1. Методологія сучасної фізики
Курс, що називається концепцією сучасного природознавства, не розрахований на поглиблене вивчення законів фізики, хімії та інших природничих наук. Звичайно для майбутніх економістів це не така вже й обов'язкова, але який викладач не сподівається на це.
Наша основна мета - знайомство з парадигмою (від грец. Paradeigma-приклад, зразок) сучасної науки.
Парадигма- сукупність теоретичних та методологічних передумов, що визначають конкретне наукове дослідження, які втілюються у науковій практиці на даному етапі.
Парадигма є підставою для вибору проблем, а також моделлю, взірцем для вирішення дослідницьких завдань.
З іншого боку метою цього курсу є формулювання загальних уявлень про тенденції та напрями розвитку природничих наук.
Протягом цього курсу ми познайомимося як пов'язана фізика з рештою природничих наук, як ставляться ці інші науки одна одній, та й що таке взагалі наука. Це допоможе нам "відчути" предмет природознавства.
Ви запитаєте: чому б відразу, на перших заняттях не сформулювати основні закони природи, а потім тільки показувати, як вони працюють у різних умовах? (як наприклад у геометрії: формулюють аксіоми, а потім роблять висновки)
Зробити це неможливо з двох причин:
По-перше, нам відомі не всі основні закони природи; навпаки, чим більше ми дізнаємося, тим більше розширюються межі того, що ми повинні пізнати!
По-друге, точне формулювання законів фізики пов'язана з багатьма незвичайними ідеями і поняттями, що вимагають свого опису настільки ж незвичайної математики. Тобто. потрібна чимала практика лише у тому, щоб розуміти сенс слів. (Наприклад у механіці: сила: імпульс: момент імпульсу.)
Тож вивчати закони природи нам доведеться поступово, крок за кроком.
Кожен крок у вивченні природи - це лише наближення до істини, вірніше до того що, що ми вважаємо істинною.
Все, що ми дізнаємося - це якесь наближення, бо ми знаємо, що не всі закони ми знаємо. Тобто. Все вивчається для того, щоб знову стати незрозумілим або в кращому випадку вимагати виправлення.
Принцип науки, майже її визначення, ось у чому: пробний камінь всіх наших знань - це досвід.
Досвід, експеримент – це єдиний суддя наукової істини.
А в чому джерело знань? Звідки приходять ті закони, які ми перевіряємо? Та з того ж досвіду; він допомагає нам виводити закони, у ньому таяться натяки на них.
А ще треба ще уяву, щоб за натяками побачити щось велике і головне, щоб відгадати несподівану, просту прекрасну картину, що встала за ним і потім поставити досвід, який переконав би нас у правильності здогадки.
Цей процес уяви настільки важкий, що відбувається поділ праці серед учених, які займаються вивченням природи.
Бувають теоретики - вони уявляють, тямлять і відгадують нові закони, але дослідів не ставлять.
І бувають експериментатори, чиє заняття в першу чергу – ставити досліди, а потім уявляти, розуміти та відгадувати.
Ми сказали, що закони природи – це наближення; спершу відкривають "неправильні" закони, а потім уже "правильні".
Але Як досвід може бути неправильним? Ну, по-перше, з найпростішої причини: коли у ваших приладах щось негаразд, а ви цього не помічаєте.
Але таку помилку легко вловити, треба лише перевіряти і перевіряти.
Ну, а якщо не прискіпуватися до дрібниць, чи можуть результати досвіду бути помилковими?
Можуть через бракточності.
Наприклад, маса предмета видається незмінною. Вовчок, що обертається, важить стільки ж, скільки лежить на місці. Ось вам і готовий закон: маса постійна і від швидкості не залежить.
Але цей "закон", як з'ясовується, не є вірним. Виявилося, що маса m із збільшенням швидкості зростає за наступним законом:
Цей закон виражає залежність маси від швидкості в релятивістській динаміці (розділ спеціальної теорії відносності).
