Механическая картина мира кратко

Обновлено: 03.07.2024

Естественнонаучная картина мира (ЕНКМ) – это система важнейших принципов и законов, лежащих в основе окружающего нас мира.

Механическая картина мира (МКМ).

Формирование МКМ происходило в течение нескольких столетий до середины XIX века под сильным влиянием взглядов выдающихся мыслителей древности: Демокрита, Эпикура, Аристотеля, Лукреция и др. Она явилась необходимым и очень важным шагом на пути познания природы.

Имена учёных, внесших основной вклад в создание МКМ: Н.Коперник, Г.Галилей, Р.Декарт, И.Ньютон, П.Лаплас и др.

Основные черты механической картины мира:

- все материальные тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном и хаотическом механическом движении. Материя – вещество, состоящее из неделимых частиц;

- взаимодействие тел осуществляется согласно принципа дальнодействия, мгновенно на любые расстояния (закон всемирного тяготения, закон Кулона), или при непосредственном контакте (силы упругости, силы трения);

- время – простая длительность процессов. Время абсолютно;

- всё движение происходит на основе законов механики Ньютона, все наблюдаемые явления и превращения сводятся к механическим перемещениям и столкновениям атомов и молекул;

- мир выглядит как колоссальная машина с множеством деталей, рычагов, колёсиков.

Достоинство МКМ состоит в том, что это первая научная картина мира.

В механистической картине мира задаются мировоззренческие ориентации и методологические принципы познания. Механицизм, детерминизм, редукционизм образуют систему принципов, регулирующих исследовательскую деятельность человека. Открывая законы, описывающие природные явления и процессы, человек противопоставляет себя природе, возвышает себя до уровня хозяина природы. Так человек ставит свою деятельность на научную основу, ибо он, исходя из механистической картины мира, уверился в возможность с помощью научного мышления выявить универсальные законы функционирования мира. Эта деятельность оформляется в рационалистическую. Безусловно, предполагается, что такая деятельность целиком должна основываться на целевых установках, принципах, нормах, методах познания объекта. Поступки (научные) и действия исследователя, основанные на предписаниях методического характера обретают черты устойчивого образа деятельности. В рассматриваемый период исследовательская деятельность в астрономии, механике, физике была достаточно рационализирована, а сами эти науки занимали лидирующее место в естествознании.

Картина мира — это целостная система концепций и теорий, наиболее развитых в тот или иной исторический период отраслей науки, идеи которых выдвигаются в качестве наиболее важных. Под отраслями науки имеются в виду в первую очередь дисциплины естествознания, но ими влияние науки на мировоззрение людей не ограничивается. Большое значение имеют социальные и гуманитарные науки.

Формирование именно научной картины мира началось с возрастания роли естествознания и математики. Ее эволюцию можно наглядно проследить: до XVI-XVII веков господствовала натурфилософская картина, затем ее сменила механическая, лидировавшая до середины XIX века. После она уступила термодинамической, а в XX веке на первый план вышли релятивистская и квантово-механическая картины мира.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Понятие механической картины мира

Механическая картина мира (МКМ) — первая физическая картина мира. Как уже упоминалось ранее, до нее преобладала натурфилософия, которая зародилась в Древней Греции. Для лучшего понимания особенностей МКМ следует кратко очертить эволюционную линию развития науки в целом.

Древняя Греция по праву считается родиной науки. Именно в Древней Греции ученые стали отделять науку от религии и мистики, то есть сделали ее рациональной, а также придали ей системность.

Однако исследования древних греков (Демокрита, Эпикура, Аристотеля, Лукреция и других) носили исключительно философский и умозрительный характер. Они не признавали эксперименты, считая, что опыты могут смутить разум исследователя некими иллюзиями. Например, Птолемей, говоря о преимуществах геоцентризма, заявлял, что если бы Земля двигалась, а не оставалась неподвижной, то некие силы уносили бы облака и птицы в западном направлении, а падающие предметы улетали бы в небеса. Подобных же явлений никто не наблюдал, значит, Земля неподвижна.

Общие теории Аристотеля и Птолемея легли в основу натурфилософской картины мира, которая пропагандировалась церковью в Европе. Как выяснилось впоследствии, они были ошибочны.

Становление МКМ тесно связано с отказом от прежних представлений. Ему способствовали многие ученые, даже если при жизни они не получили признания. Поговорим о некоторых из них.

Коперник до самой смерти боялся последствий своих открытий, поэтому при его жизни они не узнали широкого распространения. Однако позднее видные ученые, исследователи и философы (например, Ф. Энгельс) называли его работы поистине революционными.

Джордано Бруно первым заявил о том, что не только Земля не является центром Вселенной, но что Вселенная не имеет центра вообще. За свои взгляды он был сожжен.

Иоганн Кеплер, немецкий астроном, математик, физик и философ, был последователем Коперника и развил дальше его учение. В частности, он внедрил в науку следующие положения:

траектория движения планет вокруг Солнца имеет эллиптическую форму;
на разных промежутках вращения планеты имеют различную скорость, которая высчитывается математически;
сформулировал математически безупречные законы, по которым рассчитывалось движение небесных тел.

Галилео Галилей считается основоположником МКМ в ее чистом виде. Он первым установил, что представления Аристотеля, на которых основывалась картина мира тех времен (XVI — XVII века), ошибочны. Приведем конкретный пример.

В своих работах Аристотель опирался на понятие силы, которое ввел сам и к которому относятся три основных вида: тяга, давление и удар. Для описания естественного падения тела он вывел закон:

где V — скорость,

F — сила стремления тела к своему естественному месту,

w — сопротивление воздуха.

Согласно закону Аристотеля, скорость падения тела зависела от его массы.

Одна из многих заслуг Галилея заключалась в том, что он первый заявил о важности опытов в исследовании природных явлений и процессов, что ранее отрицалось. Так, Галилей в присутствии многочисленных свидетелей наблюдал, как с Пизанской башни падают тела различной массы (например, пуля и ядро). Таким образом, он выявил, что представления Аристотеля о зависимости скорости падения от массы ошибочны.

Также он вывел основные аксиомы МКМ:

Закон инерции: свободное движение на горизонтальной плоскости совершается с неизменной по величине и вектору скоростью.
Свободно падающее тело движется с постоянным ускорением.
Свободное падение тел равнозначно движению по наклонной плоскости, а горизонтальной плоскости соответствует закон инерции.
Внутри инерциальной системы механические процессы происходят так же, как и внутри покоящейся.

Мнение Ньютона о процессах в природе и Вселенной

Исаак Ньютон родился позже Галилея и унаследовал методологию, основанную на экспериментах. Благодаря этому, а также своему несомненному таланту, он усовершенствовал МКМ, описав основные положения классической механики, и определил развитие физической науки на несколько столетий вперед.

I закон, или закон инерции, обнаруженный еще Г. Галилеем.

II закон: сила, влияющая на тело в конкретный момент и в конкретном месте, меняет скорость, и это можно определить очень точно. В виде формулы это можно записать так:

III закон: тела действуют друг на друга с одинаковой силой, но противоположными векторами, то есть их воздействие носит взаимный характер. Формула этого закона такова:

IV закон: закон всемирного тяготения сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния:

\(Fгр = γ · mгр· M_гр/r_2,\)

где γ — гравитационная постоянная.

Основываясь на этом законе, Ньютон объяснил теорию сжатия Земли у полюсов, теорию приливов и отливов, движения комет, возмущения в движении планет.

Основные положения механической картины мира

Помимо аксиом Галилея и законов Ньютона, можно выделить следующие положения МКМ:

положение о материи;
положение о пространстве;
положение о времени;
положение о движении;
положение о взаимодействии.

Материя, согласно МКМ, — это вещество, состоящее из далее неделимых, абсолютно твердых движущихся частиц — атомов.

Пространство, по сравнению с натурфилософской картиной мира, является новым понятием, поскольку Аристотель не признавал существования пустого пространства. Ньютон выделял следующую классификацию пространства:

относительное, объясняемое пространственными отношениями между телами и их выявлением и измерением;
абсолютное, которое не связано со временем, и его свойства не зависят от того, присутствуют или отсутствуют в нем материальные объекты.

Согласно Ньютону, пространство обладает следующими признаками:

трехмерность (то есть размещение точки можно описать с помощью привычной нам системой координат);
непрерывность;
бесконечность;
однородность;
изотропность.

Время, как и пространство, Ньютон подразделял на абсолютное и относительное. Время обладает лишь одним направлением, в отличие от пространства: от прошлого к будущему, минуя настоящее.

Движение в МКМ — это изменение положения тела в пространстве с течением времени, то есть принято механическое определение.

Взаимодействие — это воздействие тел или частиц друг на друга, приводящее к изменению их движения.

Современная физика все многообразие взаимодействий сводит к четырем фундаментальным:

сильное;
слабое;
электромагнитное;
гравитационное.

Существуют также принципы МКМ:

Принцип относительности был впервые сформулирован Галилеем и заключался в том, что все инерциальные системы отсчета являются равноправными. В инерциальных системах Галилея время течет везде одинаково, а масса тела неизменна. Основной вывод Галилея заключался в следующем: опыты не в состоянии указать на различие между покоем и равномерным прямолинейным движением.
Принцип дальнодействия выработан представителями течения механистического материализма, который основан на понятии неделимого атома и пустого пространства: на взаимодействия между телами не влияет промежуточная среда.
Принцип причинности был разработан математиком Лапласом и заключался в том, что всякое существующее явление связано с предшествующим причинно-следственно.

Дальнейшее развитие физики и прочих естественных наук показало, что эти принципы неверны, однако нужно быть знакомым с ними для лучшего ознакомления со сменами парадигм в эволюции научных картин мира.

Все явления и процессы природы предопределены законами Ньютона – так считал французский ученый Симон Лаплас и разработал механический детерминизм. Однако развитие науки показало несостоятельность идеи Лапласа, так как законы Ньютона верны только в макромире.

М.К.М превратила многогранный мир в бесцветную схему, где нет ничего кроме движущихся тел, имеющих различные начальные условия: скорость и координаты. Данная теория утверждает неизменность природы. По ней звезды покоились неподвижно на своих местах. Земля, ее климат, рельеф оставались неизменными. Виды растений и животных были установлены раз и навсегда. Согласно М.К.М между микро- и макромиром нет принципиальной разницы, и все причинно - следственные связи считались однозначными и предопределенными. В середине XIX века накопился огромный мир фактов, связанных с электрическими и магнитными полями, качественным изменением и развитием объектов природы, которые невозможно было объяснить с позиции МКМ. В итоге от данной теории отказались, заменив ее электромагнитной картиной мира.

Первые знания о природе человек получил еще в первобытном обществе. Это были знания, выявленные в результате систематического наблюдения одних и тех же явлений и одних и тех же свойств предметов или полученные в результате жизненного опыта (дерево не тонет, камень тонет, огонь горячий, лед холодный и т. п.). Знания древних людей были ненаучными, они никак не систематизировались и не имели никакой теоретической базы, а касались только повседневных наблюдений и повседневного опыта.

В странах Древнего Востока (Месопотамия, Египет) знание имело более широкую форму, существовали науки, но они были сплетены воедино с мистическими и религиозными аспектами. Настоящей родиной естественных наук является Греция (VI–IV вв. до н. э.). Греческая наука была рациональна (не прибегала для объяснения фактов к помощи религии и мистики) и системна (стала классифицировать явления и объекты изучения).

Развитию науки способствовало особое устройство греческих городов-государств — с демократическими нормами жизни и изобилием общественных законов. Аналогичный способ организации был применен и в области знаний: если человеческое общество подчиняется законам, то и природа должна подчиняться своим законам. Особенности рабовладельческого способа производства дали в греческом обществе четыре приоритетных занятия — политика, война, искусство, философия; под философией и понималась зарождающаяся наука. Созерцательность и абстрактно-умозрительный взгляд на мир сформировали два основных принципа греческой науки: мышление понятиями и создание всеобъемлющих философских теорий.

Научные изыскания греков не имели практического значения, это было движение чистой философской мысли: планиметрия Гиппарха, геометрия Евклида, апории элеатов, диогеновский поиск сущности человека. Целью научного познания было изучение процесса превращения первоначального Хаоса в Космос. Так появились труды Фалеса, Анаксимандра, Гераклита, Диогена. Единственным инструментом познания они признавали человеческий разум. Греки достигли больших успехов в математике (Пифагор, Евклид, Платон), в учении об атоме (Демокрит, Левкипп), в учении о неуничтожимости материи (Эмпедокл), но естествознание как научную программу создал Аристотель.

В рассуждения Аристотель ввел понятие силы, к которому относятся три основных вида силы — тяга, давление и удар. Рассматривая сложное вращательное движение, он вывел определение момента силы, а для естественного падения тела вывел закон V = F / w, где V — скорость, F — сила стремления тела к своему естественному месту, w — сопротивление воздуха. Согласно закону Аристотеля скорость падения тела зависела от его массы. Эта точка зрения продержалась до времен Галилея. То есть тяжелые тела в силу своей массы устремляются к земле (естественному месту), а легкие тела из-за своей легкости устремляются к огненному эфиру, расположенному за слоем воздуха, высоко к небу, к огню.

Аристотель считал, что движение существует вечно и что первое движение в мире породил перводвигатель, под которым он понимал бога. Физическое взаимодействие он понимал как применение силы движущего к движимому (то есть действие сугубо одностороннее).

Представления Аристотеля о механике продержались до времени Галилея. Галилей создал новую механику, отвергающую принципы Аристотеля. Он установил физические законы для движения тел, ввел определения для силы, скорости, ускорения, равномерного движения, инерции, понятия средней скорости и среднего ускорения, впервые сопоставил понятие силы с математическим понятием вектора (при определении характера движения в зависимости от приложенной силы, он исходил из направления этой силы или взаимодействия сил), сформулировал четыре аксиомы механики (две о свободном падении, одна — по поводу инерции и одна по поводу относительности движения):

1. Закон инерции. Свободное движение по горизонтальной плоскости происходит с постоянной по величине и направлению скоростью.

2. Свободно падающее тело движется с постоянным ускорением, и конечная скорость тела, падающего из состояния покоя, связана с высотой, которая пройдена к этому моменту.

3. Свободное падение тел можно рассматривать как движение по наклонной плоскости, а горизонтальной плоскости соответствует закон инерции.

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

Принцип относительности он вывел в 1632 г. при помощи мысленных экспериментов, путем абстракции. Принцип предполагает, что траектория падающего тела отклоняется от вертикали из-за сопротивления воздуха и в безвоздушном пространстве тело упадет точно над точкой, из которой началось падение.

Физические законы для механической картины мира сформулировал Исаак Ньютон.

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

II закон: изменение импульса тела в единицу времени равно действующей на него силе и происходит в направлении ее действия. F = m_и·ā, где F — вынуждающая сила, ā — ускорение, m_и — инерциальная масса.

Второй закон Ньютона связывает изменение импульса тела (количества движения) с действующей на него силой и является ядром механики. Закон был революционным для своего времени, но неприменим в современной физике, так как Ньютон считал, что масса не зависит от скорости. Ньютон рассматривал массу как меру инертности, а ускорение и инерцию как равные по величине противодействия, направленные в противоположные стороны, то есть чем массивнее тело, тем меньшее ускорение можно ему придать.

III закон: силы действия и противодействия равны по величине и противоположны по направлению.

IV закон, сформулированный Ньютоном, — это закон всемирного тяготения: сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния:

F_гр = γ · m_гр· M_гр/r 2 , где γ — гравитационная постоянная.

Закон он вывел из допущения, что на Луну, движущуюся по земной орбите, и на камень, падающий на Землю, действует одна и та же сила: Луна тяготеет к Земле и силой тяготения постоянно отклоняется от прямолинейного движения и удерживается на своей орбите. Из этого допущения он рассчитал постоянную величину силы тяготения или гравитационную постоянную. Согласно современным расчетам, гравитационная постоянная:

G = (6,673 ± 0,003) ·10 -11 нм 2 кг -2 .

Ньютон придерживался воззрений механистического материализма (то есть стремился объяснить законы физики, исходя из объективного существования материи, пространства и времени), хотя был человеком религиозным в духе своей эпохи и даже на склоне лет написал теологическое сочинение. Пытаясь определить точнее методы своего подхода к научным исследованиям, Ньютон вывел четыре основополагающих принципа:

1. Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений (повторив знаменитый принцип бритвы Оккама).

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 выведенные из опыта, нужно считать верными, пока им не противоречат другие наблюдения.

Этот метод называется сегодня гипотетико-дедукционным и используется в современной физике.

Неизгладимый след оставил Ньютон не только в механике. Большое значение имели его исследования в области оптики, которые сразу же получили мировое признание и стали основополагающими на несколько столетий. Ньютон считал, что свет состоит из мельчайших частиц, которые он назвал корпускулами, так возникла корпускулярная теория света. Теория не объясняла некоторых явлений — например, интерференции и дифракции света, поскольку это волновые процессы.

Ньютон понимал неполноту корпускулярной теории и собирался объединить ее с волновой, что, собственно, произошло только в XX в., когда пришедшая на смену корпускулярной волновая теория тоже не смогла объяснить всех явлений.

Ньютон также сделал заявку на теорию возможности превращения тел в свет и света в тела, что было открыто учеными для сверхмалых частиц только в XX в., и теорию влияния тел на распространение света, что было экспериментально доказано Эйнштейном и легло в основу общей теории относительности. Большой заслугой последователей Ньютона было введение в физику методов интегрально-дифференциального исчисления и создание механической картины мира.

В основе механической картины мира лежала материалистическая теория, основывавшаяся на классическом атомизме, родоначальником которого был Демокрит. Для своего времени это, несомненно, была передовая и научная картина мира. В ее основу легли труды Галилея и Ньютона. Царившая прежде натурфилософская картина мира опиралась на наблюдение как на единственный метод изучения мира.

Механическая картина мира выдвинула на первый план эксперимент. Эксперименты стали сопровождаться математическим аппаратом, точными расчетами, а изобретение телескопа и микроскопа позволило заглянуть в миры, не соразмерные окружающему. Ньютон разработал законы классической механики для физики окружающего мира, Кеплер — законы небесной механики для Вселенной, Левенгук увел биологию к микроскопическим формам и т. п.

Развитие классической механики шло в двух направлениях:

1) как обобщение законов Галилея и исследований Кеплера;

2) как переход к новым методам количественного анализа механического движения. Материя в этой системе представлялась делимой только до уровня атома, пространство — пустым (очевидно, для возможности перемещения неделимых атомов), время — пустым и однонаправленным (от настоящего к будущему), движение — механическим (изменение положения тела в пространстве с течением времени); все взаимодействия сводились к трем законам механики и закону всемирного тяготения, к действию сил притяжения и отталкивания.

К принципам механической картины мира относятся принципы относительности, дальнодействия, причинности.

Принцип относительности был впервые сформулирован Галилеем и гласил, что все инерциальные системы отсчета являются равноправными и переход от одной системы к другой происходит с помощью специальных преобразований, разработанных Галилеем. В инерциальных системах Галилея время течет везде одинаково, а масса тела неизменна. Неизменное время с неизменной массой соответствует неизменной скорости, а если все указанные параметры неизменны, то силы в обеих системах одинаковы и все механические явления протекают одинаково. Вывод, который на основе рассуждений и вычислений делал Галилей, следующий: покой от равномерного прямолинейного движения невозможно отличить никакими опытами (соответствующими, естественно, механической картине мира).

Принцип дальнодействия был выработан в рамках механистического материализма с неделимыми атомами и пустым пространством: взаимодействие передается мгновенно, и промежуточная среда в передаче взаимодействия участия не принимает. Пустая среда, естественно, никакого участия в передаче взаимодействия принимать не могла, а тела рассматривались как материальные точки, которые под воздействием приложенной силы мгновенно перемещались в пустоте.

Принцип причинности был разработан математиком Лапласом и гласил: всякое имеющее место явление связано с предшествующим на основании того очевидного принципа, что оно не может возникнуть без производящей причины. Противоположное мнение есть иллюзия ума.

Принцип Лапласа был назван лапласовым детерминизмом и предполагал существование связей между явлениями на основе однозначных законов; он закрепился в механистической физике как принцип, что любую основополагающую связь между явлениями можно выразить физическим законом, существование сложных связей эта картина мира не понимала. Есть материя, есть механическое движение, есть для него причина, есть следствие. Осталось вывести закон.

Эти принципы превратились в ничто, когда стало ясно, что пространство между телами не пустое, что сами тела совсем не материальные точки, а обладают массой, что явления бывают сложные, несводимые к одной причине и одному следствию.

Механический материализм взял из греческой философии идею о материальности мира и его делимости до предельного порога — атомов. Материя считалась дискретной, и на первое место выступили понятия материальной точки и абсолютно твердого тела. По определению, материальная точка была математически абстрактным телом, размерами которого можно пренебречь, а абсолютно твердое тело, соответственно, системой материальных точек, расстояние между которыми всегда остается неизменным. Грубо говоря, материальное тело — это реальное тело, разделенное до предела, то есть атом, а абсолютно твердое тело — предмет, лишенный всех своих качеств и свойств.

Читайте также:

Механическая картина мира кратко

Понятие механической картины мира

Мнение Ньютона о процессах в природе и Вселенной

Основные положения механической картины мира

Оглавление