9

Лекция 4

Концепции современной физики

Физика – изучает самые элементарные явления природы, лежащие в основе мироздания (закономерности макро- и микромира).

Начиная с 16 в. история естествознания наиболее тесно была связана именно с развитием физики. Физика – наиболее развитая и систематизированная наука, а физическая картина мира является наиболее важной составной частью естественнонаучной картины мира в целом.

Физические картины мира

Физика, как и все естествознание, развивалась по пути научных революций. Ключевое понятие в физической картине мира – «материя». Именно смена представлений о материи вызывала смену всей физической картины мира. В истории физики такие смены происходили 2 раза, соответственно, существовали 3 физические картины мира.

1. Механистическая картина мира (сложилась в XVI – XVII веках, в основе – атомизм древнегреческих философов и механика Ньютона).

Основные черты МКМ:

• Материя состоит из атомов, связанных между собой (корпускулярная модель реальности).

• Движение тел происходит в соответствии с тремя законами механики Ньютона.

• Взаимодействие тел происходит мгновенно на любом расстоянии – по принципу дальнодействия (т.е. тела взаимодействуют мгновенно на любом расстоянии и без каких-либо материальных посредников).

• Пространство и время абсолютны – они существуют независимо от материи (пространство – это гигантский «черный ящик», вмещающий все тела в мире, но если бы эти тела вдруг исчезли, пространство все равно бы осталось. Так же, в образе «текущей реки», представлялось и время, то же существующее независимо от материи).

• Любые события предопределяются законами механики. (все события предсказуемы, случайность исключена).

• Присутствие человека в мире ничего не меняет. (если человек даже исчезнет с лица Земли – мир продолжит существовать как ни в чем не бывало).

На основе МКМ в 18-19 в. была разработана земная, небесная и молекулярная механика, т.е. макро-, мега- и микромир подчинялись общим законам → МКМ считалась универсальной, способной объяснить любые процессы. МКМ господствовала в физике до середины 19 в.

Однако к середине 19 в. накопились эмпирические данные, которые МКМ объяснить не могла (оптические и электромагнитные явления).

Например, попытка объяснения природы света с точки зрения механики - корпускулярная теория света, предложенная Ньютоном:

Свет – поток мельчайших частиц, которые излучают светящиеся тела. Эти частицы движутся в соответствии с законами механики и при попадании в глаз вызывают ощущение света.

Но эта теория не могла объяснить явления интерференции (наложение волн друг на друга) и дифракции (огибание волнами препятствий) света.

Тогда для их объяснения было введено понятие «светоносного эфира» (упругая среда, заполняющая все пространство).

Аналогично объяснялись электричество, магнетизм, тепловые явления – с помощью понятий «теплорода», «электрической» и «магнитной» жидкости и т.п.

Таким образом, опытные факты искусственно подгонялись под МКМ → физика нуждалась в смене представлений о материи, в смене физической картины мира.

2. Электромагнитная картина мира (сложилась в середине 19 века, в основе – электродинамика Фарадея и Максвелла).

Основные черты ЭМКМ:

• Материя состоит из электрически заряженных частиц вещества (атомы, молекулы – они непроницаемы), которые взаимодействуют друг с другом посредством электро-магнитного поля (проницаемо) (полевая, континуальная (непрерывная) модель реальности).

• Движение – распространение колебаний в поле; описывается законами электродинамики.

• Тела взаимодействуют по принципу близкодействия – взаимодействие передается полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью.

• Пространство и время относительны – они несамостоятельны и зависимы от материи, т.к. они связаны с процессами, происходящими в поле (поле – абсолютно непрерывная материя → пустого пространства просто нет).

• Представление о человеке – не изменилось. Появление человека – это только каприз природы.

Новая картина мира объяснила большой круг явлений, непонятных с точки зрения МКМ; глубже показала материальное единство мира, т.к. электричество и магнетизм объяснялись на основе одних и тех же законов.

Однако с конца 19 в. обнаруживалось все больше противоречий, которые не могла объяснить и ЭМКМ – это открытия, опровергающие представление об атомах как о неделимых частицах:

• открытие электрона (Томсон, 1895);

• открытие ядра (Резерфорд);

• открытие радиоактивности – способности атомов одних элементов превращаться в атомы других элементов (Беккерель).