Розов С.М. Концепции Современного Естествознания: курс лекций - файл n1.doc

Розов С.М. Концепции Современного Естествознания: курс лекций
скачать (14559.6 kb.)
Доступные файлы (2):
n1.doc11923kb.12.11.2009 02:09скачать
n2.pdf4034kb.15.01.2012 01:19скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13
КСЕ 2005–2008 .Психфак НГУ, Лекции. С.М. Розов

Введение. Предмет Естествознания

Естествознание – знание о природе, о естестве.

В средние века и до 16 века естествознание было представлено натурфилософией – общей философией природы. Общая философия природы существовала еще в древней Греции – это физика у Аристотеля (природа – физис).

Сейчас Естествознание – наука о природе как единой целостности, а также совокупность наук о природе, взятых как единое целое. С одной стороны, естествознание рассматривает единство природы, ее нерасчлененность, с другой — представляет из себя совокупность естественных наук, изучающих разные природные явления.

Естественные науки изучают микромир, макромир и мегамир: физика, химия, биология, география, геология, астрономия, космология, психология, а также множество наук на стыке дисциплин – астрофизика, физхимия, биохимия, биофизика и др.

Цель естествознания – решение «Мировых загадок», сформулированных в конце 19 века Эрнстом Геккелем:

По мере решения этих загадок возникают все новые вопросы и проблемы, - процесс познания бесконечен. Знание –это расширяющаяся сфера – по мере расширения круга нашего знания возникает все больше точек соприкосновения с неизведанным.

Задача естествознанияпознание объективных законов природы. Но тут возникает парадокс: в природе не существует никаких законов, их придумываем мы для лучшего понимания естественных процессов. Законы существуют исключительно в нашем разуме, а в природе же царят только взаимодействия.

Человек не является уникальным в смысле познания природы. Любое живое существо несет информацию об окружающем мире. – Тело любого червяка построено так, чтобы максимально соответствовать законам внешнего мира и получать от этого соответствия выгоду. Но это не заслуга червяка, а результат действия природных явлений – эволюции и отбора. Точно также, как вестибулярный аппарат млекопитающих, представляющий из себя три дуги с отолитами, расположенные в трех перпендикулярных плоскостях, является отражением трехмерного пространства, в котором мы живем.

У позвоночных, особенно млекопитающих начинается активный процесс познания природы. Это исследование окружающего мира органами чувств, приобретение навыков охоты, нахождения пищи, передача приобретенных навыков потомству – активное обучение.

Что такое познание? – Это отражение внешнего мира внутри себя, но уже не на уровне червяка – в элементах строения тела, а в сознательных образах или моделях. У животных – это только образы. Человек пошел дальше – он строит модели окружающего мира. Построение модели природного явления требует наличия языка – модель должна быть описана каким-то знаковым способом. В идеале – это язык математики. Простейшая модель познания – математическая инверсия, когда всем точкам за пределами, скажем, окружности устанавливаются соответствующие точки внутри окружности (человеческого сознания). Но здесь все зависит от выбора математического правила инверсии – далеко не при всех правилах внешний прямоугольный треугольник окажется прямоугольным при его отражении внутри окружности. Поэтому при неподходящем выборе правила мы можем не заметить суть явления, например, прозевать теорему Пифагора.



Видеть явление можно совершенно по-разному. Видение зависит прежде всего от той программы, которая внесена в нас в процессе обучения и воспитания. Реальные маугли, которые до 3-4 лет воспитывались животными, уже неспособны научиться человеческому языку и человеческому мировосприятию – в них уже заложена не та программа. Мы же все видим мир приблизительно одинаково потому, что получили очень близкое воспитание и обучение. Исходя из этой базисной программы, мы интерпретируем природные явления примерно одинаково.

Но: первобытные племена воспринимали гром и молнии как возмущение и гнев окружающей их, одушевленной природы; древние греки – как гнев бога Зевса, мы же сейчас видим в этом только проявление атмосферного электричества. Древние греки знали и другие проявления электричества – натертый янтарь притягивал пылинки и более крупные частицы. Отсюда и название электричества: electrum – янтарь. Но даже Аристотель не мог связать атмосферные проявления Громовержца-Зевса со странным поведением янтаря – одно было божественное, другое – из мира обычных вещей. Аристотелю просто не хватало для этого знаний.

