ФОРМИРОВАНИЕ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ МИРА

<

112014 2036 1 ФОРМИРОВАНИЕ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ МИРАЕстествознание как система научных знаний о природе, обществе и мышлении взятых в их взаимной связи, как единое целое, представляет собой весьма сложное явление, обладающее различными сторонами и связями, чем обусловлено его место в общественной жизни, как неотъемлемой части духовной культуры человечества.

Естествознание как система научных знаний имеет: предмет и цели, то есть естественнонаучная и гуманитарные культуры, их материальные носители, взаимосвязи, внутренняя структура и генезис. При этом изучению подвергаются не только явления и закономерности общего характера, но и специфические, касающиеся отдельных сторон знания: закономерности и особенности развития. С учетом специфики предмета Естествознания, это: а) обусловленность практикой; б) относительная самостоятельность; в) преемственность в развитии идей и принципов; г) постепенность развития; д) взаимодействие наук и взаимосвязанность всех отраслей естествознания; е) противоречивость в развитии; методы: выделяют: а) эмпирическую строну естествознания; б) теоретическую строну естествознания; в) прикладную сторону естествознания.

В мировоззренческом плане, естествознание как система научных знаний играет фундаментальную роль и состояние естествознания в конкретно исторический период определяет доминирующую систему взглядов в обществе на природу, в широком смысле слова, и методы ее познания. Знания можно разделить на отрасли, в каждой из которых выделить конкретные направления познания, так познания человечества по отраслям подразделяются на:

  • естественные (физика, химия, биология и т.д.)
  • технические (машиностроительные, архитектурные, микроэлектроника и т.д.)
  • социальные и гуманитарные науки (культурологические знания, социологические, политологические и т.д.)

    Как видно из приведенной выше классификации познаний, знания в области физики, формируют блок естественных знаний человечества о природе и в силу этого играют решающую роль в формировании мировоззрения, с учетом конечно развития других отраслей знания, в совокупности формируя идеологическую надстройку общества, которая формирует «современное» видение картины мира.

    Изучение становления и развития современной физической картины мира имеет не только мировоззренческое значение, но позновательное, а синтез современных концепций физической картины мироздания, закладывает базис для качественных шагов в познании.

    Естествознание, возникшее в ходе научной революции XVI – XVII вв., долгое время было связано с развитием физики. Физика была и остается сегодня наиболее развитой и систематизированной наукой, поэтому она во многом оказала влияние на общее мировоззрение европейской цивилизации, начиная с Нового времени. Создание химической и биологической картин мира произошло лишь в ХХ веке.

    Физическая картина мира, с одной стороны, обобщает все ранее полученные знания о природе, а с другой, вводит в физику новые философские идеи. Длительное время картина мира остается неизменной, но в результате научной революции, ведущей к смене парадигмы, заменяется новой.

    Ключевым в физической картине мира является понятие о материи. Это основная парадигма физики. Смена физической картины мира связана со сменой представлений о материи. В истории физики это происходило два раза. Сначала был совершен переход от атомистических (корпускулярных) представлений о материи к полевым (континуальным), а затем, в ХХ веке, континуальные представления были заменены современными квантовыми.

    Первая — механическая картина мира сложилась в физике в результате научной революции XVI-XVII вв. на основе исследований Г. Галилея, П. Гассенди, Р. Декарта, И. Ньютона.

    Основу механической картины мира составил атомизм, который весь мир, включая человека, представлял как совокупность огромного числа атомов, перемещающихся в пространстве и времени.

    Ключевым понятием механической картины мира было понятие движения, поэтому Ньютон считал законы движения фундаментальными законами мироздания. Решая проблему взаимодействия тел, Ньютон предложил принцип дальнодействия, согласно которому взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии без материальных посредников. Ньютоном была также предложена концепция абсолютного пространства и времени, т. е. существующих независимо от материи.

    На основе механической картины мира в XVIII – начале XIX вв. была разработана земная, небесная и молекулярная механика. Это способствовало быстрому развитию техники. Все это привело к абсолютизации механической картины мира и дальнейшему ее кризису. Попытка распространения методов и законов механики на область тепловых явлений, электричество, магнетизм, жизнь, разум потерпели неудачу и привели к дальнейшей смене физической картины мира.

    В 1897 г. был открыт электрон, его заряд оказался элементарным, т.е. самым наименьшим, существующим в природе в свободном состоянии. Заряд любого тела равен целому числу элементарных зарядов, следовательно, электрический заряд дискретен.

    Становление электромагнитной картины мира было связано с открытиями М. Фарадея. Изучая электрические и магнитные явления, Фарадей пришел к идее замены корпускулярных представлений о материи континуальными (непрерывными). Он сделал вывод, что электромагнитное поле бесконечно и непрерывно, с точечными центрами электрических зарядов и волновыми движениями в нем. Движение понималось как распространение колебаний в поле, которое подчинялось законами термодинамики.

    Пространство и время перестали быть самостоятельными и независимыми от материи. Изменился взгляд на проблему взаимодействия. Концепция дальнодействия Ньютона была заменена принципом близкодействия Фарадея, в соответствии с которым любые взаимодействия передаются полем непрерывно и с конечной скоростью.

    Новая электромагнитная картина мира объяснила большой круг явлений, но вскоре в физике стали возникать проблемы с объяснением новых открытий: фотоэффекта, линейности спектра атомов, теории теплового излучения, радиоактивности. Появившиеся учения о строении атома противоречили электромагнитной картине мира. Все это привело в начале ХХ века к замене электромагнитной картины мира современной физической.

    В начале ХХ века в физике возникли два взаимоисключающих представления о материи: 1) либо материя абсолютно непрерывна, 2) либо она состоит из дискретных частиц.

    <

    В 1900 г. М. Планк предложил квантовую гипотезу (лат. quantitus — количество): электромагнитное излучение испускается отдельными порциями — квантами, величина которых пропорционально частоте излучения. Им была введена новая фундаментальная физическая константа (квант действия) — постоянная Планка h = 6,6×10-34

    В 1905 г. А. Эйнштейн на основе квантовой гипотезы Планка выдвигает предложение, что свет, электромагнитное излучение оптического диапазона, не только излучается, но распространяется и поглощается квантами.
            В 1911 г. Э. Резерфорд предложил планетарную модель строения атома: в атоме имеется положительное ядро, в котором сосредоточена практически вся масса атома; число положительных зарядов ядра атома соответствует числу электронов, вращающихся вокруг ядра по круговым орбитам, и порядковому номеру элемента в таблице Д.И. Менделеева.

    В 1913г. Н. Бор сформулировал два постулата, отражающих суть его теории атома. Первый постулат: существуют стационарные состояния атома, находясь в которых он не излучает и не поглощает энергии, а электроны внешней электронной орбиты находятся на ближайшем от ядра атома расстоянии. Постулат второй: при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую происходит излучение или поглощение кванта энергии, равного разности энергий этих стационарных состояний.

    В 1924 г. Луи де Бройль высказал гипотезу о том, что каждой частице соответствует определенная волна, т. е. каждой частице материи присущи и свойства волны (непрерывность) и дискретность (квантовость). Вскоре эти представления нашли подтверждение в работах Э. Шредингера и В. Гейзенберга.

    Идеи Планка, Эйнштейна, Минковского, Бора, Гейзенберга, Шредингера, Дирака, Борна, обобщая результаты физических экспериментов, позволили создать совершенно новую физическую картину окружающего мира, основанную на квантово- полевых представлениях.

    Так сложились новые квантово-полевые представления о материи, которые определяются сейчас как квантово-волновой дуализм, т. е. наличие у каждого элемента материи свойств волны и частицы.

    2. ПРИНЦИПЫ, СУЩНОСТЬ И ОСОБЕННОСТИ ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ МИРА

     

    Современная физическая картина мира окончательно утвердила представления о пространстве и времени как о неразделимом с материей, едином, четырехмерном пространственно-временном континууме.

    Спецификой квантово-полевых представлений о материи является их вероятностный характер, что соответствует более глубокому уровню познания природных закономерностей.

    Современная физическая картина мира и в настоящее время находится в состоянии становления. С каждым годом к ней добавляются новые элементы, выдвигаются новые гипотезы и развиваются новые теории.

    Основу современной физической картины мира составляют квантовая механика, фундаментальные идеи о квантовании физических величин и корпускулярно-волновой дуализм.

    Квантово-полевая картина мира формируется на основе квантовой гипотезы М. Планка (1858– 1947), волновой механики Э.Шредингера (1887– 1961), квантовой механики В. Гейзенберга (1901– 1976), квантовой теории атома Н. Бора (1885– 1962) и т. д.

    Характерные особенности следующие. В рамках квантово-полевой картины мира сложились квантово-полевые представления о материи – материя обладает корпускулярными и волновыми свойствами, т. е. каждый элемент материи имеет свойства волны и частицы.

    Картина физической реальности в квантовой механике двупланова: с одной стороны, в нее входят характеристики исследуемого объекта; с другой стороны — условия наблюдения (метод познания), от которых зависит определенность этих характеристик.

    Движение — частный случай физического взаимодействия. Фундаментальные физические взаимодействия: сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное. Они описываются на основе принципа близкодействия: взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость передачи взаимодействия конечна и не превышает скорости света.

    Спецификой  квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они выступают в вероятностной форме, в виде статистических законов.

    При описании объектов используется два класса понятий: пространственно-временные и энергетически-импульсные. Первые дают кинематическую картину движения, вторые — динамическую (причинную).

    Пространство-время и причинность относительны и зависимы.

    Фундаментальные положения квантовой теории: принцип неопределенности и принцип дополнительности.

    В свете представленной квантово-полевой картины мира основные понятия получили новые обоснования.

    Материя. На уровне микромира деление материи на вещество и поле условно; материя обладает корпускулярными и волновыми свойствами, но проявляет их в зависимости от условий; дискретность и непрерывность материи находятся в диалектическом единстве.

    Движение. В мире микрообъектов движение не имеет определенной траектории, поскольку микрообъект, обладая волновыми и корпускулярными свойствами, не может иметь одновременно вполне определенных значений координаты и скорости (импульса).

    Пространство. Время. В квантово-полевой картине мира окончательно утверждаются представления об относительности пространства и времени, они перестают быть независимыми друг от друга и, согласно теории относительности, сливаются в единое четырехмерное пространство-время.

    Взаимодействие. Согласно данной физической картине мира различают четыре вида фундаментальных взаимодействий в природе: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Свойство элементарных частиц, которых в настоящее время насчитывается свыше 300, определяются в основном первыми тремя видами взаимодействий. Это силы гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого взаимодействий. Гравитационное взаимодействие является самым слабым из всех физических взаимодействий. Оно описывается законом тяготения И. Ньютона. В макромире оно тем сильнее, чем больше массы взаимодействующих тел. В микромире гравитационное взаимодействие теряется на фоне более мощных сил.

    Гравитационные взаимодействия обусловливают образование всех космических систем, а также концентрацию рассеянной материи звезд и галактик. Считается, что скорость распространения гравитационных волн равна скорости света в вакууме, но они еще достоверно не зарегистрированы приборами.

    Для гравитации не существует противоположной эквивалентной силы отталкивания- антигравитации. Все античастицы обладают положительными значениями массы и энергии.

    С точки зрения квантовой механики предполагается, что поле тяготения создается частицей гравитоном, хотя экспериментально она еще не найдена. Считается, что силы тяготения являются результатом постоянного обмена между телами гравитонами, которые переносят энергию и обладают всеми характеристиками, присущими материальным объектам.

    В общей теории относительности существует понимание гравитации как проявление кривизны пространства. Чем больше масса тела, тем большее искривление пространства создает поле тяготения.

    Электромагнитное взаимодействие обладает универсальным характером и существует между любыми телами. Проявляется в притяжении разноименных зарядов или отталкиванием одноименных.

    Благодаря электромагнитному взаимодействию возникают атомы, молекулы и макроскопические тела. Все химические реакции — это проявление электромагнитных взаимодействий, которые приводят к перераспределению химических связей между атомами и молекулами.

    Электричество и магнетизм — это силы одного и того же феномена. Электродинамика Д. Максвелла является законченной классической теорией электромагнетизма, сохраняющей свое значение и в наши дни.

    Электрический заряд проявляется в двух разновидностях: заряд электрона назван отрицательным, а заряд, которым обладают протон и позитрон — положительным. Взаимодействие положительных и отрицательных зарядов обеспечивается обменом фотонов. Во всех электромагнитных процессах выполняется закон сохранения заряда, импульса и энергии.

    Слабое взаимодействие — это фундаментальное физическое взаимодействие, существующее только в микромире. Оно способствует превращению одних частиц (фермионов) в другие. Примером такого взаимодействия является b-распад. В ходе этого процесса свободный нейтрон в среднем за 15 минут распадается на протон, электрон и антинейтрино.


     n0 ® p+ + e + n

     

    Распад вызван превращением внутри нейтрона кварка аромата d в кварк аромата u. Слабым зарядом обладают некоторые элементарные частицы из класса лептонов и кварков. Он образует три разновидности поля с обменными частицами (бозонами), имеющими значительную массу. Радиус его действия очень мал – 10– 15 см.

    В настоящее время предполагается, что существует единый фундаментальный заряд, определяющий одновременно слабое и электромагнитное взаимодействие.

    Сильное взаимодействие соединяет элементарные частицы — кварки и антикварки в адроны. Теория сильных взаимодействий находится в стадии становления. Исходным положением этой теории является существование трех условных типов цветовых зарядов кварков: красного, синего и зеленого, которые и определяют сильное взаимодействие.

    До открытия кварков и их цветового взаимодействия фундаментальным считалось ядерное взаимодействие, объединяющее протоны и нейтроны (барионы) в ядрах атомов. С открытием кваркового уровня вещества под сильным взаимодействием стали понимать цветовые взаимодействия между кварками. Таким образом, ядерные силы — это отголоски цветовых сил.

    В настоящее время делается попытка вывести универсальные механизмы всех фундаментальных физических взаимодействий. Объединение электромагнитного и слабого взаимодействия в единое элетрослабое взаимодействие стало первым успехом на этом пути. Существуют попытки создания теории Большого объединения на основе объединения электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий. Еще более грандиозна идея объединения всех типов фундаментального взаимодействия (гравитационного, электромагнитного, слабого, сильного) в теорию суперобъединения.

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ

     

    По современным данным в природе имеются четыре типа сил: гравитационные, электромагнитные, ядерные, и слабые взаимодействия. Про явления всех четырех типов сил встречаются по всей вселенной появлением квантовой физики произошло революционное изменение классических представлений о физической картине мира. Разделение материи на вещество, имеющее прерывное строение, и непрерывное поле потеряло абсолютный смысл. Все элементарные частицы обладают волновыми свойствами. Принципы квантовой теории являются совершенно общими, применимыми для описания движения всех частиц, взаимодействий между ними и их взаимно превращений. Это доказывает единство природы. Тем не менее неизвестно, почему существует так много разных элементарных частиц, почему они имеют те или иные характеристики. До сих пор их массы, заряды и др. определяются экспериментально. Не смотря на то, что все отчетливее видна связь между различными типами взаимодействий, саму физическую суть единства мира уловить пока еще не удалось. Человечеству еще придется много поработать, чтобы проникнуть в тайны мироздания

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

     

  1. Акимов О. С. Естествознание. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.
  2. Горелов А. А. Концепции современного естествознания. — М.: Центр, 2002.
  3. Горохов В.Г. Концепции современного естествознания. — М. : ИНФРА-М, 2000.
  4. Дубнищева Т.Я. и др. Современное естествознание. — М.: Маркетинг, 2003.
  5. Лаптин А.И. Основания современного естествознания: Модельный взгляд на физику, синергетику, химию. — М.: Вузовская книга, 2001
  6. Основные концепции современного естествознания. — М. : Аспект — Пр, 2001
  7. Пригожий И., Стенгерс И. Время, хаос, квант. М., 1994.
  8. Соломатин В.А. История и концепции современного естествознания. -Яросл., ДИА-пресс, 2000.
  9. Чайковский Ю.В. Элементы эволюционной диагностики. — М., 1999.
  10. Чебраков Б.Ю., Чебураков С.Ю. Концепции современного естествознания. Краснодар, 2003.
  11. Чумаковский Н.Н., Криворотов С.Б. и др. Основы общей экологии. Краснодар, 2002.

     

     

     

     

     

     

     


     

<

Комментирование закрыто.

MAXCACHE: 0.93MB/0.00130 sec

WordPress: 22.92MB | MySQL:124 | 1,320sec