on mehaanika loodusteaduste seas esikohal.

Newtoni loodusteadmiste süsteemi nimetatakse klassikaline füüsiline maailmapilt. Siin on selle peamised sätted.

1. Vastupidiselt Aristotelese spekulatsioonidele on see - eksperimentaalne pilt maailmast. Newton nimetas oma teadusprogrammi otse "eksperimentaalseks filosoofiaks", rõhutades teadusliku eksperimendi otsustavat tähtsust looduse uurimisel. Tema peamine etteheide Descartes'i hüpoteesile "pööristest" oli see, et Descartes ei viidanud kogemusele, vaid konstrueeris looduse selgitamiseks "petlikke oletusi". "Ma ei leiuta hüpoteese," teatas Newton, kuid mitte selles mõttes, et hüpoteese pole teaduse jaoks vaja. Hüpoteese ei tohiks "leiutada" (leiutada), vaid neid tuleb hoolikalt põhjendada.

Eksperdi arvamus

1687. aastal ilmus I. Newtoni peateos "Loodusfilosoofia matemaatilised põhimõtted”, mis pani aluse kaasaegsele teoreetilisele füüsikale. Seda sündmust hinnates oli XX sajandi silmapaistev füüsik. S. I. Vavilov kirjutas:

“Loodusteaduse ajaloos polnud välimusest suuremat sündmust "Alganud" Newton. Põhjus oli selles, et selles raamatus võeti kokku kõik, mis eelmiste aastatuhandete jooksul oli tehtud aine lihtsaimate liikumisvormide õpetuses. Aristotelese, Ptolemaiose, Koperniku, Galilei, Kepleri, Descartes'i nimedes väljendunud mehaanika, füüsika ja astronoomia arengu keerulisi pöördeid neelasid ja asendasid hiilgav selgus ja harmoonia. "Algus" »K

Suures teoses "Loodusfilosoofia matemaatilised põhimõtted"

ta põhjendas meetodit "printsiibid" või "printsiibid": põhjused, kuni teadmata, või püüdlevad üksteise poole ja haakub õigetesse kujunditesse või tõrjuvad ja eemalduvad üksteisest. Kuna need jõud on tundmatud, on siiani filosoofide katsed loodusnähtusi seletada viljatud. Loodan siiski, et kas see arutlusviis või mõni teine, õigem, siin toodud põhjused annavad pisut valgust.

• 2. Monistlik maailmapilt, mis kirjeldas nii taevakehade kui ka maapealsete objektide liikumist samade seaduste järgi.
• 3. Korpuskulaarne maailmapilt, kuna ainet peeti materiaalseks substantsiks, mis koosnes eraldi kehaosadest - "tahked, kaalukad, läbitungimatud, liikuvad osakesed".
• 4. Mehhaaniline maailmapilt, mis põhineb Newtoni sõnastatud liikumisseadustel. Esialgu oli neid viis, siis vähendati seaduste arvu kolmele. Loodust peeti keeruliseks mehaaniliseks süsteemiks.

Newtoni esimene mehaanika seadus – avastas Galileo inertsi põhimõte: iga keha on kuni selle ajani puhkeseisundis või ühtlases ja sirgjoonelises liikumises, kuni sellele rakendatud jõud sunnivad teda seda olekut muutma. Seda seadust ei saa aga pidada Galilei printsiibi "uueks formuleeringuks", sest Galileo arendas maise mehaanika ja Newton tõstis oma seadused kosmose universaalsete seaduste hulka.

Teine seadus – mehaanika keskne seadus – fikseerib asjaolu, et kiirendus, mille keha omandab mingi jõu mõjul, osutub selle toimejõuga otseselt proportsionaalseks ja pöördvõrdeliseks liikuva keha massiga.

Newtoni esimese seaduse võib saada teisest, kuna kui teised kehad ei mõjuta keha, on selle kiirendus null.

Kolmanda seaduse järgi tegevus on alati võrdne ja vastupidiselt suunatud vastandus, teisisõnu, kahe keha vastastikmõjud on võrdsed ja suunatud üksteisele vastandlikult.

Need jõud rakenduvad erinevatele materiaalsetele punktidele (kehadele), toimivad alati paarikaupa ja on sama iseloomuga jõud.

Newtoni "voogude meetodi" (diferentsiaal- ja integraalarvutuse alused) loomisel võimaldasid mehaanikaseadused matemaatiliselt kirjeldada igat liiki liikumist-nii ühtlast kui ka ebaühtlast, nii sirgjoonelist kui ka sirgjoonelist.

5. Gravitatsiooniline maailma süsteem. Newtoni avastatud universaalse gravitatsiooni seadus kinnitas, et kuna neil on mass, kogevad kõik kehad vastastikust külgetõmmet. Sellise tõmbejõud on otseselt võrdeline nende massiga ja pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga.

See universaalne loodusseadus oli aluseks taevamehaanika kujunemisele, mis uurib kehade liikumist päikesesüsteemis. Loodusteadus jõudis esmakordselt sellisele üldistamisskaalale. Nii sai läbi Koperniku poolt alustatud aristotelese maailmapildi muutumise etapp. Enne seda mõisteti Universumit kui sfääride kogumit, mida valitseb Jumala käsul peamine liikumapanev või inglid. Nüüd on paika pandud Newtoni kontseptsioon gravitatsioonimasside omavahelise seose mehhanismist, mis toimib lihtsa loodusseaduse alusel.

Nyotoi rõhutas aga alati, et universaalse gravitatsiooni seadus kehtestab ainult gravitatsioonijõu kvantitatiivse sõltuvuse gravitatsioonimasside suurustest ja nendevahelistest kaugustest; asutamine põhjused ta pidas gravitatsiooni edasise uurimise küsimuseks.

6. Maalimine absoluutne ruum ja aeg. Newtoni maailmas domineerib Eukleidese geomeetria kolmemõõtmeline ruum (absoluutne, konstantne, alati puhkeolekus), milles asuvad kõik materiaalsed kehad. Aeg on absoluutne väärtus, mis ei sõltu ruumist ega mateeriast. See voolab ühtlaselt ja sünkroonselt kogu Universumis, rääkides kestuse protsess olenemata sündmustest.

Liikumist peeti liikumiseks ruumis mööda pidevaid trajektoore aja jooksul vastavalt mehaanikaseadustele. Usuti, et kõiki füüsilisi protsesse saab taandada nihe materiaalsed punktid gravitatsioonijõu mõjul, mis on pikamaa.

7. Absoluutselt deterministlik pilt maailmast. Selle tulemuseks on ettekujutus Universumist kui hiiglaslikust ja täiesti deterministlikust mehhanismist (sarnaselt keerulisele kellavärgile), milles sündmused ja protsessid on vajalike üksteisest sõltuvate põhjuste ja tagajärgede ahel, välistades igasuguse võimaluse. Kuna iga kellamehhanism nõuab mähist, oli Newton sunnitud otsustama "maailma kellassepa" kasuks. See on ainus funktsioon selle mehaanikas, mis oli määratud Jumalale: see oli jumalik "esimene impulss", mis toimis mehaanilise liikumise allikana - Jumal käivitas "universaalse kella".

Sellistest ideedest lähtus usk, et teoreetiliselt on võimalik täpselt rekonstrueerida mis tahes minevikusituatsiooni universumis või ennustada tulevikku absoluutse kindlusega. Seda mõtet väljendas kõige eredamalt prantsuse teadlane P.S. Laplace (1749-1827). Laplacia determinism väljendab absoluutse determinismi ideed - veendumust, et kõigel toimuval on rangelt kindel põhjus (vt praktikumi 6. ülesannet).

Kaugeltki mitte kohe ja sugugi mitte kõik teadlased aktsepteerisid Newtoni ideid. Sellest annab tunnistust kahe suure füüsiku – Leibnizi ja Huygensi – kirjavahetus. Leibniz. Ma ei saa aru, kuidas Newton gravitatsiooni või külgetõmmet ette kujutab. Ilmselt pole see tema arvates midagi muud kui mingi seletamatu immateriaalne omadus.

Huygens: Mis puudutab loodete põhjust, mille Newton toob, siis see ei rahulda mind, nagu ka kõik teised tema teooriad, mis on üles ehitatud külgetõmbeprintsiibile, mis tundub mulle naljakas ja naeruväärne.

Klassikaline Newtoni mehaanika selgitab paljusid füüsikalisi nähtusi ja protsesse maapealsetes ja maavälistes tingimustes, on aluseks paljudele tehnilistele saavutustele. Selle loomisel kujunes välja palju teadusliku uurimistöö meetodeid erinevates loodusteaduste valdkondades. Kuni XX sajandi alguseni. domineeris teaduses mehaaniline maailmavaade, mille kohaselt on kõik loodusnähtused seletatavad osakeste ja kehade liikumisega.

