ФІЗИКА ВІД АРИСТОТЕЛЯ ДО ЕЙНШТЕЙНА

Найвидатнішим із стародавніх мислителів був Аристотель (384—322 до н. е.), який і запровадив слово «фюзіс», що в перекладі з грецької означає природа. Але не подумайте, що «Фізика» Аристотеля хоч якось схожа на сучасні підручники з фізики. Ні! У ній ви не знайдете жодного опису досліду чи приладу, жодного малюнка чи креслення, жодної формули. У ній — філософські міркування про речі, про час, про рух взагалі. Такими були всі праці вчених-мислителів античного періоду.

Від старогрецького філософа Фалеса (624—547 до н. е.) беруть початок наші знання з електрики й магнетизму. Демокріт (460—370 до н. е.) є основоположником вчення про будову речовини, саме він припустив, що всі тіла складаються з найдрібніших частинок — атомів. Евкліду (ІІІ ст. до н. е.) належать важливі дослідження в галузі оптики — він уперше сформулював основні закони геометричної оптики (закон прямолінійного поширення світла й закон відбивання), описав дію плоских і сферичних дзеркал.

Серед видатних учених та винахідників стародавнього світу чільне місце посідає Архімед (287—212 до н. е.). Його праці «Про рівновагу площин», «Про тіла, що плавають», «Про важелі» заклали основи таких розділів фізики, як механіка, гідростатика. Яскравий інженерний талант Архімед виявив у сконструйованих ним механічних пристроях.

Із середини ХVІ ст. настав якісно новий етап розвитку фізики — у ній починають застосовувати експерименти й досліди. Одним з перших, відомих з історії, є дослід Галілео Галілея: кидання ядра та кулі з Пізанської вежі. Саме цей дослід вважають «днем народження» фізики як експериментальної науки.

Потужним поштовхом до формування фізики як науки стали наукові праці Ісака Ньютона. У «Математичних началах натуральної філософії» (1684 р.) він розробив математичний апарат для пояснення й опису фізичних явищ. На сформульованих ним законах було побудовано так звану класичну (ньютонівську) механіку.

Швидкий прогрес у вивченні природи, відкриття нових явищ і законів природи сприяли розвитку суспільства. З кінця ХVIII ст. розвиток фізики зумовлює бурхливий розвиток техніки. У цей час було винайдено й удосконалено парові машини. У зв’язку із широким використанням їх у виробництві та на транспорті цей період часу називають «віком пари». Одночасно науковці поглиблено вивчали теплові процеси, у фізиці було виокремлено новий розділ — термодинаміку. Найбільший унесок у дослідження теплових явищ належить Саді Карно, Рудольфу Клаузіусу, Джеймсу Джоулю, Дмитру Менделєєву та іншим.

Безліч нових відкриттів було зроблено й у галузі електрики та магнетизму (закон Кулона, закон Ампера, закон Ома, закон електромагнітної індукції тощо). Визначальними для цього періоду стали дослідження Майкла Фарадея, Емілія Ленца та Джеймса Максвелла, які сприяли розробленню так званої класичної електродинаміки, що пояснювала властивості електромагнітних полів, електромагнітну природу світла. Наприкінці ХІХ й на початку ХХ ст. було створено й удосконалено електричні машини. Завдяки широкому використанню електричної енергії цей час назвали «віком електрики». У фізиці було виокремлено нові розділи — електродинаміку, електротехніку, радіотехніку тощо.

Класики фізичної науки XVII—XIX ст.:

В. Томсон (лорд Кельвін)

Д. І. Менделєєв

Дж. Максвелл

На початку ХХ ст. фізики отримали численні експериментальні результати, які не можна було узгодити з положеннями класичної механіки й електродинаміки. У фізиці було започатковано новий етап розвитку — створення квантової та релятивістської теорій. Визначальними для їхнього становлення були праці Макса Планка, Нільса Бора, Альберта Ейнштейна. Квантово-релятивістська фізика є найзагальнішою універсальною формою сучасного тлумачення закономірностей навколишнього світу. Але з її появою класична фізика не зникла, — було визначено межі, у яких вона діє.

Учені XIX ст., що зробили внесок у становлення сучасної фізики:

М. Склодовська-Кюрі

Е. Резерфорд

Особливо бурхливого технологічного розвитку суспільство зазнало з другої половини ХХ ст. Люди навчилися добувати й широко застосовувати ядерну енергію, освоювати космічний простір, конструювати нові автоматизовані пристрої й механізми. ХХ ст. називають «атомним віком», «віком космічної ери». У фізиці інтенсивно досліджували атомне ядро, плазму, керовані термоядерні реакції, напівпровідники тощо. Було виокремлено такі галузі фізики, як фізика низьких температур, фізика рідкого стану, фізика плазми, фізика твердого тіла та інші.

Для початку ХХІ ст. знаковим став величезний прорив у галузі інформаційних технологій, супутникового зв’язку, нанотехнологій. Але про яку б галузь техніки й технологій не йшлося, в її основі лежать закони фізики.

ПОДУМАЙТЕ Й ВІДПОВІДАЙТЕ

1. Назвіть найважливіші природознавчі ідеї та відкриття, що змінили уявлення про світ і вплинули на розвиток цивілізації.

2. Кому ж ми маємо бути вдячними за ті комфортні умови, у яких зараз живе сучасне людство?

3. Продуктом науки є не тільки знання. У чому ж іще полягає цінність науки?

4. Чи існують традиції в науці та яка їхня роль? Що таке наукова революція? Що спільного й що відмінного в наукових і соціальних революціях?

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

1. Робота із синхроністичною таблицею. (За матеріалами: «Синхроністична таблиця як засіб інтегрування знань з природничих предметів» (автори: Величко Л. П., Козленко О. Г., Малієнко Ю. Б., Мельник Ю. С., Надтока О. Ф.) http://lib.iitta.gov.Ua/705168/1/Bio_him_6_2016_Velychko_tabl.pdf

2. Обговоріть проблему моральності в науці. Наведіть приклади складних з погляду загальнолюдської моральності ситуацій, що є проблематичними щодо ухвалення рішень про застосування тих або інших наукових відкриттів на практиці.

3. Складіть повідомлення про: 10-топ відкриттів ХVI ст. XVII ст., ХVIII ст., ХІХ ст., ХХ ст., ХХІ ст.); 22 винаходи українців, що відомі в усьому світі; жінок, які назавжди змінили світову науку.

4. Проведіть класифікацію й складіть схему відомих вам експериментальних і теоретичних методів наукового пізнання. Які з них ви вважаєте фундаментальними. Чому?

ЗАХИСТ НАВЧАЛЬНИХ ПРОЕКТІВ

• Визначні природничі дослідження й відкриття українських учнів і учениць.

• «Великі відкриття» (упорядкування хронологічної шкали (таблиці); створення ментальної карти; фотоальбому тощо).

• Найгірші винаходи ХХ століття.

Фізика Аристотеля

«Перша філософія», метафізика Аристотеля розглядає «суще, як суще», тобто абстрактно від всяких чуттєвих і фізичних властивостей, наприклад, рухи, тілесності та ін. Фізика розглядає те, що рухається, і те, що тілесно. Її предмет є природа – φυσις. Під рухом Аристотель розуміє всяка зміна, всяке здійснення в дійсності чого-небудь можливого і, згідно чотирьом головним своїм «категорій», визнає чотири види руху:

• субстаціональне – походження і знищення;
• кількісне – збільшення і зменшення;
• якісне – якісна зміна;
• просторове – рух у власному розумінні слова, або переміщення.

Всі види руху обумовлюються у фізиці Аристотеля просторовим рухом, коштують залежно від нього, бо всі вони визначаються рухом неба, з яким пов’язуються всі зміни, всі явища в підмісячної. Ми б сказали, що як фізіологічні, так і хімічні процеси зв’язуються з процесами механічного руху. Тому Аристотель особливо ретельно досліджує це поняття просторового руху та пов’язані з ним інші поняття, що мали таке фатальне значення для античної фізики, – поняття безмежного простору і часу, з якими оперувала древня метафізика.

Дозволяючи протиріччя, які Елейська і мегарці розкривали в поняттях величини і руху, Аристотель доводить, що безмежне (ἄπειρον) існує лише потенційно (δυνάμει), а не актуально. Елейськая філософія заперечувала можливість руху в даному просторі і часі, виходячи з їх нескінченної подільності, – Аристотель у своїй фізиці доводить, що нескінченна подільність часу і простору – не дійсна, а лише потенційна: простір, як і час, ділимо, але не поділена. Поняття безмежності – чисто негативне; актуально існує лише щось певне, оформлене; ἄπειρον – безмежне – є лише матерія, а так як чиста матерія існує тільки як потенція, то дійсного, актуального нескінченного немає.

Теорія простору і часу у фізиці Аристотеля значно і навіть надмірно спрощується: поняття простору зводиться до поняття місця – τόπος, поняття часу – до поняття певного проміжку часу. Така тенденція Аристотеля: немає отвлеченностей, немає простору і часу без речовини і руху. Немає порожнього часу і простору, а є лише час і простір наповнені – певні місця і часи. Аристотель визначає простір як кордон осяжний тіла по відношенню до того, яке обіймає, тобто попросту – простір є місце, наповнене тілом.

Час у фізиці Аристотеля визначається, як «число руху по відношенню до попереднього і подальшого». Що хоче сказати цим Аристотель? Ми вимірюємо протягом часу числом років, днів, годин, хвилин і т. Д .; години та хвилини вимірюються нами рухом годинникової стрілки, дні і роки – видимим рухом неба. Певний час є сукупність послідовних моментів, одиниць часу, протягом яких відбулося ту чи іншу подію, то або інший рух.

Один рух відбувається швидше, інше повільніше, тобто в один і той же час може статися більшу або меншу кількість руху; кількість руху визначається простором і часом. Таким чином, час у фізиці Аристотеля – не їсти загальна можливість послідовності взагалі, а певний проміжок в послідовності рухів, як простір є лише певне місце. Невизначеність часу, безмежність простору – актуально не існують, актуально є тільки зайняте, наповнене і остільки певний час і простір. Цим легко вирішуються всі труднощі елеатів. Звідси у фізиці Аристотеля доводиться, що немає порожнечі у часі чи просторі, що поза світу немає простору і не було часу. Світ вічний, рух було і є завжди; воно безперервно і вічно. Круговий рух є досконале, безпочаткове і нескінченне, возвращающееся до себе – первинна форма руху.

Але, зводячи всі зміни до руху, Аристотель у своїй фізиці далекий від механічного світогляду атомістів, сводивших всі зміни лише до переміщення частинок в просторі. Він піддає сильній критиці вчення Демокріта, визнає основні якісні відмінності речей і реальність якісних змін речовини, обгрунтовуючи можливість таких змін своєю теорією про ставлення потенції до акта. Фізична природа представлялася Арістотелем подібної організму, в якому з насіння розвиваються нові різноманітні властивості. Навіть там, де ми бачимо зовнішнє з’єднання двох тіл, можливий їх органічний синтез: з двох тіл складається нове утворення, відмінне від кожного з попередніх, і в якому здійснилася нова форма буття.

Взагалі, за Арістотелем, всяка зміна, не тільки органічне, але і механічне, обумовлено внутрішніми нематеріальними причинами: він визнавав у фізичній природі несвідоме, інстинктивне творчість. У ній таяться потенційні форми, які і здійснюються в її творчому русі, причому вищі форми, як найбільш досконалі, здійснюються природою лише після цілого ряду проміжних ступенів.

Аристотель першим відкинув космогонію. Дійсність, як і можливість, не має походження. Форми і види – вічні і незмінні, як ідеї Платона, існували завжди в речах і в дійсності і ніколи – поза ними. Тому і дійсний світ не має початку і кінця: подібно Платонову світу ідей, він перебуває вічно. Світ єдиний, вічний і досконалий, бо в ньому висловилася дійсність. Божество не могло існувати без світу, так само як і матерія не могла ніколи бути чистою потенцією, але завжди мала форму.

В описі фізичного устрою світу Аристотель визнає відмінність між соняшниковою і надмісячну світом. Незмінна правильність руху небесних тіл становить відмінну рису верхніх сфер. Матерія цих сфер – ефір, нездатний ні до якої зміни, крім переміщення, і притому кругового: тому там – вічна, незмінна, божественне життя, а внизу панує закон вічної зміни, виникнення і знищення; самий вигляд цих двох областей свідчить про їх відмінність один від одного.

Фізика Аристотеля визнає чотири стихії, що володіють протилежними якостями (холод і тепло, сухе і сире): землю, повітря, вогонь і воду. Ці головні фізичні стихії можуть поступово взаємно переходити один в одного. П’ята стихія – ефір, якої наповнена верхня сфера, не змінюється і не переходить в інші стихії.

У середині світобудови знаходиться, відповідно до Аристотеля, нерухома земля, навколо якої розташовані три інші матеріальні стихії: вода, повітря і вогонь. Навколо землі обертаються сфери, до яких прикріплені сонце, місяць і п’ять планет. За ними слідує крайня сфера – небо нерухомих зірок, наповнене ефіром і приводиться в рух верховним божеством. Зірки Аристотель вважає вічними, божественними істотами, провідними блаженне життя, – принцип, загальне всім древнім філософам. Планети мають самостійний рух, не залежне від руху неба, що відбувається не по колу, а по еліпсиси. Вони мають своїх двигунів, своїх богів, що обумовлюють відмінність їх руху (політеїстична риса). Для пояснення еліптичної форми руху планет Аристотель у своїй фізиці приписував кожній з них кілька сфер, що залежать один від одного, причому дана планета завжди прикріплена до нижчої з цих сфер.

Земля, за Арістотелем, є область зміни, виникнення і знищення, вічний кругообіг яких залежить від нерівномірного руху планет. У зв’язку з впливом сонця і зміною дня і ночі знаходиться круговорот і зміни, протилежний вічного буття зірок.

Аристотель – батько систематичної зоології та порівняльної анатомії. Правда, він багато почерпнув по цих галузях науки у своїх попередників; але його заслуги все ж колосальні. Його спроба природної класифікації тварин наукова, наскільки це можливо було в його епоху. Одна зоологія Аристотеля могла б доставити йому славу великого натураліста. Звичайно, ми не можемо тут викладати спеціально зоологічні погляди Аристотеля. Але нас цікавлять загальні філософські погляди, якими вони пройняті. Фізична і органічна природа у Аристотеля – НЕ безладна трагедія, але художній твір, в якому все пов’язано і в цілому, і в окремих частинах.

Фізика – третій розділ «теоретичної філософії» Аристотеля (два інших – метафізика і математика). Він викладається в однойменному трактаті («Фізика»), що складається з 8 книг і містить нарис вчення Аристотеля про природу. Виникнення і зникнення предметів, всі зміни, яким піддається матерія, засновані, відповідно до Аристотеля, на законах руху; воно – безсмертна життя природи у просторі та часі. Мета цього процесу природи поступове розширення панування форми над матерією, розширення і вдосконалення життя.

За різницею вражень, які виробляють на почуття матеріальні предмети, Аристотель, грунтуючись на протилежностях теплого і холодного, сухого і вологого, перераховує у своїй «Фізиці» чотири основних речовини («стихії»). Речовина тепле і сухе – вогонь (теплота); речовина тепле і вологе – повітря; холодне і вологе – вода; холодне і сухе – земля. За різницею напрямків руху, Аристотель приймає два його різновиди: рух вгору («до кордону світу») і рух вниз («до центру світу»). Причина цієї різниці та, що одні тіла важкі, а інші легкі. Відповідно до цього кожна зі стихій має своє «природне місце»: вогню і повітрю по їх внутрішньому принципом властиво рухатися вгору, а землі і вода – вгору. Уявлення про силу тяжіння в «Фізиці» Аристотеля немає, воно виникло лише в Європі Нового часу.

У кожному складному тілі з’єднані всі чотири стихії; зміни в пропорціях поєднання цих стихій виробляють те, що тіла виникають і зникають. Крім прямолінійного руху вгору або вниз «Фізика» Аристотеля визнає і ще один вид – кругове переміщення; воно совершеннейший вид руху, тому що воно належить всесвіту в цілому і становить природу ефіру, вічного, незмінного, безпристрасного істоти, непричетну боротьбі стихій; цей ефір – єдине матеріальне істота, що має божественну природу.

Устрій всесвіту, за Арістотелем, обумовлюється ставленням ефіру до стихій і взаємними відносинами стихій. Всесвіт складає одне ціле, одну систему. Вона має форму кулі; в цій кулі рухаються небесні тіла, що теж мають кулясту форму. Вони рушать в стрункому порядку по концентричних кіл, які розташовані один над іншим.

Земля, складова центр всесвіту, має форму кулі, як ми бачимо по обрису її тіні і місячним затьмаренням; інший доказ кулястості землі те, що всі тіла мають прагнення збиратися до центру. Кордон всесвіту в «Фізиці» Аристотеля утворює небо – жива істота, що складається з ефіру. Своїм вічним круговим рухом, видимим при спостереженні за зірками, воно повідомляє таке ж рух і всесвіту. Цей рух небо отримує від першого рушійною причини, що діє на зовнішню окружність його. Крім цього загального руху всесвіту є особливі руху небесних тіл і стихій, обумовлені їх природою. Стрункість всіх рухів у всесвіті, на думку Аристотеля, незаперечно свідчить про наявність у світі божественного провидіння.

Небо, за теорією, развиваемой Аристотелем в «Фізиці», складається з декількох концентричних сфер. Одна з них – зоряне небо – різко відрізняється своїми властивостями від інших сфер, що становлять планетну систему. Рух зоряного неба незмінно кругове, і число світил на зоряному небі дуже велике; тому воно сама божественна частина всесвіту. Зірки цього неба, відповідно до Аристотеля, – вічні, блаженні істоти, чия природа незрівнянно вище людської; вільні від усяких змін і страждань, вони ведуть блаженне життя. Система планет, до числа яких належать сонце і місяць, теж вільна від змін і страждань і теж має божественну природу. Але її рух не чисто кругове, і орбіти планет мають косе положення.

Область небесних світил, незмінного буття і незмінного кругового руху відповідає в «Фізиці» Аристотеля того, що народне вірування греків називало царством безсмертних богів. Але й земний світ, що знаходиться під сонцем і перед місяцем, має в собі деякі елементи вічного руху. Воно створюється в ньому нескінченним кругообігом виникнення і зникнення, вічністю видів смертних істот.

Физика Аристотеля

Греческий философ Аристотель (384 до н. э. — 322 до н. э.), ученик Платона, разработал множество физических теорий и гипотез, основываясь на знаниях того времени. Собственно и сам термин «физика» был введён Аристотелем.

Письменные труды Аристотеля относились к двум видам: «экзотерические» — сочинения для широкой публики, состоящие в основном из диалогов на различные темы; и «эзотерические» — лекционные курсы и научные трактаты. [1] Собственно к физике относятся сочинения, названные «Физика», «О небе», « О возникновении и уничтожении », «Метеорологика». [1] Философские труды Аристотеля, собранные и отредактированные Андроником Родосским в книге под названием «Метафизика», обычно не относят к физике, тем не менее в них содержатся рассуждения о пространстве, движении и материи и пр. [1] [2]

Его произведения трактуются неоднозначно: с одной стороны в его школе развиваются эмпирические идеи и специализация; однако с другой стороны произведения трактуются в сильно платоновском духе. [3]

Физика Аристотеля основана на учении о четырёх элементах (четырёх стихиях). В трудах Аристотеля ведётся речь об отношении между этими стихиями, их развитии, как они воплощаются в явлениях природы и т.п.

Основные постулаты физики Аристотеля:

1. Естественное место — каждый элемент тянется к своему естественному месту, каким-то образом расположенному относительно центра Земли, а значит и центра Вселенной.
2. Гравитация/Левитация — на объекты действует сила, двигающая эти объекты к их естественному месту.
3. Прямолинейное движение — в ответ на эту силу тело двигается по прямой линии с постоянной скоростью.
4. Зависимость скорости от плотности — скорость обратно пропорциональна плотности среды.
5. Невозможность вакуума — так как скорость движения в вакууме была бы бесконечно большой.
6. Всепроникающий эфир — каждая точка пространства заполнена материей.
7. Конечная вселенная — мир конечен, т.е. завершен, следовательно, совершенен; мир ничто не объемлет, из чего следует, что у мира нет места (“место – первая граница объемлющего тела”).
8. Теория континуума — между атомами был бы вакуум, таким образом материя не может состоять из атомов.
9. Эфир — объекты из надлунного мира сделаны из иной материи, чем земные.
10. Неизменный и вечный космос — Солнце и планеты — совершенные, неизменяемые сферы.
11. Движение по окружности — планеты совершают совершенное круговое движение.

Oops something went wrong: