Заметки о пространстве, времени, материи, движении материи 1 страница

Cуществует пространство, время, жители и материя. Материя, в материалистическом философском смысле,- это все то, что реально существует вне нас, независимо от нашего сознания и что может быть воспринято нашими органами чувств непосредственно или с помощью специальных приборов и экспериментов.Материя (от лат. materia — вещество) — философская категория для обозначения физической субстанции вообще, в противоположность сознанию (духу).Материальные объекты представляют собой материю. Материальные объекты обнаруживаются в пространстве двигающимися (перемещающимися), при этом материальные объекты взаимодействуют друг с другом. Движение, в философском смысле, - это всякое происходящее в пространстве и во времени изменение реальности, всякий процесс. Движение является основным свойством материи. Некоторые ученые утверждают, что движущая материя существует извечно и не может быть ни создана, ни уничтожена. Формы движения материи - механические, тепловые, электромагнитные, химические и другие процессы движения материи - многообразны, взаимно связаны и при соответствующих условиях переходят одна в другую. Существуют свойства и законы взаимо­действия и движения (перемещения) материальных объектов в пространстве. В соо­тветствии с этими свойствами и законами происходят взаимодействия и движение материальных объектов в про­странстве с течением времени.

У жителей существуют различные сформированные взгляды, представления и знания о пространстве, времени, материальных объектах, их взаимодействии и движении. Выявлены некоторые виды материальных объектов, некоторые свойс­тва материальных объектов, свойства и закономерности (быть может, и законы) их взаимодействия и движения, а также разработаны модели взаимодействия и движения материальных объектов. Выявление и описание основных свойств материи и общих свойств и законов различных форм ее движения сводится в естественные науки. Физика – наука о наиболее простых и вместе с тем наиболее общих формах движения материи и их взаимных превращениях. Физиками исследуются механические, тепловые процессы, электрический ток, колебания механических систем, звукове волны, электрические колебания и электромагнитные волны, тепловое излучение, радиоактивность и другие явления. Более сложные формы движения материи – химические, биологические и другие процессы являются предметами наук – химии, биологии и др. Выявление и описание движения, строения и развития небесных тел и их систем, вплоть до Вселенной в целом сведено в науку - астрономию. В частности, астрономия изучает Солнце, планеты Солнечной системы и их спутники, астероиды, кометы, метеориты, межпланетное вещество, звезды и внесолнечные планеты (экзопланеты), туманности, межзвездное вещество, галактики и их скопления, пульсары, квазары, черные дыры и многое другое. Теснейшая связь физики с многими отраслями естествознания, как отмечал академик С.И. Вавилов (1891-1955; российский физик и общественный деятель), привела к тому, что физика глубочайшими корнями вросла в астрономию, геологию, химию, биологию и другие естественные науки. В результате образовался ряд новых смежных дисциплин, таких, как астрофизика, биофизика и др. Развитие физики тесно связано и с развитием техники, причем эта связь имеет двусторонний характер. Физика выросла из потребностей развития техники (развитие механики у древних греков, например, было вызвано запросами строительной и военной техники того времени), и развитие техники, в свою очередь, определяет направление физических исследований (например, в свое время задача создания наиболее экономичных тепловых двигателей вызвала интенсивное развитие термодинамики). Физика – научная база знаний для создания новых отраслей техники (электронная техника, ядерная техника и др.).