Newtoni autoriteet oli nii tugev, et teistes valdkondades – astronoomias, keemias jm – töötavad teadlased püüdsid mehaanika põhimõtetest lähtuvalt selgitada kõige erinevamaid loodusnähtusi. Niisiis uskus PS Laplace, et kõiki selleks ajaks teadaolevaid nähtusi saab seletada universaalse gravitatsiooni seadusega. Ta püüdis luua molekulaarmehaanika

Lk 39/42

Maailma mehaaniline pilt

Mehaaniline maailmapilt kujunes välja 16. – 17. sajandi teadusrevolutsiooni tulemusena. Selle kujunemisele aitasid kaasa G. Galilei, I. Kepler, R. Descartes, P. Laplace, I. Newton ja paljud teised teadlased.

Uued maailmateaduse kontseptsioonid põhinesid mehaanika ideedel ja seadustel, millest sai kõige arenenum füüsika haru. Tegelikult on mehaanika esimene fundamentaalne füüsikateooria. Maailma mehaanilise pildi aluseks oli atomism, mida kogu maailm, sealhulgas inimene, mõistis tohutul hulgal jagamatutest osakestest - aatomitest, mis liiguvad ruumis ja ajas vastavalt mõnele mehaanikaseadusele. See on aine korpuskululaarne esitus.

Mehaanikaseadusi, mis reguleerisid nii aatomite kui ka mis tahes materiaalsete kehade liikumist, peeti universumi põhiseadusteks. Seetõttu oli mehaanilise maailmapildi võtmemõisteks liikumise mõiste. Kehadel on kaasasündinud loomuomane omadus liikuda ühtlaselt ja sirgjooneliselt ning kõrvalekalded sellest liikumisest on seotud kehale mõjuva välisjõu (inertsi) toimega. Mass on inertsi mõõt. Kehade universaalne omadus on gravitatsioon.

Lahendades kehade vastastikmõju probleemi, pakkus Newton välja kaugtegevuse põhimõtte. Selle põhimõtte kohaselt toimub kehadevaheline interaktsioon koheselt igal kaugusel, ilma materiaalsete vahendajateta.

Kaugel tegutsemise kontseptsioon põhineb arusaamal ruumist ja ajast kui erimeediast, mis sisaldab interakteeruvaid kehasid. Newton pakkus välja absoluutse ruumi ja absoluutse aja mõiste. Absoluutset ruumi kujutati suure "musta kasti", universaalse konteinerina kõikidest looduses leiduvatest kehadest. Kuid isegi kui kõik need kehad äkki kaoksid, jääks absoluutne ruum ikkagi alles. Samamoodi kujutati absoluutset aega voolava jõe pildil. Sellest sai kõigi universumi protsesside universaalne kestus. Nii absoluutne ruum kui ka absoluutne aeg eksisteerivad mateeriast täiesti sõltumatult.

Maailma mehaanilises pildis olid kõik sündmused mehaanika seadustega jäigalt ette määratud. Põhimõtteliselt jäeti juhus maailmapildist välja.

Elu ja mõistus maailma mehaanilises pildis ei omanud mingit kvalitatiivset eripära. Seetõttu ei muutnud inimese kohalolek või puudumine maailmas midagi. Kui inimene kord Maa pealt kaoks, jääks maailm edasi nii, nagu poleks midagi juhtunud.

Põhineb mehaanilisel maailmapildil 18. sajandil - 19. sajandi alguses. töötati välja maapealne, taevane ja molekulaarne mehaanika. Tehnoloogia areng toimus kiires tempos. See tõi kaasa maailma mehaanilise pildi absolutiseerimise ja seda hakati pidama universaalseks.

Samal ajal hakkasid füüsikasse kogunema empiirilised andmed, mis olid vastuolus maailma mehaanilise pildiga. Niisiis, koos looduse käsitlemisega materiaalsete punktide süsteemina, mis vastas täielikult aine korpuskulaarsetele mõistetele, oli vaja kasutusele võtta pideva keskkonna mõiste. Seda oli vaja valgusnähtuste seletamiseks. Nii tekkis füüsikas eetri mõiste – eriti õhuke ja absoluutselt pidev valgusaine. Need ei olnud enam korpuskulaarsed, vaid pidevad mateeria mõisted.

