Механическая,электромагнитная и квантово-релятивистская научная картина мира

Арав Рудольф. Полисистемная эволюция научной картины мира

Механическая,электромагнитная и квантово-релятивистская научная картина мира
Журнал “Самиздат”: [Регистрация] [Найти] [и] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь]

Зимние Конкурсы на ПродаМанPeклaмa

Poly system evolution of world picture

ПОЛИСИСТЕМНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ НАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА

АссоциацияУчёные Югаг.Беер – Шева,Тел.+(972)-777818776,

Email:rodol-7@zahav.net.il

      АННОТАЦИЯ       Общее естествознание 27 веков последовательно формирует сменяемые научные картины мира (НКМ). Новая полисистемная версия эволюции НКМ базируется на поэтапном познании природных полисистем – компонентов иерархической суперсистемы. Показана преемственность, дополнительность, интеграция и коррекция знания полисистем в эволюции НКМ. Установлено её основное направление – адекватное моделирование природной суперсистемы. Следующим этапом познания становится эволюционно – системная НКМ ХХI в. Учебный курс “Эволюция НКМ” целесообразно включить в программу высшего образования.       КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:научная картина мира, эволюция, открытие полисистем, моделирование суперсистемы.    ВВЕДЕНИЕ       Научная картина мира (НКМ) является системным обобщением основных концепций естествознания, созданных науками о природе. В течение 27 веков периодически формируются сменяемые НКМ в принятой последовательности: натурфилософская, механическая, химико- термодинамическая, электромагнитная, квантово – релятивистская [1,2].    Основной причиной смены НКМ является открытие новых фрагментов природы и соответствующих законов. Процессы познания природы выражаются и обобщаются в эволюции НКМ, которая происходит при практически стационарном состоянии фундаментальных атрибутов самой природы. В работе [3] главным направлением научного познания считается поиск субстанции. Предлагаемая полисистемная версия эволюции НКМ основана на представлении о строении метагалактики в виде иерархической суперсистемы [4] – природном прообразе понятийной структуры НКМ. Динамичная иерархия суперсистемы состоит из максимально распространённых, устойчивых, однородных и взаимосвязанных компонентов – полисистем.    Основными вещественными полисистемами являются фундаментальные и элементарные (составные) частицы, атомные ядра, атомы (и ионы), молекулы (и радикалы), конденсированные (твёрдые и жидкие) тела, газоплазменные образования, плазменные и сверхплотные звёзды, звёздные скопления (и системы), галактики (и их ядра), скопления галактик, ячеистая структура галактических скоплений, межгалактическое вещество. Природными полисистемами могут быть менее изученные тёмная материя и тёмная энергия, квантовые физические поля, строение вакуума, элементарные заряды, слабовзаимодействующие и виртуальные частицы [5,6].    При становлении современной суперсистемы произошёл естественный отбор наиболее устойчивых полисистем. Его предопределило соотношение действующих сил – модификаций фундаментальных взаимодействий. Локальное доминирование притяжения синтезирует систему (из подсистем), а отталкивание разделяет её (на элементы -подсистемы). Последующее уравновешивание этих сил (по принципу Ле-Шателье) создаёт условия длительной устойчивости полисистемы. В полисистемах микро-, макро- и мегамира доминируют силы притяжения соответственно сильного, электромагнитного и гравитационного взаимодействия.    Пространственные параметры автономных систем зависят от средней длины и расположения уравновешенных связей элементов – подсистем. Конфигурация вещественной суперсистемы зависит от соотношения сил притяжения и отталкивания в пространстве между полисистемами. Последовательность сосуществующих, взаимосвязанных и вложенных полисистем образует иерархию суперсистемы. Наблюдается сопряжённая эволюция доминантных сил, полисистем и законов природы.    По сути природного прообраза полисистема сближается с понятиями класс явлений, субстанция, фрагмент природы, форма материи. Системность является одним из общих атрибутов природы (наряду с пространством-протяжённостью, временем-длительностью и энергией-действенностью). Поэтому познание природы можно представить в виде полисистемной эволюции НКМ.    Далее дана краткая характеристика эволюции НКМ. Она акцентирована на поэтапном познании природной суперсистемы – открытии неизвестных полисистем, их взаимодействий и законов.       НАТУРФИЛОСОФСКАЯ НКМ       Первая НКМ создана древнегреческими философами в VII-IVв. до н.э. Её творцами были Фалес, Анаксимандр, Анаксимен, Анаксагор, Гераклит, Эмпедокл, Демокрит и великий Аристотель. Ими впервые образована система общих понятий естествознания и осуществлено научное исследование строения и движения наблюдаемой планетарной природы. Первые математические методы и системы познания создали Платон, Эвклид, Пифагор.    