Физика описывает материю как нечто, существующее в пространстве и во времени (в пространстве-времени) – представление, идущее от Ньютона (пространство – вместилище вещей, время – событий); либо как нечто, само задающее свойства пространства и времени – представление, идущее от Лейбница и, в дальнейшем нашедшее выражение в общей теории относительности Эйнштейна. Академик А.Ф.Иоффе (1880-1960; российский физик) определил физику как науку, изучающую общие свойства и законы движения вещества и поля. Вещество - по своему значению близко понятию материя, но не равнозначно ему полностью. В то время как со словом «материя» преимущественно связываются представления о грубой, инертной, мертвой действительности, в которой господствуют исключительно механические законы, вещество является «материалом», который благодаря получению формы вызывает мысли об оформленности, жизненной пригодности, облагораживании. Вещественные тела имеют определенную, пространственно ограниченную форму; поле также является материей, но в противоположность веществу, ограниченностью не обладает - оно непрерывно распределено в пространстве, существует в каждой его точке. В настоящее время общепризнано, что все взаимодействия материальных объектов осуществляются посредством полей, например гравитационных, электромагнитных, полей ядерных сил (поле - особый материальный посредник взаимодействия, среда передачи воздействия). Электромагнитное поле - это материя, посредством которой осуществляется взаимодействие между заряженными частицами. Между электрически заряженными и намагниченными телами, а также телами, по которым текут электрические токи, действуют силы, называемые электромагнитными. Электромагнитное поле – это два взаимосвязанных поля - электрическое и магнитное. Только в особых случаях их можно разделить, но это будут всего лишь частные варианты того же электромагнитного поля (деление электромагнитного поля на электрическое и магнитное относительно, т.е. зависит от выбора системы отсчета). Взаимная связь электрического и магнитного полей заключается в том, что всякое изменение (возмущение) одного из них приводит к изменению другого. Благодаря конечности скорости возмущения поля от точки к точке переменное (возмущенное) электрическое поле, порождаемое ускоренно движущимися зарядами (источником), возбуждает в смежных областях пространства переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, возбуждает в прилегающих к нему областях пространства переменное электрическое поле, и т. д. (если объект совершает колебания в среде, то такие возмущения среды образуют волны, которые расходятся - излучаются). Таким образом, электромагнитное поле передает воздействие от точки к точке пространства в виде электромагнитных волн, бегущих от источника. Благодаря конечности скорости распространения электромагнитная волна может существовать автономно от породившего его источника и не исчезает с устранением источника (например, радиоволны не исчезают с прекращением тока в излучившей их антенне). Вакуум (от лат. vacuum - пустота) является универсальной средой, в которой возбуждается электромагнитное поле.

