Общая характеристика механической картины мира

Впечатляющие успехи механики, подкрепленные достижени­ями математики (Р. Декарт, Г. Лейбниц, Л. Эйлер, К. Маклорен, Ж.-Л. Лангранж и др.), позволившими описать законы Природы простыми изящными формулами, привели к тому, что концепция единой механической сущности Природы стала основой мировоз­зрения. Весь мир представлялся в виде сложнейшего и совершен­нейшего механизма. Мельчайшими деталями этого механизма считались атомы. Живые существа также трактовались как “бо­жественные машины”, бесконечно превосходящие “естествен­ные” по сложности и изощренности. В качестве творца мирозда­ния признавался Бог. При этом запущенный им когда-то "миро­вой механизм” далее функционирует по жестким, определенным раз и навсегда законам. Таким образом, утверждалось существо­вание однозначных причинно-следственных связей.

Принцип механического детерминизма, причинности является одним из краеугольных камней в механической картине мира. Этот принцип состоит в том, что, если с необходимой точностью задано начальное состояние какой-либо замкнутой механической системы (например, начальные координаты и скорость), то может быть определено состояние этой системы через произвольный промежуток времени с той же точностью.

Механический детерминизм нашел свое крайнее выражение в идее так называемою мирового дифференциального уравнения П. Лапласа. Это гипотетическое уравнение должно описывать движение всех составляющих Вселенную частиц в их взаимо­действии. Тогда, задав начальные условия движения, можно в принципе точно определить положение каждой из частиц в лю­бой момент времени, т. е. предсказать будущее мироздания и описать прошлое.

Наряду с механикой в XVII--XIX вв. бурно развивались другие области естествознания: химия, биология. В первой половине XVII в. в работах Я. Гассенди началось возрождение идей атомизма, высказанных еще Демокритом. Гассенди представлял атомы в виде мельчайших тел разнообразной формы и впервые ввел понятие молекулы как соединения нескольких атомов. На позициях атомизма стояли видный ученый XVII в.. X. Гюйгенс, а также И. Ньютон. Однако атом считался неделимым ввиду его “бесконечной твердости”.

Одна из характерных черт естествознания XVIII - начала XIX в — бурное развитие техники физического и химического эксперимента, измерений различных величин — механических, тепловых, оптических, электрических. Только в XVIII в. были созданы термометры Цельсия, Фаренгейта, Реомюра, электро­скоп, электрический конденсатор (лейденская банка), электро­метр, калориметр, гигрометр, фотометр, дифракционная решетка, источник электрического тока - батарея Вольты.

Большой вклад в развитие различных областей естествознания внес великий русский ученый М В. Ломоносов. Он, в частности, впервые установил связь тепловых явлений с движением атомов и молекул и положил начало развитию молекулярной физики, которая была развита в работах А. Авогадро, Р. Клаузиуса.

С изобретением и распространением паровых машин возникла термодинамика, которая быстро развилась в общую теорию об энергетических процессах в различных средах. Важнейшим достижением термодинамики было открытие закона сохранения и превращения энергии (Р. Майер. Д. Джоуль, Г. Гельмгольц), формирование начал термодинамики (Р. Клаузиус, У. Томпсон).

Революционную роль в биологии сыграло учение о происхож­дении видов Ч. Дарвина, позволившее понять процесс эволюции живых существ. В трудах Г. Менделя, Т. Моргана были заложены основы генетики.

Вместе с тем накопленный богатый эмпирический материал часто не получал надлежащего осмысления. Объяснение причин явлений Природы зачастую было надуманным. Так, например, широко использовалась идея “флюидов” — невесомых, неощути­мых субстанций:- электрических и магнитных “жидкостей” двух сортов, теплорода, “оптического флюида”, эфира, флогистона, особого флюида в живых организмах - “жизненной силы”. Эти вымышленные причины явлений создавали лишь видимость их понимания.

Несмотря на ограниченность такого понимания Природы, период XVI-XEX вв. можно с полным правом считать расцветом естествознания.

