Раздел 2.Физические концепции естествознания

Тема 3. Механистическая картина мира

Задача механики как науки – количественное описание движения материального тела под действием внешней силы. Условия решения этой задачи: введение принципа инерции и понятия инерциальной системы, принципа относительности, начал механики, понятий абсолютного пространства и времени, динамического закона. Мир, согласно механике, – это гигантский механизм, действующий по динамическим законам, все явления которого однозначно детерминированы их начальным состоянием (принцип лапласовского детерминизма). Уравнения движения тела не зависят от выбора системы отсчета (ковариантны), а параметры движущегося объекта (масса, сила, линейные размеры, интервалы времени и производные от них параметры) инварианты (неизменны) относительно преобразований координат (преобразований Галилея). Это свидетельствует о наличии симметрии механических систем и уравнений их движения. Существуют три вида пространственных симметрий: сдвиг начала координат, поворот тройки координатных осей и сдвиг начала отсчета во времени. Они обусловлены свойствами пространства (однородность и изотропность) и времени (однородность) и связаны с законами сохранения (импульса, момента импульса, энергии). Этот факт говорит о единстве движения, пространства и времени в природе.

В рамках механистической картины мира в 17 – 19 вв. были даны объяснения таких важных для человека явлений природы, как свет и теплота. Для объяснения световых явлений были предложены две противоположные, но обе механистические, гипотезы: корпускулярная (И. Ньютон) и волновая (Х. Гюйгенс). Согласно первой, свет – это поток мельчайших световых корпускул (атомистическая научная программа), согласно второй, свет, подобно звуку, представляет собой механические колебания эфира (континуалистская программа). Эти гипотезы сохраняли свое значение до конца 19 в. и привели физику к противоречию (парадоксу) корпускулярно-волнового дуализма, разрешение которого в начале 20 в. составило научную революцию в физике.

Создание механической теории теплоты Р. Клаузиусом в середине 19 в., опирающейся на два начала (закон сохранения энергии и принцип возрастания энтропии), дало ответ на вопрос о природе «движущей силы огня» (С. Карно), поставленный практикой создания паровой машины. Теплота - это не особая невесомая жидкость (флюид), как считалось ранее (гипотеза теплорода), а кинетическая энергия мельчайших частиц вещества (Р. Клаузиус). Эта теория привела к торжеству молекулярно-кинетической концепции вещества в физике, т. е. установлению атомистической (корпускулярной) концепции, которая укоренилась в химии еще в первой половине 19 в. Атомизм из натурфилософской идеи Античности превратился в обоснованную научную теорию. Термодинамическая функция состояния системы – энтропия – стала пониматься как мера неупорядоченности (хаоса) системы: с ростом энтропии растет неупорядоченность молекулярного движения и наоборот. На основе концепции атомизма была создана статистическая термодинамика (классическая статистическая физика), в которой вместо динамических законов классической механики появились статистические (вероятностные) законы (законы, описывающие поведение огромных ансамблей атомов и молекул), напр., закон распределения молекул некоторой массы газа по скоростям. Эти законы дают более детальное описание поведения статистической системы (ансамбля), чем динамические законы механики.