Движение
Движение в широком смысле этого слова охватывает, по словам Ф. Энгельса, «все происходящие во вселенной изменения и процессы, начиная от простого перемещения и кончая мышлением». При таком понимании движение есть способ существования материи. Весь окружающий нас мир — это движущаяся материя. Материя и движение неотделимы друг от друга, не существует материи без движения, как не существует и движения без материи.
Движение неразрывно связано также с основными формами существования материи — временем и пространством. В. И. Ленин в своих «Философских тетрадях» писал: «Движение есть сущность времени и пространства... Движение есть единство непрерывности (времени и пространства) и прерывности (времени и пространства). Движение есть противоречие, есть единство противоречий».
Диалектический (противоречивый) характер движения, заключающийся в неразрывном единстве двух противоположных моментов — изменчивости и устойчивости, движения и покоя, вызывал споры о сущности движения, пространства и времени еще среди ученых древнего мира. Анализируя диалектическую природу движения, вскрытую в V в. до н. э. древнегреческим философом Зеноном, немецкий ученый Г. Гегель в первой четверти XIX в. писал: «Когда мы вообще рассуждаем о движении, то мы говорим: тело находится в одном месте и затем оно переходит в другое место. В то время, как оно движется, оно не находится больше в первом месте, но не находится также и во втором... Двигаться же означает быть в этом месте, и в то же время не быть в нем; это — непрерывность пространства и времени, и она-то именно и делает возможным движение».
В. И. Ленин, записав эту мысль в своих «Философских тетрадях», подчеркнул последнюю фразу двойной чертой и отметил на полях: «NB верно!»
Современная наука рассматривает следующие основные формы движения: механическую, тепловую, электромагнитную, ядерную, химическую, биологическую. Каждая из перечисленных форм движения имеет свои особенности, свои закономерности и не может быть сведена к какой-либо одной из них. В то же время многие формы движения связаны между собой, не существуют изолированно одна от другой. Так, например, жизнь невозможна без разнообразных физических и химических изменений в организмах.
Единство и связь различных форм движения материи проявляются в их способности к взаимному превращению друг в друга. Количественным выражением этой способности является закон сохранения энергии.
Одна из форм движения — механическое движение — изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени. Механическое движение можно классифицировать разными способами. Положив в основу классификации вид траектории, будем рассматривать прямолинейные и криволинейные движения. Криволинейными называют движения тел по окружности, эллипсу, параболе и гиперболе. Именно по таким траекториям движутся все тела под действием силы тяготения.
Положив в основу классификации движения характер изменения скорости, получим равномерные и неравномерные движения. Один из видов неравномерного движения — равноускоренное движение, т. е. движение с постоянным ускорением. Распространен в природе и широко применяется в технике особый вид неравномерного движения, который получил название колебательного (см. Колебания).
В школьном курсе физики дается строгое кинематическое описание следующих видов движения:
1. Равномерное прямолинейное движение
2. Равномерное движение по окружности
3. Равноускоренное прямолинейное движение
4. Гармоническое колебательное движение
Примерами механического движения могут служить движения планет и Земли вокруг Солнца, движения Луны и искусственных спутников Земли вокруг Земли, падение тел на Землю, движение разных видов транспорта, вращательные и колебательные движения разнообразных деталей машин и механизмов, всевозможные движения в мире живой природы.
В приведенном выше определении механического движения подчеркнута его относительность. Дискуссии ученых об относительности движения велись на протяжении столетий. Об этом, в частности, говорится в полушутливом и в то же время очень мудром стихотворении А. С. Пушкина:
Движенья нет, сказал мудрец брадатый.
Другой смолчал и стал пред ним ходить.
Сильнее бы не мог он возразить;
Хвалили все ответ замысловатый.
Но, господа, забавный случай сей
Другой пример на память мне приводит:
Ведь каждый день пред нами солнце ходит,
Однако ж прав упрямый Галилей.
В первой части своего стихотворения Пушкин описывает спор древнегреческих ученых о сущности движения. Во второй части он имеет в виду существование двух противоположных систем мира — геоцентрической и гелиоцентрической, созданных К- Птолемеем и Н. Коперником. Не напрасно упомянут здесь Г. Галилей, который внес важный вклад в утверждение научной, гелиоцентрической системы мира Н. Коперника, открыв в первой половине XVII в. принцип относительности.
Это один из первых научных физических принципов. Он утверждает, что в инерциальных системах отсчета все механические явления протекают одинаково. Другими словами, никакими механическими опытами нельзя установить отличие равномерного прямолинейного движения от покоя. В XX в. А. Эйнштейн распространил принцип относительности Галилея на все явления природы. Именно осознание принципиальной невозможности обнаружить равномерное и прямолинейное движение позволило понять, почему люди на Земле, движущиеся в соответствии с гелиоцентрической системой мира со скоростью 30 км/с вокруг Солнца, не замечают этого движения. Центростремительное ускорение, связанное с обращением Земли вокруг Солнца, чрезвычайно мало по сравнению с ускорением силы тяжести на Земле. Поэтому эффекты, связанные с отличием движения Земли от равномерного и прямолинейного движения, обнаружить очень трудно.
Таким образом, несмотря на относительность траектории механического движения и некоторых других его характеристик, законы физики в различных инерциальных системах отсчета оказываются абсолютными.
Тепловое движение представляет собой беспорядочное движение больших совокупностей частиц — атомов, молекул, электронов, ионов, коллоидных частиц. Огромное число частиц, принимающих участие в тепловом движении, определяет качественное отличие законов этого движения от законов, описывающих механическое движение. Тепловое движение описывается законами статистической механики, из которых следует необратимость тепловых явлений, в то время как механические явления обратимы (см. Статистическая физика).
Один из разделов физики — электродинамика — изучает электромагнитное поле и формы его движения. Так, к примеру, изменения напряженности электрического поля и индукции магнитного поля при распространении электромагнитной волны следует рассматривать как особую форму движения поля (см. Электромагнитные волны). В атомной и ядерной физике рассматриваются такие проявления движения, как радиоактивность, деление атомных ядер и их синтез, взаимопревращаемость частиц, превращения вещества в поле и обратные превращения поля в вещество.
