7.5 Электромагнитная картина мира

Сформированную после механического представления о мире новую электромагнитную картину мира можно рассматривать как промежуточную по отношению к современной естественно-научной. Отметим некоторые общие характеристики этой парадигмы. Она включает не только представления о полях, но и появившиеся к тому времени новые данные об электронах, фотонах, ядерной модели атома, закономерностях химического строения веществ и расположения элементов в Периодической системе Д. И. Менделеева и ряд других результатов познания природы. В эту же концепцию вошли идеи квантовой механики и теории относительности, о которых речь еще будет идти дальше.

Главным в таком представлении является возможность описать большое количество явлений на основе понятия поля. В отличие от механической картины было установлено, что материя существует в виде вещества и в виде поля. Электромагнитное взаимодействие на основе волновых представлений достаточно уверенно описывает не только электрические и магнитные, но и оптические, химические, тепловые и механические явления. Методология полевого представления материи может быть использована и для понимания полей иной природы. Сделаны попытки увязать корпускулярную природу микрообъектов с волновой природой процессов. Было установлено, что «переносчиком» взаимодействия электромагнитного поля является фотон, который подчиняется уже законам квантовой механики. Делаются попытки найти гравитон как носитель гравитационного поля.

Однако, несмотря на существенное продвижение вперед в познании окружающего нас мира, электромагнитная картина мира не свободна от недостатков. Так, в ней не рассматриваются вероятностные подходы; по существу, вероятностные закономерности не признаются фундаментальными, сохранены детерминистский подход Ньютона к описанию отдельных частиц и жесткая однозначность причинно-следственных связей (что сейчас оспаривается синергетикой), ядерные взаимодействия и их поля объясняются не только электромагнитными взаимодействиями между заряженными частицами. В целом такое положение понятно и объяснимо, так как каждое проникновение в природу вещей углубляет наши представления и требует создания новых адекватных физических моделей.

8 Теория относительности Эйнштейна

8.1 Постулаты Эйнштейна в сто

Все существующие и происходящее в мире реализует себя в пространстве и времени. Пространство и время объективны, абсолютны по своей сущности и относительны одновременно в своих проявлениях. Относительность как свойство выражается в зависимости существования материи от ее движения и от самой материи, а, кроме того, и от личной перспективы наблюдателя. Процессу эволюции живого сопутствовало освоение трех измерений пространства. Человек трехмерное пространство воспринимает заметно полнее всего живого, ибо оно вложено в мир его восприятий. Биологическое ощущение времени также относительно. Люди XX века ощущали бег времени на себе иначе, чем те, кто жил в предшествующих веках. Ощущение времени у ребенка другое, чем у молодого поколения и, тем более чем у старого. Однако это лишь психологобиологическое восприятие. На эти понятийные категории необходимо смотреть с позиции научного естествознания.

Рис. 8.1

А. Эйнштейн

Концепции абсолютности пространства и времени подчеркиваются уже тем, что нет возможности повлиять на свойства пространства и воздействовать на ход времени. Зададим вопрос следующим образом: влияет ли выбор системы отсчета, т. е. личная перспектива наблюдателя, на восприятие пространства и времени? Согласно Ньютону – нет. Однако такой вывод противоречит некоторым опытно наблюдаемым фактам. Дело в том, что мы живем (и ощущаем это) в мире макротел перемещающихся с достаточно малыми скоростями. Для таких объектов механический принцип относительности, установленный ещё Галилеем можно считать достоверным. Однако XIX век сделал достоянием человека электричество и электромагнитные явления, раскрыл природу света, были определены скоростные масштабы этих процессов. Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме составляет . Как они вписываются в механический принцип относительности? Для того чтобы включить отмеченные явления в общий принцип относительности, необходимо было пойти на достаточно смелый шаг – отказаться от абсолютности пространства и времени. Это означает, что пространственно-временные интервалы тоже относительны. И это было сделано сначала в трудах Пуанкаре, а окончательно установлено в разработанной Эйнштейном теории относительности. Классический принцип относительности гласил:все механические явления во всех инерциальных системах отсчета протекают одинаково. Это подтверждается опытно наблюдаемыми фактами. Надо было сделать еще один шаг и сказать, что все физические явления во всех инерциальных системах отсчета протекают одинаково.

Революционный шаг Эйнштейна заключается в том, что он классический принцип дальнодействия (action in distance – на расстоянии) заменяет принципом близкодействия, включающим в себя концепцию поля. Кроме того, он обобщил механический принцип относительности в общий принцип относительности, дополнив физическую теорию двумя новыми постулатами:

– все физические законы одинаковы во всех инерциальных системах;

- скорость света одинакова во всех инерциальных системах отсчета и является предельной скоростью движения.

В этом случае электромагнитные явления протекают одинаково во всех инерциальных системах, а, следовательно, уравнение электромагнитного поля должны быть инвариантны при переходе из одной системы отсчета к другой, но это приводит к относительности промежутков времени и пространственных масштабов.