Рух у механічній картині світу розглядається як. Становлення сучасної фізичної картини світу. Теми доповідей та рефератів

Становлення механістичної картини світу пов'язують з ім'ям Галілео Галілея, який встановив закони руху тіл, що вільно падають, і сформулював механічний принцип відносності. Він вперше застосував для дослідження природи експериментальний метод разом із вимірами досліджуваних величин та математичною обробкою результатів вимірів. Якщо експерименти періодично ставилися і раніше, то їх математичний аналіз вперше систематично став застосовувати саме він.

Підхід Галілея до вивчення природи принципово відрізнявся від раніше існувавшого натурфілософського способу, при якому для пояснення явищ природи вигадувалися апріорні, не пов'язані з досвідом та спостереженнями, суто умоглядні схеми.

Натурфілософія,є спробою використати загальні філософські принципи для пояснення природи. Іноді у своїй висловлювалися геніальні здогади, які багато століть випереджали результати конкретних досліджень. Наприклад, атомістична гіпотеза будови речовини, висунута давньогрецьким філософом Левкіппом (V до н.е.) і більш детально обґрунтована його учнем Демокрітом (бл. 460 до н.е. – рік смерті не відомий), а також про ідею еволюції, висловлену Емпедком (бл. 490 − бл. 430 до н.е.) та його послідовниками. Однак після того, як поступово виникали конкретні науки і вони відокремлювалися від нерозчленованого знання, натурфілософські пояснення стали гальмом для розвитку науки.

У цьому можна переконатися, порівнявши погляди рух Аристотеля і Галілея. Виходячи з апріорної натурфілософської ідеї, Аристотель вважав "досконалим" рух по колу, а Галілей, спираючись на спостереження та експеримент, ввів поняття інерційного руху.

Еквівалентним є наступне формулювання, зручне для використання в теоретичній механіці: «Інерційною називається система відліку, стосовно якої простір є однорідним та ізотропним, а час – однорідним». Закони Ньютона, і навіть інші аксіоми динаміки у класичній механіці формулюються стосовно інерційним системам отсчёта.

Термін «інерційна система» (нім. Inertialsystem) був запропонований в 1885 Людвігом Ланге і означав систему координат, в якій справедливі закони Ньютона. За задумом Ланге, цей термін мав замінити поняття абсолютного простору, підданого в цей період нищівної критики. З появою теорії відносності поняття узагальнено до «інерційної системи відліку».

Інерційна система відліку (ІСО)- система відліку, в якій всі вільні тіла рухаються прямолінійно і рівномірно або спочивають (рис. 2). Застосування Землі як ІСО, незважаючи на наближений його характер, поширене в навігації.

Рис. 2. Інерційна система відліку.

Інерційна система координат, як частина ISO будується за наступним алгоритмом. Як точка O - початку координат вибирається центр землі відповідно до прийнятої її моделлю. Ось zзбігається з віссю обертання землі. Осі xі yзнаходяться в екваторіальній площині. Слід зазначити, що така система бере участь у обертанні Землі.

На думку Галілея, тіло, не схильне до впливу будь-яких зовнішніх сил, буде рухатися не по колу, а рівномірно по прямій траєкторії або залишатися в спокої. Таке уявлення, звісно, ​​– абстракція та ідеалізація, оскільки насправді не можна спостерігати таку ситуацію, щоб на тіло не діяли будь-які сили. Однак ця абстракція подумки продовжує експеримент, який приблизно можна здійснити насправді, коли, ізолюючись від дії цілого ряду зовнішніх сил, можна встановити, що тіло продовжуватиме свій рух у міру зменшення впливу на нього сторонніх сил.

Нове експериментальне природознавство на відміну від натурфілософських здогадів і уморозінь минулого стало розвиватися у тісній взаємодії теорії та досвіду, коли кожна гіпотеза чи теоретичне припущення систематично перевіряються досвідом та вимірами. Саме завдяки цьому Галілею вдалося спростувати колишнє припущення Арістотеля, що шлях падаючого тіла пропорційний його швидкості. Зробивши експерименти з падінням важких тіл (гарматних ядер), Галілей довів, що цей шлях пропорційний їхньому прискоренню (9,81 м/с 2). Галілей відкрив супутники Юпітера, плями на Сонці, гори на Місяці, що підривало віру у досконалість космосу.

Новий великий крок у розвитку природознавства ознаменувався відкриттям законів руху планет. Якщо Галілей мав справу з вивченням руху земних тіл, то німецький астроном Йоганн Кеплер (1571-1630) досліджував рухи небесних тіл, що вторгся в область, яка раніше вважалася забороненою для науки.

Кеплер для дослідження не міг звернутися до експерименту і тому змушений був скористатися багаторічними систематичними спостереженнями руху планети Марс, зробленими датським астрономом Тихо Браге (1546-1601). Перепробувавши безліч варіантів, Кеплер зупинився на гіпотезі, що траєкторією Марса, як та інших планет, є коло, а еліпс. Результати спостережень Браге відповідали гіпотезі та підтверджували її.

