История науки свидетельствует, что естествознание, возникшее в ходе научной революции XVI - XVII вв., было связано долгое время с развитием физики. Именно физика была и остается сегодня наиболее развитой и систематизированной естественной наукой. Поэтому, когда возникло мировоззрение европейской цивилизации Нового времени, складывалась классическая картина мира, естественным было обращение к физике, ее концепциям и аргументам, во многом определившим эту картину. Степень разработанности физики была настолько велика, что она могла создать собственную физическую картину мира, в отличие от других естественных наук, которые лишь в XX веке смогли поставить перед собой эту задачу (создание химической и биологической картин мира).
Поэтому, начиная разговор о конкретных достижениях естествознания, мы начнем его с физики, с картины мира, созданной этой наукой.
Понятие «физическая картина мира» употребляется давно, но лишь в последнее время оно стало рассматриваться не только как итог развития физического знания, но и как особый самостоятельный вид знания - самое общее теоретическое знание в физике (система понятий, принципов и гипотез), служащее исходной основой для построения теорий. Физическая картина мира, с одной стороны, обобщает все ранее полученные знания о природе, а с другой - вводит в физику новые философские идеи и обусловленные ими понятия, принципы и гипотезы которых до этого не было и которые коренным образом меняют основы физического теоретического знания: старые физические понятия и принципы ломаются, новые возникают, картина мира меняется.
Развитие самой физики непосредственно связано с физической картиной мира. При постоянном возрастании количества опытных данных картина мира весьма длительное время остается относительно неизменной. С изменением физической картины мира начинается новый этап в развитии физики с иной системой исходных понятий, принципов, гипотез и стиля мышления. Переход от одного этапа к другому знаменует качественный скачок, революцию в физике, состоящую в крушении старой картины мира и в появлении новой.
В пределах данного этапа развитие физики идет эволюционным путем, без изменения основ картины мира. Оно состоит в реализации возможностей построения новых теорий, заложенных в данной картине мира. При этом она может эволюционировать, достраиваться, оставаясь в рамках определенных конкретно-физических представлений о мире.
Ключевым в физической картине мира служит понятие «материя», на которое выходят важнейшие проблемы физической науки. Поэтому смена физической картины мира связана со сменой представлений о материи. В истории физики это происходило два раза. Сначала был совершен переход от атомистических, корпускулярных представлений о материи к полевым - континуальным. Затем, в XX веке, континуальные представления были заменены современными квантовыми. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга физических картинах мира.

МЕХАНИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

Она складывается в результате научной революции XVI -XVII вв. на основе работ Г. Галилея и П. Гассенди, восстановивших атомизм древних философов, исследований Декарта и Ньютона, завершивших построение новой картины мира, сформулировавших основные идеи, понятия и принципы, составившие механическую картину мира.
Основу механической картины мира составил атомизм, который весь мир, включая и человека, понимал как совокупность огромного числа неделимых частиц - атомов, перемещающихся в пространстве и времени.
Ключевым понятием механической картины мира было понятие движения. Именно законы движения Ньютон считал фундаментальными законами мироздания. Тела обладают внутренним врожденным свойством двигаться равномерно и прямолинейно, а отклонения от этого движения связаны с действием на тело внешней силы (инерции). Мерой инертности является масса, другое важнейшее понятие классической механики. Универсальным свойством тел является тяготение.
Решая проблемы взаимодействия тел, Ньютон предложил принцип дальнодействия. Согласно этому принципу взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, без каких-либо материальных посредников.
Концепция дальнодействия тесно связана с пониманием пространства и времени как особых сред, вмещающих взаимодействующие тела. Ньютон предложил концепцию абсолютного пространства и времени. Пространство представлялось большим «черным ящиком», вмещающим все тела в мире, но если бы эти тела вдруг исчезли, пространство все равно бы осталось. Аналогично, в образе текущей реки, представлялось и время, также существующее абсолютно независимо от материи.
В механической картине мира любые события жестко предопределялись законами механики. Случайность в принципе исключалась из картины мира. Как говорил П. Лаплас, если бы нашелся гигантский ум, способный объять мир (знание о координатах всех тел в мире, а также силах, действующих на них), то он однозначно мог бы предсказать будущее этого мира.
Жизнь и разум в механической картине мира не обладали никакой качественной спецификой. Поэтому присутствие человека в мире не меняло ничего. Если бы человек однажды исчез с лица земли, мир продолжал бы существовать как ни в чем не бывало.
На основе механической картины мира в XVIII - начале XIX вв. была разработана земная, небесная и молекулярная механика. Быстрыми темпами шло развитие техники. Это привело к абсолютизации механической картины мира, к тому, что она стала рассматриваться в качестве универсальной.
В это же время в физике начали накапливаться эмпирические данные, противоречащие механической картине мира. Так, наряду с рассмотрением системы материальных точек, полностью соответствовавшей корпускулярным представлениям о материи, пришлось ввести понятие сплошной среды, связанное по сути дела, уже не с корпускулярными, а с континуальными представлениями о материи. Так, для объяснения световых явлений вводилось понятие эфира - особой тонкой и абсолютно непрерывной световой материи.
В XIX в. методы механики были распространены на область тепловых явлений, электричества и магнетизма. Казалось бы, это свидетельствовало о больших успехах механического понимания мира в качестве общей исходной основы науки. Но при попытке выйти за пределы механики материальных точек приходилось вводить все новые искусственные допущения, которые постепенно готовили крушение механической картины мира. Аналогично световым явлениям, для объяснения теплоты, электричества и магнетизма вводились понятия теплорода, электрической и магнитной жидкости как особых разновидностей сплошной материи.
Хотя механический подход к этим явлениям оказался неприемлемым, опытные факты искусственно подгонялись под механическую картину мира. Попытки построить атомистическую модель эфира продолжались еще и в XX веке.
Эти факты, не укладывающиеся в русло механической картины мира, свидетельствовали о том, что противоречия между установившейся системой взглядов и данными опыта оказались непримиримыми. Физика нуждалась в существенном изменении представлений о материи, в смене физической картины мира.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ КАРТИНА МИРА

В процессе длительных размышлений о сущности электрических и магнитных явлений М. Фарадей пришел к мысли о необходимости замены корпускулярных представлений о материи континуальными, непрерывными. Он сделал вывод, что электромагнитное поле сплошь непрерывно, заряды в нем являются точечными силовыми центрами. Тем самым отпал вопрос о построении механической модели эфира, несовпадении механических представлений об эфире с реальными опытными данными о свойствах света, электричества и магнетизма. Основная трудность в объяснении света при помощи понятия эфира состояла в следующем: если эфир - сплошная среда, то он не должен препятствовать движению в нем тел и, следовательно, должен быть подобен очень легкому газу. В опытах со светом были установлены два фундаментальных факта: световые и электромагнитные колебания являются не продольными, а поперечными, и скорость распространения этих колебаний очень велика. В механике же было показано, что поперечные колебания возможны только в твердых телах, причем скорость их зависит от плотности тела. Для такой большой скорости, как скорость света, плотность эфира во много раз должна была превосходить плотность стали. Но тогда, как же двигаются тела?
Одним из первых идеи Фарадея оценил Максвелл. При этом он подчеркивал, что Фарадей выдвинул новые философские взгляды на материю, пространство, время и силы, во многом изменявшие прежнюю механическую картину мира.
Взгляды на материю менялись кардинально: совокупность неделимых атомов переставала быть конечным пределом делимости материи, в качестве такового принималось единое абсолютно непрерывное бесконечное поле с силовыми точечными центрами - электрическими зарядами и волновыми движениями в нем.
Движение понималось не только как простое механическое перемещение, первичным по отношению к этой форме движения становилось распространение колебаний в поле, которое описывалось не законами механики, а законами электродинамики.
Ньютоновская концепция абсолютного пространства и времени не подходила к полевым представлениям. Поскольку поле является абсолютно непрерывной материей, пустого пространства просто нет. Так же и время неразрывно связано с процессами, происходящими в поле. Пространство и время перестали быть самостоятельными, независимыми от материи сущностями. Понимание пространства и времени как абсолютных уступило место реляционной (относительной) концепции пространства и времени.
Новая картина мира требовала нового решения проблемы взаимодействия. Ньютоновская концепция дальнодействия заменялась фарадеевским принципом близкодействия; любые взаимодействия передаются полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью. *
Хотя законы электродинамики, как и законы классической механики, однозначно предопределяли события, и случайность все еще пытались исключить из физической картины мира, создание кинетической теории газов ввело в теорию, а затем и в электромагнитную картину мира понятие вероятности. Правда, пока физики не оставляли надежды найти за вероятностными характеристиками четкие однозначные законы, подобные законам Ньютона.
Не менялось в электромагнитной картине мира представление о месте и роли человека во Вселенной. Его появление считалось лишь капризом природы. Идеи о качественной специфике жизни и разума с большим трудом прокладывали себе путь в научном мировоззрении.
Новая электромагнитная картина мира объяснила большой круг явлений, непонятных с точки зрения прежней механической картины мира. Она глубже вскрыла материальное единство мира, поскольку электричество и магнетизм объяснялись на основе одних и тех же законов.
Однако и на этом пути вскоре стали возникать непреодолимые трудности. Так, согласно электромагнитной картине мира, заряд стал считаться точечным центром, а факты свидетельствовали о конечной протяженности частицы-заряда. Поэтому уже в электронной теории Лоренца частица-заряд вопреки новой картине мира рассматривалась в виде твердого заряженного шарика, обладающего массой. Непонятными оказались результаты опытов Майкельсона 1881 - 1887 гг., где он пытался обнаружить движение тела по инерции при помощи приборов, находящихся на этом теле. По теории Максвелла, такое движение можно было обнаружить, но опыт не подтверждал этого. Но тогда об этих мелких неприятностях и неувязках физики постарались забыть, более того, выводы теории Максвелла были абсолютизированы, так что даже такой крупный физик, как Кирхгоф, считал, что в физике не осталось ничего неизвестного и неоткрытого.
Но к концу XIX в. накапливалось все больше необъяснимых несоответствий теории и опыта. Одни были обусловлены недостроенностью электромагнитной картины мира, другие вообще не согласовывались с континуальными представлениями о материи: трудности в объяснении фотоэффекта, линейчатый спектр атомов, теория теплового излучения.
Последовательное применение теории Максвелла к другим движущимся средам приводило к выводам о неабсолютности пространства и времени. Однако убежденность в их абсолютности была так велика, что ученые удивлялись своим выводам, называли их странными и отказывались от них. Именно так поступили Лоренц и Пуанкаре, чьи работы завершают доэйнштейновский период развития физики.
Принимая законы электродинамики в качестве основных законов физической реальности, А. Эйнштейн ввел в электромагнитную картину мира идею относительности пространства и времени и тем самым устранил противоречие между пониманием материи как определенного вида поля и ньютоновскими представлениями о пространстве и времени. Введение в электромагнитную картину мира релятивистских представлений о пространстве и времени открыло новые возможности для ее развития.
Именно так появилась общая теория относительности, ставшая последней крупной теорией, созданной в рамках электромагнитной картины мира. В этой теории, созданной в 1916 г., Эйнштейн впервые дал глубокое объяснение природы тяготения, для чего ввел Понятие об относительности пространства и времени и о кривизне единого четырехмерного пространственно-временного континуума, зависящей от распределения масс.
Но даже создание этой теории уже не могло спасти электромагнитную картину мира. С конца XIX в. обнаруживалось все больше непримиримых противоречий между электромагнитной теорией и фактами. В 1897 г. было открыто явление радиоактивности и установлено, что оно связано с превращением одних химических элементов в другие и сопровождается испусканием альфа- и бета-лучей. На этой основе появились эмпирические модели атома, противоречащие электромагнитной картине мира. А в 1900 г. М. Планк в процессе многочисленных попыток построить теорию излучения был вынужден высказать предположение о прерывности процессов излучения.

СТАНОВЛЕНИЕ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ МИРА

В начале XX в. возникли два несовместимых представления о материи: 1) или она абсолютно непрерывна; 2) или состоит из дискретных частиц. Физики предпринимали многочисленные попытки совместить две эти точки зрения, но долгое время они оставались безрезультатными. Многим казалось, что физика зашла в тупик, из которого нет выхода.
Это смятение усугубилось, когда в 1913 г. Н. Бор предложил свою модель атома. Он предположил, что электрон, вращающийся вокруг ядра, вопреки законам электродинамики не излучает энергии. Он излучает ее порциями лишь при перескакивании с одной орбиты на другую. И хотя такое предположение казалось странным и непонятным, именно модель атома Бора в значительной степени способствовала формированию новых физических представлений о материи и движении. В 1924 г. Луи де Бройль высказал гипотезу о соответствии каждой частице определенной волны. Иными словами, каждой частице материи присущи и свойство волны (непрерывность), и дискретность (квантовость). Эти представления нашли подтверждение в работах Э. Шредингера и В. Гейзенберга 1925 -1927 гг., а вскоре М. Борн показал тождественность волновой механики Шредингера и квантовой механики Гейзенберга.
Так сложились новые, квантово-полевые представления о материи, которые определяются как корпускулярно-волновой дуализм - наличие у каждого элемента материи свойств волны и частицы. Ушли в прошлое и представления о неизменности материи. Одной из основных особенностей элементарных частиц является их универсальная взаимозависимость и взаимопревращаемость. В современной физике основным материальным объектом является квантовое поле, переход его из одного состояния в другое меняет число частиц.
Меняется представление о движении, которое становится лишь частным случаем физического взаимодействия. Известно четыре вида фундаментальных физических взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Они описываются на основе принципа близкодействия: взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость передачи взаимодействия всегда конечна и не может превышать скорости света в вакууме (300 000 км/с).
Окончательно утверждаются представления об относительности пространства и времени, зависимость их от материи. Пространство и время перестают быть независимыми друг от друга и, согласно теории относительности, сливаются в едином четырехмерном пространственно-временном континууме.
Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они выступают в вероятностной форме, в виде так называемых статистических законов. Они соответствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей.
Квантово-полевая картина мира впервые включает в себя наблюдателя, от присутствия которого зависит получаемая картина мира. Более того, сегодня считается, что наш мир таков, как он есть, только благодаря существованию человека, появление которого стало закономерным результатом эволюции Вселенной.
Квантово-полевая, квантово-релятивистская картина мира и в настоящее время находится в состоянии становления, и с каждым годом к ней добавляются новые элементы, выдвигаются новые гипотезы, создаются и развиваются новые теории.
Подробнее о проблемах, стоящих перед физической наукой, строящей картину мира, о содержании ее мы поговорим ниже.

План семинарского занятия (2 часа)

1. Понятие физической картины мира.
2. Механическая картина мира, ее основное содержание.
3. Электромагнитная картина мира.
4. Становление современной физической картины мира.

Темы докладов и рефератов

1. В.Гейэенберг о связи физики и философии.
2. Современная физика и восточный мистицизм.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ахиезер А.И., Рекало М.П. Современная физическая картина мира. М., 1980.
2. Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. М., 1989.
3. Гудков Н.А. Идея «великого синтеза» в физике. Киев, 1990.
4. Единство физики. Новосибирск, 1993.
5. Капра Ф. Дао физики. СПб., 1994.
6. Пахомов Б.Я. Становление физической картины мира. М., 1985,

Научное творчество И. Ньютона принадлежит XVII и XVIII вв.

Эпоха Просвещения - время, когда капитализм качественно преобразовывал характер деятельности и тип общения людей.

На смену индивидуальной ценности личности производителя приходит ценность произведенных им вещей. В числе достижений буржуазной эпохи - создание единого мирового рынка, универсальных общественных связей. История становится всемирной, индивидуальный опыт личности обогащается социально-историческим опытом не только своей страны, но и всего человечества; человек становится носителем всемирно-исторического опыта.

Потребности развития промышленного производства и связанного с ним технического прогресса формируют потребность в накоплении объективного знания о мире. Тем самым завершается формирование объективных предпосылок новой научной революции. Дело оставалось лишь за гением , который смог бы на основе этих предпосылок сформировать принципиально новую физическую картину мира. Эту задачу выполнил один из величайших ученых в истории человечества - Исаак Ньютон

Его научное наследие многогранно: создание дифференциального и интегрального исчисления; астрономические открытия (благодаря телескопам, построенным им самим); многочисленные исследования в области оптики.

Однако обессмертило Ньютона создание им классической механики и формирование целостной и системной механистической картины мира. В итоге большинство характеристик аристотелевской картины мира утратило значение, а научное обоснование получили принципиально иные качества природных объектов.

Информация к размышлению

Эпоха Просвещения провозглашает господство «века Разума» и формирует убеждение, что предметом естественнонаучного познания являются природные явления, которые целиком и полностью подчиняются механическим закономерностям, обусловленным причинно-следственными связями. Именно в это время формируются идеалы рационализма.

Задачей естествознания становится определение количественно измеримых параметров природных явлений и установление между ними функциональных зависимостей, выражаемых посредством строгого математического языка. В этих условиях механика выходит на первое место среди естественных наук.

Ньютоновскую систему знаний о природе называют классической физической картиной мира. Вот ее основные положения.

1. В противоположность аристотелевской умозрительности, это - экспериментальная картина мира. Свою научную программу Ньютон прямо назвал «экспериментальной философией», подчеркивая решающее значение научного эксперимента в изучении природы. Его главный упрек в адрес декартовой гипотезы «вихрей» сводился к тому, что Декарт не обращался к опыту, а конструировал «обманчивые предположения» для объяснения природы. «Гипотез не измышляю», - заявлял Ньютон, но не в том смысле, что гипотезы для науки не нужны. Гипотезы надо не «измышлять» (выдумывать), а тщательно обосновывать.

Мнение эксперта

В 1687 г. вышел в свет главный труд И. Ньютона «Математические начала натуральной философии », заложивший основы современной теоретической физики. Оценивая это событие, видный физик XX в. С. И. Вавилов писал:

«В истории естествознания не было события более крупного, чем появление "Начал" Ньютона. Причина была в том, что эта книга подводила итоги всему сделанному за предшествующие тысячелетия в учении о простейших формах движения материи. Сложные перипетии развития механики, физики и астрономии, выраженные в именах Аристотеля, Птолемея, Коперника, Галилея, Кеплера, Декарта, поглощались и заменялись гениальной ясностью и стройностью "Начал"»К

В великом труде «Математические начала натуральной философии»

он обосновал метод «начал», или «принципов»: «Было бы желательно вывести из начал механики и остальные явления природы, рассуждая подобным же образом, ибо многое заставляет меня предполагать, что все эти явления обусловливаются некоторыми силами, с которыми частицы тел, вследствие причин, покуда неизвестных, или стремятся друг к другу и сцепляются в правильные фигуры, или же взаимно отталкиваются и удаляются друг от друга. Так как эти силы неизвестны, то до сих пор попытки философов объяснить явления природы оставались бесплодными. Я надеюсь, однако, что или этому способу рассуждений, или другому, более правильному, изложенные здесь основания доставят некоторое освещение» .

• 2. Монистическая картина мира, которая описывала и движение небесных тел, и движение земных объектов одними и теми же законами.
• 3. Корпускулярная картина мира, поскольку материя рассматривалась как вещественная субстанция, состоящая из отдельных корпускул - «твердых, весомых, непроницаемых, подвижных частиц».
• 4. Механистическая картина мира, базирующаяся на законах движения, сформулированных Ньютоном. Изначально их было пять, затем количество законов сократилось до трех. Природа рассматривалась как сложная механическая система.

Первый закон механики Ньютона - открытый Галилеем принцип инерции : любое тело находится в состоянии покоя или равномерного и прямоли нейного движения до тех пор , пока приложенные к нему силы не заставляют изменить это состояние. Однако этот закон нельзя считать «новой формулировкой» принципа Галилея, ибо Галилей развивал земную механику, а Ньютон возвел свои законы в ранг универсальных законов Космоса.

Второй закон - центральный закон механики - фиксирует тот факт, что ускорение , приобретаемое телом под действием некоторой силы , оказывается прямо пропорциональным этой действующей силе и обратно пропорциональным массе движущегося тела.

Первый закон Ньютона можно получить из второго, поскольку при отсутствии воздействия на тело со стороны других тел его ускорение равно нулю.

Согласно третьему закону действию всегда есть равное и противоположно направленное противодействие , иначе говоря , взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены противоположно друг другу.

Эти силы приложены к разным материальным точкам (телам), всегда действуют парами и являются силами одной природы.

С созданием ньютоновского «метода флюксий» (основ дифференциального и интегрального исчислений) законы механики позволили математически описывать любые виды движений - как равномерных, так и неравномерных, как прямолинейных, так и непрямолинейных.

5. Гравитационная система мира. Открытый Ньютоном закон всемирного тяготения утверждал, что все тела, поскольку они обладают массой, испытывают взаимное притяжение. Сила такого притяжения прямо пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Этот универсальный закон природы послужил основой для формирования небесной механики, изучающей движение тел Солнечной системы. Естествознание впервые достигло такого масштаба обобщения. Тем самым завершился тот этап преобразования аристотелевской картины мира, который был начат Коперником. До этого господствовало представление о Вселенной, как совокупности сфер, управляемых перводвигателем или ангелами но приказу Бога. Теперь утвердилась концепция Ньютона о механизме взаимосвязи тяготеющих масс, действующем на основании простого естественного закона.

Однако Ныотои всегда подчеркивал, что закон всемирного тяготения устанавливает лишь количественную зависимость силы тяготения от величин тяготеющих масс и расстояний между ними; установление причины тяготения он считал делом дальнейших исследований .

6. Картина абсолютного пространства и времени. В ньютоновском мире господствует трехмерное пространство евклидовой геометрии (абсолютное, постоянное, всегда пребывающее в покое), в котором находятся все материальные тела. Время - величина абсолютная, не зависящая ни от пространства, ни от материи. Оно течет однообразно и синхронно во всей Вселенной, выступая процессом длительности независимо от событий.

Движение рассматривалось как перемещение в пространстве по непрерывным траекториям в течение времени в соответствии с законами механики. Считалось, что все физические процессы можно свести к перемещению материальных точек под действием силы тяготения, являющейся дальнодействующей.

7. Абсолютно детерминистская картина мира. Ее итог - образ Вселенной как гигантского и полностью детерминированного механизма (подобного сложному часовому механизму), в котором события и процессы являют собой цепь необходимых взаимозависимых причин и следствий, исключающих любую случайность. Поскольку любой часовой механизм требует завода, Ньютон вынужден был решать вопрос о «мировом часовщике». Это единственная функция в его механике, которая была возложена на Бога: именно божественный «первотолчок» выступил источником механического движения - Бог завел «всемирные часы».

Из таких представлений вытекала вера в то, что теоретически можно точно реконструировать любую прошлую ситуацию во Вселенной или предсказать будущее с абсолютной определенностью. Наиболее ярко такая идея была выражена французским ученым П. С. Лапласом (1749-1827). Лапласовский детерминизм выражает идею абсолютного детерминизма - уверенность в том, что все происходящее имеет строго определенную причину (см. задание 6 в Практикуме).

Далеко не сразу и далеко не всеми учеными идеи Ньютона были приняты. Об этом говорит переписка двух великих физиков - Лейбница и Гюйгенса. «Лейбниц". Я не понимаю, как Ньютон представляет себе тяжесть или притяжение. Видимо, по его мнению, это не что иное, как некое необъяснимое нематериальное качество.

Гюйгенс : Что касается причины приливов, которую дает Ньютон, то она меня не удовлетворяет, как и все другие его теории, построенные на принципе притяжения, который кажется мне смешным и нелепым» .

Классическая механика Ньютона объясняет множество физических явлений и процессов в земных и внеземных условиях, составляет основу для многих технических достижений. На ее фундаменте сформировались многие методы научных исследований в различных отраслях естествознания. Вплоть до начала XX в. в науке господствовало механистическое мировоззрение, согласно которому, все явления природы можно объяснить движениями частиц и тел.

Авторитет Ньютона был столь силен, что ученые, работавшие в других областях - астрономии, химии и др., - старались объяснить, исходя из начал механики, самые различные явления природы. Так, П. С. Лаплас считал, что любые явления, известные к тому времени, могли быть объяснены с помощью закона всемирного тяготения. Он стремился создать молекулярную механику

Воронцов-Вельяминов Б. II. Лаплас. М. : Жургазобъедииение, 1937. Глава: Всемирноетяготение. См.: URL: http://romanbook.ru/book/246820/ (дата обращения: 15.02.2016).

Введение
1. Понятие механической картины мира
2. Механическая, электромагнитная, квантовая картина мира
2. 1 Механическая картина мира
2. 2.Электромагнитная картина мира
2. 3 Квантовая картина мира
Заключение
Список литературы

Введение.

История науки свидетельствует, что естествознание, возникшее в ходе научной революции XVI-XVII вв., было связано долгое время с развитием физики. Именно физика была и остается наиболее развитой и концепциям и аргументам, во многом определившим эту картину. Степень разработанности физики была настолько велика, что она могла создать собственную физическую картину мира, в отличие от других естественных наук, которые лишь в XX в. смогли поставить перед собой эту задачу (создание химической и биологической картин мира). Поэтому, начиная разговор о конкретных достижениях естествознания, мы начнем его с физики, с картины мира, созданной этой наукой.

Понятие "физическая картина мира" употребляется давно, но лишь в последнее время оно стало рассматриваться не только как итог развития физического знания, но и как особый самостоятельный вид знания - самое общее теоретическое знание в физике (система понятий, принципов и гипотез), служащее исходной основой для построения теорий. Физическая картина мира, с одной стороны, обобщает все ранее полученные знания о природе, а с другой - вводит в физику новые философские идеи и обусловленные ими понятия, принципы и гипотезы, которых до этого не было и которые коренным образом меняют основы физического теоретического знания: старые физические понятия и принципы ломаются, новые возникают, картина мира меняется. Ключевым в физической картине мира служит понятие "материя", на которое выходят важнейшие проблемы физической науки. Поэтому смена физической картины мира связана со сменой представлений о материи. В истории физики это происходило два раза. Сначала был совершен переход от атомистических, корпускулярных представлений о материи к полевым - континуальным. Затем, в XX в., континуальные представления были заменены современными квантовыми. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга физических картинах мира.

1.Понятие физической картины мира

Познавая окружающий мир, человек создает в своем сознании его определенную модель — картину мира. На каждом этапе своего развития человечество по-разному представляет себе мир, в котором оно живет. Поэтому в истории человечества существовали различные картины мира: мифологическая, религиозная, научная и др. Кроме того, как уже было отмечено, каждая отдельная наука также может формировать собственную картину мира (физическую, химическую, биологическую и др.). Однако из всего многообразия картин мира, существующих в современной науке, самое широкое представление дает общая научная картина мира, описывающая природу, общество и человека.

