Становлення фізики : класичний, некласичний та постнекласичний етапи.

1. Вступ

Темою моєї курсової роботи є «Становлення фізики: специфіка класичного, некласичного і постнекласичного етапів розвитку». 

  Актуальність роботи: Історія фізики зберігає немало подій та фактів, які мали великий вплив на формування наших уявлень про навколишній світ, становлення та розвиток всієї сучасної науки. Розміщені в строгій часовій послідовності, ці факти дають можливість прослідкувати еволюцію основних фізичних подій і теорій, їх взаємозв’язок, тенденції розвитку. « Без хронології нема історії, як без історії нема істинної науки»,- писав відомий радянський вчений і популяризатор науки академік Ферсман, підкреслюючи цим важливість научної хроніки. Захоплююча та многогранна, насичена яскравими подіями складна біографія фізики. Століттями еволюціонували фізичні знання: від перших інтуїтивних і наївних ідей про дискретну природу матерії ( атом речовини ) до сучасних уявлень про елементарні та субелементарні частинки. І перед тим як стати наукою переднього краю, фізика пройшла довгий та складний шлях розвитку.

Народившись як наука про  природу ( в переводі з грецького  фізика означає природа) і являлась синонімом натурфілософії, фізика по мірі нагромадження емпіричного  матеріалу, теоретичного осмислення, в  процесі  диференціації наукових знань і виділення із них окремих  наук перетворилась в наукову  дисципліну про властивості та побудову матерії і формах її руху, як таку , що вивчає найбільш загальні, фундаментальні закономірності явищ в природі.

  Метою даної курсової роботи є розкрити поетапно процес становлення фізики від епохи античності до сучасності.

     Завдання, які ставимо:

1. Розкрити  і проаналізувати кожен етап становлення фізики як науки;

2.   Виявити особливості  кожного етапу та порівняти з попереднім;

3.   Дослідити основні відкриття ;

4.  Скласти обгрунтовані висновки;

 Предмет  дослідження: історія фізики.

  Гіпотеза  роботи полягає в тому, що вона розкриває зміст історичних особливостей становлення фізики на всіх етапах її формування.

В історії фізики можна виділити ряд періодів та етапів, пов’язаних з переломними, кульмінаційними  моментами в її розвитку, визвані революційними, фундаментальними відкриттями. Це передісторія фізики, період формування фізики як науки, період класичної та сучасної фізики. Останні два періоди поділяються на етапи.

Сучасна фізика представляє собою  складну структуру, де всі підрозділи тісно пов’язані між собою  завдяки глибокій внутрішній взаємодії, існуючій між об’єктами матеріального  світу і процесами, в яких вони беруть участь.

Фізика являлась і являється  передуючою наукою природознавства  і в той же час вона створила фундамент для всіх його областей. Фізичні методи досліджень набули вирішую  чого значення у всіх природніх науках. На стику їх з фізикою виникло  багато суміжних дисциплін: астрофізика, біофізика, хімічна фізика, фізична хімія, математична фізика та інші. Фізика широко використовує апарат математики - свого роду адекватну мову, на якій записуються фізичні закони, які представляють собою фундаментальні закони між вимірюваними фізичними величинами.

Фізика – теоретична основа техніки; результати , отримані з фізики, завжди давали на неї стимулюючу дію, призводили до технічних революцій та переворотів, з’являлись нові технології, нові відкриття  техніки.В свою чергу, розвиток техніки сприяв створенню нових методів фізичних досліджень, які впливали на прогрес як фізики , так і інших дисциплін.

