А.Н. Матвеев - Оптика (1120557), страница 87
Текст из файла (страница 87)
Перечисленные выше основные понятия классической механики н понятии пространства и времени явились фунпаментом, на котором покоилось развгпие всей классическои физики до наших дней. В процессе развития уточнялась взаимосвязь этих понятий и сами понятия, но онн постоянно являлись основой классической физики. Наиболее важный результат этого развития состоит в установлении неразрывности связи пространства, времени, материи и движения. В философском плане развитие этих идей нашло свое завершение в учении диалектического материализма.
Для диалектического материализма пространство и время являются формами существования материи и поэтому немыслимы без материи, а движение есть способ существования материи. Материя, пространство, время и движение всегда существуют в неразрывной связи дрзл с другом. Механика Аристотеля содержала в себе основные идеи общего подхода к описанию механического движения материальных тех Эти идеи полностью сохранили свое значение и в механике Ньютона, однако теория движения Аристотеля после примерно двухтысячелетнего господства была заменена ~еорией Ньютона Аристотель считал, что все движения материальных тел можно рюделить на две категории— «естественныев и «насильственные». «Естественные движения» осуществляются сами по себе, без каким-либо воздействий.
Ставить вопРос о причине «естественных движений» бессмысленно. Точнее говоря, на вопрос: почему осуществляется некоторое «естественное движение»? — всегда имеется готовый, не требующий размышлений ответ: потому что это движение естественное, происходящее именно так, а не иначе, беэ ° Том первый «Механика и теория относительности», том второй «Молекулярная физика» н том третий «Электричество и магнетизм» выхолили в издательстве «Высшая школа» соответственно в 197б, 1981, 1983 гг. каких-либо внешних воздействий.
«Насильственные движения» сами по себе не происходят, а осуществляются под влиянием внешних воздеиствий, описываемых с помощью понятия силы. На вопрос: почему осуществляется некоторое «насильственное движение»? — ответ гласит: потому что на тело действует сила, под влиянием которой оно движется так, как движется.
Естественными Аристотель считал движения легких тел вверх, тяжелых тел вниз и движение небесных тел по небесной сфере. Остальные движения явлюотся насильственными. Заметим, что если тело покоится в результате невозможности осуществить «естественное движение», то этот покой является «насильственным». Чапример, если тело покоится на горизонтальном столе, то отсутствие его движения по вертикали 'является «насильственным» и обусловливается наличием соответствующей силм, деиствующей в вертикальном направлении, а отсутствие его движения по горизонтали обусловливается отсутствием силы, действующей в горизонтальном направлении.
Это показывает, что закон движения не может быть положен в основу определения силы, хотя силу и можно находить из тахона движения. Это замечание полностью относится и к попыткам использования второго закона Ньютона как определения силы. В механике Аристотеля сила обусловливает скорость тела, а понятие об ускорении отсутствует.
В механике Ньютона «естеспюнным движением» в том смысле, как его понимал Аристотель, является пРямолинейное равномерное движение материальной точки. В формулировке первого закона Ньютона Устанавливаются Условия, при которых это «естественное движение» (инерциальное) осуществляется. Он дает возможность выбрать такую систему координат, в которой такие «сстественные движения» существуют. Вторым законом Ньютона устанавливается, что сила обусловливает не скорость материальной точки, а ее ускорение, причем не вообще ускорение, а ускорение в той системе координат, в которой при отсутствии силы скорость тела была бы постоянной, т. е.
движение было бы «естественным». Как и в механике Аристотеля, сила учитывает влияние внешних условий на движение тела Источниками силы являются материальные тела и, следовательно, сила является количественнои мерои юаимодействия матеРиальных тел. Третий закон Ньютона устанавливает, что сила, с которой одно из взаимодействующих тел действует иа другое, равна по абсолютной величине, но направлена противоположно силе, с которой это другое тело действует на первое.
Вопрос о силах в таком плане в механике Аристотеля не ставился. Таким образом, теория движения Ньютона является принципиально новым шагом относительно теории Аристотеля. Среди главных новых моментов следует отметить все вопросы, связанные с введением систем координат, включая вопрос о принципе относительности, вопрос о свойствах взаимодействия тел, новое уравнение движения и дальнейшую разработку вопроса о пространстве и времени.
Однако основные понятия механики Аристотеля и подход к проблеме движения в механике Ньютона сохранились без существенных изменений. Следующим крупным шагом явилось создание специальной теории относительности. Ее Революционный характер выразился в новом подходе к проблеме пространства и времени. В результате этого неразрывная.реять пространства, времени и движения, на которую задолго до создания теории относительпости указывал диалектический материализм, стала основополагающим моментом физической теории.
Однако по своему содержанию специальная теория относительности полностью относится к классической физике. В результате создания общей теории относительности неразрывная связь пространства, времени, движения и материи стала основополагающим моментом наиболее общей физической теории. По своему содержанию общая теория относительности, так же как и специальная, полностью относится к классической физике.