Научная картина мира формируется на основе достижений естественных, общественных и гуманитарных наук, однако ее фундаментом, бесспорно, является естествознание. Значение естествознания в формировании научной картины мира настолько велико, что нередко научную картину миру сводят к естественно-научной, содержание которой составляют картины мира отдельных естественных наук.

Естественно-научная картина мира представляет собой систематизированное и достоверное знание о природе, исторически сформировавшееся в ходе развития естествознания. В эту картину мира входят знания, полученные из всех естественных наук, включая их фундаментальные идеи и теории. В то же время история науки свидетельствует, что большую часть содержания естествознания составляют преимущественно физические знания. Именно физика была и остается наиболее развитой и систематизированной естественной наукой. Вклад других естественных наук в формирование научной картины мира был намного меньше. Поэтому, когда возникло мировоззрение европейской цивилизации Нового времени и складывалась классическая естественно-научная картина мира, закономерным было обращение к физике, ее концепциям и аргументам, во многом определившим эту картину. Степень разработанности физики была настолько велика, что она смогла создать собственную физическую картину мира, в отличие от других естественных наук, которые лишь в XX в. поставили перед собой эту задачу и смогли решить ее.

Поэтому, начиная разговор о наиболее важных и значимых научных концепциях в современном естествознании, мы начнем его с физики и картины мира, созданной этой наукой.

Физика — это наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности природы, свойства и строение материи и законы ее движения. В любом явлении физика ищет то, что объединяет его со всеми другими явлениями природы. Поэтому понятия и законы физики фундаментальны, т.е. являются основополагающими для всего естествознания.

Само слово «физика» происходит от греческого “phэsis” — природа. Эта наука возникла еще в античности и первоначально охватывала всю совокупность знаний о природных явлениях. Иными словами, тогда физика была тождественна всему естествознанию. Лишь к эпохе эллинизма, по мере дифференциации знаний и методов исследования, из общей науки о природе выделились отдельные естественные науки, в том числе и физика.

В своей основе физика — экспериментальная наука: ее законы базируются на фактах, установленных опытным путем. Такой она стала, начиная с Нового времени. Но, помимо экспериментальной физики, различают и теоретическую физику, цель которой состоит в формулировании законов природы. Экспериментальная и теоретическая физика не могут существовать друг без друга.

В соответствии с многообразием исследуемых физических объектов, уровней организации и форм движения современная физика подразделяется на ряд дисциплин, так или иначе связанных друг с другом. В зависимости от изучаемых физических объектов физика делится на физику элементарных частиц, физику ядра, физику атомов и молекул, газов и жидкостей, твердого тела и плазмы. По критерию уровней организации материи выделяют физику микро-, макро- и мегамира. По характеру изучаемых процессов, явлений и форм движения (взаимодействия) различают механические, электромагнитные, квантовые и гравитационные явления, тепловые и термодинамические процессы и соответствующие им области физики: механику, электродинамику, квантовую физику, теорию гравитации, термодинамику и статистическую физику.

Кроме того, современная физика содержит небольшое количество фундаментальных теорий, охватывающих все разделы физического знания. Эти теории представляют собой совокупность наиболее важных знаний о характере физических процессов и явлений, приближенное, но наиболее полное отображение различных форм движения материи в природе.

Понятие “физическая картина мира” употребляется в естествознании давно, но лишь в последнее время оно стало рассматриваться не только как итог развития физического знания, но и как особый самостоятельный вид знания — самое общее теоретическое знание в физике, система понятий, принципов и гипотез, служащих исходной основой для построения теорий. Физическая картина мира, с одной стороны, обобщает все ранее полученные знания о природе, а с другой стороны, вводит в физику новые философские идеи и обусловленные ими понятия, принципы и гипотезы, которых до этого не было и которые коренным образом меняют основы физического теоретического знания. Иными словами, физическая картина мира рассматривается как физическая модель природы, включающая в себя фундаментальные физические и философские идеи, физические теории, наиболее общие понятия, принципы и методы познания, соответствующие определенному историческому этапу развития физики.

Развитие самой физики непосредственно связано с физической картиной мира, поскольку представляет собой процесс становления и смены различных ее типов. Постоянное развитие и замена одних картин мира другими, более адекватно отражающими структуру и свойства материи, есть процесс развития самой физической картины мира. Основой для выделения отдельных типов физической картины мира служит качественное изменение фундаментальных физических идей, являющихся базой для физической теории и наших представлений о структуре материи и формах ее существования. С изменения физической картины мира начинается новый этап в развитии физики с иной системой исходных понятий, принципов, гипотез и стиля мышления, с иными гносеологическими предпосылками. Переход от одного этапа к другому знаменует качественный скачок, революцию в физике, состоящую в крушении старой картины мира и появлении новой.

В пределах каждого отдельного этапа развитие физики идет эволюционным путем, без изменения основ картины мира. Оно состоит в реализации возможностей построения новых теорий, заложенных в данной картине мира. При этом она может эволюционировать, достраиваться, оставаясь в рамках определенных конкретно-физических представлений о мире. При изменении ключевых понятий картины мира происходит революция в физике. Ее результатом становится появление новой физической картины мира.

В основе объяснения явлений природы с точки зрения физики лежат фундаментальные физические понятия и принципы. К наиболее общим, фундаментальным понятиям физического описания природы относятся материя, движение, физическое взаимодействие, пространство и время, причинно-следственные связи, место и роль человека в мире.

Важнейшим из них является понятие материи. Поэтому революции в физике всегда связаны с изменением представлений о строении материи. В истории физики Нового времени это происходило дважды. В XIX в. был совершен переход от утвердившихся к XVII в. атомистических, корпускулярных представлений о материи к полевым (континуальным). В XX в. континуальные представления были заменены современными квантовыми. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга физических картинах мира.

Первой в истории естествознания физической картиной мира была механическая картина мира, в рамках которой не могли найти объяснения электромагнитные явления, и поэтому она была дополнена электромагнитной картиной мира. Однако многочисленные необъяснимые физические явления, открытые в конце XIX в., показали ограниченность электромагнитной картины мира, что и привело к возникновению квантово-полевой картины мира.

2. Механическая, электромагнитная, квантовая картина мира.

2.1. Механическая картина мира.

Формирование механической картины мира (МКМ) происходило в течение нескольких столетий до середины девятнадцатого века под сильным влиянием взглядов выдающихся мыслителей древности: Демокрита, Эпикура, Аристотеля, Лукреция и др. Она явилась необходимым и очень важным шагом на пути познания природы.

Имена учёных, внесших основной вклад в создание МКМ: Н.Коперник, Г.Галилей, Р.Декарт, И.Ньютон, П.Лаплас и др.

Рис. 1. Гелиоцентрическая система

Николай Коперник был первым человеком, сумевшим нанести сокрушительный удар по геоцентрическим системам мира. В мае 1543 года увидела свет его книга «О вращениях небесных сфер». Учение Коперника противоречило церковным воззрениям на устройство мира и сыграло огромную роль в истории мировой науки.

Основоположником механической картины мира по праву считается Галилео Галилей (1564-1642), итальянский ученый, один из основателей точного естествознания. Всеми своими силами он боролся против схоластики, считая единственно верной основой познания опыт. Деятельность Галилея не нравилась церкви, он был подвергнут суду инквизиции (1633), вынудившей его отречься от своего учения. До конца жизни Галилей был принужден жить под домашним арестом на своей вилле Арчетри близ Флоренции. И только в 1992 году папа Иоанн Павел II реабилитировал Галилея и объявил решение суда инквизиции ошибочным. В годы детства и юности Галилея в науке господствовали представления об окружающем мире, сохранившиеся со времён античности. И Галилей был одним из первых, кто отважился выступить против них. Механическая картина мира возникла, когда главным критерием истины был признан опыт, а для описания явлений природы стали активно применять математику. Многие ставшие догмой утверждения Аристотеля не выдерживали проверки опытом. Аристотель, например, утверждал, что скорость падения тел пропорциональна их весу. Галилей в присутствии многочисленных свидетелей проводил наблюдения за падением с Пизанской башни тел различной массы (например, мушкетной пули и пушечного ядра). Оказалось, что скорость падения тел не зависит от их массы. Важнейшим достижением Галилея было открытие принципа относительности. Галилей сконструировал первый в мире термоскоп, который явился прообразом термометра. Направив подзорную трубу в небо, он сделал несколько выдающихся астрономических открытий: спутники Юпитера, фазы Венеры, строение Млечного Пути, солнечные пятна, кратеры и горы на Луне. Наблюдения за движением небесных тел сделали его убеждённым сторонником гелиоцентрической системы (рис.1). Открытия Галилея подрывали доверие к официальным взглядам на строение мира, пропитанным религиозными догмами.