Траєкторія руху Марса є не коло, а еліпс, в одному з фокусів якого знаходиться Сонце - становище, відоме сьогодні як перший закон Кеплера. Подальший аналіз привів до другому закону: радіус-вектор, що з'єднує планету і Сонце, однаково описує рівні площі. Це означало, що що далі планета від Сонця, то повільніше рухається. Третій закон Кеплера: Відношення куба середнього видалення планети від Сонця до квадрата періоду обігу її навколо Сонця є постійна для всіх планет: a³/T² = const.

Відкриття законів руху планет Кеплером свідчило: між рухами земних і небесних тіл немає різниці, всі вони підкоряються природним законам; сам шлях відкриття законів руху небесних тіл у принципі відрізняється від відкриття законів земних тіл. Щоправда, через неможливість здійснення експериментів із небесними тілами на дослідження законів їх руху довелося звернутися до спостережень, тобто. у тісній взаємодії теорії та спостереження, ретельній перевірці гіпотез, що висуваються, вимірами рухів небесних тіл.

Формування класичної механіки і заснованої на ній механістичної картини світу відбувалося за двома напрямками: узагальнення отриманих раніше результатів (законів руху тіл, що вільно падають, відкритих Галілеєм) і законів руху планет, сформульованих Кеплером; створення методів для кількісного аналізу механічного руху загалом.

Ньютон створив свій варіант диференціального та інтегрального обчислення безпосередньо для вирішення основних проблем механіки: визначення миттєвої швидкості як похідної від шляху за часом руху та прискорення як похідної від швидкості за часом або другої похідної від шляху за часом. Завдяки цьому йому вдалося точно сформулювати основні закони динаміки та закон всесвітнього тяжіння. У XVIII ст. це було найбільшим завоюванням наукової думки.

Ньютон, як та її попередники, надавав велике значення спостереженням і експерименту, бачачи у яких найважливіший критерій відділення помилкових гіпотез від істинних. Тому він різко виступав проти припущення про «прихованих якостей», з допомогою яких послідовники Аристотеля намагалися пояснити багато явищ і процесів природи. Сказати, що кожен рід речей наділений особливою прихованою якістю, за допомогою якого він діє і справляє ефекти, – вказував Ньютон, – значить нічого не сказати.

У зв'язку з цим він висуває зовсім новий принцип дослідження природи, згідно з яким вивести два або три загальні, початку руху з явищ і після цього викласти, яким чином властивості і дії всіх тілесних речей випливають з цих явних початків, - було б дуже важливим кроком у філософії, хоча причини цих початків і були ще відкриті.

Ці початки руху і є основними законами механіки, які Ньютон точно формулює у своїй головній праці "Математичні засади натуральної філософії", опублікованому в 1687 р.

Перший закон,який часто називають законом інерції, стверджує: всяке тіло продовжує утримуватися у своєму стані спокою або рівномірного прямолінійного руху, поки і оскільки воно не примушується докладеними силами змінити цей стан. Цей закон, був відкритий ще Галілеєм, він зумів показати, що в міру зменшення впливу зовнішніх сил тіло продовжуватиме свій рух, так що за відсутності всіх зовнішніх сил воно має залишатися або у спокої, або в рівномірному та прямолінійному русі.

Звичайно, в реальних рухах ніколи не можна повністю звільнитися від впливу сил тертя, опору повітря та інших зовнішніх сил, і тому закон інерції є ідеалізацією, в якій відволікаються від дійсно складної картини руху і уявляють собі ідеальну картину, яку можна отримати шляхом граничного переходу, тобто. за допомогою безперервного зменшення дії на тіло зовнішніх сил та переходу до такого стану, коли цей вплив стане рівним нулю.

Другий основний законзаймає в механіці центральне місце: зміна кількості руху пропорційно докладеної чинної сили і відбувається за напрямом тієї прямої, за якою ця сила діє.

Третій закон Ньютона:дії завжди є рівна і протилежно спрямована протидія, інакше взаємодії двох тіл один на одного між собою рівні та спрямовані в протилежні сторони.

Ньютон вважав, що принципи механіки встановлюються за допомогою двох протилежних, але водночас взаємозалежних методів – аналізу та синтезу. Справжні гіпотези, що допускають експериментальну перевірку, становлять основу та вихідний пункт усіх досліджень у природознавстві. Завдяки цьому вивчення механічних процесів було зведено до точного математичного їх опису. Для такого опису необхідно і достатньо було задати координати тіла та його швидкість (або імпульс mv), а також рівняння його руху. Всі наступні стану тіла, що рухається точно і однозначно визначалися його початковим станом.

