1.3. Атомическая картина мира

Механическая научная картина мира складывалась постепенно, в ходе научной революции 17-18 веков. Развитие ее строилось на основании работ Г. Галилея и П. Гассенди. Ученые восстановили атомизм, отраженный в трудах древних философов, на основании исследований Ньютона и Декарта. Последние сформулировали основные принципы, идеи и понятия, которые легли в основы механической картины мира, завершив при этом построение новой картины мира.

Основой механической картины мира явился атомизм. Он превратил понимание мира и самого человека в совокупность огромного числа неделимых частиц, называемых атомами, которые перемещаются в пространстве и времени.

Основным понятием механической картины мира Ньютона стало понятие движения. Законы движения Ньютон утвердил как фундаментальные законы всего мироздания. По его теории все тела имеют внутреннее врожденное свойство равномерного и прямолинейного движения. Любые отклонения от этого движения имеют причиной действие на тело инерции - внешней силы. Масса является мерой инертности, другого, очень важного понятия механики классической.¹

Ньютон предложил принцип дальнодействия, который возник в результате решения проблемы взаимодействия тел. В основе этого принципа лежит взаимодействие между телами, которое происходит мгновенно при разном расстоянии и при отсутствии материальных посредников.

Концепция дальнодействия тесно связана с пониманием пространства и времени как особых сред, вмещающих взаимодействующие тела.²

______________________________

1. Гайдук Г. В. «Доклассическое естествознание Восточной Европы конца XV - середины XVIII веков». — Минск: ФУАинформ, 2010. — 416, [30] с.

2. Арнольд В. И., Авец А. Эргодические проблемы классической механики. — Москва—Ижевск: РХД, 1999. — 284 с.

В рамках механической картины мира Ньютон предложил концепцию абсолютного времени и пространства. Пространство при этом представлялось неким «черным ящиком», который вмещает тела всего мира. Исчезни все тела, пространство все равно продолжало бы существовать. Аналогично, в образе текущей реки, представлялось и время, также существующее абсолютно независимо от материи.

Механическая научная картина мира породила законы механики, которые жестко предопределяли любые события. Из них совершенно исключалась случайность. Присутствие человека в действующем мире ничего не меняло. Согласно теории механической картины мира Ньютона, исчезновение человека с лица земли никак не повлияло бы на существование мира: он продолжил бы свое существование, как прежде. Такая теория стала приниматься как универсальная.

В физике, тем не менее, уже накапливались эмпирические данные, которые серьезно противоречили существующей механической картине мира. Параллельно системе материальных точек существовало понятие сплошной среды, которое было связано уже не с корпускулярными представлениями о материи, а с континуальными.

1.4. Успехи и трудности «механической картины мира»

Механическая картина мира складывалась под влиянием метафизических материалистических представлений о материи и формах ее существования. Основополагающими идеями этой картины Мира являются классический атомизм и механицизм.¹ Ядром является механика Ньютона, в любой физической теории довольно много понятий, но есть основные, в которых проявляется специфика этой теории, ее базис, ее мировоззренческий аспект. К таким понятиям относятся: материя, движение, пространство, время,

______________________________

1. Керр, Филипп. «Знак алхимика: Загадка Исаака Ньютона». — М.: ЭКСМО, 2006 г.

взаимодействие. Материя – это вещество, состоящее из мельчайших, далее неделимых, абсолютно твердых движущихся частиц (атомов), т.е. в Механической картине мира были приняты дискретные представления о материи. И поэтому важнейшими понятиями в механике были понятия материальной точки и абсолютно твердого тела, материальная точка – это тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь. Абсолютно твердое тело – это система материальных точек, расстояние между которыми остается неизменным.¹

Пространство. Аристотель отрицал существование пустого пространства, связывая пространство, время и движение. Атомисты же признавали атомы и пустое пространство, в котором атомы движутся. Ньютон рассматривает два вила пространства: относительное, с которым люди знакомятся путем измерения пространственных отношений между телами, и абсолютное – это пустое вместилище тел, оно не связано со временем и его свойства не зависят от наличия или отсутствия в нем материальных объектов. Оно является трехмерным, непрерывным, бесконечным, однородным, изотропным. Пространственные отношения описываются в геометрией Евклида.

Время . Ньютон рассматривает два вида времени: относительное и абсолютное. Относительное время познают в процессе измерений. «Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему – либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительно». Таким образом, время – пустое вместилище событий, не зависящее ни от чего, оно течет в одном направлении (от прошлого к будущему), оно непрерывно, бесконечно и везде одинаково (однородно).²

Движение. Признавалось только механическое движение, т.е. изменение

положения тела в пространстве с тече6нием времени. Считалось, что любое

______________________________

1. Керр, Филипп. «Знак алхимика: Загадка Исаака Ньютона». — М.: ЭКСМО, 2006 г.

