Становление физической картины мира

Если мировоззрение можно определить как систему взглядов, концепций теорий и представлений о мире в целом, то состояние мировоззрения в определенном временном интервале, в рамках данной эпохи обычно называют картиной мира.

Физическая картина мира имеет свою историю становления, сложную по своему содержанию и складывающуюся из совокупности разнородных физических знаний и представлений.

В истории науки с именем Галилео Галилея связано начало принципиально нового этапа в развитии физического знания – восхождение на теоретический уровень познания. «Метод Галилея», положившего начало подлинно научной физике, сводится к следующему: 1) он ввел в практику исследования экспериментальный метод (знаменитый опыт по бросанию шаров со знаменитой Пизанской башни), и 2) применил язык математики, позволяющий читать и понимать открытую книгу Природы. То есть результаты реально выполняемых экспериментов переводятся на язык математических идеализаций, чем достигается высокая точность и доказательность обобщений.

Галилей жил в эпоху, когда на смену отжившим феодальным устоям шел новый капиталистический строй, когда стала давать трещину духовная диктатура церкви, когда Н. Коперник провозгласил Землю движущимся небесным телом, тем самым «...бросил – хотя и робко и так сказать, лишь на смертном орде – вызов церковному авторитету в вопросах природы» (Степин В.С. Становление научной картины мира. Минск, 1976). Все более укоренялось «жизнерадостное свободомыслие, подготовившее материализм XVIII века». (Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т.20, с.345). Галилей дальше развивает идеи Коперника, в его сочинении «Диалог о двух главнейших системах мира – птолемеевой и коперниковой», рассматривается и применяется открытый им важнейший закон физики – принцип относительности, который гласит: в системе, движущейся равномерно и прямолинейно, все механические процессы происходят так, как если бы система покоилась.

Правда, сам Галилей имел в виду равномерное круговое движение (это ошибка в рассуждениях Галилея).

Однако Галилей не ошибся в методологическом плане: вопросы, которые нельзя прояснить в ходе прямого эксперимента, есть в каждой научной теории, и на определенной ступени познания их разрешение возможно только на теоретическом уровне.

Галилей, соглашаясь с положением Аристотеля о совершенстве и упорядоченности мироздания, однако, наполняет это положение принципиально новым мировоззренческим и методологическим содержанием: «... мир есть тело, обладающее всеми измерениями и потому в высшей степени совершенное...». (Шубас М.Л. Инженерное мышление и научно-технический прогресс. Вильнюс, 1982). Это означает, что наука должна находить исходные, базисные формы этого порядка, обладающие к тому же высшей универсальностью потому позволяющие на их основе объяснять все происходящее в мире.

Так в физику Нового времени входила идея, что общий принцип построения целостной, объясняющей все явления научной теории должен исходить из общей физической картины мира. Требование логической согласованности распространялось Галилеем и на решение каждого отдельного вопроса. Реализуя это требование, он вводит в ткань рассуждений конструктивные теоретические модели – мысленные образы объектов, составленных из частей с определенными свойствами. С этими объектами выполняются мысленные эксперименты, анализ которых позволяет выводить логические следствия принципиального значения.

Руководствуясь этим методом, Галилей опровергает утверждение Аристотеля о том, что тела падают тем быстрее, чем больше их вес. Но это утверждение кажущееся верным обобщением обыденного опыта, не выдерживает проверки на логическую согласованность.

Представим себе, говорит Сальвиати – Галилей в «Диалоге», что мы соединили два тела: одно – легкое, другое – тяжелое. Как будут они падать? Если принять во внимание, что в результате соединения получилось более тяжелое тело, то оно должно падать быстрее, чем любая из частей. Но можно рассуждать и иначе: более легкая часть будет падать медленнее, чем тяжелая часть, и будет ее задерживать. В таком случае скорость падения составного тела должна быть меньше, чем отдельно взятой тяжелой части. Получается логическое противоречие, которого отец логики Аристотель не должен был бы допускать.

Осталось признать логически необходимый вывод: в предельном случае, в идеализированных условиях (если пренебречь сопротивлением воздуха) тела разного веса должны падать с одинаковыми скоростями.

Это стало открытием фундаментального закона, предвосхитившим положение о тождестве инертной и гравитационной масс, столь важное для будущей общей теории относительности А. Эйнштейна.

Вводимые Галилеем идеализированные объекты и ситуации непосредственно связаны с реальным миром, а не с потусторонним миром идей Платона. Платон считал, что подлинные истины скрыты будто бы в особом, самостоятельно существующем мире идеальных сущностей, а наблюдение окружающего мира с помощью органов чувств лишь уводит в сторону от познания истины, дает человеку только обманчивую видимость.

Идеализация и теоретические модели Галилея отнюдь не являлись вспомогательными или фиктивными умственными построениями, они отражали общий план мироздания, общие законы данной области явлений, картину мира. Именно за защиту такой оценки системы Коперника Галилей предстал перед судом инквизиции.

Г. Галилей предвосхитил общие принципы методологии построения физических теорий. ([2] Б.Я. Пахомов. Становление современной физической картины мира. – М.: Мысль, 1985)

Он подошел к решению проблемы как математик, идеализируя явление, игнорируя одни факты и подчеркивая другие, конкретно, пренебрегая трением и сопротивлением воздуха и предполагая, что движение происходит в абсолютно пустом евклидовом пространстве, открывает фундаментальный принцип: тело свободное от действия сил, движется равномерно и прямолинейно в течение сколь угодно большого промежутка времени.

