Аркадий Липкин - Концепции современного естествознания. Часть 1. Науки о неживом (физика, химия, синергетика)

В заключение этой главы отметим, что в рамках эмпиристского взгляда на науку ответ на вопрос «Что такое физика (химия, биология)?» сводится к перечислению того, чем занимаются физики (химики, биологи). В данном курсе лекций развивается неэмпиристский взгляд на науку: наука определяется теми типами моделей, с помощью которых она описывает окружающий мир. Для физики это, во-первых, модель движения как переход физической системы из одного состояния в другое, а во- вторых – весьма ограниченный набор общих моделей, которые лежат в основе «первичных идеальных объектов» различных разделов физики. К ним прежде всего относятся ньютоновская модель частицы в пустоте и силы и декарто-эйлеровская модель непрерывной (сплошной) среды. Если сюда добавить вырастающие из последней модели силового поля и волны, то мы получим, по сути, весь спектр общих («архетипических») моделей, используемых в физике. При этом целостными единицами являются разделы физики, состоящие из ЯРН, задающих ПИО, и строимых из последних моделей (теорий) явлений. ЯРН задает (и выделяет) раздел физики.

Существует специфика «неклассической» физики XX в. В XX в. новые ЯРН и ПИО рождались из решения парадоксов, возникающих из столкновения новых и старых разделов физики (столкновение классической механики с электродинамикой порождает специальную теорию относительности, столкновение последней с теорией тяготения Ньютона ведет к общей теории относительности, столкновение волнового и корпускулярного описаний приводит к современной квантовой механике) 11 11 Отметим, что в XVII–XVIII вв. новые ЯРН и ПИО рождались из решения конкретных задач (описание падения тела у Галилея, вывод законов Кеплера у Ньютона), а в XIX в. – при наведении порядка среди эмпирических законов (электродинамика). . Другая ее особенность состоит в том, что модели квантовой механики и теории относительности активно используют модели классической физики, модифицируя их, а не создавая совершенно новые (см. «метод затравочной классической модели» в гл. 7).

Классическая механика складывается вокруг «первичного идеального объекта» (ПИО) – механической частицы (материальной точки, тела) в пустоте, обладающей массой, движущейся по определенной траектории с определенной скоростью, зависящей от действующих на нее сил и локализованной в пространстве 12 12 Исходно Ньютона, как и Галилея, интересовала вполне конкретная задача : построить теорию, из которой бы следовали кеплеровские законы движения планет. Решая ее, он создал свои знаменитые динамику (то, что сейчас принято называть ньютоновской, или классической, механикой) и теорию тяготения. .

Именно понятия частицы, обладающей массой (простейшей физической системы в классической механике), ее состояний, пустоты и силы, уравнение движения и связанные с ним математические образы составляют набор совместно определяемых понятий в рамках «ядра раздела науки» классической механики. К ним надо еще, правда, добавить соответствующие эталоны и процедуры измерений для входящих в это «ядро раздела науки» измеримых величин (расстояния (положения), времени, скорости) и инерциальной системы отсчета (и. с. о.), которые задаются явным образом.

Понятие пустоты и силы во многом аналогично понятиям пустоты и среды у Галилея. Пустота связана с выделенным «естественным» движением системы (равноускоренным у Галилея и прямолинейным и равномерным у Ньютона), а сила (подобно среде у Галилея) несет ответственность (является причиной) за отклонение от этого «естественного» движения. Так связаны между собой понятия частицы, пустоты и силы. С другой стороны, понятие частицы в механике неразрывно связано с понятием о соответствующем множестве состояний. Состояния, в свою очередь, связаны с уравнением движения, а также с математическими образами частицы-системы и ее состояний. В «ядро раздела науки» здесь входит и представление о движении как смене состояний.

Под состоянием частицы в механике имеется в виду значение векторных величин, характеризующих ее положение (x) и скорость (v). Это связано с тем, что из уравнений движения Ньютона (так называемых обыкновенных дифференциальных уравнений 2-го порядка) следует, что знания координаты и скорости тела в некий момент времени t достаточно, чтобы 1) ответить на вопрос о любой характеристике механического движения тела в этот момент (т.е. о производных от скорости любого порядка), а также 2) во все другие моменты времени при заданной силе F(t) (отсюда вытекает механический детерминизм). Поэтому значения и координат и скоростей всех тел (частиц), составляющих механическую систему, отвечают приведенному выше понятию состояния физической системы в классической механике.