3. Формирование механической картины мира Классическое естествознание

Континуальная программа Аристотеля: весь материальный мир состоит из непрерывной субстанции, находящейся в постоянном движении. Все объёкты Природы («существующие вещи») не возникают и не уничтожаются, а существуют вечно и проявляются в различных формах этой субстанции, преобразуясь из одной формы в другую. Каждая вещь состоит из двух начал – материи и формы. Аристотель – автор формальной логики - создал первую систематизированную науку о Природе – физику и определил движение как главное в Природе:… «незнание движения влечет за собой незнание Природы». А. ввёл понятие естественных и насильственных движений тел, причём причина естественных движений заложена в их природе. Насильственное движение объяснялось действием сил на тела и прекращалось, если сила переставала действовать. Через обсуждение причин и проблем движения, понимаемого как изменение вообще (изменения качественные и количественные, изменения в пространстве), были сформированы основные понятия и представления о движении, его причинах, относительности, просуществовавшие до XVII в. Аристотель вслед за Эмпедоклом предположил существование 4-х стихий: земли, воды, воздуха и огня, из смешения которых произошли все тела на Земле. Кроме материи и движения А. рассмотрел вопросы о пространстве и времени, о конечном и бесконечном, о причинности. У Аристотеля пространство – «пленум» (лат.полное) целиком заполнено материей, неким подобием эфира или прозрачной субстанцией. По Аристотелю пустоты в Природе нет логически: «Природа боится пустоты». Аристотелю принадлежит формулировка принципа природосообразности («всё целесообразно в Природе» - по сути одного из первых экологических законов) и закона корреляции: «Природа не может направлять один и тот же материал одновременно в разные места. Расщедрившись в одном направлении, она экономит на других … изменения в одном органе вызывают перемены в другом». Аристотель привёл два веских довода в пользу того, что Земля имеет форму шара, но полагал, что Земля неподвижна, а Солнце, Луна, звёзды и планеты вращаются вокруг неё по круговым орбитам («совершенное» движение по окружности, для которого не нужно никакой силы) – геоцентрическая система мироустройства. Геоцентрическая космология Аристотеля, впоследствии математически оформленная и обоснованная Птолемеем, заняла господствующее положение вплоть до XVII в. Основы гелиоцентрической системы мира создал Аристарх Самосский (310 – 250 г.г. до н.э.) путём геометрических построений. Его труд «Предположения» до нас не дошёл. О его идеях можно прочитать в труде Архимеда «Псаммит». Но авторитет Аристотеля был непогрешим и представления о гелиоцентризме были отложены до XVI – XVII вв. когда получили своё развитие в трудах Н.Коперника, Д.Бруно, Г.Галилея, И.Кеплера и др. В III в. до н.э. Евклид дал систему измерений – логическую схему геометрии в уникальном произведении в истории человеческой культуры – «Началах» (12 томов, обобщающих существующие знания), оказавшем огромное влияние на научную деятельность многих учёных, совершавших революции в естествознании: - Н.Коперник никогда не расставался с томом Евклида, - Г.Галилей прекрасно владел основами его геометрии, - И.Ньютон назвал свой фундаментальный труд по примеру Евклида «Начала натуральной философии». Геометрией Евклида был очарован А.Эйнштейн: «Мы почитаем Древнюю Грецию как колыбель западной науки. Там впервые создана геометрия Евклида – это чудо мысли… Тот не рождён для теоретических исследований, кто в молодости не восхищался этим творением». Мы вынуждены в естественнонаучном познании идти в направлении изучения от частного к общему, так как не располагаем возможностью наблюдать мир или явление в целом. Вместе с тем, объективное знание об изучаемом явлении, как целом, может быть получено при установлении взаимосвязей между отдельными открытиями и поиске первоначальных причин явления. Это объективное знание укладывается в единое полотно, связную картину описания Природы, которая и называется картиной мира. Первая картина мира сформировалась, благодаря систематизации существующего знания, выполненного одним из величайших мыслителей древности – Аристотелем(384 – 322 гг. до н.