Рене Декарт (1596-1650), французский философ, математик, физик и физиолог, заложивший основы аналитической геометрии, определивший понятия переменной величины и функции, предположил существование закона сохранения количества движения, положил в основу своих построений принцип несотворимости и неуничтожимости движения. При этом все формы движения он сводил к механическому перемещению тел.

Исаак Ньютон (1643-1727), английский математик, механик, астроном и физик, разработал (независимо от Г. Лейбница) дифференциальное и интегральное исчисления. Он построил первый в мире зеркальный телескоп, чётко сформулировал основные законы классической механики, открыл закон всемирного тяготения, сформулировал теорию движения небесных тел, создав основы небесной механики. Пространство и время в механике Ньютона являются абсолютными. Следует сказать, что работы Ньютона в механике, оптике и математике намного опередили его время, а многие его работы актуальны и сейчас. На языке Ньютона говорит вся современная наука.

Лаплас Пьер Симон (1749-1827), французский астроном, математик, физик был автором классических трудов по теории вероятностей и небесной механике. Лапласом и Кантом была предложена гипотеза происхождения Солнечной системы из газопылевого облака, развитая современными астрономами.

Коротко перечислим основные черты механической картины мира.

Все материальные тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном и хаотическом механическом движении. Материя - вещество, состоящее из неделимых частиц.

Взаимодействие тел осуществляется согласно принципу дальнодействия, мгновенно на любые расстояния (закон всемирного тяготения, закон Кулона), или при непосредственном контакте (силы упругости, силы трения).

Пространство - пустое вместилище тел. Всё пространство заполняет невидимая невесомая «жидкость» - эфир. Время - простая длительность процессов. Время абсолютно.

Всё движение происходит на основе законов механики Ньютона, все наблюдаемые явления и превращения сводятся к механическим перемещениям и столкновениям атомов и молекул. Мир выглядит как колоссальная машина с множеством деталей, рычагов, колёсиков.

Точно так же представляются и процессы, протекающие в живой природе.

Механика описывает все процессы, происходящие в микромире и макромире. В механической картине мира господствует лапласовский детерминизм - учение о всеобщей закономерной связи и причинной обусловленности всех явлений в природе.

Механика и оптика составляли основное содержание физики до начала XIX века. Картина мира строилась на достаточно очевидных и простых механических аналогиях. И в повседневной практической деятельности людей основные выводы классической механики не приводили к противоречиям с опытными данными.

Однако позже, с развитием средств измерения, стало известно, что при изучении многих явлений, например, небесной механики необходимо учитывать сложные эффекты, связанные с движением частиц со скоростями, близкими к световым.

Появились уравнения специальной теории относительности, с трудом вмещающиеся в рамки механических представлений. Изучая свойства микрочастиц, ученые выяснили, что в явлениях микромира частицы могут обладать свойствами волны.

Возникли трудности при описании электромагнитных явлений (испускание, распространение и поглощение света, электромагнитной волны), которые не могли быть разрешены классической ньютоновской механикой.

Однако с развитием науки механическая картина мира не была отброшена, а лишь был вскрыт её относительный характер. Механическая картина мира используется и сейчас во многих случаях, когда, например, в рассматриваемых нами явлениях материальные объекты движутся с небольшими скоростями, и мы имеем дело с небольшими энергиями взаимодействия. Механический взгляд на мир по-прежнему остается актуальным, когда мы сооружаем здания, строим дороги и мосты, проектируем плотины и прокладываем каналы, рассчитываем крыло самолета или решаем другие многочисленные задачи, возникающие в нашей повседневной человеческой жизни.

2.2. Электромагнитная картина мира

В XIX веке естественные науки накопили огромный эмпирический материал, нуждающийся в переосмыслении и обобщении. Многие полученные в результате исследований научные факты не совсем вписывались в устоявшиеся механические представления об окружающем мире. Во второй половине XIX века на основе исследований в области электромагнетизма сформировалась новая физическая картина мира - электромагнитная картина мира (ЭМКМ).

В её формировании сыграли решающую роль исследования, проведённые выдающимися учёными М.Фарадеем и Дж.Максвеллом, Г.Герцем.

М.Фарадей, отказываясь от концепции дальнодействия (переносчик взаимодействия) вводит понятие физического поля, которое играет значительную роль в дальнейшем развитии науки и техники (радиосвязь, телевидение и т.д.). Дж.Максвелл развивает теория электромагнитного поля, а Г.Герц экспериментально открывает электромагнитные волны.

В ЭМКМ весь мир заполнен электромагнитным эфиром, который может находиться в различных состояниях. Физические поля трактовались как состояния эфира. Эфир является средой для распространения электромагнитных волн и, в частности, света.

Материя считается непрерывной. Все законы природы сводятся к уравнениям Дж.Максвелла, описывающим непрерывную субстанцию: природа не делает скачков. Вещество состоит из электрически заряженных частиц, взаимодействующих между собой посредством полей.

На основе электромагнитных взаимодействий объясняются все известные механические, электрические, магнитные, химические, тепловые, оптические явления.

Делаются попытки свести механическое описание явлений к описанию на основе теории электромагнитного поля. Трактовка явлений на основе электромагнетизма кажется изящной и законченной. Всё многообразие явлений природы сведено к нескольким математически строгим, хотя и очень сложным, соотношениям.

Понятие эфира (как переносчика света и электромагнитных волн) медленно эволюционирует - вплоть до полного отказа в конечном итоге от самой концепции эфира.

Меняются представления учёных о пространстве и времени. Появляются первые работы А.Эйнштейна по теории относительности. В научных работах зарождаются новые взгляды на природу тяготения, отличные от тех, что развивались в механической картине мира.

Вселенная как бы обретает совершенно новые черты. Ученые обнаруживают «разбегание» галактик.

ЭМКМ расширяется, уточняется и углубляется. Учёные строят всё новые и новые модели атома, стремясь узнать, какая из них все-таки ближе всего к истине.

Наиболее красивой и точной стала планетарная модель атома, созданная Э.Резерфордом. Но именно она стала отправной точкой при появлении совершенно новых взглядов на строение окружающего нас мира.

Уже в конце XIX, начале XX века экспериментальные данные, полученные при изучении микро- и мегамира, резко расходились с предсказаниями существующих естественно-научных теорий, требовали разработки новых, более точных и адекватных сущности многих загадочных явлений.

Не смотря на это, электромагнитная картина мира подарила нам очень многое, без чего мы не можем представить современную жизнь: способы получения и использования электрической энергии, к примеру, электрическое освещение (без которого уже немыслимы наши жилища) и отопление, современные электромагнитные средства связи (радио, телефон, телевидение). Без радиосвязи, например, уже невозможно существование современных государств, функционирование транспорта и производства, немыслимо даже повседневное общение людей.

2.3. Квантово-полевая картина мира

Практические потребности людей, их постоянный интерес к вопросу об устройстве мира, привели к созданию совершенно новой теории - квантовой теории поля и на её основе квантово-полевой картины мира (КПКМ).

В КПКМ возникает новая концепция - квантовое волновое поле, которое является наиболее фундаментальной и универсальной формой материи, лежащей в основе всех ее проявлений, как волновых, так и корпускулярных. На смену классическим полям типа электромагнитного поля Фарадея-Максвелла и классическим частицам приходят единые объекты - квантовые поля.

Основоположниками новой физической картины мира стали Макс Планк, Нильс Бор, Луи де Бройль, Эрвин Шрёдингер, Поль Дирак, Вернер Гейзенберг и многие другие не менее известные и выдающиеся учёные.

Центральными понятиями новой картины мира стали понятия «квант энергии», «дискретные состояния», «корпускулярно-волновой дуализм».

У частиц обнаружили волновые свойства (дифракция электронов), у электромагнитных волн - корпускулярные. Оказалось, что законы макромира отличаются от законов микромира. Микрообъекты обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами.

На первое место в изучении явлений природы выдвинулись квантовая механика и квантовая электродинамика. В КПКМ выясняется обменный характер взаимодействия, описываются четыре вида фундаментальных силовых взаимодействий, возникают новые представления о материи, движении, взаимодействии, энергии, массе.

Как и остальные картины мира, за время своего существования в XX веке КПКМ претерпевало существенное развитие. Полное и целостное рассмотрение квантово-полевой картины мира является очень сложной задачей и на данном этапе практически невыполнимой, но отдельные элементы КПКМ изучаются в старших классах средней школы на занятиях по физике, химии, биологии и астрономии.

Благодаря многочисленным экспериментам и настойчивым теоретическим изысканиям у физиков ХХ века появилось ощущение необыкновенного могущества, когда наука существенно продвинулась в изучении строения атома и атомного ядра, природы элементарных частиц. Это чувство подкрепилось в середине и во второй половине ХХ века, когда законы современной физики оказалось возможным применить к явлениям жизни. Не случайно основоположниками молекулярной биологии считаются в том числе и известные физики (Эрвин Шрёдингер, Макс Дельбрюк).

В квантово-полевой картине мира рассматриваются, изучаются и объясняются явления, остававшиеся загадочными в других картинах мира, возникших на более ранних этапах развития науки, решаются задачи, неразрешимые для мыслителей древности, представителей механической и электромагнитной картин мира. Мы знаем, как устроен микромир до расстояний 10 -17 м и мегамир до расстояний 10 27 м. Никогда еще мы не знали о природе так много и точно.

И электрический ток в полупроводниках (исследование которого подарило нам современные компактные радио- и телевизионные устройства, компактные и удобные мобильные средства связи, компьютеры - электронно-вычислительные машины); и сверхпроводимость (с которой связывают будущее цивилизации); и новые конструкционные материалы (современная химия - это квантовая химия, а смысл периодической системы нашего с Вами гениального соотечественника Д.И.Менделеева объясняется только этой картине мира); и источники энергии, благодаря которым мы сохранили нашу биосферу пригодной для существования человека и всех живых организмов и еще многое-многое другое - все это рассматривается и объясняется квантово-полевой картиной мира.

Кроме того, развитие квантово-полевой картины мира еще раз продемонстрировало нам важность механической и электромагнитной картин мира, указав на то, что они верно отражали многие объективные свойства окружающего мира, абсолютизируя, однако, отдельные его стороны.

3. Принципы современной физики

Важной частью современной физической картины мира являются принципы современной физики — наиболее общие законы, влияние которых распространяется на все физические процессы, все формы движения материи.

Принцип симметрии

В той или иной степени представление о симметрии есть у всех людей, так как этим свойством обладают самые разные предметы, играющие важную роль в повседневной жизни.

Обычно под симметрией (от греч. symmetria — соразмерность) понимают однородность, пропорциональность, гармонию каких-либо материальных объектов.

Наглядных, классических симметрий известно довольно много. Многим творениям человеческих рук в силу самых разных причин придается симметричная форма. Симметричны мячи, многие здания и сооружения, произведения искусства. Также симметричны многие человеческие действия. Симметрию можно обнаружить в живописи, музыке, поэзии, танце. В изобилии симметрии встречаются в природе (снежинка, дождевая капля, различные кристаллы и т.д.).

Все названные нами типы симметрии связаны с представлениями о структуре предметов, которая не меняется при проведении некоторых преобразований. Долгое время это были единственные симметрии, известные в науке. Но постепенно было осознано, что симметрии могут быть не только наглядными, связанными с геометрическими операциями. Существует целый ряд симметрий, связанных с описанием каких-либо изменений сложных естественных процессов. Эти симметрии не фиксируются в наблюдениях, они становятся заметны лишь в уравнениях, описывающих природные процессы. Поэтому физики, исследуя математическое описание той или иной физической системы, время от времени открывают новые, часто неожиданные симметрии, которые достаточно тонко «запрятаны» в математическом аппарате и совсем не видны тому, кто непосредственно наблюдает физическую систему.

Поэтому сегодня математическое исследование, основанное на анализе симметрии, также может стать источником выдающихся открытий в физике. Даже если заложенные в математическом описании симметрии трудно или невозможно представить себе наглядно, тем не менее они могут указать путь к выявлению новых фундаментальных принципов природы. Поиск новых симметрий стал главным средством, помогающим физику продвигаться к более глубокому пониманию мира.

С точки зрения физики симметричным является объект, который в результате определенных преобразований остается неизменным, инвариантным. Инвариантность — это неизменность какой-либо величины при изменении физических условий, способность не изменяться при определенных преобразованиях.

Симметрия в физике — это свойство физических величин, детально описывающих поведение системы, оставаться неизменными (инвариантными) при определенных их преобразованиях.

Симметрии в физике тесно связаны с законами сохранения физических величин — утверждениями, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются со временем в любых процессах или определенных классах процессов.

Так, закон сохранения энергии вытекает из однородности времени. Время симметрично относительно начала отсчета, все момента времени равноправны.

Закон сохранения импульса следует из однородности пространства. Все точки пространства равноправны, поэтому перенос системы никак не повлияет на ее свойства.

Закон сохранения момента импульса исходит из изотропности пространства. Свойства пространства одинаковы по всем направлениям, поэтому поворот системы не влияет на ее свойства.

Также имеет место целый ряд симметрий, действующих в микромире. Они описывают различные аспекты взаимопревращений элементарных частиц и лежат в основе таких законов сохранения, как закон сохранения электрического заряда, барионного и лептонного зарядов и ряда других законов, открытых в последнее время. Таким образом, XX в. подтвердил огромную роль принципа симметрии в физике.

Принцип дополнительности и соотношения неопределенностей

Принцип дополнительности является основополагающим в современной физике. Он был сформулирован в 1927 г. Н. Бором для объяснения феномена корпускулярно-волнового дуализма.

Прежде всего, Бор обратил внимание на то, что все предметы и явления, которые мы видим вокруг себя, и, конечно, измерительные приборы для регистрации элементарных частиц состоят из огромного множества микрочастиц. Иными словами, они являются макроскопическими системами, ничем иным они быть не могут. Сам человек — существо макроскопическое. Поэтому наши органы чувств не воспринимают микропроцессов. Понятия, которыми мы пользуемся для описания предметов и явлений окружающего мира, — это макроскопические понятия. С их помощью можно легко описать любые физические процессы, проходящие в макромире. Вместе с тем применить эти понятия для описания микрообъектов полностью нельзя, так как они неадекватны процессам микромира.

Но других понятий у нас нет и быть не может. Поэтому, чтобы компенсировать неадекватность нашего восприятия и представлений об объектах микромира, нам приходится применять два дополняющих друг друга набора понятий, хотя с точки зрения классической науки они взаимно исключают друг друга, — это понятия частицы и волны. Только в совокупности они дают исчерпывающую информацию о квантовых явлениях.

Частным выражением принципа дополнительности является соотношение неопределенностей, сформулированное В. Гейзенбергом в 1927 г. Этот принцип наглядно иллюстрирует отличие квантовой теории от классической механики.

Если в классической механике мы допускаем, что можно абсолютно точно знать координаты, импульс и энергию частицы в любой момент времени, то в квантовой механике это невозможно. В соответствии с принципом неопределенности, чем точнее фиксирован импульс, тем большая неопределенность будет содержаться в значении координаты, и наоборот. Также соотносятся энергия и время. Точность измерения энергии обратно пропорциональна длительности процесса измерения. Причина этого — во взаимодействии прибора с объектом измерения.

Принцип суперпозиции

Принцип суперпозиции (наложения) — это допущение, согласно которому результирующий эффект представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым воздействующим явлением в отдельности. Одним из простых примеров принципа суперпозиции является правило параллелограмма, в соответствии с которым складываются две силы, воздействующие на тело. Этот принцип выполняется при условии, когда воздействующие явления не влияют друг на друга. Поэтому в ньютоновской физике он неуниверсален и во многих случаях справедлив лишь приближенно.

В микромире, наоборот, принцип суперпозиции — фундаментальный принцип, который наряду с принципом неопределенности составляет основу математического аппарата квантовой механики. Но, к сожалению, в квантовой теории принцип суперпозиции лишен той наглядности, которая характерна для механики Ньютона. Его интерпретируют так: пока не проведено измерение, бессмысленно спрашивать, в каком состоянии находится физическая система. Иными словами, до измерения система находится в суперпозиции двух возможных состояний, т.е. ее состояние неопределенно. Акт измерения переводит физическую систему скачком в одно из возможных состояний.

Принцип соответствия

Принцип соответствия был сформулирован Н. Бором в 1923 г., когда физики столкнулись с ситуацией, что рядом со старыми, давно оправдавшими себя теориями (например, с механикой Ньютона), появились новые теории (теория относительности Эйнштейна), описывающие ту же область действительности. Принцип соответствия утверждает преемственность физических теорий, в частности, то, что никакая новая теория не может быть справедливой, если она не содержит в качестве предельного случая старую теорию, относящуюся к тем же явлениям, поскольку старая теория уже оправдала себя в своей области.

Поэтому теории, справедливость которых была экспериментально установлена для определенной группы явлений, с построением новой теории не отбрасываются, но сохраняют свое значение для прежней области явлений как предельное выражение законов новых теорий. Выводы новых теорий в области, где справедлива старая теория, переходят в выводы старых теорий.

Каждая физическая теория как ступень познания является относительной истиной. Смена физических теорий — это процесс приближения к абсолютной истине, процесс, который не будет никогда полностью завершен из-за бесконечной сложности и разнообразия окружающего нас мира. Таким образом, принцип соответствия отражает объективную ценность физических теорий.

Заключение

Цель физики заключается в отыскании общих законов природы и в объяснении конкретных процессов на их основе. По мере продвижения к этой цели перед учеными постепенно вырисовывалась величественная и сложная картина мира единства природы. Мир представляет собой не совокупность разрозненных, независимых друг от друга событий, а разнообразные и многочисленные проявления одного целого.

Многие поколения поражала и продолжает поражать величественная и цельная механическая картина мира, которая была создана на основе механики Ньютона.

