3.3.2. Первая физико-космологическая картина мира
Первая картина мира была создана Аристотелем (384–322), на основе проработки имеющихся фрагментарных знаний и представлений о мире всех натурфилософских школ.
Основные принципы первой картины мира
Четыре основных и противоположных качества (холод и тепло, сухость и влажность) попарно образуют элементы, из которых состоят все материальные вещи: земля, огонь, воздух, вода и небесный – вечно движущийся эфир.
Всем вещам придаются «абсолютные» свойства тяжести и легкости.
Понятие пространства, времени и материи взаимосвязаны и не существуют одно без другого.
Под движением понимал изменение вообще, превращение возможного (потенциального) в действительное. Механические перемещения считались одним из видов движения.
Резко разграничивал «небесное» и «земное».
Трактовка «места», «материи», «движения» такова, что не допускает существования пустоты.
Материя непрерывно распределена в пространстве.
Движение в пустоте вообще невозможно.
Скорость падения пропорциональна весу тела («закон» Аристотеля о механике движения).
Модель Вселенной по Аристотелю
Земля – центр Вселенной, Вселенная сферична и конечна, вечное движение небесных тел по сферам, окружающим неподвижную Землю. Чтобы сферы, окружающие Землю вращались, должна быть некая движущая сила – эта сила исходила из самой внешней по отношению к Земле сферы (неподвижная сфера звезд). Таким образом, Аристотелем была создана первая и всесторонне продуманная логическая геоцентрическая система мира: центр – Земля, вокруг которой обращались планеты вместе со своими сферами – Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн и замыкающая сфера – сфера неподвижных звезд.
Сторонником геоцентрической системы мира был царь Клавдий Птолемей (87–165 г.г н.э.), который впервые построил математическую теорию сложных видимых движений планет и разработал основы геометрической картины мира. На рис. 12 приведена картина мира Птолемея.
Рис.12. Картина мира Птолемея
В 150 г. н.э. Птолемей создал труд «Великое математическое построение астрономии» в 13 томах («Альмагест»), который до середины XVI в. являлся самой полной астрономической энциклопедией. Птолемей окончательно закрепил и узаконил геоцентрическую систему Аристотеля.
3.3.3. Механистическая картина мира
Формирование классической механики и основанной на ней механистической картины мира (МКМ) происходило по двум направлениям:
Обобщение полученных ранее результатов и, прежде всего, законов движения свободно падающих тел, открытых Галилео Галилеем и законов движения планет, сформулированных Кеплером.
Создание методов для количественного анализа механического движения в целом.
Основателями МКМ были ученые - «первооткрыватели»:
– Николай Коперник (1473–1543)
– Тихо Браге (1546–1601)
– Кеплер (1571–1630)
– Галилео Галилей (1564–1642)
– Исаак Ньютон (1643 –1727)
Модель Вселенной Н. Коперника: в центре всех орбит, по которым обращаются планеты, находится Солнце (гелиоцентрическая система), Земля обращается вокруг Солнца, делая один оборот за 12 месяцев, и одновременно вращается вокруг своей оси. Движение небесных тел в системе относительно, система замкнута – ограничена сферой неподвижных звезд.
Рис.13. Система мира по Копернику
Уточнив расчеты Коперника, Кеплер устанавливает три закона:
Описывает орбиты планет: планеты движутся по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которых находится Солнце.
Об изменении орбитальной скорости планет: прямая, проведенная от Солнца к заданной планете за равные промежутки времени охватывает равные площади.
Связывает время, за которое планета делает один оборот вокруг Солнца со средним арифметическим наибольшего и наименьшего из расстояний от планеты до Солнца.
Галилео Галилей заложил основу механики – науки о движении тел и о силах, вызывающие эти движения и влияющие на них. Он ввел экспериментально-математический метод – метод опытного естествознания. В становлении механики экспериментальный метод сыграл решающую роль.
Ньютон выдвинул совершенно новый принцип исследования природы: «… вывести два или три общих начала движения из явлений и после этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных начал».
Эти начала движения и представляют собой основные законы механики:
– закон инерции,
– закон количества движения,
– закон действия и противодействия.
Ньютон считал, что принципы механики устанавливаются с помощью двух противоположных, но в то же время взаимосвязанных методов – анализа и синтеза, причем анализ должен предшествовать синтезу.
МКМ как форме синтеза физического знания ХVII–ХVШ вв. присущи следующие черты:
– жесткий или однозначный (лапласовский) детерминизм, суть которого в признании точного и однозначного определения состояния механической системы ее предыдущим состоянием; объективный характер случайности отрицается;
– абсолютность пространства и времени: пространство и время не связаны с движением тел;
– мгновенность действия и дальнодействия: считалось, что физические воздействия в принципе могут распространяться из одного места пространства в другие места мгновенно, с бесконечно большой скоростью;
– обратимость времени;
– механический редукционизм – тенденция сведения закономерностей более высших и сложных форм движения к законам механики.
Основные понятия МКМ: материя – вещество, состоящее из неделимых частиц; движение – механическое перемещение частиц; пространство – пустое вместилище тел; время – чистая длительность процессов; физическое поле (эфир) – вспомогательное понятие; масса – мера инертности и мера тяготения; инвариантность законов Ньютона
Основные принципы МКМ: относительность Галилея; инерция – равенство действия и противодействия; дальнодействие, причинность и т.д.
МКМ продолжает оставаться справедливой в области механических движений макротел, где скорости намного меньше скорости света.