18. sajandil ilmus kaalutute ainete teooria. Selle raames tutvustati elektri- ja magnetvedelike, kalorite, flogistoni mõisteid. Need olid ka tahke aine erisordid. Seda nõudis klassikalise teaduse mehhaaniline olemus, mis laiendas mehaanika põhimõtteid ja käsitlusi teistele teadusharudele.

Seega, kuigi mehaaniline lähenemine nendele nähtustele ei õigustanud end täielikult, kohandati eksperimentaalsed faktid kunstlikult maailma mehaanilisele pildile.

19. sajandil algas füüsikas kriis, mille põhjuseks olid uuringud ja avastused elektri ja magnetismi valdkonnas. Siis selgus, et vastuolud eksperimentaalsete andmete ja mehaanilise maailmapildi vahel olid muutunud liiga teravaks. Füüsika vajas oma maailmavaadetes olulist muutust.

Mehaanilise maailmapildi (MCM) kujunemine toimus mitme sajandi jooksul kuni 19. sajandi keskpaigani antiikaja silmapaistvate mõtlejate – Demokritose, Epikurose, Aristotelese, Lucretiose jt – vaadete tugeva mõju all. vajalik ja väga oluline samm looduse tundmise teel.

ICM-i loomisel peamise panuse andnud teadlaste nimed: N. Copernicus, G. Galilei, R. Descartes, I. Newton, P. Laplace jt.

Riis. 2. Heliocentriline süsteem

Nicolaus Copernicus oli esimene inimene, kes andis hävitava löögi maailma geotsentrilistele süsteemidele. Mais 1543 ilmus tema raamat "Taevasfääride pöörlemisest". Koperniku õpetused olid vastuolus kiriku vaadetega maailma ülesehitusele ja mängisid tohutut rolli maailmateaduse ajaloos.

Mehaanilise maailmapildi rajajaks peetakse õigustatult Galileo Galileid (1564-1642), itaalia teadlast, ühte täppislooduse rajajaid. Kogu oma jõuga võitles ta skolastika vastu, pidades kogemust ainsaks tõeliseks teadmiste aluseks. Galilei tegevusele ei meeldinud kirik, ta allus inkvisitsiooni kohtuprotsessile (1633), mis sundis teda oma õpetustest loobuma. Oma elu lõpuni oli Galilei sunnitud elama koduarestis Firenze lähedal asuvas Arcetri villas. Ja alles 1992. aastal rehabiliteeris paavst Johannes Paulus II Galileo ja kuulutas inkvisitsioonikohtu otsuse ekslikuks. Galilei lapsepõlves ja noorukieas domineerisid teaduses antiikajast säilinud ettekujutused teda ümbritsevast maailmast. Ja Galilei oli üks esimesi, kes julges neile vastu hakata. Mehaaniline maailmapilt tekkis siis, kui kogemust hakati tunnistama tõe peamiseks kriteeriumiks ja matemaatikat kasutati aktiivselt loodusnähtuste kirjeldamiseks. Paljud Aristotelese dogmaatilised väited ei pidanud kogemuste proovile vastu. Näiteks Aristoteles väitis, et kehade langemise kiirus on võrdeline nende kaaluga. Galilei jälgis paljude tunnistajate juuresolekul erineva massiga surnukehi (näiteks musketi kuuli ja kahurikuuli), mis kukkusid alla Pisa tornist. Selgus, et kehade langemise kiirus ei sõltu nende massist. Galilei olulisim saavutus oli relatiivsusprintsiibi avastamine. Galileo kujundas maailma esimese termoskoobi, mis oli termomeetri prototüüp. Suunates teleskoobi taevasse, tegi ta mitmeid silmapaistvaid astronoomilisi avastusi: Jupiteri kuud, Veenuse faasid, Linnutee struktuur, päikeselaigud, kraatrid ja mäed Kuul. Taevakehade liikumise vaatlused tegid temast heliotsentrilise süsteemi kindla toetaja (joonis 5.28.1). Galilei avastused õõnestasid usudogmadest küllastunud ametlike vaadete usaldusväärsust maailma struktuuri kohta.

Rene Descartes (Descartes ehk Cartesius, 1596–1650), prantsuse filosoof, matemaatik, füüsik ja füsioloog, kes pani aluse analüütilisele geomeetriale, kes määratles muutuva koguse ja funktsiooni mõisted, pakkus välja hoogu säilitava seaduse olemasolu. , lähtus oma konstruktsioonides mitteloomise ja hävimatu liikumise põhimõttest. Samal ajal taandas ta kõik liikumisviisid kehade mehaaniliseks liikumiseks.