Основанием для такой единой картины мира послужил всеобъемлющий характер открытых Ньютоном законов движения тел. Однако простая механическая картина мира оказалась не состоятельной. Выяснилось, что электромагнитные процессы не подчиняются законам механики Ньютона

После создания электродинамики представление о силах существенно изменились. Развитие электродинамики привело к попыткам построить единую электромагнитную картину мира. Все события в мире, согласно этой картине, управляются законами электромагнитных взаимодействий. Однако свести все процессы в природе к электромагнитным не удалось.

По современным данным в природе имеются четыре типа сил: гравитационные, электромагнитные, ядерные, и слабые взаимодействия. Про явления всех четырех типов сил, встречаются по всей вселенной появлением квантовой физики, произошло революционное изменение классических представлений о физической картине мира. Принципы квантовой теории являются совершенно общими, применимыми для описания движения всех частиц, взаимодействий между ними и их взаимно превращений

Не смотря на это, что все отчетливее видна связь между различными типами взаимодействий, саму физическую суть единства мира уловить пока еще не удалось. Человечеству еще придётся много поработать, чтобы проникнуть в тайны мироздания

Список литературы

1. Ахиезер, A.M. Современная физическая картина мира / A.M. Ахиезер, М.П. Рекало. — М.: Мир, 1980.

2. Гейзенберг, В. Физика и философия / В. Гейзенберг. — М.: Мысль, 1989.

3. Гудков, Н.А. Идея "великого синтеза" в физике / Н.А. Гудков. — Киев: Наук. думка, 1990.

4. Зелиг, К.А. А. Эйнштейн / К.А. Зелиг. — М.: Атомиздат, 1964.

5. Пахомов, К.Я. Становление физической картины мира / К.Я. Пахомов. — М.: Знание, 1985.

6. Садохин А. П. Концепции современного естествознания / А.П. Садохин. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. - 447 с.

Диалектика природы и естествознания Константинов Федор Васильевич

2. Механическая картина мира

2. Механическая картина мира

Полноценной наукой физика стала в XVII в., когда появилась общественная необходимость в более глубоком изучении природы. До этого понимание природы основывалось на обыденных знаниях и натурфилософии. Дальнейшее развитие общественного производства было невозможным без более глубокого понимания явлений природы.

При переходе от обыденного к научному пониманию природы большую роль сыграли материалистические идеи. В трудах П. Гассенди и Г. Галилея был восстановлен атомизм древнегреческих философов. При этом на первое место выдвигалось понятие движения. Р. Декарт считал, что оно обусловливает все явления природы. Подлинно революционной была гипотеза Галилея о возможности движения без двигателя (закон инерции). Наконец, И. Ньютон завершил построение новой, революционной для того времени картины природы, сформулировав основные идеи, понятия и принципы, составившие механическую картину мира.

И. Ньютон начинает свой основной трактат («Математические начала натуральной философии») с изложения основных понятий картины мира. Исходя из атомистических представлений о материи, он вводит понятие массы как количества материи, наделяет тела «внутренним врожденным свойством двигаться равномерно и прямолинейно», а отклонение от этого состояния движения связывает с действием на тело «внешней силы». При этом И. Ньютон выдвигает «гипотезу о тяготении» как универсальном свойстве всех тел «тяготеть друг к другу». Поставив перед собой задачу объяснить все явления по наблюдаемым движениям, И. Ньютон дополняет картину мира своим пониманием времени, пространства и движения, которые существуют абсолютно, т. е. независимо от материи.

Как видно, формулируя общие исходные начала своего труда, И. Ньютон изложил определенные физические представления о материи и движении, пространстве и времени, взаимодействии и закономерности в соответствии с философскими идеями Г. Галилея и П. Гассенди (атомистические представления о материи), Р. Декарта, придававшего первостепенное значение движению, и Т. Гоббса, доказывавшего объективность протяженности. При этом одной из ведущих философских идей, которой руководствовался И. Ньютон в своих исследованиях, была идея единства и универсальной взаимосвязи явлений.

На основе механической картины мира Ньютон сформулировал законы движения, которые он считал фундаментальными законами мироздания. Создание механики способствовало ускоренному развитию теоретических методов исследования природы. Как отмечают историки физики, с 1690 по 1750 г. особенно быстрыми темпами развивается математическая физика.

В теоретическом базисе механики И. Ньютона находилась система материальных точек. Исходя из ньютоновских представлений о природе, механической картины мира, Л. Эйлер и Я. Бернулли разработали ряд новых физических теорий - теорию движения твердого тела, теорию упругости и гидродинамику. Ж. Л. Лагранж систематизировал механику и поставил перед собой задачу объяснения всех явлений мироздания чисто аналитическим путем, руководствуясь механикой и механической картиной мира. В конце XVIII и начале XIX в. П. С. Лаплас, реализуя программу Лагранжа в объяснении мироздания, разработал «земную», «небесную» и «молекулярную» механику.

Успехи механической теории в объяснении явлений природы, а также их большое значение для развития техники, для конструирования различных машин и двигателей привели к абсолютизации механической картины мира. Она стала рассматриваться в качестве универсальной научной картины мироздания. Весь мир (включая и человека) понимался как совокупность огромного числа неделимых частиц, перемещающихся в абсолютном пространстве и времени, взаимосвязанных силами тяготения, мгновенно передающимися от тела к телу через пустоту (ньютоновский принцип дальнодействия). Согласно этому принципу, любые события жестко предопределены законами механики, так что если бы существовал, по выражению П. Лапласа, «всеобъемлющий ум», то он мог бы их однозначно предсказывать и предвычислять.

В то же время в конце XVIII - начале XIX в. в физике накапливались эмпирические данные, противоречащие механической картине мира. Так, наряду с рассмотрением системы материальных точек (что полностью соответствовало корпускулярным представлениям о материи) пришлось ввести понятие сплошной среды, связанное по сути дела уже не с корпускулярными, а с континуальными представлениями о материи. Тем самым обнаружилось противоречие между механической картиной мира и некоторыми фактами опыта. Для объяснения световых явлений вводилось понятие эфира - особой тонкой и абсолютно непрерывной «световой материи». Однако уже Ньютон пытался показать, что эти явления можно объяснить, исходя из тех принципов, которые находились в основе созданной им механики. Он разработал корпускулярную теорию света, расширив тем самым содержание механической картины мира.

В XIX в. методы механики были распространены на область тепловых явлений, электричества и магнетизма. Казалось бы, все это свидетельствовало о больших успехах механического понимания мира в качестве общей исходной основы науки. Однако при попытке выйти за пределы механики системы точек приходилось вводить все новые и новые искусственные допущения, которые постепенно готовили крушение механической картины мира. Так, для объяснения теплоты было введено понятие «теплорода», т. е. особой тонкой сплошной материи, для объяснения электричества и магнетизма предположили существование особых непрерывных видов материи - «электрической» и «магнитной» жидкости. Ф. Энгельс критиковал эмпириков, которые думали, что объяснили все явления, подведя под них какое-нибудь неизвестное вещество: световое, тепловое или электрическое. Эти «воображаемые вещества теперь можно считать устраненными», - писал он. И действительно, позднее на основе механической картины мира была построена кинетическая теория тепла, сформулирован закон сохранения и превращения энергии, и таким образом «теплород» был отброшен.

Но механический подход к таким явлениям, как свет, электричество и магнетизм, оказался неприемлемым. Опытные факты искусственно подгонялись под механическую картину мира. Несмотря на множество попыток, механическую модель эфира как материального носителя света, электричества и магнетизма так и не удалось построить. Однако в рамках этой картины мира данному обстоятельству не придавалось принципиального значения, и попытки построить атомистическую модель эфира продолжались даже в XX в. Считая, что такая модель все же в принципе возможна, и ссылаясь на успехи механической картины мира, в частности кинетической теории тепла и статистической механики, многие крупнейшие физики второй половины XIX и даже начала XX в. полагали, что механистическое миропонимание является единственно научным и универсальным. Так, по свидетельству М. Планка, его учитель Ф. Жолли заявлял:

«Конечно, в том или ином уголке можно еще заметить или удалить пылинку или пузырек, но система, как целое, стоит довольно прочно, и теоретическая физика заметно приближается к той степени совершенства, какою уже столетия обладает геометрия».

Не увенчавшиеся успехом попытки объяснить на основе механической картины мира явления света, электричества и магнетизма свидетельствовали о том, что противоречия между общим физическим знанием и частным - данными опыта - фактически оказались непримиримыми. Физика нуждалась в существенном изменении представлений о материи, в смене физической картины мира. Но приверженность физиков к старым догмам мешала пониманию этого принципиально важного обстоятельства.

Из книги Хрестоматия по философии [Часть 2] автора Радугин А. А.

Тема 11. Человек во Вселенной. Философская, религиозная и научная картина мира 11.1. Концепция бытия – фундамент ф илософской картины мира Основная задача каждой философии заключается в решении проблемы наличного бытия мира. Решением этой проблемы занимались все философы,

Из книги Философия науки и техники автора Стёпин Вячеслав Семенович

Научная картина мира Второй блок оснований науки составляет научная картина мира. В развитии современных научных дисциплин особую роль играют обобщённые схемы – образы предмета исследования, посредством которых фиксируются основные системные характеристики

Из книги Прикладная философия автора Герасимов Георгий Михайлович

Картина мира Сформулирую в общих чертах существенные с моей точки зрения элементы картины мира, предлагаемой этой философской системой.Существует бесконечная, вездесущая, неизменная во времени нематериальная субстанция, в которой содержится полная информация о всем

Из книги Эволюционная теория познания [врождённые структуры познания в контексте биологии, психологии, лингвистики, философии и теории науки] автора Фоллмер Герхард

G ЯЗЫК И КАРТИНА МИРА Язык является домашним изобретением и мы не должны ожидать, что он далеко выходит за пределы повседневного опыта.(Wilkinson,1963,127)Язык, без сомнения, является одним из важнейших признаков человека. Он является основопологающим средством коммуникации,

Из книги Материалы сайта Savetibet.ru (без фотографий) автора Гьяцо Тензин

Из книги Материалы сайта Savetibet.ru автора Гьяцо Тензин

Ясная картина мира беседа c российскими журналистами Дхарамсала, Индия 7 октября 2005 В мае 2005 года, в преддверии 70-летнего юбилея Его Святейшества Далай Ламы, группа российских журналистов, представляющих такие издания, как журнал «Итоги», газеты «Новые Известия» и

Из книги Основы философии автора Бабаев Юрий

Религиозная картина мира Если рассматривать космологическую часть какой-либо религии конкретно, то мы обнаружим определенные различия в частностях понимания мироздания, но принципиальные положения в объяснении исходных положений мироздания повторяются. Обратимся к

Из книги 3. Диалектика природы и естествознания автора

Философская картина мира Философия с самого своего зарождения, в силу объективных потребностей человека, всегда стремилась раскрыть пути к познанию всеобщего, основополагающего, лишь в качестве иллюстрации используя порой признаки составляющих мир элементов бытия.

Из книги Диалектика природы и естествознания автора Константинов Федор Васильевич

Из книги Инстинкт и социальное поведение автора Фет Абрам Ильич

2. Механическая картина мира Полноценной наукой физика стала в XVII в., когда появилась общественная необходимость в более глубоком изучении природы. До этого понимание природы основывалось на обыденных знаниях и натурфилософии. Дальнейшее развитие общественного

Из книги Философское ориентирование в мире автора Ясперс Карл Теодор

3. Электромагнитная картина мира В процессе длительных размышлений о сущности электрических и магнитных явлений М. Фарадей пришел к мысли о необходимости замены корпускулярных представлений о материи континуальными (от лат, continuum - непрерывность). Он писал: «Я чувствую

Из книги Демокрит автора Виц Бронислава Борисовна

Из книги История мировой культуры автора Горелов Анатолий Алексеевич

Мироздание и картина мира Мыслить мироздание - захватывающая мысль. Вместо существования, в котором я есмь, я схватываю в ней единое, которое есть все. Но это - только мысль. Я, как существо, охватывающее (fa?t) мысль о продвижении (Fortschreiten) за пределы всякого особенного

Из книги Генри Торо автора Покровский Никита Евгеньевич

Глава II. Атомистическая картина мира Исторически условны контуры картины, но безусловно то, что эта картина изображает объективно существующую модель. В. И.

Из книги автора

Научная картина мира В процессе духовной эволюции человечество не получило обещанного счастья, но получило информацию, за что тоже должна быть благодарна культуре. Какова она в наиболее проверенной научной форме? Другими словами, какова современная научная картина

Из книги автора

2. Романтическая картина мира Важнейшую цель своего художественно-философского творчества романтики видели в максимально точном выражении становления и развития жизни во всей ее динамике. Органическому строению мира романтики искали эквиваленты в «органических»

Становление механической картины мира происходило под влиянием метафизических материалистических представлений о материи и формах ее существования. Основу этой картины составили идеи и законы механики, которые в XVII в. сформировали самый разработанный раздел физики. По сути дела, именно механика явилась первой фундаментальной физической теорией. Идеи, принципы и теории механики представляли собой совокупность наиболее существенных знаний о физических закономерностях, наиболее полно отражали физические процессы в природе.

В широком смысле механика изучает механическое движение материи, тел и происходящее при этом взаимодействие между ними. Под механическим движением понимают изменение с течением времени взаимного положения тел или частиц в пространстве. Примерами механического движения в природе являются движение небесных тел, колебания земной коры, воздушные и морские течения и т.п. Происходящие в процессе механического движения взаимодействия представляют собой такие действия тел друг на друга, результатом которых становится изменение скоростей перемещения этих тел в пространстве или их деформация.

Основу механической картины мира составила теория атомов, согласно которой материя имеет дискретную (прерывистую) структуру. Весь мир, включая человека, механическая картина рассматривала как совокупность огромного числа неделимых материальных частиц - атомов. Они перемещаются в пространстве и времени в соответствии с немногими законами механики. Материя есть вещество, состоящее из мельчайших, неделимых, абсолютно твердых движущихся корпускул (атомов); в этом суть корпускулярных представлений о материи.

Законы механики, которые регулируют движение атомов и любых материальных тел, считались фундаментальными законами мироздания. Поэтому ключевым понятием механической картины мира было понятие движения, которое понималось как механическое перемещение в пространстве. Тела обладают внутренним «врожденным» свойством двигаться равномерно и прямолинейно, а отклонения от этого движения связаны с действием на тело внешней силы (инерции). Единственной формой движения является механическое движение, т.е. изменение положения тела в пространстве с течением времени; любое движение можно представить как сумму пространственных перемещений. Движение объяснялось на основе трех законов Ньютона. Все состояния механического движения тел по отношению ко времени оказываются в принципе одинаковыми, поскольку время считается обратимым. Закономерности более высоких форм движения материи должны сводиться к законам простейшей ее формы - механическому движению.

Все многообразие взаимодействий в природе механическая картина мира сводила только к гравитационному, которое означало наличие сил притяжения между любыми телами; величина этих сил определялась законом всемирного тяготения. Поэтому, зная массу одного тела и силу гравитации, можно определить и массу другого тела. Гравитационные силы являются универсальными, т.е. они действуют всегда и между любыми телами, сообщают любым телам одинаковое ускорение.

Таким образом, механическая картина представляла мир наподобие гигантской заводной игрушки. Все тела взаимодействуют только механически через столкновение или мгновенное действие гравитационной силы. Поскольку каждое тело определяется параметрами положения и состояния, а действующие на них силы складываются, возможно точное прогнозирование событий на основании расчета характеристик движения и взаимодействия.

В соответствии с механической картиной мира Вселенная представляла собой хорошо отлаженный механизм, действующий по законам строгой необходимости, в котором все предметы и явления связаны между собой жесткими причинно-следственными отношениями. В таком мире нет случайностей, они полностью исключались. Случайным было только то, причины чего оставались неизвестными. Но поскольку мир рационален, а человек наделен разумом, то в конце концов он сможет получить полное и исчерпывающее знание о бытии. Такой жесткий детерминизм находил свое выражение в форме динамических законов.

Жизнь и разум в механической картине мира не обладали никакой качественной спецификой. Человек в этой картине мира рассматривался как природное тело в ряду других тел и поэтому оставался необъяснимым в своих «невещественных» качествах. Таким образом, присутствие человека в мире не меняло ничего. Если бы человек однажды исчез с лица земли, мир продолжал бы существовать как ни в чем не бывало. По сути дела, классическое естествознание не стремилось постичь человека. Подразумевалось, что природный мир, в котором нет ничего «человеческого», можно описать объективно, и такое описание будет точной копией реальности. Рассмотрение человека как одного из винтиков хорошо отлаженной машины автоматически устраняло его из данной картины мира.

На основе механической картины мира в XVIII - начале XIX в. была разработана земная, небесная и молекулярная механика. Быстрыми темпами шло развитие техники. Это привело к абсолютизации механической картины мира, и она стала рассматриваться в качестве универсальной.

Развитие механической картины мира было обусловлено в основном развитием механики. Успех механики Ньютона в значительной мере способствовал абсолютизации ньютоновских представлений, что выразилось в попытках свести все многообразие явлений природы к механической форме движения материи. Такая точка зрения получила название «механистический материализм» (механицизм). Однако развитие физики показало несостоятельность такой методологии. Это стало ясно при тщетных попытках описать с помощью законов механики тепловые, электрические и магнитные явления (движение атомов и молекул). В результате в XIX в. в физике наступил кризис, который свидетельствовал, что физика нуждается в существенном изменении своих взглядов на мир.

Оценивая механическую картину мира как один из этапов развития физической картины мира, необходимо иметь в виду, что с развитием науки основные положения механической картины мира не были просто отброшены. Развитие науки лишь раскрыло относительный характер механической картины мира. Несостоятельной оказалась не сама механическая картина мира, а ее исходная философская идея - механицизм. В недрах механической картины мира стали складываться элементы новой - континуальной (электромагнитной) картины мира.