Эволюция представлений о физической картине мира

Эволюция представлений  о физической картине мира

 

Термин "мир" применяется  как обозначение некоторой сферы  деятельности, изучаемой  данной наукой. Здесь мы ограничимся рассмотрением  наиболее развитой и конкретной из всех научных картин мира – физической картиной мира.

 

Одной из важнейших характеристик  понятия "физическая картина мира" является ее эволюция – постоянное развитие и смена одних картин другими. Первой сформировавшейся картиной мира в физике была механистическая  картина мира. В свою очередь она  возникла под воздействием античной картины мира (Демокрита, Эпикура, Лукреция) и идей эпохи Возрождения. Решающую роль среди последних сыграли: принцип материального единства мира, принцип причинности, принцип экспериментальной обоснованности, принцип математического описания природных явлений. Все эти принципы явились философским обоснованием механистической картины мира. Окончательно сформировалась она после создания классической механики И. Ньютона.

 

Картина мира является более  широким понятием, чем теоретическая  модель. Тем не менее, как и в  модели, в механистической картине  мира есть основные понятия и основные принципы, составляющие теоретический  и философский фундамент картины.

 

Основные понятия классической механики: 1) материя – вещество, состоящее из неделимых частиц; 2) движение – механическое перемещение  в пространстве; 3) пространство –  пустое вместилище тел, описываемое  геометрией Эвклида; 4) время – абсолютная категория, характеризующая длительность процессов; 5) масса – мера инертности и мера тяготения.

 

Основные принципы механики: 1) принцип относительности Галилея (все тождественные механистические  явления проистекают одинаковым образом в различных инерциальных системах отсчета; 2) принцип дальнодействия. Во времена Ньютона было известно только одно – гравитационное взаимодействие. Принцип дальнодействия заключается в том, что гравитационное взаимодействие осуществляется с бесконечно большой скоростью через пустое пространство без посредства чего-либо.

 

На смену механистической  картине мира пришла электродинамическая. Основы электродинамической картины мира заложены трудами М. Фарадея и Дж. Максвелла. В отличие от механистической картины мира, где исходными философскими идеями были классический атомизм и механицизм, в электродинамической картине исходной идеей стал континуализм. В частности, Фарадей положил в основу истолкования физических явлений континуальные, непрерывные представления о материи. Передача взаимодействия в этой новой картине мира осуществляется материальным электромагнитным полем. Таким образом, материя в электродинамической картине мира представляется в двух формах – вещество и поле. После создания А. Эйнштейном специальной теории относительности в 1905 г. электродинамическая картина мира приобрела релятивистский характер. На смену абсолютным пространству и времени пришло четырехмерное плоское пространство-время, на смену дальнодействию пришло близкодействие. Можно просуммировать основные характеристики электродинамической картины мира:

 

Основные понятия: 1) материальность физического поля; 2) относительность  пространства и времени, единое пространство-время; 3) масса – мера инертности, тяготения  и полной энергии (Е=мс – формула Эйнштейна взаимосвязи массы и энергии); 4) непрерывность материи.

 

Основные принципы: 1) принцип  относительности Эйнштейна; 2) принцип  близкодействия, заключающийся в  передаче взаимодействия с конечной скоростью света; 3) принцип эквивалентности  инертной и гравитационной масс; 4) принцип  постоянства скорости света во всех инерциальных системах отсчета; 5) принцип  причинности.

 

Полное завершение электродинамическая  картина мира получила после создания в 1915 г. Эйнштейном общей теории относительности. Дальнейшее развитие физики показало ограниченный характер электродинамической  картины мира. Тем не менее достаточно универсальный способ описания природы электродинамической картиной мира привел великого ученого ХХ в. А. Эйнштейна к тупиковой идеи создания единой теории поля. Можно ограничиться указанием только двух замечаний, подчеркивающих бесперспективность единой теории поля: 1) в единой теории поля Эйнштейна задействованы только два взаимодействия – гравитационное и электромагнитное. В то же время в ней неучтены сильное и слабое взаимодействия, открытые позже, чем возникла у Эйнштейна идея единой теории поля. 2) Эйнштейн не включал в единую теорию поля квантовую механику, вероятностную итнтерпретацию которой он критиковал до самой своей смерти.

 

Возникновение и проникновение "идеологии" квантовой теории во все разделы физики определило начало перехода от электродинамической  картины мира к новой квантово-полевой.

 

Зарождение квантово-полевой  картины мира происходило тогда, когда еще окончательно не сложилась  электродинамическая картина. По крайней  мере обе теории относительности еще не появились.

 

Основополагающей гипотезой, давшей только толчок квантовой теории была гипотеза квантов света М. Планка (1900 г.). Следует отметить важные этапы становления, формирования квантовой теории.

 

В 1905 г. А. Эйнштейн разрабатывает  квантовую теорию излучения для  объяснения закономерностей фотоэффекта, углубляет и уточняет понятие  квантов света – фотонов.

 

В 1913 г. Н. Бор создает "полуклассическую, полуквантовую" теорию атома водорода. Идея дискретных состояний "скачков", противная классической физике, приобретает популярность у физиков.

 

В 1923 г. Луи де Бройль высказывает  гипотезу о волнах материи и "узаконивает" равноправное существование материи  в двух формах – вещества и волн. Появлением квантовой механики Э. Шредингера и В. Гейзенберга в 1926-1927 гг. завершается  первый этап становления квантово-полевой  картины мира.

 

Перечислим некоторые  основные характеристики этой картины  мира. Прежде всего это основные понятия: 1) единство корпускулярно-волновых свойств материи; 2) дискретность излучения и дискретность физических состояний; 3) волновое уравнение для частиц; 4) обменный характер взаимодействия; 5) виртуальные частицы; 6) материя и антиматерия.

 

Основные принципы: 1) принцип  неопределенностей Гейзенберга; 2) принцип  дополнительности Н. Бора; 3) принцип Паули.

 

С созданием квантовой  механики изменились научные методы и взгляды в ряде родственных  с физикой дисциплин – химии, биологии, астрономии. "Присоединение" специальной теории относительности  Эйнштейна в квантовой механике привело в конечном счете к появлению квантовой электродинамики (1940-е гг.). Бурное развитие экспериментальных и теоретических исследований элементарных частиц вызвало к жизни квантовую хромодинамику. Эта теория на основе кварковой модели элементарных частиц, обладающих сильным взаимодействием описывает и объясняет практически все процессы взаимодействия и взаимопревращения адронов.

 

Квантово- полевая картина  мира не является некоей стационарной картиной, содержащей и объясняющей  все явления природы. Очень сильное  воздействие на философские взгляды  физиков и других естествоиспытателей  оказала теория "Большого взрыва" Вселенной, предложенная Г. Гамовым. Она является, по сути, теорией эволюции Вселенной. В науке идеи эволюции (физической, химической, биологической) появились задолго до ХХ века, но по отношению к Вселенной в целом "эволюционной философии" всегда противопоставлялась идея стационарности Вселенной. Создатель общей теории относительности – А. Эйнштейн, уже в 1917 г. предложил свою стационарную модель Вселенной, несмотря на противоречие (без дополнительных предположений) стационарности уравнениям общей теории относительности.

 

В настоящее время идея эволюции Вселенной, происходящей по сценарию "Большого взрыва" поддерживается большинством ученых. Более того, идея эволюции Вселенной логически срастается с идеями эволюции в отдельных  естественнонаучных дисциплинах. Наиболее четко прослеживается связь эволюции Вселенной и физической эволюции. Одна из фундаментальных черт окружающего  мира являет характер взаимодействий в природе. В настоящее время  установлено, что в природе существуют только четыре вида взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное (ядерное). Как показали теоретические  исследования в рамках модели "горячей" Вселенной, чем ближе мы будем  подходить к моменту "взрыва" Вселенной, тем меньше становится взаимодействий. Сначала "объединяются" электромагнитное и слабое взаимодействие, возникает  так называемое электрослабое взаимодействие. На временных этапах, находящихся еще ближе к "нулю", моменту "взрыва", происходит объединение сильного и электрослабого взаимодействий – образуется взаимодействие "Великого объединения".

 

Существующие сценарии приближения  к моменту "взрыва" Вселенной  не являются плодами неуемной фантазии физиков. Они возникли вследствие анализа  логических и математических исследований. Основной критерий правдоподобности сценариев  эволюции Вселенной заключается  в соответствии теоретических выводов  экспериментальным наблюдениям  в нынешней Вселенной, которая обязательно  должна иметь "реликтовые" следы  от более ранних стадий эволюции. Между  биологической эволюцией и эволюцией  Вселенной прослеживается также  тесная связь посредством так называемого антропного принципа. Суть последнего заключается в следующем. Свойства материи именно таковы, чтобы существовала объективная возможность зарождения жизни. Например, если бы свойства были не такими, какие они есть, если бы, у электрона была бы другая масса или другая величина заряда, то процесс эволюции от "сверхплотной" Вселенной сначала к атомам химических элементов, затем к сложным органическим молекулам и в конце концов клетке, не состоялся бы. Расчеты показывают, что процесс эволюции или других параметров электрона остановился бы на водороде и вся Вселенная состояла бы в настоящее время, из водородной среды без всяких признаков жизни.

 

Эволюция в реальной природе  естественным образом отражается в  непрерывно изменяющейся современной  физической картине мира, которая, по сути, является продолжением, расширением  квантово-полевой картины мира.

 

Заключение. Затрагивая вопрос о единой научной картине мира с позиций взаимосвязи физической, химической и биологической эволюций следует отметить, что таковой  картины в настоящее время  нет, но нет и сомнений в том, что  каждая "отдельная" картина мира является неполной, что обязательно  должна в будущем сложиться единая картина мира. Если проследить и  проанализировать эволюцию физических картин мира, то можно заметить ряд  основополагающих принципов и понятий, которые обязательно присутствуют на каждом этапе эволюции картины. Среди них: 1) материальность и единство мира; 2) движение и взаимодействие материи); 3) основные формы существования материи – пространство, время, движение; 4) неисчерпаемость материи.