Ci è stato quasi insegnato che i nostri ministri sono mascalzoni. Ma se dico che ai nostri tempi puoi diventare uno scienziato molto, molto famoso, e allo stesso tempo trascurare alcune delle basi della scienza generalmente riconosciute, o anche semplicemente non conoscerle, allora nessuno probabilmente mi crederà. E ora vi parlerò di un caso del genere senza lasciare il registratore di cassa. E tutti non solo noteranno che questo "scienziato molto, molto grande" è ben noto a loro, ma capiranno anche che è davvero un non so. E la sua ignoranza era che non conosceva i principi della fisica.
Per capire tutto ciò che verrà discusso, non è necessario essere molto intelligenti o avere un debole per la fisica o la matematica. Parleremo di cose molto semplici che ognuno di noi può capire e che, forse, dovrebbero essere raccontate a scuola. Dopotutto, stiamo parlando solo degli inizi. Hai solo bisogno di seguire il corso della storia e per un momento distrarti dall'esaminare attentamente il taglio del vestito del tuo vicino o, se sei un uomo, dal valutare altri contorni morbidi.
La conoscenza della storia della nostra società è considerata così importante che non solo i figli dei politici, ma tutti gli altri sono costretti a studiarla a scuola. Ma la storia dell'emergenza e dello sviluppo della fisica, o dei suoi inizi, può essere stata insegnata prima, e ora nessuno studia, ora si passa immediatamente all '"essenza della questione". È possibile che ciò sia stato fatto per compiacere i seguaci di uno scienziato molto, molto famoso, in modo che non tutti indovinassero immediatamente che l'idolo che predicano è solo un non so. E se ancora non lo sai, ora vedrai a cosa può portare una tale trascuratezza dei concetti più elementari, e persino ha già portato. Quindi, iniziamo a familiarizzare con ciò che può essere
Gli inizi della fisica
Definizioni
I sensi sono alla base di ogni percezione e consapevolezza della Natura
Tutti i nostri concetti sono nati dalla presenza dei nostri sensi. Un cieco non può avere un concetto di colore, una persona sorda non può avere un concetto di suono. Non tutte le persone vedenti possono distinguere i colori. È già impossibile per loro spiegare che il nostro mondo è in parte rosso e verde, in parte giallo e viola. Pertanto, si può affermare che la maggior parte delle persone vedenti non ha solo organi visivi, ma anche organi per riconoscere il colore e la colorazione.
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Una persona senza un organo tattile non sarebbe in grado di distinguere il duro dall'elastico o il morbido, il freddo dal caldo. Senza la presenza dei sensi, saprebbe del nostro mondo meno di quanto sappia il verme. Ma cosa posso dire, semplicemente non esisterebbe.
Abbiamo molto più di 5 sensi. Non possiamo solo vedere, ascoltare, toccare, annusare e gustare. I nostri occhi possono distinguere la pendenza dall'inclinazione, la verticale dal pendio. Abbiamo un senso di equilibrio, grazie al quale non solo impariamo a camminare su due gambe, ma anche a saltare su una gamba. Attraverso un senso di equilibrio, possiamo imparare a guidare sia una due ruote che un monociclo. In molti casi, possiamo stimare non solo la velocità di movimento, ma anche la distanza, sia con l'aiuto della vista che con l'aiuto dell'udito. Inoltre, in un modo o nell'altro, abbiamo un senso del tempo sviluppato.
Grazie ai nostri sensi abbiamo sviluppato una certa idea del mondo che ci circonda. Non è sempre corretto, perché anche la nostra coscienza, la nostra memoria, la nostra capacità di pensare in modo logico sono coinvolte nello sviluppo di questa idea, e tutto questo è ben lungi dall'essere vicino all'ideale per tutti.
La fisica non presta attenzione al gusto o all'olfatto, perché i nostri organi del gusto e dell'olfatto sono più finalizzati al cibo e alla procreazione. La fisica studia solo la natura inanimata e gli oggetti inanimati.
Importa
Tutto ciò che è conosciuto con l'aiuto dei nostri sensi è materiale. Ma il materiale è anche ciò che viene riconosciuto come tale come risultato della nostra consapevolezza, comprensione della Natura. Con l'aiuto della riflessione e della consapevolezza, possiamo avere un'idea di alcuni fenomeni naturali che sono inaccessibili alla nostra percezione direttamente attraverso i nostri sensi.
Spazio vuoto immateriale che circonda oggetti materiali. Il vuoto è l'assenza di oggetti materiali. Il vuoto non resiste al movimento di alcun oggetto materiale. Lo spazio vuoto, nonostante l'assenza di materia al suo interno, è pensato per essere continuo e coerente. È impossibile spostarsi da un punto nello spazio a un altro lontano da esso senza passare attraverso la sequenza di tutti i punti lungo la linea di movimento. Non cadremo nel "buco" da nessuna parte perché lo spazio finirà improvvisamente. Lo spazio è infinito e non è interrotto da nessuna parte.
Tutto il materiale può essere soggetto a modifiche.
Lo spazio vuoto è idealizzazione. Essendo in qualsiasi punto dello spazio, possiamo vedere le stelle, quindi, in qualsiasi punto dello spazio ci sono almeno particelle di luce. Un numero innumerevole di corpi diversi si muove (vola) nello spazio vuoto a velocità molto diverse in tutte le direzioni: stelle, pianeti, asteroidi e molti altri oggetti molto più piccoli.
Sull'ordine di origine delle nostre idee
In quale ordine le nostre percezioni derivavano dai nostri sensi? Non lo sapremo mai. Dal semplice al complesso? Ma cosa è semplice e cosa è difficile? Per molte persone è molto difficile trarre conclusioni logiche, generalizzazioni o andare ad astrazioni. Pertanto, anche qui si cerca di fare con un minimo di tali operazioni mentali. Ma ovviamente persone diverse possono vederlo in modo diverso.
