1. Методология современной физики

Курс, который называется концепции современного естествоз­нания не рассчитан на углубленное изучение законов физики, химии и других естественных наук. Конечно для будущих экономистов это не так уж и обязательна, но какой преподаватель не надеется на это.

Наша основная цель - знакомство с парадигмой (от греч. paradeigma-пример, образец) современной науки.

 Парадигма - совокупность теоретических и методологических предпо­сылок, определяющих конкретное научное исследование, которые воплощаются в научной практике на данном этапе.

Парадигма является основанием выбора проблем, а также моделью, образцом для решения исследовательских задач.

С другой стороны целью этого курса является формулировка общих представлении о тенденциях и направлениях развития естественных наук.

На протяжении этого курса мы познакомимся как связана физика с остальными естественными науками, как относятся эти остальные науки друг к другу, да и что такое вообще наука. Это поможет нам "ощутить" предмет естествознания.

Вы спросите: почему бы сразу, на первых же занятиях не сформули­ровать основные законы природы, а после только показывать, как они ра­ботают в разных условиях ? (как например в геометрии: формулируют ак­сиомы, а потом делают выводы)

Сделать это невозможно по двум причинам:

Во первых, нам известны не все основные законы природы; наоборот, чем больше мы узнаём, тем сильнее расширяются границы того, что мы должны познать !

Во вторых, точная формулировка законов физики связана со многими необычными идеями и понятиями, требующими для своего описания столь же необычной математики. Т.е. нужна немалая практика только для того, чтобы понимать смысл слов. (Например в механике: сила: импульс: момент импульса...)

Так что изучать законы природы нам придется постепенно, шаг за шагом.

Каждый шаг в изучении природы - это всегда только приближение к истине, вернее к тому, что мы счтаем истинной.

Всё что мы узнаём - это какое-то приближение, ибо мы знаем, что не все ещё законы мы знаем. Т.е. Всё изучается для того, чтобы снова стать непонятным или в лучшем случае, потребовать исправления.

Принцип науки, почти что её определение, состоит в следую­щем: пробный камень всех наших знаний - это опыт.

Опыт, эксперимент - это единственный судья научной истины.

А в чём источник знаний ? Откуда приходят те законы которые мы проверяем ? Да из того же опыта; он помогает нам выводить законы, в нем таятся намёки на них.

А сверх того нужно ещё воображение, чтобы за намёками увидеть что-то большое и главное, чтобы отгадать нежданную, простую прекрасную картину встающую за ним и потом поставить опыт, который убедил бы нас в правильности догадки.

Этот процесс воображения настолько труден что происходит разделе­ние труда среди ученых занимающихся изучением природы.

Бывают теоретики - они воображают, соображают и отгадывают новые законы, но опытов не ставят.

И бывают экспериментаторы, чье занятие в первую очередь - ставить опыты, а затем воображать, соображать и отгадывать.

Мы сказали, что законы природы - это приближения; сперва открыва­ют "неправильные" законы, а потом уже "правильные".

Но Как опыт может быть неверным ? Ну, во-первых, по самой простой причине: когда в ваших приборах что-то неладно, а вы этого не замечае­те.

Но такую ошибку легко уловить, надо лишь всё проверять и прове­рять.

Ну, а если не придираться к мелочам, могут ли результаты опыта быть ошибочными ?

Могут, из-за нехватки точности.

Например, масса предмета кажется неизменной. Вращающийся волчок весит столько же, сколько лежащий на месте. Вот вам и готов "закон": масса постоянна и от скорости не зависит.

Но этот "закон", как выясняется, не верен. Оказалось, что масса m с увеличением скорости растёт по следующему закону:

Этот закон выражает зависимость массы от скорости в релятивист­ской динамике (раздел специаль­ной теории относительности).

где m - масса покоя частици(материальной точки, т.е. её мас­са, измеренная в той инерциальной системе отчета, относитель­но которой частица находится в покое.

v - скорость этой частицы

c - скорость света в вакууме

m - массу m часто называют релятивисткой массой . (или масса движения)

Однако, как видно из приведённой формулы для заметного роста массы частицы нужны скорости, близкие к световой.

Т.о. правильный закон таков: если скорость предмета меньше 100 км/с, масса с точностью до одной миллионной постоянна.

Вот примерно в такой приближённой форме этот закон верен.

Можно подумать, что практически нет разницы между старой формулировкой и новой. И да, и нет.

Для обычных скоростей можно забыть об оговорках и в хорошем приближении считать законом утверждение, что масса постоянна.

Но на больших скоростях мы начнём ошибаться, и тем больше, чем скорость выше.

Но самое замечательное, что с общей точки зрения любой приближенный закон абсолютно ошибочен.

Наш взгляд на мир потребует пересмотра даже тогда, когда масса сместится хоть на капельку.

Это - характерное свойство общей картины мира, которая стоит за законами.

Даже незначительный эффект иногда требует глубокого изменения наших воззрений.

Так что же нам нужно изучить сначала ? Учить ли нам правильные, но необычные законы с их странными и трудными понятиями, например теорию относительности, четырехмерное пространство - время и т.д. ? Или же начать с простого закона постоянной массы ?

Он хоть и приближенный, но зато обходится без трудных представлений.

Первое, бесспорное, приятней, притягательней; первое очень соб­лазняет, но со второго начать легче, и потом ведь это первый шаг к углубленному пониманию правильной идеи.

Этот вопрос встаёт всё время, когда преподаешь естественные науки, в первую очередь физику. На разных этапах курса мы будем по разному решать его, но на каждой стадии мы будем стараться изложить, что имен­но сейчас известно с какой точностью, как это согласуется с остальным и что может измениться, когда мы узнаем об этом больше.

Давайте перейдём к нашей схеме, к нашему пониманию современной науки6 в первую очередь физики, но также и прочих близких к ней наук, так что, когда позже нам придется вникать в разные вопросы, мы смо­жем видеть, что лежит в их основе, чем они интересны и как укладывают­ся в общую структуру.

Физика глубоко проникла в тайны природы; открыла внутреннее стро­ение атома и поставила на службу человечества огромные запасы внутрия­дерной энергии.

Развитие современной физики и астрофизики с особой силой ставит вопросы, требующие глубокого диалектико-материалистического анализа: о пространстве и времени; о массе и энергии; о веществе и поле; о несот­воримости и о неучтожимости движущейся материи, и её неисчерпаемости; о конечном и бесконечном; о моделях расширяющейся и "раздувающейся" вселенной; о "большом" взрыве; о "черных дырах" и т.д.

Все эти вопросы связаны с развитием материального мира, с позна­нием еще не познанного.

Но для того, чтобы применение диалектического метода было успеш­ным, необходимо глубокое знание специфики изучаемых явлений, что под силу прежде всего самым активным создателям новой физики и в этом прежде всего видеть укрепление союза философии и естествознания.

Философия (от греч. phileo - люблю и sophia - мудрость) - наука о всеобщих закономерностях, которым подчиняется как бытие (т.е. природа и общество) так и мышление человека, процесс познания.

Философия является одной из форм общественного сознания, и опре­деляется в конечном счёте экономическими отношениями общества.

Т.о. для того чтобы понять как выглядит естественнонаучная кар­тина мира необходимо прежде всего разобраться с основными философскими категориями.

Категория (от греч. kategoria - высказывание, свидетельство) ­формы осознания в понятиях всеобщих способов отношения человека к миру, отражающие наиболее общие и существенные свойства, законы природы, об­щества и мышления.