Таким чином, поставивши цей стан, можна було визначити будь-який інший його стан як у майбутньому, так і в минулому. Виходить, що час не впливає на зміну тіл, що рухаються, так що в рівняннях руху знак часу можна було змінювати на зворотний. Отже, для класичної механіки та механістичної картини світу загалом характерна симетрія процесів у часі, що виражається у оборотності часу.

Звідси легко виникає враження, що реальних змін при механічному переміщенні тіл не відбувається. Задавши рівняння руху тіла, його координати та швидкість у певний момент часу, який часто називають початковим його станом, ми можемо точно та однозначно визначити його стан у будь-який інший момент часу у майбутньому чи минулому. Сформулюємо характерні риси механістичної картини світу.

1. Усі стани механічного руху тіл стосовно часу виявляються у принципі однаковими, оскільки час вважається оборотним.

2. Усі механічні процеси підпорядковуються принципу жорсткого детермінізму, суть – визнання можливості точного та однозначного визначення стану механічної системи її попереднім станом.

Відповідно до цього принципу, випадковість виключається із природи. Все у світі суворо детерміновано (або визначено) попередніми станами, подіями та явищами. При поширенні зазначеного принципу на дії та поведінку людей неминуче приходять до фаталізму.

Сам навколишній світ при механістичній картині перетворюється на грандіозну машину, всі наступні стани якої точно і однозначно визначаються її попередніми станами. Таку думку на природу найбільш ясно і образно висловив французький вчений. XVIII століття П'єр Симон Лаплас (1749-1827):

3. Простір і час не пов'язані з рухами тіл, вони мають абсолютний характер.

У зв'язку з цим Ньютон і запроваджує поняття абсолютного, або математичного, простору та часу.

Абсолютний простір - у класичній механіці - тривимірний евклідовий простір, в якому виконується принцип відносності та перетворення Галілея. Термін введений Ньютоном (разом з концепцією абсолютного часу) у «Математичних засадах філософії». Простір і час у нього виступають як універсальне вмістилище, що має відносини порядку і існують незалежно як один від одного, так і матеріальних тіл.

Така картина нагадує уявлення про світ давніх атомістів, які вважали, що атоми рухаються у порожньому просторі. Подібно до цього в ньютонівській механіці простір виявляється простим вмістилищем тіл, що рухаються в ньому, які не надають на нього жодного впливу.

4. Тенденція звести закономірності вищих форм руху матерії до законів найпростішої його форми – механічного руху.

Механіцизм, намагався підходити всім без винятку процесам з погляду принципів і масштабів механіки, став однією з передумов виникнення метафізичного методу мислення.

5. Зв'язок механіцизму з принципом далекодії, згідно з яким дії та сигнали можуть передаватися в порожньому просторі з будь-якою швидкістю. Зокрема, передбачалося, що гравітаційні сили, або сили тяжіння, діють без будь-якого проміжного середовища, але їхня сила зменшується з квадратом відстані між тілами. Ньютон, питання про природу цих сил залишив вирішувати майбутнім поколінням. Усі перелічені та інші особливості визначили обмеженість механістичної картини світу, які долалися у ході подальшого розвитку природознавства.

Становлення механічної картини світу відбувалося під впливом метафізичних матеріалістичних уявлень про матерію та форми її існування. Основу цієї картини склали ідеї та закони механіки, які у XVII ст. сформували найрозробленіший розділ фізики. По суті, саме механіка стала першою фундаментальною фізичною теорією. Ідеї, принципи та теорії механіки являли собою сукупність найбільш суттєвих знань про фізичні закономірності, найбільш повно відображали фізичні процеси в природі.

У широкому значенні механіка вивчає механічний рух матерії, тіл і те, що відбувається при цьому взаємодія між ними. Під механічним рухом розуміють зміну з часом взаємного становища тіл чи частинок у просторі. Прикладами механічного руху на природі є рух небесних тіл, коливання земної кори, повітряні і морські течії тощо. Які відбуваються в процесі механічного руху взаємодії є такі дії тіл один на одного, результатом яких стає зміна швидкостей переміщення цих тіл у просторі або їх деформація.

Основу механічної картини світу склала теорія атомів, за якою матерія має дискретну (переривчасту) структуру. Весь світ, включаючи людину, механічна картина розглядала як сукупність величезної кількості неподільних матеріальних частинок – атомів. Вони переміщаються у просторі та часі відповідно до небагатьох законів механіки. Матерія є речовина, що складається з дрібних, неподільних, абсолютно твердих корпускул (атомів), що рухаються; у цьому суть корпускулярних уявлень про матерію.