1. La superficie del corpo, oggetto
Uno dei concetti più semplici dal punto di vista della pratica è la superficie di un corpo, un oggetto. La superficie del corpo è, ad esempio, ciò che puoi vedere quando la tua ragazza o il tuo amico appare di fronte a te nel costume di Eva o, di conseguenza, Adamo. Questa superficie del corpo può essere sia vista che sentita. Puoi annusarlo. Puoi anche assaggiarlo. E se fai tutto questo con il tatto appropriato, allora non solo tu, ma anche la tua ragazza o il tuo amico ne trarrai piacere. Ma, come già accennato in precedenza, la fisica studia solo la natura inanimata. Pertanto, dal punto di vista della fisica, la superficie del corpo è qualcosa di più ordinario. Questo è il confine tra il corpo e l'ambiente. Può essere sia toccato che visto. Ma non lo annusano più e, ovviamente, non lo assaggiano. I fisici in un certo senso sono asceti. La fisica non studia la superficie degli individui. Almeno non durante l'orario lavorativo.
Prendi la superficie della pietra. Qualunque sia la forma, è facile spiegare a tutti cosa intendiamo con questo. È qui che inizia la pietra, il suo confine.
2. Faccia o lato del corpo, oggetto
Se la pietra è scheggiata, parte della sua superficie potrebbe essere relativamente piatta e avere un bordo tagliente sulla superficie, che è facile da sentire con le dita e vedere con gli occhi. Parti sufficientemente piatte e nettamente limitate della superficie di un oggetto sono chiamate facce. Se due pietre simili vengono applicate con le loro facce l'una all'altra, non ci sarà quasi nessuno spazio tra loro nell'area di contatto. Il concetto di sfaccettatura potrebbe essere molto utile nella costruzione di antichi muri o edifici in pietra. Affinché le pietre si trovino bene, saldamente una sopra l'altra, è meglio metterle faccia a faccia. Per una stabilità ancora maggiore, è stato posto uno strato di argilla morbida e umida tra i bordi e anche successivamente uno strato di una soluzione speciale. Ciò ha portato al fatto che il muro non solo è diventato più forte, ma ha anche mantenuto meglio il calore e i suoni attutiti.
I bordi degli oggetti nella vita di tutti i giorni sono chiamati lati. Pensa, ad esempio, alla frase: "Il lato superiore del piano del tavolo è lucido"
3. Linea
Se una pietra ha due bordi scheggiati che si delimitano, anche il loro bordo comune è chiaramente visibile, facile da sentire e da spiegare. Questa è la linea.
4. Punto
La pietra può avere tre bordi scheggiati contigui. I loro confini comuni sono formati da tre linee. Anche il luogo di convergenza (confine) delle tre linee è facilmente percepibile e spiegabile. Questo è il punto.
Idealizzazione dei concetti di superficie, faccia, linea e punto
Nel tempo, l'abilità degli antichi costruttori è cresciuta, rispettivamente, sono apparsi requisiti più elevati per la lavorazione di pietre o altri materiali da costruzione. Ciò potrebbe portare alla comparsa dei concetti di un piano, una faccia piatta, una linea retta e una mancanza di dimensioni in un punto. Questi sono già concetti puramente mentali e idealizzati. Qui ci allontaniamo dal mondo tattile, dal mondo conosciuto con l'aiuto dei nostri sensi e completamente trasferito al mondo creato dalla mente, al mondo delle astrazioni. Questo mondo immaginario o astratto sin dall'inizio perde alcune delle sue connessioni con il mondo reale. Ma questo non è un mondo di fantasia sfrenata che può essere trovato nella finzione. No, questo mondo cerca di preservare la realtà il più possibile. Ma in lui è necessaria una certa fantasia. Ogni fantasia contiene il pericolo di essere troppo lontani dalla realtà. Dobbiamo essere pronti per questo già adesso, nella fase di considerazione dei Principi della Fisica.
Con l'aiuto dei nostri sensi, non possiamo essere sicuri di essere di fronte a un piano reale o una faccia ideale, una linea retta o un punto reale. Ma, vedendo davanti a noi una superficie lucida, tendiamo a credere che sia perfettamente liscia, perfettamente dritta. Esaminandolo al microscopio, siamo convinti che questo sia tutt'altro che vero. Superfici ideali, bordi, linee rette e punti possono esistere solo nella nostra coscienza, nella nostra immaginazione. Non esistono in natura. Ma i concetti su di loro sono utili nella ricerca teorica.
1. Punto
Si dice che un punto sia adimensionale. Non possiamo né vedere né sentire oggetti molto piccoli. Ma possiamo presentarli. Euclide, il grande greco antico, diceva: "Il punto è ciò che non ha parti". Il punto è considerato il concetto più semplice di geometria.
2. Linea
- questa è una traccia da un punto in movimento. Naturalmente, se non possiamo vedere il punto, non possiamo vedere la linea. Ma possiamo vedere un filo di ragnatela o una traccia del movimento del punto della matita sulla carta. Non è difficile immaginare una linea.
3. Linea retta
- una linea che può essere proiettata in un punto. Non tutti conoscono la parola proiezione, quindi puoi dirla diversamente: una linea retta è una linea che, in una certa posizione rispetto all'occhio, può essere vista come un punto.
4. Superficie
È il confine di un oggetto o il confine tra due ambienti, ad esempio, tra l'acqua e l'aria.
Un caso speciale di una superficie è una traccia dal movimento di una linea.
Un caso ancora più speciale di una superficie è un piano. Questa è una superficie che, in una certa posizione rispetto all'occhio, può essere vista come una linea retta.
L'idea di un aereo è data dalla superficie calma dell'acqua nella nave.
5. Linee parallele
Due linee rette su un piano di solito si intersecano. Ciò significa che successivamente si avvicinano o si allontanano l'uno dall'altro lungo la loro lunghezza. Se le linee rette sul piano non si intersecano, vengono chiamate parallele. Ciò significa che non si avvicinano l'un l'altro per tutta la loro lunghezza e non si allontanano l'uno dall'altro.