Мир Аристотеля материален и динамичен. Он состоит из пяти стихий (элементов, субстанций) – земли, воды, воздуха, огня и эфира. При формировании материи потенциальная сила (возможность) превращается в энергию – акт осуществления действительности. Формы материи (как и системы) делимы до бесконечности (по Аристотелю) или до атомов (по Демокриту).    Стихии состоят из вечно движущихся атомов и взаимно превращаются при сгущении и разрежении. Соответственно (по Эмпедоклу) в мире господствуют силы притяжения (любовь) и отталкивания (ненависть). Движение тел включает возникновение, уничтожение, увеличение, уменьшение, превращение, перемещение. Видимый космос находится в вечном круговом вращении сфер (под действием перводвигателя-бога). Геоцентрическая астрономия Гиппарха – Птолемея стала первым приближением к научной картине космоса. У гениев есть эти и другие ошибочные утверждения. В натурфилософской НКМ обоснованы наблюдениями следующие научные обобщения:   — система основных понятий, методика и логика исследования природы;   — единый материальный мир, который образуют стихии (планетарные полисистемы): газообразная (воздух), жидкая (вода), твёрдая (земля), плазменная (огонь), эфирная (предшественница вакуума и физического поля);   — всеобщая делимость тел, т.е. предпосылка иерархической системности и связности природных объектов;   — потенциальная и действенная (актуальная) энергия как сила – причина движения и превращения стихий – полисистем;   — многие виды движения тел (включая возникновение и уничтожение) в качестве предпосылки общей эволюции систем.    Эти положения были сохранены и развиты в последующих НКМ.       МЕХАНИЧЕСКАЯНКМ       Становление второй НКМ в ХVI-ХVIIв. связано с именами Н.Коперника, Г.Галилея, И.Кеплера, И.Ньютона, Р.Декарта, П.Лапласа. Одной из её предпосылок является представление о движении тел под действием сил притяжения (в предыдущей НКМ). И.Ньютон разработал новую парадигму исследования природы (методы принципов и индукции, единство в развитии теории и эксперимента, правила философских умозаключений, математическое описание физической реальности). Он сформулировал основные понятия и открыл законы классической механики, включая всемирное тяготение.    В механической НКМ по И.Ньютону Вселенная представляется совокупностью движущихся тел, состоящих из неизменных однородных корпускул. Тела взаимосвязаны силами тяготения, которые мгновенно действуют в пространстве и времени. Единственно действующая сила тяготения зависит только от массы тел и расстояния между ними. Динамика твёрдых тел дополнена гидро- и газодинамикой. Природа представляется подобной механизму, части которого жёстко детерминированы, а движение предопределено законами классической механики. Среди ошибок этой НКМ числятся абсолютизация пространства, времени, гравитации, исключение эволюции. Но на её основе была создана эволюционная история солнечной системы и предпосылки волновой и корпускулярной теории света. В механической НКМ впервые доказательно обоснованы следующие научные достижения:   — комплекс понятий, выражающий основные явления механической формы движения и полисистемы земных и космических тел;   — принципы материального единства, причинности, детерминизма и экспериментального обоснования законов природы;   — законы фундаментального гравитационного взаимодействия, присущие вещественным полисистемам;   — гелиоцентрическая система мира (в качестве единственного экземпляра неизвестной тогда звёздно – планетарной полисистемы).    Механическая НКМ создала гармоничное понимание всемирной динамики массивных тел. Она опровергла религиозное истолкование и ошибки в НКМ Аристотеля. Последняя была существенно скорректирована и дополнена знанием законов механического движения полисистем макро- и мегамира. Открытия на новых направлениях исследования обнаружили ограниченность механической НКМ. Они предотвратили её экспансию за границы адекватности, сохранив позитивное содержание.       ХИМИКОТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ НКМ       Третья НКМ была создана в ХVIII-XIХв. на основе исследования атомно – молекулярного строения тел и энергии их взаимодействия. Одной из её предпосылок стала атомно-корпускулярная гипотеза в предыдущих НКМ.    Становление химического компонента НКМ связано с именами Р.Бойля, Д.Дальтона, А.Лавуазье, А.Авогадро, Я.Берцелиуса, Д.Менделеева. Они открыли основные зависимости химических свойств и реакций от вида атома и состава молекул. Периодическая система элементов обобщила зависимости состав-свойства атомной полисистемы. В открытиях использовали наследие предыдущей НКМ – представление о постоянной массе как основном свойстве элемента и молекулы. Но в поиске причины химического взаимодействия создана теория электрохимической связи элементов. Она сопряжена с электромагнитной НКМ.    Становление термодинамического компонента НКМ определили С.Карно, Б.Клайперон, В.Томсон, Р.Клаузиус, Д.Максвелл, Л.Больцман, Р.Майер, Д.Джоуль, Г.Гельмгольц, Д.Гиббс, В.