Наука - Физика
которой все качественное многообразие
мира объяснялось различиями в движении тел, подчиняющемся законам
ньютоновской механики. Согласно механической картине мира, если физическое
явление мира можно было объяснить на основе законов механики, то такое
объяснение признавалось научным. Механика Ньютона, таким образом, стала
основой механической картины мира, господствовавшей вплоть до научной
революции на рубеже XIX и XX столетий.
Механика Ньютона, в отличие от предшествующих механических концепций,
давало возможность решать задачу о любой стадии движения (как
предшествующей, так и последующей) и в любой точке пространства при
известных фактах, обусловливающих это движение, а также обратную задачу
определения величины и направления действия этих факторов в любой точке при
известных основных элементах движения. Благодаря этому механика Ньютона
могла использоваться в качестве метода количественного анализа
механического движения. Любые физические явления могли изучаться как
движение в чисто феноменологическом плане, независимо от вызывающих их
факторов. Законы ньютоновской механики связывали силу не с движением, а с
изменением движения. Это позволило отказаться от традиционных
представлений о том, что для поддержания движения нужна сила, и отвести
трению, которое делало силу необходимой в действующих механизмах для
поддержания движения, второстепенную роль. Установив динамический взгляд на
мир вместо традиционного статического , Ньютон свою динамику сделал основой
теоретической физики. Хотя Ньютон проявлял осторожность в механических
истолкованиях природных явлений, тем не менее он считал желательным
выведение из начал механики остальных явлений природы. Феноменологический
метод стал рассматриваться в качестве универсального способа построения
физических теорий. Дальнейшее развитие физики стало осуществляться в
направлении дальнейшей разработки аппарата механики применительно к решению
конкретных задач, по мере решения которых механическая картина мира
укреплялась.
7. Корпускулярная и волновая концепции света
Во второй половине XVII века были заложены основы физической оптики. Ф.
Гримальди открывает явление дифракции света (огибание светом препятствий
т.е. отклонение его от прямолинейного распространения) и высказывает
предположение о волновой природе света. В опубликованном в 1690 г.
"Трактате о свете" Х.Гюйгенсом был сформирован принцип, согласно которому
каждая точка пространства, которой достигла в данный момент
распространяющаяся волна, становится источником элементарных сферических
волн, и на его основе вывел законы отражения и преломления света. Гюйгенсом
было установлено явление поляризации света - явление, происходящее с лучом
света при его отражении, преломлении (особенно при двойном преломлении) и
заключающееся в том, что колебательное движение во всех точках луча
происходит лишь в одной плоскости, проходящей через направление луча, тогда
как в неполяризованном луче колебания происходят по всем направлениям,
перпендикулярно к лучу. Гюйгенс, разработав идею Гримальди о том, что свет
распространяется не только прямолинейно с преломлением и отражением, а и с
разбиением (дифракция), дал объяснение всем известным оптическим явлениям.
Он утверждает, что световые волны распространяются в эфире, представляющем
собой пронизывающую все тела тонкую материю.
Но что есть волна? Волна обязательно движется в каком то носителе, в
котором и происходят периодические колебания. Но при распространении волны,
например, на поверхности воды, не происходит перемещения воды в направлении
распространения волны - при этом поверхность воды движется лишь вверх и
вниз. Но волна при своем перемещении передает действие от одной точки к
другой. Аналогичным образом обстоит дело с распространением звуковой волны,
но в этом случае волны распространяются в пространстве по всем
направлениям. О световых колебаниях можно судить по косвенным эффектам.
Явление интерференции дает и свидетельство о волновой природе света.
Примером интерференционного эффекта является появление окрашенных полос или
колец, которые являются при растекании тонкого слоя нефти на поверхности
воды. Свет в этом случае сначала отражается от верхней поверхности пленки,
а затем от нижней. Поэтому колебания в световом луче, которые отражаются от
нижней поверхности пленки, отстают от колебаний в луче, отраженном от ее
поверхности, причем это отставание равно расстоянию, равному удвоенной
толщине пленки. Оба отраженных луча в этом случае интерферируют так, что
если толщина пленки равна четверти длины волны, то второй луч отстает от
первого на половину волны. Наложение гребня волны, отраженной от другой
поверхности, дает темноту. Белый свет в результате интерференции после
отражения становится окрашенным.
Ньютон сначала в своих докладах в Лондонском Королевском обществе и затем
в "Оптике" (опубликованной в 1706 г.) изложил свою концепцию света. Следуя
своему феноменологическому методу, Ньютон экспериментально исследовал
явление дисперсии (разложение белого света при помощи призмы в спектр),
заложил основы оптической спектроскопии : он установил, что каждому цвету
соответствует определенная длина световой волны и определил их. Ньютон
показал, что цвета создаются не призмой. а являются компонентами белого
света. Он видел слабость волновой концепции в том, что она оказалась не в
состоянии объяснить явление дифракции света - огибание светом препятствий
(это удастся сделать с позиции волновой концепции более столетия позже
Френелю). Ньютон же явление дифракции объяснял на основе полярности,
присущей световому лучу. Другим недостатком волновой концепции было ее
требование допустить существование эфира-среды, в которой распространяется
свет. Тот факт, что движение планет и комет в небесном пространстве не
встречает заметного сопротивления, которое обязательно отразилось бы на
правильности движения, позволил Ньютону существование такой среды
подвергнуть сомнению. А если отбросить возможность существования такой
среды, то гипотеза о распространении света через нее утрачивает смысл.
(Критикуя волновую концепцию света, представляющую свет в виде
распространяющихся в эфире механических волн, Ньютон не мог еще
предположить, что световые волны могут иметь не механическую природу.)
Устранение трудностей, стоящих перед волновой концепцией света, Ньютон
видел на пути рассмотрения света как состоящего из корпускул - своеобразных
"малых тел" (атомов), которые могут взаимодействовать с частицами
вещества. Такие тела, по его мнению, проходят через однородные среды "без
загибания". Важно отметить, что, сравнивая волновую и корпускулярную
концепцию света, Ньютон не высказывается безоговорочно в пользу одной из
них. Его высказывания многими исследователями его творчества трактуются как
своеобразный синтез волновой и корпускулярных концепций (предвосхитивший
гипотезу де Бройля, высказанную в 1924 г.). Открытие явление поляризации
света убеждало Ньютона в справедливости корпускулярной концепции света.
Исследование же интерференции приводило его к выводу о наличии своеобразной
периодичности в свойствах света. Последователи Ньютона представили Ньютона
как безоговорочного сторонника корпускулярной концепции света. Авторитет
имени Ньютона, таким образом, в данном случае сыграл негативную роль -
задержал развитие волновой теории света.
8. Принципы минимального времени П.Ферма и наименьшего действия П.Мопертюи
Зачатки идеи физической эквивалентности волн и частиц были видны уже в
формулировке принципа минимального времени П.Ферма и принципа наименьшего
действия П.Мопертюи. Принцип Ферма, сформулированный в 1660 г.,
устанавливал, что действительный путь распространения света из одной точки
в другую есть тот путь, для прохождения которого свету требуется
минимальное (или максимальное) время по сравнению с любым другим
геометрически возможным путем между теми же точками. Принцип наименьшего
действия Мопертюи (сформулированный в 1740 г.) устанавливал, что для
определенного класса сравниваемых друг с другом движений механической
системы осуществляется то, для которого действие минимально. Как оказалось,
какова бы ни была среда, корпускулы и волны следовали по минимальным
траекториям - волна двигалась так, чтобы сделать минимальным время
прохождения лучей, т.е. свет "выбирает" путь, для которого количество
действия является наименьшим (в соответствии с принципом Ферма), а движение
частиц было таким, чтобы функция действия была минимальна, (в соответствии
с принципом Мопертюи). Однако реализация идеи соответствия между
корпускулами и волнами была осуществлена Л. де Бройлем, Э.Шредингером,
В.Гейзенбергом и П.Дираком лишь в 20-х гг. XX века. Так или иначе в
механику вошли важные принципы, реализовавшие идею о том, что природа
действует наиболее легкими и доступными путями. Развитие этих принципов
Л.Эйлером, И.Бернулли, Ж.Даламбером, позволило создать вариационное
исчисление, позволяющее находить наибольшие и наименьшие значения
переменных величин (функционалов), зависящих от выбора одной или нескольких
функций, и построить законченную систему аналитической механики.
9. Особенности физических концепций XVIII века
Развитие буржуазных отн
| |  скачать работу |
Наука - Физика |