Особливо зростав взаємозв’язок  фізики з технікою і виробництвом в середині нашого віку, коли людство  вступило в період науково-технічної  революції, характерна особливість  якої заклечається в швидкому розвитку і завершення процесу перетворення науки в безпосередню виробничу  силу , зростання та поглиблення  зв’язку науки із всіма сферами  суспільного життя, посилення її соціальної ролі. В єдиній сьогодні системі « наука-техніка-виробництво» науці належить ведуча роль. Але  по справжньому широкий простір  для розвитку науки відкривається  в соціальній общині, в якому наука  грає вирішуючи роль як в побудові матеріально – технічної бази соціалізму, так і в формуванні нової людини.                                          

Фізика була завжди була тісно пов’язана з філософією, давала сильну взаємодію на неї, знаходячись в свою чергу під її впливом. Досягнення фізики повністю підтвержуюють діалектичний матеріал і штовхає на його розвиток. Світоглядний зміст фундаментальних фізичних теорій завжди було і є предметом гострої ідейної боротьби матеріалізму з ідеалізмом. Фізика грає важливу методологічну роль в сучасній науці та теорії пізнання.

Фізика  як цілісний наука виникає  в Новий час внаслідок відокремлення  від філософії і проходить  у своєму розвитку три основних етапи: класичний, некласичний, постнекласичний (сучасний). На кожному з цих етапів розробляються відповідні ідеали, норми і методи наукового дослідження, формулюється певний стиль мислення, своєрідний понятійний апарат і т.п. Критерієм (підставою) даної періодизації є співвідношення (протиріччя) об'єкта і суб'єкта пізнання:

1. Класична фізика (XVII-XIX ст.),

 2. Некласична фізика (перша половина XX ст.).

3. Постнекласична фізика (друга половина XX - початок XXI ст.).

 Кожна з названих стадій  має свою сукупність теоретико-методологічних  і інших установок, свою картину  світу, свої фундаментальні ідеї. Класична картина світу будується  на принципі жорсткого (лапласовского) детермінізму, їй відповідає образ світобудови як годинникового механізму. З некласичної наукою пов'язана парадигма відносності, дискретності, квантування, ймовірно, додатковості. Постнекласичної стадії відповідає парадигма становлення і самоорганізації.

II. Хронологія. Передісторія фізики

Епоха античності - епоха стародавньої грецько-римської культури, коли високого рівня розвитку досягли філософія, література, образотворче мистецтво, архітектура. Характерними рисами давньогрецької природознавства були систематичне накопичення фактів і спроби їх пояснення, слабкий емпіричний фундамент і велика кількість загальних гіпотез і теорій, в яких, правда, давньогрецька природничонаукова думка передбачила, а деколи і передбачила чимало пізніших наукових відкриттів.У цю епоху зародилися початкові ідеї про атом, дискретному будову матерії (Демокріт, Епікур, Лукрецій, V-IV ст. До н. Е..), Була побудована перша модель світобудови - геоцентрична система світу (Евдокс Кнідський, Арістотель, Гиппарх, Птолемей, IV в. до н. е.. - II ст. н.е.), виникла ідея геліоцентризму (Аристарх Самоський, III ст. до н. е..), створені основи геометрії, відкриті закони прямолінійного поширення світла і віддзеркалення світла, покладено початок геометричній оптиці (Евклід, III в. до н. е..). Відкриті найпростіші електричні та магнітні явища (Фалес, VI в. До н.е.), виявлено заломлення світла, встановлено ряд закономірностей статики (правило важеля, центр ваги) і гідростатики (закон Архімеда, умови плавання тіл). Чільне місце в історії давньогрецької науки займав Аристотель. Він зібрав і систематизував величезний природничий матеріал своїх попередників, критично його оточив, виходячи зі своїх філософських поглядів, підвів як би підсумок набутих знань, сам здійснив ряд глибоких досліджень. Зокрема, з його ім'ям пов'язано зародження елементів механіки, поняття руху як загальної зміни в механічному русі (переміщення в просторі, правило) складання переміщень, перпендикулярних одне до іншого та ін. Фізика Аристотеля, хоча і містила окремі правильні положення, але в той її час ігнорувала багато прогресивних ідей, такі, як ідеї атомізму і геліоцентризму. Визнаючи значення досвіду, Арістотель, проте, не вважав його основним критерієм достовірності знання і віддавав перевагу умоглядним уявленням. Канонізовані церквою в середні століття вчення Арістотеля надовго загальмувало розвиток науки.

