1 курс / Концепции современного естествознания / Картины мира
.docxМеханистическая картина мира
Механическая картина мира сложилась в результате научной революции XVI–XVII вв. Свой вклад в ее формирование внесли Г. Галилей, И. Кеплер, Р. Декарт, П. Лаплас, И. Ньютон и многие другие ученые.
В основу новых представлений науки о мире легли идеи и законы механики, которая стала самым разработанным разделом физики. По сути дела, именно механика является первой фундаментальной физической теорией. Основу механической картины мира составил атомизм, который весь мир, включая человека, понимал как совокупность огромного числа неделимых частиц – атомов, перемещающихся в пространстве и времени в соответствии с немногими законами механики. Это корпускулярное представление о материи.
Законы механики, которые регулировали как движение атомов, так и движение любых материальных тел, считались фундаментальными законами мироздания. Поэтому ключевым понятием механической картины мира было понятие движения. 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. Универсальным свойством тел является тяготение.
В механической картине мира любые события жестко предопределялись законами механики. Случайность в принципе исключалась из картины мира.
Жизнь и разум в механической картине мира не обладали никакой качественной спецификой. Поэтому присутствие или отсутствие человека в мире не меняло ничего. Если бы человек однажды исчез с лица Земли, мир продолжал бы существовать, как ни в чем не бывало.
В XIX веке в физике наступил кризис, который был вызван исследованиями и открытиями в области электричества и магнетизма. Тогда стало ясно, что противоречия между опытными данными и механической картиной мира стали слишком острыми. Физика нуждалась в существенном изменении своих взглядов на мир.
Электродинамическая картина мира
Электродинамическая картина мира зарождается в недрах классической механики. Для учета влияния среды на взаимодействие зарядов и токов Фарадей вводит понятие «поле». Максвелл придает идеям Фарадея математическое представление. Введя ток смещения, Максвелл предсказывает существование электромагнитных волн и устанавливает электромагнитную природу света. Однако, электромагнитное поле Фарадея - Максвелла еще не было видом материи, а являлось особым состоянием единого (и электрического, и магнитного, и светового) эфира.
Упомянутое выше противоречивое поведение эфира в опытах многих учёных, противоречивость его свойств (необходимость бесконечно малой плотности, чтобы не тормозить движение небесных тел и , одновременно, наличие гигантского модуля сдвига, чтобы скорость поперечных световых волн была 300 000 км/с) приводит к кризису в физике. В 1905 г. А. Эйнштейн отвергает необходимость эфира для распространения электромагнитных волн, и, тем самым, признает за электромагнитным полем самостоятельной физической реальности. Создавая новую теорию о свойствах пространства, времени и движения – специальную теорию относительности- Эйнштейн, тем самым, завершает построение электродинамической картины мира, начало которой было положено в работах Фарадея и Максвелла.
Таким образом, с 1905 года в физике утверждается существование двух видов материи – вещество и электромагнитное поле.
Перечислю их общие черты и различия.
Общие черты:
1.И вещество, и поле - виды материи, и существуют независимо друг от друга в пространстве и времени.
2.Поле, подобно веществу, имеет различные формы и состояния (электромагнитная, электрическая, магнитная).
3.Как вещественные тела, так и поле обладают энергией, количеством движения, моментом количества движения , т.е. всеми основными характеристиками материи .
4.Элементарные частицы вещества и поле обладают волновыми свойствами.
5.Элементарные частицы вещества и поле (его кванты) проявляют корпускулярные свойства.
6.И вещество, и поле подчиняются общим законам сохранения.
7.Вещественные объекты могут превращаться в полевые и наоборот.
Но у них есть и различия.
1.Вещественные тела ограничены в пространстве. В месте нахождения одного вещественного тела не может находиться другое вещественное тело. Для полей же справедлив принцип суперпозиции: в одной пространственной области возможна локализация множества одинаковых и различного типа полей.
2.Все вещественные тела обладают массой. Полевые объекты, например, фотоны, не имеют массы.
3.Вещественные тела могут двигаться и равномерно и ускоренно, в то время как электромагнитные волны распространяются в вакууме всегда с одной скоростью.
4.У вещественных частиц(микрообъектов) обнаружены специфические свойства : странность, изотопический спин и другие, отсутствующие у квантов электромагнитного поля.
Квантово-релятивистская картина мира.
В основе современной квантово-полевой картины мира лежит новая физическая теория — квантовая механика, описывающая состояние и движение микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем, а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми на опыте. Законы квантовой механики составляют фундамент изучения строения вещества. Они позволяют выяснить строение атомов, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов, изучить свойства элементарных частиц.
В соответствии с квантово-полевой картиной мира любой микрообъект, обладая волновыми и корпускулярными свойствами, не имеет определенной траектории движения и не может иметь определенных координат и скорости (импульса). В квантовой механике, в отличие от классической физики, поведение каждой микрочастицы подчиняется нединамическим, а статистическим законам.
Общая картина реальности в квантово-полевой картине мира как бы двупланова: с одной стороны, в нее входят характеристики исследуемого объекта, а с другой — условия наблюдения, от которых зависит определенность этих характеристик. Это означает, что картина реальности в современной физике является не только картиной объекта, но и картиной процесса его познания.
Кардинально меняется представление о движении, которое становится лишь частным случаем фундаментальных физических взаимодействий, которых известно четыре вида: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое.
Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они всегда выступают в вероятностной форме, в виде так называемых статистических законов, которые способствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей. Таким образом, оказалось, что в основе мира лежат случайность, вероятность.