Процесс познания чем-то очень напоминает известный всем психологам тест Роршаха: испытуемым предоставляется обширная чернильная клякса на листе бумаги, и их просят рассказать, что они в ней видят. Каждый испытуемый видит свое, в соответствии с программами, заложенными в него ранее. Ему предлагается нанести на рисунок точки, линии, чтобы визуализировать то, что он видит. Тогда следующий испытуемый, рассматривая чертеж, видит то же самое, и может конкретизировать его, нанеся еще и свои линии, и так далее. В результате возникает четкая картина (в нашей аналогии – картина действительности), но это вовсе не значит, что она верна. Все здесь зависит от первого испытуемого: правильно ли он провел начальные линии и учел ли все кляксы, другими словами, правильно ли он построил модель действительности, и исходил ли из правильных посылок?

Разное видение действительности. Аристотель, держа в руке тяжелый предмет, говорит: я препятствую его возвращению на свое место. Ньютон: я совершаю работу против сил гравитации. Эйнштейн: я препятствую проявлению искривления пространства-времени. Совершенно разное видение одного и того же явления!
Этапы познания природы. 4 стадии познания.

Первая стадия – натурфилософия. Синкретическое, нерасчлененное и недетализированное представление о природе как о чем-то целом и неразрывном. Здесь господствуют догадки, но не доказательства, наблюдения, но не эксперимент. Это продолжалось до 15 в. Это еще была не наука.

Вторая стадия – аналитическая наука. Это 16-18 века. Реальная наука начинается с гелиоцентрической системы Коперника, учения о бесконечности миров и отсутствии центра Вселенной Дж. Бруно, работами Тихо Браге по наблюдению планет, расчетами орбит планет Кеплера и экспериментами Галилео Галилея, а также теорией познания Рене Декарта и последующей рациональной механикой Ньютона.

Коперник, Бруно и Кеплер, а позже и Ч.Дарвин сокрушили господствующую ранее идею центральности человека во Вселенной.

Галилей опроверг ранее несокрушимого Аристотеля: тела с разными массами падают на Землю с одинаковым ускорением. Кроме того, Галилей впервые использовал телескоп, и открыл 4 спутника Юпитера, открыл, что Солнце тоже вращается, и земля вращается вокруг своей оси и вокруг солнца и не является центром Вселенной.

Галилей впервые ввел в науку эксперимент, сделав ее настоящей наукой.

На второй стадии происходило расчленение науки: физика, химия, биология. Шла дальнейшая дифференциация наук, исследователи вычленяли все большие частности, достойные отдельной науки.

Последствия – резкая дифференциация естественных наук. Преобладание эмпирических знаний. Теория почти на нулях. Преимущественное исследование предметов, а не процессов. Например, химия вплоть до 19 века исследовала только состав вещества, а не процессы и реакции. Статичность природы: вплоть до середины 19 века природа рассматривалась статичной, окостенелой, чуждой эволюции.

Третья стадия – Синтетическая. 19-20 вв – Воссоздание целостной картины природы на основе ранее иссследованных частей.

Сейчас – четвертая, интегрально-дифференциальная стадия. Новая задача: обосновать принципиальную целостность всего естествознания.

Переход к третьей и четвертой стадиям не исключает проявлений всех особенностей аналитического периода: Процессы дифференциации естественных наук только усиливаются, объем эмпирических исследований резко возрастает. Но все это происходит на фоне общих интегративных тенденций и рождения универсальных теорий, стремящихся вывести все разнообразие природных явлений из одного или нескольких общетеоретических принципов. Т.о., строгих границ между аналитической, синтетической и интегративной стадиями нет.
Теория Научных революций (Т. Кун, Лакатос, К. Поппер).

Стадии нормальной и экстраординарной науки. Понятие парадигмы – совокупности научных теорий, признаваемой всем научным сообществом в определенный период времени. Примеры парадигм: геоцентрическая система Птолемея, кислородная теория Лавуазье, теория эволюции Дарвина, теория атома Бора и др. Абсолютной истины нет, т.к. время идет, и парадигмы меняются.

Нормальная наука – принятая парадигма очерчивает круг проблем, имеющих смысл и решение. Все за пределами круга отбрасывается из рассмотрения. Парадигма устанавливает допустимые методы решения проблем. В задачи нормальной науки входит уточнение и распознавание подтверждающих фактов, установление количественных закономерностей, определение констант, совершенствование самой парадигмы. Нормальная наука – ремесло, требующее определенных умений и навыков, основа которого – необсуждаемая догма – парадигма. Критерий демаркации – непротиворечие новой теории существующей парадигме.

