Концептуальные основания механики Ньютона

Ø Первое концептуальное утверждение классической механики: законы Ньютона выполняются не во всех, а лишь в так называемых инерциальных системах отсчета.

Назначение первого закона: он утверждает, что существуют инерциальные системы отсчета. Отличительная черта ИСО: это системы, которые не подвергаются неуравновешивающим друг друга внешним воздействиям.

Ø Второе концептуальное утверждение классической механики: в механике Ньютона все инерциальные системы отсчета равноправны, поэтому все механические явления протекают совершенно одинаково во всех инерциальных системах координат.

Ø Третье концептуальное утверждение классической механики: при желании наблюдатель всегда может перейти к инерциальной системе отсчета, добавив силу инерции.

Ø Четвертое концептуальное утверждение классической механики (принцип относительности Галилея; принцип инвариантности): в инерциальной системе отсчета никакими физическими опытами нельзя установить, покоится ли она или движется равномерно и прямолинейно. Кроме того, F₁ = F и m₁ = m, то при преобразовании Галилея уравнение F = ma остается инвариантным. Вторая формулировка четвертого утверждения: законы механики Ньютона инвариантны относительно преобразований Галилея.

Концептуальное значение законов Ньютона и МКМ:

- утверждение о том, что мир, в котором мы живем, построен из вещества, заключенного в абсолютное пространство, в котором все процессы протекают по единому абсолютному времени.

- все явления и процессы подчиняются единым механическим закономерностям.

- объекты, заполняющие абсолютное пространство, существуют независимо друг от друга.

- взаимодействия между ними независимо от расстояния передаются мгновенно с бесконечно большой скоростью.

- такая картина мира полностью детерминирована (лапласовский детерминизм). В ней все последующие события определены предыдущими. Это диктуется лежащими в ее основе законами Ньютона, согласно которым, если определены начальные условия состояния системы, то решение уравнений движения однозначно определяет ее состояние в любые последующие моменты времени.

- В МКМ любые формы движения можно свести к механическим (редукционизм – механицизм).

- Живая природа в МКМ также трактуется механистически. Все изменения носят только количественный характер. Время в МКМ обратимо.

МКМ остается применимой и в настоящее время в области механических движений макротел, где скорости намного меньше скорости света.

Континуальная концепция

Сторонники концепции непрерывности материи в разные исторические этапы: Анаксагор, Аристотель, Р. Декарт, Эйлер, М. Фарадей, Д. Максвелл, Г. Герц, Г. Лоренц, Г.Гельмгольц, Дж.Рэлей.

Р.Декарт отрицал существование пустого пространства, для него основной атрибут материи – не частицы, а вихри, протяженность. Само пространство также представляет собой физическое тело и обладает протяженностью. Поскольку протяженные тела непрерывно заполняют пространство, нигде не оставляя пустых промежутков, постольку взаимодействие тел осуществляется всегда путем их непосредственного контакта. Ученые того времени полагали, что все мировое пространство непрерывно заполнено особым веществом - эфиром, находящимся в состоянии постоянного вихреобразного движения и увлекающим планеты, обеспечивая их перемещения в пространстве. Эта концепция непрерывности строения материи была достаточно правдоподобной; но она не давала возможности объяснить наблюдаемые астрономами закономерности в движении планет, вычислить их траектории и основные элементы орбит, построить количественную теорию планетарных движений. Все это было сделано И. Ньютоном, давшим строгую количественную теорию движения планет, на основании принципов концепции прерывности (корпускулярной концепции). Вместе с тем, в противоположность дискретной, корпускулярной теории света, Л. Эйлер и М. Ломоносов отстаивают волновую теорию света. Но господствующей доктриной долгое время остается доктрина корпускул. Новый поворот к концепции непрерывности и развитие учения о поле связан с именами М. Фарадея, Д. Максвелла, Г. Герца. Их научными работами был открыт принципиально новый, качественно своеобразный вид материи – поле. Постепенно понятие поля утвердило за собой руководящее место в качестве одного из основных физических понятий. Так был открыт принципиально новый, качественно своеобразный вид материи. Стало очевидным, что материя может существовать не менее чем в двух несводимых друг к другу формах (вещество, в основе которого лежит частица, атом; и поле, в основе которого лежит волна).

Концепция Максвелла появилась спустя 200 лет после Ньютона и представляет собой равноправное с ней описание природного объекта – электромагнитного поля – качественно отличного от частиц.

Итогом дальнейшего развития континуальной традиции в конце 19 в. явился отказ от механической картины мира (МКМ) и замена ее электродинамической (ЭДКМ). В ней предполагалось, что основу природы составляют электромагнитные и гравитационные поля, а наблюдаемые формы вещества – это всего лишь вторичные проявления физических полей. Т.о., в ЭДКМ все многообразие мира сводится к непрерывным полям (континууму), подчиняющимся теории Максвелла.

Ø Первое уравнение Максвелла: «переменное магнитное поле также создает переменное магнитное поле, как и электрический ток». Концептуальное значениеэтого уравнения:

o во-первых, в определение тока включено не только движение материальных носителей заряда, но и переменное электрическое поле;

o во-вторых, источником магнитного поля является электрический ток любой природы (ток проводимости и ток смещения).

Ø Второе уравнение Максвелла: изменение магнитного поля создает переменное электрическое поле. Концептуальный смысл уравнения:электрическое и магнитное поля взаимосвязаны и способны превращаться одно в другое.

Ø Третье уравнение Максвелла: магнитных зарядов не существует

Ø Четвертое уравнение Максвелла: электрические заряды порождают электрическое поле.

Главный качественный смысл уравнений Максвелла:

· Изменение магнитного поля приводит к возникновению электрического поля, а вокруг изменяющегося электрического поля возникает магнитное поле;

· Электрическое и магнитное поля, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. В результате возникают электромагнитные волны, которые распространяются в вакууме со скоростью света.

Электродинамика подтвердила и расширила принцип относительности Галилея: все законы физики (а не только механики) одинаковы во всех системах отсчета, движущихся равномерно и прямолинейно друг относительно друга. Это главное концептуальное утверждение электродинамики.