Тема 4. Основы классической и неклассической физики

Классическая механика. Возникновение классической механики явилось началом превращения физики в строгую науку, т.е. систему знания, утверждающую истинность, объективность, обоснованность и проверяемость как своих исходных принципов, так и своих конечных выводов. Это возникновение происходило в 16-17 веках и связано с именами Г.Галилея, Р.Декарта и И.Ньютона. Именно они осуществили «математизацию» природы и заложили основы экспериментально-математического взгляда на природу. Они представили природу как множество «материальных» точек, обладающих пространственно-геометрическими (форма), количественно-математическими (число, величина) и механическими (движение) свойствами, связанными причинно-следственными зависимостями, которые можно выразить в уравнениях математики.

Начало превращения физики в строгую науку было положено Г.Галилеем. Он сформулировал ряд фундаментальных принципов и законов механики. А именно:

1) принцип инерции, согласно которому, когда тело двигается по горизонтальной плоскости, не встречая никаких сопротивлений движению, движение его является равномерным и продолжалось бы постоянно, если бы плоскость простиралась в пространстве без конца;

2) принцип относительности,согласно которому в инерциальных системах все законы механики одинаковы и нет возможности, находясь внутри, определить, движется она прямолинейно и равномерно или покоится; во всех инерциальных системах отсчета все физические явления происходят одинаково. Инерциальная система отсчета -та, которая или покоится или двигается равномерно или прямолинейно.

3) принцип сохранения скоростейи сохранения пространственных и временных интервалов при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Это знаменитое галилеево преобразование.

Целостный вид логико-математически организованной системы основных понятий, принципов и законов механика получила в работах И.Ньютона, прежде всего в работе «Математические начала натуральной философии». В этой работе Ньютон вводит понятия: масса, или количество материи, инерция, или свойство тела сопротивляться изменению состояния покоя или движения, вес как мера массы, сила, или действие, производимое на тело для изменения его состояния.

- основой иерархического строения вещества является атомДемокрита, которая в Новое время рассматривается как экспериментально исследуемая частица. Атом неделим, неизменен, вечен. Атомистическая (корпускулярная) концепция содержит в себе представление о дискретной структуре вещества. Между атомами - пустота. Одним словом, механистическая картина мира признавала только один вид материи - вещество,состоящее из атомов, имеющих массу.

- Ньютон различал абсолютные (истинные, математические) пространство и время, которые не зависят от находящихся в них тел и равны сами себе, и относительные пространство и время - подвижные части пространства и измеряемые длительности времени. Пространство всегда остается одинаковым и неподвижным. Время также протекает равномерно и называется длением. Пространство и время - вместилища всего существующего.

- движение относительно;т.е. тело находится в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения; это зависит от того, относительно какой системы отсчета мы рассматриваем тело. Принцип относительности был введен Ньютоном из-за трудностей, с которыми он столкнулся при объяснении движения тел в неинерциальных системах отсчета, т.е. движущихся с ускорением.

- в процессе движения тела тело остается себетождественным,т.е. сохраняет свои основные качественные характеристики; при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой тело сохраняет свою скорость и пространственно-временные интервалы;

- движение тела в классической механике происходит по строго определенным траекториям,т.е. вследствие «себетождественности» мы можем одновременно определить его координату и скорость. Вычисление траекторий движения тела дает нам полное представление о его поведении в прошлом, настоящем и будущем, т.е. движение тела детерминировано(причиннообусловлено) и обратимо.Достаточно точного задания начальных условий и уравнений движения тела, чтобы получить полное описание его движения. Одним словом, в классической механике полностью исключается элемент случайности.

Особое место в концепции И.Ньютона занимает учение о силе тяготения, или гравитации, в котором он объединяет движение «небесных» и земных тел. Это учение включает следующие положения:

- тяжесть тела пропорциональна заключенному в нем количеству материи или массы;

- сила тяжести пропорциональна массе;

- сила тяжести, или тяготение, и есть та сила, которая действует между Землей и Луной обратно пропорционально квадрату расстояния между ними;

- эта сила тяготения действует между всеми материальными телами на расстоянии.

В классической механике допустимо вполне объективное описание природы.

Основные принципы классической картины мира:

- принцип самотождественности физического тела;

- принцип независимости физического тела от пространства и времени;

- принцип детерминированности, т.е. строгой однозначной причинно-следственной связи между конкретными состояниями физических тел;

- принцип обратимости всех физических процессов.