Головна ⇒ 📌Довідник с фізики ⇒ Філософські висновки з механіки Ньютона

Філософські висновки з механіки Ньютона

ФІЗИКА

Частина 1 МЕХАНІКА

Розділ 2 ДИНАМІКА МАТЕРІАЛЬНОЇ ТОЧКИ

2.22. Філософські висновки з механіки Ньютона

У XV-XVII ст. під час зародження капіталістичних відносин у Західній Європі досягли значного розвитку промислове виробництво, військова справа і мореплавство. Господарчі та культурні зв’язки між різними країнами і поява друкарського верстата стимулювали наукове спілкування, обмін знаннями між народами. Це поставило перед наукою нові завдання і підготувало умови для їхнього розв’язання.

Щоб виконати ці завдання,

наука мала стати на шлях самостійного розвитку та систематичного експериментального дослідження природи. Початком такого дослідження була геліоцентрична система Коперника, яка прийшла на зміну космологічній системі Птолемея.

Розвиваючи геліоцентризм М. Коперника, Й. Кеплер відкрив основні закони руху планет навколо Сонця. Г. Галілей виявив також внутрішню суперечливість динаміки Арістотеля і розробив деякі її основні наукові принципи. Дослідження Г. Галілея в галузі динаміки і астрономії поклали початок упровадженню експериментального методу в природознавстві. Систематизуючи й узагальнюючи результати,

одержані Г. Галілеєм, Й. Кеплером та іншими своїми попередниками, І. Ньютон сформулював основні закони механіки. Ньютонівська фізична картина світу розглядалась не лише як основа для наукового пояснення явищ природи, а й як синтез наукових знань свого часу. Оскільки в ті часи механіка була головною наукою, наукове пояснення природи було механічним, а синтез наукових знань про природу ототожнювався або із самою механікою, або з механічною картиною світу. Як наслідок цього механічна картина світу іноді охоплювала такі явища, які фактично не належали до механіки. Вона була засобом механічного пояснення немеханічних явищ (теплових, електромагнітних) та основою для спроб побудувати механічні теорії цих явищ. Вважалось, що механічна картина світу в принципі здатна пояснити будь-яке явище природи. При цьому за ідеал наукового бралося пояснення, що виходить з простих і наочних механічних моделей.

У ньютонівській механіці простір і час розглядаються як об’єктивні форми існування матерії, але у відриві один від одного та від руху матеріальних тіл. І. Ньютон вважав, що тіла та їхні рухи аж ніяк не впливають на перебіг часу та властивості простору. Його погляди на матерію, простір і час, їхній взаємозв’язок суперечливі.

Крім відносного часу та відносного простору, які характерні для повсякденного життя, І. Ньютон вводить поняття абсолютного часу та абсолютного простору, що існують незалежно від процесів і тіл. Абсолютний простір за своєю суттю безвідносний до всього зовнішнього, залишається завжди однаковим, нерухомим. Абсолютний час сам по собі і за своєю суттю, без всякого відношення до чогось зовнішнього, плине рівномірно. Його називають ще тривалістю.

Абсолютний час і абсолютний простір існують незалежно від тіл і процесів у природі, незалежно один від одного. Взаємозв’язок між абсолютним простором та тілами, за Ньютоном, має такий характер: простір є необмеженим вмістилищем матеріальних тіл, в якому відбуваються процеси природи і яке існує як порожня місткість, що має в усіх напрямах однакові властивості. Ці погляди, що відокремлюють простір і час від матерії та один від одного, дістали свій конкретний вираз у “теорії далекодії”, яка грунтується на метафізичному відриві простору і часу від матерії, на визнанні порожнього простору, позбавленого матеріальних предметів і процесів. Захищаючи теорію далекодії, прихильники її заперечували нерозривний зв’язок простору, часу і матерії. Проте якщо немає порожнього простору, позбавленого будь-яких видів матерії та матеріальних процесів, то взаємодія між тілами відбуватиметься обов’язково за участю проміжного середовища, яке розділяє їх. При цьому вона передаватиметься з деякою скінченною швидкістю, а сигнал, що йде від одного тіла до іншого, спричинить у просторі, що оточує їх, певні матеріальні процеси, що потребують певного проміжку часу. В цьому полягає головна ідея теорії близькодії.

І. Ньютон був першим, хто сформулював повну систему принципів механіки і на їхній підставі побудував струнку будівлю цієї науки. Досягнення механіки Ньютона, а також його науковий авторитет майже на 200 років відвернули увагу вчених від недоліків його механіки. Серйозне критичне ставлення до механіки Ньютона з’явилося лише у другій половині XIX ст.

Після Ньютона механіка швидко розвивалась. Проте нічого принципово нового до фізичних основ механіки не було внесено аж до XX ст., коли положення змінилося з розвитком А. Ейнштейном теорії відносності. Теорія відносності підказала, а дослід підтвердив, що механіку Ньютона не можна застосовувати для описання руху частинок, швидкість яких наближається до швидкості світла у вакуумі. Дослід свідчить, що класичний підхід не можна застосовувати до вивчення явищ мікросвіту, точніше його застосовують до цього кола явищ обмежено. Адекватне описання явищ мікросвіту дає квантова механіка, яка істотно відрізняється від класичної.

Механіка Ньютона може характеризуватись як класична нерелятивістська механіка. Це означає, що вона вивчає повільні рухи макротіл. Релятивістська механіка є більш загальною теорією порівняно з механікою Ньютона. Остання міститься в ній як наближений граничний випадок. Релятивістська механіка переходить у механіку Ньютона у разі повільних рухів. Квантова механіка переходить у механіку Ньютона, якщо тіла мають досить великі маси і рухаються в силових полях, що плавно змінюються.

Умовно зв’язок механіки Ньютона з іншими розділами сучасної фізики подано в табл. 2.1.

Таблиця 2.1.

Механіка Ньютона	Теорія відносності Ейнштейна	Квантова механіка Шредінгера	Релятивістська квантова механіка Дірака та ін.

Примітка. М – маса тіла; ma – маса атома; υ – швидкість тіла; с – швидкість світла у вакуумі; h – стала Планка.

Отже, механіка Ньютона не втратила свого значення до цього часу. Відмовлятися від механіки Ньютона вимушені лише поза межами її застосовності, коли вона призводить або до неправильних, або до недостатньо точних результатів. Такими, наприклад, є задачі про рух заряджених частинок у прискорювачах, де слід використовувати рівняння релятивістської механіки, і про рух електронів у атомах, які розв’язуються за допомогою квантової механіки.