Середні віки характеризуються пануванням схоластики і теології в Західній Європі і спорадичними відкриттями у арабських народів. Середньовічні церковники вихолостили вчення Арістотеля, зробили з нього, за словами В. І. Леніна, «мертву схоластику, викинувши всі пошуки, коливання, прийоми постановки питань». Не сприяло прогресу природничонаукових знань і розвиток техніки, яке відбувалося дуже повільно. Однак процес накопичення нових фактів (особливо з XIII в.) все ж відбувався.

Відомим фізиком середньовіччя  був Альхазен (965 - 1039). Він побудував теорію зору, провів ряд дослідів з камерою-обскура, досліджував заломлення світла, розглянув різні види дзеркал, висловив думку про кінцівки швидкості світла.

Своєрідним курсом середньовічної фізики була «Книга про ваги мудрості» (1121 р.) Ал Хазіні, в якій містяться таблиці питомих ваг багатьох твердих і рідких тіл, описані досліди по «зважуванню» повітря, спостереження за явищам капілярності, відмочування, що питома вага залежить від температури, вага тіла пропорційна кількості речовини в тілі, швидкість вимірюється відношенням пройденого шляху до часу та ін..

У 1269 з'явиться рукописний трактат  П. Перегрина «Про магніти», де описані методи визначення полярності магніту, взаємодія полюсів, намагнічування дотиком, поява магнітної індукції, деякі технічні застосування магнітів. У трактаті з оптики Е. Вителлия (1271) міститься поряд з викладом того, що зробили Евклід, Птолемей і Альхазен, формулювання закону оборотності світлових променів при ламанні, доводиться, що параболічні дзеркала мають один фокус, досліджується веселка. У цей же період протікала діяльність відомого англійського філософа і природодослідника Р. Бекона (1214-1292), що критикував схоластів і бачив основу пізнання в досвіді. Бекон виміряв фокусну відстань сферичного дзеркала, відкрив сферичну аберацію, висунув ідею зорової труби, був передвісником експериментального методу.

У подальшому XIV в. введені поняття  прискорення та кутової швидкості, вироблено розподіл механічного  руху на поступальний і обертальний, рівномірний і змінений, введено  уявлення про рівномірно-змінний  рух і установлено його закон, що зв'язує шлях, пройдений тілом, і  час.