Исследования микроструктуры вещества и свойств полей привели к тому, что современная наука отказалась от прежних представлений о частицах вещества как маленьких твердых, неизменных, абсолютно непроницаемых шариках. Основой современных представлений о природе вещества и поля стало открытие двойственной природы частиц материи: материальные объекты (и поля, и частицы вещества) обладают как некоторыми корпускулярными свойствами, так и некоторыми свойствами волны. В физике свет оказался первым, у которого была обнаружена двойственная, корпускулярно-волновая природа. В конце ХIX столетия казалось, что ответ на вопрос о природе света найден и доказан экспериментально - свет есть распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны. Волновая теория света, исходя из такого представления о природе света, на основе общих свойств волновых процессов объяснила такие оптические явления как интерференция света, дифракция света, поляризация света и др. Однако, уже в начале XX века при исследовании взаимодействия света с веществом были обнаружены такие оптические явления как фотоэффект, эффект Комптона, фотохимические реакции и др. При объяснении этих явлений представления о том, что свет есть распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны, оказались несостоятельными. Предсказания волновой теории света пришли в противоречие с наблюдаемыми в экспериментах закономерностями явлений квантовой оптики. Объясняя эти явления, в 1905 г. Эйнштейн выдвинул корпускулярную теорию света, которая, развивая идеи Ньютона о световых корпускулах, рассматривала свет как поток большого числа частиц, названных фотонами. Фотонная теория света легко объяснила все качественные и количественные закономерности явлений квантовой оптики. Итак, на первый взгляд, казалось, что теперь, объединив электромагнитные волны и фотоны в одном объекте, найден вопрос о природе света. Свет есть волны и частицы. Однако, критическое изучение такого ответа показало несостоятельность простого механического объединения волн и частиц. Оказалось, что представления об электромагнитной волне и представления о потоке частиц исключают друг друга. Световая волна представляет собой нелокализованное электромагнитное поле, распределенное по пространству. Объемная плотность энергии электромагнитного поля волны, пропорциональная квадрату ее амплитуды, может изменяться на сколь угодно малую величину, то есть непрерывно. В отличие от волны, фотон, как световая частица, в данный момент времени локализован вблизи некоторой точки пространства и со временем перемещается в пространстве. Световая энергия в такой модели изменяется не непрерывно, а только дискретно, оставаясь всегда кратной минимальной порции (кванту) энергии, которую несет одиночный фотон. Как же непротиворечивым образом в одном материальном объекте объединить противоположности, казалось бы, исключающие друг друга? Ответ на этот вопрос содержался еще в работах крупнейших философов, которые пришли к выводу о том, что материальные объекты природы могут обладать внутренними противоречиями, объединяя в себе противоположные качества. Так, например, идея о единстве и борьбе противоположностей составляет основу диалектики Гегеля. Именно так, диалектически, современная физика отвечает на вопрос о природе света. Свет есть материальный объект, обладающий как волновыми, так и корпускулярными свойствами. В различных физических процессах эти свойства могут проявляться в различной степени. При определенных условиях, то есть в ряде оптических явлений свет проявляет свои волновые свойства. В этих случаях мы должны рассматривать свет как электромагнитные волны. В других оптических явлениях свет проявляет свои корпускулярные свойства, и тогда его следует представлять как поток фотонов. Иногда, оптический эксперимент можно организовать так, что свет будет проявлять в нем как волновые, так и корпускулярные свойства. Действительно, в опыте Комптона на первом этапе рассеяния излучения на мишени оно ведет себя как поток фотонов, но в измерительном блоке это же излучение как электромагнитная волна испытывает дифракцию на кристаллической решетке. Существуют оптические явления, которые могут быть объяснены качественно и количественно как волновой, так и корпускулярной теориями света. Так, например, обе эти теории приводят к одинаковым соотношениям для давления, оказываемого светом при падении его на вещество. Это объясняется тем, что любая модель, и волновая, и корпускулярная учитывает наличие у света таких материальных характеристик как энергия, масса, импульс. Итак, в результате углубления представлений о природе света, выяснилось, что свет обладает двойственной природой, получившей название корпускулярно-волнового дуализма света. С некоторыми объектами свет взаимодействует как волна, с другими - подобно потоку частиц. Однако, "не одна из этих картин (корпускулярная или волновая) не может сказать нам всей правды о природе света" - писал Д.Джинс. И хотя эти картины даже противоположны друг другу, одна картина дополняет другую. «Противоположности - не противоречия, а дополнения» - гласит девиз Н.Бора. Спор волновой и корпускулярной теорий света не привел ни к окончательной победе, ни к поражению какой-либо одной из них. В этом споре родилось качественно новое понимание природы света, объединяющее эти теории и отвечающее на вопрос «что такое свет?» диалектически. При первом знакомстве с проблемой дуализма свойств света возникает естественный вопрос. Как представить себе объект, обладающий взаимоисключающими свойствами? Как такие свойства могут объединяться и дополнять друг друга? Посмотрим на рисунок. Что можно увидеть на этом рисунке? Можно предсказать два различных ответа на этот вопрос. Первый ответ: «Я вижу белую фигурную вазу на темном фоне». Второй ответ: «Я вижу темные силуэты двух лиц, сближающихся в поцелуе».

Значит может один рисунок содержать два различных изображения, проявляя либо одно из них, либо другое. Так этот пример наглядно, образно демонстрирует возможность дуальных свойств у одного объекта.

Основными видами веществ являются:

- Адронное вещество — основную массу этого типа вещества составляют элементарные частицы адроны

§ Барионное вещество (барионная материя) — основной (по массе) компонент — барионы

§ Вещество в классическом понимании. Состоит из атомов, содержащих протоны, нейтроны и электроны. Эта форма материи доминирует в Солнечной системе и в ближайших звездных системах

§ Антивещество — состоит из антиатомов, содержащих антипротоны, антинейтроны и позитроны

§ Нейтронное вещество — состоит преимущественно из нейтронов и лишено атомного строения. Основной компонент нейтронных звезд, существенно более плотный, чем обычное вещество, но менее плотный, чем кварк-глюонная плазма

- Другие виды веществ, имеющих атомоподобное строение (например, вещество, образованное мезоатомами с мюонами)

- Кварк-глюонная плазма — сверхплотная форма вещества, существовавшая на ранней стадии эволюции Вселенной до объединения кварков в классические элементарные частицы (до конфайнмента)

- Докварковые сверхплотные материальные образования, составляющие которых — струны и другие объекты, c которыми оперируют теории великого объединения. Основные формы материи, предположительно существовавшие на ранней стадии эволюции Вселенной. Струноподобные объекты в современной физической теории претендуют на роль наиболее фундаментальных материальных образований, к которым можно свести все элементарные частицы, т.е. в конечном счете, все известные формы материи. Данный уровень анализа материи, возможно, позволит объяснить с единых позиций свойства различных элементарных частиц. Принадлежность к «веществу» здесь следует понимать условно, поскольку различие между вещественной и полевой формами материи на данном уровне стирается

Классическое вещество может находиться в одном из трех агрегатных состояний: газообразном, жидком или твердом. Кроме того, выделяют высокоионизованное состояние вещества (чаще газообразного, но, в широком смысле, любого агрегатного состояния), называемое плазмой.

В химическом отношении все вещества подразделяют на простые и сложные (химические соединения), а также на неорганические и органические вещества.

Поле, в отличие от вещества, не имеет внутренних пустот, обладает абсолютной плотностью.

- Поле (в классическом смысле)

§ Электромагнитное поле

§ Гравитационное поле

- Квантовые поля различной природы. Согласно современным представлениям квантовое поле является универсальной формой материи, к которой могут быть сведены как вещества, так и классические поля

- Материальные объекты неясной физической природы

§ Темная материя

§ Темная энергия

Эти объекты были введены в научный обиход для объяснения ряда астрофизических и космологических явлений.

Элементарные частицы и поля.Среди элементарных частиц, составляющих вещества и поля, выделяют фермионы и бозоны, а также частицы, обладающие и не обладающие массой покоя (безмассовые частицы). Кроме того, отдельно выделяют виртуальные частицы, которые можно рассматривать как частицы, возникающие в промежуточных состояниях взаимодействия реальных элементарных частиц. Виртуальные частицы определяют свойства физического вакуума, который, таким образом, в современной физике также приобретает атрибуты материальной среды.

Фундаментальные взаимодействия – качественно различающиеся типы взаимодействия элементарных частиц и составленных из них тел. На сегодня достоверно известно существование четырех фундаментальных взаимодействий:

- гравитационное;

- электромагнитное;

- сильное;

- слабое.

При этом электромагнитное и слабое взаимодействия являются проявлениями единого электрослабого взаимодействия. Ведутся поиски других типов фундаментальных взаимодействий, как в явлениях микромира, так и в космических масштабах, однако пока существование какого-либо другого типа фундаментального взаимодействия не обнаружено. В физике механическая энергия делится на два вида – потенциальную и кинетическую энергию. Причиной изменения движения тел (изменения кинетической энергии) является сила (потенциальная энергия). Исследуя окружающий нас мир, мы можем заметить множество самых разнообразных сил: сила тяжести, сила натяжения нити, сила сжатия пружины, сила столкновения тел, сила трения, сила сопротивления воздуха, сила взрыва и т.д. Однако когда была выяснена атомарная структура вещества, стало понятно, что все разнообразие этих сил есть результат взаимодействия атомов друг с другом. Поскольку основной вид межатомного взаимодействия – электромагнитное, то, как оказалось, большинство этих сил – лишь различные проявления электромагнитного взаимодействия. Одно из исключений составляет, например, сила тяжести, причиной которой является гравитационное взаимодействие между телами, обладающими массой. История открытия фундаментальных взаимодействий материальных объектов такова, что к началу XX века выяснилось, что все известные к тому моменту силы сводятся к двум фундаментальным взаимодействиям: электромагнитному и гравитационному. В 1930-е годы физики обнаружили, что ядра атомов состоят из нуклонов (протонов и нейтронов). Стало понятно, что ни электромагнитные, ни гравитационные взаимодействия не могут объяснить, что удерживает нуклоны в ядре. Было постулировано существование нового фундаментального взаимодействия: сильного взаимодействия. Однако в дальнейшем оказалось, что и этого недостаточно, чтобы объяснить некоторые явления в микромире. В частности, было непонятно, что заставляет распадаться свободный нейтрон. Тогда было постулировано существование слабого взаимодействия, и этого оказалось достаточно для описания всех до сих пор наблюдавшихся явлений в микромире.

Создание единой теории фундаментальных взаимодействий. Первой из теорий взаимодействий стала теория электромагнетизма, созданная Максвеллом в 1863 году. Затем в 1915 г. Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности, описывающую гравитационное поле. Появилась идея построения единой теории фундаментальных взаимодействий (которых на тот момент было известно только два), подобно тому как Максвеллу удалось создать общее описание электрических и магнитных явлений. Такая единая теория объединила бы гравитацию и электромагнетизм в качестве частных проявлений некоего единого взаимодействия. В течение первой половины XX века ряд физиков предприняли многочисленные попытки создания такой теории, однако ни одной полностью удовлетворительной модели выдвинуто не было. Это, в частности, связано с тем, что общая теория относительности и теория электромагнетизма различны по своей сути. Тяготение описывается искривлением пространства-времени, и в этом смысле гравитационное поле нематериально, в то время как электромагнитное поле является материей. Во второй половине XX столетия задача построения единой теории осложнилась необходимостью внесения в нее слабого и сильного взаимодействий, а также квантования теории. В 1967 году Саламом и Вайнбергом была создана теория электрослабого взаимодействия, объединившая электромагнетизм и слабые взаимодействия. Позднее в 1973 году была предложена теория сильного взаимодействия (квантовая хромодинамика). На их основе была построена Стандартная Модель элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабые и сильное взаимодействия. Экспериментальная проверка Стандартной Модели заключается в обнаружении предсказанных ею частиц и их свойств. В настоящий момент открыты все элементарные частицы Стандартной Модели, за исключением хиггсовского бозона. Таким образом, в настоящее время фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: общей теорией относительности и Стандартной Моделью. Их объединения пока достичь не удалось из-за трудностей создания квантовой теории гравитации. Для дальнейшего объединения фундаментальных взаимодействий используются различные подходы: теории струн, петлевая квантовая гравитация, а также М-теория.

Считается, что наиболее простой формой движения материи является механическое движение материальных объектов. Под механическим движением материального объекта понимают происходящее с течением времени изменение его положения по отношению к другим материальным объектам. Под механическим взаимодейст­вием материальных объектов понимают такое их взаимодействие, ко­торое либо приводит к движению (в частности, к покою или к изменению движения) одних материальных объектов относительно дру­гих, либо к деформации материальных объектов, либо к тому и другому вместе. Например, вследствие механического взаимодействия Земли и Солнца наблюдается движение Земли относительно Солнца; тело, лежащее на столе вследствие механического взаимодействия с Землей и столом находится в покое относительно Земли; деталь вследствие механического взаимодействия с молотом деформируется. Считается, что более сложные формы движения материи – тепловые, химические, электромагнитные и другие процессы – не сводятся и не могут быть сведены к механической форме движения. Они содержат механическую форму движения, но полностью ею не объясняются и не исчерпываются. Выявление и описание общих свойств и законов механического взаимодействия и движения материальных объектов, сведено в науку – механику. Основанная, как и всякая физическая наука, на наблюдении и опыте, механика может быть разделена на наблюдательную (опытную) и теоретическую. Наблюдательная (опытная) механика входит в различные отделы экспериментальной физики, астрономии, техники. В ней устанавливается связь между свойствами материальных тел, их движением и причинами, вызывающими или изменяющими движение. Эта связь формулируется в виде законов движения материальных объектов, которые не являются математическими следствиями каких-то изначальных истин, а представляют собой индуктивные положения, основанные на большом числе согласующихся между собой опытных фактов. Эти положения представляют собой утверждения о свойствах движения материальных объектов, достоверные с некоторой точностью. Подробное рассмотрение (изучение) общих свойств и законов механического движения и равновесия материальных объектов и возникающее при этом механическое взаимодействие между материальными объектами, составляет предмет так называемой теоретической или общей механики. К этому рассмотрению относятся получение математических выражений общих свойств и законов механического движения и равновесия материальных объектов и возникающего при этом механического взаимодействия между материальными объектами (важных выражений – теорем, менее важных – следствий); а также получение некоторых полезных на практике выводов об общих свойствах и законах механического движения материальных объектов. Теоретическая механика опирается на некоторое конечное число законов, установленных в опытной механике, принимаемых за истины, не требующих доказательства - аксиомы. Опираясь на аксиомы как на известный и проверенный практикой и экспериментом фундамент, теоретическая механика возводит свою теорию при помощи строгих математических выводов. По Ньютону теоретическая механика «есть учение о движениях, производимых какими бы то ни было силами, и о силах, требуемых для производства каких бы то ни было движений, точно изложенное и доказанное» (Из предисловия к первому изданию знаменитого сочинения И.Ньютона «Математические начала натуральной философии»). Достоверность теоретической механики зависит, таким образом, от достоверности ее аксиом, так как строгие математические выводы из этих аксиом внести ошибок не могут. Единственным критерием истинности и точности полученной таким образом теории являются опять-таки опыт, практика. Всякая научная теория только тогда может считаться верной, т.е. достаточно точно отражающей и объясняющей рассматриваемые явления реального мира, если эта теория хорошо согласуется с действительностью, с наблюдаемыми фактами. «Из наблюдений установить теорию, через теорию направлять наблюдения есть лучший всех способ изыскания правды», - пишет Ломоносов (первый русский ученый-естествоиспытатель мирового значения, первый русский академик, основатель Московского университета). Математические выражения общих свойств и законов механического движения и равновесия материальных объектов и возникающего при этом механического взаимодействия между мате­риальными объектами, позволяют решить множество задач, связанных с механическим движением и взаимодействием реальных материальных объектов. Теоретическая механика является разделом физики. Теоретическая механика развилась на достаточно высоком уровне раньше других разделов физики. Физика и многие другие науки своим современным состоянием во многом обязаны теоретической механике. Теоретическая механика является научной базой для многих наук и направлений деятельности. Это теория механизмов и машин, строительная механика, механика твердого деформируемого тела, динамика и прочность машин, гироскопия, механика жидкости и газа, теория полета, навигация и другие.

Вопрос о физической природе сил в теоретической механике не играет роли, а интересует только тот эффект, который производят на рассматриваемый материальный объект действующие на него силы независимо от физической сущности этих сил. Из определения механического движения сле­дует, что можно говорить об изменении положения того или иного материального объе­кта лишь по отноше­нию к другому какому-нибудь материальному объекту, который играет при этом роль системы отсчета. Если положение всех точек материального объекта по отношению к выбранной системе отсчета остается все время неизменным, то материальный объект по отношению к этой системе отсчета находится в покое. Если же положение каких-нибудь точек материального объекта с течением времени изменяется, то этот матери­альный объект по отношению к данной системе отсчета находится в движении. Так как выбор системы отс­чета в известной мере произволен и зависит от характера рассматриваемой задачи, то понятия о механи­ческом движении и покое являются по существу относительными, и материальный объект, движущийся по отношению к одной системе отсчета, может находиться в покое по отношению к другой системе отсчета. Поэтому при исследовании механического движения всегда нужно знать ту систему отсчета, по отношению к которой будет рассматриваться данное движение. Если такая система отсчета не задана, то задача исследования движения становится в механике неопределенной. Любое механическое движение (и равновесие) имеет объективный характер и относительность механического движения не означает, что оно субъективно. Считается, что в реальности абсолютно неподвижных материальных объектов не существует, и поэтому принципиально невозможно уста­новить абсолютно неподвижную систему отсчета. Следовательно, понятия абсолютного движения и абсо­лютно неподвижной системы отсчета, не имеют конкретного смысла. В теоре­тической механике возмож­ность установления абсолютно неподвижной системы отсчета постулируется. Эту систему отсчета можно мыслить как часть введенного Ньютоном трехмерного абсолютно неподвижного пространства, в котором все измерения проводятся на основании аксиом геометрии Эвклида. За основную, или абсолютно неподви­жную систему отсчета, отвечающую полностью принятой в теоретической механике совокупности основных законов, условно принимают гелиоцентрическую систему, т.е. систему координат с началом в центре Сол­нца и осями, направленными к трем так называемым неподвижным звездам. Но при решении многих техни­ческих задач движение Земли относительно гелиоцентрической системы не учиты­вают и абсолютно непод­вижную систему отсчета соединяют с Землей. Очевидно, что при этом совершаю­тся некоторые погрешно­сти, которые, однако, невелики и могут быть учтены. Наряду с предположением о существовании абсолют­ного пространства, в теоретической механике, следуя Ньютону, делается предпо­ложение о существовании абсолютного времени, одинакового для всех точек как абсолютно неподвижной системы отсчета, так и лю­бой подвижной системы отсчета независимо от характера ее движения. В опре­делении механического движения, кроме понятий пространства и времени, содержится еще понятие о том, что движется, т.е. понятие о материальных объектах, имеющих массу. В настоящее время теоретическая ме­ханика, основанная на законах Галилея-Ньютона, называется классической механикой. Классическая механика имеет ограниченную область применимости. Предметом класси­ческой механики является изучение общих законов движения тел больших размеров (начиная с размеров молекул), движущихся медленно по сравнению со скоростью света. Развитие науки показало, что для описания движения тел – порядка атомных и меньших размеров, а также для тел, размеры которых больше размеров атома, и движущихся со скоростями того же порядка, что и скорость света, - классическая механика оказалась непригодной. Изучение этих вопросов является предметом релятивисткой и квантовой, или волновой, механики. В релятивисткой механике пространство и время утрачивают абсолютность, которой они обладают в классической механике. Последовательный анализ основных понятий релятивисткой механики приводит к установлению взаимосвязи пространства, времени и движущейся материи. Представление Ньютона об абсолютном времени и пространстве, существующих независимо от движущейся материи и наряду с ней заменяется в релятивисткой механике представлением, выдвинутым диалектическим материализмом, рассматривающим пространство и время как объективные формы существования материи. В классической механике масса движущегося тела считается постоянной величиной, не зависящей от скорости тела, в то время как релятивисткой механикой установлено, что масса тела не является постоянной и зависит от скорости тела. И релятивисткая и квантовая механика являются как бы некоторым обобщением классической механики в разных направлениях. Формулы, уравнения и закономерности классической механики могут быть получены из соответствующих соотношений релятивисткой механики, если в них пренебрегать величиной отношения скорости тела к скорости света по сравнению с единицей. Результаты классической механики можно также получить из соотношений квантовой механики, если считать в этих соотношениях массу движущегося тела подавляюще большой по сравнению с массой электрона. Очень сложная в математическом отношении форма, которую принимают законы релятивисткой и квантовой механики, излишне усложняет метод исследования движения всех тел, отличных от микрочастиц (электронов, протонов и др.), при скоростях, не близких к скорости света, т.е. движений, которые имели и имеют огромное значение в обычной технической практике и небесной механике. Поэтому классическая механика имеет свое научное значение и практическую ценность. В курсах теоретической механики обычно рассматриваются вопросы только классической механики.

Дата добавления: 2015-11-03