де m - маса спокою частки (матеріальної точки, тобто її маса, виміряна в тій інерційній системі звіту, щодо якої частка перебуває в спокої.
v - швидкість цієї частки
c - швидкість світла у вакуумі
m-масу m часто називають релятивісткою масою. (або маса руху)
Однак, як видно з наведеної формули для помітного зростання маси частки потрібні швидкості, близькі до світлової.
Т.о. правильний закон такий: якщо швидкість предмета менша за 100 км/с, маса з точністю до однієї мільйонної постійна.
Ось приблизно в такій наближеній формі цей закон є вірним.
Можна подумати, що практично немає різниці між старим формулюванням та новим. І так і ні.
Для звичайних швидкостей можна забути про застереження і хорошому наближенні вважати законом твердження, що маса постійна.
Але на великих швидкостях ми почнемо помилятися, і тим більше, ніж швидкість вища.
Але найпрекрасніше, що із загальної точки зору будь-який наближений закон є абсолютно помилковим.
Наш погляд на світ вимагатиме перегляду навіть тоді, коли маса зміститься хоч на крапельку.
Це характерна властивість загальної картини світу, яка стоїть за законами.
Навіть незначний ефект іноді потребує глибокої зміни наших поглядів.
Так що ж нам потрібновивчити спочатку? Чи вивчати нам правильні, але незвичайні закони зі своїми дивними і важкими поняттями, наприклад теорію відносності, чотиривимірне простір - час тощо. ? Або ж почати з простого закону постійної маси?
Він хоч і наближений, зате обходиться без важких уявлень.
Перше, безперечне, приємніше, привабливіше; перше дуже спокушає, але з другого почати легше, і потім це перший крок до поглибленого розуміння правильної ідеї.
Це питання постає весь час, коли викладаєш природничі науки, насамперед фізику. На різних етапах курсу ми по-різному вирішуватимемо його, але на кожній стадії ми намагатимемося викласти, що саме зараз відомо з якою точністю, як це узгоджується з рештою і що може змінитися, коли ми дізнаємося про це більше.
Давайте перейдемо до нашої схеми, до нашого розуміння сучасної науки6 в першу чергу фізики, але також інших близьких до неї наук, так що, коли пізніше нам доведеться вникати в різні питання, ми зможемо бачити, що лежить в їх основі, чим вони цікаві і як вкладаються у загальну структуру.
Фізика глибоко проникла у таємниці природи; відкрила внутрішню будову атома та поставила на службу людства величезні запаси внутрішньоядерної енергії.
Розвиток сучасної фізики та астрофізики з особливою силою ставить питання, що потребують глибокого діалектико-матеріалістичного аналізу: про простір та час; про масу та енергію; про речовину та поле; про нестворюваність і про невчимність рухомої матерії, і її невичерпність; про кінцеве та нескінченне; про моделі всесвіту, що розширюється і "роздмухується"; про "великий" вибух; про "чорні діри" і т.д.
Всі ці питання пов'язані з розвитком матеріального світу, з пізнанням ще пізнаного.
Але длятого, щоб застосування діалектичного методу було успішним, необхідно глибоке знання специфіки явищ, що вивчаються, що під силу насамперед найактивнішим творцям нової фізики і в цьому насамперед бачити зміцнення союзу філософії та природознавства.
Філософія(від грец. phileo - люблю і sophia - мудрість) - наука про загальні закономірності, яким підпорядковується як буття (тобто природа і суспільство) так і мислення людини, процес пізнання.
Філософія є однією з форм суспільної свідомості, і визначається зрештою економічними відносинами суспільства.
Категорія (від грец. kategoria - висловлювання, свідчення) форми усвідомлення у поняттях загальних способів ставлення людини до світу, що відображають найбільш загальні та суттєві властивості, закони природи, суспільства та мислення.