Тема 5.Концепции физики.

5.1.Структурные уровни организации материи

Макромир: концепции классического естествознания. Наряду с обыденным и религиозно-мифологическим пониманием природы в V веке до н.э., в Античной греческой культуре зарождается научное познание ее. Вплоть до XVII в., когда возникает экспериментальное естествознание, оно развивается в форме натурфилософии (от лат. natura – природа и греч. fileo – любовь, sophia – мудрость). Здесь природные явления объяснялись с помощью умозрительных философских идей и принципов, выработанных на основе житейской практики и относящихся к макромиру. Макромир – это мир объектов и пространственно-временных отношений соразмерных с масштабами человека, выражаемых в миллиметрах, сантиметрах, метрах, километрах; секундах, минутах, часах, годах и т.д. Высшим достижением натурфилософии было понятие атом (от греч. аtomos – неделимый), наиболее полно обоснованное Демокритом почти за 500 лет до рождения И. Христа. Атомизм объяснял мир исходя из концепции дискретного строения его, согласно которому все тела состоят из атомов как простейших элементов. Атомы и есть субстанция (от лат. substantia – сущность) мироздания. Сущность природных объектов и процессов объяснялась через порядок и количество взаимодействующих атомов, через притяжение их и отталкивание. Причем само взаимодействие понималось только механически. Механицизм, зародившийся в натурфилософии, потом получил полное развитие в механике и стал научной программой классического естествознания XVII-XIX вв., и сущностью разработанной им картины мира. «Краеугольный камень» механистической картины мира заложил Г.Галилей открытием закона падения тел. Он наполнил гелиоцентрическую систему Н.Коперника физическим смыслом, введя понятие инерции и ускорения. Его доказательства опирались на опытные данные. Изменив методологию познания, он вместо вопроса почему камень падает отвечал на вопрос «как он это делает?». В объектах он выделял только физические и геометрические характеристики, полагая, что природа есть книга, которая написана треугольниками, квадратами и т.п. и требует для прочтения математики. Он требовал обосновать общие теоретические положения с помощью наблюдения и эксперимента, считал, что мир можно познать с помощью механики, математики и разума. И.Ньютон, учитывая достижения Галилея, разработал теорию механики, сформулировав законы механического движения, которые описывали как небесные так и земные объекты. Все движения тел он пытался познать с помощью механистического, каузального (от лат. causa – причина) и математического объяснения. В рамках механистической картины мира, материя рассматривалась только как вещество, а атомы понимались как материальные тела, абсолютно твердые и неделимые, имеющие массу и вес, механически взаимодействующие, где действие равно противодействию, где возможны силы ускорения и инерции и т.п. Сложилось корпускулярное (от лат. сorpusculum - тельце) понимание мира; материя дискретна, атомы ее фундаментально структурные элементы, движение которых осуществляется по законам механики в трехмерном Евклидовом пространстве и одномерном времени. Всякое движение можно свести к перемещению материальных точек под действием сил тяготения, распространяющихся мгновенно на любое расстояние. Все виды взаимодействий имеют необходимый характер. Описать любое явление природы можно абсолютно объективно, безотносительно к средствам наблюдения, системам отсчета и наблюдателю. Поэтому любое состояние в прошлом, настоящем или будущем при достаточно точных исходных данных и способах исчисления, можно однозначно описать. Это был образ Вселенной как гигантского и однозначно детерминированно работающего механизма. Позже, в XX в. это стали называть основополагающим мифом классической науки.

Корпускулярные представления были распространены на все виды реальности. Ньютон разработал, исходя из этого, теорию света, предположив, что он есть поток корпускул и на основе законов механики объяснил явления отражения и преломления света. Однако не всё в поведении света описывалось корпускулярной теорией. Х.Гюйгенс показал, что два луча света при пересечении пронизывают друг друга без искажений, подобно тому как это случается при пересечении двух рядов волн, скажем на поверхности воды. Отсюда было сделано предположение о волновой природе света, а значит должна существовать некая упругая среда (эфир), а свет это колебания эфира. Опыты показали, что свет (как и волны) может «обтекать» препятствия (явление дифракции) и при наложении света на свет появляются темные полоски, что возможно волны накладываются друг на друга с противоположными фазами и, следовательно, гасят друг друга. Позже М.Фарадей сделал вывод о глубоком сходстве электричества и света и стал рассматривать свет как колебания электромагнитного поля. Дж.К.Максвелл стал рассматривать поле как самостоятельный вид реальности и разработал систему управлений описывающих электромагнитные явления достаточно логично и математически точно. Вычислив скорость распространения электромагнитного поля, Максвелл пришел к выводу, что она равна скорости света. Позже Г.Герц подтвердил это экспериментально. В результате стало ясно, что открыт новый вид материальной реальности – поле. Стало ясно, что материя существует в двух видах: вещество – дискретное в своей сущности и поле - непрерывное по своей природе. Частицы вещества обладают массой покоя, поле – нет; вещество обладает низкой степенью проницаемости, поле – высокой; скорость движения частиц вещества на несколько порядков ниже скорости света и т.д. Классическая физика не нашла пути к пониманию того, что между веществом и полем есть единство, что поле может обладать дискретностью и корпускулярностью, а вещество может описываться волновыми характеристиками, что возможен корпускулярно-волновой дуализм. Эту задачу решила уже новая физика – физика микромира.