Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

N.B!

Концептуальные системы в естествознании. Родственным, но не идентичным понятию «парадигмы», является понятие концептуальная система науки. Подконцептуальной системой науки (КСН)понимаетсяуровень знаний и методов решения основной задачи данной науки, обусловленные степенью развития самой науки и общества в целом.

Главным критерием, посредством которого можно разграничить этапы развития науки, а также уровень практического использования знаний в данном обществе является анализ метода решения основной задачи науки.

N.B! Например, основной задачей физики (ОЗФ) является изучение различных форм движения и взаимодействия материальных объектов. На разных этапах развития физики эта задача решалась по-разному, в зависимости от вида объектов и характера действующих сил. Так, движение макротел исчерпывающе описывалось законами механики – классической динамики (И.Ньютон) поэтому ее логично обозначить как первую КС физики. По мере расширения круга изучаемых объектов и перехода к континуумам – сплошным средам, содержащим огромное число частиц, - понадобились и новые методы анализа движения: гидродинамический, термодинамический, механико-статистический. В континуумах выявились особые эффекты и явления (диссипация энергии, рост энтропии и др.) Все это вывело решение ОЗФ на качественно новый уровень, который стал следующей КСФ – динамикой континуумов.

Аналогичную ситуацию можно наблюдать и в химии, основной задачей (ОЗХ) которой является получение материалов с необходимыми свойствами. На начальном этапе эволюции ОЗХ решалась простейшим образом, по схеме:

 

Состав → свойства,

 

т.е. набор исходных реагентов однозначно определял характеристики продукта реакции. По мере накопления знаний и развития химической промышленности выяснилось, что свойства продукта реакции зависят и от структуры реагентов. ОЗХ стала решаться по иной схеме:

 

структура функции

 

 

 

состав свойства

 

 

здесь же выяснилось, что структура реагентов определяет и реакционную способность веществ (функцию). Сформировался новый, более высокий концептуальный уровень решения ОЗХ – структурная химия.

Аналогичный подход можно осуществить и в биологических и технологических направлениях естественных наук, что свидетельствует об универсальности описанного метода систематизации естественнонаучных знаний.

Главные особенности формирования концептуальных систем:

1) Все новые КС возникают внутри существующих; они вбирают в себя в преобразованном виде научно-методический багаж предшественницы.

2) При формировании новых КС происходит процесс уплотнения информации на уровне более общих принципов и теорий.



3) Развитие науки в рамках определенной КС происходит, в основном, экстенсивно, путем накопления фактов. Но и внутри КС возможны качественные скачки в уровнях знаний: этот подъем обусловлен интенсивными факторами.

4) Развитие естествознания, как совокупности наук, осуществляется как горизонтально – на каждом из концептуальных уровней, так и путем подъема – от одной КС к другой, более высокой. Это позволяет в определенной степени прогнозировать развитие наук, а также выстроить их в определенную иерархию – по сложности форм движения материи, изучаемых данными науками.

Научная картина мира античности. Исторически первой научной картиной мира была сущностная, предложенная античными мыслителями и включающая в себя:

Ø Следы мифологического культурного наследия, например, то, что центральным объектом познания выступает космос;

Ø Космологическую модель, объясняющую единую основу мироздания, множественность мира и богов, его единство. В модели одним из центральных вопросов рассмотрения является вопрос о происхождении или творении мира, его сущности и устройстве. Модель подразумевает существование закономерностей как основы гармонии Космоса;

Ø Геоцентрическую астрономическую систему, составленную Клавдием Птолемеем на основании культурного наследия древних;

Ø Атомистику (теорию о дискретном строении материи);

Ø Результаты исследований античной натурфилософии с эмпирико-чувственным и логико-формальным численным подходами к познанию, вершиной которого явилось энциклопедическое описание Аристотелем живой и неживой природы;

Ø Метафизику (философское учение о сущности мира) с ее умозрительным конструированием модели бытии, с сомнениями относительно адекватности философского видения мира самому реальному миру;

Ø Единые и противоположные понятия: (теплое – холодное, земля – небо, возникновение и уничтожение, беспредельность – предел, пустота – атомы, анализ – синтез и др., которые и определяют материальное);

Ø Концепцию структурного и семантического, т.е. смыслового единства в описаниях микрокосмоса (мира человека) и макрокосмоса (Вселенная– весь существующий материальный мир, безграничный во времени и в пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития.).

Научная картина мира Нового Времени. Эти представления сменила механистическая картина мира. Естественнонаучные достижения, особенно в механике, породили уверенность в том, что любые процессы в мире могут быть управляемы или рассчитаны так же просто, как рассчитываются траектории движения небесных тел.

Подобный детерминизм (философское учение о причинной определяемости всех происходящих процессов в мире) в первую очередь имел религиозную основу. Если Бог создал мир в своей основе рациональным, тогда человек, созданный по образу и подобию божьему, способен познать этот мир.

Механистическая картина мира ХVII – XVIII веков основывалась на следующих концепциях:

Ø Бог – создатель Вселенной, следовательно, в мире все определено и предопределено Создателем;

Ø Механистическая картина мира сводила представления о Вселенной к заводным часам, для которых бытие однозначно определяется начальными условиями, и эти условия можно задавать практически точно. В такой Вселенной возможно не только предсказать будущее, но и восстановить прошлое.

Ø Главное в познании – факты, а не причины их появления;

Ø Теория и практика неразделимы, эксперимент реальный и мысленный – основа познания;

Ø Мир может быть описан математически, (как работа часов - механизм);

Ø Система мира – гелиоцентрическая;

Ø Объекты познания моделируются закрытыми системами (системы без обмена веществом, энергией, информацией с другими системами);

Ø Методологической основой познания является редукционизм (сведение сложного к простому), а основным методом познания – индукция (движение от частного к общему);

Ø Измерения и любая количественная оценка имеют определяющий смысл в познании (квантитативизм);

Ø Пространственно-временные координаты имеют качественную однородность;

Ø Гуманитарное знание выделяется из общего знания, естественнонаучное рассматривается отдельно.

