Понятие картины мира

Размещено на http://www.allbest.ru/

1) Физика как фундамент естествознания

По общепринятому мнению, физика образует фундамент естествознания. Постараемся раскрыть этот тезис, рассматривая основные аспекты, в которых обычно употребляется термин «фундаментальность», и попробуем выделить основные аспекты фундаментальности физики.

Лингвистическая фундаментальность физики

Естественные науки являются эмпирическими в том смысле, что их положения основываются на совокупности эмпирических данных и проверяются путем сопоставления с ними. Следовательно, для них фундаментальное значение имеют высказывания, описывающие эти данные. В обыденной жизни сообщения о каком-либо факте суть описания чего-то непосредственно наблюдаемого. В физике отчет об экспериментальных фактах обязательно предполагает совокупность теорий, дающих истолкование тому, что непосредственно констатируется. Еще в конце 19 в. П. Дюгем отмечал: «Физический эксперимент есть точное наблюдение группы явлений, связанное с истолкованием этих явлений. Это истолкование заменяет конкретные данные, действительно полученные наблюдением, абстрактными и символическими описаниями, соответствующими этим данным, на основании допущенных наблюдателем теорий».

Эта черта характеризует прежде всего и по преимуществу физический эксперимент (причем в сколько-нибудь сложных случаях предполагается использование соответствующих приборов). Большинство наблюдений, как в физике, так и в других науках, Носит «приборный» характер, и поэтому не только осознание экспериментальных фактов и их связи друг с другом предполагают Наличие соответствующей теории, но и простое описание того, что наблюдается, опирается на теоретические представления об используемых приборах, позволяющее истолковать, например, трек в камере Вильсона как след определенной элементарной частицы.

Эпистемологическая фундаментальность физики (доктрина моно- и полифундаментальности)

Как уже отмечалось, естественные науки опираются на эмпирические данные. На первых этапах развития естествознания в методологии естественных наук доминировал так называемый индуктивистский подход, согласно которому наиболее общие положения естественных наук непосредственно выводятся из опытных данных путем прямых индуктивных обобщений. Этот упрощенный взгляд отвергнут современной философией науки- Это обстоятельство четко сформулировано в ставшем, по существу, афоризмом тезисе А. Эйнштейна: «Нет логического пути, ведущего от опытных данных к теории». По выражению Эйнштейна, наиболее важные фундаментальные законы науки не выводятся из опытных данных, а в лучшем случае лишь «навева- ются» ими (см. начало гл. 6. -- А.Л.)

Рассматривая теперь систему естественно-научных дисциплин, правомерно поставить вопрос: выводятся ли наиболее важные положения данной дисциплины из каких-либо других научных концепций, или их единственным оправданием является ссылка на опытные данные? (Как сказали бы в XVIII в., выводятся ли положения данной дисциплины из другой дисциплины или выводятся непосредственно из опыта?)

Теперь в связи со сказанным можно ввести понятия монофундаментальности и полифундаментальности. Тезис монофун- даментальности утверждает, что есть лишь одна фундаментальная дисциплина, положения которой ни из каких других дисциплин вывести нельзя -- они обречены на фундаментальный (в смысле ниоткуда не выводимый) характер. Концепция полифундаментальности предполагает наличие многих фундаментальных (в указанном смысле) наук.

В реальной истории естественных наук на фундаментальный статус претендовали (даже лучше сказать не претендовали, а им реально обладали) физика, химия, биология. Это означает, что основные положения этих наук оправдывались ссылкой на опыт и ниоткуда не могли быть выведены. Явно упрощая реальную историю науки, можно сказать, что первой лишилась фундаментального статуса химия. На сегодня основные особенности химии объясняются на базе квантовой физики. То, что в XIX в. рассматривалось как сугубо специфическая особенность химии (особая сила «химического сродства», валентность, периодический закон Менделеева), сегодня получает точное квантово-ме- ханическое обоснование, если угодно, выводится из квантовой физики.

Резюмировать изложенное можно так: химия лишилась фундаментального статуса (разумеется, только в указанном здесь смысле), но приобрела глубокое теоретическое обоснование. В этом смысле можно сказать, что физика обречена на фундаментальный статус. Даже если допустить, что в будущем появится некая наука, из которой можно будет теоретически вывести современную физику, то эта гипотетическая наука и будет называться новой физикой.

Следует заметить, что изложенное здесь решение вопроса о статусе химии является дискуссионным, хотя возражения, на наш взгляд, не носят достаточно убедительного характера.