Экстраординарная наука, или научная революция. Со временем в наблюдаемых явлениях и теоретических построениях накапливаются аномалии, не укладывающиеся в парадигму, их число растет, отклонения от предсказаний «нормальной» теории резко возрастают, парадигма терпит крах, в науке наступает кризис. На развалинах старой парадигмы возникает масса новых гипотез, наука вступает в аномальную, экстраординарную фазу. Одна из новых гипотез успешно объясняет не только старые, но и новые данные, и становится началом новой парадигмы. Старая парадигма отбрасывается. Происходит научная революция, и наука опять вступает в нормальную фазу.


Методология научных исследований. Понятия методоло­гии и метода.

Методология – учение о структуре, логической организации, методах и средствах научной деятельности. Учение о принципах построения, формах и способах познания.

Метод – совокупность приемов и операций практической или теоретической деятельности. Это форма практического и теоретического освоения действительности, исходящая из закономерностей поведения изучаемого объекта.

Методывсеобщие, т.е. общечеловеческие приемы мышления, общенаучные методы и методы конкретных наук. В любой науке применяются все эти методы, кроме того, применяются методы из других наук: в биологии – физические и химические методы – биологические объекты подчиняются физическим и химическим законам.

Всеобщие методы – диалектический и метафизический – это общефилософские методы.

Диалектический – метод познания действительности в ее противоречивости, целостности и развитии, т.е. эволюции.

Метафизический – противоположен диалектическому, рассматривает явления вне их взаимной связи и развития. К началу 20 века метафизический метод практически вытеснен диалектическим.
Общенаучные методы.

Анализ - мысленное или реальное разложение объекта на составляющие его части.

Синтез - объединение познанных в результате анализа элементов в единое целое.

Обобщение - процесс мысленного перехода от единичного к общему.

Абстрагирование (идеализация) - В результате идеализации из рассмотрения могут быть исключены некоторые свойства, признаки объектов, которые не являются существенными для данного исследования: материальная точка, абсолютно твердое тело.

Индукция – распространение теории от частного к общему. Железо проводит электричество – все металлы электропроводны.

Дедукция - процесс аналитического рассуждения от общего к частному. Если исходные общие положения являются установленной научной истиной, то метом дедукции всегда будет получен истинный вывод.

Аналогия - вероятное заключение о сходстве двух предметов или явлений в каком-либо признаке, на основании установленного их сходства в других признаках. Аналогия с простым позволяет понять более сложное. Так, по аналогии с искусственным отбором лучших пород домашних животных Ч. Дарвин открыл закон естественного отбора в животном и растительном мире.


Моделирование - воспроизведение свойств объекта познания на специально устроенном его аналоге - модели. Модели могут быть реальными (материальными), например, модели самолетов, макеты зданий. фотографии, протезы, куклы и т.п. и идеальными (абстрактными), создаваемые средствами языка (как естественного человеческого языка, так и специальных языков, например, языком математики. В этом случае мы имеем математическую модель. Обычно это система уравнений, описывающая взаимосвязи в изучаемой системе.

Исторический метод подразумевает воспроизведение истории изучаемого объекта во всей его многогранности, с учетом всех деталей и случайностей. Логический метод - это, по сути, логическое воспроизведение истории изучаемого объекта. При этом история эта освобождается от всего случайного, несущественного, т.е. это как бы тот же исторический метод, но освобожденный от его исторической формы.

Классификация - распределение тех или иных объектов по классам (отделам, разрядам) в зависимости от их общих признаков, фиксирующее закономерные связи между классами объектов в единой системе конкретной отрасли знания. Становление каждой науки связано с созданием классификаций изучаемых объектов, явлений. Классификация - это процесс упорядочивания информации. В процессе изучения новых объектов в отношении каждого такого объекта делается вывод: принадлежит ли он к уже установленным классификационным группам. Существует специальная теория классификации - таксономия. Она рассматривает принципы классификации и систематизации сложноорганизованных областей действительности, имеющих обычно иерархическое строение (органический мир, объекты географии, геологии и т.п.). Одной из первых классификаций в естествознании явилась классификация растительного и животного мира выдающегося шведского натуралиста Карла Линнея (1707-1778). Для представителей живой природы он установил определенную градацию: класс, отряд, род, вид, вариация.
Методы эмпирического и теоретического познания



Наблюдение - целенаправленное, организованное восприятие предметов и явлений. Научные наблюдения проводятся для сбора фактов, укрепляющих или опровергающих ту или иную гипотезу и являющихся основой для определенных теоретических обобщений.

