Лекция 7 Тема: концепции физики: история и современность

1. Физика Античности, Средних веков и эпохи Возрождения.

2. Классическая физика.

3. Физика XX века.

Вопрос 1. Физика Античности, Средних веков и эпохи Возрождения.

В истории естествознания (в истории развития науки вообще) прослеживаются три эпохи (как целостные системы представлений об общих принципах и законах устройства мироздания). Если эти эпохи персонифицировать по именам ученых, сыгравших в них наиболее заметную роль, то они могут именоваться аристотелевской, ньютоновской и эйнштейновской.

В Древней Греции в VI – IV вв. до н.э. возникла наука, которая обособилась от других форм познания и освоения мира (мифологии и религии). Новый способ познания проявился в создании определенных норм и образцов построения научного знания. В частности, Древней Греции сформировалось представления, что природа представляет собой нечто единое и целое, поэтому и знания о ней должны иметь целостный характер, т.е. представлять собой единую систему. Фундаментальный характер основных и важнейших знаний о природе подчеркивает понятие естественнонаучной картины мира, под которой понимают систему важнейших принципов и законов, лежащих в основе окружающего нас мира. Сам термин «картина мира» указывает, что речь идет здесь не о части или фрагменте знания, а о целостной системе. Как правило, в формировании такой картины наиболее важное значение приобретают концепции и теории наиболее развитых в определённый исторический период отраслей естествознания, которые выдвигаются в качестве лидеров. Таким лидером естествознания безусловно является физика.

Рене Декарт: «Философия напоминает дерево, корни которого – метафизика, ствол – физика, а ветви – все остальные науки…».

Слово «физика» в переводе с греческого означает «природа». Одна из задач физики — выявление самого простого и самого общего в природе. В современном представлении самое простое первичные элементы: молекулы, атомы, элементарные частицы, поля и т.д. А наиболее общими свойствами материи принято считать движение, пространство, время, массу, энергию и др. Конечно, физика изучает очень сложные явления и объекты. Но при изучении сложное сводится к простому, конкретное – к общему. Так проявляет себя в науке принцип редукционизма, согласно которому все более сложные законы развития более сложных уровней реальности должны быть сведены к законам более простых уровней. При этом устанавливаются универсальные законы, справедливость которых подтверждается не только в земных условиях, но и во всей Вселенной. В этом заключается один из существенных признаков физики как фундаментальной науки. Учитывая определяющую роль физики и ее значение в науке, ее называют основой и лидером современного естествознания. Физика занимает особое место среди естественных наук.

Первый этап развития физики иногда называют донаучным. Однако такое название нельзя считать полностью оправданным: фундаментальные зёрна физики и естествознания в целом были посеяны ещё в глубокой древности. Это самый длительный этап. Он охватывает период от времени Аристотеля (384 –322 гг до н.э.) до начала XVII в.

Древняя наука наиболее ясно осознала саму себя в трудах Аристотеля. Он создал формальную логику, т.е. фактически учение о доказательстве, — главный инструмент выведения и систематизации знания; разработал категориально-понятийный аппарат; утвердил своеобразный канон организации научного исследования (история вопроса, постановка проблемы, аргументы «за» и «против», обоснование решения); предметно дифференцировал само научное знание и т.д. Физика, в понимании Аристотеля должна опираться на логические рассуждения, а не на математику и эксперимент.

В физике Аристотель видит учение о бытии материальном и подвижном. Оба эти свойства он сводит к единству, ибо считает, что материальный предмет есть предмет подвижный, а движущееся не может не быть движущимся предметом, т.е. чем-то материальным. Аристотель в своем учении о движении принимает во внимание все добытое по этому вопросу его предшественниками — людьми повседневного опыта и философами. И те, и другие указали, что возможны только четыре вида движения: 1) увеличение и уменьшение; 2) качественное изменение, или превращение; 3) возникновение и уничтожение и 4) движение как перемещение в пространстве.

Этим результатом Аристотель не ограничивается. Он исследует само движение в пространстве, выясняет его виды. Этих видов, согласно его анализу, всего три: движение в пространстве может быть: 1) круговым, 2) прямолинейным и 3) сочетанием прямолинейного движения с круговым. Аристотель выводит, что прямолинейное движение не может быть непрерывным, а круговое движение — самый совершенный из всех видов движения так как, круговое движение может быть не только вечным, равномерным но и непрерывным.

Различия в движении двух тел обусловлены различиями тех мест, в которых эти тела находятся. Аристотель выдвигает как непреложную аксиому следующее утверждение: если тело находится в месте, свойственном ему по природе, то оно будет неподвижно; но если оно находится в месте, не свойственном его природе, то оно будет двигаться из места, где оно оказалось, к месту, указанному ему его природой. Это утверждение он пытается подкрепить, ссылаясь на данные наблюдения. Наша планета — Земля — неподвижна, потому что пребывает в своем естественном для нее месте — в центре Вселенной. Но если бросить ком земли вверх, то он будет двигаться, а именно падать вниз, к поверхности Земли, так как направится к своему естественному месту.

В физике Аристотеля природа физических элементов определяется характером движения. Движение «сверху вниз» это земля: она всегда стремится к центру, движения «снизу вверх» это огонь: он всегда стремится к окружности. Существуют еще два элемента — это вода и воздух. Вода, как и земля, стремится к центру, воздух, как и огонь, — к окружности. Однако вода стремится к центру только при условии, если центр не занят другим телом — более плотным, чем она сама. Воздух стремится к окружности также не безусловно. Аристотель полагает, что принятые им и восходящие к традиции Эмпедокла четыре физических элемента — огонь, воздух, вода и земля — обладают каждый свойствами, которыми характеризуются сочетания качеств. А именно: огонь обладает качествами тепла и сухости; воздух — тепла и влажности; вода — холода и влажности; земля — холода и сухости.

Итак, каждый элемент характеризуется сочетанием двух качеств. Однако из этих двух качеств специфически характерным для каждого элемента Аристотель считает только одно. Для огня его специфическим качеством будет теплое, для воздуха — влажное, для воды — холодное и для земли — сухое. Специфические качества элементов распадаются на два класса — активные и пассивные. Активны холодное и теплое, пассивны — сухое и влажное. В каждом элементе имеется одно активное качество и одно пассивное. Например, в огне имеется активное качестве теплого и пассивное — сухого; в воде — активное качество холодного и пассивное — влажного и т. д. Из этого сочетания активных и пассивных качеств Аристотель выводит, что каждый элемент может и ассимилировать в себя другие элементы и сам способен ассимилироваться, превращаться в другие элементы. Все эти характеристики элементов и тел относятся к телам, имеющим прямолинейное движение. Но так как, кроме него, существует также и движение круговое и так как оно должно быть движением естественным, то, по Аристотелю, в природе должно существовать тело, или элемент, для которого свойствен именно этот вид движения. Пятый физический элемент Аристотель назвал «эфиром». «Эфир» — элемент не только физики Аристотеля, но также важный элемент его космологии, т.к. из него состоят небесные тела и он заполняет мировое пространство («боязнь пустоты» была возведена в принцип именно Аристотелем).

Все вместе взятые пять элементов, «материя» мира, — условие мирового процесса. Все вещи возникают из элементов в результате и в ходе их превращения, переходов друг в друга. Однако в беспримесном, чистом виде элементы не встречаются и не могут нигде встретиться. Они встречаются лишь в смеси друг с другом. В этой смеси какой-либо элемент может преобладать, и тогда, в зависимости от того, какой именно главенствует, вся смесь будет называться либо огнем, либо воздухом, либо водой, либо землей. Если же ни один элемент не преобладает в смеси, то смесь будет представлять различные предметы природы, существующие в ней, кроме огня, воздуха, воды и земли.

Знание в эпоху эллинизма и Рима развивалось на основе аристотелизма. Средневековье отличается необычайно низкой продуктивностью творческой мысли. Взгляды Аристотеля были догматизированы путем включения их в церковные каноны. Средневековые рассуждения редко опирались на наблюдения, и тем не менее, метод «воображаемых допущений» позволил гипотетически принять вращение Земли, а теория импетуса Жана Буридана была попыткой реформирования аристотелевского учения о движении. По-видимому, потребовалось целое тысячелетие, чтобы найти иной путь применения творческой мысли, кроме богословского. Естественно, что он не сразу стал научным (в нынешнем понимании этого слова), но начиная с Н. Коперника творчество все больше принимало форму научной деятельности. Важным моментом становления науки было возникновение университетов.