Механическая картина мира
История становления научной картины мира как абстрактно- теоретической модели мира в ее сущностных связях (т.е. не наблюдаемой непосредственно, а понимаемой) начинается с противостояния двух системы мира – геоцентрической и гелиоцентрической. Идея гелиоцентрического мироустройства была математически обоснована еще во времена поздней античности Аристархом, затем получила более веское обоснование в астрономических наблюдениях и математическом расчете Н.Коперника в
XVIв. Эта идея была воспринята научным сообществом того времени как неочевидная и недоказуемая гипотеза, которая противоречила системе физики Аристотеля.
В XVIIв. в трудах Галилея, Декарта, Ньютона были разработаны основные теоретические принципы и формальный аппарат описания принципиально наблюдаемых взаимодействий. Известная фраза Галилея: «если факты не укладываются в теорию, тем хуже для фактов», - подчеркивала особенность теоретических построений, относящихся к идеализированным (мыслимым) объектам, не сводимым полностью к наблюдаемым в реальности предметам и процессам. Натурфилософия и небесная механика И.Ньютона давала концептуальное обоснование неочевидной гелиоцентрической системе мира. Окончательное оформление механическая научная картина мира (далее МКМ) получила в трудах П.Лапласа (XVIII в.).
МКМ опирается на два общих принципа: атомизм и детерминизм. Согласно атомистическому учению, материя имеет дискретную (прерывистую) структуру. В МКМ материя выступает преимущественно в виде материальных (вещественных) тел, имеющих атомарное строение. Главная механическая характеристика тела - масса, которая определяется как мера инерции тела. Для теоретического описания взаимодействий и движений тел используется понятие материальной точки, выступающее абстракцией физического тела. Точечным механическим эквивалентом любого тела выступает его центр тяжести. Естественным состоянием тела полагается его движение относительно других тел.
Движение рассматривается в МКМ как перемещение тел в пространстве, имеющем три измерения. Теоретическое описание движения строится на базе принципа инерции и принципа относительности. Основными параметрами математического описания движения выступают: координаты, время, скорость, ускорение. Движение тела заменяется движением его центра тяжести, к которому приложены силы.
Главной характеристикой взаимодействия в МКМ выступает совокупность (сумма) сил, которые могут передаваться мгновенно на большие расстояния независимо от среды. Взаимодействие тел теоретически описывается через параметры их состояния (координаты, время, массу, силу, энергию). Универсальными теоретическими принципами описания механических взаимодействий выступают:
принцип суперпозиции (согласно которому действие равно геометрической сумме приложенных сил) и
принцип дальнодействия (согласно которому действия могут передаваться в пустом пространстве со сколь угодно большой скоростью, т.е. мгновенно).
Движение и взаимодействие тел происходит в пространстве и времени, которые представляют собой две независимые друг от друга формы бытия. Пространство понимается двояко: 1) как абсолютное вместилище, пустота, где тела могут свободно перемещаться; 2) как реальное трехмерное измеряемое пространство (однородное и изотропное). Начальные координаты тела в некоторой точке такого пространства позволяют сделать точный математический расчет относительно его положения в других точках с течением времени. Все направления в пространстве равноправны и обратимы. Время характеризуется длительностью и необратимостью (течет в одну сторону). В математическом описании механических действий координаты и время выступают независимыми переменными.
Универсальный характер в МКМ имеют:
законы механики, позволяющих построить четкое математическое описание движения макроскопических тел и их взаимодействий,
законы сохранения энергии и импульса,
закон всемирного тяготения, на основании которого строится математическая и геометрическая модель движения космических тел в Солнечной системе.
Причинно-следственная связь событий имеет жесткую форму так называемого механистического (или лапласовского) детерминизма. Согласно этому принципу случайность не учитывается в мировой схеме взаимодействий, движения тел подчиняются с необходимостью законам механики, выступающим в качестве законов природы. Все состояния тел (прошлые настоящие, будущие) могут быть математически точно рассчитаны.
Механическая картина представляет мир наподобие гигантской заводной игрушки. Все тела взаимодействуют только механически через столкновение или мгновенное действие гравитационной силы. Возможно точное прогнозирование событий на основании расчета характеристик движения и взаимодействия, поскольку каждое тело определяется параметрами положения и состояния, а действующие на них силы складываются.
Большим достоинством МКМ было утверждение движения в качестве основного состояния материальных тел и разработка универсального математического аппарата описания взаимодействий. Вплоть до начала XX века МКМ оставалась господствующей концептуальной базой развития
естественнонаучных теорий. Однако XVIII и особенно XIX в. накопили проблемы, которые выходили за рамки описания, предложенные МКМ. Самые первые сомнения было связаны с неясной природой дальнодействия гравитационной силы. Исследование тепловых, электрических, магнитных явлений и попытки их теоретического описания на основе законов механики обнаружили ограниченность МКМ в понимании природы материи. Механические законы не давали ответа на вопросы о природе света, электромагнетизма, излучений разного рода, составлявших проблемное поле физики в XIXв. Природа света в МКМ объяснялась с помощью светоносного эфира. Однако постоянство скорости света, зафиксированное как эмпирический факт, противоречило классическому принципу относительности и закону сложения скоростей.
Эволюция физической картины мира в XX в
В системе классической механики базовые представления конкретизированы абстракцией материальной точки, системы материальных точек, силы, инерциальной системы отсчета, материального (вещественного) тела и его свойств. На рубеже XIX-XXвв. формируются новые представления о фундаментальных характеристиках физической реальности на базе теорий электромагнетизма. В середине XIX в. М.Фарадей, введя электрические и магнитные силовые линии в качестве схемы описания электромагнитных взаимодействий, выдвигает идею о единстве материи и силы. Он исходил из того, что силы не могут существовать отдельно от материи, поэтому линии силы (силовые линии) необходимо связать с особой субстанцией (в виде электромагнитного поля). На базе этой идеи развивается теория эфира (как светоносной и непрерывной механической среды), отождествляются понятия эфира и поля, в качестве универсального принцип взаимодействия вводится принцип близкодействия.
Трактовка эфира как непрерывной механической, заполняющей абсолютное однородное пространство среды и выступающей абсолютной системой отсчета для инерциальных систем, была опровергнута в опытах Майкельсона 1881 и 1887гг., а затем в ряде подобных экспериментов, проведенных уже в следующем веке.122 Опыты по обнаружению эфира положили начало становлению новой физической картины мира в начале XXв.
 |
122 Идея эксперимента была предложена Джеймсом Клерком Максвеллом в 1875г. в статье «Эфир» для 9-го издания Британской Энциклопедии. Молодой офицер военно-морского флота США Альберт Абрахам Майкельсон провел такой эксперимент с целью обнаружения эфирного ветра, получив отрицательный