logo
Касперович

Тема 5. Основы современной физической картины мира

Основные понятия:

физическая картина мира; механистическая картина мира; атомизм; движение; материя; принцип дальнодействия; детерминизм; электромагнитная картина мира; принцип близкодействия; теория относительности; квантовая механика; корпускулярно-волновой дуализм; элементарная частица; вещество; поле; физический вакуум; универсальные типы физического взаимодействия; четырехмерный пространственно-временной континуум; квантово-релятивистская картина мира; идея кварков; теория Великого объединения.

История науки свидетельствует, что естествознание, возникшее в ходе научной революции XVI–XVII веков, было связано долгое время с развитием физики. Именно физика была и остается сегодня наиболее развитой и систематизированной естественной наукой. Поэтому, когда возникло мировоззрение европейской цивилизации Нового времени, складывалась классическая картина мира, естественным было обращение к физике, ее концепциям и аргументам, во многом определившим эту картину. Степень разработанности физики была настолько велика, что она могла создать собственную физическую картину мира, в отличие от других естественных наук, которые лишь в XX веке смогли поставить перед собой эту задачу (создание химической и биологической картин мира). Поэтому, начиная разговор о конкретных достижениях естествознания, мы начнем его с физики, с картины мира, созданной этой наукой.

Понятие «физическая картина мира» употребляется давно, но лишь в последнее время оно стало рассматриваться не только как итог развития физического знания, но и как особый самостоятельный вид знания – самое общее теоретическое знание в физике (система понятий, принципов и гипотез), служащее исходной основой для построения теорий. Физическая картина мира:

Развитие самой физики непосредственно связано с физической картиной мира. При постоянном возрастании количества опытных данных картина мира весьма длительное время остается относительно неизменной. С изменением физической картины мира начинается новый этап в развитии физики с иной системой исходных понятий, принципов, гипотез и стиля мышления. Переход от одного этапа к другому знаменует качественный скачок, революцию в физике, состоящую в крушении старой картины мира и в появлении новой. В пределах данного этапа развитие физики идет эволюционным путем, без изменения основ картины мира. Оно состоит в реализации возможностей построения новых теорий, заложенных в данной картине мира. При этом она может эволюционировать, достраиваться, оставаясь в рамках определенных конкретно-физических представлений о мире.

Ключевым в физической картине мира служит понятие «материя», на которое выходят важнейшие проблемы физической науки. Поэтому смена физической картины мира связана со сменой представлений о материи. В истории физики это происходило два раза. Сначала был совершен переход от атомистических, корпускулярных (прерывных, дискретных) представлений о материи к континуальным (непрерывным). Затем, в XX веке, континуальные представления были заменены современными квантово-полевыми. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга физических картинах мира:

Механистическая картина мира складывается в результате научной революции конца XVI–начала XVII века, оформляется как целостное образование к ХVIII веку, и господствует на протяжении XIX века, на основе работ Г.Галилея и П.Гассенди, восстановивших атомизм древних философов, исследований Р.Декарта и обобщений И.Ньютона, завершивших построение новой картины мира, сформулировавших основные идеи, понятия и принципы.

Основу механистической картины мира составил атомизм, который весь мир, включая и человека, понимал как совокупность огромного числа неделимых частиц – атомов, перемещающихся в пространстве и времени.

Ключевым понятием механистической картины мира было понятие движения. Именно законы движения Ньютон считал фундаментальными законами мироздания. Тела обладают внутренним врожденным свойством двигаться равномерно и прямолинейно, а отклонения от этого движения связаны с действием на тело внешней силы (инерции). Таким образом, впервые МКМ дает научное обоснование понятию движения материи. Движение трактуется как вечное и естественное состояние тел, как основное их состояние, что прямо противоположно аристотелевским представлениям, в которых движение рассматривалось как привнесенное извне. Вместе с тем в классической механике абсолютизируется механическое движение (как перемещение тел в пространстве), к которому пытались свести все многообразие видов движения в природе.

Классическая физика выработала своеобразное понимание материи, сведя ее к вещественной, или весовой (массе). Масса является мерой инертности, при этом она остается неизменной при любых условиях движения и при любых скоростях. Универсальным свойством тел является тяготение.

Решая проблемы взаимодействия тел, Ньютон предложил принцип дальнодействия. Согласно этому принципу, взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, без каких-либо материальных посредников. Концепция дальнодействия тесно связана с пониманием пространства и времени как особых сред, вмещающих взаимодействующие тела. Ньютон предложил концепцию абсолютного пространства и времени. Пространство представлялось безграничным «пустым вместилищем» всех тел в мире, но если бы эти тела вдруг исчезли, пространство все равно бы осталось. Аналогично, в образе текущей реки, представлялось и время, также существующее абсолютно независимо от материи. По Ньютону, пространство – это абсолютное неподвижное однородное изотропное бесконечное вместилище всех тел (то есть пустота). А время – это чистая однородная равномерная и непрерывная длительность процессов. Абсолютность времени выражается его одинаковостью во всех точках Вселенной.

В механистической картине мира любые события жестко предопределялись законами механики. Случайность в принципе исключалась из этой картины мира. «Наука – враг случайностей», восклицал французский мыслитель А. Гольбах (1723–1789). Жизнь и разум в механистической картине мира не обладали никакой качественной спецификой. Сам человек рассматривался как особый механизм. «Человек-машина» назывался знаменитый трактат французского философа Жюльена Ламетри. Поэтому присутствие человека в мире не меняло ничего. Если бы человек однажды исчез с лица земли, мир продолжал бы существовать, как ни в чем не бывало. Иначе говоря, во взглядах естествоиспытателей господствовал механистический детерминизм – учение о всеобщей предопределенности и однозначной обусловленности явлений природы. Все механические процессы в классических представлениях подчинены принципу строгого «железного детерминизма», т.е. возможно точное предсказание поведения механической системы, если известно ее предыдущее состояние.

В науке утвердилась точка зрения о том, что только динамические законы полностью отражают причинность в природе. Причем, понятие причинности связывается со строгим детерминизмом в лапласовском духе. Здесь уместно привести фундаментальный принцип, провозглашенный Лапласом, и отметить вошедший в науку в связи с этим принципом образ, именуемый «демоном Лапласа»: «Мы должны рассматривать существующее состояние Вселенной как следствие предыдущего состояния и как причину последующего. Ум, который в данный момент знал бы все силы, действующие в природе, и относительное положение всех составляющих ее сущностей, если бы он еще был столь обширен, чтобы ввести в расчет все эти данные, охватил бы одной и той же формулой движения крупнейших тел Вселенной и легчайших атомов. Ничто не было бы для него недостоверным, и будущее, как и прошедшее, стояло бы перед его глазами».

На основе механистической картины мира в XVIII–начале ХIХ века была разработана земная, небесная и молекулярная механика. Быстрыми темпами шло развитие техники. Это привело к абсолютизации механистической картины мира, к тому, что она стала рассматриваться в качестве универсальной.

В это же время в физике начали накапливаться эмпирические данные, противоречащие механистической картине мира. Так, наряду с рассмотрением системы материальных точек, полностью соответствовавшей корпускулярным представлениям о материи, пришлось ввести понятие сплошной среды, связанное по сути дела, уже не с корпускулярными, а с континуальными представлениями о материи. Так, для объяснения световых явлений вводилось понятие эфира – особой тонкой и абсолютно непрерывной световой материи. В XIX веке методы механики были распространены на область тепловых явлений, электричества и магнетизма. Казалось бы, это свидетельствовало о больших успехах механистического понимания мира в качестве общей исходной основы науки. Но при попытке выйти за пределы механики материальных точек приходилось вводить все новые искусственные допущения, которые постепенно готовили крушение механистической картины мира. Аналогично световым явлениям, для объяснения теплоты, электричества и магнетизма вводились понятия теплорода, электрической и магнитной жидкости как особых разновидностей сплошной материи. Хотя механистический подход к этим явлениям оказался неприемлемым, опытные факты искусственно подгонялись под механистическую картину мира. Попытки построить атомистическую модель эфира продолжались еще и в XX веке. Эти факты, не укладывающиеся в русло механистической картины мира, свидетельствовали о том, что противоречия между установившейся системой взглядов и данными опыта оказались непримиримыми. Физика нуждалась в существенном изменении представлений о материи, в смене физической картины мира.