Тема 4. Электромагнитная картина мира

Электрические и магнитные явления, известные с Античности, до 19 в. понимались умозрительно как проявления особых невесомых жидкостей (флюидов). Эксперименты Эрстеда и Фарадея привели к открытию электромагнитной индукции, дальнейшая разработка идеи индукции привела Максвелла к созданию теории электромагнитного поля, в основе которой лежат принципы близкодействия и континуализма. Однако оказалось, что уравнения Максвелла не инвариантны относительно преобразований Галилея. Для обеспечения инвариантности Лоренц вводит другие формулы преобразований координат (преобразования Лоренца), но их физическая интерпретация была спорной. А. Эйнштейн формулирует физические постулаты и создает специальную и общую теорию относительности, которая стала современной физической теорией пространства и времени. Из нее следовал ряд принципиально новых свойств пространства и времени: зависимость свойств пространства и времени от скорости движения (сокращения длины и замедления времени) и от плотности распределения масс (кривизна пространства). Оказалось, что не существует абсолютного пространства и времени, независимого от материи. Более того, установлено, что пространство и время – это не две независимые друг от друга формы существования материи, а образуют единое пространство-время (четырехмерный континуум), причем физическое пространство имеет неевклидов характер (не является плоским), описывается неевклидовыми геометриями (Лобачевского для пространства отрицательной кривизны и Римана – положительной кривизны).

На основе классической электродинамики формируется электромагнитная картина мира, в рамках которой получают объяснение явления природы, ранее либо вообще непонятные, либо объясняемые механистически (трение, упругость, теплота, свет, электрический ток в металлах и др.).

Тема 5. Квантово-полевая картина мира

В последнее десятилетие 19 в. в физике началась научная революция, в ходе которой был открыт ряд явлений, не объяснимых с точки зрения физики 18-19 вв. (Х-лучи, радиоактивность, фотоэффект и др.). К парадоксам приводила и классическая теория излучения («ультрафиолетовая катастрофа»). Это свидетельствовало о серьезном кризисе. Первый шаг по преодолению кризиса сделал М. Планк, предложивший принципиально новое для физики понятие – квант действия. Его новизна заключалась в сведении непрерывного к дискретному (света – к квантам). Эйнштейн развил идею Планка, введя понятие фотона и объяснив с его помощью явление фотоэффекта и открытые экспериментально законы фотоэффекта. Следующим шагом стало создание теории атома (модели атома Томсона, Резерфорда, Бора, квантовая модель), что привело к созданию квантовой физики.

Создание новой физики потребовало введения новых принципов: корпускулярно-волнового дуализма, статистического детерминизма, неопределенности, дополнительности, соответствия, суперпозиции и др. В физике сложилась новая картина мира – квантово-полевая, на основе которой получили более полное и глубокое объяснение многие явления природы - от механических (упругость, твердость и др.) до биологических (механизм фотосинтеза у растений, нервная деятельность высших животных).