Явно сложнее обстоит дело со статусом биологии. На сегодня судьба биологии становится похожей на судьбу химии. В XX в. произошли радикальные сдвиги в биологии: открытие двойной спирали ДНК, создание молекулярной генетики, развитие неравновесной термодинамики и синергетики -- все это позволяет не просто говорить о важнейших жизненных феноменах на языке простого описания, а раскрывать их глубокую физико-химическую основу. Тем не менее вопрос о фундаментальности биологии на сегодня не может считаться решенным на уровне, сопоставимом с химией. Грубо говоря, признание фундаментальности биологии означает признание особого класса биологических законов, в принципе не могущих быть объясненными на базе физико-химических законов. На наш взгляд, признание таких (их иногда называют биотоническими) законов представляется не очень вероятным.

Подытоживая изложенное, можно сказать, что физика обладает особой фундаментальностью, которую можно назвать эпистемологической. Следует, правда, отметить одну экзотическую возможность: признать тезис монофундаментальности и наделить такой фундаментальностью не физику, а некую другую дисциплину. Скажем, можно настаивать на тех или иных вариантах организмических концепций и приписывать монофундаментальный статус биологии. Можно утверждать, что основные особенности любых наук могут быть выведены из неких философских установок. Все такие построения, конечно, возможны, но они явно находятся за пределами науки.

2) Натурфилософская картина мира

картина мир теория относительность

Натурфилософия (от лат. natuга -- природа), философия природы, умозрительное истолкование природы, рассматриваемой в её целостности. Границы между естествознанием и Н., её место в философии исторически менялись. Наиболее значительную роль Н. играла в древности. Фактически Н. явилась первой исторической формой философии. Древнегреческие натурфилософы выдвинули ряд гипотез, сыгравших значительную роль в истории науки: к ним прежде всего относится атомистическая гипотеза (см. Атомизм). В дальнейшем Н. обычно именовалась физикой или физиологией, т. е. учением о природе. Само понятие "Н." (philosophia naturalis) восходит к стоицизму (Сенека).

В средние века, когда философия обосновывала геоцентрические представления, Н. почти исчезает с философского горизонта: отдельные элементы античной Н. были приспособлены к креационистским представлениям христианской, мусульманской и иудейской теологии.

Рост интереса к природе в философии эпохи Возрождения нашёл выражение в новом расцвете Н., связанной с именами Дж. Бруно, Б. Телезио, Дж. Кампанеллы, Дж. Кардано, Парацельса, Ф. Патрици. Н. эпохи Возрождения развивалась на основе пантеизма и гилозоизма. Особенно широко использовался принцип тождества микро и макрокосмоса. Натурфилософия Возрождения выдвинула принцип целостного рассмотрения природы и ряд глубоких диалектических положений (например, учение о борьбе противоположных начал как источнике изменения), однако понимание природы в целом носило во многом фантастический характер, включая астрологические и алхимические представления. Страстное стремление к овладению силами природы породило увлечение магией, каббалистикой и пифагорейской мистикой чисел.

В 17--18 вв., в эпоху бурного прогресса механистического естествознания, когда возобладали аналитические методы и метафизический способ рассмотрения природы, Н. отступает на второй план. В немецкой классической философии Н. снова выдвигается в качестве одной из основных философских дисциплин, особенно у Ф. В. Шеллинга, пытавшегося на основе объективного идеализма обобщить достижения современного ему естествознания. Шеллинг выдвинул диалектические идеи о полярности как принципе дифференциации первоначального единства природы и о том, что высшие формы представляют собой как бы возведение в степень более низших. Шеллингову Н. развивали Л. Окен (Германия), Д. М. Велланский (Россия), а также некоторые естествоиспытатели (физик Х. К. Эрстед,геолог Х. Стеффенс, биологи Г. Тревиранус и Г. Карус, психолог Г. Шуберт и др.).

Маркс и Энгельс высоко оценивали значение "старой натурфилософии", однако показали её историческую ограниченность. Характеризуя Н., Энгельс писал, что она "... заменяла неизвестные еще ей действительные связи явлений идеальными, фантастическими связями и замещала недостающие факты вымыслами, пополняя действительные проблемы лишь в воображении. При этом ею были высказаны многие гениальные мысли ипредугаданы многие позднейшие открытия, но не мало также было наговорено и вздора. Иначе тогда и быть не могло. Теперь же, когда нам достаточно взглянуть на результаты изучения природы диалектически, то есть с точки зрения их собственной связи,... натурфилософии пришел конец" (Маркс К. и Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 21, с. 304--05). Попытки возрождения Н. были предприняты в конце 19 -- начале 20 вв. В. Оствальдом, Х. Дришем, Т. Липпсом и др., пытавшимися преодолеть с помощью Н. кризис новейшего естествознания. Элементы идеалистической Н. существуют в теории эмерджентной эволюции и в философии А. Уайтхеда.