Итак, вторая глобальная естественнонаучная революция, преобразовавшая все естествознание и проходящая под знаком ньютоновской, представляла собой переход от геоцентризма к гелиоцентризму (а от него – к полицентризму). Ее основными достижениями можно считать:

ü натурализм – идею самодостаточности природы, управляемой естественными, природными законами;

ü механицизм – представление мира в качестве машины, состоящей из элементов разной степени важности и общности;

ü причинно-следственный автоматизм – жесткую детерминацию всех явлений и процессов в мире естественными причинами, описываемыми с помощью законов механики;

ü квантитативизм – универсальный метод количественного сопоставления и оценки всех предметов и явлений мира, отказ от качественного мышления античности и средневековья;

ü геометризм – утверждение картины безграничного однородного, описываемого геометрией Евклида и управляемого едиными законами космического универсума.

ü аналитизм – примат аналитической деятельности над синтетической в мышлении ученых, отказ от абстрактных спекуляций, характерных для античности и средневековья. В науке утвердился гипотетико-дедуктивный метод познания;

ü еще одним важнейшим итогом научной революции нового времени стало соединение умозрительной натурфилософской традиции античности и средневековой науки с ремесленно-технической деятельностью, с производством.

Третья научная революция случилась в ХIХ - ХХ вв. В это время последовала целая серия блестящих открытий в физике. Их общим мировоззренческим итогом стал сокрушительный удар по базовой предпосылке механистической картины мира – убежденности в том, что с помощью простых сил, действующих между неизменными объектами, можно описать все явления природы.

Наиболее значимыми теориями составившими основу новой парадигмы научного знания, стали теория относительности и квантовая механика:

Ø Теория относительности (новая теория пространства, времени и тяготения) провозгласила, что любое представление, в т.ч. и вся научная картина мира в целом, релятивны, т.е. относительны; следовательно, единственно верную, точную картину мира не удастся нарисовать никогда; любая из таких картин может обладать лишь относительной истинностью; это верно не только для деталей картины, но и для всей конструкции в целом.

Ø Квантовая механика, обнаружила вероятностный (статистический) характер законов микромира, а также неустранимый корпускулярно-волновой дуализм в самом фундаменте материи.

Ø Понятие вероятности, фигурирующее при описании статистических закономерностей, выражает степень возможности явления или события в конкретной совокупности условий.

Ø Система мира – полицентрическая.

Ø Главным концептуальным изменением естествознания ХIХ-ХХ века стал отказ от ньютоновской модели получения научного знания через эксперимент к объяснению. Эйнштейн предложил иную модель, в которой гипотеза и отказ от здравого смысла как способа проверки высказывания становились первичными, а эксперимент – вторичным в объяснении явлений;

Ø Переосмысление исходных понятий пространства, времени, причинности, непрерывности и в значительной мере введение их в противоречие со здравым смыслом и интуитивными ожиданиями;

Ø Непринятие жесткого противопоставления субъекта и объекта познания;

Ø Бурный скачок не только в развитии науки, но и в развитии техники; у ученых появились новые, ранее невиданные рычаги познания окружающей действительности (мощные телескопы и микроскопы, компьютеры, космическая техника).

Современная картина мира. В начале ХХ века химия, благодаря своим успехам, дополнила физику в базовых построениях картины мира. Молекулярные исследования в биологии и медицине приблизили естествознание к познанию человека как части природы. Оказалась, что выделение гуманитарного знания из общего знания и рассмотрение отдельно взятого естественнонаучного знания противоречит логике устройства единого мира. Постепенно интерес к античной философии, к вопросам понимания в научном познании все более усиливался. В основу познания была положена объективная универсальность Вселенной. Стало ясно, что движение, присущее всему Универсуму (лат. - мир как целое), порождает все бесконечное многообразие мира, сложность объектов в мире. Наше мышление потому и способно познавать мир, что оно как часть универсума обладает точно такой же способностью к саморазвитию, к самодвижению мысли, какой обладает весь универсум.

В настоящее время интенсивно формируется новая картина мира. Ее основу составляют концепции, более адекватные идее единой Природы, такие как:

Ø Концепция всеобщей эволюции, включающей эволюцию фундаментальных наук в направлении поиска их общего основания; глобальный эволюционизм – это признание невозможности существования Вселенной и всех порождаемых ею менее масштабных систем вне развития, эволюции; эволюционирующий характер Вселенной свидетельствует о принципиальном единстве мира, каждая составная часть которого есть историческое следствие глобального эволюционного процесса, начатого Большим взрывом.

Ø Концепция стирания граней между естественнонаучными и гуманитарными, самоинтеграция любых научных знаний;

Ø Концепция сближения позиций религиозных и естественных наук

Ø Повышение роли системного подхода, рассмотрение объектов познания как открытых термодинамических систем, возникновение синергетикинауки об организации и самоорганизации диссипативных систем (открытых термодинамических систем, находящихся в неравновесном соотношении со средой);

Ø Развитие различных моделей объектов познания, в том числе кибернетических – с управлением и стабилизацией параметров по принципу отрицательной обратной связи (воздействие результатов функционирования на характер этого функционирования), повышение роли дедукции (выведение частного из общего) как метода научного познания, т.е. движение от общих закономерностей Вселенной к частным законам Бытия.

Ø Концепция виртуальной реальности (кажущийся, умозрительно созданный, материально не существующий мир) и повышение ее роли в обществе, создание информационной среды, не только для хранения и для циркуляции информации, но и для коммуникации в ней.

Естественнонаучная картина мира. Как уже говорилось, важнейшей целью всего комплекса наук о природе является создание общенаучной картины мира (ОНКМ). Ядром ОНКМ является естественнонаучная картина мира. Естественнонаучная картина мира (ЕНКМ), есть целостный образ природы, формируемый всем комплексом естественных и технологических наук. Таким образом, ЕНКМ, есть важнейшая форма систематизации наук и научных знаний, и как главная цель развития естествознания, она представляет собой синтетическое целое, выполняющее методологические функции.

Современная модель ЕНКМ складывается из моделей природы, сформировавшихся в отдельных отраслях знаний. В этом смысле говорят о физической, химической, биологической, астрономической и др. картинах мира.

На каждом этапе развития и формирования ЕНКМ приоритетной была частная картина той отрасли науки, которая в тот момент занимала лидирующее положение в естествознании. Фундаментом современного естествознания является физика, поэтому физическая картина мира (ФКМ) доминирует в нынешней ЕНКМ. Многие естествоиспытатели полагают, что целостный образ мира – это синтез физической и биологической картин, поскольку взаимодействие живого и неживого в природе становится определяющим фактором эволюции всего бытия. В перспективе ЕНКМ должна представлять собой единую модель природы, основанную на физических законах, в которых учитывалась бы специфика живого.

Базовыми принципами построения современной ЕНКМ являются системность, историчность и глобальный эволюционизм.

Системность предполагает целостный охват изучаемых явлений с учетом свойств элементов и целого, частных характеристик и системных качеств.

Историчность указывает на принципиальную незавершенность любой научной картины мира – в силу неисчерпаемости процесса познания, безграничных преобразований и превращений материи.

Глобальный эволюционизм указывает на принцип саморазвития всех форм материи как основополагающий, как принцип всего эволюционизирующего Космоса. В соответствии с ним эволюция Вселенной – от Большого взрыва до возникновения человека представляется как единый процесс, а глобальный эволюционизм рассматривается как важнейший объединяющий фактор современной научной картины мира.

Исторически первая естественнонаучная картина мира сложилась в 17-18 вв. на основе классического естествознания

Лекция 4. Формирование и развитие классической физической картины мира.

1. Натурфилософский этап в формировании физической картины мира.

2. Классический этап.

3. Термодинамика.

4. Электродинамика

 

В развитии физической картины мира можно выделить четыре этапа: 1) натурфилософский 2) классический 3) неклассический 4) постнеклассический, современный.

Натурфилософский этап в формировании физической картины мира.Натурфилософский этап в развитии физической картины мира начинается в эпоху Античности. В Древней Греции физика рассматривалась как часть философии и понималась как учение о природе, как натурфилософия.

Представители ионийской школы (Фалес, Анаксагор, Анаксимен, Гераклит) считали основой мира одну из наблюдаемых материальных субстанций (воду, воздух, огонь и др.); представители атомистической школы (Левкипп, Демокрит) считали, что основу мира составляют не одна, а две субстанции: атомы и пустота; представители же идеалистической школы видели основу мира в числах, идеях, формах (Пифагор, Платон, Аристотель).

Концепция Аристотеля стала вершиной античной натурфилософии: он систематизировал и подытожил научные достижения античного периода, поэтому первую парадигму науки называют аристотелевской.

Натурфилософская физическая картина мира базировалась на космоцентрической модели мира, и вкупе с геоцентризмом Клавдия Птолемея и теорией атомистики Демокрита представляла собой статическую модель мира. Согласно утверждениям Аристотеля, рождение мира произошло в результате Первотолчка, сила которого проявляется постоянно для поддержания движения. Аристотелевская картина мира оставалась основой на протяжении почти двух тысяч лет, до XVI в. Лишь в эпоху Возрождения началась ее систематическая критика.

Натурфилософское видение мира базировалось на утверждениях:

Ø Наши чувства способны воспринимать только качественные состояния и различия, поэтому физическая истина о мире может быть постигнута только разумом.

Ø С точки зрения разума, любое качество суть не что иное, как определенная степень количества единой субстанции. Т.о., все существующие состояния и процессы природы различаются лишь количественной меройпроявления в них исходной материальной субстанции, стало быть, описание Природы должно быть осуществлено количественным языком.

Ø В мире нет ничего случайного: все предопределено, т.е. свобода воли, или выбор, отсутствует (фатализм).

Ø Материальный мир является несовершенной копией истинного, идеального мира, сущность которого может быть постигнута лишь умозрением. Такая форма познания называется спекулятивной.

Ø Природа, понимаемая как совокупность вещей и энтелехии (причинное воздействие формы на материю - гилеоморфизм) есть гармоничный космос.

Классическая физика.Классический этап в развитии физической картины мира характеризуется складыванием механистической картины мира, которая возникла в области макродинамики. Ее теоретическим фундаментом является классическая физика Галилея-Ньютона.

Первый серьезный вызов Аристотелевой физике был сделан в области астрономии. Он начался с критики птолемеевской геоцентрической модели Вселенной и разработкой гелиоцентрической системы мира Николаем Коперником. Сформулированные Коперником постулаты о движении небесных светил вокруг солнца потребовали внести изменения в физику Аристотеля, где признавалась потенциальная бесконечность (бесконечная делимость), но была приемлема актуальная бесконечность (бесконечность большого тела).

В мировоззренческом смысле система Коперника знаменовала собой освобождение науки от теологии. Этому способствовала концепция двойственности истины (признание права на существование «естественного разума» наряду с верой, основанной на откровении), которая устранила противоречия между теологией и наукой.

Развитие идей о бесконечности Вселенной продолжил Николай Кузанский: по его мнению, у Вселенной нет центра, она потенциально бесконечна.

Неаполитанский монахДжордано Бруно делает следующий шаг в развитии представлений о Вселенной, заявив, что она бесконечна актуально, а мир и Бог – одно и то же. Но прославила его концепция множественности обитаемых миров.

Стремясь опровергнуть Коперника, Тихо Браге строит свои звездные таблицы, более точные, чем у Птолемея. А Иоганн Кеплер, используя их, открывает свои знаменитые законы движения планет вокруг Солнца. Кеплер математически уточнил положения гелиоцентрической системы, уточнив закономерности движения планет. Интересно, что в основе научных исследований Кеплера лежала религиозная идея поиска числовой гармонии Вселенной, в которой, по мнению великого немецкого ученого, должен был выразиться замысел Творца. Результаты своего поиска Кеплер изложил в работах «Новая, изыскивающая причины астрономия, или физика неба» и «Гармония мира».

Галилео Галилей,первый ученый, посмотревший на небо через телескоп (perspicillium). сделал много открытий, обогативших астрономию (спутники Юпитера, горы на Луне, пятна на Солнце, кольца Сатурна, вспышка сверхновой).

Опровергая аргументы Птолемея, направленные против утверждения о вращении Земли, Галилей приходит к открытию закона инерции и механического принципа относительности. Открытием закона инерции было опровергнуто многовековое заблуждение Аристотеля о необходимости постоянной силы для поддержания равномерного движения. Оказалось, что прямолинейное и равномерное движение, равно как и покой, может существовать при отсутствии всяких сил. Это имело огромное, не только чисто научное, но и мировоззренческое значение. Как известно, к инерциальным системам отсчета относятся покоящиеся (неподвижные) системы и системы, которые движутся относительно неподвижных равномерно и прямолинейно. Равноправность таких систем Галилей доказывал различными опытами и логическими рассуждениями, доказывая необходимость применения теории вкупе с практикой.

Таким образом, Галилеем были заложены основы классической физики в виде формулировки ряда фундаментальных принципов классической механики:

Ø 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;

Ø принцип сохранения скоростей и сохранения временных и пространственных интервалов при переходе от одной инерциальной системы к другой, так называемое Галилеево преобразование.