Эксперимент - способ исследования, отличающийся от наблюдения активным характером. Это наблюдение в специальных контролируемых условиях. Эксперимент позволяет, во-первых, изолировать исследуемый объект от влияния побочных несущественных для него явлений. Во-вторых, в ходе эксперимента многократно воспроизводится ход процесса. В третьих, эксперимент позволяет планомерно изменять само протекание изучаемого процесса и состояния объекта изучения.

Измерение - это материальный процесс сравнения какой-либо величины с эталоном, единицей измерения. Число, выражающее отношение измеряемой величины к эталону, называется числовым значением этой величины.
Формы научного знания.




Факт становится научным фактом, если он прошел строгую проверку на истинность. Факты - это наиболее надежные аргументы как для доказа­тельства, так и для опровержения каких-либо теоретических утверждений. Однако при этом надо брать не отдельные факты, а всю, без исключения, совокупность фактов, относящихся к рассматриваемому вопросу. В противном случае возникает подозрение, что факты подобраны произвольно.

Научные проблемы - это осознанные вопросы, для ответа на которые имеющихся знаний недостаточно.

Научная гипотеза - такое предположительное знание, истинность или ложность которого еще не доказана.

Категории науки - это наиболее общие понятия теории, характеризующие существенные свойства объекта теории, предметов и явлений объективного мира. Например, важнейшими категориями являются материя, пространство, время, движение, причинность и т.п.

Законы науки отражают существенные связи явлений в форме теоретических утверждений. Принципы и законы выражаются через соотношение двух и более категорий.

Научные принципы - наиболее общие и важные фундаментальные положения теории. Научные принципы играют роль исходных, первичных посылок и закладываются в фундамент создаваемых теорий. Содержание принципов раскрываются в совокупности законов и категорий.

Научные концепции - наиболее общие и важные фундаментальные положения теорий.

Научная теория - это систематизированные знания в их совокупности. Научные теории объясняют множество накопленных научных фактов и описывают определенный фрагмент реальности (например, электрические явления, механическое движение, превращение веществ, эволюцию видов и т.п.) посредством системы законов.

Главное отличие теории от гипотезы - достоверность, доказанность. Теория в строго научном смысле - это система уже подтвержденного знания, всесторонне раскрывающая структуру, функционирование и развитие изучаемого объекта, взаимоотношение всех его элементов и сторон.

Научная теория должна выполнять две важнейшие функции, первой из которых является объяснение фактов, а вторая - предсказание новых, еще неизвестных фактов и характеризующих их закономерностей.

Научная теория - одна из наиболее устойчивых форм научного знания, но и они претерпевают изменения вслед за накоплением новых фактов. Когда изменения затрагивают фундаментальные принципы теории, происходит переход к новым принципам, а, следовательно, к новой теории. Изменения же в наиболее общих теориях, приводят к качественным изменениям всей системы теоретического знания, в результате чего происходят глобальные естественнонаучные революции и меняется научная картина мира.

Научная картина мира - это система научных теорий, описывающая реальность.
Процесс научного познания.

Критерии истинности научного знания


В настоящее время, в силу ряда объективных причин в мире оказались весьма сильны антинаучные тенденции, представляющие собой заявку на понятное всем, четкое миропонимание, отличное от того, которое дает классическое естествознание. При этом в общественном сознании размывается грань между наукой и псевдонаукой, наукой и мистикой. В этих условиях важно знать критерии разграничения научных и псевдонаучных идей.


Механика Ньютона

Движение - одна из основных проблем естествознания


Развитие физики в 17-18 веках было подготовлено трудами, наблюдениями, идеями, догадками ученых античности и средневековья. Ньютон сам говорил, что своими успехами он обязан тому, что «…стоял на плечах гигантов». Ньютон создал динамику – учение о движении тел, которое вошло в науку также под названием «механика Ньютона». В самом начале нашего курса были сформулированы так называемые основные мировые загадки, одна из которых – проблема движения (причины, источники, законы движения).

