Geschichte der Entwicklung der Physik. Vortrag zum Thema: Aus der Entwicklungsgeschichte der Wissenschaft „Physik“. Die Geburt der theoretischen Physik
Zusammenfassung zum Thema: „Geschichte der Physik“
Entwicklung der Physik
Die Physik gehört zu den Naturwissenschaften, deren Aufgabe es ist, die Natur zu studieren, um sie dem Menschen unterzuordnen.
In der Antike bedeutete das Wort „fiika“ Naturgeschichte. Anschließend wurde die Naturgeschichte in eine Reihe von Wissenschaften unterteilt: Physik, Chemie, Astronomie, Geologie, Biologie, Botanik usw.
Unter diesen Wissenschaften nimmt die Physik gewissermaßen eine Sonderstellung ein, da ihr Untersuchungsgegenstand alle grundlegenden, allgemeinsten und einfachsten Bewegungsformen der Materie sind.
Die Anhäufung von Wissen über Naturphänomene erfolgte bereits in der Antike. Sogar Naturvölker, die Ähnlichkeiten und Unterschiede in den Phänomenen der umgebenden Welt bemerkten, erwarben durch ihre Praxis einige Kenntnisse über die Natur. Anschließend führte die Systematisierung des angesammelten Wissens zur Entstehung der Wissenschaft.
Die Erweiterung und Verfeinerung des Wissens über Naturphänomene wurde von Menschen aufgrund praktischer Bedürfnisse durch Beobachtungen und auf einer höheren Stufe der Entwicklung der Wissenschaft durch Experimente durchgeführt (Beobachtung ist die Untersuchung eines Phänomens in einer natürlichen Umgebung, Experiment ist die Reproduktion eines Phänomens in einer künstlichen Umgebung, um die Eigenschaften dieses Phänomens in Abhängigkeit von den geschaffenen Bedingungen zu entdecken.
Zur Erklärung von Phänomenen wurden Hypothesen aufgestellt. Schlussfolgerungen aus Beobachtungen, Experimenten und Hypothesen wurden in vielfältigen Wechselwirkungen zwischen Wissenschaft und Praxis überprüft; Die Praxis zeigte Möglichkeiten auf, wissenschaftliche Erfahrungen (Beobachtungen und Experimente) zu klären, Hypothesen zu korrigieren und die Wissenschaft zu bereichern. Die Wissenschaft wiederum bereicherte die Praxis.
Mit der zunehmenden Anwendung wissenschaftlicher Erkenntnisse in der Praxis entstand die Notwendigkeit, dieses Wissen zur Vorhersage von Phänomenen und zur Berechnung der Folgen einer bestimmten Handlung zu nutzen. Dies führte zu der Notwendigkeit, verallgemeinernde und fundierte Theorien anstelle isolierter Hypothesen zu entwickeln.
Das Bedürfnis nach Theorie entstand erstmals beim Bau von Gebäuden und Bauwerken und führte zur Entwicklung der Mechanik, vor allem der Gleichgewichtslehre. Im alten Ägypten und Griechenland wurden die Festkörperstatik und die Hydrostatik entwickelt. Die Notwendigkeit, die Zeit für landwirtschaftliche Arbeiten zu bestimmen und die Richtung während der Navigation zu bestimmen, gaben den Anstoß für die Entwicklung der Astronomie. Eine Reihe von Wissenszweigen wurden vom antiken griechischen Denker Aristoteles begründet und systematisiert. Seine „Physik“ (in 8 Büchern) bestimmte lange Zeit das allgemeine physikalische Weltbild.
Das angesammelte Wissen über die Natur wurde von den herrschenden Klassen für ihre eigenen Interessen genutzt; In der Antike lag die Wissenschaft in den Händen von Geistlichen (Priestern) und war eng mit der Religion verbunden. Erst im antiken Griechenland begannen Vertreter anderer privilegierter Gesellschaftsschichten, sich mit der Wissenschaft zu beschäftigen. Die besten Vertreter der antiken Naturphilosophie, also der Naturphilosophie (Leukipp, Demokrit, Lucretius), legten den Grundstein für ein materialistisches Naturverständnis und kamen trotz des extremen Mangels an Faktenmaterial auf die Idee des Atomstruktur der Materie.
Der Zusammenbruch der antiken Gesellschaft stoppte vorübergehend die Entwicklung der Wissenschaft. Im Mittelalter ordnete die christliche Kirche, gestützt auf die herrschenden Klassen des Feudalsystems, die Philosophie durch extreme Grausamkeit, die Inquisition und Hinrichtungen den Zielen der Theologie unter. Die Physik des Aristoteles mit ihrer dogmatischen Interpretation, die die Möglichkeit eines Fortschritts ausschloss, wurde von der Kirche angepasst, um die Autorität der Heiligen Schrift zu stärken. Zu dieser Zeit blieben vor allem bei den Arabern, die riesige Staaten gründeten und regen Handel mit fernen Ländern trieben, Elemente der von den Griechen und Römern übernommenen Wissenschaften erhalten und erfuhren eine gewisse Weiterentwicklung, insbesondere in den Bereichen Mechanik, Astronomie, Mathematik und Geographie.
Im XV-XVI Jahrhundert. Basierend auf der Entwicklung des europäischen Handels und der Industrie begann das schnelle Wachstum und die Entwicklung zunächst der Mechanik und Astronomie und später der Wissenschaften, die die Grundlage der Industrietechnik bilden – Physik und Chemie. Die Werke von Kopernikus, Kepler, Galilei und ihren Anhängern machten die Wissenschaft zu einer mächtigen Waffe im Kampf der Bourgeoisie gegen die Hochburg des veralteten Feudalsystems – die Religion. Im Kampf gegen die Kirche wurde ein wissenschaftlicher Grundsatz aufgestellt: Alles wahre Wissen basiert auf Erfahrung (auf einer Reihe von Beobachtungen und Experimenten) und nicht auf der Autorität dieser oder jener Lehre.
Im 17. Jahrhundert Das Großbürgertum suchte einen Kompromiss mit den Überresten der herrschenden Klassen des Feudalsystems. Dementsprechend waren Vertreter der Wissenschaft gezwungen, einen Kompromiss mit der Religion zu finden. Newton verfasste neben brillanten wissenschaftlichen Werken eine Interpretation des Kirchenbuchs – die Apokalypse. Descartes versuchte in seinen philosophischen Werken die Existenz Gottes zu beweisen. Wissenschaftler unterstützten die falsche Vorstellung vom ersten Anstoß, den das Universum angeblich brauchte, um in Bewegung zu kommen.
Die Entwicklung der Mechanik prägte die damalige wissenschaftliche Theorie. Wissenschaftler versuchten, die Welt als Mechanismus zu betrachten und alle Phänomene durch die Reduzierung auf mechanische Bewegungen zu erklären.
In dieser Entwicklungsphase der Naturwissenschaften fand der Kraftbegriff enorme Anwendung. Mit jedem neu entdeckten Phänomen wurde eine Kraft erfunden, die als Ursache des Phänomens erklärt wurde. Bis heute haben sich in der Physik Spuren davon in der Schreibweise erhalten: Lebenskraft, Stromstärke, elektromotorische Kraft usw.
Die wissenschaftlichen Theorien dieser Zeit, die die Welt als eine sich ständig bewegende Maschine betrachteten, leugneten die Entwicklung der Materie, die Übergänge der Bewegung von einer Form zur anderen. Trotz der Erfolge bei der Erweiterung des experimentellen Materials blieb die Wissenschaft in der Position einer mechanistischen Weltanschauung.
Im 18. Jahrhundert Klematis ov hat das Bild der molekularkinetischen Struktur von Körpern richtig vorhergesagt und erstmals das einheitliche Gesetz der Ewigkeit der Materie und ihrer Bewegung mit den Worten ausgedrückt: „... alle Veränderungen in der Natur geschehen so, dass wenn Etwas wird zu etwas hinzugefügt, dann wird es von etwas anderem weggenommen ... Da dies ein universelles Naturgesetz ist, erstreckt es sich auch auf die Bewegungsregeln: Ein Körper, der mit seinem Stoß einen anderen zur Bewegung anregt, verliert als viel von seiner Bewegung, die er dem anderen mitteilt, der von ihm bewegt wird.“
In denselben Jahren beseitigte die Theorie von Kant und Laplace über die Entwicklung des Sonnensystems aus dem Nebel die Idee der Notwendigkeit eines ersten Vorstoßes.
Im 19. Jahrhundert Basierend auf dem kolossalen Wachstum der Produktivkräfte während der Blütezeit des industriellen Kapitalismus beschleunigte sich der Fortschritt der Wissenschaft enorm. Der Bedarf an einem leistungsstarken und vielseitigen Motor für Industrie und Verkehr führte zur Erfindung der Dampfmaschine, und ihr Erscheinen veranlasste Wissenschaftler, thermische Prozesse zu untersuchen, was zur Entwicklung der Thermodynamik und der molekularkinetischen Theorie führte. Basierend auf der Thermodynamik wiederum erwies es sich als möglich, leistungsstärkere und wirtschaftlichere Motorentypen (Dampfturbinen, Verbrennungsmotoren) zu konstruieren. Wir sehen an diesem Beispiel, wie die Praxis die Entwicklung wissenschaftlicher Theorie fördert und die Theorie anschließend eine führende Rolle gegenüber der Praxis einnimmt.
