1.2 Механическая картина мира в процессе обучения физике

С точки зрения механики всё окружающее человека состоит из отдельных тел, взаимодействующих друг с другом. При этом тела рассматриваются как совокупность еще меньших частиц, которые тоже взаимодействуют друг с другом и обладают следующими свойствами: имеют конечные размеры, форму и размер; в одном и том же месте пространства может находиться только одна частица. Основополагающим принципом является принцип дискретности (делимости). При этом деление частиц на еще более мелкие составляющие ограничено физическими причинами, поэтому атом – это мельчайший «кирпичик» мироздания.

Положение частиц друг относительно друга меняется в пространстве со временем. Но пространство и время не связаны между собой! Пространство:

Абсолютно (т.е. существует само по себе независимо от материальных объектов; если убрать все объекты, то пространство все равно остается);

Однородно (все точки пустого пространства равнозначны);

Изотропно (все направления в пространстве тождественны);

Размеры тел не зависят от выбора системы отсчета.

Для описания положения тел в пространстве используют законы Ньютона, которые одинаковы во всех точках пространства. Время:

Абсолютно (т.е. существует само по себе, независимо от материальных объектов);

Абсолютность одновременности (существует единое время для всей Вселенной);

Единый ритм времени во всех системах отсчета;

При этом никакие физические процессы не оказывают влияния на время, оно неограниченно простирается от прошлого к настоящему и вперед, к будущему, обладая всего одним направлением («стрела времени»).

Пространство и время в явном виде не связаны между собой.

В природе существует лишь два вида взаимодействий: непосредственное действие при контакте и концепция дальнодействия (мгновенная передача действия от одного объекта к другому независимо от расстояния между ними, поэтому в законе всемирного тяготения нет времени: притяжение между телами передается мгновенно; при этом не нужен никакой агент или среда, с помощью которой происходит передача взаимодействия).

Взаимодействия между телами описываются с помощью сил различной природы. Силы, действующие на тела, вызывают изменение скорости этих тел, при этом ограничений для изменения скорости не установлено ни в одном из законов механики. Законы Ньютона подходят для описания движения любых материальных тел: планет, тел на Земле, молекул (основное уравнение МКТ), колебательных движений и волновых процессов (звуковые волны). Особенностью движения любого тела является наличие траектории, по которой можно проследить за этим телом.

Зная начальные условия (положение тела в пространстве, его начальную скорость и действующие на него силы) с помощью второго закона Ньютона, уравнений движения и скорости можно однозначно определить положение тела и его скорость в любой другой момент времени как прошлого, так и будущего. Такая причинность получила название жесткий лапласовский детерминизм (демон Лапласа – гипотетическое существо, которому известны начальные условия всех тел во Вселенной). При этом одна и та же причина при неизменных условиях вызывает один и тот же результат. Будущее мира однозначно определено его прошлым.

Дальнейшее развитие науки показало, что область применимости механики все-таки ограничена. Однако успехи механики в описании многих природных явлений были настолько велики, что механический детерминизм на протяжении нескольких столетий стал примером для построения научного описания других явлений, по своей природе далеких от механики (но при рассмотрении природных и социальных явлений механический детерминизм может привести к заблуждениям и опасным последствиям).

Кроме этого с помощью МКМ никак не удавалось подойти к разгадке природы света. Сложность задачи заключалась в том, что свет по своим свойствам резко отличается от других физических объектов. Нельзя сказать, где находится свет, у него нет таких пространственных характеристик как размер, форма, положение в пространстве. Скорость света считалась бесконечной величиной, именно это убеждение позволяло утверждать, что время во всей Вселенной течет одинаково (т.к. свет синхронизирует часы во всех точках бесконечной Вселенной). Как только были получены опытные доказательства конечности скорости света, возникла необходимость изменений представлений о пространстве и времени.