Тема 6. Макромир: вещество и поле. Принципы классической физики

1. Корпускулярная и континуальная концепции природы

На смену натурфилософскому подходу к описанию природы приходит механический. Он принес большие успехи, за исключением области оптических и электромагнитных явлений, где механика была бессильна, полностью их объяснить. В рамках своего механического понимания мира И. Ньютон создал корпускулярную теорию света: свет – это поток материальных частиц. Светящиеся тела излучают частицы, движущиеся в соответствии с законами механики, и вызывают ощущения света при попадании в глаз. На основе этой теории Ньютон объяснял законы отражения и преломления света.

Х. Гюйгенс (нидерландский ученый) сформулировал волновую теорию, которая по аналогии с движением волн на поверхности воды объясняла движение света. В пространстве существует упругая среда – светоносный эфир. Главный аргумент, который он приводил в защиту своей теории, - факт пересечения двух лучей света, которые пронизывают друг друга точно также как два ряда волн на воде. Против этой теории был такой факт: волны обтекают препятствие, а световой луч этого делать не может. Тень от непрозрачного предмета, помещенного на пути света, имеет резкую границу. Итальянский физик Гримальди с помощью увеличительных линз обнаружил на границах тени слабые участки освещенности в виде перемежающихся светлых и темных полос – ореолов. Это явление получило название дифракции света (разломанный). Однако авторитет Ньютона был настолько высок, что именно его теория света пользовалась признанием, хотя и не могла объяснить явление дифракции.

В нач. ХIХ в. английский физик Т. Юнг и французский физик О. Френель объяснили явление интерференции – появление темных полосок при наложении света на свет. Парадокс: свет, добавленный к свету, не обязательно дает усиление, а может дать более слабый свет или даже темноту. Так как свет – это колебания упругой среды, при наложении волн в противоположных фазах они уничтожают друг друга, поэтому появляются темные полосы.

В области электромагнитных явлений Фарадей и Максвелл показали неадекватность механической модели. Датский физик Эрстед открыл явление электромагнетизма: стрелка компаса, помещенного над проводником, по которому шел электрический ток, отклонялась. Фарадей ввел понятие «силовые линии». Он был убежден, что оптика и электричество взаимосвязаны и образуют единую область – «поле сил». Максвелл дал математическую разработку идеи Фарадея и рассматривал поле как самостоятельную физическую реальность. Фарадей предложил гипотезу, Максвелл создал теорию, а немецкий физик Герц дал экспериментальное подтверждение. В физике окончательно утвердилось понятие «поле» как физическая реальность, новый вид материи.

В конце XIX в. физики пришли к выводу, что материя существует в виде дискретного вещества и непрерывного поля. Вещество и поле различаются:

- вещество дискретно, поле непрерывно;

- вещество обладает массой покоя, а поле – нет;

- вещество малопроницаемо, поле полностью проницаемо;

- скорость распространения поля равна скорости света, скорость движения частиц на много порядков меньше.

Таким образом, вещество – вид материи, обладающий корпускулярными свойствами, для его характеристики используются масса покоя, спин, заряд и др.; поле – вид материи, который описывается длиной волны, фазой, амплитудой и их изменениями в пространстве и времени. Понятие поля нашло применение и в механике, где с его помощью был объяснен феномен гравитации.