Основные Концепции Физики

1. Историко-философский аспект физики, как науки.

Физика, как наука, возникает в 17 в. Задолго до возникновения как науки были высказаны идея, которые опирались на физику. Термин “физика” появился в 6-5 в. до н.э. Физиками называют тех мыслителей, которые ставили перед собой задачу построить картину окружающего нас мира. Несмотря на то, что философы опирались на ограниченный, тощий фундамент эмпирических знаний, не разрабатывали специальных методов познания окружающего мира, они смогли сформулировать целый ряд фундаментальных идей и принципов, на которые опирались естествоиспытатели, и которые на многие и многие десятилетия предопределяли развитие физики, как науки. Здесь прежде всего необходимо указать на идеи Эмпедокла Анаксагора о механизмах перехода мира от хаоса к порядку.

Решающее значение в развитии физики, химии сыграла идея атомизма которую выдвинул Демокрит. Он построил атомистическую концепцию построения мира. Атом в буквальном переводе означает неделимый. Они различаются по форме. Отдельные объекты окружающего нас мира качество отличаются друг от друга. И это обусловлено тем, что каждый объект состоит из определенного количества атомов из определенного соотношения атомов, обладающих различной формой. Атомы в объекте распределены в определенном порядке (круглые атомы).

Согласно концепции Демокрита физическая реальность бесконечна, её образуют 2 конкретные противоположности: атомы и вакуум. Проблема соотношения вакуума или пустоты и частиц вещества была решена лишь созданием квантовой механики (в 20 веке).

Поскольку атом не делим, то Демокрит в неявной форме формулирует закон сохранения вещества. Демокрит поставил проблему элементарности физического мира. Атомы последний предел. Это проблема элементарности физического мира остается нерешенной.

Большое значение в становлении физики как науки, сыграла концепция движения Аристотеля. Он опирался на очень важный принцип своей философии на закон тождества. Он утверждал, что логически мы не можем выразить то, что внутренне противоречиво, а движение – это противоречие. Ещё Демокрит утверждал, что движение – есть единство бытия и небытия. Причиной движения является форма. Форма включает цель. Как только пересекает действовать причина, движения прекращается. Это понимание движения господствовала в эпоху средневековья. Были попытки подвергнуть критике концепции Аристотеля, но церковь пресекла их.

Впервые эта концепция подверглась основательной критике Галилея.

Основные этапы эволюции физики:

1. Создания классической механики.

2. Электродинамики создания.

3. Создания теории относительности (специальной и общей)

4. Создание квантовой механики и теории элементарных частиц.

5. Создание энергетики.

Галилео Галилея по праву считали родоначальником классической механики. Он сформировал закон движения снаряда по параболе, закон свободного движения, --- инерции, согласно которому покой и движение не нуждается ни в какой потусторонней (внешней) силе.

Тождественно - это означает, что если мы находим в покоящейся системе или равномерно движущейся системе, то никаким механическим экспериментом мы не можем определить, движется она или покоиться. Законы не изменяются в итерационной системе. Ньютон опирается на идеи Галилея, развивает их, формулирует законы классической механики. При построении классической механики Ньютон опирается на атомистическую концепцию Демокрита. Согласно Ньютону, все физические объекты, включая свет, состоят из корпускул. (т.е. атомов). Он руководствуется принципом, согласно которому пространство-пустота, т.е. вакуум, время однородное, при этом пространство и время – это некоторые самостоятельные сущности, которые не взаимно действуют друг с другом и с физическими объектами. Он допускает существование не временных физических объектов, это выражается в том, что силы гравитации, согласно Ньютону взаимодействуют мгновенно, независимо от расстояния. Опираясь на эти принципы, Ньютон построил первую --- космологическая (естественнонаучную) модель мира. Согласно этой модели, мир бесконечен и в пустом пространстве равномерно распределяется бесконечное множество звезд. Это и обеспечивает устойчивость физического мира.

Это космологическая модель Ньютона получила широкое признание, и астрономы (!) пользовались этой моделью при описании движения. Между тем уже в 19 в. обнаружились парадоксы (сначала фотометрические, а затем гравитационные).

Выводы:

Суть фотометрического парадокса в том, что если существование бесконечного множества звезд мы признаем, то просуммировав поля их излучения, мы приходим к выводу, что яркость ночного неба должна равняться яркости средний звезды. Но это мы не наблюдаем.

Аналогично гравитации парадокс возникает в результате суммирования поля, получаем, что в каждой точке пространства должна действовать бесконечно большая сила. Это означает, что тела должны двигаться с бесконечно большим ускорением.

Рассмотренная продукция была решена лишь созданием теории относительности Эйнштейна.

Классическая механика пользовалась громаднейшим авторитетом во всем мировом сообществе ученых. Она считалась парадигмой, и все науки равнялись на неё. Более того, ученые были убеждены в том, что, опираясь на фундаментальные законы можно объяснить все.

Наряду с включением механического движения физика исследовала и другие сферы физической реальности.

