69225 (Становление физической картины мира от Галилея до Эйнштейна)

Становление физической  картины мира от

Галилея до Эйнштейна проблема элементарного.

План.      

Введение

I. Метод Галилея

1. Анализ исторической обстановки и проблемной ситуации в науке. Новыеконцепции Галилея

            2. Заслуга Галилея

II.Классическая механика

III.Максвелл: развитие и кризис механической картины мира

1.Молекулярно– кинетическая концепция

2.Теориия электромагнитного поля и кризис механической картины мира

3.Эйнштейн и рождение релятивистской физической картины мира

Заключение

Введение

V.Проблема Элементарного

1.Какой объект можно назвать «самым элементарным»

2. Систематика элементарных частиц.  Суперэлементарные частицы

Заключение

Список литературы

Введение.

Научную картину мира следует понимать как широкую панораму современных знаний о природе, включающуюв себя наиболее важные факты, гипотезы, теории. Функциональное значение такого рода суммарного знания видится в обеспечении синтеза знания, связи различныхразделов естествознания. При этом есть расхождения понимания того, для чего необходим синтез:

• Одни считают, что он нужен в плане методологическом, обеспечивая интеграцию научногознания.

• Другие – что он нужен скорее в плане психологическом, помогая преодолевать узкуюспециализацию современных исследований.

                      Это различие в понимании функций картины мира в свою очередь ведет к расхождению в самом подходе к еёанализу:

• В первом случае для понимания смысла и роли картинымира в научном познании необходимо рассматривать методологию современной науки, структуру научного знания;

• Во втором – исследовать специальную обусловленностьнаучного познания, социально – психологические и социокультурные факторы деятельности учёных.

В противовес точке зрения авторов, выдвигающих на первый план идею синтеза, объединения разнообразныхестественнонаучных знаний, ряд исследователей считает, что научная картина мира необходима при построении каждой отдельной теории как составная часть еёфундамента. (В.С. Степин)

В.С. Степин считает, что научная (например, физическая) картина является необходимымкомпонентом каждой отдельной теории. Будучи по происхождению результатом синтеза научных знаний, частнонаучные картины мира дают, по его мнению, видениеосновных систематических характеристик предмета исследования соответствующей науки.  «Такое видение. Изменяясь помере исторического развития научных знаний, выражается по средствам представлений:

1. Об элементарных объектах, из которых предполагаются построены все другие объекты, исследуемые всоответствующей науке

2. О типологии исследуемых объектов

3. О характеристике взаимодействия объектов (об особенности причинности и закономерности)

4. О пространстве – временных характеристик изучаемой реальности».

Учитывая указанные разногласия, В.А. Амбарцумян и В.В. Каротинский предполагаютразличные трактовки  физической реальности в широком и узком смысле этого слова.

Физическая картина мира в узком смысле этого слова – это система фундаментальныхконструктов, характеризующих основные свойства физической реальности (пространства, время, вещество, поле, вакуум) связи между которыми представленыфизическими принципами.

Физическая картина мира в широком смысле этого слова – это наиболее общие конкретно-исторические представления о физическом мире, который с точки зрениястиля научного мышления конкретной эпохи рассматривается как наиболее важные и существенные.

II.Метод Галилея. 

С именем Галилея связано начало принципиально важного этапа   развития физического знания – восхождениена уровень познания.

• Анализ исторической обстановки и проблемной ситуации внауке. Новые концепции Галилея.

Принятые в научном сообществе того времени методологические принципы требовали, чтобытеоретические суждения непосредственно подтверждались чувственным данным.

Исторически сложившаяся проблемная ситуация не позволяла Галилею принять порцию эмпиризма[1], согласно которой все научные утверждения возникают только в результатеобобщения непосредственно наблюдаемых фактов. Он стремился выработать и защитить существенно иное отношение исследователей к эмпирическим данным.     

Требования логической (и математической) самосогласованности, системной целостности всехутверждений физической науки опирается у Галилея на важную мировоззренческую идею о целостности Вселенной, единообразии «способа действия самой природы».

Целостность, совершенство, самосогласованность научного знания (которой не смогли добитьсяни Аристотель, ни тем более его средневековые последователи) основываются на гармонии мироздания.

