Concetti base di spazio e tempo in fisica. La formazione del concetto sostanziale di spazio e tempo di Newton Secondo le affermazioni di Newton, il tempo accade

Anche se, in sostanza, nel derivare le trasformazioni di Galileo, tutto ciò che è implicito in queste trasformazioni riguardo allo spazio e al tempo è già stato detto, ripetiamo ancora una volta le affermazioni corrispondenti. Di solito, quando si parla di fisica “classica”, si intende, in particolare, la meccanica Pewtoniana. Le opinioni di Newton sullo spazio e sul tempo riflettono accuratamente l'approccio classico a questi concetti. Vale la pena dare un'occhiata più da vicino alle opinioni di Newton anche perché corrispondono alla nostra esperienza quotidiana, sono molto familiari e comprensibili e il passaggio a

l'idea di spazio e tempo, caratteristica della teoria speciale della relatività, è associata al rifiuto di queste idee. Inoltre, un passo ancora più decisivo rispetto a queste idee è stato fatto nella teoria della gravità di Einstein, che a volte viene chiamata teoria della relatività generale. Ecco cosa si può leggere da Newton: “Lo spazio assoluto, per sua stessa essenza, indipendentemente da qualsiasi cosa esterna, rimane sempre lo stesso e immobile”.

Quindi, secondo Newton, lo spazio è un'enorme scatola vuota in cui sono collocati i corpi materiali e in cui hanno luogo i fenomeni fisici. Allo stesso tempo, Newton sapeva che il principio di Galileo era valido in meccanica. E questo significava l'uguaglianza dello stato di riposo e del moto rettilineo uniforme. Come dovrebbe essere allocato lo spazio “fisso assoluto” in queste condizioni?

Naturalmente è impossibile isolare lo spazio “fisso assoluto” osservando i fenomeni della meccanica. Pertanto, la scoperta dello spazio assoluto e del movimento assoluto è associata al superamento dei limiti della meccanica. Si presume che sia possibile nell'interpretazione dei fenomeni ottici. Pertanto, nel saggio storico dedicato all'interpretazione di alcuni fatti sperimentali (Appendice II), assumeremo che il sistema di riferimento privilegiato e selezionato di Nyohop (spazio fisso assoluto) sia il sistema eliocentrico, anche se, alla fine, sarà risulta che non esiste affatto un sistema di riferimento privilegiato, ed esiste una classe privilegiata di sistemi di riferimento in cui le leggi della fisica sembrano particolarmente semplici: la classe dei sistemi di riferimento inerziali.

Vediamo ora cosa scrisse Newton riguardo al tempo:

“Il tempo matematico assoluto, vero, in sé e nella sua essenza, senza alcun riferimento a nulla di esterno, scorre uniformemente e si chiama anche durata”.

Ancora una volta ci troviamo di fronte all'affermazione che il tempo è qualcosa di esterno alla natura. Quindi, secondo il punto di vista di Newton, il tempo e lo spazio esistono da soli e non dipendono dai corpi materiali situati nello spazio. Naturalmente, le idee di Newton sullo spazio e sul tempo ci sembrano molto scolastiche. Non vanno però sottovalutati. Diamo un breve estratto dal libro (pagina 245):

“Nelle conversazioni con uno degli autori di questo libro, molti anni fa, Einstein espresse il suo più profondo rispetto per Newton e, in particolare, ammirazione per il suo coraggio. Sottolineò che Newton, anche meglio dei suoi critici del XVII secolo, capiva

difficoltà associate alle idee di spazio assoluto e tempo assoluto. Tuttavia, la postulazione di questi concetti era a quel tempo l’unico modo pratico per avanzare nella descrizione del movimento”.

Naturalmente sorge spontanea una domanda: perché la meccanica classica, basata su idee di spazio e tempo che difficilmente possono essere spiegate, funziona in modo così efficace? Ma si scopre che queste idee sono approssimativamente corrette e le deviazioni da esse nella vita di tutti i giorni sono del tutto insignificanti. Le deviazioni dai concetti classici si rivelano chiaramente solo quando si studiano le microparticelle e in condizioni spaziali, e la fisica moderna le ha già incontrate; Ma tali osservazioni richiedono la creazione di condizioni speciali e di strumenti piuttosto complessi.

Al termine di questo breve paragrafo è necessario delineare brevemente la visione moderna di queste cose. Dal punto di vista moderno, non esiste uno spazio assoluto e, quindi, nessun movimento assoluto. Tutti i sistemi di riferimento inerziali sono uguali. La teoria della relatività speciale mostra che la tempistica degli eventi è diversa nei diversi sistemi di riferimento inerziali. Pertanto, il conto alla rovescia risulta dipendere già dallo stato di movimento. La teoria della gravità di Einstein va ancora oltre. Dal punto di vista di questa teoria, le proprietà dello spazio e del tempo non sono date per sempre, ma sono determinate dai corpi situati nello spazio. Dal punto di vista del materialismo dialettico, secondo il quale lo spazio e il tempo sono forme di esistenza della materia, le conclusioni della teoria della gravità di Einstein sembrano molto più soddisfacenti delle idee di Newton sullo spazio e sul tempo.

Isacco Newton- forse per analogia con il titolo dell'opera di René Descartes “Principi di filosofia” - pubblica un trattato: Principi matematici della filosofia naturale / Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.

Il trattato delineato Legge di gravità e tre leggi della meccanica. La tiratura totale è stata di ca 300 copie che gradualmente si sono esaurite in 4 anni...

Isaac Newton basò la sua teoria sui seguenti postulati:

“Tempo, spazio, luogo e movimento sono concetti generalmente conosciuti. Tuttavia, va notato che questi concetti si riferiscono solitamente a ciò che viene compreso dai nostri sensi. Da qui nascono alcuni giudizi errati, per eliminare i quali è necessario dividere i concetti di cui sopra in assoluti e relativi, veri e apparenti, matematici e ordinari.

I. Tempo matematico assoluto, vero in sé e per la sua stessa essenza, senza alcun rapporto con nulla di esterno, scorre uniformemente e si chiama altrimenti durata.

Tempo relativo, apparente o ordinario esiste un esatto o un mutevole, compreso dai sensi, esterno, compiuto attraverso una sorta di movimento, una misura di durata, usata nella vita di tutti i giorni al posto del vero tempo matematico, come: ora, giorno, mese, anno.

II. Spazio assoluto per sua stessa essenza, indipendentemente da qualsiasi cosa esterna, rimane sempre uguale e immobile. Il relativo è la sua misura o qualche parte mobile limitata, che è determinata dai nostri sensi dalla sua posizione rispetto a determinati corpi e che nella vita quotidiana è accettata come spazio immobile: ad esempio, l'estensione degli spazi dell'aria sotterranea o fuori terra , determinato dalla loro posizione rispetto alla Terra. Nell'aspetto e nelle dimensioni, gli spazi assoluti e relativi sono identici, ma numericamente non rimangono sempre gli stessi. Quindi, per esempio, se consideriamo la Terra in movimento, allora lo spazio della nostra aria, che rispetto alla Terra rimane sempre lo stesso, costituirà prima una parte dello spazio assoluto, poi un'altra, a seconda di dove si trova l'aria. si è spostato e quindi lo spazio assolutamente detto è in costante cambiamento.

III. Il luogo è la parte di spazio occupata da un corpo, e in relazione allo spazio può essere assoluto o relativo. Dico “parte dello spazio” e non la posizione del corpo o la superficie che lo racchiude. Per corpi di uguale volume i luoghi sono uguali, ma le superfici, a causa della dissomiglianza delle forme dei corpi, possono essere disuguali. La posizione, propriamente parlando, non ha grandezza, e di per sé non è un luogo, ma una proprietà appartenente a un luogo. Il movimento del tutto è uguale alla totalità dei movimenti delle sue parti, cioè il movimento del tutto dal suo posto è lo stesso della totalità dei movimenti delle sue parti dal loro posto; quindi il luogo del tutto è lo stesso della totalità dei luoghi delle sue parti, e quindi è interamente compreso nel corpo intero.

IV. Movimento assolutoè il movimento di un corpo da un luogo assoluto a un altro, relativo - da relativo a relativo. Pertanto, su una nave che naviga, il luogo relativo del corpo è, ad esempio, quella parte della nave in cui si trova il corpo. quella parte della stiva che è piena di corpi e che, quindi, si muove con la nave. Il riposo relativo è la presenza di un corpo nella stessa zona della nave o nella stessa parte della sua stiva.

La vera pace è la presenza del corpo nella stessa parte di quello spazio immobile in cui si muove la nave con tutto ciò che contiene. Pertanto, se la Terra fosse effettivamente a riposo, allora il corpo, che è a riposo rispetto alla nave, si muoverebbe effettivamente con la velocità assoluta con cui si muove la nave rispetto alla Terra. Se la Terra stessa si muove, allora il vero movimento assoluto del corpo può essere trovato dal vero movimento della Terra nello spazio immobile e dai movimenti relativi della nave in relazione alla Terra e al corpo nella nave.

Quindi, se la parte della Terra in cui si trova la nave si muove effettivamente verso est ad una velocità di 10010 parti, la nave va a ovest ad una velocità di 10 parti e il marinaio cammina sulla nave e va verso est alla velocità di una parte, allora è vero e assoluto che il marinaio si muove nello spazio stazionario verso est, con una velocità di 10001 parti, e rispetto alla Terra - verso ovest con una velocità di 9 parti.

In astronomia il tempo assoluto si distingue dal tempo solare ordinario mediante l'equazione del tempo. Infatti i giorni solari naturali, presi come uguali nella misurazione ordinaria del tempo, sono in realtà disuguali tra loro. Questa disuguaglianza viene corretta dagli astronomi per utilizzare un tempo più corretto quando si misurano i movimenti dei corpi celesti. È possibile che non esista un movimento così uniforme (in natura) con cui il tempo possa essere misurato con perfetta precisione.

Tutti i movimenti possono accelerare o rallentare, ma il flusso del tempo assoluto non può cambiare. La durata o durata dell'esistenza delle cose è la stessa, sia che i movimenti (con cui si misura il tempo) siano veloci, lenti o non siano affatto, quindi si distingue propriamente dalla propria misura accessibile ai sensi, essendone dedotta mediante l'equazione astronomica. La necessità di questa equazione è rivelata sia da esperimenti con orologi dotati di pendoli, sia da eclissi dei satelliti di Giove. Proprio come l’ordine delle parti del tempo rimane invariato, così anche l’ordine delle parti dello spazio rimane invariato. Se si spostassero dai loro luoghi, si sposterebbero (per così dire) in se stessi, poiché il tempo e lo spazio costituiscono, per così dire, dei contenitori per se stessi e per tutto ciò che esiste. Nel tempo tutto è situato nel senso dell'ordine della sequenza, nello spazio nel senso dell'ordine della posizione. Per loro stessa essenza sono luoghi, ma attribuire i movimenti a luoghi primari è assurdo. Questi luoghi sono l’essenza dei luoghi assoluti, e solo i movimenti da questi luoghi costituiscono movimenti assoluti”.

Isaac Newton, Principi matematici della filosofia naturale, M., “Science”, 1989, p. 30-32.

Isacco Newton

La fisica moderna ha abbandonato il concetto di spazio e tempo assoluti della fisica newtoniana classica. La teoria relativistica ha dimostrato che lo spazio e il tempo sono relativi. Apparentemente non ci sono frasi ripetute più spesso nelle opere di storia della fisica e della filosofia. Tuttavia, tutto non è così semplice e tali affermazioni richiedono alcuni chiarimenti (anche se abbastanza linguisticamente). Tuttavia, tornare alle origini a volte si rivela molto utile per comprendere lo stato attuale della scienza.

Il tempo, come sappiamo, può essere misurato utilizzando un processo periodico uniforme. Tuttavia, senza tempo, come facciamo a sapere che i processi uniforme? Le difficoltà logiche nel definire tali concetti primari sono evidenti. L'uniformità dell'orologio deve essere postulata e chiamata passaggio uniforme del tempo. Ad esempio, definendo il tempo utilizzando il movimento uniforme e lineare, trasformiamo così la prima legge di Newton in una definizione del passaggio uniforme del tempo. Un orologio funziona in modo uniforme se un corpo, su cui non agiscono forze, si muove in modo rettilineo e uniforme (secondo questo orologio). In questo caso il movimento è pensato rispetto a un sistema di riferimento inerziale, che per la sua definizione necessita anche della prima legge di Newton e di un orologio che funziona uniformemente.

Un'altra difficoltà è legata al fatto che due processi ugualmente uniformi a un dato livello di accuratezza possono rivelarsi relativamente disomogenei se misurati in modo più accurato. E ci troviamo costantemente di fronte alla necessità di scegliere uno standard sempre più affidabile per l’uniformità dello scorrere del tempo.

Come già notato, il processo è considerato uniforme e misurare il tempo con il suo aiuto è accettabile purché tutti gli altri fenomeni siano descritti nel modo più semplice possibile. Ovviamente, quando si definisce il tempo in questo modo è necessario un certo grado di astrazione. La costante ricerca dell'orologio giusto è associata alla nostra convinzione che una proprietà oggettiva del tempo abbia un ritmo uniforme.

Newton era ben consapevole dell'esistenza di tali difficoltà. Inoltre, nei suoi "Principi" ha introdotto i concetti di tempo assoluto e relativo per sottolineare la necessità di astrazione, determinazione sulla base del tempo relativo (ordinario, misurato) del suo modello matematico specifico: il tempo assoluto. E In ciò la sua comprensione dell'essenza del tempo non differisce da quella moderna, sebbene dovuta a differenze nella terminologia c'era un po' di confusione.

Passiamo ai “Principi matematici della filosofia naturale” (1687). Le formulazioni abbreviate della definizione di Newton di tempo assoluto e relativo sono le seguenti:

Il tempo assoluto (matematico) scorre uniformemente senza alcuna relazione con nulla di esterno. Il tempo relativo (ordinario) è una misura della durata, compresa dai sensi attraverso qualsiasi movimento.

La relazione tra questi due concetti e la loro necessità è chiaramente visibile dalla seguente spiegazione:

In astronomia il tempo assoluto si distingue dal tempo solare ordinario mediante l'equazione del tempo. Infatti i giorni solari naturali, presi come uguali nella misurazione ordinaria del tempo, sono in realtà disuguali tra loro. Questa disuguaglianza viene corretta dagli astronomi per utilizzare un tempo più corretto quando si misurano i movimenti dei corpi celesti. È possibile che non esista un movimento così uniforme (in natura) con cui il tempo possa essere misurato con perfetta precisione. Tutti i movimenti possono accelerare o rallentare, ma il flusso del tempo assoluto non può cambiare.

Il tempo relativo di Newton è il tempo misurato, mentre il tempo assoluto è il suo modello matematico con proprietà derivate dal tempo relativo attraverso l'astrazione. In generale, parlando di tempo, spazio e movimento, Newton sottolinea costantemente che essi sono compresi dai nostri sensi e sono quindi ordinari (relativi):

Le quantità relative non sono le stesse quantità di cui abitualmente vengono loro dati i nomi, ma sono solo i risultati di misurazioni di dette quantità (vere o false), comprese dai sensi e solitamente prese per le quantità stesse.

La necessità di costruire un modello di questi concetti richiede l'introduzione di oggetti matematici (assoluti), delle entità ideali che non dipendono dall'imprecisione degli strumenti. L'affermazione di Newton secondo cui “il tempo assoluto scorre uniformemente senza alcuna relazione con nulla di esterno” viene solitamente interpretata nel senso dell'indipendenza del tempo dal movimento. Tuttavia, come si può vedere dalle citazioni sopra, Newton parla della necessità di astrarre da possibili imprecisioni nel funzionamento uniforme di qualsiasi orologio. Per lui tempo assoluto e tempo matematico sono sinonimi!

Newton non discute da nessuna parte la questione secondo cui la velocità del tempo può differire in diversi spazi relativi (sistemi di riferimento). Naturalmente la meccanica classica implica la stessa uniformità dello scorrere del tempo per tutti i sistemi di riferimento. Tuttavia, questa proprietà del tempo sembra così ovvia che Newton, molto preciso nelle sue formulazioni, non la discute né la formula come una delle definizioni o leggi della sua meccanica. È questa proprietà del tempo che è stata scartata dalla teoria della relatività. Stessa ora assoluta nella comprensione di Newtonè ancora presente nel paradigma della fisica moderna.

Passiamo ora allo spazio fisico di Newton. Se per spazio assoluto intendiamo l'esistenza di un sistema di riferimento selezionato e privilegiato, non è necessario ricordare che esso non esiste nella meccanica classica. La brillante descrizione di Galileo dell'impossibilità di determinare il moto assoluto di una nave ne è un ottimo esempio. Pertanto, la teoria relativistica non poteva abbandonare ciò che mancava nella meccanica classica.

Tuttavia, la domanda di Newton sulla relazione tra spazio assoluto e relativo non è abbastanza chiara. Da un lato, sia per il tempo che per lo spazio, il termine “relativo” è usato nel senso di “una quantità misurabile” (comprensibile dai nostri sensi), e “assoluto” nel senso di “il suo modello matematico”:

Lo spazio assoluto, per sua stessa essenza, indipendentemente da qualsiasi cosa esterna, rimane sempre uguale e immobile. Il relativo è la sua misura o una parte mobile limitata, che è determinata dai nostri sensi dalla sua posizione rispetto a certi corpi, e che nella vita quotidiana è accettata come spazio immobile.

D'altra parte, il testo contiene discussioni su un marinaio su una nave, che possono anche essere interpretate come una descrizione del quadro di riferimento selezionato:

Se la Terra stessa si muove, allora il vero movimento assoluto del corpo può essere trovato dal vero movimento della Terra nello spazio immobile e dai movimenti relativi della nave in relazione alla Terra e al corpo nella nave.

Viene così introdotto il concetto di moto assoluto, che contraddice il principio di relatività di Galileo. Tuttavia, lo spazio e il movimento assoluti vengono introdotti per mettere immediatamente in dubbio la loro esistenza:

Tuttavia è del tutto impossibile vedere o distinguere in altro modo con l'aiuto dei nostri sensi le singole parti di questo spazio l'una dall'altra, e dobbiamo invece rivolgerci a dimensioni accessibili ai sensi. Sulla base delle posizioni e delle distanze degli oggetti da qualsiasi corpo considerato immobile, determiniamo i luoghi in generale. È anche impossibile determinare la vera pace dei loro (corpi) dalla loro posizione relativa l'uno rispetto all'altro.

Forse la necessità di considerare lo spazio assoluto e il movimento assoluto in esso è associata all'analisi del rapporto tra sistemi di riferimento inerziali e non inerziali. Analizzando un esperimento con un secchio rotante pieno d'acqua, Newton mostra che il movimento rotatorio è assoluto nel senso che può essere determinato, nell'ambito del sistema secchio-acqua, dalla forma della superficie concava dell'acqua. Sotto questo aspetto il suo punto di vista coincide anche con quello moderno. L'incomprensione espressa nelle frasi fornite all'inizio di questa sezione è nata a causa delle notevoli differenze nella semantica dell'uso dei termini “assoluto” e “relativo” da parte di Newton e dei fisici moderni. Ora, quando parliamo di essenza assoluta, intendiamo che essa viene descritta allo stesso modo a diversi osservatori. Le cose relative possono apparire diverse a diversi osservatori. Invece di “spazio e tempo assoluti”, oggi diciamo “modello matematico di spazio e tempo”.

Pertanto, coloro che interpretano queste parole in essa violano veramente il significato della Sacra Scrittura.

La struttura matematica sia della meccanica classica che della teoria relativistica è ben nota. Le proprietà che queste teorie conferiscono allo spazio e al tempo derivano inequivocabilmente da questa struttura. È improbabile che vaghe discussioni (filosofiche) sull’“assolutezza” obsoleta e sulla “relatività” rivoluzionaria ci avvicinino alla risoluzione del Mistero Principale.

Lo spazio assoluto è lo spazio euclideo tridimensionale, omogeneo e isotropo.

Questa affermazione significa che lo spazio assoluto ha le seguenti proprietà:

1) ha tre misurazioni lineari indipendenti, si tratta di misurazioni indipendenti in tre direzioni linearmente indipendenti;

2) spazio non dipende dal movimento e dal cambiamento della materia in esso("omogeneità"); ha le stesse proprietà per tutti gli oggetti materiali (indipendentemente dalla loro natura);

3) il cambiamento nelle proprietà dei movimenti degli oggetti materiali in tutte le direzioni è lo stesso(“isotropia”);

4) nello spazio Si applica la geometria di Euclide.

1.2 . Tempo assoluto

Tempo assoluto- Questo:

- quantità in continuo cambiamento;

- il suo passaggio avviene dal “passato” al “futuro”;

- quantità omogenea(nel senso che non dipende dal movimento e dal cambiamento della materia ed è uguale in tutti i punti dello spazio).

1.3 .La connessione tra “spazio assoluto” e
"tempo assoluto"

Nella meccanica classica si postula questo

lo spazio assoluto e il tempo assoluto non hanno nulla a che fare l'uno con l'altro

(in contrasto con il modello di spazio e tempo nella teoria della relatività generale, dove questi concetti sono interdipendenti).

1.4 .Unità di misura (nello spazio e nel tempo)

L'unità di lunghezza nello spazio è 1 metro (m)

(lo standard è a Parigi nella “Camera dei Pesi e delle Misure”).

L'unità di tempo è 1 secondo (s).

È parte integrante della giornata:.

1s.=1/86400 [giorni].

[giorno] è il giorno solare medio,

determinato da osservazioni astronomiche e facente parte dell'anno tropicale.

Il giorno solare medio viene calcolato durante l'anno tropicale utilizzando la formula:

1[giorno]=1/365.2422 [anno tropicale].

L'anno tropicale è determinato da osservazioni astronomiche come

il periodo di tempo tra due passaggi successivi del punto “Primavera” da parte del centro del disco solare sul meridiano di Greenwich.

Tuttavia, a causa della rotazione irregolare della Terra attorno al suo asse e delle vibrazioni nutazionali di questo asse, la durata dell'anno tropicale cambia. Ciò comporta la modifica dello standard temporale (secondi).

Nel 1967, con decisione della XIII Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure, fu adottato sperimentalmente il secondo atomico come unità di tempo, utilizzata nei calcoli di alcuni parametri astronomici.

Quando si introduce questa unità di tempo:

Sono stati utilizzati il ​​processo periodico di oscillazioni della radiazione di un atomo di cesio e il periodo di queste oscillazioni come componente della durata di un secondo.

La scala temporale atomica è stata costruita utilizzando standard di frequenza molecolare e atomica altamente stabili per regolare gli orologi al quarzo. Si distingueva per un'uniformità quasi perfetta e non dipendeva dalla rotazione della Terra.

Questa scala temporale atomica è stata formata sulla base dell'uso di diversi orologi atomici.

Un secondo atomico su questa scala corrisponde alla durata:

9 miliardi 192 milioni 631 mila 770

periodi di oscillazioni della radiazione dell'atomo di cesio-133.

Pertanto, dal 2002 Il secondo atomico è stato adottato come unità di tempo nel Sistema Internazionale di Unità (SI).

Il tempo è indicato dalla lettera . L'intervallo dei suoi valori è determinato come segue.

Un determinato evento viene fissato come inizio del conteggio del tempo. Al momento nel tempo in cui si è verificato questo evento viene assegnato un valore pari a zero.

A tutti gli eventi che si sono verificati prima di quello fissato viene assegnato un valore temporale negativo (sono accaduti “in passato”) e a tutti gli eventi che si verificheranno dopo quello fissato viene assegnato un valore temporale positivo .

Il valore sarà pari alla lunghezza dell'intervallo di tempo che intercorre tra l'evento fisso e l'evento che si è verificato o si verificherà.

2º. Punto di partenza. Sistema di riferimento

2.1. Il concetto di raggio vettore di un punto geometrico E
le sue disposizioni

Prima di dare il concetto di punto di riferimento e di sistema di riferimento, ricordiamo alcune definizioni tratte dalla geometria dello spazio euclideo.

Fissiamo due punti geometrici nello spazio: un punto e un punto (vedi Fig. B.2.1).

Le questioni relative allo spazio e al tempo hanno sempre interessato la società umana. Uno dei concetti di questi concetti deriva dagli antichi atomisti: Democrito, Epicuro e altri. Hanno introdotto il concetto di spazio vuoto nella circolazione scientifica e lo hanno considerato omogeneo e infinito.

Nel processo di creazione di un quadro generale dell'universo, anche Isaac Newton (1642-1726), ovviamente, non poteva ignorare la questione del concetto di spazio e tempo.

Secondo Newton il mondo è costituito da materia, spazio e tempo. Queste tre categorie sono indipendenti l'una dall'altra. La materia si trova nello spazio infinito. Il movimento della materia avviene nello spazio e nel tempo. Newton divise lo spazio in assoluto e relativo. Lo spazio assoluto è immobile, infinito. Il relativo fa parte dell'assoluto. Ha anche classificato il tempo. Per tempo subassoluto, vero (matematico), intendeva il tempo che scorre sempre e ovunque in modo uniforme, e il tempo relativo, secondo Newton, è una misura della durata che esiste nella vita reale: secondo, minuto, ora, giorno, mese, anno. Per Newton il tempo assoluto esiste e dura uniformemente da solo, indipendentemente da qualsiasi evento. Lo spazio assoluto e il tempo assoluto rappresentano il contenitore di tutti i corpi e spazi materiali e non dipendono né da questi corpi, né da questi processi, né l'uno dall'altro.

Newton definisce la massa come la quantità di materia e introduce il concetto di “forza passiva” (forza di inerzia) e “forza attiva” che crea il movimento dei corpi.

Dopo aver studiato e individuato gli schemi del movimento, Newton formulò le sue leggi in questo modo:

1a legge. Qualsiasi corpo continua il suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, poiché non è costretto dalle forze applicate a cambiare questo stato.

2a legge. La variazione del movimento deve essere proporzionale alla forza motrice applicata e avvenire nella direzione della retta lungo la quale agisce tale forza.

3a legge. Un'azione incontra sempre un'opposizione uguale, ovvero l'influenza di due corpi l'uno sull'altro è uguale tra loro e diretta in direzioni opposte.

Al giorno d'oggi, le famose leggi sono formulate in una forma più conveniente:

1. Ogni corpo materiale mantiene uno stato di quiete o di moto rettilineo uniforme finché l'influenza di altri corpi non lo costringe a cambiare questo stato. Si chiama desiderio di un corpo di mantenere uno stato di quiete o di moto rettilineo uniforme inerzia. Pertanto, la prima legge è anche chiamata legge di inerzia.

2. L'accelerazione acquisita da un corpo è direttamente proporzionale alla forza che agisce sul corpo e inversamente proporzionale alla massa del corpo.

3. Le forze con cui i corpi interagenti agiscono l'uno sull'altro sono uguali in grandezza e opposte in direzione.

La seconda legge di Newton è a noi nota come

F= m×a, O UN= F/m

dove l'accelerazione a ricevuta da un corpo sotto l'influenza della forza F è inversamente proporzionale alla massa del corpo M. Grandezza M chiamata massa inerziale del corpo, caratterizza la capacità del corpo di resistere alla forza agente (“attiva”), cioè di mantenere uno stato di riposo. La seconda legge di Newton è valida solo nei sistemi di riferimento inerziali.

La prima legge può essere ottenuta dalla seconda, poiché in assenza di influenza sul corpo da parte di altre forze, anche l'accelerazione è zero. Tuttavia, la prima legge è considerata una legge indipendente, poiché afferma l’esistenza di sistemi di riferimento inerziali.

Sistemi di riferimento ineriali- sono sistemi in cui vale la legge d'inerzia: un punto materiale, quando su di esso non agiscono forze (o su di esso agiscono forze in equilibrio tra loro), è in uno stato di quiete o di moto lineare uniforme.

In teoria, può esistere un numero qualsiasi di sistemi di riferimento inerziali uguali, e in tutti questi sistemi le leggi della fisica sono le stesse. Ciò è affermato dal principio di relatività di Galileo (1636).

La prova scientifica dell'esistenza della gravitazione universale e dell'espressione matematica della legge che la descrive è diventata possibile solo sulla base delle leggi della meccanica scoperte da I. Newton. La legge di gravitazione universale fu formulata da Newton nella sua opera “Principi matematici della filosofia naturale” (1687).

Newton formulò la legge di gravitazione universale nelle seguenti tesi: “la gravità esiste per tutti i corpi in generale ed è proporzionale alla massa di ciascuno di essi”, “la gravità verso le singole particelle uguali dei corpi è inversamente proporzionale ai quadrati delle distanze dei corpi”. luoghi alle particelle”. Questa legge è conosciuta come:

dove m 1, w 2 sono le masse di due particelle, R - la distanza tra loro, G - costante gravitazionale (nel sistema SI G= 6,672 · 10 -11 m 2 /kg 2). Il significato fisico della costante gravitazionale è che caratterizza la forza di attrazione tra due masse del peso di 1 kg a una distanza di 1 m.

Avendo scoperto la legge della gravitazione universale, Newton fu in grado di rispondere alla domanda sul perché la Luna ruota attorno alla Terra e perché i pianeti si muovono attorno al Sole. In ogni singolo caso poteva calcolare la forza di gravità. Ma come viene trasmessa l'interazione tra le masse che si attraggono, qual è la natura di questa forza, Newton non è riuscito a spiegarlo.

Nelle opere di Newton la gravità è una forza che agisce su grandi distanze e, per così dire, senza alcun intermediario materiale.

Ciò ha portato al concetto di "azione a lungo raggio". Newton non riusciva a spiegare la natura dell’“azione a distanza”. Pensò a una sorta di "agente" materiale con l'aiuto del quale viene effettuata l'interazione gravitazionale, ma non riuscì a risolvere questo problema. Basandosi sulla legge di gravitazione universale di Newton, la meccanica celeste prevede la possibilità fondamentale della trasmissione istantanea dei segnali, il che contraddice la fisica moderna (relatività generale). Pertanto, una comprensione letterale della legge di gravitazione di Newton è inaccettabile da un punto di vista moderno.

Il paradigma meccanicistico newtoniano nelle scienze naturali ha dominato per più di 200 anni, sebbene sia stato criticato su numerosi punti, inclusa la comprensione dello spazio e del tempo (Leibniz, Hegel, Berkeley, ecc.). Alla fine del XIX e all'inizio del XX secolo. Sono nate idee scientifiche fondamentalmente nuove sulla natura circostante. Apparvero nuovi paradigmi: prima relativistici e poi quantistici (vedi prima). Il concetto di campo come ambiente materiale che collega le particelle di materia e tutti gli oggetti fisici del mondo materiale è entrato pienamente nel quadro fisico del mondo. Nella fisica moderna sono noti quattro tipi di interazione degli oggetti materiali: elettromagnetica, gravitazionale, forte e debole (vedi sopra). Sono responsabili di tutti i processi di interazione.

Leggi di conservazione

Consideriamo le leggi di conservazione più generali, che governano l'intero mondo materiale e che introducono nella fisica una serie di concetti fondamentali: energia, quantità di moto (momento), momento angolare, carica.

Legge di conservazione della quantità di moto

Come è noto la quantità di moto, o impulso, è il prodotto tra la velocità e la massa di un corpo in movimento: p = mv Questa grandezza fisica permette di individuare il cambiamento nel movimento di un corpo in un certo periodo di tempo. Per risolvere questo problema bisognerebbe applicare la seconda legge di Newton innumerevoli volte, in tutti i momenti intermedi del tempo. La legge di conservazione della quantità di moto (momento) può essere ottenuta utilizzando la seconda e la terza legge di Newton. Se consideriamo due (o più) punti materiali (corpi) che interagiscono tra loro e formano un sistema isolato dall'azione di forze esterne, allora durante il movimento gli impulsi di ciascun punto (corpo) possono cambiare, ma l'impulso totale del il sistema deve rimanere invariato:

m1 v+ m1 contro 2= cost.

I corpi interagenti si scambiano impulsi mantenendo l'impulso totale.

Nel caso generale otteniamo:

dove P Σ è l'impulso totale totale del sistema, m i v i– impulsi di singole parti interagenti del sistema. Formuliamo la legge di conservazione della quantità di moto:

Se la somma delle forze esterne è zero, la quantità di moto del sistema di corpi rimane costante durante tutti i processi che si verificano in esso.

Un esempio del funzionamento della legge di conservazione della quantità di moto può essere considerato nel processo di interazione di una barca con una persona, che ha affondato il naso sulla riva, e la persona nella barca cammina rapidamente da poppa a prua a una velocità velocità v1. In questo caso, la barca si allontanerà rapidamente dalla riva v2:

Un esempio simile può essere dato con un proiettile esploso in aria in più parti. La somma vettoriale degli impulsi di tutti i frammenti è uguale all'impulso del proiettile prima dell'esplosione.