Введение.

1. Логическая структура современной физики.

Общеизвестно определение физики как науки о наиболее общих и фундаментальных законах природы. Физика – наука экспериментальная, т.е. ее законы базируются на фактах, установленных опытным путем. Законы физики представляют собой количественные соотношения и формулируются на математическом языке. В зависимости от целей исследования и глубины понимания сущности физических явлений и процессов различают экспериментальную и теоретическую физику. Основная цель экспериментальной физики – постановка опытов, проводимых для обнаружения новых фактов, а также для проверки справедливости физических гипотез и теорий. Цель теоретической физики состоит в формулировке (на языке математики) законов природы, объяснения конкретных явлений на основе этих законов и в предсказании новых явлений. Различие целей естественно порождает и существенное различие методов исследования в области экспериментальной и в области теоретической физики. Однако, как показывает история развития физики, успешное развитие физической науки возможно только при тесном «взаимодействии» экспериментальных и теоретических методов исследования.

В соответствии с многообразием исследуемых объектов и физических форм движения материи можно предложить разные критерии для логического структурирования всей физики (в том числе и теоретической физики), т.е. оптимального (как для исследовательских целей, так и для целей изучения и преподавания) подразделения ее на ряд дисциплин (разделов) и установления логических связей между ними. Критерий структурирования в предлагаемых рекомендациях мы тесно увяжем с ретроспективным анализом магистральной линии в истории развития физики на основе понятия о физической картине мира (ФКМ) и с учетом достижений современной ФКМ.

Современный методологический анализ развития физики показывает, что самым общим объектом исследования физики как науки является т.н. ФКМ, т.е. идеальная модель природы, определяющая весь стиль физического мышления на данном историческом этапе развития физики. Не вдаваясь в подробный анализ, укажем только, что в основе понятия ФКМ лежат конкретные физические представления о материи и ее атрибутах – пространстве, времени, движении, причинности, взаимодействии и др.

История физики представляет собой сложный и разветвленный процесс накопления знаний, эмпирических и теоретических исследований, случайных и закономерных открытий и т.д. Но в этой простой картине есть определенная магистральная линия, которая определяет все остальное. Эта линия – процесс формирования, развития и смены физических картин мира. Она настолько же важна и существенна для развития физического познания, насколько для развития человеческого общества важна и существенна смена общественно-экономических формаций.

Т.о., процесс развития и смены ФКМ делит историю развития физики на ряд качественно различных этапов, обусловленных, прежде всего, разными представлениями о материи. В ходе развития физики можно говорить о трех ФКМ и, соответственно, о трех этапах ее развития. Первый этап характеризуется корпускулярными, атомическими представлениями о материи (материя абсолютно дискретна, прерывна) и построенной на их основе механической картине мира (МКМ). Второй этап базируется на континуальных представлениях о материи (материя абсолютно непрерывна) – такому пониманию материи соответствует электромагнитная картина мира (ЭМКМ). Третий этап характеризуется современными квантово-полевыми представлениями о материи (материя и прерывна и непрерывна), в соответствии с чем строится квантово-полевая картина мира (КПКМ).

Концентрированное, математически строгое свое выражение основные представления ФКМ получают в одной или нескольких фундаментальных физических теориях (фундаментальными мы называем такие теории, которые отражают, в рамках данной ФКМ, самую глубокую сущность физической формы движения материи и служат эталоном, базисом для построения всех других физических теорий, строящихся на базе данной ФКМ). Фундаментальными теориями МКМ являются механика Ньютона (МН) и теория тяготения Ньютона (ТТН). Фундаментальными теориями ЭМКМ являются классическая электродинамика (ЭД), специальная теория относительности (СТО) и общая теория относительности (ОТО). В КПКМ в роли фундаментальных теорий выступают нерелятивистская квантовая механика (КМ), квантовая теория поля (КТП) и разрабатываема в настоящее время квантово-полевая теория всех известных фундаментальных взаимодействий (полей) Природы (сильного, слабого, электромагнитного и гравитационного) – назовем ее здесь единой квантовой теорией поля (ЕКТП).

Особое внимание следует обратить на то, что все перечисленные фундаментальные теории (за исключением МН) существенно содержат те или иные так называемые универсальные (фундаментальные) физические постоянные: скорость света в вакууме ( ), квантовую постоянную Планка ( ) и гравитационную постоянную Ньютона ( ). Дело в том, что именно эти физические постоянные должны сыграть ключевую роль (по мнению большинства физиков) в завершении построения современной КПКМ и ее самой общей фундаментальной теории – ЕКТП.

Изложенные соображения позволяют представить следующую схему (см. рисунок), наглядно отражающую динамику развития фундаментальных физических теорий и ФКМ в процессе развития физики (сплошные стрелки указывают направления построения более общих теорий и ФКМ, а пунктирные – незавершенность этих построений).

В ажно подчеркнуть следующее. Как убедительно показывает специальный методологический анализ (который мы здесь опускаем), нет (и не может быть) логически прямого пути построения новых более общих фундаментальных теорий на базе теорий менее общих. Точно так же логика (формальная) совершенно бессильна в переходе от одной ФКМ к другой: на самом деле такой переход совершается только путем совершения революций в физике, т.е. коренной ломки старых представлений в ФКМ и замены их новыми (на схеме эта закономерность развития физики отражена «звездочками» на стрелках между разными ФКМ, а также отсутствием стрелок между первыми фундаментальными теориями каждой ФКМ, т.е. между МН, ЭД и КМ). Поэтому помощь в построении (открытий) новой ФКМ или принципиально новой фундаментальной теории можно «ждать» только от новых экспериментальных фактов, тех или иных философских идей и интуиции исследователя. Данное замечание является важным также и для «правильного» выбора методов и методик исследований в области теоретической физики, приводящих к успеху (это, однако, тема для отдельного обсуждения).