Главная Обратная связь

Дисциплины:






Класічная механіка і яе гістарычнае значэнне



Першы кагнітыўны феномен, у якім поўна і арганічна ўвасабляецца прыродазнаўства сучаснага тыпу, – гэта абгрунтаваная І.Н’ютанам тэарэтычная механіка. І зусім не выпадкова ёй надаецца звычайна эпітэт “класічная”: дзякуючы намаганням вялікага англійскага фізіка і яго наступнікаў яна атрымала ўзорна распрацаваную форму. Таму дадзеная навуковая канструкцыя была і застаецца эфектыўным інструментам для рашэння тэарэтычных і ўжытковых задач, звязаных з рухам макрааб’ектаў.

Класічная механіка выступае як канцэптуальна-метадалагічны і навукова-тэарэтычны сінтэз дасягненняў дан’ютанаўскай фізікі. Гэта зусім не азначае, аднак, што яна паўстала выключна на грунце развіцця навукі і навуковай метадалогіі. На яе ўзнікненне і развіццё паўплывалі, безумоўна, разнастайныя культурныя фактары. Пра гэта яскрава сведчыць шырокая палітра духоўных пошукаў Н’ютана, у якіх істотнае месца належала тэалагічным даследаванням і алхімічным практыкам. Х.Флорэс Коген лічыць, што сінтэз задзейнічаных у гэты час у рэвалюцыйных пераўтварэннях навуковага пазнання метадалагічных праграм быў дасягнуты вялікім англійскім фізікам праз пераадкрыццё “славутай – герметычнай у агульным і цэлым – канцэпцыі дзейных ва ўсёй прыродзе сіл”. Праўда, працягвае гісторык, ён пазбавіў іх спірытычна-магічных рысаў і “нястомна імкнуўся іх матэматызаваць”.

Увогуле, у творчасці Н’ютана надзвычай яскрава выяўляецца згаданы вышэй (гл.2.2) “рэзананс” навуковага і тэалагічнага дыскурсаў, што назіраўся падчас узнікнення навукі сучаснага тыпу. Н’ютан прытрымліваўся дэістычных перакананняў, згодна з якімі Бог стварыў Сусвет дасканалым і толькі раз-пораз умешваецца ў працэсы, што адбываюцца ў ім, каб скарэктаваць і нейтралізаваць выпадковыя адхіленні ад адпачаткова зададзенага парадку. Дэістычны светапогляд спалучаўся ў яго, аднак, са строгай навуковай метадалогіяй, з памкненнем да дакладнага матэматычнага аналізу здабытага эксперыментальным шляхам матэрыялу. Пры гэтым Н’ютан быў перакананы, што вынікі згаданага аналізу і атрыманага на яго аснове тлумачэння прыродных з’яў павінны выпрабоўвацца на новых эксперыментах і карэктавацца пры негатыўным зыходзе адпаведных выпрабаванняў. Да гіпатэтычных канструкцый, што не дапускаюць эмпірычнай праверкі, ён ставіўся ў найвышэйшай ступені адмоўна (“hipotheses non fingo”[11] – такім прынцыпам кіраваўся ён у сваёй даследчай дзейнасці). Усё, што выходзіла за межы дадзенай метадалагічнай схемы, адсоўвалася на перыферыю пошукаў і даследаванняў геніяльнага фізіка ў навуковай сферы (якой згаданыя пошукі, як вядома, не абмяжоўваліся). Такім чынам, у яго пазіцыі артыкулюецца грунтоўная сувязь выбудаванай матэматычным, дэдуктыўным спосабам тэорыі з досведам, з эксперыментамі і назіраннямі.



Упершыню асновы класічнай механікі былі выкладзеныя поўна і сістэматычна ў знакамітай кніжцы Н’ютана “Матэматычныя пачаткі натуральнай філасофіі”, якая выйшла ў свет у 1687 годзе. Пададзеная ў ёй тэорыя не была вольная ад дэістычных уплываў, якія выявіліся найперш у найгрунтоўнейшых яе палажэннях – палажэннях пра прастору і час. Н’ютан зыходзіў з існавання абсалютнай (сапраўднай) і адноснай прасторы, абсалютнага (сапраўднага) і адноснага часу (у сувязі з гэтым ён адрозніваў таксама абсалютны і адносны рух).

Абсалютную прастору ён лічыў бясконцай, гамагеннай, ізатропнай і нерухомай. Яна змяшчае ў сабе фізічныя аб’екты і ніяк не залежыць ад іх. Абсалютная прастора з’яўляецца матэматычнай, гэта значыць яна адэкватна апісваецца пры дапамозе матэматыкі (эўклідавай геаметрыі). Непасрэднае пачуццёвае яе ўспрыманне немагчымае, хоць яе існаванне, як лічыў Н’ютан, можа быць даказана апасродкаваным, эксперыментальным шляхам. І ён меркаваў, што яму ўдалося гэта зрабіць (у эксперыментах з сістэмамі, праз вярчэнне якіх фіксавалася ўзнікненне цэнтрабежных сіл, якое, на думку фізіка, дэтэктавала рух згаданых сістэм адносна абсалютнай прасторы і, значыцца, яе наяўнасць). Адносная прастора ўяўляе сабой рухомую частку абсалютнай. Яна ўспрымаецца непасрэдна ў яе дачыненні да іншых сістэм, аб’ектаў, іншых частак абсалютнага цэлага. Абсалютны час з’яўляецца адпаведнікам абсалютнай прасторы. Ён не залежыць ад тых падзей, што ў ім адбываюцца, ад прадметаў, што ў ім існуюць. Кожнае імгненне наступае ва ўсім Сусвеце адначасова, і адначасовасць мае абсалютны характар. У адрозненне ад абсалютнага адносны час выяўляецца ў канкрэтных вымярэннях, якія адбываюцца ў канкрэтных абставінах.

Парушыў ці не парушыў Н’ютан уведзеную ім для сваіх даследаванняў “забарону на гіпотэзы”, даводзячы пра існаванне абсалютнай прасторы і абсалютнага часу? У суб’ектыўным плане наўрад ці можна весці гаворку пра нейкае парушэнне, бо фізік, як указвалася вышэй, лічыў, што яму ўдалося ідэнтыфікаваць абсалютны рух, гэта значыць эмпірычна (няхай сабе і апасродкаваным чынам) абгрунтаваць згаданае існаванне. З аб’ектыўнага пункту гледжання, аднак, нельга не адзначыць адносную непаслядоўнасць Н’ютана. Пра гэта выразна сведчыць той факт, што ў ХХ ст. навука катэгарычна адмовілася ад згаданых ўяўленняў, якія, зрэшты, востра крытыкаваліся і ў папярэдні час. Непаслядоўнасць н’ютанаўскай пазіцыі ў дадзеным выпадку выяўляецца і ва ўжытых у ёй, як даводзілася вышэй, аргументах дэістычнага характару (абсалютная прастора як атрыбут Бога, як праява нязменнай боскай існасці).

Тым не менш можна дапусціць, што асноўны матыў, якім кіраваўся Н’ютан пры ўвядзенні паняццяў абсалютнай прасторы і абсалютнага часу, меў навуковы характар і дыктаваўся памкненнем да лагічнай і онталагічнай звязнасці яго тэорыі. Нерухомая прастора і час, што цячэ раўнамерна, выступаюць у ёй як умова магчымасці закона інерцыі, яе першага закона (што можа падацца, зрэшты, парадаксальным, бо з ім самым шчыльным чынам знітаваны надзвычай важны для класічнай механікі прынцып адноснасці). Паводле Н’ютана, менавіта праз іх наяўнасць прамалінейны раўнамерны рух як нармальны стан фізічнага аб’екта набывае сваю онталагічную легітымацыю.

Згодна са згаданым вышэй першым н’ютанаўскім законам (законам інерцыі) пэўная сістэма захоўвае стан спакою ці прамалінейнага раўнамернага руху, пакуль знешнія сілы не змусяць яе змяніць гэты стан. Неабходна адзначыць, што Н’ютан дапускаў магчымасць у пэўным сэнсе “абранага” аб’екта для суаднясення з ім руху механічных сістэм. Ён меркаваў, што адпаведную ролю могуць выканаць Сонца ці нерухомыя зоркі, з якімі можа быць звязаная грунтоўная сістэма адліку. Разам з тым унутры такой сістэмы адносна свабодна можна выбраць іншую, якая знаходзіцца ў спакоі ці рухаецца прамалінейна і раўнамерна у дачыненні да Сонца: пераход ад адной да другой здзяйсняецца пры дапамозе простых матэматычных аперацый з прасторавымі каардынатамі. Такога кшталту сістэмы былі названы пазней інерцыяльнымі (нямецкім фізікам Л.Ланге (1863-1936).

Згодна з класічнымі ўяўленнямі ўзаемадачыненні паміж інерцыяльнымі сістэмамі адліку цалкам і поўнасцю падпарадкоўваюцца прынцыпу адноснасці. Яны выступаюць як раўнапраўныя: грунтоўныя законы механікі маюць моц у кожнай з іх і не выяўляюць ніякіх адрозненняў пры пераходзе ад адной да другой. Той момант, што механічныя працэсы адбываюцца ў іх аднолькава, не дазваляе назіральніку, які знаходзіцца ўнутры нейкай з іх, з пэўнасцю вызначыць, пакоіцца яна ці рухаецца прамалінейна і раўнамерна. Таму яе стан можа быць вызначаны толькі адносна іншых сістэм адліку і будзе залежаць ад таго, якая з іх будзе абраная для выканання такой функцыі.

Такім чынам, у класічнай механіцы прамалінейны раўнамерны рух і спакой з’яўляюцца цалкам і поўнасцю раўнапраўнымі. У сувязі з гэтым пытанне пра тое, чаму цела рухаецца прамалінейна і раўнамерна, не мае ніякай перавагі перад пытаннем пра прычыны яго спакою. І згодна з першым законам Н’ютана абедзве з’явы маюць аднолькавую падставу – адсутнасць знешніх уплываў ці іх узаемную нейтралізацыю. (Сам Н’ютан, зрэшты, меркаваў, што кожнаму целу ўласцівая сіла інерцыі, якая змушае яго да прамалінейнага раўнамернага руху.) У такіх умовах цэнтральнае значэнне набывае праблема пераходу “ад спакою да руху і ад руху да спакою, гэтаксама як, у больш агульным плане, усялякае змяненне хуткасці”.

Грунт для рашэння дадзенай праблемы стварае другі (і асноўны) закон класічнай механікі, згодна з якім змяненне хуткасці аб’екта абумоўлена яго ўзаемадзеяннем з іншым аб’ектам. Уздзеянне аднаго цела на другое, якое мае месца пры іх узаемадзеянні, Н’ютан назваў сілай. Такім чынам, паскарэнне пэўнага аб’екта заўжды выклікаецца сілай, што ўздзейнічае на яго: чым больш моцнае дадзенае ўздзеянне, тым больш змяняецца хуткасць. Трэба мець таксама на ўвазе, што ў дадзеным выпадку істотнае значэнне мае і напрамак дзеяння сілы, бо ад яго залежыць напрамак далейшага руху цела, на якое яна ўздзейнічае, а значыцца і яго хуткасці, а таксама паскарэння. Акрамя таго, змяненне хуткасці аб’екта залежыць ад яго масы, якая ў дадзеным выпадку фігуруе як мера яго інертнасці (гэта значыць яго здольнасці супраціўляцца знешняму ўплыву). Таму паскарэнне тым большае, чым меншая яе велічыня.

Той момант, што ўздзеянне аднаго фізічнага аб’екта на другі ніколі не застаецца аднабаковым, што заўсёды мае месца іх узаемадзеянне, фіксуецца ў трэцім законе Н’ютана. Згодна з ім сілы заўжды дзейнічаюць у пары: уздзеянне пэўнай сілы з неабходнасцю спараджае роўнае па велічыні і процілегла скіраванае супрацьдзеянне. Дадзены закон разглядаўся навукоўцам як эквівалентны закону захавання імпульсу. Гэта дазваляе зрабіць выснову, што ён падтрымаў запачаткаваную Дэкартам (ці нават Галілеем ) і ў найвышэйшай ступені характэрную для навукі сучаснага тыпу традыцыю надання грунтоўнага статусу моманту захавання пэўных фізічных велічынь. Акрамя таго, дадзены закон – праз яго сувязь з законам сусветнага прыцягнення – меў істотнае значэнне для распрацоўкі Н’ютанам ягонага касмалагічнага праекта.

Н’ютанаўскія законы фігуруюць у класічнай механіцы як аксіёмы. Гэта азначае, што Н’ютан надаў навуцы пра рух аксіяматычную форму. У якасці ўзору такой арганізацыі навуковых ведаў для яго служыла антычная геаметрыя. Рух апісваўся і тлумачыўся ім, значыцца, пры дапамозе аксіяматычна-дэдуктыўных лагічных працэдур, а таксама пры дапамозе геаметрычных канструкцый .Разам з тым некаторыя даследчыкі яго творчасці адзначаюць, што такім (запазычаным у антычнай геаметрыі, сінтэтычным) метадам ён карыстаўся толькі пры выкладзе дасягнутых ім вынікаў. А вось у працэсе яго даследаванняў было задзейнічана адкрытае практычна адначасова ім самім і Г.В.Лейбніцам злічэнне бясконца малых велічынь. “Дыферэнцыяльнае злічэнне было пры гэтым у Н’ютана метадам для вызначэння ўсеагульных хуткасцяў на аснове дадзеных пройдзеных шляхоў, а інтэгральнае злічэнне, наадварот, метадам вызначэння пройдзеных шляхоў на аснове ўсеагульнага закона хуткасці”.

У працэсе далейшага развіцця класічнай механікі, аднак, ёй была нададзеная аналітычная матэматычная форма. Навукоўцы, якія распрацоўвалі адпаведныя яе фармулёўкі, выкарыстоўвалі, праўда, не н’ютанаўскую, а лейбніцаўскую версію дыферэнцыяльнага і інтэгральнага злічэння. Найгрунтоўнейшых вынікаў у гэтым плане дасягнулі Ж.Л.Лагранж (1736-1813) і У.Гамільтан. У аналітычнай механіцы Лагранжа звязаныя з механічным рухам праблемы зводзяцца “да ўсеагульных формул, простае развіццё якіх дае ўсе ўраўненні, неабходныя для рашэння” кожнай з іх. У гамільтанаўскай фармулёўцы класічнай механікі ўсе ўласцівасці механічнай сістэмы апісваюцца пры дапамозе адной функцыі. У ёй фіксуецца поўная механічная энергія сістэмы, гэта значыць гамільтанаўская функцыя выступае як сума яе кінетычнай і патэнцыяльнай энергіі. І, “калі яна вядомая, мы можам рашыць, прынамсі, у прынцыпе, усе магчымыя праблемы”, датычныя руху сістэмы . (такая – “кампактная і элегантная– фармулёўка класічнай механікі мела істотнае значэнне для далейшага развіцця фізікі ў цэлым.)

Такім чынам, у працэсе разгортвання класічнай тэорыі механічнага руху былі сфармуляваныя розныя яе матэматычныя версіі, якія з’яўляюцца эквівалентнымі адна адной. Узбагачаўся і ўдасканальваўся, аднак, не толькі яе матэматычны апарат, узбагачаўся і арсенал яе інтэрпрэтацыйных сродкаў і магчымасцяў. У дадзенай сувязі надзвычай важным з’яўляецца той момант, што “н’ютанаўскае паняцце сілы і гравітацыі спрыяла ў натурфіласофскім плане дынамічнаму атамізму, які зводзіў з’явы да сіл прыцягнення і адштурхоўвання паміж часткамі матэрыі”. Варта падкрэсліць, што творцы новага прыродазнаўства ўвогуле фаварызавалі атамістычную мадэль прыродных з’яў і працэсаў. Яны “знайшлі ў антычным атамізме неабсяжныя канцэптуальныя рэсурсы для таго, каб, з аднаго боку, пераадолець якасную фізіку Арыстоцеля, а з іншага, – каб абгрунтаваць механічную і матэматычную інтэрпрэтацыю прыроды”.

