Физикаға сабақ

1. Табиғатты сипаттаудың корпускулярлық концепциясы

Мазмұны: Кеңістік, уақыт және материя мәдениет контекснінде: аңыздардан салыстырмалық теорияға және элементар бөлшектердің қалыпты моделіне дейін. Кеңістік –уақыт өлшемі және физикалық модельдеу. Физикалық теорияның пайдалану шегі. Табиғаттағы тұрақтылық пен тұрақсыздық.

Табиғат туралы ғылымдардың жиынтығы жаратылыстану –дүниені біртұтас деп санайтын натурфилософиядан өсіп, өркендеген. Табиғаттағы оймен сипаттаудың орнына оның даму заңдарын тәжрибелік әдіспен шешу басымдылық танытты. Материалды Әлемнің қарапайым және жалпы қасиеттерін зерделейтін жекеғылым саласы –физика бөлініп шықты.  Физикадағы заңдардың барлығы тәжрибеден қортылған және тек біздің Жерге ғана тән универсал заңдар емес, барлық материалды Әлемге де орындалады. Физикалық заңдылықтар басқа да жаратылыстану салаларына орындалады. Және бұрыннан осы кезге дейін өзгеріп келген кеңістік, уақыт және материя туралы түсінік береді. Ертедегі философтар Әлем бұрыннан болған және болады да, онда периодты түрде әртүрлі катаклизма болып тұрады деп есептелген. Діни аңыз бойынша Әлем ертеде, бір уақытта пайда болған делінеді.

Кеңістік, уақыт және материяның алғашқы ғылыми анықтамасын англия физигі Исаак Ньютон (1642-1727) берген болатын. Ғылымның ұйғарымы бойынша абсолют кеңістік –материяны ендіруші, абсолют уақыт –узақтылық, ал материя жеке кірпіштер мен бостықтан тұрды дейді. Ньютонның тұжырымы бойынша, кеңстік уақыт және материя өзгермейді, ол мәңгілік; кеңістік біртекті (изотропты) үш өлшемді; уақыт үздіксіз және бірқалыпты өтеді делінеді. Сонымен, Ньютонның өзі және оның идеясын жақтаушы ғалымдар: абсолют уақыт деген абсурд, яғни абсолют кеңістікке ешқандай нақты денелер жоқ, абсолют уақытта нақты қозғалыс пен процестер болмайды деген. Абсолют кеңістік пен абсолют уақыт тек қана нақты денелер нақты қозғалыстар мен процестерде сақталатын «қуыс» деген тұжырымға келген еді. Ұлы ғалым денеорнын және оның қозғалысын анықтау үшін заттармен толтырған салыстырмалы кеңістік, яғни санақ жүйесі ретінде алынған басқа бір денемен салыстыру керек дейді. Кеңістік, уақыт және материя туралы жаңа түсінік А. Эйнштейннің салыстырмалық теориясы мен В. Гейзенберг (1901-1971) пен Э. Шредингердің (1887-1961) кванттық механикасынан туындады. Эйнштейн теориясы бойынша кеңістік -өзгермейтін абсолют бостық, созылып, иіледі және майысып өзгереді. Уақыт пен кеңестік материямен, уақыттың өтуі материя қозғалысымен және кеңістік материямен, уақыттың өтуі материя қозғалысымен және кеңістік қасиеті материның таралуымен байланыстырады. Сонымен, кеңістік, уақыт және материя туралы түсінік біздің білім жүйеміздегі күрделі мәселелер қатарына жатады. өйткені, физикалық заңдылықтар мен негізгі принциптер кеңістік пен уақытқа сүйенеді. Кеңістік біртекті, изотропты, үздіксіз, евклидті және үш өлшемді. Бертектілерде кеңістіктің барлық нүктелеріндегі қасиеттер өзгермейді, изотроптықта –кеңістіктің барлық бағыты бірдей; үздіксіздік –нүктелер аралығында үзіліс болмайды; евклидтікте –біздің кеңістігіміз жазық болып келеді деген мағынаны сипаттайды. Жалпы салыстырмалық теория бойынша материя бір бағытта өтеді. Жалпы салыстырмалық теория бойынша уақыттың жүрісіне гравитациялық массаның таралуы әсер етеді. Физикалық заңдардың сипаттамалары зерттелетін құбылыстарға юайланысты болады. Сондықтан, микро –макро, -мегаәлемдер туралы сөз қозғау ретті. Микродүниенің объектісі молекулалар, атомдар, элементар бөлшектер; макроәлемде –тірі клеткаларды, адам мен жерді; мегаәлемге –галлактикалар мен жұлдыздарды, яғни барлық әлемді жатқызуға болады. Микроәлемге классикалық физика заңдары; микроэлемге кванттық физика заңдары; мегаәлемге арнаулы және салыстырмалық теория орындалды. Сонымен, физикалық теориялардың белгілі –бір қолдану шекарасы болады. Дене мен оның қозғалыс жылдамдығы онша үлкен болмаған кезде классикалық физика заңдары пайдаланылады. Масса өте үлкен және жылдамдық көбірек болса –салыстырмалылық теориясын, ал микробөлшектерді зерделенгенде –кваннтық физиканы қолданамыз. Ұзындық пен уақыттың эталондық бірліктері метр мен секунд және олар туралы түсініктер өзгертіп отырғанын ғылым көрсетеді. Қәзіргі кезде 1 метр дегеніміз жарықтың ваккумдегі 1/299792458 секундта жүрген жолын сипаттайды, яғни жарықтың вакуумдағы жылдамдығы 299792458 м/с тең болады. Секунд дегеніміз электромагниттік сәулелеудегі цезий атомның екі аса жіңішке негізгі күйлерден өтеуге бөлінеді. Бұрынғы кезде, 1 метрге Жер экваторының 1/4х10⁷  бөлігі алынатын және эталон платина мен иридий қоспасынан жасалынған стержень алынған еді. Секунд үшін алынған орташа күндік тәуліктің 1/86400 (жер айналасының периодына жақын шама) бөлігі белгіленген болатын. Салыстырмалық теорияда бүкіл Әлемге тән, ал кванттық механикада –микроәлемдік физикалық универсал заңдар тұжыфрымдалғанмен оларды танып, түсінуге белгілі бір жүйелілік пен байланыс қажет. Бұл ілімдер қашанда жетіліп отырады және өте нәзік құбылыстарды түсінуге мүмкіндік береді. Физика табиғаттағы құбылыстарды зерттейтіндіктен, физикадағы модельдеу дәл суреттеме бере ала ма? –деген сұрақ туындайды. Бұл сұрақ тек ойлау арқылы шешілмейді, біз ғылым нәтижесіне сенеміз, өйткені ол табиғаттағы құбылыстарды түсінуге мүмкіндік береді. әлемдегі барлық заттар бірдей элементтен түзілген, табиғат заңы бәріне ортақ. Табиғатта өтіп жатқан эволюция тірі организм тәрізді, физикалық түсініктер мен теорияларды өзгертіп, жаңартып  отырады. Ғылымда да табиғаттағы сияқты тұрақтылық пен тұрақсыздық бой алады. Эволюция жолы бірде біркелкі болса, кейде кенеттен үлкен өзгеріске түсетін процесстерден тұрады. Мысалы, ХІХ –ХХ ғасырларда физикадағы ғылыми төңкеріс аса жаңа жұлдыздағы қопарылыспен пара –пар деуге болады. Сонымен, Әлемнің қәзіргі бейнесі орнықты, әрі тұрақты, тұзу емес және ешқашан қайталанбайтын процестерден тұратындығын естен шығармауымыз керек.       