Ø принцип относительности, согласно которому в инерциальных системах отсчета все законы механики одинаковы и нет возможности, находясь внутри, определить, движется она прямолинейно и равномерно или покоится;

Согласно принципу относительности законы механики, справедливые в одной системе координат, справедливы и в любой другой системе, движущейся прямолинейно и равномерно относительно первой, т.е. во всех инерциальных системах отсчета физические явления происходят одинаково, они инвариантны при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Инерциальной была названа система отсчета, которая находится либо в состоянии покоя, либо в состоянии прямолинейного равномерного движения; система отсчета называется неинерциальной, если она движется с ускорением относительно выбранной ИСО)

Французский философ Р.Декарт построил универсальную картину мира, в основе которой лежала идея природы как совокупности взаимодействующих вещественных частиц.

Эксперименты Галилея и философско-методологические принципы Декарта стали основой механистического мировоззрения. А окончательное формирование новой, классической механистической картины мира произошло благодаря работам великого физика Нового Времени Исаака Ньютона, поэтому вторую парадигму науки называют ньютоновской. Ньютоновская система описания Вселенной покоится на трех китах:

Ø исчисление бесконечно малых (на современном языке — математический анализ);

Ø законы динамики;

Ø закон всемирного тяготения.

Три закона Ньютона: первый закон, гласящий, что тело, на которое не действуют другие тела, движется прямолинейно и равномерно. Способность тела сопротивляться воздействию на него сил называют инертностью, поэтому первый закон называют законом инерции; второй закон, согласно которому, если на тело действуют другие тела с силой F, то оно приобретает ускорение, пропорциональное F и обратно пропорциональное своей массе; и третий закон — всякое действие тел друг на друга носит характер взаимодействия; силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулю, противоположны по направлению и действуют вдоль прямой, соединяющей эти тела («действие равно противодействию»);

Сформулированные им три основных закона движения, имели фундаментальное значение. Законы динамики (главным образом, второй закон a = F/m) позволяют поставить математическую задачу о вычислении траектории тела.

Первый и второй законы Ньютона окончательно опровергли учение Аристотеля о силе и движении. Ньютон предельно ясно объяснил, что для поддержания движения сила не нужна, поскольку мир развивается по инерции. Вершиной научного творчества Ньютона стала теория тяготения.

Основу космологии Ньютона составил закон всемирного тяготения,

 

F=G

(где F - сила тяготения, G - гравитационная постоянная, M1m2 – массы взаимодействующих тел, R – расстояние между ними).

Заслуга Ньютона была в том, что он соединил механистическую философию Р.Декарта, законы Кеплера о движении планет и законы Галилея о земном движении, сведя их в единую всеобъемлющую теорию. Используя математический аппарат созданной им новой физической теории, Ньютон впервые создал единую механику всех земных и небесных тел, с общими для всех законами инерции, динамики, действия и противодействия, а также взаимного тяготения. Предположив, что закон тяготения справедлив в масштабах всей Вселенной, Ньютон пришел к выводу, что лишь в бесконечной Вселенной материя может существовать в виде множества небесных тел. В конечной же Вселенной все они рано или поздно слились бы в единое тело в центре мира. Так он заложил основу научной космологии.

Классическая механика Ньютона стала основой новой физической картины мира – картины мира классической науки. Окончательное оформление эта картина мира получила к концу XVIII в. в результате трудов блестящей плеяды французских и немецких ученых А.Клеро, М.Эйлера, Ж.Лагранжа, П.Лапласа, И.Канта,которые внесли существенные усовершенствования в классическую картину мира, создав динамическую модель мироздания. В результате работ Ньютона и целого ряда блестящих математиков и физиков XVIII века механика выделяется в отдельную развитую науку, обладающую беспрецедентной до тех пор предсказательной силой. На ее основе возникает первая научная механическая картина мира. Перечислим ее основные элементы.

Представления о материи. Материей считалось вещество (материальные тела). Вещество состоит из дискретных неделимых частиц — атомов, — вечных и неизменных. Из неизменности атомов следует неизменность таких свойств тел, как, например, масса.

Представления о движении. Мир — это движущаяся материя. Предшественник Ньютона Р. Декарт говорил: дайте мне материю и движение, и я построю мир. Однако движение понималось лишь в смысле механического перемещения тел и частиц. Все другие виды движения сводились к механическому, их специфика не признавалась. Допускалась возможность перемещения со сколь угодно большой скоростью.

Представления о пространстве и времени.Движение, по Ньютону, можно описывать лишь относительно инерциальной системы отсчета (в которой при отсутствии внешних воздействий тело движется равномерно и прямолинейно). Однако любая реальная система отсчета не является инерциальной, что проявляется в возникновении сил инерции, для которых невозможно указать порождающий их источник.

В поисках идеальной системы отсчета Ньютон выдвигает идею Абсолютного пространства — бесконечной однородной протяженности — и Абсолютного времени — бесконечной однородной длительности, — которые находятся вне тел и не зависят от них. По Ньютону, Абсолютные пространство и время — то, что останется в мире, если удалить из него материю, то есть пустота, вместилище материи, и чистая длительность, не связанная ни с какими материальными процессами и телами.

Представления о причинности и закономерности. Согласно принципу причинности, каждое явление имеет предшествующую ему причину. Пример — второй закон Ньютона: причиной изменения движения является сила. Кроме того, уравнения механики говорили, что следствие из причины вытекает однозначно.

Космологические представления. Ньютон полагал, что Вселенная бесконечна в пространстве и во времени и заполнена бесконечным числом звезд, вокруг которых вечно кружатся планеты. Позднее появилась гипотеза Канта-Лапласа о происхождении Солнечной системы из газопылевого облака. Однако идея эволюции, движущая сила которой заключена в самой материи, еще не была принята. Господствовало ньютоновское представление, что первый толчок Вселенной сообщил бог, предоставивший затем телам двигаться в соответствии с законами механики.

Парадигма механического мира оказала чрезвычайно большое влияние на развитие не только естествознания, но и всей человеческой культуры. Во многом под ее влиянием даже историю стали представлять себе как линейный процесс, траекторию которого можно вычислить, подобно траектории кометы, а, вычислив — твердо управлять ею. Потребовался целый ряд научных революций, прежде чем сформировалась современная естественнонаучная парадигма — эволюционная.