э.). В истории науки не найти ни одной фигуры, равной Аристотелю по широте охвата исследованных им областей знания, уровню новизны и глубины исследований в каждой из этих областей и степени влияния на последующее развитие научной мысли. Первым представителем математической физики был другой выдающийся ученый III – го века Архимед (287 – 212 гг. до н.э.), стремящийся воплотить законы механики (закон рычага, о центре тяжести, о плавании тел и др.) в действующие конструкции машин. Закон Архимеда изложен в сочинении «О плавающих телах», где путём логических рассуждений автор приходит к формулировке: «На тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной телом». Заложенные им основы гидростатики, получили развитие в XVI – XVII вв. Другие выводы Архимеда были подтверждены и развиты математиками и механиками XIX в. Архимед предложил гелиоцентрическую систему, в которой все планеты, в том числе и Земля, вращаются вокруг Солнца. Три основные научные программы античности лежат в основании науки, дальнейшее развитие которой, по сути, было развитием и преобразованием этих программ. Древнегреческая «натурфилософия» Фалес из Милета ок.625–547 гг. до н.э. Математик и астроном, обширные познания в геометрии, ввёл календарь (360 дней в году) Анаксимандр Милетский (ученик Фалеса) ок.610-546 гг. до н.э. Впервые высказал догадку о бесконечности миров и Вселенной; его считают составителем 1-й географической карты с применением прямоугольной проекции Анаксимен Милетский ок. 585-525 гг. до н.э. Сформулировал гипотезу, объясняющую затмения Солнца и Луны; обосновал фазы Луны Пифагор Самосский ок. 580-500 гг. до н.э. Философ и математик; теория гармонии, теория чисел; геометрия Платон 427 – 347 гг. до н.э. Ученик Сократа и учитель Аристотеля; создал Академию («не геометр да не войдет»); «знание математики необходимо каждому человеку»;ввёл термины «анализ» и «синтез»; первым обосновал метод доказательства от противного; создал методику решения задач на построение Демокрит 460 – 370 гг. до н.э. Ученик Левкиппа; заложил основы атомно-молекулярного учения; ввёл представление об атоме – неделимой частице вещества Аристотель 374 – 322 гг. до н.э. Философ и естествоиспытатель; в математике – предел и бесконечное; подошёл к решению проблемы рычага, задачи о сложении сил; автор формальной логики, создатель геоцентрической картины мира Аристарх из Самоса ок.310 – 250 гг.до н.э. Первая гелиоцентрическая система мироустройства Архимед ок.287 – 212 гг.до н.э. Математик, физик и механик Птолемей Клавдий (Александрия) ок.100 – 178 гг. н.э. «Большое математическое построение в астрономии в XIII книгах» (Альмагест): синтезировал все достижения астрономии и построил сферическую геометрическую модель мира; теоремы сферической геометрии. . Естествознание средневековья Альберт Великий XII - Теоцентризм : реальностью, определяющей всё сущее становится не Природа, а Бог; Фома Аквинский XII вв. наука выступает как служанка богословия. Научное лидерство переместилось из Европы на Ближний Восток Мухаммед-аль-Баттани 850 – 929 гг. Развитие астрономии, математики, оптики, химии Ибн Рушд 1126 – 1198 гг. Организация университетов Филокон Анфимий (Византия) Высокий уровень материального производства и финансирование науки государством Механика: ускорение свободного падения не зависит от тяжести; основы оптики кривых зеркал (огневой телеграф); развитие медицины,агрономии, коневодства: зоология, ботаника; красители, производство стекла Роджер Бэкон (Европа) 1210 – 1294 гг. Родоночальник эмпиризма: опыт, эксперимент, математика – краеугольные камни науки; законы отражения и преломления, изготовление оптических приборов –выпуклых стёкол, очков. Иордан Неморрарий 2-я половина XIII в. Начала эксперимента, разработка статики Архимеда, решение задач механики Томас Брадвардин 1290 – 1349 гг. Развитие математических методов в применении к естествознанию Истоки науки «нового времени» Леонардо да Винчи 1452 – 1519 гг. «опыт – достоверный источник знания; математик (равновеликие объёмы и площади); механик Николай Коперник 1473 – 1543 гг. Гелиоцентрическая система мира; теория движения планет вокруг Солнца; сферическая астрономия Джордано Бруно 1548 – 1600 гг. Взгляды о безграничности Вселенной и множественности миров Тихо Браге 1546 – 1601 гг. Астроном; развитие тригонометрии Иоганн Кеплер 1571 – 1630 гг. Интенсивность света обратнопропорциональна квадрату расстояния от источника; явление полного внутреннего отражения; законы движения планет; теория солн. и лунных затмений; причины приливов Галилео Галилей 1564 – 1642 гг. Основатель точного естествознания; разработал систему научного познания через опыт (эксперимент); сформулировал 4 аксиомы механики; дал определение понятиям – скорость, ускорение, инерция, средн. скорость, средн. ускорение Рене Декарт 1596 – 1650 гг. Заложил основы аналитической геометрии, ввел понятие переменной величины и функции; сформулировал три «закона природы» В огромной степени становление научного метода познания обязано универсальному гению Возрождения Леонардо да Винчи (1452 – 1519), который провозгласил: «Знание – дочь опыта!.. Пусты и полны заблуждений те науки, которые не порождены опытом, отцом всякой достоверности, и не завершаются в наглядном опыте, т.е. науки. начало и конец которых не проходят ни через одно из пяти чувств… опыт никогда не ошибается, ошибаются только суждения…Ни одно человеческое исследование не может называться истинной наукой, если оно не прошло через математические доказательства» (цит. по Свиридов В.В.Конц. совр. Ест.: Учеб. пособие. – 2-е изд. – СПб.:Питер, 2005. – с.38) Френсис Бекон в своём главном сочинении «Новый органон» (1620) писал: «наш путь и наш метод состоят в следующем: Мы извлекаем не опыты из опытов, а причины и аксиомы из практики и опытов, а из причин и аксиом – снова практику и опыты, как вкрные истолкователи природы…Лучше же всего продвигается вперёд естественное исследование, когда физическое завершается в математическом» (цит. по Свиридов В.В.Конц. совр. Ест.: Учеб. пособие. – 2-е изд. – СПб.:Питер, 2005. – с.38)» В 1634 г. Р.Декарт закончил свою первую программную книгу под названием «Мир». Затем появились «Рассуждения о методе…»(1637); «Размышления о первой философии…»(1641); «Начала философии»(1644), где сформулированы главные тезисы Декарта: - Бог сотворил мир и законы Природы, а далее Вселенная действует как самостоятельный механизм; - в мире нет ничего, кроме движущейся материи различных видов; - материя состоит из элементарных частиц, локальное взаимодействие которых и производит все природные явления; - математика – мощный и универсальный метод познания Природы, образец для других наук. Влияние Декарта было обусловлено еще и тем фактом, что 17 век, названный «веком гениев», или «веком философов», был веком культа Разума, точнее веком, в котором начинался культ Разума, когда человек открывал перед собой безбрежность научного познания, когда, как всегда бывает в начале пути, мыслилось, что Разум может все, что человек, открывая при помощи своего мышления законы природы и собственной мысли, может познать весь мир. Разуму представлялось открытым все: и Природа, и человеческая душа — может быть, за исключением лишь Божественной природы, хотя многие философы-богословы и здесь пытались найти рациональные объяснения. Родоначальниками современной науки считаются Френсис Бекон (1561 - 1626), Галилео Галилей (1564 - 1642), Уильям Гарвей (1578 - 1657) – позднее средневековье – которые осознали необходимость органического единства опыта и теории, индукции и дедукции. Классическое естествознание Г.Галилей, Р.Декарт Исаак Ньютон 1642 – 1727 гг. Физик, механик, астроном, математик;основные законы механики; закон всемирного тяготения; оптика; теория; дифференциальное и интегральное исчисления Роберт Бойль 1627 – 1691 гг. Элементы, как составляющие единицы простых и сложных тел Готфрид Вильгельм Лейбниц 1646 – 1716 гг. Математик, философ, физик, языковед; разработал дифференциальное и интегральное исчисления; ввел понятие функции, абсциссы, алгоритма,ординаты, координаты, дифференциала, дифференц. уравнений; знаков дифференц.и интегралов Пьер Лаплас 1749 – 1827 гг. Астроном и математик; ввёл логическую символику; автор детерминизма – концепции, признающей объективную закономерность и причинную обусловленность всех явлений природы и общества Карл Линней Ж.Бюффон 1707 – 1778 гг. 1707 – 1788 гг. Системы классификации растительного и животного мира А.Л. Лавуазье 1743 – 1794 гг. Закон сохранения массы в химических процессах Ж.Б.Ламарк Э.Ж.Сент-Ипер 1744 – 1829 гг. 1772 – 1844 гг. Попытки сформировать единый взгляд на многообразный мир живых существ; гипотеза о механизме эволюции Я.М.Шлейден 1804 – 1881 гг. Создание клеточной теории Ю.Р.Майер Д.П.Джоуль 1818-1889 гг. Закон сохранения и превращения энергии Ч.Р.Дарвин 1809 – 1882 гг. Эволюционное учение а также – основы теории химического строения, химическая термодинамика, электромагнитная теория, периодический закон и Периодическая Система элементов и соединений, научная физиология и множество других открытий. Наряду с величайшими открытиями с начала XIX в. широкое распространение получает сеть институтов, академий; наука входит в тесный контакт с техникой. Одной из центральных проблем становится синтез знания, поиск путей единства наук. Итак, основы современной науки – точного естествознания были заложены в XVII в., благодаря Н.Копернику, Г.Галилею, И.Кеплеру, И.Ньютону. Большое влияние на развитие естествознания оказала новая астрономическая система Н.Коперника, которую расширил и углубил Джордано Бруно: в работах «Пир на пепле»(1584 г.); «О причине, начале и едином»(1584 г.); «О бесконечности, вселенной и мирах» (1584 г.); «О неизмеримом и неисчерпаемом»(1591 г.) – изложено учение о материальном единстве мира, бесконечного в пространстве и времени. Дж. Бруно сожжён как еретик 1 февраля 1600 г. в Риме на Площади Цветов, но эта бесчеловечная акция не могла остановить прогресс науки и на научном горизонте уже взошла звезда Галилея. Г.Галилей реализовал экспериментальный метод на практике. Придав ему такие современные черты как - создание идеализированной модели реального процесса; - абстрагирование от несущественных факторов; - многократное повторение опыта… Г.Галилей был самым знаменитым сторонником системы Н.Коперника. Он первым применил телескоп (1608 г.) – 32-кратное увеличение – для астрономических наблюдений. Галилей обнаружил на поверхности Луны горы и долины; Млечный Путь оказался огромным скоплением звёзд, невидимых без телескопа. Наблюдения за пятнами на поверхности Солнца позволили Галилею установить, что оно вращается вокруг своей оси. Галилей выявил характер движения тел; ввел определение понятий: силы, скорости, ускорения, равномерного движения, инерции, понятия средней скорости и среднего ускорения. Галилей сформулировал принцип (аксиома), который впоследствии был назван законом инерции – 1 аксиома: тело либо находится в состоянии покоя, либо движется, не изменяя направления и скорости своего движения, если на него не производится какого-либо внешнего воздействия. Это было огромное естественнонаучное и мировоззренческое открытие! 2 аксиома: свободно падающее тело движется с постоянным ускорением. 3 аксиома: скорость свободного падения тел не зависит от их массы. 4 аксиома: во всех инерциальных системах законы механики одни и те же (принцип относительности). Галилеевская физика рассматривает мир как некий «объект», и всё описание идёт извне, «со стороны», наблюдатель не принадлежит объекту. Галилей выработал условия дальнейшего прогресса естествознания - разработал систему научного познания через опыт, научный эксперимент, вооружённый математическим знанием разум и устранил различие между физическим и математическим рассмотрением явлений. Высокую оценку астрономическим наблюдениям Галилея дал один из крупнейших математиков и астрономов конца XVI – начала XVII века Иоганн Кеплер. Кеплер сформулировал 3 закона движения планет, на которых основывалось открытие И.Ньютоном закона всемирного тяготения. Это открытие окончательно утвердило величие, созданной Коперником гелиоцентрической системы мира и завершило вторую естественнонаучную революцию, которую называют «ньютоновской». В начале XVII века У.