Аристотель: движение — изменение положения тела в пространстве. Пространство, целиком заполнено материей, неким подобием эфира или прозрачной, как воздух субстанцией. Пустоты в природе нет («природа боится пустоты»). Место тела задается материей, которая непосредственно соприкасается с его поверхностью. Поэтому собственное, или истинное движение есть изменение места тела. При увлечении тела средой оно «собственно» покоится», и такое движение не требует никакой действующей на него силы в качестве причины движения. (Так лодка, плывущая по течению, находится «собственно» в состоянии покоя.) Аристотель рассматривает четыре причины движения:

Аристотель ввел понятия естественного и насильственного движений. В чем источник движения? – спрашивает он. Ведь сама материя косна, пассивна. Самодвижущееся тело должно, таким образом, иметь в себе источник движения. Для местных движений, т.е. движений в пределах Земли он вводит понятие «естественного места», стремление к которому заложено в каждом теле, совершающем «естественное движение». Для тяжелых тел таким естественным местом является Земля, а для легких – огонь, или расположенная над воздухом огненная сфера.

Понятие силы. В своих рассуждениях Аристотель использовал понятия силы, не давая ему строгого определения. Он различал три вида силы: тягу, давление и удар. Рассматривал он и более сложные виды движения, например, вращательное, и пришел к понятию момента силы F*r как причины вращения.

Для естественного падения Аристотель постулировал закон V=F/w, где V – скорость, F – сила стремления тела к своему естественному месту, w – сопротивление воздуха. Таким образом, при отсутствии сопротивления воздуха скорость падения тела является бесконечной. Следовательно, пустоты в природе нет. По Аристотелю, сила стремления тела к естественному месту пропорциональна его массе, т.е. тяжелые тела падают быстрее (утверждение, впоследствии опровергнутое Галилеем). Все это, считал Аристотель, справедливо для «естественного», т.е. в пределах Земли движения. Небесные же тела, по Аристотелю, стремятся к «совершенному» движению по окружности, поэтому для их движений не нужно никакой силы.

Механика Галилея как основа механики Ньютона


Известно, что Евклид строил свою геометрию, вводя вначале постулаты, аксиомы, определения. Подобным же образом действовал Галилей, создавая свою механику. Подобно тому как Евклид устанавливал соотношения в пространстве, Галилей выявлял характер движения тел. Он ввел определения силы, скорости, ускорения, равномерного движения, инерции, понятия средней скорости и среднего ускорения. Скорость он, в частности, определял как отношение пройденного пути к затраченному времени, а силу сопоставлял такому математическому понятию как вектор, т.е. пользовался практически современным научным языком.
Галилей сформулировал четыре аксиомы.

1-я аксиома (Закон инерции). Свободное движение по горизонтальной плоскости происходит с постоянной по величине и направлению скоростью. (Интересно отметить, что это утверждение никак не следует из опыта – ведь на практике мы видим постепенное замедление движения и Галилей использовал принцип идеализации, мысленный эксперимент).

2-я аксиома: свободно падающее тело движется с постоянным ускорением и конечная скорость тела, падающего из состояния покоя, связано с высотой, которая пройдена к этому моменту как V2 = 2gH.

3-я аксиома: свободное падение тел можно рассматривать как движение по наклонной плоскости, а горизонтальной плоскости соответствует закон инерции.

4-я аксиома (принцип относительности)

Внутри равномерно движущейся (т.н. инерциальной) системы все механические процессы протекают так же, как и внутри покоящейся.

Т.о. Галилей опроверг аристотелевские представления о движении.

Механика Ньютона


Исаак Ньютон (1643-1727), родившийся через год после смерти Галилея, унаследовал, таким образом, все методы, знания и новые идеи предыдущего поколения ученых и создал теорию, которая на два столетия (!) определила развитие науки. В своем основном труде «Математические начала натуральной философии», он обобщил открытия Галилея в качестве двух законов, добавив к ним третий закон и закон всемирного тяготения.

Ньютон: задачи физики состоят в том, чтобы по явлениям движения распознать силы природы, а затем по этим силам объяснить все остальные явления.

Законы механики Ньютона.

I закон, или закон инерции. Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока оно не будет вынуждено изменить его под действием каких-то сил.