Термодинамика. Система понятий в механистической картине мира была неподвижной, негибкой и любое открытие в естествознании, например, в термо- и электродинамике, в физике, теории эволюции Ж.Ламарка и Ч.Дарвина в биологии, Ч.Лайеля в геологии, разрушало ее, не находя в ней своего места.

К рубежу XVIII и XIX вв. ученое сообщество считало, что механика Ньютона практически полностью сняла все проблемы научной картины мира, поскольку «систему мира можно создать один раз». В частности, явления переноса теплоты объяснили с помощью механической субстанции – теплорода.

Теория теплорода. Нагревание тела связывали с присутствием некой жидкости, частицам которой также присущи определенные силы. Например, между частицами теплорода действуют отталкивающие силы, а между частицами теплорода и частицами материальных тел — силы притяжения.

Тепловые явления изучали вне связи с другими физическими явлениями, не затрагивая процессы превращения теплоты в работу. Физики имели дело главным образом с явлениями перераспределения теплоты и ее передачей, когда общее количество теплоты остается неизменным. Они полагали, что теплота переходит от одного тела к другому подобно жидкости, переливаемой из одного сосуда в другой. Они также считали, что теплота «перетекает» по телу, например стержню, без потерь, подобно воде по трубам. Это хорошо укладывалось в представление о теплоте как о веществе. С помощью вещественной теории теплоты объяснялось наличие теплового баланса при калориметрических измерениях, явление теплопроводности и т.п.

Были придуманы и другие такие субстанции, подобные теплороду, но только электрические и магнитные.

Однако положение стало меняться в связи с развитием термодинамики. Исследования процесса превращения теплоты в работу и обратно, осуществленные в середине XIX в. Р.Майером, Дж.Джоулем, У.Томсоном Р.Клаузиусом и Г.Гельмгольцем, привели к выводам о которых Р.Майер писал: «Движение, теплота, электричество представляют собой явления, которые измеряются друг другом и переходят друг в друга по определенным условиям». Г.Гельмгольц это обобщает это утверждение в вывод: «Сумма существующих в природе напряженных и живых сил постоянна». У.Томсон уточняет понятия «напряженные и живые силы» до понятий потенциальной и кинетической энергии, определив при этом энергию как способность совершать работу.

В итоге Р.Клаузиус обобщил эти идеи в формулировке: «Энергия мира постоянна». Так совместными усилиями был открыт закон сохранения и превращения энергии. Его называют первым началом термодинамики.

Исследования процессов сохранения и превращения энергии привели к открытию еще одного закона: – закона возрастания энтропии. Клаузиус писал: «Переход теплоты от более холодного тела к более теплому не может проходить без компенсации». Меру способности теплоты к превращению Клаузиус назвалэнтропией.

N.B! Суть энтропии выражается в том, что во всякой изолированной системе процессы должны протекать в направлении превращения всех видов энергии в теплоту при одновременном уравнивании температурных разностей, существующих в системе. Это означает, что реальные физические процессы протекают необратимо.

Сади Карнооткрыл принцип, утверждающий стремление энтропии к максимуму, в 1824 г. открыл. Его называют также вторым началом термодинамики.

Первое следствие из второго начала термодинамики предложил А.Эддингтон. Он предложил первую научную теорию, объясняющую, что источник энергии звезд – превращение в тепло энергии гравитационного сжатия. В ХХ в. стало ясно, что этот механизм недостаточен (поскольку необходимо учитывать поступление в недрах звезд энергии, выделяющейся при термоядерной реакции превращения протонов в ядра гелия). Используя закон возрастания энтропии, А.Эддингтон сформулировал критерий, определяющий направление времени во Вселенной: стрела времени тоже есть свойство энтропии.

Другое следствие из второго начала термодинамики сформулировали Р.Клаузиус и У.Томсон, выдвинув гипотезу тепловой смерти Вселенной, в которой предположил, что история мира завершится, когда вследствие продолжающегося роста энтропии он достигнет состояния термодинамического равновесия, т.е. абсолютного покоя. Возникал естественный вопрос, почему до сих пор этого уже не случилось.

При максимальном температурном равновесии максимален и хаос движения молекул, в котором исчезает всякий порядок. Встает вопрос: может ли и если да, то каким образом снова возникнуть порядок? Пытаясь снять этот парадокс, он предположил, что наш мир – не более чем гигантская флуктуация в необъятной Вселенной, которая в целом уже давно мертва. Ответы удалось получить много позже, лишь через сто лет, введя принцип симметрии и синергии.

Статистические законы. Принцип возрастания энтропии поставил перед физиками ряд проблем: соотношения необратимости и обратимости физических процессов, формальности сохранения энергии, не способной совершать работу при температурной однородности тел. Все это требовало более глубокого обоснования начал термодинамики, прежде всего природы тепла.

Попытку такого обоснования предпринял Людвиг Больцман, который пришел, опираясь на молекулярно-атомное представление о природе теплоты, к выводу о статистическом характере второго закона термодинамики: вследствие огромного числа молекул, составляющих макроскопические тела, и чрезвычайной быстроты и хаотичности их движения, мы можем наблюдать лишь средние значения, а определение средних значений – дело теории вероятностей.

Электродинамика. В XVIII веке резко возрос интерес к электрическим и магнитным явлениям. К середине XIX в. физика электрических и магнитных явлений достигла определенного завершения. Природа электричества частично прояснилась. Француз Ш.Ф.Дюфе открыл существование отрицательного и положительного электричества и обнаружил, что «однородные электричества отталкиваются, а разнородные притягиваются». Важным шагом в изучении электрических явлений стало изобретение в 1745 г. лейденской банки, благодаря которой физики могли получать значительные электрические заряды и экспериментировать с ними. Был открыт ряд важнейших законов Кулона.

N.B! Основной закон электростатики — закона Кулона – гласит, что электрические силы ослабевают обратно пропорционально квадрату расстояния, т.е. так же, как гравитационная сила.

Среди многих ярких открытий этого времени — изобретение А. Вольта источника постоянного тока (вольтов столб). Выявляется способность электричества вызывать химические действия, т.о. зарождается электрохимия. Многие исследования в этой области и многих других принадлежат М.В.Ломоносову.

