Научные картины мира

     Работы  М.Фарадея. Исследования английского физика М.Фарадея придали определенную завершенность изучению электромагнетизма. Он открыл закон электромагнитной индукции. (Суть закона: изменяющееся магнитное поле приводит к возникновению ЭДС индукции). Работая над исследованием электромагнитной индукции, Фарадей приходит к выводу о существовании электромагнитных волн. Позже, в 1831 г. он высказывает идею об электромагнитной природе света.

     Одним из первых, кто оценил работы Фарадея и его открытия, был Д.Максвелл, который разработал теорию электромагнитного поля, которая значительно расширила взгляды физиков на материю и привела к созданию электромагнитной картины мира (ЭМКМ). [1]

     Теория  электромагнитного  поля Д. Максвелла

     Теорию  поля Д. Максвелл разрабатывает в  своих трудах «О физических линиях силы» и «Динамическая теория поля.

     Суть сводилась к тому, что изменяющееся магнитное поле создает не только в окружающих телах, но и в вакууме вихревое электрическое поле, которое, в свою очередь, вызывает появление магнитного поля. Таким образом, в физику была введена новая реальность – электромагнитное поле. Мир стал представляться электродинамической системой, построенной из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля. В последствии Максвелл пришел к выводу, что должны существовать электромагнитные волны, причем скорость их распространения должна равняться скорости света. Отсюда вывод: свет – разновидность электромагнитных волн.

     Разработав  ЭМКМ, Максвелл завершил картину мира классической физики («начало конца  классической физики»). Теория Максвелла  является предшественницей электронной  теории Лоренца и специальной  теории относительности А. Эйнштейна.

     Электронная теория Лоренца.

     Голландский физик Г. Лоренц считал, что теория Максвелла нуждается в дополнении, так как в ней не учитывается структура вещества. Лоренц высказал в этой связи свои представления об электронах, т.е. крайне малых электрически заряженных частицах, которые присутствуют во всех телах.

     В 1987 г. был открыт электрон, и теория Лоренца получила свою материальную основу. Совместно с немецким физиком П. Друде Лоренц разработал электронную теорию металлов. [2] 
 
 

1. Квантово  – полевая картина  мира

     В основе современной КПКМ лежит новая  физическая теория – квантовая механика, описывающая состояние и движение микрообъектов. Она является базой  для развития современного естествознания.

     В основе квантовой механики лежат  фундаментальные идеи о квантовании  физических величин и корпускулярно-волновом дуализме.

     Формирование  идеи квантования  физических величин

     Определение: физические величины, которые могут  принимать лишь определенные дискретные значения, называются квантованными. А  само их выражение через квантовые  числа называется квантованием. Сама идея квантования сформировалась на основе ряда открытий в конце 19-го –  начале 20-го века. Рассмотрим основные из них.

     Открытие  электрона. В 1897 г. был открыт электрон. Его заряд оказался наименьшим, элементарным. Заряд любого тела равен целому числу  элементарных зарядов.

     Тепловое  излучение. Во второй половине 19 века в результате исследования теплового излучения был открыт ряд законов: Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Однако из теории, основанной на традиционных представлениях об электромагнитных излучениях, следовало, что энергия теплового излучения на всех частотах равнялась бесконечности, что противоречило закону сохранения энергии.

     В 1900 г. Макс Планк для выхода из этой ситуации предложил следующую гипотезу (впоследствии названную квантовой гипотезой Планка): электромагнитное излучение испускается отдельными порциями – квантами, величина которых пропорциональна частоте излучения. Гипотеза Планка фактически стала началом новой физики – квантовой физики.

     Таким образом, если в классической физике считалось, что энергия может  изменяться непрерывно и принимать  любые, сколь угодно близкие значения, то согласно квантовым представлениям, она может принимать лишь дискретные значения, равному целому числу квантов энергии.

     В 1905 г. А. Эйнштейн, приняв гипотезу Планка, расширил ее, предположив, что свет не только излучается квантами, но и  распространяется и поглощается  тоже квантами (названными впоследствии фотонами). Таким образом, свет представляет собой поток световых частиц –  фотонов.

     Корпускулярно-волновой дуализм света  и вещества.

     В истории развития учения о свете  сменяли друг друга корпускулярная теория света (Ньютон) и волновая (Р. Гук, Ч. Гюйгенс, Т. Юнг, Ж. Френель). В 70-х годах после утверждения теории Максвелла под светом стали понимать электромагнитную волну.

     В начале 20-го века на основе экспериментов  было неопровержимо доказано, что  свет обладает как волновыми, так  и корпускулярными свойствами. Было также обнаружено, что в проявлении этих свойств существуют вполне определенные закономерности: чем меньше длина  волны, тем сильнее проявляются  корпускулярные свойства света.

     В 1924 г. Л. де Бройль выдвинул гипотезу: корпускулярно-волновой дуализм имеет универсальный характер, т.е. все частицы, имеющие конечный импульс Р, обладают волновыми свойствами. Так в физике появилась формула де Бройля , где m – масса частицы, V – ее скорость, h – постоянная Планка. При проявлении у микрообъекта корпускулярных свойств его волновые свойства существуют как потенциальная возможность, способная при определенных условиях перейти в действительность.

     По  современным представлениям квантовый  объект – это не частица, не волна. Квантовый объект – это нечто третье, не равное простой сумме свойств частицы и волны. Но, поскольку сведения об объекте и его характеристиках мы получаем в результате взаимодействия с прибором, то и описывать его приходится в классических понятиях, т.е. используя понятия волны и частицы.

     Принцип дополнительности. Принцип дополнительности, как общий принцип познания может быть сформулирован следующим образом: всякое истинное явление природ требует для своего определения, по крайней мере, двух взаимоисключающих дополнительных понятий.

     Соотношения неопределенностей  Гейзенберга

     Двойственная  природа микрочастиц поставила  науку перед вопросом о границах применимости понятий классической физики. В классической механике всякая частица движется по определенной траектории и всегда имеет точные значения координаты, импульса, энергии. По-другому обстоит дело с микрочастицей. Микрочастица, обладая волновыми свойствами, не имеет траектории, а значит, не может иметь одновременно точных значений координаты и импульса. Меру этой неопределенности в значениях координаты, импульса, энергии и времени нашел Гейзенберг.

     Это положение связано с так называемым принципом соответствия, имеющим  важное философское и методологическое значение. Принцип соответствия может  быть сформулирован следующим образом: Теории, справедливость которых была экспериментально установлена для определенной группы, с появлением новой теории не отбрасываются, а сохраняют свое значение для прежней области явлений, как предельная форма и частный случай новых теорий.

Как и  все предшествующие картины Мира, КПКМ представляет собой процесс  дальнейшего развития и углубления знаний о физических явлениях. Процесс становления и развития КПКМ продолжается и прошел уже ряд стадий: 1) утверждение корпускулярно-волновых представлений о материи;

2) изменение  методологии познания и отношения  к физической реальности;

     Все рассмотренные ранее картины  мира отличались своей трактовкой таких  фундаментальных понятий как пространство, время, движение, принцип причинности, взаимодействия. [1]

     Список  литературы:

     1. Дягилев Ф.М. Концепции современного  естествознания. - М.: Изд. ИЭМПЭ, 1998.

     2. Дубнищева Т.Я.. Концепции современного естествознания. Новосибирск: Изд-во ЮКЭА, 1997.

     3. Кун Т. Структура научных революций  М.: Мир, 1997

     4. Ильченко В.Р. На перекрестках  физики, химии и биологии. М.: Просвещение  1998