Закони механіки, які регулюють рух атомів та будь-яких матеріальних тіл, вважалися фундаментальними законами світобудови. Тому ключовим поняттям механічної картини світу було поняття руху, яке розумілося як механічне переміщення у просторі. Тіла мають внутрішню «вроджену» властивість рухатися рівномірно і прямолінійно, а відхилення від цього руху пов'язані з дією на тіло зовнішньої сили (інерції). Єдиною формою руху є механічне рух, тобто. зміна положення тіла у просторі з часом; будь-який рух можна як суму просторових переміщень. Рух пояснювався основі трьох законів Ньютона. Усі стани механічного руху тіл стосовно часу виявляються у принципі однаковими, оскільки час вважається оборотним. Закономірності вищих форм руху матерії повинні зводитися до законів найпростішої її форми - механічного руху.

Все різноманіття взаємодій у природі механічна картина світу зводила лише гравітаційному, яке означало наявність сил тяжіння між будь-якими тілами; величина цих сил визначалася законом всесвітнього тяжіння. Тому, знаючи масу одного тіла та силу гравітації, можна визначити і масу іншого тіла. Гравітаційні сили універсальні, тобто. вони діють завжди між будь-якими тілами, повідомляють будь-яким тілам однакове прискорення.

Таким чином, механічна картина представляла світ на кшталт гігантської заводної іграшки. Усі тіла взаємодіють лише механічно через зіткнення чи миттєву дію гравітаційної сили. Оскільки кожне тіло визначається параметрами положення та стану, а сили, що діють на них, складаються, можливе точне прогнозування подій на підставі розрахунку характеристик руху та взаємодії.

Відповідно до механічної картини світу Всесвіт був добре налагоджений механізм, що діє за законами суворої необхідності, в якому всі предмети і явища пов'язані між собою жорсткими причинно-наслідковими відносинами. У світі немає випадковостей, вони повністю виключалися. Випадковим було лише те, причини чого лишалися невідомими. Але оскільки світ раціональний, а людина наділена розумом, то зрештою зможе отримати повне і вичерпне знання про буття. Такий жорсткий детермінізм знаходив своє вираження у вигляді динамічних законів.

Життя і розум у механічній картині світу не мали ніякої якісної специфіки. Людина в цій картині світу розглядалася як природне тіло в ряді інших тіл і тому залишалася незрозумілою у своїх «нематеріальних» якостях. Таким чином, присутність людини у світі не змінювала нічого. Якби людина одного разу зникла з лиця землі, світ продовжував би існувати як ні в чому не бувало. По суті, класичне природознавство не прагнуло осягнути людини. Малося на увазі, що природний світ, в якому немає нічого «людського», можна описати об'єктивно, і такий опис буде точною копією реальності. Розгляд людини як одного з гвинтиків добре налагодженої машини автоматично усував його з цієї картини світу.

На основі механічної картини світу у XVIII – на початку XIX ст. була розроблена земна, небесна та молекулярна механіка. Швидкими темпами йшов розвиток техніки. Це призвело до абсолютизації механічної картини світу, і вона стала розглядатися як універсальна.

Розвиток механічної картини світу зумовлювалося переважно розвитком механіки. Успіх механіки Ньютона значною мірою сприяв абсолютизації ньютонівських уявлень, що виявилося у спробах звести все різноманіття явищ природи до механічної форми руху матерії. Така думка отримала назву «механістичний матеріалізм» (механицизм). Проте розвиток фізики показав неспроможність такої методології. Це стало ясно при марних спробах описати за допомогою законів механіки теплові, електричні та магнітні явища (рух атомів та молекул). У результаті ХІХ ст. у фізиці настала криза, яка свідчила, що фізика потребує суттєвої зміни своїх поглядів на світ.

Оцінюючи механічну картину світу як із етапів розвитку фізичної картини світу, необхідно пам'ятати, що з розвитком науки основні положення механічної картини світу були просто відкинуті. Розвиток науки лише розкрило відносний характер механічної картини світу. Неспроможною виявилася сама механічна картина світу, та її вихідна філософська ідея - механицизм. У надрах механічної картини світу стали складатися елементи нової – континуальної (електромагнітної) картини світу.

Наукова творчість І. Ньютона належить XVII та XVIII ст.

Епоха Просвітництва - час, коли капіталізм якісно перетворював характер діяльності та тип спілкування людей.

На зміну індивідуальної цінності особистості виробника приходить цінність вироблених ним речей. Серед досягнень буржуазної доби - створення єдиного світового ринку, універсальних суспільних зв'язків. Історія стає всесвітньою, індивідуальний досвід особистості збагачується соціально-історичним досвідом як своєї країни, а й усього людства; людина стає носієм всесвітньо-історичного досвіду.

Потреби розвитку промислового виробництва та пов'язаного з ним технічного прогресу формують потребу у накопиченні об'єктивного знання світі. Тим самим завершується формування об'єктивних передумовнову наукову революцію. Справа залишалася лише за генієм, який міг би з урахуванням цих передумов сформувати принципово нову фізичну картину світу. Це завдання виконав один із найбільших вчених в історії людства - Ісаак Ньютон

Його наукова спадщина багатогранна: створення диференціального та інтегрального обчислення; астрономічні відкриття (завдяки телескопам, побудованим ним самим); численні дослідження у галузі оптики.

Однак обезсмертило Ньютона створення ним класичної механіки та формування цілісної та системної механістичної картини світу. Через війну більшість показників аристотелевской картини світу втратило значення, а наукове обгрунтування отримали інші якості природних об'єктів.

Інформація до роздумів

Епоха Просвітництвапроголошує панування «століття Розуму» і формує переконання, що предметом природничо пізнання є природні явища, які цілком і повністю підкоряються механічним закономірностям, обумовленим причинно-наслідковими зв'язками. Саме тим часом формуються ідеали раціоналізму.

Завданням природознавства стає визначення кількісно вимірних параметрів природних явищ та встановлення між ними функціональних залежностей, що виражаються за допомогою суворої математичної мови. У умовах механіка виходить перше місце серед природничих наук.

Ньютонівську систему знань про природу називають класичною фізичною картиною світуОсь її основні положення.

1. На противагу аристотелевській умоглядності, це - експериментальнакартина світу. Свою наукову програму Ньютон прямо назвав «експериментальною філософією», наголошуючи на вирішальному значенні наукового експерименту у вивченні природи. Його головний закид на адресу декартової гіпотези "вихорів" зводився до того, що Декарт не звертався до досвіду, а конструював "оманливі припущення" для пояснення природи. «Гіпотез не вигадую», - заявляв Ньютон, але не в тому сенсі, що гіпотези для науки не потрібні. Гіпотези треба не «вигадувати», а ретельно доводити.

Думка експерта

У 1687 р. вийшов у світ головний працю І. Ньютона «Математичні засади натуральної філософії», який заклав основи сучасної теоретичної фізики. Оцінюючи цю подію, видатний фізик XX ст. С. І. Вавілов писав:

«В історії природознавства не було події більшої, ніж поява "Почав"Ньютон. Причина була в тому, що ця книга підбивала підсумки всього зробленого за попередні тисячоліття у навчанні про найпростіші форми руху матерії. Складні перипетії розвитку механіки, фізики та астрономії, виражені в іменах Аристотеля, Птолемея, Коперника, Галілея, Кеплера, Декарта, поглиналися та замінювалися геніальною ясністю та стрункістю "Почав"»До

У великій праці «Математичні засади натуральної філософії»

він обґрунтував метод «початок», або «принципів»: «Було б бажано вивести з початків механіки та інші явища природи, міркуючи подібним чином, бо багато чого змушує мене припускати, що всі ці явища обумовлюються деякими силами, з якими частинки тіл, внаслідок причин, поки невідомих, або прагнуть одна одній і зчіплюються в правильні постаті, або взаємно відштовхуються і віддаляються друг від друга. Оскільки ці сили невідомі, досі спроби філософів пояснити явища природи залишалися безплідними. Але я сподіваюся, що або цьому способу міркувань, або іншому, більш правильному, викладені тут підстави принесуть деяке висвітлення» .

• 2. Моністичнакартина світу, яка описувала і рух небесних тіл, і рух земних об'єктів одними і тими самими законами.
• 3. Корпускулярнакартина світу, оскільки матерія розглядалася як речова субстанція, що складається з окремих корпускул - "твердих, вагомих, непроникних, рухливих частинок".
• 4. Механістичнакартина світу, що базується на законах руху, сформульованих Ньютоном. Спочатку їх було п'ять, потім кількість законів скоротилася до трьох. Природа розглядалася як складна механічна система.

Перший закон механіки Ньютона - відкритий Галілеєм принцип інерції: будь-яке тіло знаходиться в стані спокою або рівномірного і прямолінійного руху доти, поки що додані до нього сили не змушують змінити цей стан.Однак цей закон не можна вважати "новим формулюванням" принципу Галілея, бо Галілей розвивав земну механіку, а Ньютон звів свої закони в ранг універсальних законів Космосу.

Другий закон – центральний закон механіки – фіксує той факт, що прискорення, що набуває тіло під дією деякої сили, виявляється прямо пропорційним цій діючій силі і назад пропорційним масі тіла, що рухається.

Перший закон Ньютона можна отримати з другого, оскільки за відсутності на тіло з боку інших тіл його прискорення дорівнює нулю.

Відповідно до третього закону дії завжди є рівна і протилежно спрямована протидія, інакше кажучи, взаємодії двох тіл один на одного між собою рівні та спрямовані протилежно один до одного.

Ці сили прикладені до різних матеріальних точок (тіл), завжди діють парами і є силами однієї природи.

Зі створенням ньютоновського «методу флюксій» (основ диференціального та інтегрального обчислень) закони механіки дозволили математично описувати будь-які види рухів – як рівномірних, так і нерівномірних, як прямолінійних, так і непрямолинійних.

5. Гравітаційнасистема світу. Відкритий Ньютоном закон всесвітнього тяжіння стверджував, що всі тіла, оскільки вони мають масу, відчувають взаємне тяжіння. Сила такого тяжіння прямо пропорційна їх масам і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.

Цей універсальний закон природи послужив основою формування небесної механіки, вивчає рух тіл Сонячної системи. Природознавство вперше досягло такого масштабу узагальнення.Тим самим завершився той етап перетворення арістотелівської картини світу, започаткований Коперником. До цього панувало уявлення про Всесвіт, як сукупність сфер, керованих першодвигуном або ангелами, але наказом Бога. Тепер утвердилася концепція Ньютона про механізм взаємозв'язку мас, що тяжіє, що діє на підставі простого природного закону.

Однак Нiотої завжди підкреслював, що закон всесвітнього тяжіння встановлює лише кількісну залежність сили тяжіння від величин тяжіння мас і відстаней між ними; встановлення причинитяжіння він вважав справою подальших досліджень.

6. Картина абсолютного простору та часу.У ньютонівському світі панує тривимірний простір евклідової геометрії (абсолютний, постійний, завжди перебуває в спокої), в якому знаходяться всі матеріальні тіла. Час - величина абсолютна, яка залежить ні від простору, ні від матерії. Воно тече одноманітно і синхронно у всьому Всесвіті, виступаючи процесом тривалостінезалежно від подій.

Рух розглядався як переміщення у просторі безперервними траєкторіями протягом часу відповідно до законів механіки. Вважалося, що всі фізичні процеси можна звести до переміщенняматеріальних точок під впливом сили тяжіння, що є дальнодействующей.

7. Абсолютно детерміністськакартина світу. Її підсумок - образ Всесвіту як гігантського і повністю детермінованого механізму (подібного до складного годинникового механізму), в якому події та процеси являють собою ланцюг необхідних взаємозалежних причин і наслідків, що виключають будь-яку випадковість.Оскільки будь-який годинниковий механізм вимагає заводу, Ньютон змушений був вирішувати питання про «світовий годинникар». Це єдина функція в його механіці, яка була покладена на Бога: саме божественний «первоштовх» виступив джерелом механічного руху – Бог завів «всесвітній годинник».

З таких уявлень випливала віра у те, що теоретично можна точно реконструювати будь-яку минулу ситуацію у Всесвіті або передбачити майбутнє з абсолютною визначеністю. Найбільш яскраво така ідея була виражена французьким вченим П. С. Лапласом (1749–1827). Лапласівський детермінізмвисловлює ідею абсолютного детермінізму - впевненість у тому, що все, що відбувається, має суворо певну причину (див. завдання 6 у Практикумі).

Далеко не відразу і далеко не всіма вченими ідеї Ньютона було прийнято. Про це говорить листування двох великих фізиків - Лейбніца та Гюйгенса. "Лейбніц".Я не розумію, як Ньютон уявляє собі тяжкість чи тяжіння. Мабуть, на його думку, це не що інше, як якась незрозуміла нематеріальна якість.

Гюйгенс: Що стосується причини припливів, яку дає Ньютон, то вона мене не задовольняє, як і всі інші його теорії, побудовані на принципі тяжіння, який здається мені смішним і безглуздим».

Класична механіка Ньютона пояснює безліч фізичних явищ і процесів у земних та позаземних умовах, що є основою для багатьох технічних досягнень. На її фундаменті сформувалися багато методів наукових досліджень у різних галузях природознавства. Аж до початку XX ст. у науці панувало механістичне світогляд,згідно з яким, всі явища природи можна пояснити рухами частинок та тіл.

Авторитет Ньютона був настільки сильний, що вчені, які працювали в інших областях - астрономії, хімії та ін, - намагалися пояснити, виходячи з початків механіки, різні явища природи. Так, П. С. Лаплас вважав, що будь-які явища, відомі на той час, могли бути пояснені за допомогою закону всесвітнього тяжіння. Він прагнув створити молекулярну механіку

Сторінка 39 з 42

Механічна картина світу

Механічна картина світу склалася внаслідок наукової революції XVI–XVII ст. Свій внесок у її формування зробили Г. Галілей, І. Кеплер, Р. Декарт, П. Лаплас, І. Ньютон та багато інших вчених.

В основу нових уявлень науки про світ лягли ідеї та закони механіки, яка стала найрозробленішим розділом фізики. По суті, саме механіка є першою фундаментальною фізичною теорією. Основу механічної картини світу склав атомізм, який весь світ, включаючи людину, розумів як сукупність величезної кількості неподільних частинок – атомів, що переміщаються у просторі та часі відповідно до небагатьох законів механіки. Це корпускулярне уявлення про матерію.

Закони механіки, які регулювали як рух атомів, і рух будь-яких матеріальних тіл, вважалися фундаментальними законами світобудови. Тому ключовим поняттям механічної картини світу було поняття руху. Тіла мають внутрішню вроджену властивість рухатися рівномірно і прямолінійно, а відхилення від цього руху пов'язані з дією на тіло зовнішньої сили (інерції). Мірою інертності є маса. Універсальною властивістю тіл є тяжіння.

Вирішуючи проблему взаємодії тіл, Ньютон запропонував принцип далекодії. Відповідно до цього принципу, взаємодія між тілами відбувається миттєво будь-який відстані, без будь-яких матеріальних посередників.

Концепція далекодії заснована на розумінні простору і часу як особливих середовищ, що вміщають ті тіла, що взаємодіють. Ньютон запропонував концепцію абсолютного простору та абсолютного часу. Абсолютний простір був великим «чорним ящиком», універсальним вмістилищем всіх матеріальних тіл у природі. Але навіть якби всі ці тіла раптом зникли, абсолютний простір все одно залишився б. Аналогічно, в образі річки, представлявся і абсолютний час. Воно ставало універсальною тривалістю всіх процесів у Всесвіті. І абсолютний простір, і абсолютний час існують незалежно від матерії.

У механічній картині світу будь-які події жорстко визначали закони механіки. Випадковість у принципі виключалася з картини світу.

Життя і розум у механічній картині світу не мали ніякої якісної специфіки. Тому присутність чи відсутність людини у світі не змінювало нічого. Якби людина одного разу зникла з лиця Землі, світ продовжував би існувати, як ні в чому не бувало.

На основі механічної картини світу у XVIII – на початку XIX ст. була розроблена земна, небесна та молекулярна механіка. Швидкими темпами йшов розвиток техніки. Це призвело до абсолютизації механічної картини світу, і вона стала розглядатися як універсальна.

Водночас у фізиці почали накопичуватися емпіричні дані, що суперечать механічній картині світу. Так, поряд із розглядом природи як системи матеріальних точок, що повністю відповідало корпускулярним уявленням про матерію, довелося запровадити поняття суцільного середовища. Воно знадобилося пояснення світлових явищ. Так у фізиці з'явилося поняття ефіру – особливо тонкої та абсолютно безперервної світлової матерії. Це були не корпускулярні, а континуальні ставлення до матерії.

У XVIII столітті з'явилося вчення про невагомі речовини. У його рамках було введено поняття електричної та магнітної рідин, теплороду, флогістону. Вони також були особливими різновидами суцільної матерії. Цього вимагала механістичність класичної науки, що поширювала принципи та підходи механіки до інших розділів науки.

Отже, хоча механічний підхід до цих явищ виправдовував себе над повною мірою, досвідчені факти штучно підганялися під механічну картину світу.

У XIX столітті у фізиці настала криза, яка була викликана дослідженнями та відкриттями в галузі електрики та магнетизму. Тоді стало ясно, що протиріччя між досвідченими даними та механічною картиною світу стали надто гострими. Фізика потребувала суттєвої зміни своїх поглядів на світ.

Формування механічної картини світу (МКМ) відбувалося протягом кількох століть до середини дев'ятнадцятого століття під сильним впливом поглядів видатних мислителів давнини: Демокріта, Епікура, Аристотеля, Лукреція та ін. Вона стала необхідним і дуже важливим кроком на шляху пізнання природи.

Імена вчених, які зробили основний внесок у створення МКМ: Н.Копернік, Г.Галілей, Р.Декарт, І.Ньютон, П.Лаплас та ін.

Рис. 2. Геліоцентрична система

Микола Коперник був першою людиною, яка зуміла завдати нищівного удару по геоцентричних системах світу. У травні 1543 року побачила світ його книга «Про обертання небесних сфер». Вчення Коперника суперечило церковним поглядам на устрій світу і зіграло величезну роль історії світової науки.

Основоположником механічної картини світу по праву вважається Галілео Галілей (Galilei) (1564-1642), італійський учений, один із засновників точного природознавства. Усі своїми силами він боровся проти схоластики, вважаючи єдино вірною основою пізнання досвіду. Діяльність Галілея не подобалася церкві, він був підданий суду інквізиції (1633), що змусила його зректися свого вчення. До кінця життя Галілей змушений був жити під домашнім арештом на своїй віллі Арчетрі поблизу Флоренції. І лише 1992 року папа Іван Павло II реабілітував Галілея та оголосив рішення суду інквізиції помилковим. У роки дитинства та юності Галілея в науці панували уявлення про навколишній світ, що збереглися з часів античності. І Галілей був одним із перших, хто наважився виступити проти них. Механічна картина світу виникла, коли головним критерієм істини було визнано досвід, а описи явищ природи почали активно застосовувати математику. Багато тверджень Аристотеля, що стали догмою, не витримували перевірки досвідом. Аристотель, наприклад, стверджував, що швидкість падіння тіл пропорційна їхній вазі. Галілей у присутності численних свідків проводив спостереження за падінням з Пізанської вежі тіл різної маси (наприклад, мушкетної кулі та гарматного ядра). Виявилося, що швидкість падіння тіл не залежить від їхньої маси. Найважливішим досягненням Галілея було відкриття принципу відносності. Галілей сконструював перший у світі термоскоп, який став прообразом термометра. Направивши підзорну трубу в небо, він зробив кілька видатних астрономічних відкриттів: супутники Юпітера, фази Венери, будову Чумацького Шляху, сонячні плями, кратери та гори на Місяці. Спостереження за рухом небесних тіл зробили його переконаним прихильником геліоцентричної системи (рис.5.28.1). Відкриття Галілея підривали довіру до офіційних поглядів на будову світу, просочені релігійними догмами.

Рене Декарт (Descartes, або Cartesius, 1596-1650), французький філософ, математик, фізик і фізіолог, що заклав основи аналітичної геометрії, визначив поняття змінної величини і функції, припустив існування закону збереження кількості руху, поклав в основу своїх побудов принцип несотворимий руху. При цьому всі форми руху зводив до механічного переміщення тіл.

Ісаак Ньютон (Newton) (1643-1727), англійський математик, механік, астроном та фізик, розробив (незалежно від Г. Лейбніца) диференціальне та інтегральне числення. Він побудував перший дзеркальний телескоп у світі, чітко сформулював основні закони класичної механіки, відкрив закон всесвітнього тяжіння, сформулював теорію руху небесних тіл, створивши основи небесної механіки. Простір і час у механіці Ньютона є абсолютними. Слід сказати, що роботи Ньютона в механіці, оптиці та математиці набагато випередили його час, а багато його робіт актуальні і зараз. Мовою Ньютона говорить вся сучасна наука.

Лаплас (Laplace) П'єр Симон (1749-1827), французький астроном, математик, фізик був автором класичних праць з теорії ймовірностей та небесної механіки. Лапласом і Кантом було запропоновано гіпотезу походження Сонячної системи з газопилової хмари, розвинена сучасними астрономами.

Коротко перерахуємо основні риси механічної картини світу.

Усі матеріальні тіла складаються з молекул, що у безперервному і хаотичному механічному русі. Матерія – речовина, що складається з неподільних частинок.

Взаємодія тіл здійснюється згідно з принципом далекодії, миттєво на будь-які відстані (закон всесвітнього тяжіння, закон Кулона), або за безпосереднього контакту (сили пружності, сили тертя).

Простір – порожнє містище тел. Весь простір заповнює невидима невагома "рідина" - ефір. Час – проста тривалість процесів. Час є абсолютно.

Весь рух відбувається на основі законів механіки Ньютона, всі явища і перетворення, що спостерігаються, зводяться до механічних переміщень і зіткнень атомів і молекул. Світ виглядає як колосальна машина з безліччю деталей, важелів, коліщатків.

Так само видаються і процеси, що протікають у живій природі.

Механіка описує всі процеси, що відбуваються в мікросвіті та макросвіті. У механічній картині світу панує лапласовський детермінізм - вчення про загальний закономірний зв'язок і причинну обумовленість усіх явищ у природі.

Механіка та оптика становили основний зміст фізики на початок ХІХ століття. Картина світу будувалася досить очевидних і простих механічних аналогіях. І в повсякденній практичній діяльності людей основні висновки класичної механіки не призводили до суперечностей із досвідченими даними.

Однак пізніше з розвитком засобів вимірювання стало відомо, що при вивченні багатьох явищ, наприклад, небесної механіки необхідно враховувати складні ефекти, пов'язані з рухом частинок зі швидкостями, близькими до світлових.

З'явилися рівняння спеціальної теорії відносності, які важко вміщуються в рамки механічних уявлень. Вивчаючи властивості мікрочастинок, вчені з'ясували, що в явищах мікросвіту частинки можуть мати властивості хвилі.

Виникли труднощі при описі електромагнітних явищ (випускання, поширення та поглинання світла, електромагнітної хвилі), які не могли бути вирішені класичною механікою ньютонів.

Проте з розвитком науки механічна картина світу була відкинута, лише був розкритий її відносний характер. Механічна картина світу використовується і зараз у багатьох випадках, коли, наприклад, у аналізованих нами явищах матеріальні об'єкти рухаються з невеликими швидкостями, і ми маємо справу з невеликими енергіями взаємодії. Механічний погляд на світ залишається актуальним, коли ми споруджуємо будівлі, будуємо дороги і мости, проектуємо греблі і прокладаємо канали, розраховуємо крило літака або вирішуємо інші численні завдання, що виникають у нашому повсякденному людському житті. (Геліоцентрична система це уявлення про те, що Сонце є центральним небесним тілом, навколо якого обертається Земля та інші планети.)