2. Маркеев А. П. «Теоретическая механика: Учебник для университетов» 3-е изд. — М.; Ижевск: РХД, 2007. — 592 с.

сложное движение можно представить как сумму пространственных перемещений (принцип суперпозиции). Движение любого тела объяснялось на основе трех законов Ньютона.

Следует заметить, что в механики вопрос о природе сил не имел принципиального значения. Для ее законов и методологии было достаточно, что сила – это количественная характеристика механического взаимодействия тел. Просто она стремилась свести все явления природы к действию сил притяжения и отталкивания, встретив на этом пути непреодолимые трудности.

Важнейшими принципами механической картины мира являются принцип относительности Галилея, принцип дальних действий и принцип причинности. Принцип относительности Галилея утверждает, что все инерциальные системы отсчета (ИСО) с точки зрения механики совершенно равноправны (эквивалентны). Переход от одной инерциальной системы к другой осуществляется на основе преобразований Галилея.

Было принято, что взаимодействие передается мгновенно и промежуточная среда в передаче взаимодействия участия не принимает. Это положение и носит принцип дальних действий.¹

Как известно, беспричинных явлений нет, всегда можно выделить причину и следствие, причина и следствие взаимно связаны и влияют друг на друга. Следствие может быть причиной другого явления. «Всякое имеющее место явление связано с предшествующим на основании того очевидного принципа, что оно не может возникнуть без производящей причины». В природе могут быть и более сложные связи:

а) У одного и того же следствия могут быть разные причины, например, превращение насыщенного пара в жидкость за счет повышения давления или за счет понижения температуры.

______________________________

1. Маркеев А. П. «Теоретическая механика: Учебник для университетов» 3-е изд. — М.; Ижевск: РХД, 2007. — 592 с.

б) В тепловом движении, например, скорость, кинетическая энергия, импульс отдельной частицы изменяются без изменения макропараметров (температуры, давления, объема), характеризующих систему в целом. В результате развития термодинамики и статистической физики был открыт ряд важных законов, в том числе сохранения и превращения энергии для тепловых процессов (первое начало термодинамики) и закон возрастания энтропии в изолированных системах (второе начало термодинамики).¹

Термодинамика – это раздел физики, который изучает закономерности перехода энергии из одного вида в другой. Первый закон термодинамики гласит: Тепло, сообщенной системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы против внешних сил. С точки зрения первого начала термодинамики в системе могут протекать любые процессы, лишь бы не нарушался закон сохранения и превращения энергии.

Все реальные процессы являются необратимыми, поскольку наличие сил трения обязательно приводит к переходу упорядоченного движения в неупорядоченное. Для характеристики состояния системы и направленности протекания процессов и была введена в физике особая функция состояния – энтропия. Оказалось, что энтропия замкнутой системы не может убывать. Замкнутость системы означает, что в ней процессы протекают самопроизвольно, без внешнего влияния. В случае обратимых процессов (а их в реальности нет) энтропия замкнутой системы остается неизменной, в случае необратимых процессов – она возрастает. Таким образом, реально энтропия замкнутой системы может только возрастать, это и есть закон возрастания энтропии (одна из формулировок второго начала термодинамики). Этот закон имеет большое значение для анализа процессов в замкнутых макроскопических системах.²

В современной физике вероятностно-статистические идеи получили

______________________________

1. Голубев Ю. Ф. Основы теоретической механики. 2-е изд. — М.: Изд-во МГУ, 2000. — 720 с. — ISBN 5-211-04244-1.

2. Маркеев А. П. Теоретическая механика. — М.: ЧеРО, 1999. — 572 с. — С. 254.

широчайшее распространение (статистическая физика, квантовая механика, теория эволюции, генетика, теория информации, теория планирования и т.д.). Несомненно, и их практическая ценность: контроль качества продукции, проверка работы того или иного объекта, оценка надежности агрегата, организация массового обслуживания. Но ни термодинамика, ни статистическая физика не сумели коренным образом изменить представления механической картины мира, разрушить ее, видоизменить и расширить свои границы. Развитие физики до середины XIX вв., шло в основном в рамках воззрений Ньютона, но все больше новых открытий, особенно в области электрических и магнитных явлений, не вписывались в рамки механических представлений, т.е. становилась тормозом для новых теорий, и назревала необходимость перехода к новым воззрениям на материю и движение. Стали складываться элементы новой – электромагнитной – картины Мира.¹