Історія, зарубіжний та вітчизняний досвід, перспективи розвитку природничо-математичної, технологічної та професійної освіти

Льотна академія Національного авіаційного університету

Корольов Сергій, Максимова Людмила

Вже кілька тисяч років тому назад мислителі давнини намагались встановити базові закони, які керують рухом Всесвіту та визначити елементарні «цеглинки», з яких складався, на їх думку, весь світ. Варіантів було багато: цими «цеглинками» колись були вогонь, повітря, земля, вода, небесна субстанція та інші першопричини, які зараз можна вважати як фантазію. Потім в цій якості були запропоновані атоми, після чого, вже в наш час, прийшла епоха елементарних частинок.

Одним з перших, в IV сторіччі до Нашої ери, досліджував гравітацію Арістотель. Він розглядав простір та час як деякі самостійні субстанціональні суті. Також він допускав іншу точку зору: час та простір – це системи відносин, які створюються матеріальними тілами, що взаємодіють. Форму Землі вчений вважав сферичною, Земля знаходилася в центрі світу, на краю сферичного Всесвіту були закріплені нерухомі зірки, які складались із ефіру. Всі тіла обертаються навколо Землі по бажанню Бога.

По висновку мислителя тіла з більшою масою будуть рухатися з більшою швидкістю, ніж тіла з малою масою, що є не так. Лише Галілео Галілей через багато століть експериментально довів, що при відсутності впливу повітря всі тіла падають однаково.

До списку праць, які сприяли розвитку механіки, треба також внести праці Архімеда «Про рівновагу плоских фігур» та «Про тіла, які плавають».

Французький вчений Йордан Неморарій згодом вказав на різницю між поняттям «маса тіла» та «вага тіла», яка виникає внаслідок дії сил гравітації з боку Землі на деяке матеріальне тіло. Це потім дало змогу Неморарію теоретично обгрунтувати принцип роботи похилої площини, який був не зрозумілий стародавнім вченим на протязі тисяч років.

Згодом Ісаак Н’ютон, приблизно вже в наш час, спробував зрозуміти, по яким законам було створено Всесвіт. Він відкрив закони механіки та продовжив дослідження, яке розпочали мислителі стародавніх епох. Потрібно підкреслити, що в ті часи працювала велика когорта видатних вчених - таких, як Лаплас, Лагранж, Ейлер та багато інших.

Їх основні ідеї були в цілому такі: простір існує сам по собі, без впливу матеріальних тіл, час один і той же в усіх системах відліку та взаємодія між матеріальними тілами відбувається миттєво, з нескінченно великою швидкістю. Також мислителі цієї епохи вважали, що майбутнє світу повністю визначається сьогоденням. Лаплас говорив, що якби він знав всі координати та швидкості матеріальних тіл Всесвіту, то шляхом знаходження рішень рівнянь, які описують рух тіл, він міг би визначити координати та швидкості будь-яких тіл в майбутньому через будь-який великий проміжок часу,-тобто мав місце жорсткий детермінізм в природі. Це була система їхніх «цеглинок», з яких був побудований світ.

Теорія гравітації Н’ютона мала й значні недоліки. Н’ютон двома шляхами розглядав гравітацію: через прояв взаємного притягування матеріальних тіл - так звана «гравітаційна маса» та через прояви інерції матеріальних тіл - так звана «інерційна маса». Н’ютон просто постулював, без будь-яких доказів, що ці дві маси дорівнюють одна одній.

Альберт Ейнштейн проаналізував картину світу, яка була створена за минулі сторіччя, та побачив невідповідність між реальними фактами та висунутими раніше теоріями. Вчений запропонував розглядати прояви гравітації як викривлення метрики складного простору – часу, який має чотири виміри. Пропозиція вченого пройшла перевірку в багатьох експериментах і показала досить непогану відповідність.

З врахуванням накопичення та аналізу багатьох фактів розвиток механіки призвів до появи квантової механіка, в якій було відкрито «співвідношення невизначеності» Вернера Гейзенберга між деякими базовими параметрами: наприклад, чим точніше ми будемо знати координати якої-небудь частинки, тим з більшою похибкою будемо знати час її появи в цьому місці простору. Квантова механіка науково довела, що думка Лапласа про повний детермінізм та можливість прорахувати майбутнє на основі знань минулого була хибною.

В наш час було зроблено багато спроб побудувати теорію гравітації. Непогані перспективи в цьому напрямі має відома «теорія струн», яка розпочиналась свого часу як продовження в нових умовах так званої «бета функції Ейлера». Згідно з нею світ складається с витягнутих частинок, схожих на малесеньку струну, що «звучить» по різному, а це приводить до появи різних елементарних частинок. Довжина струни приблизно на 40 порядків менша, ніж діаметр ядра атома. Експериментально перевірити теорію струн дуже важко, але нуковий пошук продовжується.

Механіка завжди була і є базовою складовою науково-технічного прогресу. Здобутки сучасної механіки в наш час використовуються в тому числі при створенні та функціюванні системи GPS.