Гарвей заложил начала научной биологии, когда в 1628 г. вышла его книга «Исследование о движении сердца и крови у животных», в которой представил экспериментальные доказательства того, что артерии и вены являются частями замкнутого круга кровообращения, по которому кровь циркулирует под воздействием мощного насоса – сердца. Гарвей впервые серьёзно применил математику в науке о живом: он вычислил количество крови, проходящей через сердце за час. Получилась величина, сравнимая с весом человека. Итак, в XVII в. научный метод приобрёл все свойственные ему основные черты, включая систематическое использование математики и эксперимента. И.Ньютон впервые создал единую механику всех земных и небесных те с общими для них законами инерции, динамики, действия и противодействия, а также взаимного тяготения. Ньютон по-настоящему занялся проблемой тяготения в 1665 г. После многочисленных расчётов он приходит к твердому убеждению, что движением планет, Луны и всех тел, падающих на Землю, управляет одна и та же сила, под общим названием тяготение. Ньютоновское тяготение универсально. Силы, действующие на Земле, в научной лаборатории и в Космосе – одни и те же. Лишь один аспект теории был неясен – природа силы гравитационного взаимодействия. Её Ньютон оставил на рассмотрение потомкам. В 1798 г. Генри Кавендиш (1731–1810 гг.) с помощью крутильных весов измерил G – универсальную гравитационную постоянную (6,6710-11 нм2кг-2) Изданный в 1687 г. на средства его друга главный труд И.Ньютона «Математические начала натуральной философии» заложил основы современной теоретической физики. «По убедительности аргументации, подкреплённой математическими доказательствами, книга не имеет себе равных во всей истории науки. В математическом отношении её можно сравнить только с «Началами» Евклида, а по глубине физического анализа и влиянию на идеи того времени – только с «Происхождением видов» Ч.Дарвина. Она сразу же стала библией новой науки…как источник дальнейшего расширения изложенных в ней методов» Дж. Бернал. Переводчик «Начал» на русский язык акад. Алексей Николаевич Крылов (1863 - 1945), известный кораблестроитель, математик и механик писал: «В сочинении Ньютона все было ново: начиная с аксиом или законов движения и кончая величайшим законом Природы – законом всемирного тяготения, математически выведенном из законов планетарных движений, данных Кеплером». И.Ньютон - грандиозное и удивительное явление в истории науки Астроном и геофизик Э.Галлей (1656 – 1742 гг.) о Ньютоне: «никогда ещё ничего подобного не было создано силами одного человека». Можно сказать, что «Ньютон подобен некоторому узлу, в котором сошлись нити прошлых веков и из которого берут начало нити, протянувшиеся в будущие века. До Ньютона механика только ещё создавалась, после Ньютона она уже существует.» В 1736 г. – «Механика» Леонарда Эйлера (1707 – 1783 гг.), где ньютоновская механика излагается аналитически на языке алгебраических формул (сам Ньютон пользовался языком геометрии, его механику иногда называют векторной механикой). В 1788 г. появилась «Аналитическая механика» Жозефа Луи Лагранжа (1736 – 1813 гг.). Лейбниц, Леонард Эйлер, Лагранж, Г.Гамильтон (1805 - 1865) развили аналитическую механику, которая позволила решать более сложные задачи. Работами И.Ньютона в естествознании начат этап формирования научной теории и завершилась вторая научная революция Как результат 2-й естественнонаучной революции сформировалась механическая картина мира, при которой вся Природа в целом рассматривалась как гигантская механическая система – аналог часового механизма –функционирующая по законам классической механики, в которой все последующие состояния точно и однозначно определяются предыдущим состоянием, т.е. жёстко детерминированы. Случайность целиком исключалась из явлений природы – все механические процессы подчинялись жёсткому детерминизму (закономерной, необходимой взаимосвязи, полной определённости). Такая абсолютизация классической механики стала основой философского учения – механистического детерминизма (Пьер Лаплас (1749 - 1827); Анри Пуанкаре (1854 - 1912) – франц. математики, физики и философы). Основополагающим вопросом любой картины мира является вопрос о материи и видах её существования. В механической картине мира материя представлялась дискретной вещественной субстанцией (атомизм). Атомы – неделимы. Движение – основное свойство частиц. Законы движения (механики) – фундаментальные законы мироздания. Мера инертности – масса, неизменное свойство вещества (так как тело содержит одно и то же число атомов, независимо от того находится тело на Земле, луне или в космическом пространстве). Под инерцией тела понимают свойство любого тела сопротивляться изменению своего состояния движения. Вес проявляется как сила тяжести, действующая на тело. Следовательно, вес может меняться, масса остаётся неизменной. Масса и вес связаны соотношением: P = mg, где g – ускорение свободного падения, определённое для места его измерения. Механика Ньютона рассматривает движение в рамках заданных параметров x, y, z, t. К числу физических законов Ньютона относятся следующие: 1.Закон инерции (принцип инерции Галилея). 2.Закон влияния действующей силы F и инерционной массы mинерц физического объекта на получаемое ускорение a: 3.Закон равенства сил действия и противодействия. 4.Закон всемирного тяготения, устанавливающий зависимость сил гравитационного взаимодействия между физическими объектами от их гравитационных масс и квадрата расстояния между ними: Где G – гравитационная постоянная, равная 6,672∙10-11н∙м2/кг2. Анализ основных законов классической механики показывает, что количество вещества, образующее массу тела во втором законе выступает в качестве меры инертности, а в четвёртом законе – как силообразующий фактор. Тождественность массы инерционной и массы гравитационной с точностью до 12-го знака после запятой была установлена в 1971г. в результате многочисленных и сложных, в условиях гравитационного поля Земли, экспериментов группой российских физиков под руководством В.Б.Брагинского. Под силой понимается физическая величина, определяющая взаимодействие тел. F = m = = ; mυ = p Отклонения от прямолинейного равномерного движения всегда связаны с внешним воздействием – действием силы. Сила тяготения является универсальным свойством тел. Взаимодействие тел происходит по принципу дальнодействия, то есть мгновенно на любом расстоянии без материальных посредников. Эта концепция предполагает пространство вмещающее взаимодействующие тела и существующее всегда. Время существует независимо от материи. Сама Вселенная бесконечна в пространстве и времени и неизменна со дня её сотворения. В этом мире присутствие человека ничего не меняет. Жизни и Разуму не отводится никакой качественной особенности. В механической картине мира все причинно-следственные связи однозначны и выражаются динамическими закономерностями (за вероятностями скрываются однозначные закономерности). Что же даёт нам классическая механика в построении единой картины мира? Основой мировоззрения стала концепция единой механической сущности природы. Принцип классического детерминизма нашёл своё крайнее выражение в идее мирового дифференциального уравнения Лапласа. Это некое гипотетическое уравнение описывает движение всех составляющих Вселенную частиц и их взаимодействие. Задав начальные условия, можно точно определить положение каждой из частиц в любой момент времени, т.е. предсказать будущее мироздания и описать прошлое. Мировые линии, согласно Д’Аламберу и Лагранжу, уходят и в прошлое и в будущее. Итак, основные принципы механической картины мира: 1. Мир построен на законах Ньютона. Всё объясняется механикой атомов, их перемещением, столкновением, взаимодействием и т.д. Все виды энергии на основе закона сохранения и превращения энергии сводятся к энергии механического движения. 2. В основе механической картины мира лежит геометрия Евклида. 3. Микромир аналогичен макромиру, управляется одними и теми же законами. Живая и неживая природа построены из механических деталей, имеющих разные размеры и сложность. 4. Незыблемость Природы объясняется отсутствием качественных изменений, все изменения чисто количественные. Развитие отсутствует. В таком подходе время – просто параметр движения, оно абсолютно и одинаково во всех системах независимо от их движения, т.е. всегда t = -t. 5. Ньютон считал, что если бы материя исчезла, то остались бы только пространство (вместилище) и время. 6. Мир – объект. Его описание идёт извне, т.е. наблюдатель не «принадлежит» объекту. 7. Тяготение передаётся мгновенно и на любые расстояния. 8. Все причинно – следственные связи – однозначные. Наличие случайности обусловлено лишь невозможностью учесть все влияющие факторы, все детали сложного механизма Природы. По сути механическая картина мира являлась метафизической – в ней отсутствовали внутренние противоречия, всё происходящее в мире представлялось жёстко предопределённым, детерминированным - всё многообразие мира сводилось к механике. Тем не менее, сформировавшаяся классическая механика, основанная на дифференциальном и интегральном исчислении, открытых законах движения, решала сложные задачи интенсивно развивающейся в то время техники. С использованием её принципов и законов стали объяснять и успешно описывать различные процессы и явления как в Космосе, так и на Земле, в живых и неживых системах. Но к концу XIX в. формируется электромагнитная картина мира с появлением понятия континуальной – непрерывной материи, понятия поля. Две концепции – механическая и электромагнитная существовали параллельно и подобная ситуация в науке требовала разрешения. Фундаментальные физические законы неразрывно связаны в современном знании с представлениями и законами симметрии. Е.С.Фёдоров (1853 - 1919), Г.В.Вульф (1863 - 1925), А.В.Шубников (1887 - 1913). Основные законы симметрии П.Кюри, 1890 г.: 1.Когда какие-либо причины порождают некоторые эффекты, элементы симметрии причин должны обнаруживаться в этих эффектах. (Симметрия причин предполагает неизбежное возникновение симметрии следствий). 2.Когда какие-либо эффекты проявляют некоторую диссимметрию (несимметричность), то эта диссимметрия должна обнаруживаться и в причинах, их породивших (диссимметрия следствий имеет в своей основе диссимметрию причин) . 3.Положения, обратные этим двум, как правило, несправедливы. Все основные формы симметрии проявляются в кристаллическом состоянии: - зеркальная симметрия – симметрия отражения; - поворотная симметрия – центральная симметрия; n = 360/a; - трансляционная симметрия –симметрия повторения. И стория математического описания симметрии вытекает из разделов высшей алгебры и связана с именем выдающейся женщины-математика Эмми Амалии Нётер (1882 – 1935). В 1918 г. Нётер доказала фундаментальную теорему, носящую теперь её имя, которая утверждает, что существование любой конкретной симметрии – в пространстве, времени, степенях свободы элементарных частиц и физических полей – приводит к соответствующему закону сохранения. Причём из этой же теоремы следует и конкретная структура сохраняющейся величины. По выражению Фейнмана «среди наиболее мудрейших и удивительнейших вещей в физике эта связь – одна из самых интересных и красивых». Всякое равенство вида называется интегралом движения. Для замкнутой системы с n степенями свободы всего существует независимых интегралов движения. Если считать в уравнениях движения новыми переменными, не зависящими от , то полный набор уравнений движения запишется в виде , (1) причем для замкнутой системы время здесь войдет только в виде явно выписанных дифференциалов. Поэтому, исключая из этих уравнений dt, мы получим уравнений, не содержащих времени. Их интегрирование приведет к интегралам движения. Среди всех интегралов движения особое значение имеют аддитивные или асимптотически аддитивные интегралы движения, для которых существует специальное название – законы сохранения. Если рассмотреть две системы, находящиеся очень далеко друг от друга, то физически очевидно, что процессы в одной системе совсем никак не должны влиять на движение другой. Поскольку ничто не мешает рассматривать две такие системы как две части (I и II) единой общей системы, то реализовано условие асимптотической аддитивности, которое заключается в следующем: если некоторая система (I + II) разделяется на две