Ein weiteres Beispiel für das komplexe Zusammenspiel von Theorie und Praxis ist die Entwicklung der Theorie der Elektrizität und Elektrotechnik. Fragmentierte Informationen über elektrische Phänomene sind seit langem verfügbar. Aber erst nachdem die elektrische Natur des Blitzes und dann der galvanische Strom entdeckt worden waren, konzentrierte sich die Physik auf das Studium der Elektrizität. Faraday, Maxwell, Lenz und andere entwickelten die physikalischen Grundlagen der modernen Elektrotechnik. Die Industrie machte sich wissenschaftliche Entdeckungen schnell zunutze und die umfassende Entwicklung der Technologie eröffnete beispiellose Möglichkeiten für wissenschaftliche Experimente. Die Untersuchung der molekularen Struktur von Körpern enthüllte die elektrische Natur molekularer und atomarer Wechselwirkungen, was wiederum in unseren Tagen zur Entdeckung der atomaren Bewegungsform der Materie führte, was enorme Perspektiven für neue Technologien eröffnet.
Eine Reihe von Entdeckungen – das Gesetz der Energieerhaltung und -umwandlung, die Theorie der elektromagnetischen Wellen, die Entdeckung von Elektronen und Radioaktivität – stürzten schließlich die Lehre von der Unveränderlichkeit der Natur. Der Mechanismus ist abgestürzt.
Es stellte sich heraus, dass es nur vom Standpunkt der von Marx und Engels geschaffenen Philosophie möglich war, das Wesen neuer wissenschaftlicher Entdeckungen richtig einzuschätzen und zu verstehen dialektisch Natürlicher Materialismus.
„Dialektischer Materialismus ist die Weltanschauung der marxistisch-leninistischen Partei. Man nennt ihn dialektischen Materialismus, weil seine Herangehensweise an Naturphänomene, seine Methode, Naturphänomene zu studieren, seine Methode, diese Phänomene zu erkennen, dialektisch ist und seine Interpretation von Naturphänomenen, sein Verständnis von Naturphänomenen, seine Theorie materialistisch ist.“
Naturphänomene mit einer dialektischen Herangehensweise an sie müssen in ihrem Zusammenhang, ihrer gegenseitigen Abhängigkeit, ihrer gegenseitigen Abhängigkeit und in ihrer Entwicklung betrachtet werden, wobei zu berücksichtigen ist, dass quantitative Veränderungen zu grundlegenden qualitativen Transformationen führen, dass die Entwicklung von Phänomenen durch den Kampf der in ihnen verborgenen Widersprüche entsteht .
Die dialektische Herangehensweise an Naturphänomene sorgt für ein unverfälschtes, korrektes Abbild der Realität in unserem Bewusstsein. Dieser entscheidende, absolute Vorteil der dialektischen Methode gegenüber allen anderen Ansätzen zur Untersuchung natürlicher Phänomene erklärt sich aus der Tatsache, dass die Hauptmerkmale, die die dialektische Methode charakterisieren, nicht willkürlich erfunden werden, uns keine künstlichen, toten Schemata aufzwingen, die ihr nicht innewohnen Wissen, sondern im Gegenteil die allgemeinsten Gesetze der Dialektik der Natur, die keine Ausnahmen haben, genau wiedergeben.
Alle Wissenschaften, insbesondere die Physik, bestätigen mit jeder Tatsache eindeutig, dass:
Erstens tritt jedes Phänomen in einer organischen, untrennbaren Verbindung mit den umgebenden Phänomenen auf; Wenn wir ein Phänomen isolieren, seine Verbindung mit umgebenden Phänomenen unterbrechen wollen, verzerren wir zwangsläufig das Phänomen;
zweitens unterliegt alles, was existiert, einem natürlichen und unerschöpflichen Wandel, einer Entwicklung, die in der Natur der Dinge liegt;
drittens führt die Anhäufung quantitativer Veränderungen bei kontinuierlicher Entwicklung zu intermittierenden, krampfhaften qualitativen Transformationen; viertens vollzieht sich die Entwicklung von allem, was existiert, im ewigen Kampf gegensätzlicher Tendenzen, im Kampf zwischen Altem und Neuem, zwischen Sterbendem und Werdendem, zwischen Veraltetem und Entwickelndem.
Die dialektische Methode zur Untersuchung natürlicher Phänomene spiegelt diese universellen objektiven Gesetze wider und reproduziert die Dialektik der objektiven Welt in den Prinzipien des Wissens. Die korrekte Widerspiegelung der Realität in unserem Bewusstsein mit einer dialektischen Herangehensweise an Naturphänomene verpflichtet uns, die dialektische Methode als die einzig richtige Methode zur Untersuchung natürlicher Phänomene anzuerkennen. Nur der dialektische Materialismus ist eine streng wissenschaftliche Weltanschauung. Alle anderen philosophischen Ansichten sind falsch, realitätsfremd und metaphysisch.
Allerdings kann die Bourgeoisie aufgrund ihrer Klasseninteressen die Philosophie des Proletariats – den dialektischen Materialismus – nicht akzeptieren. Wissenschaftler des 19. Jahrhunderts Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit konnten sie nicht umhin, von dem Glauben an die Realität der Außenwelt, die sie studieren, auszugehen; Daher waren sie in ihrer Arbeit spontane Materialisten, aber in ihrer Weltanschauung spiegelten sie die Ansichten der herrschenden Klasse wider und zollten in gewissem Maße dem Idealismus Tribut, insbesondere in Fragen der Philosophie. Das rasante Wachstum der Naturwissenschaften und gleichzeitig der Niedergang der bürgerlichen Philosophie führten zu Ideen, die für die Theoretiker des 19. Jahrhunderts charakteristisch waren. ideologische Verwirrung und Misstrauen gegenüber der Philosophie.
Mit dem Aufkommen des Imperialismus Ende des 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts nahm der Idealismus eine verfeinerte Form des Machismus an (benannt nach dem Begründer dieser Lehre, dem österreichischen Physiker und Philosophen Ernst Mach). Die Machisten argumentierten, dass wir in unserer „Erfahrung“ nicht die Eigenschaften der objektiven Realität lernen, sondern nur unsere eigenen Empfindungen. Man sollte bedenken, dass das Wort „Erfahrung“ von Machisten anders verstanden wird als von Materialisten. Materialisten nennen Erfahrung die praktische Überprüfung theoretischer Schlussfolgerungen über die Gesetze der Außenwelt; Das Experiment ist ein entscheidender Maßstab für die Treue der einen oder anderen wissenschaftlichen Theorie, ihre Übereinstimmung mit der objektiven Realität. Für die Machisten ist Erfahrung die Gesamtheit unserer Empfindungen und Wissenschaft ihre Ordnung in unserem Bewusstsein.
Agnostizismus ist auch eine Art Idealismus, der behauptet, dass wir Phänomene kennen, nicht aber das „Ding an sich“, das nicht erkennbar ist.
Aufgrund der Diskrepanz zwischen dem kolossalen Wachstum positiven Faktenwissens über die Natur und den idealistischen Schlussfolgerungen, die bürgerliche Wissenschaftler aus diesem Wissen ziehen wollen, befindet sich die moderne Physik in einer tiefen Krise. W. I. Lenin
In dem Buch „Materialismus und Empiriokritizismus“ entlarvte er nicht nur den Machismus, sondern analysierte auch die Krise der Physik eingehend.
Die Erfolge unseres Landes beim Aufbau des Kommunismus erschrecken die Imperialisten und wecken gleichzeitig die politische Aktivität unter Millionen von Werktätigen in den kapitalistischen und insbesondere in den kolonialen und abhängigen Ländern, und dies zwingt die Führer der kapitalistischen Welt, alle notwendigen Mittel einzusetzen, um dem Wachstum entgegenzuwirken Autorität und Einfluss der Sowjetunion. Eine der Methoden des ideologischen Kampfes der Imperialisten ist die Verfälschung des wahren Bildes der Entwicklung der Wissenschaft: Die Errungenschaften der Sowjetunion werden vertuscht, verborgen und die Rolle russischer Wissenschaftler bei der Entwicklung der Wissenschaft wird herabgesetzt.
Die Erfolge der sowjetischen Physik lassen sich am besten durch zwei Tatsachen belegen: Erstens hat die Technologie in unserem Land einen beispiellosen Höhepunkt erreicht, und die Physik dient als Grundlage für die wissenschaftliche Verbesserung der Technologie. Zweitens hat die Sowjetarmee der ganzen Welt die beispiellose Kraft ihrer Waffen gezeigt, und die Physik spielt bekanntlich eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der militärischen Ausrüstung.
Jedes Jahr übt die Philosophie des dialektischen Materialismus in allen Ländern der Welt einen zunehmenden Einfluss auf das Bewusstsein der Massen aus. Um diesem Einfluss entgegenzuwirken, ermutigen die wahren Herren der imperialistischen Staaten großzügig die Verkünder idealistischer Tendenzen aller Art in der Wissenschaft.