Диалектический материализм, исходя из ленинского разграничения философского понятия материи и естественнонаучного её исследования, исключает возможность существования Н. как особой философской дисциплины, возвышающейся над естественными науками и директивной по отношению к ним.

3) Особенности механистической картины мира

Физическая картина мира создается благодаря фундаментальным экспериментальным исследованиям, на которых основываются теории, объясняющие факты и углубляющие наше понимание природы. XX в. стал веком коренной смены парадигм научного мышления и радикального изменения естественно-научной картины мира.

Вплоть до нашего столетия в науке господствовала возникшая в Новое время ньютоновско-картезианская парадигма - система мышления, основанная на идеях Ньютона и Декарта. Последнему принадлежала идея принципиальной двойственности

реальности: материя и ум (сознание) являются различными, независимыми, параллельными субстанциями или мирами. Другими словами, мир существует независимо от воли людей. Поэтому материальный мир можно описать объективно, не включая в описание человека-наблюдателя с его специфической позицией, его субъективностью. Таким образом, идея строго объективной науки вытекает из декартовских онтологических построений (онтология - теория бытия).

Данное разделение позволило ученым рассматривать материю как нечто неживое и полностью отдельное от них самих, а материальный мир - как огромный и сложный агрегат, состоящий из множества различных частей. Эти идеи оказали огромное влияние на развитие общества и в наше время еще полностью не изжиты. Это проявляется в том, что такое разделение отражает наш взгляд на "внешний" мир, который мы воспринимаем как множество отдельных вещей и событий. К природной среде относятся так, как если бы она состояла из независимых частей, используемых группами людей с различными интересами. Это разделение распространяется и на общество, которое мы делим на нации, расы, религиозные и политические группировки. По-видимому, это одна из основных причин ряда социальных, экологических и культурных кризисов современности. Такое разделение настраивает нас против природы и других людей, порождает несправедливое разделение природных богатств, повинно в возникновении экономических и политических беспорядков, ведет к непрерывному росту насилия, загрязнению окружающей среды и т.д.

Картезианское разделение и механистическое мировоззрение в свое время оказали благотворное влияние на развитие классиче- ской механики, но они во многом отрицательно воздействовали на нашу цивилизацию. Современная наука пытается преодолеть ограниченность этого разделения и возвращается к идее единства, которая высказывалась еще древними философами Греции и Востока. Ее суть состоит в том, что все чувственно воспринимаемые предметы и явления есть различные взаимосвязанные аспекты единой реальности, поэтому изучать явления природы необходимо в их совокупности и взаимодействии. Только при этом условии мы можем представить картину мировых процессов, верно отражающую реальное положение вещей.

Наше стремление разделить мир на отдельные самостоятельные вещи - это всего лишь иллюзия, которая порождена нашим оценивающим и анализирующим сознанием. Ряд фактов говорит о том, что современную цивилизацию ожидают качественные перемены. Существует множество примеров - предупреждений, что возможности порядка, существующего тысячелетия, уже исчерпаны. В настоящее время людям нужны новые знания и новое мировоззрение. Этому способствует современная естественно-научная картина мира.

В своем развитии физика прошла длинный путь: от первых шагов, которые начинались в лоне древнегреческой философии две с половиной тысячи лет назад, до современных представлений о мире. Однако основные открытия были сделаны в последние 300 лет. Мы остановимся лишь на трех наиболее крупных этапах развития: XVII - середина XIX вв., середина XIX в. - 1930 г. и период с 1885 по 1905 гг. Именно в это время были сформулированы представления об окружающем мире, которые теперь называют механической (механистической) и электромагнитной картинами мира. Коротко рассмотрим период, когда произошла коренная ломка представлений о мире, который, по определению В. Ленина, называют "новейшей революцией в естествознании", для того, чтобы показать, что в развитии науки неизбежны смены концепций или парадигмы развития.

Становление механической картины мира связывают с именами Г. Галилея, И. Кеплера, и особенно И.Ньютона. Формирование механической картины мира потребовало нескольких столетий; практически оно завершилось лишь в середине XIX в. Механическая картина мира возникла на основе классической механики, обобщении законов движения свободно падающих тел и движения планет, а также создания методов количественного анализа механического движения в целом. Эту картину следует рассматривать как важную ступень в познании человеком окружающего мира.

Рассмотрим основные ее черты. Основу механической картины мира составляет идея атомизма, т.е. все тела (твердые, жидкие, газообразные) состоят из атомов и молекул, находящихся в непрекращающемся тепловом движении. Взаимодействие тел происходит как при их непосредственном контакте (трение, силы упругости), так и на расстоянии (силы тяготения). Все пространство заполняет всепроникающий эфир - среда, в которой распространяется свет. Атомы рассматриваются как некие цельные, неделимые "кирпичики"; сцепляясь друг с другом, они образуют молекулы и в конечном счете все тела. Природа этого сцепления не исследовалась, не было понимания сущности эфира.

Эта картина мира основана на четырех принципиальных моментах.

1. Мир в этой картине построен на едином фундаменте - на законах механики Ньютона. Все наблюдаемые превращения в природе, а также тепловые явления сводились на уровне микроявлений к механике атомов и молекул - их перемещениям, столкновениям, сцеплениям, разъединениям. Открытие закона сохранения и превращения энергии, казалось, окончательно доказывало механическое единство мира - все виды энергии можно свести к энергии механического движения.

С такой точки зрения мир выглядел стройной гигантской машиной, построенной по законам механики и по тем же законам функционирующей. В это время развернулись исследования электрических и магнитных явлений, которые сначала не подрывали, а лишь только усложняли и дополняли механическую картину мира. Например, под этим углом зрения рассматривалось внешнее сходство закона Кулона с законом всемирного тяготения.

2. Механическая картина мира исходила из представлений, что микромир аналогичен макромиру.

Механика макромира была хорошо изучена; считалось, что точно такая же механика описывает движение атомов и молекул. Как движутся и сталкиваются обычные тела, точно так же движутся и сталкиваются атомы. Также считалось, что и неживая, и живая материя "сконструированы" из одних и тех же "механических деталей", различающихся только размерами. Как человек конструирует разные механизмы из относительно крупных деталей, так и

Бог конструирует живые объекты, используя более мелкие детали. Но в основе мира одни и те же "механические детали". Таким образом, механическое мировоззрение видело в малом то же, что и в большом, но лишь в меньших размерах. Это порождало представление о мире, похожем на вставленных одна в другую матрешек.

3. В механической картине мира отсутствует развитие, т.е. мир считался в целом таким, каким он был всегда. Ф. Энгельс отмечал, что для данной психологии было характерно мировоззрение, центром которого являлось представление об абсолютной неизменности природы. Ведь все наблюдаемые процессы и превращения сводились только к механическим перемещениям и столкновениям атомов. Поэтому в биологии данного периода господствовала концепция преформизма, согласно которой в яйцеклетке любого живого существа уже содержится в миниатюре будущий взрослый организм; в зародышах заключены свои зародыши и т.д. (матрешечная теория). Таким образом, механическая картина фактически отвергала качественные изменения, сводя их к чисто количественным. И в этом виделся залог незыблемости природы.

4. В механической картине мира все причинно-следственные связи - однозначные, здесь господствует лапласовский детерминизм, согласно которому, если известны начальные данные системы, то можно точно предсказать ее будущее. В результате мир функционирует с точностью отлаженного часового механизма: огромный космический механизм подчинен законам классической механики, которые и управляют движением всей Вселенной. Хотя в середине XIX в. Д. Максвелл, а затем Л. Больцман, ввели в физику вероятность, но ученые это не считали принципиальным, полагая, что использование вероятностей связано лишь с нашим незнанием всех деталей сложного механизма природы.

Данная парадигма господствовала в естествознании до середины второй половины XIX в. По своей сути эта картина мира является метафизической, поскольку в ней отсутствуют внутренние противоречия и качественное развитие, все происходящее в мире жестко предопределено, а все разнообразие мира сведено к механике. В механической картине мира понимание сводится к построению механической модели: если я могу представить такую модель - я понимаю, если не могу - значит, не понимаю его.

Рационально-механический образ этого мира демонстрирует нам мир как единый и единственный: мир твердой материи, который подчинен жестким однозначным законам. Сам по себе он лишен духа и свободы. Жизнь и разум в механической картине мира не обладают никакой качественной спецификой. Такая действительность не несет в себе никакой необходимости появления человека и сознания. Человек в этом мире - ошибка, курьезный случай, побочный продукт звездной эволюции. Полагая человека случайностью, механистическая наука не интересуется его судьбой, его целями и ценностями, которые выглядят смешными в грандиозной машине Вселенной, похожий на огромный полностью детерминированный часовой механизм, в котором действует непрерывная цепь взаимосвязанных причин и следствий.

4) Электромагнитная картина мира

Электромагнитная картина мира начала формироваться во второй половине XIX в. на основе исследований в области электромагнетизма. Основную роль здесь сыграли исследования М. Фарадея и Д. Максвелла, которые ввели понятие физического поля. В процессе формирования этого понятия на смену механической модели эфира пришла электромагнитная модель: электрическое, магнитное и электромагнитные поля трактовались первоначально как разные "состояния" эфира. Впоследствии необходимость в эфире отпала. Пришло понимание того, что электромагнитное поле само есть определенный вид материи и для его распространения не требуется какая-то особая среда-эфир.

Электромагнитная картина мира продолжала формироваться в течение трех десятилетий XX в. Она использовала не только учение о магнетизме и достижения атомистики, но также и некоторые идеи современной физики (теории относительности и квантовой механики). После того как объектом изучения физики наряду с веществом стали разнообразные поля, картина мира приобрела более сложный характер, но все равно это была картина классической физики.

Основные ее черты следующие. Согласно этой картине материя существует в двух видах - веществе и поле, между которыми имеется непроходимая грань: вещество не превращается в поле и наоборот. Известны два вида поля - электромагнитное и гравитационное, соответственно - два вида фундаментальных взаимодействий. Поля, в отличие от вещества, непрерывно распределяются в пространстве. Электромагнитное взаимодействие объясняет не только электрические и магнитные явления, но и другие - оптические, химические, тепловые. Теперь все стремятся свести к электромагнетизму. Вне сферы господства электромагнетизма остается лишь тяготение.

В качестве элементарных "кирпичиков", из которых состоит вся материя, рассматриваются три частицы - электрон, протон и фотон. Фотоны - кванты электромагнитного поля. Корпускулярно- волновой дуализм "примиряет" волновую природу поля с корпускулярной, т.е. при рассмотрении электромагнитного поля используются, наряду с волновыми, и корпускулярные (фотонные) представления. Элементарные "кирпичики" вещества - электроны и протоны. Вещество состоит из молекул, молекулы из атомов, атом имеет массивное ядро и электронную оболочку. Ядро состоит из протонов. Силы, действующие в веществе, сводились к электромагнитным. Эти силы отвечают за межмолекулярные связи и связи между атомами в молекуле; они удерживают электроны атомной оболочки вблизи ядра; они же обеспечивают прочность атомного ядра (что оказалось неверным). Электрон и протон - стабильные частицы, поэтому атомы и их ядра тоже стабильны. Картина, на первый взгляд, выглядела безупречно. Но в эти рамки не вписывались такие, как считалось тогда, "мелочи", например, радиоактивность и др. Скоро выяснилось, что эти "мелочи" являются принципиальными. Именно они и привели к "краху" электромагнитной картины мира.

Электромагнитная картина мира представляла огромный шаг вперед в познании мира. Многие ее детали сохранились и в современной естественно-научной картине: понятие физического поля, электромагнитная природа сил, отвечающих за различные явления в веществе (но не в самих атомах), ядерная модель атома, дуализм (двойственность) корпускулярных и волновых свойств материи и др. Но и в этой картине мира также господствуют однозначные причинно-следственные связи, все таким же образом жестко предопределено. Вероятностные физические закономерности не признаются фундаментальными и поэтому не включаются и в нее. Эти вероятности относили к коллективам молекул, а сами молекулы все равно следовали однозначным ньютоновским законам. Не менялись представления о месте и роли человека во Вселенной. Таким образом, и для электромагнитной картины мира также характерна метафизичность мышления, где все четко разграничено, внутренние противоречия отсутствуют.

5) Квантово-релятивистская картина мира.

Формированию квантово-полевой картины мира предшествовало становление релятивистской картины мира, основанной на общей и специальной теории относительности.

Появление релятивистской картины мира тесно связано с отрицательным опытом Майкельсона-Морли по обнаружению эфира. Вплоть до конца XIX в. эфир трактовался как непрерывная механическая среда, заполняющая все пространство. Возмущения этой среды рассматривались как электромагнитное поле. С эфиром ассоциировалось понятие выделенной системы отсчета, тесно связанной с ньютоновским понятием абсолютного пространства.

Опыт Майкельсона-Морли не подтвердил концепцию эфира, что привело к появлению и утверждению теории относительности, в рамках которой формируются представления о пространстве и времени как о едином четырехмерном пространственно-временном континууме. В специальной теории относительности конкретные свойства пространства и времени (наблюдаемые расстояния и промежутки времени) зависят от выбора инерциальной системы отсчета, а в общей теории относительности - и от распределения масс вещества. Подробно с теорией относительности А. Эйнштейна вы можете ознакомиться в соответствующих разделах литературы, указанной в конце данного раздела, а также в книге П.С. Кудрявцева «Курс истории физики»[8].