подсистемы таким образом, что минимум расстояния между материальными точками разных подсистем , то ее функция Лагранжа распадается на сумму функций Лагранжа обеих подсистем: . (2) Законы сохранения имеют глубокое происхождение, связанное с инвариантностью описания механической системы относительно некоторой группы преобразований времени и координат. Теорема Нётер утверждает, что для системы дифференциальных уравнений, которые могут быть получены как уравнения Эйлера из некоторого вариационного принципа, из инвариантности вариационного функционала относительно однопараметрической непрерывной группы преобразований следует существование одного закона сохранения. Если группа содержит l параметров, то из инвариантности функционала будет следовать существование l законов сохранения. Наличие входящих в требуемую теоремой Нётер группу преобразований симметрии зависит от природы физической системы. Для замкнутых систем действие должно быть инвариантным относительно семипараметрической группы преобразований – одного параметра, зависящего от сдвига по времени; трех параметров зависящих от пространственных сдвигов и трех параметров зависящих от вращения пространства. Следовательно у всякой замкнутой системы должны существовать 7 сохраняющихся величин, отвечающих указанным преобразованиям. Если система такова, что она допускает еще и другие преобразования симметрии, то сохраняющихся величин может оказаться больше.

Похожие:

	Из журнала «Естествознание в школе» 2004. №3 Ляпцев А. В, Процессы... Цель урока: Вырабатывание единой естественнонаучной картины мира; научиться анализировать		Формирование целостной естественнонаучной картины мира в процессе... Проблема: Формирование целостной естественнонаучной картины мира в процессе изучения информатики в условиях модернизации и информатизации...
	Конспект непосредственно образовательной деятельности: познание (Формирование... Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Образовательная деятельность: формирование целостной картины мира, расширение кругозора
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Образовательная деятельность: формирование целостной картины мира, расширение кругозора		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Образовательной программы: «Формирование целостной картины мира, расширение кругозора детей»
	Анализ деятельности мбоу тс сош №2 за 2011-2012 учебный год Формирование у обучающихся целостной картины мира на основе глубоких и всесторонних знаний основ наук		Познание: Формирование целостной картины мира. «Легенда о двух половинках» Включает 30 заданий (А1-А30). К каждому из них даны 4 варианта ответа, из которых только один правильный
	Российской федерации Целями освоения дисциплины «Астрономия» являются : формирование современной астрономической картины мира; знакомство с основными...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Образовательные области «Коммуникация» и «Познание. Формирование целостной картины мира, расширение кругозора»
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Интеграция образовательных областей: «Познание» (формирование целостной картины мира, расширение кругозора детей) «Коммуникация»		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Интеграция: «Коммуникация», «Познание. Формирование целостной картины мира, расширение кругозора», «Социализация», «Художественное...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Воспитательные: продолжить формирование химической картины мира, формирование навыков поведения обучающихся в коллективном, групповом...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Интеграция образовательных областей: «Познание» (формирование целостной картины мира), «Художественное творчество» (рисование), «Музыка»,...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Интеграция образовательных областей: «познание», «формирование целостной картины мира, расширение кругозора», «коммуникация», «художественное...		«Концепции современного естествознания» Самостоятельное освоение предмета предполагает понимание его места и роли в современной жизни, формирование у будущих бакалавров...