Due linee parallele possono essere proiettate su un altro piano come due punti. Tuttavia, alla vista, si fondono in una linea in lontananza (come i binari di un tram).
Misura di lunghezze e distanze, angolo retto
Ma non dovrebbero essere emersi solo questi concetti ideali. Parallelamente ai concetti geometrici ideali, dovrebbero essere nati concetti abbastanza reali della dimensione delle pietre, della lunghezza delle loro facce e delle loro dimensioni angolari e, soprattutto, il concetto di angolo retto. Gli elementi da costruzione, le pietre, i mattoni, nonché le assi e le travi, dovrebbero generalmente avere angoli retti.
Angolo retto, orizzontale, verticale
1. Due linee rette che si intersecano sul piano formano due angoli acuti e due ottusi. L'angolo acuto è meno che ottuso. Se tutti e quattro gli angoli sono uguali tra loro, allora hanno ragione. Le linee che le formano sono perpendicolari l'una all'altra.
2. Se l'acqua non scorre da nessuna parte, la sua superficie è orizzontale. La superficie calma dell'acqua nella nave è orizzontale. Tutte le linee su questa superficie sono orizzontali.
3. Il filo su cui è sospeso il carico è verticale. In qualsiasi piano che passa attraverso il filo, forma un angolo retto con la superficie dell'acqua.
4. I bordi della maggior parte degli elementi da costruzione sono rettangoli piatti. Tutte le loro linee di confine si intersecano ad angolo retto.
Lunghezza, distanza
Quando è diventato necessario misurare le lunghezze, i professionisti hanno utilizzato una varietà di metodi e misure di lunghezza per questo. Misurato da cime, gomiti, piedi (piedi), ascelle, gradini e lunghezza del corpo. In un primo momento, hanno misurato solo "in natura", sulla superficie dell'oggetto misurato. Lo sviluppo degli affari militari richiedeva la misurazione delle lunghezze a distanza (a distanza). Ciò ha richiesto l'uso di metodi per misurare lunghezze, distanze basate sulla misurazione dei lati e degli angoli dei triangoli.
1. La lunghezza della linea viene misurata lungo di essa. La distanza tra due punti viene misurata lungo la linea retta che li collega. La distanza tra due insediamenti viene misurata lungo le strade che li collegano o, a seconda dello scopo della misura, lungo la linea "aerea".
2. La lunghezza viene misurata utilizzando campioni specifici del paese (unità di lunghezza) disponendo successivamente questi campioni lungo la linea misurata. Se il campione di lunghezza è realizzato sotto forma di una ruota, la lunghezza viene misurata dal numero di giri. La lunghezza del campione nella maggior parte dei paesi è chiamata metro (un metro). 1 metro (1 m) è suddiviso in 100 centimetri (100 cm), 1 cm - in 10 millimetri (10 mm). Le lunghe distanze sono misurate in chilometri (km). 1 km = 1000 m (1000 metri).
Coordinate, sistemi di coordinate
Il concetto di spazio nasce sulla base dell'estensione della materia, degli oggetti materiali. Senza la presenza di oggetti materiali, corpi, sarebbe impossibile ottenere il concetto di lunghezza, distanza e movimento, e quindi di spazio. Quando si considera il movimento di qualcosa nello spazio vuoto, sull'acqua o nell'aria, fissiamo la sua posizione rispetto a un corpo materiale solido e tangibile. Solo allora possiamo immaginare di muoverci rispetto ai punti mentali dello spazio. Una considerazione teorica del movimento degli oggetti richiedeva la determinazione della posizione dell'oggetto e la registrazione di questa posizione. A tale scopo, sono stati inventati i sistemi di coordinate. Questi sono sistemi di assi che sono linee puramente mentali rette o curve, ma hanno una vera analogia.
Possiamo ottenere il concetto di un sistema di coordinate rettangolari se misuriamo le distanze, ad esempio, dall'angolo posteriore inferiore sinistro dell'armadio nel tuo appartamento. La lunghezza lungo il bordo inferiore dell'armadio, parallela al muro della stanza, possiamo chiamare l'ordinata X (lunghezza lungo l'asse o coordinata X). La lunghezza lungo l'altro bordo diretto al muro è chiamata ordinata Y (la lunghezza lungo l'asse o coordinata Y). La lunghezza lungo il bordo dell'armadio è l'ordinata Z (la lunghezza lungo l'asse o la coordinata Z). La posizione di qualsiasi punto A (qualsiasi oggetto) nell'armadio, possiamo ora determinare con l'aiuto di 3 numeri. Misurando in centimetri la distanza dal punto A dalla parete verticale sinistra dell'armadio lungo una linea parallela alla coordinata X, otteniamo l'ordinata XA in centimetri, ad esempio XA = 27 cm. Dopo aver misurato la distanza dal punto A dalla parete posteriore dell'armadio lungo una linea parallela alla coordinata Y,otterremo l'ordinata YÀ in centimetri, ad esempio, YÀ = 35 cm. Avendo ora misurato la distanza dal punto A dalla parete inferiore dell'armadio, riceveremo l'ordinata ZÀ in centimetri, ad esempio ZÀ = 121 cm. Ora possiamo già abbastanza scientificamente rivolgerci alla nostra famiglia e dire:
- Portami Masha, per favore, dall'armadio un oggetto definito dalle coordinate 27, 35, 121. E Masha, armata di righello, dopo un po 'ci porterà l'oggetto desiderato. Se vogliamo ricevere qualsiasi altro oggetto allo stesso modo, dovremo prima determinare e annotare le sue coordinate.
Sconveniente? Ma per un ragionamento di natura scientifica, si è rivelato molto conveniente ed è stato utilizzato per diverse centinaia di anni. Anche i marinai usano un sistema simile, ma sono sempre sulla superficie del mare ed è sufficiente per loro determinare due numeri. Le loro coordinate sono "legate" alla superficie del mare e sono chiamate in modo abbastanza diverso: latitudine e longitudine.
Quando stiamo guidando in macchina, possiamo "determinare" la nostra posizione sul navigatore. Questo sistema di navigazione ci considera gli ultimi idioti e non ci dice le nostre coordinate, ma, conoscendo la destinazione del nostro viaggio, ci dice semplicemente:
- Dopo cento metri, scemo, gira a destra!
Ma devi essere d'accordo che questo metodo per "determinare la posizione" ha il suo vantaggio. In effetti, non è per niente che alcuni "in tutta serietà" a volte dicono: "Sono uno sciocco - e mi sento bene!" Non ha sempre senso "complicarti la vita".
Per determinare la posizione degli oggetti all'esterno dell'armadio allo stesso modo, dobbiamo continuare mentalmente le coordinate corrispondenti e allo stesso modo determinare le 3 lunghezze richieste. Quando la misurazione in natura con un righello diventa impossibile, vengono utilizzati dispositivi di misurazione a distanza.
In teoria, la posizione di un punto nello spazio è determinata solo con l'aiuto di un sistema di coordinate concepibili. Il sistema di coordinate rettangolari più comunemente utilizzato. In esso, tutti gli assi sono perpendicolari l'uno all'altro.
Velocità e tempo
I compiti assegnati alle persone, sia negli affari pacifici che militari, si complicavano ogni giorno di più. Con lo sviluppo della società, è diventato necessario misurare non solo le distanze, ma anche la velocità di movimento di persone o oggetti. Il concetto di velocità è associato a parole più veloci o più lente, prima o poi. Tutte queste parole sono associate al concetto di tempo. Per determinare la velocità di movimento, era necessario misurare non solo i movimenti degli oggetti, ma anche il tempo durante il quale si verificava questo movimento.
Poco più di cento anni fa, un paio di righe sarebbero state dedicate a questi due concetti. Ora, parlando di tempo, devi valutare attentamente le tue parole.
Che ora è? Non puoi toccarlo, vederlo e annusarlo. Ma il fatto che un oggetto si muova e che un oggetto si muova più velocemente di un altro, lo notiamo immediatamente. Chi ha una velocità di movimento maggiore coprirà questa distanza più velocemente, in un tempo più breve.
Possiamo dire molte parole intelligenti sul tempo. Possiamo dire che il tempo è espressione della continuità e della durata di qualsiasi processo e della limitazione (finitezza) delle forze agenti. A causa della finitezza di tutte le forze in natura, è impossibile spostare istantaneamente qualsiasi oggetto da un punto a un altro nello spazio. Ma questo aggiunge poco alla nostra comprensione del tempo come entità fisica.
Non possiamo misurare il tempo direttamente. Tutte le espressioni come "presto all'alba", "già mezzanotte", "c'è ancora molto tempo prima del tramonto", "giorno e notte, giorno lontano" in qualche modo includono il concetto di tempo, ma ovunque lo confrontiamo con la rotazione quotidiana della Terra attorno al suo asse … Non abbiamo altro modo di misurare il tempo e non possiamo esserlo.
I praticanti non pensano troppo all'essenza del tempo. Neanche in questa situazione hanno commesso un errore. Sono stati inventati orologi solari, sabbia, acqua, gravitazionali (spinti da un carico), orologi a molla e al quarzo. Non molto tempo fa è stato costruito un orologio atomico, famoso per essere più preciso della rotazione quotidiana della Terra. Ma il nostro concetto di tempo è associato alla rotazione della Terra e ad altri fenomeni cosmici, e nessun orologio atomico può cambiare nulla in questo. Non misuriamo il tempo, ma contiamo il numero di processi periodici passati di qualche meccanismo di misurazione o fenomeno cosmico, e poi diciamo che è passato così tanto tempo. E rispetto alla durata dei processi periodici che utilizziamo, misuriamo la velocità o la durata di altri processi non periodici, ad esempio la velocità di corsa di un cavallo o il volo di un uccello.
I teorici hanno sempre avuto più problemi. Dovevano mostrare velocità sulla carta. Qualsiasi distanza può sempre essere mostrata su una certa scala, rappresentata su un foglio di carta. Come mostrare la velocità di movimento di un corpo? Come mostrare il passare del tempo?
Ora questo compito ci sembra ridicolo. Disegna un movimento spaziale lungo una linea e il tempo lungo un'altra perpendicolare ad essa. Come una normale seconda coordinata. Ovviamente questo può essere fatto. Ma prima era necessario pensarci. E non era facile pensarci, perché non era solo una via d'uscita dalla situazione, ma anche un errore intuitivo, che portava, forse, a conseguenze importanti.
Sulla carta, puoi posticipare il movimento in una direzione e nell'altra, perpendicolare ad essa. Se parliamo specificamente di spostamenti spaziali, non ci sono errori qui. Possiamo rappresentare graficamente, su una certa scala, la posizione di un corpo su un piano orizzontale, verticale o inclinato. Ma il tempo non è perpendicolare a nessuno dei piani spaziali. Non si trova né lungo né attraverso nessuna delle coordinate spaziali. Pertanto, una tale rappresentazione grafica del tempo è una distorsione della realtà. Riduce il tempo alla posizione di una coordinata spaziale ordinaria. I teorici dovrebbero sempre ricordare che il tempo non è una coordinata spaziale, che una tale immagine del tempo è una pura formalità che non riflette la realtà, inoltre, la distorce. Ma le persone hanno un'abitudine molto forte. Quello che fanno la prima volta dopo averci pensato a lungo, la seconda lo fanno quasi automaticamente, senza esitazione. Si sono abituati a rappresentare il tempo sotto forma di coordinate ordinarie e hanno smesso di prestare attenzione al fatto che non lo era. Prima o poi, questo avrebbe dovuto portare a un errore nell'interpretazione dei risultati teorici o dei dati sperimentali.
Ovviamente c'era una via d'uscita corretta dalla situazione. La posizione del corpo sul piano può essere rappresentata da punti, ad esempio, ogni secondo. Otterremmo una sequenza di punti in base alla quale potremmo giudicare la velocità del corpo non solo lungo un asse, ma anche lungo l'altro simultaneamente. A volte questa immagine sarebbe anche molto comoda, poiché la dimensione del segmento di linea che collega uno qualsiasi dei punti ottenuti con quello successivo fornisce non solo un valore grafico approssimativo della velocità nel piano di movimento, ma anche la sua direzione. È difficile giudicare la convenienza generale di un'immagine del genere, ma sarebbe sempre corretta e non porterebbe a false credenze (Fig.1).
Figura: 1
La necessità di un asse del tempo è apparsa per la prima volta, forse quando descriveva gli esperimenti di Galileo, quando studiava la caduta verticale dei corpi. Se lo rappresentiamo su carta in punti ogni decimo di secondo lungo una linea verticale, allora, ovviamente, possiamo vedere che la velocità iniziale della caduta è relativamente piccola e alla fine della caduta è grande. Ma il grafico sarà molto più bello se introduciamo per chiarezza, puramente formale, l'asse del tempo e mostriamo il movimento non solo lungo la linea verticale sotto forma di una sequenza di punti, ma anche lungo l '“asse” del tempo (Fig. 2. Viene mostrato un grafico del movimento di un sasso lanciato verso l'alto).
Figura: 2
In questo caso, possiamo collegare i punti con una curva morbida e ottenere informazioni per ogni momento nel tempo. L'unico inconveniente è che questa curva avrà esattamente lo stesso aspetto come se non avessimo lanciato una pietra, ma l'avessimo lanciata ad angolo rispetto alla superficie della terra. Se l'asse orizzontale del tempo viene sostituito nella scala appropriata dall'asse spaziale X, parallelo alla superficie terrestre, l'analogia sarà completa (Fig. 3).
Figura: 3
Ma forse con questo semplice esempio abbiamo scoperto per caso che il tempo è una scatola invisibile che si muove uniformemente lungo l'asse X orizzontale? O questa idea è troppo folle per te?
Vediamo che già in questo semplice esempio si può confondere l'essenza di ciò che viene raffigurato per il fatto che abbiamo rappresentato il tempo sotto forma di un asse di coordinate.
Proviamo a considerare il più possibile l'essenza del tempo. La distanza può molto spesso non solo essere misurata, ma anche ricontrollare questa misurazione. Non possiamo affatto misurare il tempo. Contiamo sempre il numero di processi ripetitivi che avvengono in qualsiasi meccanismo che serve a "misurare" il tempo. Contiamo il numero di rivoluzioni della Terra attorno al suo asse, il numero di goccioline d'acqua o il numero di oscillazioni di un pendolo e chiamiamo questo tempo. Quindi confrontiamo il lavoro di questi meccanismi e diciamo che uno dei metodi di misurazione è più accurato dell'altro. Consideriamo il corso del tempo stesso assolutamente uniforme. Ma il nostro concetto di tempo è nato proprio dall'osservazione di processi periodici in natura. Non abbiamo altro modo di "misurare" il tempo e non possiamo esserlo. Valutiamo la durata dei processi non periodici confrontandoli con la durata di quelli periodici.
Se qualcosa è cambiato nel meccanismo dell'orologio e inizia a ticchettare più velocemente o più lentamente, il corso del tempo cambierà da questo? Certo che no, diciamo. Anche se in realtà non sappiamo come misurare il tempo. Misuriamo solo il numero di volte in cui un processo viene ripetuto e lo confrontiamo con il numero di volte in cui un altro processo viene ripetuto. Il nostro tempo è una misura del corso di un processo, rispetto a una misura del corso di un altro processo. Quindi, dividiamo la rivoluzione della Terra attorno al suo asse in ore, minuti e secondi. E per una frazione di secondo. Il corso di qualsiasi processo, prima era il turno della Terra o un giorno, lo consideriamo costante e uniforme, e quindi abbiamo il diritto di rappresentare un corso del tempo uniforme. Il tempo non dipende da noi o dalle nostre azioni. Inoltre, fino a poco tempo fa, credevamo che nulla al mondo potesse cambiare il corso uniforme del tempo. Ovunque nell'universo il flusso del tempo è lo stesso. Non abbiamo motivi per una simile affermazione, ma tanto più non ci sono motivi per un'affermazione opposta.
Due coordinate spaziali possono essere invertite sulla carta, questo non porterà a una grande tragedia. Ma l '"asse" del tempo può essere scambiato con l'asse delle coordinate? Nel grafico sopra descritto (Fig. 2), il movimento di un corpo proiettato verso l'alto è stato presentato in funzione del tempo e da questo abbiamo ricavato alcune informazioni sul comportamento dei corpi in caduta. Proviamo a scambiarli e rappresentare il tempo in funzione del movimento del corpo durante un lancio e la successiva caduta. All'inizio, il tempo aumenta rapidamente a seconda della crescita della coordinata Z, quindi la coordinata diminuisce di nuovo e la crescita del tempo rallenta … (Fig.4).
Figura: 4
No, ascolta solo queste parole: il tempo cambia a seconda del movimento di qualche sassolino! Sì, sia anche una balena o un branco di balene, tutta la nostra esperienza, tutto il nostro intestino protesta contro il fatto che il tempo possa dipendere dal movimento di alcuni oggetti. No, questo non può essere. Tale assurdità è sorta nella nostra mente solo per il motivo che abbiamo dimenticato che il tempo può essere solo un parametro in costante e uniforme crescita, ma in nessun modo può essere una funzione di qualcosa.
