РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ НАУКИ

1. Френсис Бэкон.(1566-1626). Книга «Новый органон». 12 причин плохого преуспевания теоретических наук. Одной из главных: «Неправильно выбран метод… чтобы открыть дорогу человеческому разуму при помощи самого чувства и приведенных в порядок и хорошо построенных опытов». «Союз опыта и рассудка». Человеческий ум осаждают «призраки», свойственные человеку – «призраки Рода», «призраки Пещеры», «Призраки Рынка», «призраки Театра». Многие из них заложены в самой природе человека. Правильный метод должен помочь преодолению этих «призраков», облегчить трудности познания природы. «Наш путь и наш опыт состоит в следующем: мы извлекаем не практику из практики и опыт из опытов (как эмпирики) а причины и аксиомы из практики и опытов, а из причин и аксиом – снова практику и опыты. Приводит 24 примера, помогающих разуму в его аналитической работе. «Примеры креста»» - это решающие опыты, позволяющие выбрать между двумя борющимися теориями одну, более адекватную фактам. Бэкон считал возможным обучать любой ум процессу научной индукции и расписал его по таблицам.

По существу Ф. Бэкон – создатель индуктивного метода в науке, который сыграл огромную роль в естествознании. Долгое время естественные науки и называли индуктивными в отличие от гуманитарных. Тем не менее, Ф. Бэкон считал, что использование только индукции недостаточно, ее надо дополнять теоретическим анализом, математикой. К. Маркс писал об этом методе так: «Настоящий родоначальник английского материализма и всей современной экспериментирующей науки – это Бэкон. … Согласно его учению чувства непогрешимы и составляют источник всякого знания. Наука есть опытная наука и состоит в применении рационального метода к чувственным данным. Индукция, анализ, сравнение, наблюдение, эксперимент суть главные условия рационального метода».

То есть, установив несоответствие практики и теории, Ф. Бэкон показал, что только одно обращение к наследию древних, в частности к наследию Аристотеля проблему не решает. Необходимы новые методы познания природы, которые он и предложил.

Гипотеза о конечности скорости света, правильный вывод о теплоте как форме внутреннего движения, программа опытов по изучению тяготения, лом Соломона, как специальное научное учреждение. Лондонское Королевское общество (1660), Парижская академия наук (1666) и т. п. Опытное естествознание и его новые организационные формы.

2. Декарт и его методология. И индукция и дедукция рождены в Греции, а Ф. Бэкон и Р. Декарт развили ее применительно к естествознанию. Декарт разработал дедуктивный метод. Метод Декарта – это метод анализа и дедукции. Книга «Рассуждение о методе» (1637). Из некоторых простых аксиом должны быть логически (дедуктивным методом) получены следствия, относящиеся к частным фактам или ведущие к установлению новых связей, новых взаимоотношений и законов. Методология Декарта при этом не игнорирует опыт. Он – существенный элемент познания.

«Я буду отныне подвигаться в познании природы быстрее или медленнее в зависимости от того, насколько я буду в состоянии производить опыты. Опыт дает мне необходимый материал для исходных посылок, он же дает проверку правильности выведенных заключений» (Декарт создает и программу и метод исследований). В своем стремлении свести реальные вещи к наиболее простым и общим понятиям он приходит к отождествлению материальности и пространственной протяженности. Последнее – единственный признак материальности.

Мир Декарта – это однородное пространство или (что то же самое) протяженная материя. Все изменения, наблюдаемые в этом пространств, сводятся к единственному простейшему изменению – механическому перемещению. «Дайте мне материю и движение и я построю мир» - вот лозунг картезианской физики.

3. Методология Г. Галилея.План изучения природы Г. Галилея включал следующие пункты. 1. Получить количественны описания природных явлений и облечь их в математические формы. 2. Выделить и измерить наиболее фундаментальные свойства явлений. Эти свойства принять в качестве переменных в формулах, описывающих явления. 3. Построить физику дедуктивно на основе фундаментальных физических принципов. 4. При изучении явлений обязательно прибегать к их идеализации. То есть к отвлечению, абстрагированию от каких сторон, граней, свойств явления.

В работе «Эволюция физики» А. Эйнштейн и Л. Инфельд пишут: «Открытие, сделанное Галилеем и применение им методов научного рассуждения были одними из самыхъ важных достижений в истории человеческой мысли, и это отмечает действительное начало физики. Это открытие учит нас тому, что интуитивным выводам, базирующимся на непосредственном наблюдении не всегда можно доверять, так как они иногда ведут по ложному пути». Говоря о принципе инерции, открытом Г.Галилеем, авторы утверждают: «Этот вывод достигнут только размышлением об идеализированном эксперименте, который никогда не может быть осцуществлен, так как невозможно исключить все внешние влияния. Этот идеализированный эксперимент указывает путь, на котором фактически были установлены основы механики движения». Идеализированный эксперимент ведет к глубокому пониманию реальных физических, действительных экспериментов.

