Темы 1.4. Развитие представлений о материи

O Основные понятия

Проблема поиска первоначала в концепции Фалеса. Абстракция материи.

Материя в механической картине мира. Две формы материи в электромагнитной картине мира. Волна как распространяющееся возмущение физического поля. Эффект Доплера: зависимость измеряемой длины волны от взаимного движения наблюдателя и источника волн

Формы материи в современной научной картине мира.

& Краткое содержание

Развитие научных представлений о строении материи представляет собой диалектическую взаимосвязь корпускулярной концепции (концепции прерывности, дискретной или атомистической) и континуальной концепции (концепции непрерывности, концепции волнового строения материи).

1. Корпускулярная концепция

Сторонники концепции прерывности материи в разные исторические этапы: Левкипп, Демокрит, Эпикур, Галилей, Г. Лейбниц, И. Ньютон и др. Начала свое существование в период античности, с работ Левкиппа и Демокрита, полагавших, что материя состоит из пустоты и атомов, и получила дальнейшее развитие в работах Г. Лейбница, который утверждал, что материя состоит из частиц (корпускул) и называл их монадами.

Впервые основные идеи корпускулярной традиции в математической форме реализовал Ньютон при создании первой фундаментальной теории – нерелятивистской классической механики.

На основе этих представлений сформировалась первая физическая картина мира – механической картины мира (МКМ). В ней предполагалась, что все тела состоят из атомов и молекул, находящихся в непрерывном движении. Атомы – это «неделимые» кирпичики вещества. Соединяясь друг с другом, они образуют молекулы и в конечном счете все макроскопические тела.

В МКМ все многообразие мира сводилось к дискретным частицам – корпускулам, подчиняющимся теории Ньютона. Непрерывность в МКМ приписывалась пространству и времени, но была чужда материи. В непрерывном пространстве и времени двигались дискретные материальные образования.

Основные принципы механики Ньютона:

1. Ньютон записал физические законы в форме дифференциальных уравнений и тем самым приблизил физику к потенциалу математики.

2. Основания механики Ньютона составляют три закона и два положения относительно природы пространства и времени:

• Первый закон Ньютона – закон инерции: всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку воздействие со стороны других тел не побуждает его изменить это состояние. Концептуальное значение этого утверждения состоит в том, что движение как таковое не нуждается в силе и, однажды возникнув, может продолжаться вечно.

• Второй закон Ньютона – закон движения: скорость изменения импульса Р материальной точки равна действующей на нее силе F, т.е. dP / dF = F, или a = F/m. Концептуальное значение второго закона Ньютона состоит в том, что сила сама есть результат изменения движения. В свою очередь сила способна вызывать изменение движения.

• Третий закон Ньютона – закон равенства действия и противодействия: две материальные точки действуют друг на друга с силами F₁, и F₂ которые численно равны и направлены в противоположные стороны вдоль прямой, соединяющей эти точки: F₁ = – F₂. Концептуальное значение третьего закона Ньютона состоит в том, что сила есть результат взаимодействия не менее чем двух тел. Поэтому представление изолированного тела, на которое действует сила, есть абстрагирование от второго тела, результатом взаимодействия с которым и является сила.

Три закона Ньютона предполагают определенную природу пространственных и временных промежутков – абсолютность времени и пространства.

Концептуальные основания механики Ньютона

• 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.

• 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.

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

• 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.