Нернст. Они исследовали и открыли законы (начала) состояния, перехода и превращения тепловой энергии атомно-молекулярных систем. Молекулярно-кинетическая теория теплоты описывает движение газов, жидкостей и твёрдых тел в виде системы множества взаимодействующих частиц. Этим вызван переход от динамических к статистическим закономерностям и методам теории вероятности.    Тепловая энергия тел превращается в механическую и химическую формы энергии. Закон сохранения и эквивалентного превращения энергии был позже распространён на все полисистемы микро- и мегамира. К недостаткам этой НКМ можно отнести представления о неделимости атомов, доминировании тепловой энергии в мире и единственном направлении эволюции – рассеивании энергии замкнутых систем (росте энтропии). В химико-термодинамической НКМ обобщены следующие достижения:   — новые понятия о строении и взаимодействии атомной и молекулярной полисистем;   — принципы сохранения и превращения энергии, постоянства массы и превращения вещества (в химических реакциях), стохастичности (и теории вероятности);   — начала термодинамики и законы химического взаимодействия;   — присущность тепловой энергии взаимодействиям в газовой, жидкой и твёрдой полисистемах.    Химико – термодинамическая НКМ дополнила предыдущую НКМ знанием атомной и молекулярной полисистем и новых форм энергии их взаимодействия. В ней уже просматривается планетарный фрагмент иерархической суперсистемы: атомы – молекулы – газ – жидкость – твёрдые тела.       ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ НКМ       Формирование четвёртой НКМ в XIХ-начале ХХв. определили работы Г.Эрстеда, А.Ампера, М.Фарадея, Д. Максвелла, Г.Герца, В.Вина, А. Майкельсона. Исследуя индукцию электромагнитного взаимодействия заряда и тока, Фарадей и Максвелл ввели понятие физического поля, которое сменило гипотезу механического эфира. Электромагнитное поле представляется непрерывно распространенным видом материи наряду с дискретными частицами вещества и зарядами. По аналогии возникла гипотеза гравитационного поля, передающего притяжение масс.    Исследование обосновало динамическую теорию электромагнитного поля и уравнения Максвелла-Герца. Свойства электромагнитного поля включают собственное энергосодержание и конечную скорость волнообразного движения, равную скорости света. Представление об электрических зарядах и их движении стало предпосылкой для выяснения строения нейтрального атома из противоположно заряженных частиц. В этой НКМ содержатся следующие достижения:   — система понятий, обобщённо выражающих электромагнитные явления;   — открытие нового фундаментального взаимодействия и полисистемы – физического поля;   — законы взаимодействия электромагнитного поля, тока и зарядов в полисистемах атомов, молекул и макроскопических тел.    Четвёртая НКМ дополнила третью знанием полисистемы зарядов электромагнитного поля, её взаимодействий и законов. На этой основе были взаимосвязаны и объяснены многие оптические, тепловые и химические явления атомной и молекулярной полисистем. Новая полевая полисистема присоединилась к иерархии природной суперсистемы. Позже была создана электродинамика квантовых, плазменных, космических полисистем.       КВАНТОВО-РЕЛЯТИВИСТСКАЯ НКМ       В ХХв. пятая НКМ стала обобщением достижений физики атома, атомного ядра, элементарных частиц, квантовой механики, теории относительности, астрономии и космологии. Её создавали Э.Резерфорд, Н.Бор, М.Планк, А.Эйнштейн, Л.деБройль, Э.Шрёдингер, П.Дирак, В.Гейзенберг, В.Паули, Г.Гамов, М.Гелл-Ман, С.Вайнберг, С.Фейнман, Э.Хаббл, Э.Гершпрунг, А.Эддингтон, Я.Зельдович, Л.Ландау, С.Хокинг и другие учёные. Эта НКМ основывается на фундаментальных законах строения и взаимодействия квантовых систем микромира и космических систем мегамира.    При исследовании микромира были открыты строение атомов (боровская и квантовая модель), барионная структура атомных ядер, система элементарных частиц (стандартная модель), строение барионов (кварковая модель), а также фундаментальные сильное и слабое взаимодействия. В основу науки о полисистемах микромира положены новые понятия и принципы дискретности энергии квантов, квантового состояния (фиксированного набором квантовых чисел), корпускулярно-волнового дуализма, сохранения, дополнительности, неопределённости, стохастичности, симметрии, соответствия.    Принципы и законы квантовой механики были распространены на теорию поля, на системы с бесконечным числом степеней свободы. Открыто взаимодействие частиц – фермионов и бозонов (квантов бозонных полей). В квантовой теории поля предвидится объединение и генезис фундаментальных взаимодействий.    Релятивистская физика установила законы движения частиц с околосветовой скоростью и их пространственно-временные отношения. Основой специальной теории относительности являются принципы равноправия инерциальных систем отсчёта (в изотропном пространстве) и постоянства скорости света в вакууме. О?бщая тео?рия относи?