CC BY
22
УДК 531.31
ОГРАНИЧЕНИЯ НЬЮТОНИАНСКОЙ НАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА
К. С. Романович, Э. К. Тонян Научный руководитель - А. А. Снежко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: elin01tonyan88@mail.ru
Показаны особенности ньютонианской (механистической) научной картины мира и ее ограничения, связанные с разными масштабами реальности, релятивистскими эффектами и сильной гравитацией.
Ключевые слова: классическая механика, пространство, время.
LIMITATIONS OF NEWTONIAN SCIENTIFIC WORLD PICTURE
K. S. Romanovich, E. K. Tonyan Scientific Supervisor - A. А. Snezhko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: elin01tonyan88@mail.ru
The paper contains features of the Newtonian (mechanistic) scientific picture of the world and its limitations associated with different scales of reality, relativistic effects and strong gravity.
Keywords: classical mechanics, space, time.
Ньютонианская картина мира зародилась в XVII в., когда И. Ньютон создал механику - первую в строгом смысле научную теорию, получившую название классической механики. Она, как тогда считалось, претендовала на описание всех законов представлявшейся тому времени реальности.
Научная картина не появилась из воздуха, она являлась результатом наблюдений многих ученых на протяжении не одной сотни лет. Помимо Ньютона, значительный вклад в становление теории внес итальянский физик Галилео Галилей (1565-1642). Он подошел новаторски к остро тогда стоявшей проблеме описания движения физических тел и придумал гениальные по своей простоте опыты, позволяющие экспериментально проследить, что на самом деле происходит с ускоряющимися телами. Никогда экспериментальная проверка происходящего не являлась основным методом решения проблем «натурфилософии», поэтому сама идея проведения физических экспериментов была в то время по-настоящему радикальной [1].
Галилею удалось накопить достаточный объем экспериментальной информации о равноускоренном движении. В переводе на язык математических символов равноускоренное движение описывается следующими уравнениями:
v = a ■ t, d =
a ■ t2
2
где а— ускорение, V— скорость, d — расстояние, пройденное телом за время t.
Галилею также удалось определить ускорение свободного падения g тела на поверхности Земли. Именно его первопроходческий труд и способствовал последующим триумфальным открытиям Ньютона и формированию классической механики в её общеизвестном виде [1].
Секция «Концепции современного естествознания»
Классическая механика, а вместе с ней и ньютонианская научная картина мира, достигли в течение двух столетий таких огромных успехов, что многие физики XIX века не сомневались в их достоверности. Считалось, что для объяснения любого физического явления требуется свести его к механическому процессу, подчиняющемуся законам Ньютона. Пьер Симон Лаплас сформулировал принцип железного детерминизма, способного механическими закономерностями спрогнозировать и доказать предопределенность всех природных процессов. Но, с развитием науки стали известны новые факты, не укладывающиеся в рамки ньютоновской механики. Они получили свое объяснение в новых теориях - специальной теории относительности и квантовой механике. Тем не менее, развитие науки не перечеркнуло классическую механику, а лишь показало ее ограниченную применимость [2].
В классической механике, также как и в рассматриваемой картине мира, в результате абстрагирования (например, сведения к материальной точке тел, рассматриваемых в задачах) остались только свойства пространства, характерные для макромасштаба реальности, то есть непосредственно наблюдаемого нами. Следовательно, пространство в данной картине непрерывно и трехмерно. Эти свойства не зависят от масштаба и характерны и для макро-, и для микро- и мегамас-штаба реальности. Неоднородность и неизотропность реального пространства в виду их исчезающей малости обнаруживается только в мегамасштабе, поэтому для макромасштаба эти свойства невозможно наблюдать и при становлении ньютонианской научной картины мира ими пренебрегали [3].
Таким образом, в отличие от реального пространства, для ньютонианского пространства характерны однородность и изотропность. Количественные следствия такого упрощения для макромасштаба реальности являются величинами второго порядка малости и их можно не учитывать, авот качественные изменения имеют радикальный характер, так как однородность пространства ньютонианской модели лишает его «особенностей», каких-либо ориентиров [3].
Время в ньютонианской картине познания считается абсолютным и однородным. Оно проявляет себя во всех закономерностях этой модели только как длительность, то есть характеризует простую продолжительность процессов. В неявной форме время также является мерой устойчивости. Смысл этого заключается в том, что время может служить критерием устойчивости определенного состояния объекта, в течение которого оно сохраняется или наблюдается неизменным [3].
Следствием такой ограниченности только длительностью процессов всех темпоральных качеств в описываемой картине мира является нечувствительность закономерностей, описывающих эти процессы в рамках ньютонианского подхода, к изменению направления времени. В классической механике и всей классической физике время нечувствительно к замене знака перед ним на противоположный, что эквивалентно повороту времени назад [3].
Отсутствие особенностей в пространстве и однородность времени этой картины мира не оставляет возможности выбрать общее для всех наблюдателей, «абсолютное» положение для системы отсчета. Следствием этого является порождение относительности пространственных, временных, а значит, и всех остальных отношений и измерений, поскольку положение системы отсчета в этом случае выбирается из соображений удобства. Относительность движения проявляется в изменении количественных характеристик движения при изменении положения системы отсчета. Наиболее общую форму эти представления получили в принципе относительности Галилея: «во всех инерциальных системах отсчета законы механики одинаковы» [3].
Также стоит отметить, что пространство и время в ньютонианской научной картине мира считаются независимыми друг от друга.
Современная наука позволяет рассуждать о природе бытия на совершенно ином уровне. В 1905 г. ньютоновские представления о пространстве и времени А. Эйнштейн подверг радикальному пересмотру. Результатом явилось создание «механики больших скоростей» или, как ее называют, релятивистской механики [2]. При создании теории для неинерциальных систем отсчета, Эйнштейн разработал общую теорию гравитации. Так, создающие сильные гравитационные поля объекты провоцируют искривление пространства, делая его неевклидовым и способствуя замедлению течения времени [4].
Таким образом, чем сильнее гравитационное поле, тем более медленно в нём протекает время, по сравнению с течением времени вне поля. Данные эффекты позднее были подтверждены в экс-
периментах с искривлением луча света вблизи солнца. В XX веке, таким образом, побеждает диалектико-материалистический подход к проблеме существования пространства и времени [4].
Библиографические ссылки
1. Уравнения равноускоренного движения [Электронный ресурс] URL: https://elementy.ru/ trefil/9/Uravneniya_ravnouskorennogo_dvizheniya/ (дата обращения 10.04.2019).
2. Савельев И. В. Курс общей физики, т. 1. Механика. Молекулярная физика: Учебное пособие, 1982. [Текст]/ (дата обращения 10.04.2019).
3. Концепции современного естествознания, В. П. Жереб, А. А. Снежко. [Текст]/ (дата обращения 10.04.2019).
4. Пространство и время в классической механике [Электронный ресурс] URL: https://spravochnick.ru/fizlka/mehanlka/prostranstvo_l_vremya_v_klasslcheskoy_mehanlke/#problema-prostranstva-i-vremeni-v-klassicheskoy-mehanike/ (дата обращения 10.04.2019).
©. Романович К. С, Тонян Э. К., 2019