Теории, в которых существенны закономерности специальной или общей теории относительности, называют релятивистскими Если в этих теориях несущественны квантовые закономерности, та они полностью относятся к классической физике. Механика точки Ньютона явилась основой лля построения механики совокупностей точек, составляющих материальные тела, среды и т. д. Если движение отдельных точек описывается в соответствии с законами Ньютона, то соответствующая теория относится полностью к классической физике.
Во многих случаях в механике тела или среды используется представление о сплошной среде, когда масса считается как бы непрерывно «размазанной» в пространстве, а движение элемента массы в бесконечно малом объеме описывается законами механики точки. Механика сплошных сред при этом условии относится также к классической физике В связи с этим о механике твердого тела необходимо сделать такое замечание. Уравнения движения твердого тела включают три уравнения для координат центра масс и три уравнения моментов. Строго говоря, эти шесть уравнений ие могут быть выведены только на основании трех законов Ньютона для материальной точки. Для их вывода необходимо использовать дополнительное к законам Ньютона пРедположение, что силы взаимодействия материальных точек, доставляющие твердое тело, центральны.
Однако это не юменяет принадлежности механики твердого тела к классической физике. При анализе движения системы многих реальных точек, каждая из которых движется в соответствии с законами Ньютона, динамическое описание системы неосуществимо с технической, непригодно с теоретическои и бесполезна с практическои тачек зрения. В системах многих частиц возникают новые закономерности движения, обусловленные наличием большого числа частиц в системе, которые называются статистическими. Статистическая физика, элементарными динамическими законами которой являются законы Ньютона, относится к классической физике и называется обычно классической. статистической физикой.
Следует, однако, подчеркнуть, что последовательное и полное обоснование ее возможно лишь с использованием квантовой теории. Во всех рассмотренных выше разделах классической физики объектом исследования являлась материя в форме вещества. Другой формой материи, в исследовании которой физика достигла больших успехов, является ее полевая форма Электрические и магнитные явления открыты очень давно, но теория этих явлений развивалась сравнительно мелленно, и лишь в 60-х годах Х1Х столетия была завершена созданием теории Максвелла.
После этого были открыты электромагнитные волны, которые существуют независимо от породивших их зарядов и токов. Это явилось экспериментальным доказательством самостоятельного существования электромагнитного поля и обосновало представление об электромагнитном поле как о форме существования материи. Движение этой формы материи описывается уравнениями Максвелла Они представляют зыюн движения электромагнитного поля и описывыот его порождение движущимися зарядами. Действие электромагнитного поля на заряды, носителями которых является материя в корпускулярной форме, описывается силой Лоренца Основными понятиями, иа которых основываются уравнения Максвелла, являются напряженность и индукция электромагнитного поля в точках пространства. изменяющиеся с течением времени, электромагнитное поле, порожденное зарядом, движущимся аналогично материальной точке по определенной траектории, и действующее на заряд. Это показывает, что теория, основанная на уравнениях Максвелла, относится к классической физике.
Она является релятивистски инвариантной теорией и полностью относится к релятивистской юпссическои физике. После открытия полевои формы существования матеРии в виде электромагнитных воли и создания электромагнитной теории света появилась Реальная возможность Решить вопрос о законах взаимопревращения материи в полевой и корпускулярной форме или, другими словами, решить вопрос о взаимопревращении излучения Н вещестнь Казалось, что эту задачу можно успешно решить в рамках классической физики, поскольку каждая из этих форм материи хорошо описывается соответствующей классической теорией. ПеРвое указание на недостаточность классической физики для понимания взаимоотношения этих двух форм материи было получено ири анализе излучения абсолютно черного тела, когда необходимо было допустить дискрепюсть актов испускания света.
Затем были открыты корпускулярные свойства юлучвиия и волновые свойства электронов и других частиц. Эти открытии показали, что не существует барьера между корпускулярной и полевой формой материи, что эти формы взаимно проникают друг в друга и существуют в диалектическом единстве. Экспериментальное исследование и анализ этого диалектического единспж привели к необходимости коренного пересмотра основных представлений классической физики и созданию квантовой теории. В классической физике очень четко коикретзпируются и находят свое воплощение философские категории диалектического материализма, а методологические пРинципы физических исследований имели большое влияние на разработку гносеологических вопросоп В ней полно и всесторонне воплощена сущность взаимного влияния и взаимопроникновения науки и философии.
Это обстоятельство имеет большое мировоззренческое значение. Во всех четырех томах курса мировоззренческим вопросам уделено должное внимание. Достаточно полное освещение нашло диалектическое единство пространства, времени, движения и материи, что отразилось также и в ряде структурных особенностей курса. В частности, неприемлемо, как это часто делается, раскрывать содержание понятий пространства, времени и движения в рамках кинематики без установления органической связи между ними, а начало изложения вопроса о связи этик понятий с понятием материи откладывать до динамики, когда раскрывается понятие массы. Такой разрыв противоречит самой сущности пространства и времени, как форм существования материи, а движения — как способа ее существования. Этот Разрыв ликвидиРуется изложением В семом начале курса физической кинематики, вводящим читателя в круг идей теории относительности, котощя дает достаточно ясное воплощение в конкретной науке положения диалектического материализма о неразрывной связи пространства, времени, движения и материи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