Здесь мы не имеем возможности описать многие другие из­вестные из школьных курсов математики, физики, химии, астро­номии, биологии достижения естествознания в этот период. Все эти достижения хорошо вписывались в окончательно сформиро­вавшуюся к середине XIX в. механическую картину мира. Выде­лим основные, фундаментальные принципы этой концепции мироздания:

- мир построен на законах механики Ньютона. Все явления Природы объясняются механикой атомов и молекул - их перемещением, столкновением, сцеплением и т. п. Все видь энергии на основе закона сохранения и превращения энергии сводятся к энергии механического движения;

- микромир аналогичен макромиру, Движение планет и движение атомов и молекул управляется одними и теми же законами. Живая и неживая материя построена из механических деталей разного размера и сложности;

- незыблемость Природы объясняется отсутствием качест­венных изменений; все изменения чисто количественные. Таким образом, в механической картине мира отсутствует развитие, она метафизична;

- господствует лапласовский детерминизм; все причинно- следственные связи — однозначные, наличие случайности обусловлено лишь невозможностью учесть все влияющие факторы, все детали сложнейшего механизма Природы.

В целом механическая картина мира явилась важнейшей ступенью познания человеком Природы. На ее базе со второй половины XIX в. началось формирование новой концепции - электромагнитной картины мира. Существо этой естественно­научной концепции подробно рассмотрено в следующей главе.

Литература к главе 1

1. Гайденко П. П. Эволюция понятия науки: формирование научных программ нового времени. — М.: Наука, 1987.

2. Иродов И. Е. Основные законы механики. — М.: Высш. шк., 1975.

3. Кедров Б. М. Предмет и взаимосвязь естественных наук. - М.: Наука, 1967.

4. Кузнецов Б. Г. Пути физической мысли. — М.: Наука, 1968.

5. Лобановский М. Г. Основания физики природы. — М.: Высш. шк., 1990.

6. Купер Л. Физика для всех. В 2-х т. - М.: Мир, 1973.

7. Лаплас П. С. Изложение системы мира. — Л.: Наука, 1982.

8. Льоцци К. История физики. — М.: Мир, 1970.

9. Пахомов Б. Я. Становление современной физической картины мира. - М.: Высш. шк., 1985,

10. Спасский Б. И. Физика в ее развитии. - М.: Просвещение, 1979.

Вопросы и задания к главе 1

1. С помощью рекомендованной литературы составьте пред­ставление о развитии естествознания в XV-XIX вв., познакомь­тесь с научными биографиями выдающихся ученых этого пери­ода. Подготовьте реферат.

2. Поясните, в чем сходство и различие между естественно­научными программами Аристотеля и Демокрита?

3. Укажите, какие из догадок мыслителей древности о миро­устройстве нашли подтверждение в современном естествознании?

4. Проследите развитие 1Ипотезы об атомном (корпускуляр­ном) строении материи от древности до наших дней.

5. Приведите примеры механического движения тел, которое можно и нельзя описать “законом Аристотеля”.

6. Попытайтесь опровергнуть концепцию Аристотеля о естест­венных и насильственных движениях тел.

7. В программе Демокрита законы Природы задавались бога­ми — недоступными, ненаблюдаемыми, неощущаемыми сущест­вами. Приведите аргументы “за” и “против” этой концепции.

8. Повторите по учебникам для средней школы и другой лите­ратуре раздел “Физические основы механики”.

9. Письменно в рабочей тетради сформулируйте понятия: механическое движение, путь, перемещение, скорость, ускорение, сила, масса, импульс.

10. Сформулируйте понятие “система отсчета”. Какие системы отсчета называются инерциальными? Приведите примеры.

11. Дайте определение понятию “физический закон”. Сформу­лируйте законы динамики Ньютона, закон всемирного тяготения, законы сохранения в механике. Какие физические законы относятся к фундаментальным?-

12. Определите на 'опыте зависимость периода колебании математического маятника (стального Шарика на нитке) от длины маятника.

13. Постройте график качественной зависимости потенциаль­ной энергии тела массой т в гравитационном поле Земли от высоты . Как из этого графика определить вес тела?

14. Постройте график качественной зависимости потенциаль­ной энергии пружины жесткостью от величины деформации х. . Как из этого графика определить силу упругости пружины?

15. Докажите с помощью известных вам фактов и теорий несостоятельность, ограниченность фундаментальных положений механической картины мира.