В методологическом плане это означает, что наука должна находить исходные, базисные формы этого порядка, обладающие к тому же высшей универсальностью ипотому позволяющие на их основе объяснить всё происходящие в мире.Так, в физике Нового времени входила идея, что общий принцип построения целостной,объясняющей все явления научной теории должен исходить из общей физической картины мира.

По Галилею, закономерности мира отражаются именно в количественных отношенияхмежду наблюдаемыми явлениями, а не в той внешней видимости отдельно взятых фактов, которые носит видимости обычно обманчивый характер. Математика, отражающаяуниверсальные формы природных законов, выступает для Галилея важнейшим средством проверки взаимной согласованности фактических данных и теоретическихпостроений.

Согласно Галилею, логические конструкции из идеализированных объектов можно рассматриватькак научно достоверные при следующих условия:

• Вся система выдерживает проверку на внутреннюю логическую согласованность, целостность;

• Идеализации и теоретические модели, отражая общие законы данной области явлений, позволяют сединых позиций (единообразным способом) объяснять всю совокупность фактов, в том числе и кажущихся эффектов, предсказать ещё не наблюдавшиеся события;

• Идеализация и теоретические модели отнюдь не являются вспомогательными или фиктивнымиумственными построениями, они отражают общий план мироздания, общие законы данной области явлений, картину мира.

• Заслуга Галилея.

Он не только обратился к научным эксперимента, не только ввёл метод предельныхидеализаций, не только использовал математику, но прежде всего предвосхитил принципы методом построения физических теорий. Эта методология включает в себяиспользование экспериментов (как реальных, так и мысленных), создание фундаментальных идеализаций, построение с их помощью конструктивныхтеоретических моделей реальности с применением математического аппарата и самое главное, без чего теряет смысл применение всех указанных методологическихсредств, - «разработку и конструктивное использование общих представлений о принципах строения мироздания, научной картины мира на теоретическом уровне ».

III. Классическая Механика.

В истории механики за работами Галилея (который также имел предшественников внакоплении эмпирических фактов и обобщений и в разработке теоретических предпосылок механики) последователи многочисленные работы целой плеяды выдающихсяучёных. Их коллективными усилиями шаг за шагом не только строилось всё здание классической механики, но и совершенствовался её концептуальный фундамент,система исходных теоретических идеализаций. Создание фундамента идеализаций явилось своеобразной, характерной для теоретического уровня познания формойлогического анализа материальной действительности. Продуктами анализа стали идеализации элементарного объекта, элементарного процесса, пространственно –временных отношений, формы детерминизма[2],отразившие конкретное содержание картины мира.

            Хотя чувственные восприятия небесных тел, движения которых оказалось в центре внимания Галилея и Ньютона, с самого началаподсказывали образ точечного объекта, теоретическая идеализация материальной точки родилась не сразу. И Галилей, и Ньютон широко использовали понятие телакак движущегося объекта. Лишь позже, когда выяснилось, что поле тяготения сферически симметрического тела выглядит в точности так,  как если бы вся масса этого тела быласосредоточена в его геометрическом центре, в одной точке, идея теоретического замещения материальных тел идеализированными образами материальных точек могларассматриваться как логически согласованная со всем содержанием теории.

Идеализация материальной точки широко использовалась                   Л. Эйлером в его программе построения механики.В основе этой программы, которую Л. Эйлеру во многом удалось реализовать, лежало принципиальное убеждение, что сложные случаи механического движениямогут быть теоретически представлены конструктивными моделями, построенными из образов взаимодействия и перемещающихся материальных точек. Логически исходнымпунктом системы механики, по Л. Эйлеру,  выступают изложенные в его трактате  1736 года теория движения свободной материальной точки и динамика точкипри наличии связей.

Кроме идеализации основного элементарного объекта в логической структуре теориипринципиальное значение имеет идеализация основного элементарного процесса (в данном случае – формы движения). Галилей вплотную приблизился к выработке такойидеализации в представлениях о равномерном движении (по окружности), которое, раз начавшись, продолжается бесконечно, если этому не препятствует внешниедействия.