Основные результаты специальной теории относительности следующие:

- всякое движение может описываться только по отношению к другим телам, которые могут приниматься за системы отсчета, связанные 

с определенной системой координат;

- пространство и время тесно взаимосвязаны друг с другом ибо только совместно они определяют положение движущегося тела. Именно поэтому время в теории относительности выступает как четвертая координата для описания движения, хотя и отличная от пространственных координат;

- специальная теория относительности показала, что ковариантность, или одинаковость формы, законов механики для всех инерциальных, или галилеевых, систем отсчета сохраняет свою силу и для законов электродинамики, но только для этого вместо преобразований Галилея используются преобразования Лоренца;

- при обобщении принципа относительности и распространении его на электромагнитные процессы постулируется постоянство скорости света, которое никак не учитывается в механике[9].

Общая теория относительности отказывается от такого ограничения, так же как и от требования рассматривать лишь инерциальные системы отсчета, как это делает специальная теория. Благодаря такому глубокому обобщению она приходит к выводу - все системы отсчета являются равноценными для описания законов природы.

С философской точки зрения наиболее значительным результатом общей теории относительности является установление зависимости пространственно-временных свойств окружающего мира от расположения и движения тяготеющих масс.

Квантовая механика сформировалась при изучении свойств объектов микромира - атомов и составляющих его частиц. Попытки ученых описать и объяснить свойства микрочастиц материи с помощью понятий и принципов классической физики оказались несостоятельны. Поиски новых понятий и методов привели к возникновению новой механики, которая изначально получила название волновой, в противоположность обычной механике, рассматривающей физические объекты как состоящие из корпускул. Позже с введением М. Планком понятия кванта и сознанием Н. Бором квантовой модели атома за механикой микрообъектов утвердилось название квантовой. Ее становление обусловлено целым рядом научных открытий, произошедших на рубеже XIX-ХХ вв., и заложивших основы исследования микромира.

Ссылаясь на учебное пособие В.П. Кохановского[10], приведем краткую хронологию становления основных идей новой картины мира.

В 1896 г. французский физик А. Беккерель (1852-1908) открыл явление самопроизвольного излучения урановой соли, природа которого не была понята. В поисках элементов, испускающих подобные «беккерелевы лучи», Пьер Кюри (1859-1906) и Мария Склодовская-Кюри (1867-1934) в 1898 г. открывают полоний и радий, а само явление называют радиоактивностью.

В 1897 г. английский физик Дж. Томсон (1856-1940) открывает составную часть атома - электрон, создает первую, но очень недолго просуществовавшую модель атома.

В 1900 г. немецкий физик М. Планк (1858-1947) предложил новый (совершенно не отвечающий классическим представлениям) подход: рассматривать энергию электромагнитного излучения величину дискретную, которая может передаваться только отдельными, хотя и очень небольшими порциями - квантами. На основе этой гениальной догадки ученый не только получил уравнение теплового излучения, но она легла в основу квантовой теории.

Английский физик Э. Резерфорд (1871-1937) экспериментально устанавливает, что атомы имеют ядро, в котором сосредоточена вся их масса, а в1911 г. создает планетарную модель строения атома, согласно которой электроны движутся вокруг неподвижного ядра и в соответствии с законамиклассической электродинамики непрерывно излучают электромагнитную энергию. Но ему не удается объяснить, почему электроны, двигаясь вокруг ядра по кольцевым орбитам и непрерывно испытывая ускорение, следовательно, излучая все время кинетическую энергию, не приближаются к ядру и не падают на его поверхность.

Датский физик Нильс Бор (1885-1962), исходя из модели Резерфорда и модифицируя ее, ввел постулаты (постулаты Бора), утверждающие, что в атомах имеются стационарные орбиты, при движении по которым электроны не излучают энергии. Излучение энергии происходит только в тех случаях, когда электроны переходят с одной стационарной орбиты на другую. Постулаты Бора легли в основу квантовой модели атома. 

Она получила название модели Резерфорда-Бора.

В 1924 г. французский физик Луи де Бройль (1892-1987) выдвинул идею о двойственной, корпускулярно-волновой природе не только электромагнитного излучения, но и других микрочастиц. В 1925 г. швейцарский физик-теоретик В. Паули (1900-1958) сформулировал принцип запрета: ни в атоме, ни в молекуле не может быть двух электронов, находящихся в одинаковом состоянии.

В 1926 г. австрийский физик-теоретик Э. Шредингер (1887-1961) вывел основное уравнение волновой механики, а в 1927 г. немецкий физик В. Гейзенберг (1901-1976) - принцип неопределенности, утверждавший, что значения координат и импульсов микрочастиц не могут быть названы одновременно и с высокой степенью точности.

В 1929 г. английский физик П. Дирак (1902-1984) заложил основы квантовой электродинамики и квантовой теории гравитации, разработал релятивистскую теорию движения электрона, на основе которой предсказал (1931) существование позитрона - первой античастицы. Античастицами назвали частицы, подобные своему двойнику, но отличающиеся от него электрическим зарядом, магнитным моментом и др. В 1932 г. американский физик К. Андерсон (р. 1905) открыл позитрон в космических лучах.

В 1934 г. французские физики Ирен (1897-1956) и Фридерик Жолио-Кюри (1900-1958) открыли искусственную радиоактивность, а в 1932 г. английский физик Дж. Чедвик (1891-1974) - нейтрон.

Квантовая механика одна из самых интересных областей физического знания. Подробнее ознакомиться со спецификой построения квантово-механической картины мира и основными ее положениями вы можете в приведенной в конце раздела литературе. Наиболее доступно и наглядно материал по данной картине мира изложен в учебниках Г. И. Рузавина и В.А. Канке.

В современной физике квантовые и релятивистские представления синтезированы в единую картину мира, что позволяет говорить о квантово-релятивистской картине мира. В ней, точнее в квантовой теории поля, где объединены квантовые и релятивистские представления, фундаментальными абстракциями являются понятия частиц и полей, переносчиков взаимодействий. В соответствии с квантово-полевой картиной мира любой микрообъект, обладая волновыми и корпускулярными свойствами, не имеет определенной траектории движения и не может иметь определенных координат и импульса. В квантовой механике в отличие от классической физики поведение каждой микрочастицы подчиняется не динамическим, а статистическим законам. В рамках новой физической картины кардинально меняется и представление о движении, которое становится частным случаем фундаментальных физических взаимодействий: гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого. Утверждаются представления об относительности пространства и времени, их зависимости от материи. Согласно теории относительности пространство и время образуют единый четырехмерный пространственно-временной континуум, не существующий вне материальных тел.

Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они всегда выступают в вероятностной форме в виде статистических законов, которые способствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей.

Квантово-релятивистская картина мира ставит перед учеными целый ряд проблем философского характера.

Одной из важнейших философских проблем современной физики является проблема онтологического статуса объектов микромира, рассматриваемых в теории. Частицы и поля, возникающие в теории, предполагаются существующими в природе, однако, очевидным это существование не является. В качестве примера рассмотрим виртуальные частицы.

В теории взаимодействия частиц в рамках квантово-релятивистской картины мира взаимодействие представляется как обмен промежуточными - виртуальными частицами.

Виртуальные частицы - это теоретические объекты в современной квантовой теории поля, наделенные всеми характеристиками, что и реальные частицы, но не удовлетворяющие некоторым существенным условиям и ограничениям, накладываемым на характеристики реальных частиц. Виртуальные частицы характеризуются «мерцающим» бытием. Они не существуют таким же образом, как обычные частицы, и никогда не наблюдаются актуально. С точки зрения философии их адекватное понимание может быть достигнуто посредством концепции многомодусного бытия, в рамках которой объекты можно рассматривать сущими на двух модусах бытия - потенциальном и актуальном. При таком подходе виртуальные частицы необходимо исследовать как объекты, существование которых отнесено только к модусу потенциального бытия. Они никогда не наблюдаются как реальные, действительные объекты, выступая лишь на мгновение из потенциальности, никогда не актуализируясь полностью[11].

Другой философской проблемой квантово-релятивистской картины мира является такая фундаментальная проблема научного познания, каквзаимодействие изучаемого объекта и субъекта, микромира и макроприбора, с помощью которого проходит исследование этого мира. Эта проблема имеет глубокий философский характер и связана с проблемой воздействия исследователя на изучаемые им объекты в процессе наблюдения посредством приборов.

Классическая физика тоже признавала, что приборы наблюдения и измерения оказывают свое возмущающее влияние на изучаемые процессы, но оно было там настолько незначительным, что им можно было пренебречь. В квантовой физике положение совсем иное - приборы и измерительные устройства, используемые для изучения микрообъектов, являются макрообъектами, соответственно они вносят такие возмущения в движения микрочастиц, что в результате их будущие состояния нельзя определить вполне точно и достоверно. Отсюда вытекает принцип дополнительности, означающий, что квантовые явления относительны к средствам их наблюдения. Данные, полученные при разных условиях опыта, должны рассматриваться как взаимодополнительные.

Не наглядность квантовых явлений, их аналитико-символическое изображение обусловливает философскую проблему объектного описания реальности микромира.

Отсутствие наглядности квантовых явлений имеет две трактовки. Первая связана с проблемой независимости микрореальности или ее описания от сознания наблюдателя. Вопрос ставится так: что описывает квантовая механика - микромир или микромир плюс сознание наблюдателя?[12] Данный вопрос ставили многие физики, стоявшие у истоков квантовой теории (Э. Шредингер, Ю. Вигнер и др.). Большая часть физиков к возможности включения сознания наблюдателя в измерительную процедуру относится критически, отвергая саму эту возможность. При этом ученые ссылаются на возможность замены наблюдателя компьютером, в случае чего речь вообще не может вестись о чьем-либо сознании.

Вторая трактовка связана с тем, что квантовая механика в отличие от классической не открывает явления, которые существуют до любого акта измерения или описания. Эти явления создаются в процессе измерения и квантовая механика только их и описывает, не «добираясь» до самой реальности. Как отмечает доктор философских наук Е.А. Мамчур[13], сложно дать однозначную трактовку отсутствия объектного описания в квантовой механике. Многие свойства микрообъектов, и такие, как спин, заряд, масса не зависят от макроприборов, и, следовательно, характеризуют объект сам по себе. Действительно зависят от прибора такие свойства микрообъекта, как его положение в пространстве и импульс.

Следующая философская проблема квантовой механики - проблема объективности как адекватности квантовой теории[14].

Объективность теории означает ее относительную истинность. Если объективность в науке перестает достигаться, то начинает проявляться релятивизм[15] или плюрализм, который приветствуются критиками классической рациональности, характеризующими его как основную черту новой неклассической рациональности.

Квантовая теория объективна в той же мере, как и классическая физика. И в той, и в другой физической теории делается поправка на ее историческую ограниченность и относительность, обусловленные уровнем существующей системы знаний, экспериментальными возможностями данного периода развития науки. Таким образом, достигается относительная истинность теорий.

В настоящее время не существует ни одного экспериментального факта, который противоречил бы квантовой механике. Эта теория находится в полном согласии со всеми имеющимися в наличии экспериментальными данными. В классической и неклассической физике различны лишь методы достижения объективности знания. Так, в отличие от классической физики, где для получения информации об объекте достаточно экспериментальной установки одного типа, для получения информации о микрообъекте необходимо использование двух типов экспериментальных установок: одна - для исследования волновых свойств микрообъекта, а другая - для исследования корпускулярных свойств. Эти приборы обеспечивают наблюдателя двумя типами взаимоисключающей информации, которые дополняют друг друга. Такие представления противоречат здравому смыслу с позиций классической механики, но с позиций квантовой механики в них зафиксировано пусть относительное, но истинное знание о микрореальности. Таким образом, в квантовой механике изменяются не каноны рациональности, а критерии, связанные с объектностью описания.

Фундаментальной задачей современной физики является создание единой теории всех взаимодействий и частиц. Создание такой теории базируется на трех основных физических идеях: калибровочной природе всех физических взаимодействий, лептонно-кварковом структурном уровне в строении вещества и спонтанном нарушении симметрии первичного вакуума[16]. Физики часто называют единую теорию всех взаимодействий -«теория всего».

Попытки создания подобной теории предпринимаются физиками-теоретиками с 1970-х гг. ХХ в. Так, на основе объединения электромагнитного, сильного и слабого взаимодействия делается попытка создания теории Великого объединения фундаментальных взаимодействий. 

Основаниями для такой теории служит то обстоятельство, что на малых расстояниях (10-29 см) и при большой энергии (более чем 1014 ГэВ) эти взаимодействия описываются одинаково. По мере понижения энергии Великое объединение сначала распадается на сильное и электрослабое взаимодействия. При дальнейшем уменьшении энергии электрослабое взаимодействие разделяется на электромагнитное и слабое. В настоящее время данная теория не нашла экспериментального подтверждения и разрабатывается теоретически.

В современной физике существует также теория, цель которой объединить все четыре фундаментальных взаимодействия. Эта теория строится на базе открытой в 1970-е гг. суперсимметрии и теории суперструн[17].

Размещено на Allbest.ru