Die Erfolge der modernen Physik zeigen deutlich den Triumph des dialektischen Materialismus. Dennoch wirbt die Presse der kapitalistischen Länder besonders für solche Spielarten physikalischer Theorien und bringt sie in Mode, die mit ihrem beispiellosen Formalismus idealistischen Perversionen den Weg ebnen. Es ist kein Zufall, dass ausländische wissenschaftliche Fachzeitschriften zur Physik in den letzten Jahren bereitwillig der Diskussion einiger neometaphysischer Theorien Raum gewidmet haben. Beispielsweise sind prominente ausländische Wissenschaftler damit beschäftigt, aus der physikalischen Relativitätstheorie die Schlussfolgerung über die Endlichkeit des Universums zu ziehen und den „Radius“ und das „Alter“ der Welt zu berechnen.
A. A. Zhdanov zeigte in einer Rede bei einer philosophischen Diskussion im Jahr 1947, dass modische ausländische idealistische Verzerrungen der Physik eine dienende Rolle im Feldzug der ausländischen Reaktion gegen den Marxismus spielen. «Взять хотя бы учение английского астронома Эддингтона о физических константах мира, которое прямёхонько приводит к пифагорейской мистике чисел и из математических формул выводит такие „существенные константы" мира, как апокалиптическое число 666, и т. д. Не понимая диалектического хода познания, соотношения абсолютной и относительной истины, многие последователи Эйнштейна, перенося результаты исследования законов движения конечной, ограниченной области вселенной на всю бесконечную вселенную, договариваются до конечности мира, до ограниченности его во времени и пространстве, а астроном Мили даже „подсчитал", что мир создан 2 миллиарда лет vor. Vielleicht treffen die Worte ihres großen Landsmanns, des Philosophen Bacon, auf diese englischen Wissenschaftler zu, dass sie die Ohnmacht ihrer Wissenschaft in eine Verleumdung der Natur verwandeln.
Ebenso führen die kantischen Eigenheiten moderner bürgerlicher Atomphysiker zu Schlussfolgerungen über den „freien Willen“ des Elektrons, zu Versuchen, Materie nur als eine bestimmte Ansammlung von Wellen darzustellen, und zu anderer Teufelei“ (A. A. Zhdanov).
Idealistische Tendenzen in der ausländischen Wissenschaft beeinflussten auch einige sowjetische Physiker. Die offene Verkündigung des Idealismus wird in unserem Land dadurch erschwert, dass sie auf Widerstand in der wissenschaftlichen Gemeinschaft stößt. Dennoch kommen einige unserer Theoretiker aus Bewunderung für die ausländische Wissenschaft manchmal in einer versteckten, scholastischen Form zu einer aktiven Verteidigung idealistischer Konzepte. Sie versuchen zu beweisen, dass, obwohl Einstein, Eddington, Bohr, Heisenberg und andere die Physik geschickt auf den Weg zum Machismus gebracht haben, die von ihnen entwickelten Ansichten angeblich leicht mit dem dialektischen Materialismus in Einklang zu bringen sind, wenn „die machianische Phraseologie verworfen wird“ und die gleichen Ansichten es sind versehen mit „dialektischen Erläuterungen“ Diese für unsere heimische Physik äußerst gefährliche Position wird manchmal mit dem Wunsch gerechtfertigt, die wertvollen mathematischen Methoden bestimmter physikalischer Theorien nicht zu verlieren. Gleichzeitig vergessen sie (oder schweigen), dass es zur Verbesserung dieser Methoden längst überfällig ist, eine weitere methodische Grundlage für ihre Anwendung zu entwickeln (siehe Bd. III).
Es ist irreführend zu behaupten, dass jede „wahre“ Theorie der Materie materialistisch sei. Die vorherrschenden Theorien wurden den Zeitgenossen immer als „richtige Theorien“ präsentiert, aber im Laufe der Zeit wurde klar, dass sie nur einen Körnchen Wahrheit enthielten, und vieles, was durch die physikalischen und philosophischen Ansichten der Autoren der Theorien eingeführt wurde, stellte sich als wahr heraus fehlerhaft. So entdeckte Sadi Carnot den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, doch die Idee der Kalorik, die die Grundlage seiner Theorie bildete, wurde dreißig bis vierzig Jahre später verworfen. Ampere entdeckte einige Gesetze der Elektrodynamik, aber die methodischen Grundlagen der Elektrodynamik von Ampere erwiesen sich als falsch und wurden zusammen mit der Idee, dass Elektrizität frei von Trägheit sei, verworfen. Die größten Errungenschaften in der Optik wurden von Huygens und Fresnel auf der Grundlage derzeit ausgeschlossener Vorstellungen über mechanische Schwingungen des Äthers usw. erzielt.
Es gibt keinen Grund, moderne physikalische Theorien zu verabsolutieren; Man kann sich nicht vorstellen, dass sie sich als ewig erweisen werden, dass die weitere Entwicklung der Physik sie nicht nur im Detail, sondern auch in einigen Ausgangslagen klären wird.
Die dialektisch-materialistische Herangehensweise an physikalische Theorien beleuchtet die richtigen, gesunden, fortschrittlichen Richtungen in der theoretischen Physik und deckt methodisch fehlerhafte Zusammenhänge in Theorien auf, enthüllt die pseudowissenschaftliche Natur einzelner theoretischer Prämissen und Schlussfolgerungen, zeigt, wohin, in welchen Annahmen sich diese oder jene Theorie entfernt von der Realität abweichen, in einigen Teilen bedarf es einer Verbesserung und Bearbeitung.
Zweifellos wird es viel Arbeit und Talent erfordern, die für den Fortschritt der Wissenschaft notwendige Verarbeitung und Umstrukturierung einiger physikalischer Theorien durchzuführen, die von ihren Autoren im machistischen oder idealistischen Geist entwickelt wurden. Diese Aufgabe ist schwierig, aber machbar für die sowjetische Physik, die bereits ihre Reife und Stärke unter Beweis gestellt hat.
Materie und Bewegung
Die einfachsten Werkzeuge zum Verständnis der Welt sind unsere Sinne. Die Instrumentalphysik ist eine Zusatzausrüstung des menschlichen Auges und Ohrs. Unsere auditiven und visuellen Wahrnehmungen sind subjektiv; Wir nehmen Töne, Farbtöne, Gerüche usw. wahr. Der objektive Unterschied, der zwischen Klängen unterschiedlichen Tons besteht, liegt in der ungleichen Frequenz der Schallschwingungen. Ebenso entspricht der Unterschied in den Farbtönen objektiv dem Unterschied in den Frequenzen der Lichtschwingungen. Unsere Wahrnehmung von Wärme und Kälte wird durch mehr oder weniger intensive molekulare Bewegung erzeugt. Die Wahrnehmung von Geräuschen, die Wahrnehmung von Licht, Geschmack, Berührung und Geruch sind lediglich die Reaktionen unseres Körpers und unseres Bewusstseins auf die physikalischen Phänomene, die sie hervorrufen.
Im Alltag verwenden wir Wörter wie „Licht“, „Farbe“, „Wärme“, „Ton“, „Lichtintensität“, „Erwärmungsgrad“ in einem Sinne: Wir geben ihnen einen physiologischen Inhalt – den Inhalt unserer Empfindungen. In der Physik verwenden wir dieselben Wörter in einem anderen Sinne: Wir bezeichnen mit diesen Wörtern diejenigen objektiv ablaufenden Prozesse, die unsere Empfindungen erzeugen, oder solche Phänomene, die bei vollkommeneren Sinnesorganen in der Lage wären, die entsprechende Empfindung hervorzurufen.
Unsere Empfindungen sind heterogen. Die Phänomene, die sie hervorrufen, sind äußerst vielfältig. Mit zunehmendem Wissen stellen wir jedoch fest, dass viele Phänomene wichtige Ähnlichkeiten aufweisen. Wir sind davon überzeugt, dass wir für ein korrektes Verständnis der Welt Konzepte entwickeln müssen, die die Ergebnisse des Experiments weitgehend verallgemeinern und vor allem die Einheit der Natur aller von uns untersuchten Phänomenreihen widerspiegeln.
Die allgemeinsten und grundlegendsten Kategorien sind Materie und Bewegung. „Materie ist eine objektive Realität, die unabhängig vom menschlichen Bewusstsein existiert und von diesem reflektiert wird... Materie ist das, was durch Einwirkung auf unsere Sinnesorgane Empfindungen hervorruft“ (Lenin). Es ist klar, dass wir durch unsere Empfindungen die Materie nur in ihren einzelnen spezifischen Erscheinungsformen wahrnehmen; Auch in unserer wissenschaftlichen und praktischen Tätigkeit befassen wir uns nicht mit der Materie „im Allgemeinen“, sondern immer mit ihren spezifischen Erscheinungsformen.
Eine Eigenschaft (inhärente Eigenschaft) der Materie ist Bewegung. Bewegung ist eine Existenzform der Materie. Wenn wir von Bewegung sprechen, stellen wir uns immer eine Bewegung von etwas vor, zum Beispiel die Bewegung von Körpern, der Umgebung, Partikeln. Wir müssen jedoch bedenken, dass Bewegung nicht auf Bewegung beschränkt ist. „Jede Bewegung ist mit einer Art Verschiebung verbunden – Bewegung von Himmelskörpern, Erdmassen, Molekülen, Atomen oder Teilchen des Äthers.“ Je höher die Bewegungsform, desto unbedeutender wird diese Bewegung. Es erschöpft keineswegs das Wesen der entsprechenden Bewegung, ist aber untrennbar mit ihr verbunden. Deshalb muss es vor allem anderen studiert werden“ (Engels).
