Основные положения механической картины мира.

 

Время считается обратимым (так построены уравнения)

Все процессы детерминированы

Пространство и время абсолютны и не связаны с движением тел

Все формы движения материи редуцируются к механическому движению

Принцип дальнодействия: силы распространяются в пустом пространстве мгновенно.

Известный персидский поэт средневековья Омар Хайам свои гениальные предчувствия на тему детерминизма неоднократно облекал в поэтическую форму:

В детстве ходим за истиной к учителям,

После — ходят за истиной к нашим дверям.

Где же истина? Мы появились из капли.

Станем — прахом. Вот смысл этой сказки, Хайям.

«Недостатки» механической картины мира.

1.Отсутствие причин притяжения тел.

2.Силы (притяжения) учтены только радиальные.

3.Неясно, что есть масса сама по себе, а не в «отношениях».

Итак, механическая картина мира описывается системой уравнений и имеет предсказательную силу. В силу этого при детальном рассмотрении какого-либо явления принято говорить о его «механизме». Задачи механики обусловили существенный прогресс в математике, хотя математика по своей сути не является естественной наукой. Открытие дифференциального и интегрального исчислений находилось в тесной связи с задачами механики и оптики. Впрочем, по такому поводу было бы уместно говорить о духе времени, который влиял на творчество многих ученых. Тем более что Лаплас, Пуассон, Гамильтон разработали математический аппарат, выходящий за рамки потребностей механики. Вспомним, например, понятие потенциала. Математики чутко улавливали дух времени.

Система уравнений – это хорошо. Но где же, спросите вы, собственно физика? Да и в чем она проявляется? Количественные соотношения – это скорее по ведомству математики. А где же качественные? А то, чего доброго, некоторые современные философы совсем уж примут физику за бескачественную науку! Да и можно ли двигать физику вперед на основе одних лишь математических моделей? Ведь прогресс в естественных науках не обходится без изобретений. А изобретения в физике не делаются, как правило, на основе математических соотношений. Нужны качественные рассуждения, важные для постановки эксперимента, которые и делают физику самостоятельной наукой. Без них невозможно, как уже говорилось, делать изобретения, т.к. трудно сформулировать противоречия, которые должны разрешать изобретения.

П. Эренфест писал: «Физика проста, но неуловима». Впрочем, так ли уж неуловима? Для прояснения этого вопроса, рассмотрим на качественном уровне одну довольно простую модель механического движения.

 

Система Земля - Луна

 

Эта наиболее близкая к нам планетная система была предметом пристального внимания И. Ньютона на протяжении многих лет. То, что удалось сделать в этом отношении, его не вполне удовлетворило. Один из аспектов проблемы указанных небесных тел, который нам не удалось найти изложенным в доступной форме, будет описан ниже.

Закон всемирного тяготения описывает форму орбиты планеты и само ее (орбиты) существование. А как объяснить тот факт, что Луна, например, повернута к Земле одной своей стороной? Вот тут-то важно понять явление сначала качественно, создать физическую модель явления, а на ее основе можно строить и модель математическую. Попробуем предложить некую качественную модель движения Луны, имея в виду поставленную задачу. Это заодно продолжит уже начатую нами линию «физика на пальцах», достаточно популярную в физике, причем не только элементарной.

 

1      

 

 

 

2

 

Рис. 3.1. Монеты в исходном положении

 

Возьмем две монеты одинакового достоинства, имеющие, следовательно, одинаковые диаметры. На рис. 1 показано их исходное положение. Из рисунка видно, что обе монеты ориентированы (об этом говорит направление стрелки) одинаково. Теперь заставим монету 1 катиться по монете 2 без скольжения так, чтобы монета прошла путь в половину окружности по монете 2. Спрашивается, в каком положении окажется монета 1 относительно своей начальной угловой ориентации? Нетрудно непосредственно, опытным путем убедиться, что эта ориентация отражена на рис.3.2, то есть она совпадает с исходной.

Получается, что, пройдя половину окружности по монете 1, монета 2 повернулась на полный оборот вокруг своей оси. Как такое могло произойти? Ситуацию поясняет рис. 6. Теперь монета 1 не имеет возможности вращаться вокруг собственного центра, а может совершать вращательное движение только вокруг центра монеты 2. После прохождения полуокружности монеты 2 монета 1 оказывается в угловом отношении повернута относительно своего исходного положения не на угол 360 градусов, как раньше (рис. 3.2), а на угол 180 градусов. При этом монета 1 все время повернута к монете 2 одной стороной. Это объясняет и предыдущий результат. Там монета не только вращалась вокруг центра монеты 2, но и катилась по этой монете, что позволило ей вращаться вдвое быстрее, чем в случае, представленном на рис. 3.3.

 

 

2

 

 

1      

        

 

Рис. 3.2. Монеты в конечном положении

 

 

 

 

1  2                                                        2

              1               

 

                                                                  1

 

2

 

        

   

 

 

    а                                        б

 

Рис. 3.3. Движение монеты 1 с закрепленной осью, вращающейся относительно центра монеты 2. Монета 1 не совершает качения по окружности монеты 2.

Как применить, спросите вы, рассмотренный пример к движению Луны? Что в этом случае может выполнять роль фиксатора оси вращения, не позволившего монете 1 (аналогу Луны) вращаться вокруг собственной оси? Ответ таков. Жесткой связи в движении планет, конечно, нет, но аналог жесткой связи возможен. Им может послужить несовпадение центра масс Луны с ее геометрическим центром. Конечно, несовпадение центра масс с геометрическим центром легче ожидать от тела менее правильной геометрической формы. И такие тела в Солнечной системе существуют. Это Фобос и Деймос – спутники Марса, которые тоже повернуты одной стороной к центральному телу.

Физическая модель предложена. Что же остается на долю математической модели? Ей придется заняться расчетом необходимой величины эксцентриситета Луны, т.е. отклонения центра масс от геометрического центра нашего небесного спутника. И если величина эксцентриситета окажется в разумных пределах, то наша качественная модель подтвердится количественно и, тем самым, получит окончательное право на существование. Для превращения предложенной модели из качественной гипотезы в количественную теорию необходимо рассчитать, хватит ли известного из других наблюдений эксцентриситета Луны (Луна вытянута по направлению к Земле под влиянием притяжения последней) для реализации всего явления односторонней «повернутости» Луны к Земле. Следует отметить в заключение, что автор пока не нашел в литературе другого простого объяснения явления «односторонности» в движении Луны.