тельности (геометрическая теория тяготения ОТО) постулирует деформацию пространства – времени, обусловленную воздействием массы-энергии (в сильном гравитационном поле). Эффекты ОТО включают гравитационное отклонение излучения, красное смещение, замедление времени, искривление пространства, существование чёрных дыр.    При изучении мегамира создана теория релятивистского движения космических объектов, открыто множество планетных, звёздных, галактических и межгалактических систем, установлена крупномасштабная изотропность и структура галактических скоплений.    Таким образом, в пятой НКМ иерархия суперсистемы дополнена группой полисистем микромира (от атомного ядра до кварков и лептонов) и мегамира (от звёзд – карликов и планет до вакуума, межгалактического вещества и физических полей).    При эволюции НКМ корректируется значимость и пределы применимости ранее открытых законов и взаимодействий полисистем. Существенно дополненная иерархия обозначила их положение и взаимосвязи в познаваемой суперсистеме. В частности, предыдущая абсолютизация пространства, времени, гравитации ограничена принципом соответствия. Этот методологический принцип утверждает: новая теория находится не в полном противоречии с хорошо проверенной предыдущей теорией, а их следствия совпадают в предельном приближении (частном случае). Примером предельного приближения служит теория тяготения Ньютона по сравнению с ОТО Эйнштейна.       ЛОКАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И НКМ       Наряду с основными полисистемами НКМ активно изучаются локальные системы на поверхности обитаемой нами планеты. К ним можно отнести геологическую, экологическую, биологическую, социальные – вещественные и абстрактные (интеллектуальные) системы.    Локальные системы являются автономными разновидностями основных полисистем. В частности, человечество (социум) относится к полисистеме конденсированных тел, к тому виду макромолекулярных многоклеточных организмов, которому присущи уникальные свойства жить, познавать, создавать.    Маловероятность социума опровергает антропоцентризм в НКМ и его современное проявление – сильный антропный принцип Д.Уилера (разумные наблюдатели необходимы для обретения Вселенной бытия). Ближе к объективности мнение К.Сагана о нашей незаметности в масштабе Вселенной. Учёные шутят: отсутствие контакта с инопланетянами доказывает их истинную разумность. Мы незаметны, но всё больше и лучше замечаем, узнаём, создаём и обобщаем (в форме НКМ).    Социальная ориентация науки антропоцентрична, т.к. жизненно важна для общества, поэтому локальные планетарные системы изучены лучше остального мира. Многие законы и свойства всемирной суперсистемы были открыты при изучении локальных систем. К примеру, иерархия системности, превращение и сохранение энергии, основные агрегатные состояния и фазовые переходы, фундаментальные взаимодействия, универсальная эволюция организмов.    В социуме наука – основная подсистема познавательной деятельности, а конкретные науки в естествознании и обществоведении – соответственно, подсистемы познания природы и самопознания социума. В комплексе этих этих подсистем НКМ отличается интеллектуальным содержанием – обобщённым моделированием природы (её воспроизведением в понятийном синтезе научных концепций). Социум уникален в качестве создателя НКМ.       БУДУЩАЯ НКМ XХI ВЕКА       В современной НКМ доминируют тенденции синтеза научных знаний.    Они выражаются в стремлении создать общенаучную картину мира на основе принципов универсального эволюционизма, объединяющих идеи системного и эволюционного изучения природы [4]. Принципы эволюции, установленные Ч.Дарвиным в биологии, транслируются в физику, химию, космологию. Созданы теории Большого взрыва, горячей расширяющейся Вселенной, энергодинамики фундаментальных взаимодействий, возникновения и развития основных полисистем.    Синтезу знаний способствует исследование системности в природе и обществе. Это относится к самоорганизующимся, управляемым, открытым, каталитическим, нелинейным, особо сложным, информационным, интеллектуальным системам. Открыты новые полисистемы микромира – слабовзаимодействующие частицы WIMP (тёмная материя) и тёмная энергия отталкивания, порождаемая вакуумом. Их проявленное воздействие на эволюцию космоса многократно превосходит известные ранее силы. Предполагается открытие поля Хиггса, вызывающее гравитацию в микромире, и МССМ (минимальной суперсимметричной Стандартной модели). Разрабатываются гипотезы суперструнного строения свёрнутых пространств субмикромира и множественности эволюционирующих Вселенных мультиверса (супермегамира).    В НКМ XХIв. существующая модель суперсистемы будет дополнена вновь открытыми и экспериментально проверенными полисистемами, включая упомянутые выше. Исследования динамики и превращения полисистем предположительно объединятся в теорию универсальной эволюции суперсистемы. В картине познанной части мироздания появятся новые этажи, подвалы, мансарды и контуры его вечной перестройки. В общем естествознании эволюционно-системная НКМ XХIв. конкретизирует и обосновывает философское представление о процессуальности бытия.       ВЫВОДЫ   