Bewegung im philosophischen Sinne ist jede Veränderung der Materie, jeder Vorgang in der Natur: eine chemische Reaktion, elektromagnetische Strahlung, das Wachstum eines Baumes, Denken.
„Bewegung, im allgemeinsten Sinne des Wortes betrachtet, das heißt verstanden als eine Existenzform der Materie, als ein der Materie innewohnendes Attribut, umfasst alle Veränderungen und Prozesse, die im Universum stattfinden, angefangen bei der einfachen Bewegung bis hin zu Denken“ (Engels).
Die Mechanik untersucht die einfachste Form der Bewegung, nämlich die Bewegung von Körpern oder Teilchen im Raum (mechanische Bewegung).
Einige physikalische Entdeckungen des 19. Jahrhunderts. ermöglichte es, eine ganze Reihe von Phänomenen, die der mechanischen Bewegung völlig heterogen erschienen, sozusagen zu „reduzieren“. So war beispielsweise der thermische Zustand des Körpers sozusagen auf die mechanische Bewegung seiner Moleküle „reduziert“. Auf dieser Grundlage verstärkte sich die Annahme, dass alle Naturphänomene letztlich nur mechanische Bewegung darstellen; Der Slogan wurde aufgestellt – die gesamte Naturwissenschaft auf die Mechanik zu reduzieren. Diese Sichtweise wird als mechanistische Weltanschauung bezeichnet.
Diese Ansicht ist falsch. Das Wesen hoher Bewegungsformen lässt sich tatsächlich nicht auf mechanische Bewegung reduzieren. Jede Bewegungsform weist Besonderheiten auf, die ihre Originalität (ihre Qualität) ausmachen. Sogar die thermische Bewegung, obwohl sie aus der mechanischen Bewegung von Molekülen besteht, wird durch sie nicht erschöpft; Bei der thermischen Bewegung unterliegen die Bewegungen von Molekülen im Durchschnitt besonderen Gesetzen der Statistik, die sich nicht aus den Gesetzen der Mechanik ergeben.
Die Gesetze der Mechanik sind wichtig für das Verständnis niedrigerer Bewegungsformen, aber sie reichen nicht aus, um höhere (komplexere) Formen zu verstehen. Bereits bei molekularen Bewegungen werden Phänomene entdeckt, die nicht allein durch Newtons Gesetze erklärt und vorhergesagt werden können. Es sind diese Phänomene, die nicht vollständig erklärt werden können, wenn wir nur von Bewegungen ausgehen, die in den Vordergrund treten, wenn wir uns der Untersuchung intraatomarer Bewegungen sowie derjenigen Bewegungen zuwenden, die elektrischen und magnetischen Prozessen zugrunde liegen. Bei solch hohen Bewegungsformen wie biologischen Prozessen und Denken spielen Bewegungen zweifellos eine untergeordnete Rolle im Vergleich zu anderen einzigartigen Aspekten dieser Prozesse, die nicht auf mechanische Bewegung reduziert werden können. Die Natur ist komplexer als Mechanisten denken.
Die Physik untersucht die einfachsten Bewegungsformen: 1) mechanische Bewegung (Translations-, Rotations-, Oszillations-, Wellenbewegung) und Manifestationen der universellen Schwerkraft, die mit mechanischer Bewegung verbunden sind; 2) molekulare thermische Bewegung und Prozesse, die durch intermolekulare Wechselwirkungen verursacht werden (Eigenschaften und Änderungen der Aggregations-, Diffusions- und Auflösungszustände, Wärmeübertragung usw.); 3) elektrische und elektromagnetische Prozesse und 4) intraatomare Bewegung und Eigenschaften von Körpern, die durch die Struktur der Atome bestimmt werden (insbesondere die optischen Eigenschaften von Körpern, der Ursprung der wichtigsten chemischen Eigenschaften von Substanzen, kosmische und Laborprozesse der Umwandlung von Elementen usw. bis hin zur Freisetzung intranuklearer Energie).
Bei der wissenschaftlichen Untersuchung physikalischer Phänomene stoßen wir in den allermeisten Fällen auf die engste Verbindung, Durchdringung und Transformation all dieser Bewegungsformen der Materie.
Derzeit ist es sehr schwierig, eine Grenze zwischen der Physik und verwandten Wissenschaften, insbesondere der Chemie, zu ziehen.
In der Physik werden sowohl die Bewegungen von Körpern untersucht, die aus einer großen Anzahl von Molekülen bestehen, als auch subtilere Formen der Bewegung von Materie – die Bewegung von Molekülen, Atomen, ihren Kernen, Elektronen. Manchmal wird der Zweig der Physik, der sich mit Körpern beschäftigt, die eine große Anzahl von Atomen oder Molekülen enthalten, Makrophysik genannt; Der Zweig der Physik, der die Bewegungen und Wechselwirkungen einzelner winziger Teilchen untersucht, wird Mikrophysik genannt.
Auch die Chemie beschäftigt sich mit Atomen und Molekülen, untersucht aber die qualitativen Eigenschaften eines Stoffes, die durch quantitative Veränderungen der Elektronenzahl eines Atoms, der Zahl und Art der Atome in Molekülen verursacht werden. Im Grenzbereich zwischen Physik und Chemie haben sich mehrere Disziplinen entwickelt: physikalische Chemie, kolloidale Chemie usw.
Zur Physik gehören Wissenschaften, die bestimmte Zustände der uns umgebenden Materie auf der Erde (Geophysik, Meteorologie, Hydrologie), in Himmelskörpern (Astrophysik) und in lebenden Organismen (Biophysik) untersuchen.
Die tiefe innere Verbindung zwischen Physik, Chemie, Astronomie, Geologie und Biologie wird durch die Einheit und Gemeinsamkeit der Struktur der Materie in all ihren spezifischen Erscheinungsformen gewährleistet. Die am weitesten entfernten Sterne, die Sonne, die Erdkruste und lebende Organismen bestehen aus denselben chemischen Elementen. Molekulare Kräfte, chemische interatomare Kräfte und intraatomare Kräfte sind hauptsächlich elektrischer Natur. Die Atome aller chemischen Elemente sind gewissermaßen gleichartig aufgebaut: aus positiv geladenen massiven Atomkernen und den leichtesten uns bekannten Elementarteilchen – Elektronen, die sich bei ihrer schnellen Bewegung in geschlossenen Bahnen um den Atomkern sozusagen bilden , eine Elektronenwolke, die den Kern umhüllt. Die Kerne aller Atome bestehen aus Protonen – positiv geladenen Kernen von Wasserstoffatomen, deren Masse 1836-mal größer ist als die Masse eines Elektrons, und fast gleicher Masse, aber elektrisch neutralen Teilchen – Neutronen.
Zusätzlich zu diesen grundlegenden, stabilen Teilchen wurde in der kosmischen Strahlung die Existenz von wenig stabilen Teilchen entdeckt: positive Elektronen – Positronen, die die gleiche Masse wie negative Elektronen haben, und Mesonen – Teilchen dreier Ladungstypen – negativ, positiv und neutral – und es gibt verschiedene Größenklassen: Mesonen, deren Masse etwa 210-mal größer ist als die Masse eines Elektrons, und Mesonen, deren Masse etwa 280-mal größer ist als die Masse eines Elektrons.
In dem Raum, in dem sich elektrische Ladungen befinden, treten verborgene, uns unbekannte Bewegungen der Materie auf, die sich in der Einwirkung elektrischer Kräfte auf eine an einer beliebigen Stelle in diesem Raum eingeführte Testladung und in der Einwirkung magnetischer Kräfte auf a manifestieren bewegliche Ladung; Diese besondere Form sich bewegender Materie (die sich von Teilchen unterscheidet, aber die Wechselwirkung von elektrisch geladenen Teilchen und magnetisierten Körpern hervorruft) wird elektrisches und magnetisches Feld genannt.
Im Gegensatz zur Elektrizität gibt es keinen freien, ungebundenen polaren Magnetismus – magnetische Pole können nicht getrennt werden. Elektrische und magnetische Energie werden kontinuierlich im elektrischen und magnetischen Feld verteilt. Aber es gilt als eines der Hauptgesetze der Physik (das in Band III erklärt wird), dass dort, wo Energie vorhanden ist, auch Masse in proportionaler Menge vorhanden ist. Elektrische und magnetische Felder haben also eine materielle Grundlage – sie haben Masse und Energie.
Wir können sagen, dass die moderne Physik Materie in zwei Hauptformen kennt, die jedoch trotz aller Gegensätze untrennbar miteinander verbunden sind: in Form von Materieteilchen und in Form von Feldern. Elektronen sind eine Kombination dieser beiden Materieformen: Ein Elektron ist ein Teilchen und gleichzeitig das Zentrum des von ihm erzeugten elektromagnetischen Feldes, das der Träger seiner Energie und Masse ist.
Neutronen (elektrisch neutrale Teilchen mit der Masse eines Wasserstoffkerns) sind das typischste Beispiel für eine korpuskuläre Form von Materie. Dem Neutron ist auch eine Art Feld inhärent, aber die Natur und Struktur dieses Feldes bleibt unklar.
Die Physik kennt das andere Extrem – die elektromagnetische Form der Materie. Dabei handelt es sich um Licht, Wärmestrahlung und Quantenstrahlung im Allgemeinen, bei der es sich um ein wellenförmiges elektromagnetisches Feld handelt, das sich von den Ladungen, die es erzeugt haben, gelöst hat und sich mit maximaler Bewegungsgeschwindigkeit ausbreitet – mit Lichtgeschwindigkeit. Die Trennung des elektromagnetischen Feldes von den Ladungen, die es erzeugt haben, erfolgt nach dem Quantengesetz, nach dem Energie nur in bestimmten Anteilen emittiert wird, und zwar in Mengen, die dem Wert e=hv entsprechen oder ihn mehrmals wiederholen, wobei h eine universelle Konstante ist und v ist die Frequenz der Schwingungen im ausgesendeten elektromagnetischen Feld. Diese Strahlungsanteile werden Photonen genannt.
Jeder Bruchteil der Energie entspricht einer dazu proportionalen Masse: Ein Atom, das ein Photon aussendet, verliert zusammen mit der Energie eine bestimmte Masse; Diese Masse wird vom Photon weggetragen. Vor der Strahlung war es die Masse eines Teils des elektromagnetischen Ladungsfeldes und nach der Strahlung wurde es zur Masse der Photonen.
Die Diskussionen, die in einigen Büchern über die Umwandlung von Masse in Energie zu finden sind, stellen Nachlässigkeit, ungenaue Darstellung oder eine bewusste idealistische Verzerrung der Physik dar. Es findet nie eine Umwandlung von Masse in Energie statt.
Im Sinne der Integrität und des Vorhandenseins von Masse ähneln Photonen Teilchen und erscheinen in bestimmten Fällen als Teilchen, aber gleichzeitig sind Photonen, die keine strukturell getrennten Zentren für die Konzentration von Masse und Energie haben, das Vollständige Gegenteil von Teilchen; Ein Photon ist ein elektromagnetisches Feld, das von Ladungen getrennt wurde, aber seine Integrität behält, obwohl es mehr oder weniger als Gruppe, als Wellenpaket, im Raum verteilt ist.
Anstelle von zwei Hauptformen der Materie (Teilchen und Felder) kann bei einer detaillierteren Klassifizierung der Materiearten jede Art von Teilchen und ihre stabilen Kombinationen als eine besondere Art von Materie betrachtet werden. So wird in der Physik Materie unterschieden:
in Form von Photonen unterschiedlicher Wellenlänge;
in Form von Elementarteilchen, nämlich: Elektronen (Elektronenwolke im Atom, Elektronengas im Metall, Elektronenstrom, Elektronenstrahlen) und Kernteilchen (Positronen, Protonen, Neutronen, Mesonen und die einfachsten Atomkerne, die sich dabei offenbaren). Radioaktivität und bei Kernreaktionen );
in Form von Atomen, Ionen, Molekülen und deren Kombinationen zu chemischen Substanzen.
Die gegebenen Klassifikationen der physikalischen Bewegungsformen der Materie und der von der Physik untersuchten Materiearten entsprechen dem modernen Entwicklungsstand der Physik. Da sich unser Wissen über die Natur und Struktur der Materie vertieft, unterliegen Klassifikationen dieser Art ständiger Überarbeitung und Verbesserung.
Mit der Entwicklung der Physik ändern sich physikalische Theorien, die Gesetze und Konzepte der Physik werden geklärt und verbessert. Mit der Entwicklung der Physik kommt es zu einem Wandel des Faches Physik und der Methoden der physikalischen Erforschung der Welt.
Ursprünglich war die Physik eine Wissenschaft über die Natur, d. h. ihr Fachgebiet war scheinbar unverhältnismäßig umfassender als das moderne, als sich zahlreiche Naturwissenschaften von der Physik trennten und isolierten: Chemie, Biologie, Geologie usw. Dies sollte jedoch der Fall sein berücksichtigt, dass die Physik, die in der Antike als Naturwissenschaft verstanden wurde, in Wirklichkeit Gegenstand der Untersuchung einige Phänomene war, die der Menschheit aus einem engen Kreis von Beobachtungen bekannt wurden, die einige wenige an Naturwissenschaften interessierte Menschen mit bloßem Auge gemacht hatten.
Bereits im Mittelalter, als die aufkommende Chemie und die Anfänge einiger anderer Naturwissenschaften von der Physik getrennt wurden, wurde das Fach des Physikstudiums nicht nur nicht eingeengt, sondern im Gegenteil erweitert (was zur Trennung der Physik führte). genannten Wissenschaften). Tatsächlich hatte sich zu diesem Zeitpunkt das Wissen der Menschen über die Bewegung und das Gleichgewicht von Körpern, das Schweben von Feststoffen in Flüssigkeiten, thermische Phänomene, Sieden, Auflösung, Kristallisation, Wetterphänomene usw. erheblich erweitert. Diese Erweiterung des Bereichs der untersuchten Phänomene durch die Physik wurde durch praktische Bedürfnisse der Menschen im Zusammenhang mit der Verbreitung von Handwerk und Handel verursacht und entstand dank der Erweiterung und einiger Verbesserung von Beobachtungen und einfachen Experimenten.
Als die Produktion und die technischen Mittel zunahmen, wurde die Physik instrumentalisiert; Waagen, Aräometer, Thermometer, Hygrometer, Lupen, ein Mikroskop, optische Prismen, Spektrometer und andere Instrumente wurden nach und nach in die Praxis der physikalischen Forschung eingeführt. Gleichzeitig wurden mathematische Methoden entwickelt, die es den Physikern ermöglichten, durch Berechnungen gedanklich in das Reich der Phänomene einzudringen, die einer direkten Untersuchung mit physikalischen Instrumenten nicht zugänglich waren. All dies hat das Fach Physik stark erweitert; Das Studium mechanischer, thermischer, Schall- und Lichtphänomene sowie der Eigenschaften fester, flüssiger und gasförmiger Körper wurde durch das Studium elektrischer und magnetischer Prozesse, das Studium der Welt der Moleküle und Atome und später durch die Entdeckung ergänzt der Struktur des Atoms.
Die Entwicklung der Technik und die stark gestiegene Bedeutung der Physik für die Industrie haben dazu geführt, dass Physiklabore mit zahlreichen Präzisionsinstrumenten und vor allem mit hochentwickelten elektrischen und optischen Geräten ausgestattet wurden. Strenge Methoden zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung und Struktur von Körpern – Spektralanalyse, Mikroskopie und Röntgenbeugungsanalyse – wurden durch noch subtilere Methoden ergänzt, bei denen Licht und Röntgenstrahlen durch Atom- und Elektronenstrahlen ersetzt wurden. Es wurden Methoden gefunden, die es ermöglichen, aus gewöhnlichen Stoffen radioaktive Stoffe herzustellen und atomare Kernreaktionen, also die Umwandlung chemischer Elemente, durchzuführen. Infolgedessen ist die Physik auf das moderne Niveau experimenteller und theoretischer Entdeckungen gestiegen, die zu neuen schnellen Verbesserungen und Transformationen der Technologie führen.
Aus dem Gesagten geht klar hervor, dass eines der charakteristischen Merkmale in der Entwicklung der Physik die schrittweise und systematische Untersuchung immer subtilerer, verborgenerer Arten der physikalischen Bewegung der Materie durch die Physik ist, bei der Bewegung von immer kleineren Teilchen der Materie erfahren wird Materie und wo die geometrische Bewegung der Teilchen selbst im Vergleich zu anderen Phänomenen in den Hintergrund tritt. Diese Richtung in der historischen Entwicklung der Physik lässt sich durch folgendes Schema charakterisieren: Studium der mechanischen Bewegung von Körpern (Mechanik fester, flüssiger und gasförmiger Körper) ® Studium der elastischen Bewegungen von Körpern (Elastizitätstheorie, Akustik) ® Studium von molekulare thermische Bewegung (kinetische Theorie, Thermodynamik) ® Studium der elektrischen Bewegung (Elektrodynamik) ® Studium intramolekularer und intraatomarer Bewegungen (physikalische Chemie, Optik) ® Studium korpuskularer Strahlungs- und intranuklearer Bewegungen (elektronische Physik, Studium der Radioaktivität und kosmische Strahlung). , das Studium der Kernumwandlungen).
Natürlich vereinfacht dieses Schema, wie jedes Schema im Allgemeinen, die Sache. Tatsächlich sind die aufgeführten Bewegungsarten so eng miteinander verbunden, dass Entdeckungen, die auf dem Gebiet einer Bewegungsart gemacht wurden, in vielen Fällen großen Einfluss auf die Untersuchung anderer Bewegungsarten haben. Daher ist es unmöglich, historische Entwicklungsstadien der Physik eindeutig zu identifizieren, die genau dem vorgegebenen Schema entsprechen würden. Dennoch zeigt dieses Diagramm korrekt die allgemeine Entwicklungsrichtung der Physik an.
