Механицизм



Скачать 23,59 Kb.
Дата08.04.2019
Размер23,59 Kb.
Механицизм. (А. Беглов)

В XVII-XVIII веках в физике были в обиходе так называемые «флюиды». Помимо теплорода (Роберт Бойль 1673) и флогистона (Георг Шталь 1697), которые обычно на этот счет приводятся в пример, к тем же флюидам относили, или можно отнести, электрический заряд, свет, электрическое и магнитное поля, некоторые психические и даже спиритические феномены (в рамках тогдашнего понимания). Всё это некоторые самостоятельные физические сущности, с которыми людям приходилось иметь дело на опыте, и воспринимавшиеся ими как материальные субстанции, отличающиеся в своём поведении от вещества, на которое распространяются законы механики.

Часто в один ряд с теплородом ставят эфир, как одну из «лишних» сущностей, отмененных современной наукой за ненадобностью следом за теплородом. Здесь часто еще приплетают бритву Оукэма. В действительности, бритва Оукэма тут ни при чем. Она обязывает избавляться от сущностей, необходимость в которых отсутствует при изучении конкретной проблемы и построении модели явления, а не от неких лишних категорий в физике вообще – здесь вопрос уже идеологический или эстетический. Если говорить о бритве Оукэма применительно к теплороду, то сущностей при рассмотрении задачи меньше не стало, просто одна из них поменяла содержание. Сейчас это уже не теплород, а теплота, тепловая энергия. Раньше уравнение теплопроводности описывало распространение теплорода, теперь – теплоты.

Связь между теплородом и эфиром ассоциативная, а не логическая. Они были отброшены физикой, что их как бы и объединяет. Тем не менее, эти категории не из одного ряда, они идейно противостоят друг другу. И здесь речь именно о мировоззренческой (либо, если угодно – идеологической) стороне, о лишних сущностях в физике вообще.

Флюид под названием «теплород» как отделимая от нагретого тела субстанция, подчиняющаяся иным законам, нежели законам ньютоновской механики, не понадобился, он был заменен кинетической энергией молекул вещества – невидимых микроскопических тел, совершающих механическое движение. Термодинамика превратилась в раздел механики – статистическую механику, и в этом смысле в её основах не лежит ничего нового по сравнению с просто механикой. Сведение явлений природы в систему с наименьшим количеством первопринципов, из которых выводятся вся картина, иногда называется принципом наименьшего приложения ума. Но это не означает, к примеру, что формулы окажутся проще. В качестве подобных первопринципов могут быть взяты представления об элементарных механических объектах, из которых состоит всё вокруг, в совокупности с законами механики, которым подчиняются эти объекты. Именно это и было сделано в термодинамике. Были попытки также свести к механике оптику и электродинамику, чтобы свет и электрические флюиды перестали быть самостоятельными физическими субстанциями.

Речь идет о механистическом подходе к объяснению физических явлений. О механистической, как часто говорят, «парадигме», в рамках которой все явления (тепловые, электрические и т.д.) должны сводиться к механическим процессам, к движению вещества, в том числе некого гипотетического невидимого вещества, на которое, тем не менее, распространяются законы классической механики.

Механистическая парадигма в конечном итоге восторжествовала в термодинамике, если не считать излучение, но ей понадобилось для этого, по крайней мере, больше полутора сотен лет. Одним из пионеров в этом деле был наш соотечественник Ломоносов. Ему не нравилась идея теплорода и флогистона, он объяснял температуру тел механическим движением корпускул (в его случае – вращением), из которых якобы состоит вещество. Мнение о том, что вещества состоят из молекул тогда, как известно, не было общепринятым.

Поскольку нет цели изложить историю молекулярно-кинетической теории и статистической физики, я упомяну самого главного для нас сейчас персонажа – Джеймса Максвелла, который совместно с Людвигом Больцманом разработал молекулярно-кинетическую теорию газов, т.е. свел термодинамику к статистической механике.

Теория Максвелла-Больцмана не давала ничего нового в описании тепловых явлений, которые были уже описаны с помощью термодинамики, поэтому даже в начале XX века не все ученые верили в существование молекул, в частности, таким был, например, Макс Планк. Сами молекулы и теоретические построения молекулярно-кинетической теории казались как раз теми самыми сущностями без необходимости, которые должны быть отрезаны с помощью бритвы Оукэма.

Элементы теории, не могущие явно проявляться в эксперименте, но являющиеся необходимыми звеньями для объединения явлений в одну систему называются «интерфеномены». В молекулярно-кинетической теории молекулы играли роль интерфеноменов. В качестве примеров интерфеноменов можно привести волновую функцию, или - в общем случае – матрицу плотности в квантовой механике, кварки в физике частиц и тому подобное. Кстати, в небесной механике интерфеноменами являются силы, с которыми Солнце и планеты действуют друг на друга, т.к. планету динамометром не подцепишь, наблюдаемыми являются только ускорения, которым и сопоставляются силы в соответствии со вторым законом Ньютона.

Положение теории Максвелла-Больцмана в термодинамике, как принято считать, изменила формула Эйнштейна для броуновского движения. Флуктуации давления толкают броуновские частицы, а молекулярно-кинетическая теория предсказывает величину этих флуктуаций. Оказалось, что наблюдение броуновского движения подтверждает количественные предсказания теории Максвелла-Больцмана для флуктуаций термодинамических величин. Таким образом, посредством статистической механики броуновское движение подтверждает существование молекул.

Помимо термодинамики, Максвелл подвел механистическую базу и под электромагнетизм, что позволило ему теоретически предсказать электромагнитные волны, частным случаем которых оказался свет.

С некоторых пор делались попытки интерпретировать свет как волны или импульсы в некой среде. Так называемом эфире. Так считал, как известно, Христиан Гюйгенс в XVII веке. И Декарт полагал, что свет – это, так сказать, подергивание некоторой среды, в случае Декарта можно говорить, что у него световые волны распространялись с бесконечной скоростью.

На рубеже XVIII-XIXвеков Томас Юнг и Огюстен Френель экспериментально доказали, что свет – это действительно волны. А поскольку волны в те времена не мыслились без вещественной среды, распространением колебаний которой они должны являться, то большинство физиков укрепились во мнении, что свет представляет собой именно волны в эфире – вездесущей всепроникающей среде.

Максвелл пришел к этому положению теоретическим путем через электродинамику. Он начал с того, что выразил открытые экспериментально к тому времени законы электромагнетизма с помощью дифференциальных уравнений. Потом он, следуя идеям Фарадея о вихревых трубках в эфире, попытался построить механическую модель эфира, которая бы описывалась указанными уравнениями. Это ему не удалось в том смысле, что для полного соответствия его модели эфира уравнениям электродинамики ему пришлось добавить в уравнения дополнительный член – так называемый ток смещения. И уравнения электродинамики приняли такой вид, что приводили к волновым решениям, причем, скорость волн в максвелловском эфире оказалась равной скорости света. Это он изложил в статье 1861 года «О физических силовых линиях».

Около тридцати лет максвелловская электродинамика не имела признания, пока Герц экспериментально не доказал существование электромагнитных волн 1887 году. В нашем понимании электромагнитные волны посредством максвелловской модели подтверждают правильность введения такого интерфеномена как эфир. После этого механистический подход к толкованию явлений, обосновался не только в оптике, но и вообще в электродинамике. Общим местом стало понимание, что свет, электрический заряд и электромагнитные поля – это не отдельные от классической механики физические сущности, а механические состояния (движения или напряжения) среды – эфира. Российский физик Николай Умов в конце XIX века высказался, что любая энергия в конечном итоге – это кинетическая энергия. У многих сложилось представление, что вся физика должна сводиться к механике.

Возникает вопрос: если электромагнитны волны поперечные, а поперечные волны распространяются в твёрдом теле, а не в жидкости или газе, то как же через твёрдую среду движутся все тела?

Во-первых, надо понять, что из себя представляют сами тела. Опыты Томсона и Дэвиссона по дифракции электронов в 1926 году продемонстрировали волновую природу частиц. Думаю, если бы эти эксперименты были проведены до опытов по поиску эфирного ветра, они бы были восприняты как косвенное подтверждения существования эфира, в котором распространяются волны, образующие собой и вещество, и излучение, и что вещество, как и поля, является состоянием эфира. Во вторых, поперечные волны отсутствуют в покоящейся жидкости, но в общем случае, если жидкость содержит динамическую сруктуру – потоки или вихри (так называемую вихревую губку), то эта структура может обладать собственной упругостью и являться средой для распространения поперечных волн.

Эфир был выброшен из физики Специальной теорией относительности, но некоторые аналогии эфирно-кинетического подхода появлялись и в XX веке. В Эйнштейновской теории гравитации – так называемой Общей теории относительности – гравитационное поле являет собой искривление пространства-времени, и существует волнообразное распространение кривизны – гравитационные волны. Можно сказать, что теория относительности взамен упругого эфира вводит упругое пространство-время.

У современной науки в целом нет принципиального отторжения эфира. Я сейчас не говорю о научпопе и околонаучной интернет-тусовке. Например, когда я учился на физфаке, на квантах мы решали задачу о зависимости энергии фотона от частоты, если он является квазичастицей в кристаллическом "эфире": там получалась, что зависимость пропорциональная для малых частот, а реальная зависимость синусоидальная по форме (как на участке от 0 до Пи/2), и существует предельная (максимальная) частота фотона, и, следовательно, предельная энергия. В физике вообще не обсуждается особо, есть эфир или нет, правильная теория относительности или нет, теоретики вообще не мыслят в таких категориях и словосочетание «теория относительности» не поизносят. Релятивизм в теоретической физике присутствует в виде лоренц-ковариантности уравнений фундаментальных взаимодействий (в квантовой теории поля), что не противоречит экспериментам в физике частиц высоких энергий. Но никто не поручится за то, что не будет обнаружено в экспериментах нарушение лоренц-ковариантности, но это уже будет называться именно так, а не "эфирный ветер" по старинке.





Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©www.psihdocs.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница