Пособие по физике, в двух частях

Александр Дорошенко

Пособие по физике, в двух частях

Пособие по физике, в двух частях:

Часть 1. Обучение основам физической науки в средней школе.

(Из опыта работы).

Часть 2. Для учащихся и студентов, а ещё для тех, кому она ещё интересна.

Часть 1

Введение      4

Учение о вещем – мантика и динамика систем.      21

Физика и будущее.      39

Глава I. Метамеханика природы      57

1.1 Гравитационная механика или G – теория      57

1.2. Световая механика или С – теория      84

1.3. Квантовая механика или h – теория      99

1.4. Тепловая механика, или k – теория      108

1.5. Анализ типологии физической науки      119

1.6. Анализ методологии физической науки      145

1.7. Метамеханика природы или Gchk – теория физической науки      157

1.8. Диалектические основы метамеханики природы      213

1.9. Системные основы физической науки      304

1.10. Технические системы и их место в физической науке      453

1.11. Пространственный и временной анализ систем      471

Заключение.      496

Часть 2

Введение      500

Глава I. Проблема движения и её разрешение в физической науке      511

Глава II. Гравитационная механика.      542

Глава III. Понятие поля в физической науке. Механизм описания поля      559

Глава IV. Релятивистская механика      579

Глава V. Квантовая механика      610

Глава VI. Тепловая механика      626

Заключение      651

Часть 1

Введение.

Современная наука на начало третьего тысячелетия находится в состоянии своего глубочайшего кризиса. Особенно сильно он проявил себя в физической науке, потому что физическая наука в течение трех столетий занимала лидирующие позиции в общей сфере познания человечества. Современная физическая наука потеряла свои лидирующие позиции и почти полностью остановилась в своём развитии. Такое положение с самой, пожалуй, из прекраснейших и интереснейших наук невозможно обойти стороной, как невозможно от неё просто отказаться, тем более, отбросить её, как нечто отжившее, ненужное и бесполезное. Ведь, именно она, стремилась заглянуть за горизонты нашего познания обнаружить, найти, описать, объяснить и понять чудесное и неповторимое, как в самой природе, так и в человеке. Хотя современная физика не рассматривает и не затрагивает человека вследствие того, что его изучает некая другая наука, называемая биологией и имеющая самое непосредственное к нему отношение, физическая наука также рассматривает человека со стороны познания, считая его познающим. Человек как познающий, познавая природу вносит в сам процесс познание нечто, принадлежащее только ему. Но, как оказывается, человека изучают ещё и многие другие науки. К ним относятся: философия, психология, антропология, социология, медицина и другие науки. Если быть совсем точным, то человека изучают все существующие науки, и более того, именно в них и через них он представляется и появляется в неким определенном качестве, с некой одной вполне определенной стороны или же неких сторон, выбранных с той или иной целью их познания. Такое представление о человеке привело к тому, что его стали делить на части, выделять, присущие ему атрибуты, которые впоследствии составили не только некие его элементы, но были положены в основу изучения других наук о человеке. Более того, именно они стали составлять основы так называемых частных наук о человеке. Но более всесторонне и основательно человека изучает все – таки биологическая наука. В ней раскрывается вся материальность человека, в которой, вообще говоря, не идёт речи о его неких высших состояниях, составляющих и непосредственно связанных с его способностями к познанию, стремлению к знаниям, хотя некоторые из них, представлены в виде тех или иных разделов, а то и просто в виде самостоятельных наук. Эти способности, а также их изучение, объяснение, описание и представление принадлежат некой другой сфере знаний о человеке, называемой психологической наукой. Такая раздробленность человека приводит к подобной раздробленности и самого нашего познания, вследствие чего, оно начинает нести, а ещё и отражать в себе те же самые тенденции уже, и по отношению к самому нашему познанию. Именно поэтому и вследствие этого возникает кризис как самого человека, так и его познания, которое, с необходимостью, уже несёт в себе эту раздробленность, трансформируемую и на само человеческое познание, а также и на само его сознание. Именно она приводит к остановке в развитии, как самой науки, так, в частности, конкретных наук, а отсюда и физической науки. Этот кризис связан с многоликостью и бесконечной делимостью как самой науки, так и её конкретных видов на разделы, теорий, учения и т.д. Собрать эту раздельность и раздробленность, которая в современных науках представлена в виде неких самостоятельно существующих частей и кусков просто невозможно, да, и для осуществления этого нам просто не хватить ни сил, ни времени. Вот почему, особенно в настоящее время, мы наиболее остро ощущаем кризис науки, в том числе, кризис частных, конкретных наук.

В нашем учебном пособии мы будем говорить только о физической науке, о том, что она есть такое, как устроена, что изучает и познает, и как с помощью её мы осуществляем своё познание природы и окружающей нас реальности. Мы будем говорить ещё и о том, как и куда возможно её дальнейшее движение, развитие и изменение. Поэтому нам продеться говорить о многом, имеющемся в ней, и даже о том, что к ней, вроде бы и не относится, не имеет непосредственного отношения. Это многое будет в основном касаться самого понимания физической науки, основанного на понимании нами жизненного, живого опыта человеческого познания, а также, на тех, кто создавал и строил эту науку представляя, раскрывая и показывая нам своё понимание физической реальности, природы и человека, без осознания которого невозможно не только само наше познание, но и её дальнейшее развитие. Ведь именно человек познает, выступая как познающее, а потому, с необходимостью, представляет, моделирует, конструирует, объясняет и изучает окружающий его мир и природу. Но при этом, как оказывается, он познает ещё и самого себя.

Вследствие того, что в современном образовании и учебной литературе по физической науке вы не найдёте ничего такого, что позволило бы вам или же просто помогло бы понять, а быть может, просто дало бы вам некую возможность дальнейшего движения в собственном познании, в направлении изучения физической науки, мы решили написать учебное пособие и представить в нем не только физические предметы, объекты, методы и способы, имеющиеся в арсенале физической науки, но ещё и то, как тот или иной учёный и мыслитель стремился к познанию нашего мироздания, двигался к познанию природной реальности, под которой мы понимаем природу, окружающий нас мир и мир, в котором мы с вами живём.

Оказывается, что современная физика скорее является не физической наукой, а техникой, поэтому её изложение мы осуществим отдельно от физической науки, при этом покажем их некую взаимосвязь и нерасторжимое единство, а также и то, как мы пришли к их такому простому отождествлению. В настоящее время физическая наука почти полностью превратилась в технику. В этом легко убедиться, взяв любой учебник по физике или учебное пособие и самим обнаружить и убедиться в преобладающей в ней техничности, которая представлена в них в виде описания различных устройств, демонстрационных опытов, экспериментальных установок, а также результатов опытов и экспериментов уже на самой и с самой природой.

Далее, мы покажем, что кроме техники в ней преобладает ещё и математика, раскроем и расскажем, как происходила формализация, математизация и моделирование природы, а вместе с ней и самих природных реальностей, под которыми мы понимаем все то, что есть в природе, и даже то, что для нас является невидимым, незримым и несуществующим. Примером невидимого нам, но существующего, является тепло, которое мы не видим, но можем ощущать руками или телом – кожей. Другим примером являются радиоволны, которые мы также не видим, но говорить о том, что их нет или они просто не существуют будет просто неверно и неправильно.

Многие считают, что без математики физики просто нет и не существует. Её тем более нет, если нет объектов, видимых нами тел, которые описывает, изучает, объясняет и познает современная физическая наука. Мы же постараемся показать вам то, как осуществилась объективизация и переход к познанию объективного мира через познания природы, а отсюда и познание самого человека. Хотя конечно, основополагающим в нашем анализе природы будет являться, конечно, природа, а не человек. Но, где необходимо мы будем говорить о человеке, о том, кто непосредственно осуществляет само познание, а также и о том, как он это делал и из чего исходил в познании природы и самого себя.

Преобладание техники, а также излишняя математизация физической науки, привели к тому, что в настоящее время она превратилась и стала почти что математической наукой, к тому же ещё и направленной в сторону конструктивной, технической составляющей, что непосредственно отразилось как на самом нашем познании, так и на социальном мире, созданном человеком на основе такого познания природы. Такое положение физической науки особенно сильно сказывается на её преподавании и обучении подрастающего поколения. Именно такое её положение в преподавании и побудило нас к пересмотру физической науки с целью нахождения её места в общей структуре нашего познания, а также и современного образования. Интерес к физической науке, в настоящее время, полностью утрачен у современной молодёжи, вследствие её полной техничности и излишней заформализованности.

Мы постараемся в меру своих сил и возможностей излагать материал как можно проще, но не всегда, и вы в этом непосредственно убедитесь, у нас будет возможность – это сделать и осуществить. Но мы постоянно будем стремится к этому, а потому, постараемся излагать материал как можно подробнее и понятливее. При этом также будем указывать и расшифровывать наиболее сложные понятия, определения, формальные обороты научных теорий и основные идеи, которые приводили к её развитию, изменению наших представлений о физической реальности, а вместе с этим и самого нашего движении в познании, в постоянном стремлении и движении к познанию уже самих природных реальностей.

Следует указать, что в современном образовании, особенно в физической литературе и учебниках по физике преобладает не гуманитарная составляющая физических знаний, а чисто техническая, математическая и механическая составляющие, которые не способствуют, а также и не приводят к пониманию физической науки. Более того, часто тот или иной раздел физической науки или же теория, распространяются на всю физическую науку. Так, например, механика, составляющая только основу описания движения тел, была распространена на всю физику, что привело к её простому сведению к учению о движении, породило тем самым тотальность самого движения, вследствие чего движение стали описывать и изучать как некую всеобщность, существующую и в самой природе. Все наше познание, в таком случае, сводится только к познанию движения, которое, как оказывается, может быть очень легко математизировано и формализовано. Математизация описания движения привела к математизации самой природы, которая стала выражаться в простой постановки проблем и задач, в поиске их решения, которые и должны были привести нас к объяснению, описанию, пониманию и познанию уже самой природы, как природной реальности. Хотя при таком подходе к природе мы не можем говорить о её познании, потому что в таком представлении мы заменяем её некими моделями, конструктами, идеальными объектами или же просто представляем её в виде неких носителей, заменителей или же представителей. Все это привело к тому, что на смену анализа и познания природы пришло простое решение математических задач, но уже в физических обозначениях и размерностях, что полностью заполонило саму физическую науку. Особенно это касается современной физической науки. Отсюда последовала немедленная реакция на все это обучающихся, учащихся и студентов. Многие обучающиеся стали считать её математикой, отличающейся от последний, быть может, только своими обозначениями, величинами и мерами. Математизация привела к усложнению физической науки, а отсюда и к её непониманию, трудностям изучения, породив тем самым самое негативное отношение к ней самих обучающихся. Они стали считать её очень сложной наукой, а отсюда, бесполезной и просто ненужной. Все это привело к полному отторжению не только физических знаний, но и самой физической науки.

Если обратится к современной физической науке и литературе по физике, то кроме компиляции разделов, понятий, определений и т.п., найти в ней чего – то большего невозможно, а то и просто нельзя. Старые учебники, написаны на много лучше, чем современные, но почему – то не переиздаются и не выпускаются. Современных же – хоть “пруд пруди”, но написаны они, скорее, для самих себя авторами, а не для учащихся, не говоря уже о тех, кто только приступает или приступил к изучению физической науки.

Более того, в связи с экономическими изменениями, происходящими в нашей стране, появились различные рода шпаргалки, сводки формул, ответы на экзаменационные билеты, решения задач и т.д. и т.п. Все это не только не способствует порождению интереса к изучению физической науки, а скорее, создаёт к ней некое потребительское отношение, вероятно с целью получения диплома или аттестата, а быть может просто для того, чтобы получить хорошие оценки. Мотивация к физической науке, к самому познанию природы полностью отсутствует и этого уже нельзя не учитывать, тем более, не говорить об этом. Именно таково положение в образовании и преподавании физической науки в настоящее время. Её непонимание самими учителями, приводит к непониманию её и учениками и как следствие этому к её полному отторжению, а отсюда и к негативному отношению к ней и самих обучающихся.

Все это указывает на то, что со всем этим необходимо что – то делать. Но, оказывается, такое положение мы имеем не только в физической науке, но и с наукой вообще. Поэтому мы и пошли на то, чтобы представить вам понимание физической науки, осуществить это не как – то произвольно, как нам это захочется или как это делают многие авторы учебников и учебной литературы по физике, а подкрепить наше изложение работами тех мыслителей, учёных и философов, которые внесли огромный вклад в развитие и становление как физической науки, так и самого нашего познания. Поэтому мы не будем строго придерживаться исторических ракурсов, т.к. для нас важнее понимание самой физики, а не изложение истории её развития. Хотя мы её будем представим и будем говорить о ней, но в несколько ином ракурсе, показывая при этом скорее то, как на самом деле происходило развитие физической науки в истории человечества.

Представленное нами учебное пособие предназначено для того, чтобы помочь любознательным читателям увидеть всю красоту и прелесть физической науки, без её излишней формализации, математизации и технологизации. Кроме этого, мы покажем модельность и экспериментальность физической науки, а также, укажем на пределы и границы существования самой формализации, материализации, математизации, минимизации и моделирования природы. Изложение моделей физической науки будем осуществлять исходя из самих природных реальностей и явлений природы. Разберём также методы физической науки и укажем границы их применимости, а также их использование и применение для изучения, описания и познания конкретных видов природных реальностей, предметов и объектов физической науки.

Оказывается, что наиболее плохо изложены в современной учебной литературе по физике методы и способы познания, которые она использует в своём арсенале познания природы. Более того, они не показаны с точки зрения своего применения и использования, а потому часто приводятся как некая данность или же, как некое простое указание на то, что они есть, существуют в физической науке. Но то, что есть, часто оказывается не тем, что мы пытаемся понять и изложить, особенно если это касается не учёных мужей, а простых детей, учеников или студентов.

Во времена развития социальных сфер общества физическая наука, с необходимостью, должна быть гуманитаризирована, стать более гуманитарной, а отсюда, более естественной и не являться чисто математической и технической дисциплиной. Оказывается, что саму естественность принимают, а не понимая, просто констатируют, как существующее, как то, что есть, является для нас видимым или же просто представленным в неком визуализированном виде. Визуализация есть способ с помощью, которого достигается видения невидимого, с использованием тех или иных приборов, устройств, механизмов и машин. Например, если мы говорим о градуснике, то для нас он является и выступает как некий визуализатор температуры нашего тела, представляет температуру нашего тела видимой нам. Это видимое есть ничто иное как поднятие столбика ртути, отражающееся на шкале градусника. Вследствие чего он может быть использован и для определения температуры других тел, а не только температуры нашего тела. Устройство для измерения температуры тел называют термометром. Визуализация невидимого нами привела к представлению физической науки как чисто технической, механической и математической науки. Поэтому даже механику определяют в учебниках по физике, уже как науку о движении тел.