Bemerkenswert ist ein weiteres charakteristisches Merkmal in der Entwicklung der Physik: Lange Zeit (im 17., 18. und ersten Halbjahr des 19. Jahrhunderts) nahm bei der Erforschung verschiedener physikalischer Bewegungsarten der Hauptplatz in neuen physikalischen Theorien ein Kraftbegriff; anschließend, in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts, nahm der Energiebegriff den Hauptplatz in den physikalischen Theorien ein; in der Physik des 20. Jahrhunderts. Den Hauptplatz in physikalischen Theorien nimmt der Begriff der Handlung (das Produkt aus Energie und Zeit) ein. Diese Richtung in der Entwicklung der Physik bedeutet die Befreiung der Physik vom Einfluss metaphysischer Ideen, die uns dazu ermutigten, Kräfte als „Ursachen der Entstehung“ von Bewegung zu betrachten; Die Physik entdeckte die Notwendigkeit, in den Theorien die Größe an die erste Stelle zu setzen, die die gegenseitige Umwandlung verschiedener Bewegungsarten am besten bestimmt; Zunächst ging man davon aus, dass es sich bei dieser Größe um Energie handelte, doch es stellte sich heraus, dass die Wirkung die Hauptrolle spielte.
Reflektiert Mangel an objektiver Realität in physikalischen Theorien
Materialisten und Idealisten gehen an die Bestimmung des Zwecks und Inhalts der Physik heran und beurteilen die Wahrheit ihrer Gesetze und Theorien aus völlig unterschiedlichen Positionen. Das eigentliche Verständnis der Wahrheit und die Möglichkeit, die Wahrheit während des physikalischen Studiums der Welt zu offenbaren, sind bei Materialisten und Idealisten entgegengesetzt.
Vertreter der heute im Ausland am weitesten verbreiteten idealistischen Schule – die Anhänger Machs – gehen davon aus, dass unser Wissen über die Natur durch Empfindungen geformt wird, und argumentieren, dass uns die physikalische Erforschung der Welt daher nichts mehr geben kann als die Herstellung allgemein anerkannter Zusammenhänge zwischen den Tatsachen der Empfindungen. Mach schrieb in einem seiner Werke (1872) direkt, dass die Aufgabe der Physik darin bestehe, „die Gesetze des Zusammenhangs zwischen Empfindungen zu entdecken“.
Die konsequentesten Machisten glauben, dass die wahren Elemente der Welt die Empfindungen und nicht die Dinge seien; andere Machisten der neukantianischen Überzeugung, die mit den Materialisten darin übereinstimmen, dass die Ursache von Empfindungen objektiv existierende Dinge sind, glauben gleichzeitig im Gegensatz zu den Materialisten, dass unser Wissen auf Empfindungen beschränkt ist, dass die Dinge grundsätzlich unerkennbar bleiben.
Dementsprechend leugnen Machisten die Möglichkeit, absolute Wahrheit zu offenbaren. Ihrer Meinung nach gibt es keine absolute Wahrheit, und wenn es eine gäbe, würde sie immer außerhalb der Grenzen des menschlichen Wissens bleiben.
Aber was ist Wahrheit? Diese Frage haben sich alle Philosophen schon immer gestellt und unterschiedlich beantwortet.
Philosophen mit religiösen Ansichten suchten erfolglos nach der Wahrheit in der Religion, einige idealistische Philosophen sahen die Wahrheit in der moralischen Vollkommenheit des Menschen, andere in seinen subjektiven Ideen, andere in der Vergeistigung der gesamten Natur, andere hielten die Wahrheit für unerkennbar usw. Den Machisten zufolge ist menschliches Wissen kann nicht zuverlässig sein und daher sind alle Wahrheiten relativ; Es gibt keine objektive, absolute Wahrheit.
Nach Ansicht der Machisten besteht das Ziel der Wissenschaft nicht darin, die Wahrheit zu entdecken, sondern darin, Fakten in ein System einzubringen, das die größtmögliche Ökonomie des Denkens gewährleistet. Physikalische Konzepte, Gesetze und Theorien enthüllen den Machianern zufolge nicht die Natur der Dinge, sondern stellen lediglich eine praktische Form für eine völlig konventionelle „Beschreibung von Tatsachen“ dar. Mit „Tatsachen“ meinen die Machianer Komplexe unserer Empfindungen,
Wie sollte Aktion Ist es möglich, die Inhalte und Grenzen der physikalischen Weltforschung zu verstehen?
„Zunächst ist anzumerken, dass in Wirklichkeit der gesamte Verlauf der historischen Entwicklung der Wissenschaft sowie der Verlauf jeder einzelnen wissenschaftlichen Forschung nach dem dialektischen Gesetz abläuft, das W. I. Lenin mit den folgenden Worten formuliert hat: „Von lebendige Kontemplation zum abstrakten Denken und von dort zur Praxis – das ist der dialektische Weg der Erkenntnis der Wahrheit, der Erkenntnis der objektiven Realität.“ Wissenschaftliche Forschung ist also die Einheit von Theorie und Praxis mit der entscheidenden Rolle der Praxis und der führenden Rolle der Theorie.
Das Ergebnis eines Experiments, bei dessen Aufstellung der Forscher sich bereits von einer bestimmten Hypothese leiten lässt, ermöglicht es, die Hypothese zu testen, zu klären und auf die Ebene der Theorie zu erweitern, ein physikalisches Gesetz aufzustellen, also die Natur des objektive Beziehung zwischen verschiedenen physikalischen Größen.
Erfahrung (Beobachtung, Experiment, Übung) ist die Quelle all unseres Wissens. Doch neben der Erfahrung ist das theoretische Denken von entscheidender Bedeutung für die Wissensentwicklung. Ohne theoretische Verallgemeinerungen, ohne Anweisungen aus der Theorie über die sinnvolle Richtung von Experimenten ist es für die Wissenschaft unmöglich, voranzukommen.
Theoretische Verallgemeinerungen der modernen Physik fassen alles zusammen, was der neugierige menschliche Geist im Laufe der langen Zeit der kulturellen Entwicklung auf dem Gebiet der Untersuchung physikalischer Phänomene gewonnen hat. Um Verallgemeinerungen zu klären und unzählige Sachverhalte durch relativ wenige theoretische Konzepte und Formeln abzudecken, erwies es sich als notwendig, eine Reihe mathematischer Wissenschaften zu schaffen: Differential- und Integralrechnung, Theorie der Differential- und Integralgleichungen, Variationsrechnung , mathematische Wahrscheinlichkeitstheorie, Vektoranalyse, mathematische Feldtheorie, Tensoranalyse usw. Es ist nicht einfach, diesen umfangreichen mathematischen Apparat zu beherrschen. Die mathematischen Schwierigkeiten, die der korrekten Anwendung moderner physikalischer Theorien im Wege stehen, entmutigen manchmal einige Experimentalphysiker; Das Los solcher Physiker ist ein flacher, vulgärer Empirismus, der ihre Forschung in eine Sackgasse führt.
Es kommt häufig vor, dass einzelne Physiker aufgrund mathematischer Schwierigkeiten, anstatt moderne physikalische Theorien richtig anzuwenden, „aus heiterem Himmel“ ihre eigenen speziellen, sehr vereinfachten Hypothesen aufstellen, Hypothesen, die nicht die gesamte komplexe Menge berücksichtigen Von der Physik untersuchte Fakten bleiben hinter der Wissenschaft zurück und erweisen sich daher meist als hilflos oder sogar schädlich.
Die durch Experimente bereicherte Physik stützt sich in ihrer Entwicklung auf die Mathematik. Eine gewisse Mathematisierung der Physik ist erforderlich, aber eine übermäßige Abstraktion physikalischer Theorien und eine mathematisch komplizierte Interpretation von Fragen, die nicht durch reale Notwendigkeit verursacht werden, sind gefährlich. Solche physikalischen Theorien, die an übermäßigem Formalismus leiden, werden von Experimentatoren nicht genutzt und drängen die Physik in eine Trennung von der Praxis.
Es ist charakteristisch, dass die unnötige Hypertrophie des mathematischen Apparats in einigen physikalischen Theorien, die von ihren Autoren um der mathematischen „Kunst um der Kunst willen“ willen zugelassen wurde, zum offensichtlichen Nachteil der physikalischen Klarheit und Einfachheit der Theorie führt, eine unnötige Erfindung vieler neue, unbrauchbare Symbole aus Liebe zur Symbolik, eine besondere Vorliebe für erfundene Hilfsgrößen und deren bedingte Transformationen – all diese und ähnliche Merkmale des Formalismus in der Physik sind am charakteristischsten für idealistische Physiker.
Egal wie abstrakt eine Theorie auch sein mag, wenn sie richtig ist, wenn sie richtig konstruiert ist, dann sollten nicht nur ihre Schlussfolgerungen der Realität entsprechen, sondern auch alle Glieder der Theorie, alle Konzepte und Größen, mit denen sie operiert, sollten objektiv sein die Realität so genau wie möglich widerspiegeln.