II закон. Этот закон по праву является ядром механики. Он связывает изменение импульса тела (количества движения) с действующей на него силой , т.е. изменение импульса тела в единицу времени равно действующей на него силе и происходит в направлении ее действия. Так как в механике Ньютона масса не зависит от скорости (в современной физике, как мы впоследствии увидим, это не так), то

, где а – ускорение. Масса в этом выражении предстает как мера инертности. Нетрудно увидеть, что при постоянной силе воздействия ускорение, которое можно придать телу тем меньше, чем больше его масса.

III закон отражает тот факт, что действие тел всегда носит характер взаимодействия, и что силы действия и противодействия равны по величине и противоположны по направлению.

IV закон, сформулированный Ньютоном – это закон всемирного тяготения.

Логическая цепочка этого открытия может быть выстроена следующим образом. Размышляя о движении Луны, Ньютон сделал вывод, что она на орбите удерживается той же силой, под действием которой камень падает на землю, т.е. силой тяготения: «Луна тяготеет к Земле и силою тяготения постоянно отклоняется от прямолинейного движения и удерживается на своей орбите». Используя формулу своего современника Гюйгенса для центростремительного ускорения и астрономические данные, он нашел, что центростремительное ускорение Луны в 3600 раз меньше ускорения падения камня на Землю. Поскольку расстояние от центра Земли до центра Луны в 60 раз больше радиуса Земли, то можно предположить, что сила тяготения убывает пропорционально квадрату расстояния. Затем, на основе законов Кеплера, описывающих движение планет, Ньютон распространяет этот вывод на все планеты. («Силы, которыми главные планеты отклоняются от прямолинейного движения и удерживаются на своих орбитах, направлены к Солнцу и обратно пропорциональны квадратам расстояний до центра его»).

Наконец, высказав положение о всеобщем характере сил тяготения и одинаковой их природе на всех планетах, показав, что «вес тела на всякой планете пропорционален массе этой планеты», установив экспериментально пропорциональность массы тела и его веса (силы тяжести), Ньютон делает вывод, что сила тяготения между телами пропорциональна массе этих тел. Так был установлен знаменитый закон всемирного тяготения, который записывается в виде:

, где  - гравитационная постоянная, впервые определенная экспериментально в 1798 г. Г. Кавендишем. По современным данным  = 6,67*10-11НЧм2/кг2.

Важно отметить, что в законе всемирного тяготения масса выступает в качестве меры гравитации, т.е. определяет силу тяготения между материальными телами.

Важность закона всемирного тяготения состоит в том, что Ньютон, таким образом, динамически обосновал систему Коперника и законы Кеплера.

Инерциальная и гравитационная массы. Ньютон установил пропорциональность между массой и весом, что означало, что масса является не только мерой инертности, но и мерой гравитации. Ньютон отлично понимал важность этого факта. В своих опытах он установил, что масса инертная и масса гравитационная совпадают с точностью до 10-3. Впоследствии А. Эйнштейн, считая равенство инерционной и гравитационной масс фундаментальным законом природы, положил его в основу общей теории относительности, или ОТО. (Интересно, что в период создания ОТО это равенство было доказано с точностью до 5Ч10-9, а в настоящее время оно доказано с точностью до 10-12 .)

В третьей части книги Ньютон изложил Общую Систему Мира и небесную механику, в частности, теорию сжатия Земли у полюсов, теорию приливов и отливов, движения комет, возмущения в движении планет и т.д. на основе закона всемирного тяготения.

Утверждение Ньютона о том, что Земля сжата у полюсов, было экспериментально доказано в 1735-1744 гг. в результате измерения дуги земного меридиана в экваториальной зоне (Перу) и на севере (Лапландия) двумя экспедициями Парижской Академии наук.

Следующим большим успехом закона всемирного тяготения было предсказание ученым Клеро времени возвращения кометы Галлея. В 1682 г. Галлей открыл новую комету и предсказал ее возвращение в сферу земного наблюдения через 76 лет. Однако в 1758 г. комета не появилась, и Клеро сделал новый расчет времени ее появления на основе закона всемирного тяготения с учетом влияния Юпитера и Сатурна. Назвав время ее появления – 4 апреля 1759 г., Клеро ошибся всего на 19 дней.

На основе закона всемирного тяготения при анализе наблюдаемых «неправильностей» в движении Урана и предположения, что вызываются они влиянием неизвестной планеты 23 сентября 1846 г. Галле обнаружил новую планету. Так родились слова «Планета Нептун открыта на кончике пера».