I teorici di solito non sanno molto su come farlo in pratica, ma sono meglio radicati in teoria. La sensazione di ciò fa sorgere in alcuni di loro una presunzione così grande che perdono tutto il controllo su ciò che fanno e su ciò che dicono. Ad esempio, introducono un sistema di coordinate associato a qualche oggetto in movimento e, dopo aver effettuato un certo numero di trasformazioni matematiche, si permettono di dichiarare che la velocità di movimento di qualche oggetto microscopico influisce sull'intero spazio infinito presumibilmente associato a questo oggetto, e persino per il passare del tempo in questo "sistema di coordinate mobili". Nella loro presunzione, possono dimenticare non solo che solo un piccolo oggetto si sta muovendo. Dimenticano che il movimento di uno spazio infinitamente grande, presumibilmente associato ad esso, è in realtà un movimento puramente immaginario, immaginario. Inoltre, dimenticanoche l '"asse del tempo", presumibilmente in movimento con questo sistema e presumibilmente perpendicolare a uno qualsiasi degli assi delle coordinate spaziali (ed è così!?), semplicemente non esiste. L'asse del tempo è una finzione, una volta inventata per la comodità di rappresentare graficamente il movimento in funzione del tempo. Pertanto, non può in alcun modo muoversi con l'oggetto o insieme al sistema mobile di coordinate spaziali. L'asse del tempo è una finzione, il movimento dell'asse del tempo è una finzione al quadrato. Pertanto, è una finzione assolutamente irragionevole che il tempo presumibilmente associato a un oggetto debba o possa cambiare a seconda della velocità di movimento di questo oggetto. L'asse del tempo è una finzione, una volta inventata per la comodità di rappresentare graficamente il movimento in funzione del tempo. Pertanto, non può in alcun modo muoversi con l'oggetto o insieme al sistema mobile di coordinate spaziali. L'asse del tempo è una finzione, il movimento dell'asse del tempo è una finzione al quadrato. Pertanto, è una finzione assolutamente irragionevole che il tempo presumibilmente associato a un oggetto debba o possa cambiare a seconda della velocità di movimento di questo oggetto. L'asse del tempo è una finzione, una volta inventata per la comodità di rappresentare graficamente il movimento in funzione del tempo. Pertanto, non può in alcun modo muoversi con l'oggetto o insieme al sistema mobile di coordinate spaziali. L'asse del tempo è una finzione, il movimento dell'asse del tempo è una finzione al quadrato. Pertanto, è una finzione assolutamente irragionevole che il tempo presumibilmente associato a un oggetto debba o possa cambiare a seconda della velocità di movimento di questo oggetto.che il tempo presumibilmente associato a un oggetto deve o può variare a seconda della velocità di movimento di questo oggetto.che il tempo presumibilmente associato a un oggetto deve o può variare a seconda della velocità di movimento di questo oggetto.
Si può immaginare che un orologio in movimento funzioni a una velocità diversa rispetto a un orologio fermo. Potete immaginare che a seconda della forza di gravità, l'orologio gira a una velocità diversa (per gli "orologi" messi in moto da un peso, questo, come tutti sanno, corrisponde alla realtà), ma ciò non significa comunque che contemporaneamente si muova a una velocità diversa tempo stesso.
Spesso si sente dire che il tempo è unidirezionale, quindi non è possibile spostarsi lungo il suo asse nella direzione opposta. Purtroppo, questa è anche un'illusione associata all'esperienza dell'uso formale del tempo come asse di coordinate. Col tempo è impossibile (impossibile!) Non muoversi né a sinistra né a destra; né su né giù; né avanti né indietro. Non possiamo passare a domani o dopodomani. Il tempo stesso ci muove lì, indipendentemente dal nostro desiderio o riluttanza. Non possiamo né accelerare né rallentare il nostro movimento domani e in tutti i giorni successivi.
Possiamo disegnare un asse del tempo diretto al futuro e questa immagine conterrà la verità. Ma, avendo realizzato un tale disegno, sebbene corrispondente alla realtà, tuttavia, ripeteremo solo l'errore che di solito facciamo con il concetto di tempo. Possiamo anche mostrare la direzione per il futuro solo formalmente. Nessuno può mostrare la direzione verso il futuro e questa direzione non può essere determinata con l'aiuto di esperimenti. Come sai, ci muoviamo tutti in questa direzione (e il tempo scorre nella stessa "direzione"), ma non ci arriveremo mai. Saremo sempre nel presente, anche se ci muoviamo sempre verso il futuro. “Il futuro è come un gomito. Chiudi, ma non morderai. " Nessuno si preoccupa di disegnare formalmente l'asse del tempo e la sua direzione. Ma questo non significa che possiamo muoverci volontariamente in questa direzione,come su qualsiasi asse di coordinate spaziali. Il tempo non è una coordinata e non lo è mai stato. L'assegnazione formale della direzione al tempo come coordinata per la chiarezza è accettabile. Ma a questo non può essere attribuito un significato fisico più profondo. Questo non è in alcun modo un riflesso della realtà e non è mai stato nemmeno vicino alla realtà. Non dobbiamo mai dimenticare che questo non trasforma il tempo in una sorta di coordinata spaziale. (Il tempo che abbiamo a disposizione è un momento, un "segmento" di tempo che "non ha lunghezza", o un punto, un punto "tra il passato e il futuro". E un punto non può avere una direzione). Pertanto, tutte le manipolazioni matematiche con l '"asse" del tempo non riflettono l'essenza fisica e non possono essere prese come realtà. È accettabile dare formalmente la direzione del tempo come coordinata per chiarezza. Ma a questo non si può dare un significato fisico più profondo. Questo non è in alcun modo un riflesso della realtà e non è mai stato nemmeno vicino alla realtà. Non dobbiamo mai dimenticare che questo non trasforma il tempo in una sorta di coordinata spaziale. (Il tempo che abbiamo a nostra disposizione è un momento, un "segmento" di tempo che "non ha lunghezza", o un punto, un punto "tra il passato e il futuro". Un punto non può avere direzione). Pertanto, tutte le manipolazioni matematiche con l '"asse" del tempo non riflettono l'essenza fisica e non possono essere prese come realtà. L'assegnazione formale della direzione al tempo come coordinata per chiarezza è accettabile. Ma a questo non si può dare un significato fisico più profondo. Questo non è in alcun modo un riflesso della realtà e non è mai stato nemmeno vicino alla realtà. Non dobbiamo mai dimenticare che questo non trasforma il tempo in una sorta di coordinata spaziale. (Il tempo che abbiamo a nostra disposizione è un momento, un "segmento" di tempo che "non ha lunghezza", o un punto, un punto "tra il passato e il futuro". E un punto non può avere direzione). Pertanto, tutte le manipolazioni matematiche con l '"asse" del tempo non riflettono l'essenza fisica e non possono essere prese come realtà. Non dobbiamo mai dimenticare che questo non trasforma il tempo in una sorta di coordinata spaziale. (Il tempo che abbiamo a nostra disposizione è un momento, un "segmento" di tempo che "non ha lunghezza", o un punto, un punto "tra il passato e il futuro". Un punto non può avere direzione). Pertanto, tutte le manipolazioni matematiche con l '"asse" del tempo non riflettono l'essenza fisica e non possono essere prese come realtà. Non dobbiamo mai dimenticare che questo non trasforma il tempo in una sorta di coordinata spaziale. (Il tempo che abbiamo a nostra disposizione è un momento, un "segmento" di tempo che "non ha lunghezza", o un punto, un punto "tra il passato e il futuro". E un punto non può avere direzione). Pertanto, tutte le manipolazioni matematiche con l '"asse" del tempo non riflettono l'essenza fisica e non possono essere prese come realtà.
Il tempo è una quantità che di solito viene confrontata con la durata di un giorno (una rivoluzione completa della Terra attorno al suo asse). 1 giorno = 24 ore. 1 ora = 60 minuti. 1 minuto = 60 secondi. Il tempo non può essere misurato direttamente. Il passare del tempo non può essere associato alla direzione di nessuno degli assi spaziali. La rappresentazione grafica del passare del tempo su carta sotto forma di una linea retta unidirezionale è puramente arbitraria e non riflette l'essenza fisica del tempo. Non possiamo muoverci lungo l'asse del tempo a nostro piacimento. Il tempo ci sposta continuamente dal passato al futuro, ma allo stesso tempo siamo sempre al confine tra passato e futuro. Questo punto tra il passato e il futuro è chiamato presente (tempo).
Il passare del tempo è considerato continuo e uniforme, non dipendente da nulla. Non disponiamo di dati che suggeriscano il contrario.
La velocità è la quantità di movimento del corpo che si verifica per unità di tempo. La velocità istantanea è la quantità di movimento misurata in un periodo di tempo molto breve e divisa per la durata di questo intervallo. Ad esempio, se si determina che in 0,1 sec il movimento del corpo era di 1,2 m, la sua velocità è di 1,2 m: 0,1 sec = 12 m / sec (12 metri al secondo).
Funzione e argomento
Una funzione è la dipendenza di un valore da un argomento. Il valore della funzione viene tracciato lungo l'asse verticale. L'argomento è considerato un valore indipendente e viene tracciato lungo l'asse orizzontale. Una funzione può essere rappresentata sia graficamente che come formula. In fisica, sia le formule che i grafici devono riflettere l'essenza fisica. Ma questo non è sempre possibile. Ogni astrazione contiene sempre la possibilità di un'idea sbagliata.
La Figura 3 mostra la dipendenza z = ax - bx². Qui aeb sono coefficienti, costanti. Possiamo dare un significato fisico a questa dipendenza solo con l'aiuto di spiegazioni aggiuntive. Ad esempio, possiamo dire che questa è la forma di un arco di ponte. Quindi possiamo vedere questo modulo in qualsiasi momento e verificare che per il valore x = 1 z = a - b. D'altra parte, possiamo assicurarci che per z = a - b otteniamo x = 1 o x = 5. Questo è x non è un argomento reale. X non è indipendente. X e z sono correlati dalla forma dell'arco, ma nessuna di queste quantità sono variabili indipendenti.
Vediamo ora questa curva come la traiettoria di un sasso lanciato ad angolo rispetto alla superficie terrestre. È abbastanza chiaro che ora possiamo controllare questa curva solo se abbiamo filmato il volo di una pietra, ad esempio, sotto forma di un'ombra su uno schermo illuminato. Possiamo interrompere il filmato molte volte e misurare il valore z rispetto a x. Ma non è anche il contrario? Possiamo misurare x in funzione di z ogni volta. La quantità x è davvero un argomento indipendente in questo caso? Apparentemente no. Di nuovo, possiamo stabilire che queste due quantità sono correlate. Ma possiamo anche stabilire che entrambi questi valori dipendono inequivocabilmente dal momento in cui il film si ferma, cioè dal "tempo"! Fermando il film a intervalli uguali, possiamo trovare due dipendenze: x = kt - movimento uniforme lungo l'asse x, ez = vot - gt² / 2 - movimento,corrispondente al movimento della pietra lanciata. Qui k, vo e g sono coefficienti e t è il tempo. Grazie al nostro film, abbiamo trovato un valore reale indipendente di t, che non si rifletteva nel grafico (Fig. 3). E hanno scoperto che la pietra partecipa immediatamente a due movimenti: lungo l'asse xe lungo l'asse z.
È compreso nella fig. 3 significato fisico? Sì, ma un significato che richiede significative spiegazioni aggiuntive.
Figura: 1 è molto più fisico in questo senso. Basti pensare che qui le croci indicano la posizione dell'oggetto ogni secondo. Vediamo subito che il soggetto partecipa a due movimenti. Si muove in modo uniforme lungo l'asse x. Lungo l'asse z, si muove prima lentamente verso l'alto, si ferma e poi accelera verso il basso. Possiamo immediatamente supporre che questo sia il movimento di un oggetto lanciato ad angolo rispetto all'orizzonte. Non abbiamo praticamente bisogno di spiegazioni.
Nella fig. 2 mostra la dipendenza z = vot - gt² / 2. vo è la velocità verticale iniziale, g è l'accelerazione dovuta alla gravità, t è il tempo. Dopo aver ricevuto queste informazioni, vediamo immediatamente che il movimento di un oggetto lanciato è formalmente rappresentato qui. Il tempo qui è un parametro indipendente. La formalità sta nel fatto che il tempo può essere rappresentato solo convenzionalmente come un asse di coordinate. Pertanto, la curva mostrata non è una traiettoria.
Se ora proviamo a vedere cosa succederà se proviamo a rappresentare il tempo in funzione dell'altezza del corpo (Fig.4), allora arriviamo subito a un'assurdità: non possiamo credere che il tempo cambi a seconda della posizione di qualche oggetto in altezza. Da ciò possiamo concludere che il vero argomento, la variabile veramente indipendente, non può essere scambiato con la funzione, poiché ciò porta a un'affermazione assurda. (Anche gli antichi greci usavano il metodo della prova contraria, dal presupposto, con l'aiuto del quale arrivavano all'assurdo - e con ciò dimostravano l'inesattezza, l'assurdità dell'assunto).
Possiamo prendere qualsiasi processo: cambiare lo spessore di un albero, la quantità di flusso d'acqua in un fiume o la posizione di un'altalena a seconda del (flusso di) tempo. Queste dipendenze non ci sorprendono. Un tentativo di rappresentare il tempo come una funzione di queste quantità porta all'assurdità. Anche da un punto di vista puramente stilistico, questo porta non solo all'assurdità, ma anche a un'inevitabile tautologia: in certi periodi di mutamento dello spessore dell'albero il tempo scorreva più velocemente. Dopo tutto, la parola "periodi" contiene il concetto di tempo. Si scopre: in certi momenti (uniformemente corrente) il tempo, il tempo è passato più velocemente.
Se prendiamo una dipendenza che non include il tempo, ad esempio, la dipendenza della pressione dell'aria dall'altezza sul livello del mare, allora lo scambio di ruoli tra la funzione e l'argomento non porta all'assurdità. L'altitudine sopra il mare può essere facilmente espressa in funzione della pressione atmosferica.
Quindi, possiamo concludere: il tempo senza una buona ragione non può essere rappresentato in funzione di nulla. E dato che non sappiamo come misurare il tempo direttamente e, a quanto pare, non saremo mai in grado di farlo, allora non saremo in grado di ottenere motivi per rappresentare il tempo in funzione di qualcosa.
Non possiamo misurare il tempo nemmeno mentalmente. Sebbene confondiamo costantemente il concetto di "letture dell'orologio" con "tempo", dobbiamo ricordare che anche mentalmente con diversi tipi di misurazioni non possiamo mai confrontare due diversi valori di tempo, ma solo due diverse letture dell'orologio.
Sulla base di quanto precede, qualsiasi trasformazione matematica in cui il tempo entra in funzione di qualcosa deve essere assunta come distorcente la realtà.
Conclusione
Questa è la nostra prova che nel nostro tempo è possibile diventare uno scienziato molto, molto famoso, e allo stesso tempo trascurare alcune basi della scienza generalmente riconosciute, o anche semplicemente non conoscerle, è finita. Per quei lettori che sono sconcertati dopo aver letto l'ultima frase, è necessario aggiungere alcune informazioni dalla storia della scienza. Nel 1905, qualcuno che in seguito fu chiamato da alcuni circoli "il più grande scienziato di tutti i tempi e di tutti i popoli" e altre designazioni simili, scrisse un articolo che in seguito fu chiamato "teoria della relatività" o "teoria del relativismo". In esso, ha presumibilmente dimostrato che il movimento con una velocità costante di qualsiasi oggetto come il nostro armadio sopra descritto (vedere la sezione "Coordinate, sistemi di coordinate") causerà un cambiamento nel tempo e nelle lunghezze come nell'armadio stesso,e in tutto lo spazio infinito ad esso associato (il sistema di coordinate mobili). Nella sua "dimostrazione" (insieme a molti altri errori logici), ha applicato trasformazioni in cui il tempo è stato espresso in funzione di altre quantità. Inoltre, il tempo è stato utilizzato come asse reale del sistema di coordinate mobili. Questo è accaduto, come hai capito, solo perché non conosceva i Principi della Fisica. Se conoscesse gli inizi, non gli verrebbe nemmeno in mente di fare tali trasformazioni. Gli scienziati che non erano d'accordo con lui e iniziarono a sostenere che le sue conclusioni erano sbagliate, iniziarono a essere chiamati antirelativisti (o sostenitori dell'etere). Coloro che sono d'accordo con lui sono chiamati relativisti. L'oggetto della disputa, dal punto di vista dei Principi di Fisica, non vale un accidente. Entrambi, invece di discutere o concordare,avrebbe dovuto semplicemente dire all'autore della "teoria della relatività":
- Caro signor Einstein! Mi dispiace, ma sembra che tu abbia perso un paio di lezioni a scuola, ed è per questo che hai scritto un articolo così strano.
Storie come questa accadono quando le cose più semplici non vengono insegnate a scuola.
Ma la stranezza della situazione, ovviamente, non è che qualcuno una volta Einstein ha scritto un articolo che non era molto corretto (questo accade), o che la scuola non insegna nulla che dovrebbe essere insegnato (questo può anche accadere). La stranezza è che i fratelli di Einstein di sangue, possiedono quasi tutti i media (e questo non dovrebbe essere!) E che influenzano la pubblicazione dei libri di testo, ancora praticamente non lasciano dire a nessuno che Einstein è solo una bolla "scientifica" gonfiata d'aria.
Non credi che sia giunto il momento di togliere loro questo monopolio, e non solo per ragioni scientifiche? Chiunque, per qualsiasi motivo, sia incline a interferire con la manifestazione della verità scientifica, tanto più interferirà (interferirà!) Con la manifestazione della verità, se dietro di essa possono nascondersi interessi più convincenti (sono nascosti!).
Johann Kern, Stoccarda, [email protected]