Расколов физическую науку и саму физическую реальность на куски и части, а затем дробя и размельчая их на все более мелкие и мельчайшие дольки и частички привело к тому, что она потеряла своё истинное лоно изучения и познания, которым, как мы знаем, является природа. Все это привело к рождению огромного многообразия природ, вследствие чего каждому объекту природы стала ставится в соответствие только одна и только ему присущая “природа”. Так и сама физическая наука раскололась на множество физических наук, образовала в своём лоне множество частных физик, изучающих уже конкретную природу того или иного объекта, предмета, тела и т.д. Примерами таких физик как природ являются: природа или физика Солнца, природа атома или атомная физика, природа света или физика света, природа ядра или ядерная физика, природа звука или физика звука, природа твёрдого тела или физика твёрдого тела и т.д. и т.п.

Если обратится к понятию природа и понятию физика то, как оказывается, они есть просто одно и тоже. Эти слова являются и несут в себе одно и тоже содержание, а потому обозначают одно и тоже познаваемое. Но, несомое ими содержание не имеет никакого отношения к тому, что уже существует, есть, находится в лоне своего существования и к тому же является ещё и видимым нам. Вследствие этого физическая наука превращается в науку об идеальных объектах, которые она описывает, объясняет и изучает, а то и просто рассматривает их поведение, которое после изучения мы можем использовать для того, чтобы ими управлять, либо конструировать, создавать и строить из них некие искусственные, необходимые для нас объекты, образующие так называемую вторую “природу”. Именно с такой физикой мы имеем дело в настоящее время. Её изучают и учащиеся, а также студенты высших учебных заведений. Мы конечно, можем назвать её физикой объектов и наверное это будет правильно, но тогда нам, с необходимостью, придётся решать проблему объяснения их природы, проблему уже самой физики, независимо от того, являются они объектами природы – молекулой, атомом, твёрдым телом, Землёй, Солнцем, галактикой или же идеальными, искусственными объектами, которые мы используем для совершенствования своей познавательной деятельности, а не для познания самих природных реальностей.

Физика, решая проблемы космоса, превращается в астрономию, которая строится и стоит на физической науке. Более того, астрономия просто её использует, считая при этом методы физической науки своими собственными методами, отличающиеся от последних, быть может тем, что они имеют отношения не к природной, а к космической реальности. В таком полагании физическая реальность понимается и заменяется на земную реальность, как реальность, принадлежащую лону самой Земли. Так земное отделяется от космического, так и непонимание космического приводит нас к непониманию земного. Но с точки зрения методов и способов познания их очень трудно различить, потому что именно в этом и проявляется их тождественность. Её легко обнаружить если обратится к методам и способам астрономической науки. Мы же не будем разделять эти сферы познания, а где необходимо, будем использовать наши знания о космосе и вселенной, а отсюда и знания из самой астрономии.

По мере необходимости при изучении материала мы будем использовать разнообразные рисунки, схемы, математические соотношения и связи физических величин. При этом мы обязательно будем пояснять их как можно подробнее и понятливее для вас. Кроме такого пояснения мы постоянно будем указывать и на их взаимосвязь с человеком или с те, что непосредственно относится к человеческому, которое при этом было использовано или же положено в то, что мы собираемся описывать, изучать, познавать и стремимся ещё и понять это. В этом, как оказывается, проявляется и выражается некая особенность, специфика и самого нашего познания, т.к. мы ведь должны знать и понимать, для чего нам это нужно и как мы это можем применять и использовать, внося в познаваемое уже некую частичку себя. Более того, ведь именно мы познаем природу, а не она нас, а потому, с необходимостью, должны как – то себе представлять, моделировать и идеализировать её, познавать через самих себя и с помощью своей собственной самости. Без осознания этого мы не сможем понять, как и что мы на самом деле познаем, а тем более того, как мы это делаем.

Если говорить о чисто образовательных целях, то нас преследует только одна цель – дать вам понимание физической науки, самой физики и природы, а не её моделей, представителей, заменителей и носителей. Кроме этой проблемы, связанной с пониманием физической науки мы хотим разбудить у вас интерес к этой одной из прекраснейших и изумительных наук, которую, в настоящее время, превратили непонятно во что; то ли она является математикой с физикой; то ли техникой с физикой; то ли просто неким описание существующих объектов природы; то ли … и т.д. и т.п.