      — Эволюция НКМ предопределяется позтапными открытиями новых полисистем, их взаимодействий и законов. Предыдущая НКМ преобразуется в компонент последующей НКМ. В полисистемной эволюции НКМ наблюдается и преемственность (сохранение положительного содержания), и новизна (открытие фрагмента природной суперсистемы), и связная дополнительность (интеграция нового и старого знания), и коррекция (опровержение ошибочных представлений). Каждая НКМ должна содержать мировоззренческие представления, обобщённые концепции естествознания, основы обществознания, существенные отличия от предыдущей и предпосылки последующей НКМ.   — Обобщая современные ей концепции естествознания, каждая последующая НКМ адекватнее моделирует (отображает в сознании, копирует в понятиях) природную суперсистему. Соответственно определяется основное направление эволюции НКМ – совершенствование обобщённой системы научных концепций, моделирующей природную суперсистему. Поиск фундаментальной субстанции сопутствует этому основному направлению. В эволюции НКМ относительные и частные истины поэтапно суммируются, асимптотически приближаясь к абсолютной. Философское обобщение Ф.Энгельса (мир есть движущаяся материя) конкретизируется естествознанием в НКМ эволюционирующей суперсистемы. Последовательности этапов эволюции суперсистемы-природного прообраза и его модели – НКМ существенно различаются.   — Принятые наименования выражают новизну и отличие НКМ, но не соответствуют её полному содержанию. Поэтому целесообразно именовать НКМ в соответствии с периодом формирования и существования: НКМ VIIв. до н.э.-ХVв.; НКМ ХVI-ХVIIв.; НКМ ХVIII-XIХв.; НКМ XХв.; НКМ XХIв. При этом химико – термодинамическая и электромагнитная НКМ объединяются в НКМ ХVIII-XIХв. Объединение обосновано фактически одновременным возникновением и однородным содержанием открытий (сопряжённых взаимодействий атомной и молекулярной полисистем).   — В эволюции НКМ наблюдаются:

   сопряжение с развитием общества (особенно фундаментальных и прикладных наук, методов исследования и производства, мировоззрения);    усложнение, дифференциация и обобщение понятийных систем, предопределённые открытием новых природных полисистем;    включение в НКМ локальных и уникальных систем, особо важных для жизни и познания социума;    развитие предпосылок-гипотез предыдущих НКМ в открытия последующей НКМ;    коррекция открытых ранее законов в виде их ограничения, распространения или опровержения.    5. Эволюция НКМ является обобщённой историей развития естествознания. Её можно рекомендовать (после доработки) в качестве учебного курса, предшествующего программе” Концепции современного естествознания “.       БИБЛИОГРАФИЯ       [1]. Степин В.С., Кузнецова Л.Ф.Научная картина мира в культуре техногенной цивилизации. – М.: ИФ РАН, 1994. – 274 с.    [2]. Кузнецов Б. Г.Эволюция картины мира.- М.: АН СССР.1961.-352с.    [3]. Эйнштейн А., Инфельд Л.Эволюция физики – М.: Наука,1965. – 328с.    [4]. Моисеев Н.Н.Логика универсального эволюционизма. // Вопросы философии. – М.: 1989, N8. – с.53.    [5]. Физика.Большой энциклопедический словарь. – М.: Научное издательство БСЭ, 1998. – 900 с.    [6]. Арав Р.И.Эволюция энергии вещественной суперсистемы. // Сб. Системные исследования и управление открытыми системами, вып.4.,Израиль, Хайфа, Центр Мехкар мейда, 2008. – с.44   