В начале 19 в. начинается формироваться новая парадигма на основе исследований электричества, магнетизма, света. Однако продолжительность время исследователи не выходили за рамки классической механики. Убеждены, что формулируемые законы являются частным случаем проявления классической механики. Например: Кулон, сформулировавший закон взаимодействия заряженных частиц: F=Е*q₁q₂/r² . Считаем, что это проявление закона всемирного тяготения: F=m₁m₂/r².Высказывались(Фарадей, Вебер).

Однако с течением времени выявились различия, трактовки явлений, связанных с электромагнитным процессом. Например: физики обнаружили, что модель света Ньютона не может адекватно описывать этот процесс (поток корпускул).

Модель Гюйгенса, который рассматривал свет как волновой процесс. Она оказывается более адекватной рассмотренному процессу. Но т.к. волна требовала среды, то в качестве таковой физики приняли эфир. Оказалось, что физическая реальность имеет две субстанции: - корпускулы (частицы), - эфир.

Физики полагали, что первая позволит объяснить процессы, которые разворачиваются в веществе. Вторая должна была объяснить процессы связанные с электромагнитными взаимодействиями. Поскольку в сознании физиков существовало прочное убеждение в том, что все можно объяснить при помощи законов классической механики.

Они пытались построить механические модели. Максвелл занимался конструированием. Они нужны были для того, чтобы в конечном счете все объяснить при помощи законов классической механики. Однако построив электромагнитную теорию поля описав её математически. Максвелл вынужден был признать, что классическая механика имеет свой собственный предмет качественного отличный от электрической механики и  эмпирический базис электрической механики качественно отличается от такого же базиса механики. Нужно (важно) подчеркнуть, что понятие эфир внутренне противоречиво, проведя эксперименты физики обнаружили, что движущееся тело земля не захватывает никакого эфира. Иными словами его просто не существует. И электромагнитные поля это самостоятельный субъект физической реальности. Однако над мышлением физика довлела методологическая парадигма т.е. безусловная установка сводить 1 закон другим и подобно тому как период господства классической механики сводятся к законам классической механики, с созданием электродинамики законы классической механи ки стали сводиться к законам электродинамики. Если сначала строили классические картины мира (потом – электромагнитные картины)

Теория основывалась на двух постулатах:

1. Являлась дальнейшим обобщением принципа относительности Галилея. Находясь в рамках системы тел которая покоится или движется равномерно и прямолинейно нельзя установить покоится она или нет. К тому времени как Эйнштейн создал теорию, физика уже изучала и свет и магнетизм, и т.д. Эйнштейн высказал утверждение, согласно которому никаким физическим отношением нельзя обнаружить покоиться система или она равномерно прямолинейно движется. Чтоб построить её придумал постулат 2.

2. Твёрдо установленный эмпирический факт

Суть: скорость света в вакууме есть величина max и предельное и не зависит от V движения самого источника света. Эйнштейн при этом получил ряд эффектов:

то время замедляется физической системой которая движения со скоростью и изменяется (уменьшается) размеры тела по направлению его движения. В общей теории относительности Эйнштейн сделал следующий шаг вперёд в попытках обобщения принципа относительности Галилея. Обобщение состояло в том, что покой и движение тождественно независимо как движение системы равномерно, прямолинейно или как вообще.

Основываясь на общей теории относительности Эйнштейн построил новую космологическую модель. Согласно ей наш мир конечен, но безграничен. При этом он вводит некоторую постоянную вещества в нашем мире. Эта модель решила те парадоксы, которые возникли в связи с Ньютоновской моделью. Но 1 модель Эйнштейна была в последующем пересмотрена, Фридман показал, что из уравнения общей теории относительности существуют и другие модели. Согласно модели Эйнштейна физическая реальность неизменима, а Фридман показал, что может быть и не стационарна, т.е. сходиться и расходиться.

Открытие явлений красного свечения подтвердили это. В эволюции физики связан с открытием и исследованием фотоэффекта и радиоактивности. Эти исследования обобщили и привели к созданию квантовой механики и теории элементарных частиц.

Важным доказательством того стало то, что все законы носят статистический характер. Здесь важное значение стало открытие Вейнбера. Из этого принципа следует, что любое физическое взаимодействие имеет аспект неопределённости. Теории элементарных частиц привела к постановке фундаментальных проблем. Проблема элементарности физической реальности (частиц). Следовательно строиться квантово механическая картина мира

3. этап. В эволюции физики связан с дальнейшим развитием понятия поля. В своих исследованиях Эйнштейн и Пуанкаре пришли к выводу, что если открытые законы физики не могут объяснить новые эмпирические факты:

1 – нужно изменить формулировку.

2 – изменить свойства пространства и времени, оказалось, что второй вариант упрощает решение проблемы. К этому времени математики показали, как можно производить преобразование систем. Во вторых, была сформулирована математическая форма пространства и времени. Было показано, что пространство и время нераздельны. Эйнштейн опираясь на эти достижения создаёт специальную, а затем общую теорию относительности.