Професор Цехмістер Я.В.: урок-семінар «механістична основа картини світу. Проблеми розвитку фізичної науки», 9-А клас

Професором Цехмістером Ярославом Володимировичем спільно з учнями і ученицями 9-А класу проведено урок – семінар «Механістична основа картини світу».

Ключовим у фізичної картині світу служить поняття “матерія”, на яке виходять найважливіші проблеми фізичної науки. Тому зміна фізичної картини світу пов’язана зі зміною уявлень про матерію. В історії фізики це відбувалося два рази. Спочатку був зроблений перехід від атомістичні, корпускулярних уявлень про матерію до польових – континуальним. Потім, у XX ст., Континуальних уявлення були замінені сучасними квантовими. Тому можна говорити про три послідовно змінювали один одного фізичних картинах світу.
Однією з перших виникла механістична картина світу, оскільки вивчення природи почалося з аналізу найпростішої форми руху матерії – механічного переміщення тіл.
Вона складається в результаті наукової революції XVI-XVII ст. на основі робіт Галілео Галілея, який встановив закони руху тіл при вільному падінні і сформулював механічний принцип відносності. Але головна заслуга Галілея в тому, що він вперше застосував для дослідження природи експериментальний метод разом з вимірами досліджуваних величин і математичною обробкою результатів вимірювань. Якщо експерименти ставилися і раніше, то математичний їх аналіз вперше систематично став застосовувати саме Галілей.
Поняття простору і часу вводяться Ньютоном лише на рівні первинних термінів і набувають фізичне зміст з допомогою аксіом, через закони руху. Хоча вони і складаються з аксіом не тільки тому, що ними визначаються, а й тому, що вводять картину реалізації самих аксіом: закони руху класичної механіки справедливі лише в інерційних системах відліку, які визначають один одного як системи, які рухаються інерційно по відношенню до абсолютному простору з часом. Слід враховувати, що абсолютний простір Ньютона виступав у його системі різних іпостасях: теологічний простір як чуття бога; простір картини світу як пустка; теоретичний простір як універсальна інерційна система відліку; емпіричний простір як відносний простір. Відповідно одна іпостась абсолютного простору, яка передує законам руху, а інша ними ж задається. У всякому разі, можна також визначити початковий статус абсолютного простору і часу – ящик в якому відсутні стінки і чиста тривалість. Це показано у відомих положеннях “Початок” Ньютона.
У межах механічної картини світу склалася корпускулярна (дискретна) модель світу. Матерія – речовинна субстанція, що складається з атомів та молекул. Атоми абсолютно непроникні, міцні, неподільні і характеризуються наявністю ваги та маси.

2. Концепція абсолютного часу і простору: простір постійно, тривимірно і не залежить від матерії; час залежить ні від матерії, ні від простору; час і простір ніяк не пов’язані з рухом тіл, вони мають абсолютний характер.

3. Рух – відносно просте механічне переміщення. Закони руху є фундаментальними законами природи. Тіла рухаються прямолінійно та рівномірно, а відхилення від такого руху і є дія на них зовнішньої сили. Універсальною властивістю тіл є така сила, як сила тяжіння, яка є далекодіючою. Принцип дальнодії запропонував Ньютон. І за його принципом, взаємодія тіл між собою відбувається миттєво різних відстанях, без будь-яких матеріальних посередників. Концепція далекодії була заснована на розумінні простору і часу як особливих середовищ, що вміщають взаємодіючі тіла.

4. Усі механічні процеси розглядалися законами механіки та підпорядковувалися принципу детермінізму. Детермінізм – це такий філософський підхід, який визнає лише об’єктивну закономірність та причинну обумовленість усіх явищ суспільства та природи, заперечення безпричинних явищ. Випадковість виключалася з цієї картини світу. Такий чіткий детермінізм знаходив своє вираження у вигляді динамічних законів. Динамічний закон – це закон, який керує поведінкою обраного об’єкта і дозволяє встановлювати точний зв’язок його станів. Динамічний закон, абстрагуючись від випадкових явищ, висловлює безпосередню потребу. Тому він відображає об’єктивну реальність з точністю, що виключає випадкові зв’язки.

5. Як основа механічна картина світу у XVIII – XIX ст. розробила небесну, земну та молекулярну механіку. Макросвіт і мікросвіт підкорялися тим самим механічним законам. Це й призвело до абсолютизації механічної картини світу, що розглядалася на той час як універсальна.
Принципова відмінність нового методу дослідження природи від раніше існуючого натурфилософского способу складалося, отже, в тому, що в ньому гіпотези систематично перевірялися досвідом.
Природничі науки, почавши вивчення матеріального світу з найбільш простих безпосередньо сприймаються людиною матеріальних об’єктів, переходять далі до вивчення складних об’єктів глибинних структур матерії, що виходять за межі людського сприйняття і несумірних з об’єктами повсякденного досвіду.
Застосовуючи системний підхід, природознавство не просто виділяє типи матеріальних систем, а розкриває їх зв’язок і співвідношення.
У науці виділяються три рівні будови матерії.
1. Мікросвіт – світ гранично малих, безпосередньо не спостерігаються мікрооб’єктів, просторова розмірність яких обчислюється від 10 – 8 до 10 – 16 см, а час життя – від нескінченності до 10 – 24 с.
Основні структурні елементи: молекули, атоми, елементарні частинки.
2. Макросвіт – світ макрооб’єктів, розмірність яких співвідносна з масштабами людського досвіду. Просторові величини виражаються в міліметрах, сантиметрах і кілометрах, а час – у секундах, хвилинах, годинах, роках.
Основні структурні елементи: тіла на Землі, Земля та інші планети, Зірки, гравітаційні й електромагнітні поля.
3. Мегасвіт – світ величезних космічних масштабів і швидкостей, відстань в якому вимірюється світловими роками, а час існування космічних об’єктів – мільйонами і мільярдами років.
Основні структурні елементи: Галактики, гравітаційні й електромагнітні поля.
І хоча на цих рівнях діють свої специфічні закономірності, мікро-, макро-і мегасвіті найтіснішим чином взаємопов’язані. Ні жорсткого кордону, однозначно розділяє мікро-, макро-і мегасвіті. При безсумнівному якісну відмінність вони пов’язані конкретними процесами взаємопереходів. Наша Земля являє макросвіт. Але в якості однієї з планет Сонячної системи вона одночасно виступає і як елемент мегасвіту.