Ньютоновская методология исследований


Ньютон был убежден в объективном существовании материи, пространства и времени, в существовании объективных законов мира, доступных человеческому познанию. Своим стремлением все в мире свести к механике Ньютон поддерживал т.н. механистический материализм (механицизм), являющийся разновидностью редукционизма. Ньютон верил в Бога, серьезно относился к религии, однако не искал сверхъестественных причин явлений природы и в ответ на вопрос клерикалов – мыслима ли материальная природа тяготения или тяготение представляет собой проявление божественной воли? – отвечал: «… я не указывал причины самого тяготения. Причину я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю».

Свой метод познания Ньютон характеризует следующим образом: «Вывести два или три общих принципа движения из явлений и после этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных принципов…» Под принципами Ньютон подразумевает наиболее общие законы, лежащие в основе физики. Впоследствии этот метод был назван методом принципов.

Требования к научному исследованию Ньютон изложил в виде 4-х правил.

1. Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений. (Этот принцип известен также как принцип «бритвы Оккама» по имени средневекового философа Оккама и означающий, что не следует привлекать дополнительные понятия, явления, причины («сущности») для объяснения явлений, если они могут быть объяснены известными причинами).

2. Одинаковым явлениям следует приписывать одинаковые причины.

3. Независимые и неизменные при экспериментах свойства тел, подвергнутых исследованию, надо принимать за общие свойства материальных тел.

4. Законы, индуктивно (т.е. путем обобщения), выведенные из опыта, нужно считать верными, пока им не противоречат другие наблюдения.

Поскольку принципы устанавливаются путем исследования явлений природы, то вначале они представляют собой гипотезы, из которых путем логической дедукции (сведения от общего к частному) получают следствия, проверяемые на практике. Метод Ньютона есть, по сути, гипотетико-дедуктивный метод, который в современной физике является одним из основных для построения физических теорий.

Метод Ньютона получил высокую оценку в методологических высказываниях многих ученых, в том числе А. Эйнштейна и известного советского физика С.И. Вавилова.

Оптика Ньютона – предвосхищение современной концепции о двойственной природе света


Ньютон занимался не только проблемами механики. Он – автор ряда работ по оптике, в которых поставил очень важный и сложный вопрос: «Не являются ли лучи света очень мелкими частицами, испускаемыми светящимися телами?» Утвердительный ответ на этот вопрос лежит в основе корпускулярной теории света (<лат. corpuscula - частица). Эта теория была безоговорочно принята последователями Ньютона и стала господствующей в оптике 18-го века, однако многие ученые с ней не соглашались. Ведь она не могла объяснить такие явления как интерференция и дифракция света, которые легко объяснялись на основе волновых представлений о природе света. К чести Ньютона, в ответ на поставленный вопрос он не был категоричен, и в теории света он хотел объединить корпускулярные и волновые (континуальные) представления. В этом проявилось величие Ньютона. Действительно, если 19-й век оказался триумфом волновой теории света, то в 20-м веке вновь была показана необходимость сохранить представление о свете как о потоке частиц – фотонов. Современная физика установила двойственную (корпускулярно-волновую природу света).

Ньютону принадлежат и другие гениальные идеи. Первая – о возможном превращении тел в свет и обратно. Ньютон писал: «Превращение тел в свет и света в тела соответствует ходу природы, которая как бы услаждается превращениями». В 1933-1934 гг. были впервые открыты факты превращения электрона и его античастицы – позитрона в гамма-кванты (фотоны), а также рождение электрона и позитрона при взаимодействии фотона с зараженными частицами.

Вторая идея – о влиянии тел на распространение света. «Не действуют ли тела на свет и не изгибают ли этим действием его лучей? – спрашивал Ньютон. Этот эффект был предсказан общей теорией относительности (ОТО) А. Эйнштейна в 1916 г. и подтвержден в 1919 г. во время солнечного затмения.

Дальнейшее развитие механики Ньютона связано с работами Л.. Эйлера (петербургского академика, 1707-1783гг.), французского механика Лагранжа и других ученых и сопровождалось проникновением в механику методов интегрально-дифференциального исчисления и поисками более общих принципов, чем принципы, сформулированные Ньютоном.

В результате работ многих ученых на основе механики Ньютона была создана механическая картина мира (МКМ).

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13


Введение. Предмет Естествознания
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации