Классическая механика и экспериментальное естествознание

Эпоха получившая название «Нового времени», охватывает три столетия - XVII, XVIII и XIX века. В этом периоде основную роль сыграл XVII век - век рождения современной науки, у истоков которой стояли такие выдающиеся ученые, как Галилей и Ньютон.

Галилео Галилей заложил основы нового механического естествознания. До него в науке движение понимали по принципу, заложенному Аристотелем: тело движется только при наличии внешнего воздействия на него, и если оно прекращается, то прекращается и движение. Галилей показал, что это ошибочный принцип, и сформулировал совершенно иной принцип инерции: тело либо находится в состоянии покоя, либо движется, не изменяя направления и скорости своего движения, если на него не производится какое-либо внешнее воздействие. Большое значение для становления механики как науки имело исследование Галилеем свободного падения тел. Он установил, что скорость свободного падения тел не зависит от их массы (как думал Аристотель), а пройденный падающим телом путь пропорционален квадрату времени падения. Он открыл, что траектория брошенного тела является параболой. Галилей внес вклад в разработку учения о сопротивлении материалов.

Он выработал условие дальнейшего прогресса естествознания, начавшегося в эпоху Нового времени.

Научная революция XVII века завершилась творчеством одного из величайших ученых в истории человечества, каким был Исаак Ньютон (1643-1727 гг.) - создатель дифференцированного и интегрального исчисления, произвел астрономические наблюдения, внес большой вклад в развитие оптики, но самым главным научным достижением Ньютона было завершение дела Галилея по созданию классической механики.

В науке началось господство механических представлений о мире. Ньютон сформулировал три основных закона движения, которые легли в основу механики как науки и дополнили систему законов движения открытием закона всемирного тяготения - универсального закона природы. Это являлось основой для создания науки, изучающей движение тел Солнечной системы.

Ньютон предложил миру научно-исследовательскую программу, которая стала ведущей в Англии и Европе. Он назвал ее «Экспериментальной философией», (Труд «Математические начала натуральной философии», 1687 г.).

Научная революция XVIII - XIX веков. Диалектизация естествознания

Суть научной революции второй половины XVIII-XIX веков заключалась в процессе стихийной диалектизации естествознания (метафизический метод, при котором объекты и явления рассматривались без взаимосвязи с другими и считались неизменимыми во времени, сменился диалектическим).

Диалектика предполагает изучение объектов, явлений со всем богатством их взаимосвязи с учетом их изменения и развития. Начало этому процессу положила работа немецкого ученого и философа Иммануила Канта (1724-1804 гг.) «Всеобщая естественная история и теория неба» (1755 г.). В этом труде он сделал попытку объяснить происхождение Солнечной системы.

По гипотезе Канта, Солнце, планеты и их спутники возникли из первоначальной бесформенной туманной массы, некогда равномерно заполняющей мировое пространство. Процесс возникновения Солнечной системы он объяснил действием сил притяжения на частицы материи. Его космическая гипотеза изменила метафизический взгляд на мир. Независимо от Канта французский математик и астроном Пьер Симон Лаплас (1749-1827 гг.) высказал идеи, дополнившие космогоническое учение Канта, и их гипотезы столетия просуществовали в науке как космологическая гипотеза Канта-Лапласа.

В 1859 году вышел главный труд Чарльза Дарвина «Происхождение видов в результате естественного отбора». В нем он изучил факты и причины биологической эволюции, утверждая, что вне саморазвития органический мир не существует.

К числу фундаментальных открытий этого времени принадлежит клеточная теория 30-х гг. XIX в. ботаника Маттиаса Якоба Шлейдена и биологии Теодора Шванна.

Открытие закона сохранения и превращения энергии.

Первооткрывателями были немецкий врач Юлиус Роберт Майер (1814-1878 гг.) и английский исследователь Джеймс Джоуль (1818-1889 гг.). Отстаивал этот закон в научном мире и знаменитый физик XIX ст. Гельмгольц (1821-1894 гг.). Он увязал его с принципом невозможности вечного двигателя.

Доказательство сохранения и превращения энергии утверждало единство материального мира. Вся природа отныне была представлена как непрерывный процесс превращения универсального движения материи из одной формы в другую.

Таким образом, основополагающие принципы диалектики - принцип развития и принцип всеобщей взаимосвязи получили во второй половине XVIII века и особенно в XIX веке мощное естественнонаучное обоснование.

Пространство и время. Принципы относительности

Пространство и время являются основными категориями в физике. Большинство физических понятий вводится посредством правил, в которых используется расстояние в пространстве и время.

Большое влияние на формирование понятий «пространство» и «время» сыграла пифагорийская школа. В пустоте (неоформленном) безграничном пространстве зародилась Единица, сыгравшая роль семени, из которого вырос весь космос. Вытягиваясь в длину, она порождает число 2, что в геометрии означает «линия».

Линия, вытягиваясь в ширину порождает число 3 - плоскость. Плоскость, вытягивается в высоту, поражает число 4 - объем. Это трехмерное пространство Пифагора.

Платон вводит понятие геометрического пространства как отдельную категорию и помещает его между идеями и чувственным миром. Платон признавал идею как причину бытия, но соотносил ее с материей (чувственными вещами). Это философия объективного идеализма.

Математика - посредник между идеальными и чувственным (пространство не идеальное и не чувственное). Объемы - результат сращивания идеи с материей. Познать природные элементы по Платону - это значит познать их геометрику или определить их пространственное образование. Атомы Платона соответствуют четырем стихиям и представляют собой геометрические многоугольники. Земля-куб; огонь-четырехгранник; воздух-октаэдр (8); вода икхаэдр (20 граней).

Современная физика повернулась в своем развитии от атомизма Демокрита к философии Платона. Частицы в современной физике представляют математические абстракции фундаментальных симметрий (В. Гейзенберг).

Платоново - пифагорийская научно-исследовательская программа была развита в эллинистический период в работах Птолемея, Архимеда, Евклида. В «Началах» Евклида излагаются основные свойства пространственных фигур. В современной физике «евклидово пространство» - это плоскость в 3-х измерениях. Изучение пространства греками было подчинено цели - исследованию природы, в структуре которой воплощены геометрические принципы. В Древней Греции понятие пустота и эфир были свойствами пространства. Пустота - первоначало всего сущего. Эфир - понятие, противоположное пустоте.

В эпоху Возрождения достигается осознание взаимодействия между механикой и геометрией. Это привело к понятию о геометрическом объекте, движущемся в пространстве с течением времени.

Принципы относительности

Галилей открыл принцип инерции, движения тела в пустоте, где нет сопротивления. Сопротивление среды он считал несущественным.

Он также сформулировал принцип относительности: во всех инерциальных системах отчета все физические явления происходят одинаково. Эти два принципа описывают свойство пространства Вселенной.

Окончательную формулировку эти принципы получили в механике Ньютона. Он соединил идею пустого пространства и прямолинейного инерционного движения.

Пустое пространство - это «абсолютное» пространство - всегда одинаковое и неподвижное. Он определил также абсолютное истинное математическое время: оно протекает равномерно, без отношения к чему-либо внешнему и называется длительностью. Время и пространство представляют собой вместилище самих себя и всего сущего. Во времени все располагается в смысле порядка последовательности, а в пространстве - в смысле порядка положения. Это места, перемещения мест составляет абсолютное движение.

Ньютон подчеркивает, что движение имеет относительный характер и зависит от системы отчета. Система отчета должна или покоиться, или двигаться равномерно и прямолинейно к абсолютному пространству.

Абсолютное время - это время, не зависящее от движения. Время одинаково во всех системах отчета.