Такім чынам, паводле дадзенай версіі класічнай механікі (абагульненай у ХVIII cт. Р.Бошкавічам (1711-1787) і І.Кантам) матэрыяльныя часцінкі неабходна разглядаць у іх узаемадзеяннях, якія адбываюцца паводле механічных законаў і выступаюць як прычына ўсякіх змяненняў іх руху. Каб адказаць на пытанне пра тое, што рухаецца, г. зн. пра аб’ект, рух якога апісваецца, Р.Бошкавіч увёў паняцце матэрыяльнага пункта. Матэрыяльны пункт уяўляе сабой вынік ідэалізацыі, ідэальны аб’ект: у яго ёсць маса і няма памераў. Яго рэальным правобразам можа служыць любое фізічнае цела, памеры якога з’яўляюцца нязначнымі ў параўнанні з велічынёй яго перамяшчэння.

Сярод дзейных у прыродзе сіл найважнейшае значэнне ў класічнай механіцы надаецца сіле прыцягнення паміж фізічнымі целамі, пагрунтаванай на іх масах, – сіле гравітацыі. Яна тым большая, чым большыя масы аб’ектаў, што ўзаемадзейнічаюць, і тым меншая, чым большая адлегласць паміж імі. Надаўшы сіле гравітацыі ўніверсальны характар, Н’ютан здолеў давесці да лагічнага завяршэння першы вялікі сінтэз у гісторыі фізікі – аб’яднаць у адзінай тэарэтычнай схеме зямную механіку Г.Галілея і нябесную механіку І.Кеплера. І рух яблыка, які падае на Зямлю, і рух Месяца вакол яе выклікаюцца адной прычынай – яе прыцягненнем. Вялікі фізік не змог, аднак, растлумачыць феномен гравітацыі. Ён пастуляваў наяўнасць дадзенай сілы, надаўшы ёй уласцівасць імгненнага дзеяння на бясконцую адлегласць. У гэтым плане Н’ютан адышоў ад класічнага навуковага ідэалу, які патрабаваў тлумачэння фізічных з’яў на аснове непасрэднага ўздзеяння аднаго цела на другое (уздзеяння, што адбываецца праз ціск або штуршок).

Дадзены аспект н’ютанаўскай тэорыі належыць да самых слабых яе месцаў і цалкам справядліва выклікаў вострую крытыку з боку апанентаў вялікага англійскага фізіка. Трэба мець на ўвазе, аднак, што згаданы феномен наўрад ці мог быць рацыянальна растлумачаны на той час: ён знайшоў сваё навуковае тлумачэнне толькі напачатку ХХ ст. – ва ўсеагульнай тэорыі адноснасці. Н’ютан меркаваў, што ўніверсальнасць гравітацыі звязаная з прысутнасцю ў свеце Бога і з’яўляецца выяўленнем боскай магутнасці. Ён разумеў, аднак, што дадзенае меркаванне выходзіць за межы навуковага дыскурсу, і таму ўвогуле “адмовіўся ад публічнага вырашэння пытання” пра існасць гравітацыйных сіл.

Такім чынам, Н’ютан у сваёй тэорыі механічных працэсаў здолеў сінтэзаваць дасягненні даследчыкаў, што папярэднічалі яму. Ён аксіяматызаваў механіку. Пры гэтым роля аксіёмаў была нададзеная фундаментальным механічным законам. Паколькі цэнтральнае значэнне ў ёй набывае праблема змянення хуткасці, дык асноўным сярод іх з’яўляецца другі закон, згодна з якім згаданае змяненне абумоўлена ўзаемадзеяннем дадзенага аб’екта з іншым аб’ектам. У працэсе далейшага развіцця класічнай механікі яна атрымала аналітычную матэматычную форму. У выніку яна ператварылася ў надзвычай эфектыўны інструмент для рашэння задач, звязаных з рухам макрааб’ектаў. Сярод дзейных у прыродзе сіл найважнейшае значэнне ў класічнай механіцы надаецца сіле гравітацыі. Існаванне дадзенай сілы, аднак, не было вытлумачана ў яе рамках (навуковае тлумачэнне феномен гравітацыі атрымаў толькі напачатку ХХ ст.).

 





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...