Епоха Відродження - період соціально-економічних зрушень в європейському суспільстві та зародження нових виробничих відносин. Це час великого перевороту і розвиту науки і культури. Саме в цей період після тисячилітнього застою і безпліддя відродилася наука в боротьбі проти поглядів Аристотеля. Були відроджені духовні цінності пі особистості і закладено чимало прогресивних традицій. Н. Кузанський (1401 -1464) розвинув думку, що рух являється основою всього сущого, і висловив ідею відносного русі. Ще в більшій мірі розійшовся зі схоластикою Леонардо да Вінчі - видатний натураліст, винахідник і геніальний художник. Він досліджував вільне падіння, рух тіла, кинутого горизонтально, зіткнення тіл, природу інерції, віддзеркалення звуку, закони тертя, бінокулярний зір, відкрив існування опору середовища і підйомні сили, явище капілярності і багато іншого. Але справжній переворот як в нашому розумінні будови Всесвіту, як і в системі наукового світогляду здійснив видатний польський астроном Н. Коперник, відкинувши загальноприйняту тоді геоцентричну систему світу Птолемея ,який створив геліоцентричну систему світобудови, яка стала початком глибокої революції в природознавстві. Виникнувши в астрономії, вона поширилася на фізику. Це була не просто заміна однієї схеми будови планетної системи іншою. Необхідно було зламати усталені істини, що вважалися очевидними. До них в першу чергу ставився постулат про нерухливість Землі, про те, що складний характер планетних рухів є чимось даним «зверху» і не підлягає поясненню. Необхідно було відмовитися від ідеї про центральні положення людини в природі. Нарешті, необхідно було виступити проти багатовікового авторитету Арістотеля і Птолемея і церкви, яка канонізувала стару систему світу і зробила її складовою частиною свого світогляду та ідеології. Це був науковий подвиг, який зруйнував основи середньовічної релігії та уявлення про винятковість Землі у Всесвіті, який привів до революції в природознавстві. Свою систему світу Коперник виклав у трактаті «Про перевтілення небесних сфер» (1543). Оцінюючи його значення, Ф. Енгельс писав: «Революційним актом, яким дослідження природи заявило про свою незалежність ..., було видання безсмертного творіння, в якому Коперник кинув ... виклик церковному авторитету в питаннях природи. Звідси починає своє літочислення звільнення природознавства від теології ... ». Католицька церква заборонила в 1616 році твір Коперника, однак нові ідеї стилі невтомно пробивати собі шлях, відкриття Коперника дало природознавству поштовх для руху по новому шляху. В цьому ж XVI в. з'являються переклади трактатів давньогрецьких вчених Архімеда, Евкліда, Герона і інших, виконується ряд досліджень італійськими вченими в галузі механіки (II. Тарталья, Дж. Кардано, Г. Убальдо дель Монте, Дж. Бенедетті) і оптики (Ф. Мавролік , Дж, Порта).У 1584 був опублікований діалог «Про нескінченність Всесвіту» видатного італійського мислителя і активного прихильника коперникового вчення Дж. Бруно (1548-1600), в якому містилася ідея про нескінченність Всесвіту, про існування в ній, крім сонячної, інших планетних систем, передвіщені нові планети в нашій сонячній системі, обертання Сонця і зірок навколо ОСП, висунута ідея про єдність законів природи.У роботах голландського вченого С. Стевина (1548-1620) отримала своє завершення статика стародавніх. Він сформулював теорему про трикутник сил, відкрив закони додавання сил і розкладання сили на дві взаємно перпендикулярні складові, дав оригінальне доказ умови рівноваги тіла на похилій площині, засноване на неможливості вічного двигуна. В кінці XVI в. було відкрито властивість ізохорності коливань маятника (Г. Галілей), побудовані термоскоп - перший термометр (Галілей), зорова труба і мікроскоп (Захарій Ян-сен). Вони стали потужними знаряддями експерименту: термометр привів до кількісного вивчення теплових явищ, зорова труба, перетворена Галілеєм в телескоп, поклала початок оптичної астрономії, мікроскоп дозволив людині «зазирнуть» в світ клітини. Цим завершується період Відродження в фізиці, завершується і її передісторія, починається нова фаза - становлення фізики як наукової дисципліни.

III. Період становлення фізики  як науки

В епоху Відродження фізичні  спостереження і досліди ще не носили систематичного характеру і  не були об'єднані єдиним методом дослідження. XVII в. поклав початок систематизації використанню у фізиці експериментального методу, творцем якого і послідовним  провідником став Г. Галілей - один з  основоположників точного природознавства.«... Перш ніж людство дозріло для  науки, який охоплюючи дійсність, - писав  А. Ейнштейн, - необхідно було інше фундаментальне досягнення, яке не було досягненням  філософії до Кеплера і Галілея. Чисто логічне мислення не могло принести нам ніякого знання емпіричного світу. Все пізнання реальності виходить із досвіду й повертається до нього. Положення, отримані за допомогою логічних способів, при порівнянні з дійсністю виявляються зовсім порожніми. Саме тому, що Галілей усвідомлював це,і особливо тому, що він вселяв цю істину вченим, він являється батьком сучасної фізики і, фактично, сучасного природознавства взагалі[5,cт.182].Галілей встановив принципи відносності та інерції, закони вільного падіння, руху тілу по похилій площині, руху тіла, кинутого під кутом до горизонту, складання рухів. Він показав, що не швидкість, а прискорення є наслідок зовнішньої дії на тіло, довів факт рівності гравітаційної та інертної мас. Від Галілея бере свій початок динаміка.

Створення Галілеєм першого телескопа (1609) і виконані ним широкі астрономічні дослідження з усією очевидністю  довели об'єктивний характер геліоцентризму, сприяли перемозі та утвердженню  геліоцентричної системи світу Коперника. І заспіваємо творчості Галілей керувався ідеєю єдинства світу. «В основі світогляду Галілея, - зазначає Б. Г. Кузнецов, - лежала ідея, яка була і залишається стержневою ідеєю науки: вся сукупність процесів у Всесвіті утворює деякий гармонійне, упорядковане ціле ... Ця ідея так само стара, як сама павука, вона з'явилася разом з наукою, вона відрізняє науку від донаукових уявлень, і розвиток науки полягає в послідовному з'ясуванні каузального зв'язку, що об'єднує світобудову і перетворює його в упорядковане ціле »[4, с. 54]. Мету науки Галілей бачив у відшуканні причин явищ, а завдання вченого - в «вивченні великої книги природи». Галілеєм відкривається перший етап у розвитку фізики, який завершується І. Ньютоном. Саме Галілей, а перед ним також І. Кеплер, який встановив три закони руху планет (1609 - 1619), розкривши тим самим кінематичний аспект будови сонячної системи, підготували шлях Ньютону, який завершив створення механіки (80-і рр.. XVIIст) і побудував першу наукову картину природи - механічну картину світу.На цьому етапі формування фізики як науки, що тривав майже століття, було отримано чимало нових відомостей. Закладені основи електро- і магнітостатики (У. Гільберт, 1600). В області оптики відкритий закон заломлення світла (В. Снелліусом, 1621; Р. Декарт, 1630), виявлені явища дисперсії світла (Я. Марк, 1648; І. Ньютон, 1666), дифракції (інтерференції) (Ф. Грімальді) , подвійного променезаломлення (Е. Бартоліні, 1669), поляризації (X. Гюйгенс, 1678), виміряна швидкість світла (О. Ремер, 1676), сформульований основний принцип геометричної оптики (П. Ферма, 1662), розроблені корпускулярна (І . Ньютон, 1666) і хвильова (X. Гюйгенс, 1678) теорії світла. Швидко розвивається геометрична оптика, закладаються основи фізичної оптики. Так, згідно Гюйгенсу, світло представляє собою хвилі, що поширюються в особливому середовищі - ефірі, що заповнює весь простір і проникаючою всередину тіл. У механіці X. Гюйгенс вивчає криволінійний рух, створює теорію фізичного маятника, встановлює поняття моменту інерції і закони відцентрової сили (1673), підготовлюючи тим самим грунт для відкриття другого закону механіки і закону всесвітнього тяжіння. У 1657 Гюйгенс сконструюював маятниковий годинник, що стали основою точної експертної техніки. Встановлені закони удару пружних і непружних тіл, закон збереження кількості руху (X. Гюйгенс, 1669), основний закон пружності (Р. Гук, 1660). Однак накопичена сума різнорідних знань і фактів не була оформлена, об'єднана в єдину систему, яка у свою чергу охопила б всю природу. «Постійна і цілісна картина світу, - писав М. Планк, - являє собою ... ту недосяжну мету, до якої безперервно прагне природознавство в ході свого розвитку »[6, с. 481]. Єдина загальна картина світу була створена І. Ньютоном як закінчена система механіки, закони якої управляють всіма явищами природи. Саме вона і відкрила новий період і розвитку фізики.