Второе фундаментальное открытие Галилея связано с движением тела, на которое действует какая-нибудь сила: постоянно действующая сила вынуждает тело либо увеличивать, либо уменьшать скорость. Он обнаружил, что если пренебречь сопротивлением воздуха, то все падающие на поверхность Земли тела, имеют одинаковое ускорение

g = 9,8 м/с².

Галилей доказал, в случае свободного падения пройденный путь s связан с продолжительностью падения t соотношением s = 4,9 t².

В сочинении «Беседы и математические доказательства, касающиеся новых отраслей науки» (1638), Галилея направляет физическую науку по математическому пути, и создает основы современной механики. (М. Клайн. Математика. Поиск истины. – М.: Мир, 1988).

Можно констатировать, заслуга Галилея состоит – в разработке и конструктивном использовании общих представлений о принципах строения мироздания, или научной физической картины мира на теоретическом уровне.

ФКМ становится способом видения и понимания мира (Галилей этот термин не использовал). Но именно им в трудной борьбе с инквизицией были заложены основы зарождения нового научного сообщества, принимавшего новую ФКМ вместе с новой методологией его познания. Именно у Галилея оказались все рациональные аргументы в пользу новой физической картины мира, которые высказывались в изобилии в его произведениях.

И его теорию познания философски можно обозначить как материалистический рационализм. На стороне Галилея было преимущество методологии теоретического познания над выродившейся методологией схоластической псевдонауки.

Надо признать, в определенных исторических условиях всегда возникали и возникают вырожденные формы научного знания, базирующиеся на вульгаризированной методологии. Для таких форм характерно создание квазинаучных построений, с помощью которых пытаются создать иллюзию научного объяснения процессов.

Хотя контуры ФКМ Галилей не мог представить четко, но в стремлении выявить «общий план мироздания» он четко проводил линию различия между объективной фундаментальной сущностью природных процессов и воспринимаемой чувствами их внешней видимостью, иногда иллюзорной. Тот, кто постигает «план мироздания», имеет, по Галилею, неоспоримые преимущества перед тем, кто остановился на констатации внешней видимости.

Но фундаментальные законы изменения состояния и взаимодействия были введены в науку И. Ньютоном. Ньютон ввел понятие силы как причины изменения состояния движения, понятие основного закона механики и сформулировал систему из трех основных законов механики, названных впоследствии его именем (Галилей и Декарт лишь приблизились к формулировке некоторых из них),

установил конкретный вид закона, определяющего величину действующей силы для случая гравитационного взаимодействия, - закона всемирного тяготения.

В физике любое развитое теоретическое знание представляет собой многоуровневое системное образование, создаваемое посредством специфической логики моделирования. Особенность строения физической теории вытекает из ее назначения – обобщить механизм физических явлений посредством построения теоретических моделей.

Но теоретическая система может постоянно надстраиваться и гибко перестраиваться в соответствии с данными эксперимента при сохранении центрального ядра. Например, когда выяснилось, что движение планеты Уран не соответствует теоретическим предсказаниями, ученые не отменили закон тяготения, а выдвинули предположение (гипотезу): надо усложнить модель солнечной системы, приняв во внимание существование неизвестной до того планеты. Теоретическое предсказание местонахождения новой планеты, которая была обнаружена, стало настоящим триумфом механики ньютоновского закона всемирного тяготения.

Содержание ФКМ должно опираться на определенную конкретизацию фундаментальных мировоззренческих, философских категорий и принципов: именно образ перемещающейся материальной точки в пространстве с течением времени стал конкретизацией общих мировоззренческих представлений о материи и движении как атрибуте материи, о пространстве и времени как всеобщих формах существования материи; законы механики конкретизировали общие философские представления о причинности и закономерности.

Содержание ФКМ одновременно задает и способ мышления физика, способ теоретического видения и понимания мира, а также доминирующие в физике данного периода логические формы анализа и синтеза.

Но когда естествоиспытателям и философам казалось, что представления механической картины мира совпадают с общефилософскими категориями: особенное принималось за всеобщее (точнее всеобщее воспринималось лишь в его особенной форме), изменение ФКМ ведет к иллюзии «исчезновения» материи, пространства...

В истории развития науки механическая картина мира представилась уникальным и первым случаем, когда ее посчитали не только общей концептуальной основой всей физики, но стали отождествлять с философским мировоззрением.

В настоящее время принято, содержание физической картины мира должно полностью входить в содержание физической теории; она не должна быть неким промежуточным образованием между физической теорией и философией; она должна как концептуальный фундамент физической теории являться лишь связующим звеном между физикой и философией. По своей сущности это связь особенного и всеобщего (картины мира представляют собой особенные формы проявления всеобщего содержания философских категорий).

В научном отношении понятие «ФКМ» является неточным, даже если удалось когда-нибудь создать единую физическую теорию всех физических процессов, концептуальная основа такой теории представляла бы не ФКМ, а только теоретическую картину физического мира.

Литература

1. М. Клайн. Математика. Поиск истины. Пер. с англ. / Под ред и с предисл. В.И. Аршинова, Ю.В. Сачкова. – М.: Мир, 1988.

2. Б.Я. Пахомов. Становление современной физической картины мира. – М.: Мысль, 1985.

Дисциплина: Физическая картина мира

Приложение 4.1

Дата добавления: 2014-01-07