ПРИНЦИПЫ ДИНАМИКИ ГАЛИЛЕЯ.

Стержневыми вопросами, вокруг которых строилась новая физика были. 1. Решение задач динамики. 2. Описание движения небесных тел (Небесная механика). 3. Проблема тяготения. 4. Проблема взаимодействия тел, а в ней первоочередная задача – удар. 5. Маятник. 6. Механика сплошных сред (газы, газодинамика, гидростатика). 7. Первые результаты в учении о теплоте и электричестве. 8. Оптика, как обоснование действия изобретенных оптических инструментов. Важной была также проблема взаимной связи математики и механики.

Основные направления исследований в области механики. 1. Установить основные понятия кинематики. 2. Дать научную классификацию движений. 3. Установить законы динамики, а следовательно и такие фундаментальные понятия как масса и сила. Физика эпохи в большей степени – механика. И один из важнейших вопросов – вопрос о причине изменения механического движения. Такая постановка вопроса привычна ибо непосредственно примыкала к учению о причинах Аристотеля.

Первый вопрос кинематики – описание положения простейшего объекта – точки.Математическая схема описания –система координат, введенная Р. Декартом. Галилей совершает переход от абсолютного покоя и абсолютного движения и вводит понятие равноценных, в отношении описания механических процессов, систем отсчета (ИСО).Следующий шаг– установление Галилеем рациональной классификации движений. Перипатетики делили движения на насильственные и естественные. Для новой научной классификации движений необходимо было четко установитьпонятия скорости и ускорения. Ускоренный характер движения был известен Аристотелю. Известно было и понятие скорости, но для равномерных движений (Кардано). Обобщение понятия скорости на случай неравномерного движения принадлежит Галилею, который четко сформулировал разделение движений на равномерные и неравномерные. Галилейпод равномерным движениемпонимает такое движение, в котором «расстояния, проходимые движущимся телом в любыеравные промежутки времени равны между собой». Галилею принадлежит представление и об истинной скорости в данный момент времени (при неравномерном движении).

Установление функциональной связи между скоростью и временем – важнейшая заслуга Галилея.Мысль о том, что падающее тело проходит все степени скорости до окончательной скорости падения, начиная с нулевой, была новой и трудной. 1. Галилей порывает со статичностью движения, с рассмотрением его как суммы покоев. Движущееся тело проходит через каждое свое состояние. 2. Во-вторых, Галилей переносит идею взаимно-однозначного соответствия на сравнение бесконечных совокупностей (эта идея была впоследствии развита Кантором в теории множеств). 3. Далее Галилей формирует понятие ускоренного движения: скорость изменения скорости – это ускорение. 4. Затем Галилей ставит вопрос о причинах того или иного движения. На вопрос, почему в равномерном движении тело сохраняет свою скорость, отвечает, что это естественное свойство тел в противовес мнению перипатетиков, говоривших, что это результат насильственного поддержания такого движения.

Галилей писал: «Когда тело движется по горизонтальной плоскости, не встречая никакого сопротивления, то… движение его является равномерным, и продолжалось бы бесконечно, если бы плоскость простиралась бы в пространстве без конца». Ускорение падения он объяснял действием силы тяжести и тем, что кроме указанного действия других влияний эта сила не оказывает, то есть тело в любой момент времени приобретает одинаковое ускорение, хотя скорость в каждый момент времени разная: действие силы на тело не зависит от состояний его движения.

В качестве конкретных задач динамикиГалилей рассматривает ускоренное движение и движение тела, брошенного горизонтально.

А) он разрушает перипатетическое заблуждение, что скорость пропорциональна весу. Вот пример его аргументации. Пусть большой камень падает с высоты со скоростью 8 единиц, и по Аристотелю эта скорость определена весом камня и высотой падения. Пусть малый камень падает со скоростью 4 единицы. Соединим камни (сложим вместе). С одной стороны скорость должна быть меньше 8 единиц, с другой – больше. Противоречие устраняется только при допущении, что камни падают с одинаковым ускорением.

Свободно падающий груз по Галилею «не весит», и отсюда вывод о независимости ускорения силы тяжести от веса. Причина же неодинаковости падения скрыта в побочных обстоятельствах. Как показал далее Ньютон, открытый Галилеем факт означает пропорциональность веса и массы тела: P = mg, m_ин. = m_грав. Отсюда основания для создания теории тяготения.

Итак, все свободно падающие тела имеют одинаковое ускорение. Скорость растет пропорционально времени. Отсюда формулировка закона падения тел. АВ = времени падения на пути CД. Скорость – это отрезки перпендикуляров к АВ. Скорость в конце промежутка t = BD. Разделив отрезок пополам, проведем через середину F прямую FG параллельную AB и через начальную точку А прямую AG II BF. Тогда сумма параллельных линий (отрезков скоростей), заключенных в равна сумме тех же линий, заключенных в АДВ. Тогда все моменты скорости ускоренного движения – это параллельные линии АДВ, а равномерного – . Отсюда: