В В Е Д Е Н И Е. Физику по существующей классификации наук относят к разделу естественнонаучных дисциплин

Физику по существующей классификации наук относят к разделу естественнонаучных дисциплин. Под естественнонаучными дисциплинами понимают, прежде всего, физику, химию, астрономию, биологию, медицину и др., противопоставляя их с одной стороны гуманитарным (наукам об обществе), с другой – техническим. Среди многочисленных определений, что есть наука, наиболее краткое и в то же время емкое принадлежит Аристотелю: «Наука – это знание, основанное на доказательстве».

При исследовании становления наук Нового времени (XVII в.) принято выделять период предыстории науки, уходящий в античные времена греческой (европейской) философии. В течение примерно двух тысячелетий развития европейской философии формировался фундамент классического научного знания. Крупнейшей заслугой классической европейской философии является развитие следующего фундаментального принципа: мыслительные операции и процедуры в знаковых формах возможны только в том случае, если принимается предположение, что за реальными объектами изучения стоит особый мир идеальных сущностей. У Платона он назывался «миром идей», у Аристотеля –«метафизикой» (т.е. тем, что стоит «за» физикой или за природой), у представителей немецкой классической философии – «трансцендентальным миром».

Появление современных научных знаний стало возможно с тех пор, когда ученые догадались строить свой собственный мир идеальных сущностей, абстрагируясь при этом от несущественных (для данной науки) свойств реального мира. В результате работ родоначальников наук Нового времени в области естествознания (Р. Декарта, Г. Галилея, Ф. Бэкона) появилось как бы «много метафизик» – идеальных действительностей разных наук, получивших после Гоклена и Г. Лейбница название «онтология» (от греч. «ontos» – сущее, «логос» – слово, учение). Каждая наука стала формировать собственную онтологическую картину реальности: в физике – представления об атомарно-кинетическом строении вещества, в химии – о химических элементах и молекулах и т.п.

Принципиальным условием классического научного знания является предположение, что мыслительные операции и процедуры в знаковых формах возможны только по отношению к идеальным объектам, выделенным в рамках онтологической картины соответствующей науки. Так, в арифметике идеальным объектом является «число» (в отличие от «цифры» – знаковой формы числа). В геометрии «идеальная прямая», «непротяженная точка», «идеальная окружность», «идеальный треугольник» – совсем не то же самое, что точка, линия, круг или треугольник, начертанные на бумаге. В физике образцами идеальных объектов являются «материальная точка», «абсолютно твердое тело», «математический маятник», «идеальный газ» и др.

Предпосылки об исходной первичности объекта изучения, его неизменности и независимости от исследователя с неизбежностью (логически) обусловили центральное место идеального объекта среди других элементов и процедур, необходимых для получения классического научного знания.

Следующая совокупность предпосылок классического научного знания касается способа подтверждения его истинности.

Переход к построению предметного теоретического знания на основе идеальных онтологических представлений об устройстве мира повлек за собой получение абстрактных законов и выводов, резко расходившихся с эмпирически фиксируемыми фактами. Классическим примером здесь является вывод Галилея, который он сделал, изучая законы падения тел. «В пустоте все тела падают с одинаковым ускорением», – таков был тезис Галилея. Он прямо противоречил натурным опытам: перо и камень, брошенные с одинаковой высоты, достигают земли, как известно, не одновременно. На это и указывали ему оппоненты.

Заслуга и мужество основателей Новых наук состояли в том, что они принципиально отказались от сбора и регистрации естественно наблюдаемых (эмпирических или натурных) фактов как способа подтверждения (опровержения) научного знания. Взамен отвергнутых натурных опытов в качестве способа подтверждения абстрактно-теоретических гипотез и выводов был предложен искусственный (т.е. специально организованный) научный эксперимент. По сути, это означало, что был придуман качественно новый способ обоснования умозрительных теоретических конструкций. Реальность как бы «подгонялась» под идеальные научные построения. За счет инженерной организации условий реальности теоретические законы идеальных объектов, описываемые в предметном знании, должны были в точности подтверждаться. Но – только в искусственно созданных условиях научного эксперимента.

Фундаментальный сдвиг, который произошел в ХVII в., породив науки Нового времени, состоял в том, что для каждой науки стала создаваться и собственная система реализации предметных знаний – соответствующая инженерия – это совокупность знаний и приемов, которая во-первых, имеет конструктивно-техническую направленность (т.е. эти знания отвечают не на вопрос «Как устроено?», а «Как сделать, чтобы?» или «Что будет, если?»). Так, рядом и параллельно с наукой механикой существует – под тем же названием – механика, как инженерия; инженерией для биологии человека служит медицина, для генетики – генная инженерия.

Инженерные знания реализуются в создаваемых на их основах производствах и технологиях, внутри которых создаются разнообразные вещи. Итак, существует цепочка: «научные знания ® инженерные знания ® производства и технологии ® вещи». А если вспомнить о том, что человечество фактически со времен промышленной революции живет не в естественной природе, а в окружении созданных мышлением и руками человека вещей, то вполне оправданным будет говорить об инженерном мире. Именно в инженерных мирах реализуются законы, представления и идеализации, выработанные в естественных науках.

Начало науки Нового времени состояло в том, что сначала объясняющие гипотезы (у Галилея), потом математизированные модельные идеализации (у Ньютона) начали реализовываться в специально построенных инженерных конструкциях, в специально сделанных «зонах» - экспериментальных устройствах. Так, новые представления о законах движения тел, выдвинутые Галилеем, который опирался на гипотезу о возможности пустоты, с блеском подтвердилась, когда через 30(!) лет Торричелли изобрел свою трубку («Торичеллиеву пустоту») и насос: внутри этой трубки пушинка и пуля падали с одинаковым ускорением. Здесь Торричелли удалось сконструировать экспериментальную зону, где реализовалась идеализация Галилея. Следовательно, эксперимент не есть «допрос природы», как обсуждал это Ф. Бэкон, а испытание технической конструкции, взаимная «подгонка» научных идеализаций и устройств, для их реализации. При рассогласовании теории и реализации можно указать те точки «разрывов», на которые теперь следует обратить внимание при построении более изощренных идеализаций, фактически это позволяет ставить как собственно научные, так и технические проблемы.

В связи с изложенным выше становится понятным, почему рабочая программа в вузе, нацеленном на формирование специалистов технической, инженерной направленности, строится таким образом, что большое количество учебных часов отводится практическим занятиям студентов в лабораториях.

Практические занятия по физике в физической лаборатории преследуют несколько целей: во-первых, дать возмож­ность студентам ознакомиться с физическими приборами и устройствами, во-вторых, предоставить возможность непосредственного наблюдения физических явлений и возможность экспериментальной проверки физических законов, в-третьих, привить навыки методически правильного выполнения физических экспериментов и, в-четвертых, обучить грамотному и осознанному применению математического аппарата для обработки результатов эксперимента.

Предлагаемое пособие соответствует содержанию профессиональной программы по курсу «Общая физика» для инженерных специальностей технических вузов и состоит из теоретической части, позволяющей студентам найти ответы на контрольные вопросы, и экспериментальной части (лабораторных работ по молекулярно-кинетической теории идеального газа и термодинамике).

В пособии имеются иллюстрации и необходимые справочные данные.