Реферат: Становление физической картины мира от Галилея до Эйнштейна

II .Метод Галилея.

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

- Анализ исторической обстановки и проблемной ситуации в науке. Новые концепции Галилея .

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

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

Требования логической (и математической) самосогласованности, системной целостности всех утверждений 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 добиться ни 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 и потому 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 отношениях между наблюдаемыми явлениями, а не в той внешней видимости отдельно взятых фактов, которые носит видимости обычно обманчивый характер. Математика, отражающая универсальные формы природных законов, выступает для Галилея важнейшим средством проверки взаимной согласованности фактических данных и теоретических построений.

Согласно Галилею, логические конструкции из идеализированных объектов можно рассматривать как 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 с единых 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 фиктивными умственными 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 предельных идеализаций, не только использовал математику, но прежде всего предвосхитил принципы методом построения физических теорий. Эта методология включает в себя использование экспериментов (как реальных, так и мысленных), создание фундаментальных идеализаций, построение с их помощью конструктивных теоретических моделей реальности с применением математического аппарата и самое главное, без чего теряет смысл применение всех указанных методологических средств, - «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 в накоплении эмпирических фактов и обобщений и в разработке теоретических предпосылок механики) последователи многочисленные работы целой плеяды выдающихся учёных. 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 формой логического 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 начала подсказывали образ точечного объекта, теоретическая идеализация материальной точки родилась не сразу. И Галилей, и Ньютон широко использовали понятие тела как движущегося объекта. Лишь позже, когда выяснилось, что поле тяготения сферически симметрического тела выглядит в точности так, как если бы вся масса этого тела была сосредоточена в его геометрическом центре, в одной точке, идея теоретического замещения материальных тел идеализированными образами материальных точек могла рассматриваться 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 движения могут быть теоретически представлены конструктивными моделями, построенными из образов взаимодействия и перемещающихся материальных точек. Логически исходным пунктом системы механики, по Л. Эйлеру, выступают изложенные в его трактате 1736 года теория движения свободной материальной точки и динамика точки при наличии связей.

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

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 в отдельности стремится продолжать дальнейшее движение не по кривой, а исключительно по прямой…». Соединённые вмести эти два положения у И. Ньютона приняли форму первого закона механики.

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

Теоретическое знание может выполнить свои основные функции лишь в том случае, если в нём отражена конкретная форма детерминации исследуемых явлений, прежде всего фундаментальные законы изменения состояния, взаимодействия. И. Ньютон ввёл понятие силы как причины изменения состояния движения по величине и по направлению (или одновременно по величине и по направлению). В механике Ньютона источниками 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 которым движется тело прямо пропорционально силе действующей на это тело и обратно пропорционально массе этого тела. Данный закон позволяет объяснить и прогнозировать изменение механического движения тела в зависимости от величины и направления силы и от предшествующего состояния движения.

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

Несмотря на ограниченность механической картины мира по её содержанию, основные особенности методологии физического познания, проявившиеся в ходе создания и развития классической механики, воспроизводятся и в процессе построения последующих 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 классическим примером 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 в работах 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 развитии механической картины мира оказался связан с применением её основных представлений к созданию теории, объясняющей свойства газов, а затем жидкости и твёрдых тел.