Schauen wir uns die Frage nach dem normalen Verhältnis zwischen theoretischem Denken und objektiver Realität genauer an. Die Quelle des Denkens sind in erster Linie unsere Eindrücke. Durch die Arbeiten des großen russischen Physiologen Sechenov wurde festgestellt, dass zwischen dem Eindruck und den objektiven Gründen, die den Eindruck hervorgerufen haben, immer eine Zwischenverbindung besteht. Bei visuellen Eindrücken ist beispielsweise das Zwischenglied das Bild von Objekten auf der Netzhaut. Die Zwischenverbindung, beispielsweise das Bild eines Objekts, das im unteren Teil des Auges aufgenommen wird, wird durch die Aktivität der Nervenfasern und der Großhirnrinde durch das Bewusstsein widergespiegelt. Besonders wichtig ist Sechenovs überzeugender Beweis, dass die Formen und Eigenschaften von Objekten, ihre Verteilung im Raum, ihre Bewegungen korrekt und in voller Übereinstimmung mit der Realität wiedergegeben werden.
Diese Schlussfolgerung Sechenovs entspricht der marxistisch-leninistischen Reflexionstheorie: Unser Bewusstsein zieht Eindrücke aus Empfindungen, die einerseits das Ergebnis des Einflusses äußerer Objekte auf die Sinne sind und andererseits untrennbar mit ihnen verbunden sind die Arbeit des Denkens; Von der lebendigen Kontemplation führt der Erkenntnisprozess zum abstrakten Denken, das durch die Praxis verifiziert wird, und als Ergebnis spiegelt das menschliche Bewusstsein die objektive Realität korrekt wider.
Die Aktivität des Gedächtnisses und des Denkens zielt sowohl auf die Zerlegung (Analyse) von Fakten als auch auf die Verknüpfung des Unterscheideten zu einem Ganzen – auf die Verallgemeinerung (Synthese) durch Abstraktion von sekundären Eigenschaften eines Objekts oder unwichtigen Zeichen eines Phänomens. Durch die Verallgemeinerung einer Vielzahl von Fakten entstehen in unserem Bewusstsein Ideen und Konzepte. Das abstrakte Denken operiert also mit Konzepten, die in voller Übereinstimmung mit der objektiven Realität die typischen Merkmale vieler ähnlicher Dinge und die charakteristischen Merkmale homogener Phänomene widerspiegeln. Reflexion ist Übereinstimmung, Übereinstimmung zwischen Wahrnehmung oder Gedanke und objektiver Realität; Reflexion ist ein Bild, oder vielmehr ein Bild, wie eine Kopie der objektiven Welt.
Bei der physikalischen Erforschung der Welt verwenden wir Ideen und Konzepte, die wir bei der Erforschung der Welt entwickelt haben, um Muster aufzudecken, die mit solchen Bewegungsformen wie elektrischen Phänomenen zusammenhängen, die uns nicht direkt eine große Anzahl von Sinneswahrnehmungen liefern visuellste und greifbarste Form der Bewegung – mechanische Bewegungen. Auf diese Weise wurden die Konzepte der elektrischen Kraft, der elektrischen Arbeit, der magnetischen Kraft und Arbeit sowie die damit verbundenen Konzepte der elektrischen und magnetischen Feldstärke, des elektrischen Potentials usw. in die Physik eingeführt. Mit zunehmender Kenntnis komplexerer Bewegungsformen entwickelten sich einige Ideen und Konzepte, die aus der Mechanik erfolglos in die Physik eingeführt wurden, mussten verworfen werden, da keine einzige komplexe Bewegungsform vollständig auf eine einfachere Bewegungsform reduzierbar ist; andere Konzepte blieben im Wesentlichen erhalten und wurden entsprechend den entdeckten Merkmalen der untersuchten Bewegungsform im Detail transformiert.
Daher sind physikalische Konzepte und Vorstellungen über physikalische Größen keineswegs eine willkürliche Frucht der Kreativität unseres Denkens oder ein einfaches Ergebnis von Vereinbarungen, die Physiker getroffen haben, um Messungen zu vereinheitlichen, wie es den Machianern scheint; Physikalische Konzepte und Vorstellungen über physikalische Größen spiegeln die objektive Realität wider und spiegeln sie umso genauer und vollständiger wider, je höher der Entwicklungsstand der Physik ist.
Alles Irrtum, das aufgrund der Unzulänglichkeit unseres Wissens und aufgrund der Leidenschaft für den Formalismus, der die Physik oft mit künstlichen, falschen Vorstellungen verstopft, in die Wissenschaft eingeführt wird – all dies offenbart sich in der weiteren Entwicklung der Wissenschaft als Diskrepanz mit der Wahrheit und ist verworfen.
Die Entwicklung physikalischer und theoretischer Konzepte erfolgt durch den Ersatz einiger veralteter Theorien durch andere, fortschrittlichere, die das erweiterte Spektrum der untersuchten Phänomene auf neue, genauere Weise erklären und gleichzeitig alle darin enthaltenen Körnchen der Wahrheit bewahren Die alten Theorien.
Neben diesem Wandel der Theorie, der zu ihrer Verbesserung, d. h. zu einer vollständigeren Widerspiegelung der Realität, führt, ist der Prozess der allmählichen und manchmal abrupten Transformation der Bedeutung und des Inhalts physikalischer Konzepte von enormer Bedeutung für die Entwicklung der Physik.
Ein Beispiel ist die Entwicklung eines der grundlegenden physikalischen Konzepte – des Konzepts eines Materieatoms.
Die alten Griechen betrachteten ein Atom als ein extrem kleines Materieteilchen, das hart wie ein winziger Kieselstein war, eine kugelförmige, ovale oder eine andere Form hatte und mit hakenförmigen Vorsprüngen ausgestattet war, die mit ihren Kopplungen beim Zusammentreffen der Atome sorgen für die Kraft des Körpers. Im 17. und 18. Jahrhundert. Das Atom wurde als Grenze der mechanischen und chemischen Teilung der Materie verstanden, als absolut festes, inertes Teilchen, das gleichzeitig das Zentrum gegenseitiger Gravitationskräfte und molekularer Kohäsionskräfte ist. Ende des 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts. Sie begannen, sich das Atom als ein komplexes Teilchen vorzustellen, das aus einer Wolke positiver Elektrizität und einer bestimmten Anzahl darin befindlicher Elektronen besteht, die unter äußeren Einflüssen auf sie verschoben werden und sich nach den Gesetzen der klassischen Elektrodynamik bewegen. Etwas später, zu Beginn des zweiten Jahrzehnts des 20. Jahrhunderts, wurde entdeckt, dass die positive Elektrizität eines Atoms in einem winzigen massiven Atomkern konzentriert ist; Mit enormer Geschwindigkeit rotieren Elektronen um den Kern, die nur auf bestimmten stationären Bahnen gehalten werden und eine Änderung des Bewegungszustandes nicht nach den Gesetzen der klassischen Elektrodynamik, sondern nach völlig anderen Quantengesetzen erfahren. Derzeit wissen wir, dass der Kern jedes Atoms komplex ist und aus positiven Kernen des Wasserstoffatoms besteht – Protonen und neutralen Teilchen gleicher Masse – Neutronen; Darüber hinaus wurde deutlich, dass die Struktur des Atoms nicht durch ein geometrisches, sondern durch ein Energiebild, das durch die Wellenmechanik (Bd. III) offenbart wird, der Wahrheit näher kommt.
Auch das Konzept der Elektronen, das die Physik bis vor Kurzem als kleinste Elektrizitätströpfchen betrachtete, die gleichmäßig über das Volumen einer Kugel verteilt oder auf deren Oberfläche konzentriert waren, hat einen tiefgreifenden, radikalen Wandel erfahren. Es genügt zu sagen, dass wir uns Elektronen und Positronen derzeit als Teilchen vorstellen, die nicht nur elektrische, sondern auch rein magnetische Eigenschaften haben, als ob sie durch die Rotation dieser Teilchen um ihre Achse verursacht würden, in Wirklichkeit aber einen komplexeren Ursprung haben; Darüber hinaus ist bekannt, dass Elektronen und Positronen, wie alle kleinsten Materieteilchen überhaupt, einige Eigenschaften haben, die Wellen innewohnen; Schließlich wurde entdeckt, dass sich ein Teilchenpaar, ein Elektron und ein Positron, unter bestimmten Bedingungen in ein sogenanntes Gamma-Photonen-Materialpaket elektromagnetischer Wellen verwandeln kann, ähnlich einem Strahlungsteilchen, das noch durchdringender ist als Röntgenstrahlen.
Selbst so scheinbar einfache Konzepte wie Gewicht und Masse haben im Laufe der Entwicklung der Physik tiefgreifende Veränderungen erfahren.
Die erste Transformation des Konzepts des Gewichts von Körpern erfolgte durch die Entdeckung der Sphärizität der Erde: Das Konzept des Gewichts musste mit der Richtung der Gewichtskraft zum Erdmittelpunkt in Verbindung gebracht werden. Newtons Gravitationsgesetz ermöglichte die Aufdeckung des falschen Verständnisses des Gewichts eines Körpers als einer unveränderlichen Eigenschaft dieses Körpers und führte zu einem erweiterten Verständnis des Gewichts als Manifestation der Schwerkraft zwischen dem betreffenden Körper und der Erdkugel oder einem anderen Himmelskörper , wenn wir das Gewicht des Körpers im Verhältnis zum Beispiel zum Mond meinen, zu dem - entweder zum Planeten, zur Sonne usw.