Isaac Newton (1643-1727), inglise matemaatik, mehaanik, astronoom ja füüsik, töötas välja (sõltumata G. Leibnizist) diferentsiaal- ja integraalarvutuse. Ta ehitas maailma esimese peegelteleskoobi, sõnastas selgelt klassikalise mehaanika põhiseadused, avastas universaalse gravitatsiooni seaduse, sõnastas taevakehade liikumisteooria, luues taevamehaanika alused. Ruum ja aeg on Newtoni mehaanikas absoluutsed. Olgu öeldud, et Newtoni tööd mehaanika, optika ja matemaatika vallas olid oma ajast kaugel ees ning paljud tema tööd on aktuaalsed ka tänapäeval. Kogu kaasaegne teadus räägib Newtoni keelt.

Laplace Pierre Simon (1749-1827), prantsuse astronoom, matemaatik, füüsik oli tõenäosusteooria ja taevamehaanika klassika autor. Laplace ja Kant pakkusid välja kaasaegsete astronoomide poolt välja töötatud hüpoteesi päikesesüsteemi tekke kohta gaasi- ja tolmupilvest.

Loetleme lühidalt mehaanilise maailmapildi põhijooned.

Kõik materiaalsed kehad koosnevad pideva ja kaootilise mehaanilise liikumisega molekulidest. Aine on aine, mis koosneb jagamatutest osakestest.

Kehade vastastikmõju toimub pikamaategevuse põhimõttel, koheselt mis tahes kaugusel (universaalse gravitatsiooni seadus, Coulombi seadus) või otsese kontakti kaudu (elastsusjõud, hõõrdejõud).

Kosmos on tühi anum kehade jaoks. Kogu ruum on täidetud nähtamatu kaalutu "vedelikuga" - eetriga. Aeg on protsesside lihtne kestus. Aeg on absoluutne.

Kogu liikumine toimub Newtoni mehaanikaseaduste alusel, kõik vaadeldud nähtused ja transformatsioonid taandatakse mehaanilisteks liikumisteks ja aatomite ja molekulide kokkupõrgeteks. Maailm näeb välja nagu kolossaalne masin, millel on palju detaile, hoobasid, rattaid.

Samamoodi esitatakse eluslooduses toimuvaid protsesse.

Mehaanika kirjeldab kõiki mikrokosmoses ja makrokosmoses toimuvaid protsesse. Mehaanilises maailmapildis domineerib Laplace’i determinism – õpetus kõigi loodusnähtuste universaalsest seaduslikust seosest ja põhjuslikkusest.

Mehaanika ja optika olid füüsika põhisisu kuni 19. sajandi alguseni. Maailmapilt ehitati üles üsna ilmsetele ja lihtsatele mehaanilistele analoogidele. Ja inimeste igapäevases praktilises tegevuses ei toonud klassikalise mehaanika peamised järeldused eksperimentaalsete andmetega vastuolusid.

Hiljem aga, mõõteriistade väljatöötamisega, sai teatavaks, et paljusid nähtusi, näiteks taevamehaanikat, uurides on vaja arvestada valguse lähedaste kiirustega osakeste liikumisega kaasnevate keerukate mõjudega.

Ilmusid erirelatiivsusteooria võrrandid, mis vaevalt mahtusid mehaaniliste mõistete raamidesse. Mikroosakeste omadusi uurides on teadlased välja selgitanud, et mikrokosmose nähtustes võivad osakestel olla laine omadused.

Elektromagnetiliste nähtuste (valguse emissioon, levimine ja neeldumine, elektromagnetlained) kirjeldamisel tekkisid raskused, mida ei suutnud lahendada klassikaline Newtoni mehaanika.

Teaduse arenedes aga ei heidetud kõrvale mehhaanilist maailmapilti, vaid ilmnes vaid selle suhteline olemus. Maailma mehaanilist pilti kasutatakse veel praegugi paljudel juhtudel, kui näiteks meie vaadeldavates nähtustes liiguvad materiaalsed objektid väikese kiirusega ja tegemist on väikeste vastastikmõju energiatega. Mehaaniline maailmavaade on endiselt aktuaalne, kui ehitame hooneid, ehitame teid ja sildu, projekteerime tamme ja rajame kanaleid, arvutame lennukitiiba või lahendame paljusid muid meie igapäevaelus ettetulevaid probleeme. (Heliotsentriline süsteem on idee, et Päike on keskne taevakeha, mille ümber Maa ja teised planeedid tiirlevad.)