Р. Декарт поправил и дополнил Галилея, сформулировавший два исходных понятия:«…однажды пришедшее в движение тело продолжает двигаться, пока это движение не задержится каким-либо встречным телом.», при этом «каждая частица материи вотдельности стремится продолжать дальнейшее движение не по кривой, а исключительно по прямой…». Соединённые вмести эти два положения у И. Ньютонаприняли форму первого закона механики.

Для построения теоретических моделей механического движения существенно системапространственно – временного описания. Введение системы координат и разработка математики переменных величин вооружили учёных универсальным средствомтеоретического изображения механического движения, сочетающего в себе высокую степень абстрактности (изображение движения тела математической функцией) свысокой степенью наглядности (графики функций в заданной системе координат мог непосредственно изображать траекторию перемещения тела в пространстве стечением времени).

Теоретическое знание может выполнить свои основные функции лишь в том случае, если в нёмотражена конкретная форма детерминации исследуемых явлений, прежде всего фундаментальные законы изменения состояния, взаимодействия. И. Ньютон ввёлпонятие силы как причины изменения состояния движения по величине и по направлению (или одновременно по величине и по направлению). В механике Ньютонаисточниками и точкой приложения сил являются материальные точки.  

Центральное место в системе трёх законов механики занимает второй закон Ньютона –основной закон движения. Он связан с изменением состояния материальной точки с величиной и направлением действующей на него сил: ускорение, с которымдвижется тело прямо пропорционально силе действующей на это тело и обратно пропорционально массе этого тела. Данный закон позволяет объяснить ипрогнозировать изменение механического движения тела в зависимости от величины и направления силы и от предшествующего состояния движения. 

Выдающейся заслугой Ньютона явилось установление конкретного закона, определяющеговеличину действующей силы для случая гравитационного взаимодействия, - закон Всемирного тяготения.

Несмотря на ограниченность механической картины мира по её содержанию, основныеособенности методологии физического познания, проявившиеся в ходе создания и развития классической механики, воспроизводятся и в процессе построенияпоследующих физических теорий, как бы ни отличалось их конкретное содержание и даже содержание фундаментального представление картины мира от концептуального содержания классической механики. В этом отношении классическая механика до сегодняшнего дня остаётся и классическимпримером построения естественно – научной теории.

IV. Максвелл: развитие и кризис механической картины мира.

• Молекулярно-кинетическая концепция.

Важная мировоззренческая идея единства небесного и земного, которую мы встречаем уже вработах Галилея и Ньютона, всё в большей мере побуждала применять фундаментальные образы механической картины мира к самым различным явлениям,непосредственно окружавшие человека. В XIX веке новый принципиально важный этап в развитиимеханической картины мира оказался связан с применением её основных представлений к созданию теории, объясняющей свойства газов, а затем жидкости итвёрдых тел.

Основные этапы развития знаний о свойстве газов:             

В 1643 году Э. Торричелли обнаружил, что ртуть в запаянной сверху стеклянной трубке, опущенной другим концом в сосуд с ртутью, устанавливается на высоте 46см; он дал правильное толкование этого явления: давление воздуха уравновешивается весом столбика ртуть. В результате этого открытия наука получила прибор дляизмерения давления.

Почти через 20 лет Р. Бойль установил, что при уменьшении объёма газа в замкнутомсосуде давление соответственно возрастает, при увеличении – уменьшается. Это означало, что произведение давления газа на его объём есть величина постоянная(для данной массы газа при постоянно температуре).

В 1787 году Ж. Шарль экспериментально доказал, что в замкнутом сосуде с изменением температуры на один градус давление газа изменяется на ¹/₂₇₃ первоначального, т.е. изменяется по линейному закону.

Через 14 лет Ж. Гей-Люссак определил опытным путём, что объём данной массы газаменяется линейно с изменением температуры (при постоянном давление).

В ходе этих эмпирических исследований перед учёными вырисовывалась целая областьсвоеобразных явлений, в которых центральную роль играли свойства и отношения, выражаемые понятия «давление», «температура», «объём». Чтобы перейти от суммычастных эмпирических законов к общей теории поведения газа, необходимо было либо найти возможность ввести теоретические представления механики с ихцентральными понятиями движущихся материальных точек, либо найти другие, специфичные для данных фундаментальные образы. Последние означало, что для теоретическогообъяснения свойств газов необходима физическая картина мира, отличающаяся от механической.