N.B! Ломоносов впервые высказал мысль о связи электрических и световых явлений, об электрической природе северного сияния, защищал волновую теорию света. Он разработал и прочитал необычный курс физической химии, заложив фундамент новой науки. Он также является одним из основоположников кинетической теории теплоты и газов, выяснив закон сохранения материи и движения, впервые предсказал существование абсолютного нуля температуры. Он оставил после себя большое количество идей, которые осуществлялись наукой в течение 100-150 лет после его смерти. Например, опыт двойного преломления луча в электрическом поле, проведенный позднее Керром (эффект Керра) и эффект магнитного и электрического взаимодействия, осуществленный позже лордом Кельвином (У.Томсоном) в абсолютном электрометре.

Электрические явления – искры, молнии, свойства лейденских банок накапливать заряд – считались совершенно не связанными с явлениями магнетизма, наблюдаемыми в минералах некоторых видов, в поведении стрелки компаса и т.д. Однако датский физик К.Эрстед и французский физик Ампер продемонстрировали на опыте, что проводник с электрическим током порождает эффект отклонения магнитной стрелки. Эрстед высказал мысль, что вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое является вихревым.

Был открыт закон Ампера, закон постоянного тока. Ампер по существу стал творцом новой науки – электродинамики.

Приняв эстафету от Эрстеда и Ампера, Фарадей сформулировал закон электромагнитной индукции (возникновение тока в проводнике вблизи движущегося магнита). Исследуя диэлектрики, Фарадей приходит к мысли о существенной роли среды в электрических взаимодействиях. Английский экспериментатор Майкл Фарадей обратил внимание не на сами заряды и токи, а на то, что происходит в окружающем их пространстве.

В это же время намечаются две основные концепции в понимании электрических и магнитных явлений — дальнодействия и близкодействия. Концепция близкодействия предполагает, что взаимодействие возможно только при непосредственном контакте взаимодействующих объектов, а любое действие на расстоянии должно происходить через материальных посредников. Концепция дальнодействия предполагает, что взаимодействие материальных тел не требует материального посредника и может передаваться мгновенно.

Принцип дальнодействия гласит, что если тело А, находящееся в точке а, действует на другое тело В, то тело В, находящееся в точке Ъ, испытывает это воздействие в тот же момент. Принцип дальнодействия утвердился как способ передачи действия тяготения через пустоту и мгновенно, т.е. с бесконечной скоростью. Согласно концепции близкодействия, взаимодействие между телами осуществляется посредством тех или иных полей (например, тяготение - посредством гравитационного поля), которые непрерывно распределены в пространстве. Скорость передачи взаимодействия ограничена физическим пределом – скоростью света в вакууме: с=3 108 м/с.

Дальнодействие и близкодействие. Рационалистическое мировоззрение предполагает, что любое событие имеет причину, и эта причина материальна: то, что мы называем силой, представляет собой воздействие со стороны материального тела (тел). Поэтому любая программа рационального объяснения окружающего мира включает представления о механизмах взаимодействия материальных объектов.

В физике первоначально утвердилось представление о том, что взаимодействие тел имеет характер дальнодействия - мгновенной передачи воздействия тел друг на друга через пустое пространство, которое не принимает участия в передаче взаимодействия. Однако теории получались крайне противоречивыми и, главное, - многочисленными. Попытки построить единую теорию на основе идеи дальнодействия неизменно проваливались.

До поры все открытия трактовались в рамках механической картины мира: электрические и магнитные явления сводились к механическому движению особых субстанций – электрического и магнитного флюидов (жидкостей); при этом не подвергался сомнению принцип дальнодействия. Исключением стали взгляды Майкла Фарадея, который считал, что электрическое действие передается посредством непрерывной среды, отталкиваясь, таким образом, от принципа близкодействия. Концепция дальнодействия была признана не соответствующей действительности после открытия и исследования электромагнитного поля, выполняющего роль посредника при взаимодействии электрически заряженных тел. Возникла новая концепция взаимодействия - концепция близкодействия, которая затем была распространена и на любые другие взаимодействия.

Он объяснил электризацию проводников и намагничивание вещества как процессы, передающиеся постепенно, от точки к точке. А поскольку передача происходит и через вакуум, то и там должен быть какой-то материальный посредник.

Электромагнитная картина мира. Так возникла идея электромагнитного поля, передающего взаимодействие. Эта теория не только объясняла многие известные к тому времени электромагнитные явления, но и предсказала электромагнитную природу света. Развил и математически оформил эту идею Джеймс Кларк Максвелл. Благодаря ему и Фарадею, к концу XIX века возникает новая научная картина мира — электромагнитная. Максвелл, обобщая открытия Эрстеда и Фарадея, устанавливает органическую связь между электричеством и магнетизмом и вводит понятие электромагнитного поля. Согласно теории Максвелла, каждая заряженная частица окружена полем – невидимым ореолом, оказывающим воздействие на другие заряженные частицы, находящиеся поблизости, т.е. поле одной заряженной частицы действует на другие заряженные частицы с некоторой силой.

Основная роль поля — передача взаимодействия. Механизм передачи взаимодействия с помощью поля состоит в следующем. Тело, участвующее во взаимодействии, создает вокруг себя поле, которое занимает неопределенно большую область пространства. Другие тела взаимодействуют не непосредственно с первым телом, а с созданным им полем в тех точках, где они находятся. Изменение состояния одного из взаимодействующих тел вызывает возмущение созданного им поля, которое (изменение), распространяясь в виде волны, достигает других тел, и лишь тогда их состояние начинает меняться. Полевой механизм взаимодействия укладывается в рамки концепции близкодействия. Максвелл сформулировал законы электромагнетизма, подведя теоретический базис под опыт явлений электромагнетизма, полученный из предшествующих эмпирических исследований.

Если материя в электромагнитной картине мира — это не только дискретные атомы, но и поле, непрерывное в пространстве и не имеющее определенных границ, то движение в этом случае понимается не только как перемещение частиц, но и как изменение электромагнитного поля — электромагнитные волны. Комбинируя уравнения электромагнитного поля, Максвелл получает волновое уравнение, из которого следовало, что в пустоте должны распространяться электромагнитные волны, скорость распространения которых в воздухе равна скорости света. Отсюда был сделан вывод: свет есть разновидность электромагнитных волн.

Спустя 20 лет (в1888г.) Генрих Герц экспериментально доказал их существование, осуществив передачу и прием электромагнитных волн очень большой длины - радиоволн.