Укажем ещё и на то, что написать такое пособие весьма сложно и проблематично уже потому, что физическая наука развивалась на протяжении почти трех тысячелетий и знания, добытые ею огромны по своему масштабу и объёму, а ещё и по сложности познаваемых ею объектов и предметов. Поэтому мы будем излагать и представлять её через основные учения, теории, явления, объекты, модели и предметы, которые включает в себя физическая наука, но при этом будем постоянно различать то, что мы познаем от того, как мы это делаем и как осуществляем их познание. На этом мы хотим особо заострить ваше внимание, потому что в настоящее время актуальным становится не изучение того, что есть, а того, как можно понять, описать, объяснить и познать изучаемое и изученное нами. Для нашего случая изучаемое и изученное есть сама физическая наука.

В современной физике и физической литературе этот вопрос вообще не рассматривается. Все в ней сведено только к тому, как можно описать объект, получить о нем некую информацию, которую, почему – то и почти всегда называют ещё и знаниями. Мы также разберём и покажем, чем отличаются знания от информации, а вместе с этим и само понятие информация.

Мы не станем писать учебное пособие в том стиле, в котором их пишут в настоящее время, потому что это есть скорее не стиль, а просто изложение тех или иных фактов, взятых из физической науки. Они действительно являются фактами, т.к. не связанны между собой, а потому и не предполагают никакого пояснения и разъяснения. Отсюда многие учебники и учебные пособия, в основном, направлены только на то, чтобы сообщить информацию о физической науке, о том, чем она занимается, что в себе содержит, изучает и познает. Но порой излагают так, порождая при этом впечатление о том, что физическая наука занимается непонятно чем и включает в себя все что угодно и все что заблагорассудится. Именно отсюда возникает непонимание того, что именно она изучает и познает.

Физическая наука сложна вследствие того, что излишне заформализована и заматематизирована. Математический аппарат, который в ней используют не излагается, вызывая, тем самым, дополнительные сложности в её изучении и понимании. Хотя язык физической науки математический, но он не является языком чистой математики. Более того, математические соотношения и связи физических величин не разбираются, а даются как некая абсолютная истина, которую нужно просто знать, заучить, а то и просто вызубрить. Именно это зубрёжка в современном образовании стала почти тотальной и необходимой вследствие того, что учащиеся не понимают изучаемого, и в этом, как оказывается, им очень редко и совсем мало помогают учителя и преподаватели. Знать на современном языке, значить зазубрить, вызубрить и получить хорошую оценку в аттестат или диплом. Знания на оценку и за оценку не могут способствовать пониманию физической науки, а отсюда они просто не могут являться знаниями. Вследствие этого физическая наука и терпит своё полное фиаско в общей системе развития образованности человека, формирования его мировоззрения и развития собственной самости, потому что не связана с пониманием и не даёт его, а отсюда такое к ней отношение учащихся и студентов. Данное учебное пособие будет полезно для учителей и преподавателей физической науки, потому что позволит раскрыть для них ещё некоторые скрытые стороны нашего понимания природы, поможет разобраться с методами познания, используемыми в физической науке без которых, как мы считаем, невозможно её понимание. Мы хотели написать учебники по физике, но, как оказалось, внести в них что – то новое, более существенное уже не представляется возможным вследствие того, что в них в основном отражена и выражена только некая самая общая тенденция, связанная с технологизации и математизацией физических знаний и как следствие этому и самой физической науки. Принимать в этом участие у нас не хватает совести. Поэтому мы пошли на этот эксперимент с той лишь целью, чтобы, действительно, показать красоту и прелесть науки, называемой физикой, а также дать вам её понимание, показав при этом её устремления, невероятные и неимоверные усилия, совершаемые при этом человеком в познании окружающего мира, а также мира, в котором мы с вами живём.