Табиғатты сипаттаудың корпускулярлық концепциясы.

 Дискреттік әлем – бөлшектер физикасы. Бөлшектер моделі. Аристотельден Ньютонға дейінгі физика. Физикалық жүйенің күйі және оның уақытқа тәуелді өзгеруі. Динамика заңдары және Лаплас детерминизмі. Механикалық энергия мен импульс -–қозғалыс өлшемі. Классикалық физиканы қолдану шегі. Материя мен кеңістіктің тұтастығы.

         Физика материялық бөлшектердің, заттардың, өрістің және басқа денелердің қасиеттері мен қозғалыс заңдары туралы ғылым. Бұл анықтамадағы «бөлшектер» мен «өріске» ерекше мән беріледі, физикада материя өріс пен зат деп екіге бөлінеді. Барлық заттар бөлшектерден құралады, яғни материя құрылысы үздік-үздік, дискретті. Левкипп Демокрит пен Эпикур философиясында «бөлуге», «кесуге» болмайтын атомдар ең кіші, әрі ең соңғы, жасауға немесе жоюға болмайтын бөлшектер ретінде қарастырылған. Ньютон физикасында да осындай бөлшектер туралы айтылады. Ұлы физик бастапқыда ең қарапайым қозғалыс бөлшектердің механикалық қозғалысын зерттеген Физиканың прогресі тікелей көрнекіліктен біртіндеп бас тартуға негізделген еді, ал бұл қазіргі физиканың тәжірибеге сүйенуіне қайшы келетін секілді. Мәселен, нақтылықтың кейбір жақтары бақылауға келмейтіндіктен көрнекілік қате нәтижелерге әкеліп соғуы мүмкін. Аристотель механикасы мына принциптерге негізделген, «егер денені итеруші күш әсерін тоқтатса, қозғалыстағы дене тоқтайды немесе ауыр денелер жылдамырақ құлайды». Үйкеліс күші ескерілмегендіктен бұл принциптер нақтылыққа сәйкес келеді деп есептеледі. Дұрыс қорытынды жасау үшін идеал тәжірибе, яғни нақтылықтан абстракцияға көшу қажет болды. Бөлшектің геометриялық өлшемі жоқ, тек массасы бар деу –бөлшектің моделін сипаттайды. Үйкеліс күшін жою мәселесі идеал жылтыр дене және идеал жылтыр бет түсініктерін ендіруді қажет етті. Мұндай тәжірибелерді Галлилео Галлилей іске асырды және ол Аристотель принциптерінің қате екендігін көрсетті. Галлилей Пиза қаласындағы ең биік мұнаралардан әртүрлі салмақты денелерді тастаған деген сөз бар. Шын мәнінде зерттеуші жылтыр көлбеу бетпен салмақтары әртүрлі жылтыр шарларды жылжыту арқылы тәжірибе жасады. Галлилей өлшеулерінің нәтижесінде салмақтары әртүрлі денелердің жылдамдығы бірдей заңдылық бойынша артатындығы анықталды. Ньютон өзінің механикалық қозғалыс заңдарын Галлилей тәжірибелерінің нәтижелеріне сүйеніп қорытқан болатын. Ұлы физиктің тәжірибесінде көлбеу жазықтық бойымен домалаған денелерге үнемі бірдей күш әсер етеді де, олардың жылдамдықтары артады. Осыдан барып денеге әсер етуші күш оны қозғалтумен қатар оның жылдамдығын өзгертеді деген қорытынды жасалды. Сонымен қатар, денеге күш әсер етпесе ол түзу бағытта, тұрақты жылдамдықпен қозғалатындығы тұжырымдалды. Ньютон тұңғыш рет дене күйін, яғни физикалық жүйені зерттеді. Ол дененің орнын координаттармен және орналасудың өзгерісімен, яғни жылдамдықпен және жылдамдықтың өзгерісі –үдеумен сипаттады. 1687 жылы И. Ньютонның «Натурфилософиясының математикалық бастамасы» деп аталатын ғылыми еңбегі жарық көрді. Онда Ньютонның үш заңы деп аталатын, механикалық қозғалыс заңдары берілген еді. Бірінші заң: Галлилей тәжірибесіне негізделген, екінші заңда –денеге күш әсер еткендегі ондағы өзгеріс айтылған, яғни дене үдей қозғалады және дене массасы артса, үдеу кемиді делінген болатын. Ньютон «Мен алыстағыны көру себебім алыптардың иығында тұрғандығымнан» деп бекер айтпаған. 1543 жылы Н. Коперниктің «Аспан сферасының айналуы жөнінде» атты кітабы шықты. Онда әлемнің гелиоцентрлік ілімі дамытылды. Г.Галлилей өзінің жердегі қозғалыс заңдарын аспан денелеріне пайдаланып Коперник ілімін қолдады. Ал И.Кеплер өзінің назарын шексіз аспанға бағыттады. Ол 1609-1619 жылдағы планеталар қозғалысының үш заңын тұжырымдады. (Кеплердің эмпирикалық заңдары) Ньютон динамика заңдары мен Кеплер заңдарының негізінде өзінің Бүкіл әлемдік тартылыс заңын қорытындылады. Ньютон негізін салған механика заңдары XYIII-XIX ғасырда механиканың қарқындап дамуына себепкер болды және бұл кездегі философия түгелімен механикалық еді. 1845 жылы Нептун планетасының ашылуы Ньютон ашқан механика заңдарының дұрыстығын дәлелдеді. ХХ ғасырдың басында механика заңдарын жемісті пайдалану нәтижесінде Пьер Лаплас (1749-1825) ғылымының детерменизм доктринасын енгізді. Онда Әлемнің бастапқы моменттеріндегі күйі бойынша оның келешектегі процессін сипаттайтын заңдар жүйесін тұжырымдауға болады делінген. Лапластың бұл доктринасы Архимедтің «Маған тіркеу нүктесін көрсетіңіз, мен Жер шарын төңкеремін» дегенннің аналогиясы. Лаплас дененің бір кездегі орны, жылдамдығы және үдеуі белгілі болса, оның өткендегі немесе келешектегі, яғни кез келген моментте пайда болатындығын есептеуге болады деп қарастырды. Денелердің механикалық қозғалыстарын қарастырған кейбір физикалық шамалар тұрақты деп  алынған, яғни уақытқа байланысты өзгермейді деп есептелген. Бұл шамалар қозғалыс өлшемдері ретінде қабылданған. Ең баста физика тарихында, импульс және тірі күш, соңынан энергия қабылданды. ХVІІ ғасырда денелердің бір-бірімен соқтығысуын зерттегенде импульс пен тірі күш ендірілді, ал ХІХ ғасырда энергия туралы түсінік қалыптасты. Сонымен, жаратылыстану ғылымының бір саласына жататын физиканың аумағы өте кең және практикада өте көп қолданылады. Микроәлемдегі құбылыстар кванттық механикада, ал кеңестік, уақыт және материя тұтастығы жалпы салыстырмалылық теориясында қарастырылады. Макроәлем үшін классикалық физиканың заңдары жеткілікті.

Әдебиеттер.

1. Купер Л. Физика для всех. М. , 1972.
2. Спасский Б.И. Физика для философов. М. , 1975
3. Алматов Ж.К. , Сартбаев Т.С. , Рамазанова С.А. Қазіргі жаратылыстану концепциясы. Шымкент. 1999.