Несостоятельность механического детерминизма. Понятие состояния.В середине XIX века Максвелл вывел уравнения, описывавшие все электрические и магнитные явления и с успехом прошедшие все экспериментальные проверки. Но они противоречили классическим законам механики. Если принять, что законы механики верны во всех инерциальных системах отсчета, то для электродинамики Максвелла это правило как будто не подходило. Преобразования Галилея изменяли вид уравнений Максвелла. Уравнения Максвелла оказались неинвариантны (изменялись) относительно системы отсчета. Это означало, что уравнения Максвелла не соответствовали механистическим законам, законам Ньютона.

Уравнения ньютоновской механики оказались действительно инвариантными относительно преобразований Галилея. Что-то было не в порядке либо с первыми, либо со вторыми. Это была проблема, поставившая под вопрос состоятельность механистической картины мира.

Молекулярно-кинетическая теория: неизбежность случайности. Как известно, в механической картине мира впервые оформилось понятие состояния физической системы. В наиболее общей формулировке, состояние системы — это совокупность данных, позволяющая предсказать эволюцию системы во времени.

В механике состояние системы описывается значениями физических величин — координат и скоростей тел, входящих в систему. Законы механики позволяют по начальному состоянию системы однозначно определить значения физических величин, определяющих ее состояние, для любого будущего или прошлого момента времени. Тем же свойством обладают уравнения электродинамики Максвелла, с той лишь разницей, что в ней состояние системы определяется не координатами и скоростями частиц, а значениями электрического и магнитного полей в каждой точке пространства. Поэтому детерминизм так же свойствен электромагнитной картине мира, как и механической. Однако тот же Максвелл стал одним из создателей теории, продемонстрировавшей несостоятельность механического детерминизма — молекулярно-кинетической теории газов.

Первоначально основная идея молекулярно-кинетической теории (МКТ) заключалась в том, чтобы, рассмотрев механическое движение молекул газа, теоретически вывести законы термодинамики, установленные опытным путем. Главная трудность на этом пути — огромное число молекул в любой представляющей интерес системе.

Число молекул обычно соизмеримо с числом Авогадро, NA = 6×1023. Совершенно нереально даже записать уравнения движения для каждой из такого количества молекул, не говоря уже о том, чтобы решить. Поэтому Максвеллу пришлось изменить саму постановку задачи. Вместо того чтобы искать, каковы в точности положение и скорость данной молекулы, он задался вопросом, какова вероятность того, что скорость молекулы имеет определенное значение.

Поначалу Максвелл полагал, что использование вероятностей является лишь техническим приемом, позволяющим упростить решение трудной задачи. Однако в ходе исследований он пришел к убеждению, что в системах большого числа частиц присутствует элемент случайности, который принципиально не может быть учтен в рамках механической, детерминированной схемы.

Аналогичную эволюцию претерпели взгляды другого выдающегося физика XIX века, Людвига Больцмана. Начав с попыток вывести законы термодинамики из ньютоновской механики молекул, он пришел к пониманию того, что поведение больших коллективов частиц управляется более глубокими законами — не механическими, а вероятностными.

Таким образом, молекулярно-кинетическая теория впервые показала несостоятельность механического детерминизма и плодотворность статистического, вероятностного подхода в отношении многочастичных систем. В молекулярно-кинетической теории появился совершенно новый подход к описанию состояния системы. Состояние описывалось теперь не значениями физических величин, а вероятностями этих значений. Этот подход оказался чрезвычайно плодотворным при построении фундаментальных естественнонаучных теорий XX века.

Таким образом, Максвелл является не только создателем классической электродинамики, но и одним из основоположников статистической физики. Он установил статистическое распределение молекул по скоростям, названное его именем.

Концепция эфира. Трудно представить какую-либо волну без среды, в которой она могла бы распространяться. Звуковые волны распространяются в различных материальных средах: воздухе, воде, твердом теле. Поверхностные волны движутся по поверхности волны. В какой же среде распространяются электромагнитные волны?

Чтобы объяснить распространение электромагнитных волн Максвелл возродил старую идею о существовании эфира, заполняющего пространство, который и должен был служить носителем электромагнитных волн. Система отсчета, связанная с неподвижным эфиром, рассматривалась при этом как абсолютный критерий состояния покоя и отождествлялась с абсолютным пространством.

Первоначально эфир понимали как механическую среду, подобную упругому телу. Соответственно распространение световых волн уподоблялось распространению звука в упругой среде. Но гипотеза механического эфира встретилась с большими трудностями. Субстанция, осуществляющая взаимодействие электромагнитных волн с веществом, должна была тогда обладать парадоксальными свойствами. Передавая свет и другие электромагнитные волны, она должна быть абсолютно твердой (поперечность световых волн требовала от эфира свойств абсолютно твердого тела, т.к. скорость света велика), и одновременно она не должна оказывать никакого сопротивления движению небесных тел. Кроме того, она должна быть абсолютно прозрачной.

Нерешенным оставался также вопрос об участии эфира в движении тел. Ряд явлений, например, аберрация света, приводил к заключению, что эфир неподвижен или частично увлекается телами при их движении.

Согласно гипотезе неподвижного эфира, можно наблюдать «эфирный ветер» при движении Земли сквозь эфир, и скорость света по отношению к Земле должна зависеть от направления светового луча относительно направления ее движения в эфире. Однако этого не было обнаружено - опыт дал отрицательный результат.

Попытку внести ясность в эти вопросы осуществили американские физики А.Майкельсон и Э.Морли в 1881 году, поставив опыт для выяснения участия эфира в движении тел. Воспользовавшись обстоятельством, что уравнения Максвелла неинвариантны относительно системы отсчета (не сохраняются), Майкельсон и Морли осуществили интерферометрическое сравнение пучков света, распространявшихся поперек движения Земли и вдоль него. Интерференция света – это физическое явление, при котором два луча света накладываются друг на друга (свойство поперечности волн). При этом на экране возникает картина чередующихся темных и светлых полос.

Опыт Майкельсона-Морли показал, что никакой зависимости скорости света от направления в движущейся системе координат нет. Кроме того, они обнаружили, что если скорости движения сравнимы со скоростью света (а свет можно рассматривать как электромагнитную волну), то утрачивают силу преобразования Галилея: нарушается классический закон сложения скоростей.

Итак, существование абсолютной среды – эфира – не подтверждалось. Эфир настойчиво продолжал оставаться «выродком» в среде физических субстанций».

Преобразования Лоренца.Открытие Майкельсона-Морли вызвало большое волнение среди ученых. Сами его авторы в течение 40 лет трижды повторяли измерения, каждый раз повышая их точность на порядок, — с тем же результатом. Появился целый ряд теорий, пытавшихся спасти закон сложения скоростей и объяснить, почему опыт Майкельсона-Морли дает «неправильный» результат. Наиболее последовательная из них принадлежала Хендрику Лоренцу. На базе преобразований Лоренца, которые были получены в 1904 году как преобразования, по отношению к которым уравнения классической микроскопической электродинамики сохраняют свой вид, можно было объяснить всю совокупность результатов в области электродинамики движущихся тел в начале века.

Сторонник сохранения уравнений Максвелла Хендрик Лоренц, привязав эти уравнения к эфиру как абсолютной системе отсчета, пожертвовал принципом относительности Галилея, его преобразованиями и сформулировал свои преобразования.Из преобразований следовало, что пространственные и временные интервалы при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой не сохраняются, т.е. неинвариантны: из них видно, что должен меняться и темп хода времени при переходе.

Постепенно становилось ясно, что никакой эксперимент не в состоянии выявить факт движения Земли относительно эфира. Проблема эфира приобрела фундаментальный характер, поскольку эта среда заняла в физике чрезвычайно важное место. Оказывалось, что физика покоится на зыбких основаниях. Они и были пересмотрены в процессе создания теории относительности. Отмеченные выше открытия, тем не менее, обогатили классическую картину мира.

На этом проблемы классической картины мира не закончились. Из термодинамики и законов электромагнетизма следовало, что максимальная интенсивность излучения черного тела должна приходиться на коротковолновую область спектра. Но эксперимент дал прямо противоположный результат: в этой области наблюдался минимум излучения. Столь резкое расхождение теории с экспериментом получило название «ультрафиолетовой катастрофы».

Ультрафиолетовая катастрофа и неудача опыта Майкельсона-Морли были теми облачками на ясном небосклоне физики, из которых очень скоро родились квантовая механика и теория относительности: переход к квантово-механической картине мира позволил снять противоречия, возникшие с связи с «ультрафиолетовой катастрофой», а неудача опыта Майкельсона-Морли по поиску эфира стала понятной лишь в результате создания А.Эйнштейном теории относительности. А открытие законов электромагнетизма и невозможность дать им механистическое объяснение привели к созданию электродинамической теории физических процессов. Дополненная потом постулатами теории относительности она в конечном итоге привела к формированию электромагнитной картины мира (ЭМКМ).

К концу XIX века ряд важнейших открытий в физике микромира показали ограниченность теоретических моделей и принципов классической электродинамики. В естествознании произошел подлинный переворот, приведший к созданию квантово-релятивистской картины мира (КРКМ).

 

Лекция 5. Формирование неклассической физической картины мира

1. Специальная и общая теория относительности.

2. Неевклидовы геометрии и геометризация физики.

3. Понятие о гиперпространстве.

4. Парадокс причинности. Проблема обратимости.

 

 

Специальная теория относительности.В 1905 г. Альберт Эйнштейн, служащий Швейцарского патентного бюро, опубликовал работу о специальной теории относительности, в корне изменившей представления о пространстве и времени, а также разрешившей проблемы электродинамики. В ней получил дальнейшее применение установленный еще Галилеем принцип относительности в механистическом движении. Эйнштейн радикально изменил классические представления о пространстве и времени, введя понятие «поле» и тем самым упразднив проблему эфира.

В СТО был переформулировал принцип относительности: Лоренц, а также А.Пуанкаре интерпретировали преобразования Галилея динамически, (в рамках классических представлений о пространстве и времени - как результат сжимания тел постоянным давлением эфира). Эйнштейн предложил принципиально иной подход – он интерпретировал преобразования Лоренца кинетически (как характеризующие свойства движения в пространстве и времени), тем самым заложив основы теории относительности.

По-эйнштейновски принцип относительности звучал так:

1. Все инерциальные системы отсчета эквивалентны друг другу в отношении постановки в них любых физических экспериментов. Т.е. все инерциальные системы отсчета совершенно равноправны, среди них нет выделенных или предпочтительных. Первый постулат означает, что равномерное и прямолинейное движение такой лабораторной системы никак не отражается на результатах проводимых в ней опытов, если она не ускоряется и не вращается. Это означает, что все законы природы неизменны при переходе от одной инерциальной системы к другой, т.е. находясь внутри инерциальной системы, невозможно обнаружить, движется она или покоится.

К началу XX века справедливость принципа относительности подтверждалась данными не только механики, но всех разделов физики. Кроме того, он предполагает симметрию, гармоничность окружающего мира. А Эйнштейн был глубоко убежден, что теория, правильно описывающая мир, должна быть красивой.

Эксперимент Майкельсона-Морли показывал, что, как бы ни двигался наблюдатель, приборы неизменно указывали одну и ту же скорость света. Эйнштейн решил, что это закон природы, и его можно принять как постулат. Итак, Второй постулатЭйнштейна гласит:

2.Скорость света является постоянной во всех инерциальных системах отсчета,

т.е. в любой системе отсчета скорость света в вакууме неизменно равна c = 300 000 км/с. Это означает, что скорость света в вакууме не зависит от движения источника и приемника, она одинакова во всех направлениях. Иначе говоря, Вселенная устроена так, что все наблюдатели должны получить в результате своих измерений одну и ту же скорость света.

Явления, описываемые теорией относительности, и проявляющиеся при скоростях, близких к скорости света в вакууме, стали называть релятивистскими (от англ. Relativit – относительность), а картину мира – реляционной (от лат. relation – отношение). В законченном видереляционная концепция пространства и времени сложилась после создания общей и специальной концепции и неевклидовой геометрии Н.Лобачевского.

Выводы из положений специальной теории относительности. Задача, поставленная Эйнштейном, заключалась также в том, чтобы выяснить, какие выводы следуют из этих двух постулатов. Анализ следствий из постулатов Эйнштейна и составляет содержание специальной теории относительности (СТО). Оказалось, что эти выводы идут вразрез с привычными представлениями о свойствах пространства и времени.

1. Сокращение длины.

2. Замедление времени.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
| ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

Дата добавления: 2014-01-05; Просмотров: 1818; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Читайте также:



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2017) год. Не является автором материалов, а предоставляет студентам возможность бесплатного обучения и использования! Последнее добавление ‚аш ip: 54.145.208.160
Генерация страницы за: 0.271 сек.