Gleichzeitig wurde die Abhängigkeit des Gewichts eines Körpers auf der Erde von der Höhe des Körpers über dem Meeresspiegel deutlich. In Übereinstimmung mit diesen Gesetzen der Mechanik und der Tatsache der täglichen Rotation der Erde und ihrer ungenauen Kugelform wurde eine komplexe Abhängigkeit des Gewichts als Druck eines Körpers auf eine Unterlage von der geografischen Breite des Gebiets entdeckt. Eine noch erweiterte Vorstellung von Gewicht wurde in Einsteins Gravitationstheorie etabliert: Hier wurde das Verständnis der Schwerkraft und insbesondere des Gewichts mit den Eigenschaften des Raums selbst in Verbindung gebracht, in dem sich die gravitierenden Massen befinden.
Die Idee der Masse als Menge an Materie in einem Körper und zugleich als Maß für die Trägheit wurde von Newton in die Physik eingeführt. Lange Zeit wurde unter Masse eine absolute, unveränderliche Eigenschaft eines Körpers verstanden, völlig unabhängig vom Bewegungszustand des Körpers, dem Grad seiner Erwärmung, Elektrifizierung usw. Mit der Entdeckung und Untersuchung von Elektronen war dies jedoch der Fall entdeckten, dass ihre Masse elektromagnetischen Ursprungs ist. Dies wiederum führte zur Entdeckung der Abhängigkeit der Masse eines Körpers von der Geschwindigkeit seiner Bewegung, die sich nur bei sehr hohen Geschwindigkeiten, vergleichbar mit der Lichtgeschwindigkeit, auswirkt. Diese Entdeckung legte nahe, dass die Lichtgeschwindigkeit in der Leere (im Äther) die begrenzende, höchstmögliche Bewegungsgeschwindigkeit ist. Schließlich wurde festgestellt, dass die Masse eines Körpers und die Energie eines Körpers zwei Maßstäbe für die Bewegung der Materie sind und dass diese beiden Maßeinheiten: eines die Menge der Materie – Masse – und das andere den Umfang der Bewegung bestimmt und Wechselwirkung - Energie, sind streng proportional zueinander. Der Proportionalitätskoeffizient, mit dem die in Gramm ausgedrückte Masse eines Körpers multipliziert werden muss, um seine Energie in Erg zu erhalten, ist gleich dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (in cm/s).
Im Laufe der Entwicklung der Physik haben sich bekanntlich die Vorstellungen über Wärme, Magnetismus, Licht, die Natur der molekularen Kräfte usw. bis zur Unkenntlichkeit verändert. Jeder neue, veränderte Inhalt physikalischer Konzepte spiegelt die objektive Realität tiefer, genauer und besser wider völlig.
Ziel der Physik ist es, die Eroberung der Natur durch den Menschen voranzutreiben und in diesem Zusammenhang den wahren Aufbau der Materie und die Gesetze ihrer Bewegung aufzudecken.
(aus dem Altgriechischen. Fusis « Die Natur „) ist ein Bereich der Naturwissenschaften, eine Wissenschaft, die die allgemeinsten und grundlegendsten Gesetze untersucht, die die Struktur und Entwicklung der materiellen Welt bestimmen. Die Gesetze der Physik liegen allen Naturwissenschaften zugrunde.
Der Begriff „Physik“ tauchte erstmals in den Schriften eines der größten Denker der Antike auf – Aristoteles, der im 4. Jahrhundert v. Chr. lebte. Ursprünglich waren die Begriffe „Physik“ und „Philosophie“ synonym, da beide Disziplinen versuchen, die Gesetze der Funktionsweise des Universums zu erklären. Infolge der wissenschaftlichen Revolution des 16. Jahrhunderts entstand jedoch die Physik als eigenständige wissenschaftliche Richtung.
Das Wort „Physik“ wurde von Michail Wassiljewitsch Lomonossow in die russische Sprache eingeführt, als er das erste aus dem Deutschen übersetzte Physiklehrbuch in Russland veröffentlichte. Das erste russische Lehrbuch mit dem Titel „Ein kurzer Überblick über die Physik“ wurde vom ersten russischen Akademiker Strachow verfasst.
In der modernen Welt ist die Bedeutung der Physik äußerst groß. Alles, was die moderne Gesellschaft von der Gesellschaft vergangener Jahrhunderte unterscheidet, ist das Ergebnis der praktischen Anwendung physikalischer Entdeckungen. So führten Forschungen auf dem Gebiet des Elektromagnetismus zur Entstehung von Telefonen, Entdeckungen in der Thermodynamik ermöglichten die Entwicklung eines Autos und die Entwicklung der Elektronik führte zur Entstehung von Computern.
Das physikalische Verständnis der in der Natur ablaufenden Prozesse entwickelt sich ständig weiter. Die meisten neuen Entdeckungen finden bald Anwendung in Technik und Industrie. Neue Forschungen werfen jedoch immer wieder neue Rätsel auf und entdecken Phänomene, für deren Erklärung neue physikalische Theorien erforderlich sind. Trotz des enormen Wissensreichtums ist die moderne Physik noch weit davon entfernt, alle Naturphänomene zu erklären.
Die allgemeinen wissenschaftlichen Grundlagen physikalischer Methoden werden in der Erkenntnistheorie und Methodologie der Wissenschaften erarbeitet.
Fach Physik.
Physik ist die Naturwissenschaft im allgemeinsten Sinne (Teil der Naturgeschichte). Es untersucht Materie und Energie sowie die grundlegenden Wechselwirkungen der Natur, die die Bewegung der Materie steuern.
Einige Gesetze gelten für alle materiellen Systeme, zum Beispiel die Energieerhaltung – sogenannte physikalische Gesetze. Die Physik wird manchmal als „Grundlagenwissenschaft“ bezeichnet, weil andere Naturwissenschaften (Biologie, Geologie, Chemie usw.) nur eine bestimmte Klasse materieller Systeme beschreiben, die den Gesetzen der Physik gehorchen. Beispielsweise untersucht die Chemie Atome, aus ihnen gebildete Stoffe und die Umwandlung eines Stoffes in einen anderen. Die chemischen Eigenschaften einer Substanz werden eindeutig durch die physikalischen Eigenschaften von Atomen und Molekülen bestimmt, die in Bereichen der Physik wie Thermodynamik, Elektromagnetismus und Quantenphysik beschrieben werden.
Die Physik ist eng mit der Mathematik verbunden: Die Mathematik stellt den Apparat zur Verfügung, mit dem sich physikalische Gesetze präzise formulieren lassen. Physikalische Theorien werden fast immer in mathematischen Begriffen formuliert, wobei komplexere Mathematik verwendet wird, als es in anderen Wissenschaften üblich ist. Umgekehrt wurde die Entwicklung vieler Bereiche der Mathematik durch die Bedürfnisse physikalischer Theorien stimuliert.
Theoretische und experimentelle Physik.
1) Im Kern ist die Physik eine experimentelle Wissenschaft: Alle ihre Gesetze und Theorien basieren auf experimentellen Daten. Allerdings sind es oft neue Theorien, die Experimente motivieren und damit neuen Entdeckungen zugrunde liegen. Daher ist es üblich, zwischen experimenteller und theoretischer Physik zu unterscheiden.
Die Experimentalphysik untersucht Naturphänomene unter vorher vorbereiteten Bedingungen. Zu seinen Aufgaben gehört die Entdeckung bisher unbekannter Phänomene sowie die Bestätigung oder Widerlegung physikalischer Theorien. Viele Fortschritte in der Physik wurden durch die experimentelle Entdeckung von Phänomenen erzielt, die nicht durch bestehende Theorien beschrieben werden (z. B. führte die experimentell entdeckte Absolutheit der Lichtgeschwindigkeit zur Entstehung der speziellen Relativitätstheorie).
2) Zu den Aufgaben der theoretischen Physik gehört die Formulierung allgemeiner Naturgesetze und die Erklärung verschiedener Phänomene auf der Grundlage dieser Gesetze sowie die Vorhersage bisher unbekannter Phänomene. Die Genauigkeit jeder physikalischen Theorie wird experimentell überprüft: Wenn die experimentellen Ergebnisse mit den Vorhersagen der Theorie übereinstimmen, gilt sie als angemessen (sie beschreibt das gegebene Phänomen ziemlich genau).
Bei der Untersuchung eines Phänomens sind die Rollen der experimentellen und theoretischen Physik gleichermaßen wichtig.
Grundlegende Theorien.
Obwohl sich die Physik mit einer Vielzahl von Systemen befasst, sind einige physikalische Theorien auf weite Bereiche der Physik anwendbar. Solche Theorien gelten vorbehaltlich zusätzlicher Einschränkungen als allgemein wahr. Beispielsweise ist die klassische Mechanik korrekt, wenn die Größe der untersuchten Objekte viel größer ist als die Größe der Atome, die Geschwindigkeiten deutlich geringer als die Lichtgeschwindigkeit sind und die Gravitationskräfte gering sind. Diese Theorien werden immer noch aktiv erforscht; Beispielsweise wurde ein Aspekt der klassischen Mechanik wie die Chaostheorie erst im 20. Jahrhundert entdeckt. Sie bilden die Grundlage aller physikalischen Forschungen.
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