Популярное на LitNet.com

А.Вильде “Джеральдина”(Киберпанк) А.Емельянов “Последняя петля 6. Старая империя”(ЛитРПГ) А.Кристалл “Покорение небесного пламени”(Боевое фэнтези) М.Юрий “Небесный Трон 2″(Уся (Wuxia)) С.Панченко “Ветер. За горизонт”(Постапокалипсис) М.Юрий “Небесный Трон 1″(Уся (Wuxia)) Д.Сугралинов “Дисгардиум 4. Противостояние”(ЛитРПГ) В.

Крымова “Скандальная невеста, или Попаданка не подарок”(Любовное фэнтези) А.Ардова “Невеста снежного демона. Зимний бал в академии”(Любовное фэнтези) Д.Сугралинов “Кирка тысячи атрибутов”(ЛитРПГ) Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Батлер “Бегемоты здесь не водятся” М.Николаев “Профессионалы” С.

Лыжина “Принцесса Иляна” Как попасть в этoт список

Сайт – “Художники” .. || .. Доска об'явлений “Книги”

Источник: http://samlib.ru/a/araw_r/polysystemevolutionofworldpicture.shtml

13. Естественнонаучная картина мира: физическая картина мира (механическая, электромагнитная, современная – квантово-релятивистская)

Механическая,электромагнитная и квантово-релятивистская научная картина мира

Естественнонаучная картина мира(ЕНКМ)– это система важнейших принципови законов, лежащих в основе окружающегонас мира.

Механическая картина мира (МКМ).

Формирование МКМ происходило в течениенескольких столетий до середины XIXвека под сильным влиянием взглядоввыдающихся мыслителей древности:Демокрита, Эпикура, Аристотеля, Лукрецияи др. Она явилась необходимым и оченьважным шагом на пути познания природы.

Имена учёных, внесших основной вклад всоздание МКМ: Н.Коперник, Г.Галилей,Р.Декарт, И.Ньютон, П.Лаплас и др.

Основные черты механической картинымира:

  • все материальные тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном и хаотическом механическом движении. Материя – вещество, состоящее из неделимых частиц;
  • взаимодействие тел осуществляется согласно принципа дальнодействия, мгновенно на любые расстояния (закон всемирного тяготения, закон Кулона), или при непосредственном контакте (силы упругости, силы трения);
  • пространство – пустое вместилище тел. Всё пространство заполняет невидимая невесомая «жидкость» – эфир;
  • время – простая длительность процессов. Время абсолютно;
  • всё движение происходит на основе законов механики Ньютона, все наблюдаемые явления и превращения сводятся к механическим перемещениям и столкновениям атомов и молекул;
  • мир выглядит как колоссальная машина с множеством деталей, рычагов, колёсиков.

Достоинство МКМ состоит в том, что этопервая научная картина мира.

Электромагнитная картина мира(ЭМКМ).

В XIXвеке естественныенауки накопили огромный эмпирическийматериал, нуждающийся в переосмыслениии обобщении. Многие полученные врезультате исследований научные фактыне совсем вписывались в устоявшиесямеханические представления об окружающеммире.

Во второй половинеXIXвека на основе исследований в областиэлектромагнетизма сформировалась новаяфизическая картина мира –электромагнитнаякартина мира (ЭМКМ). В её формированиисыграли решающую роль исследования,проведённые выдающимися учёнымиМ.

Фарадеем и Дж. Максвеллом, Г. Герцем.Весь мир заполнен электромагнитнымэфиром, который может находиться вразличных состояниях. Физические полятрактовались как состояния эфира. Эфирявляется средой для распространенияэлектромагнитных волн и, в частности,света.

Материя существует в двух видах:вещество и поле.

Вещество– это вид материи,имеющей атомарно-молекулярную илиплазменную структуру. Частицы веществаимеют массу покоя, не равную нулю.

Поле– это особый вид материи,посредством которого осуществляютсяэлектромагнитные взаимодействия;представляющий собой единствоэлектрического и магнитного полей.

  1. Материя считается непрерывной. Все законы природы сводятся к уравнениям Дж. Максвелла, описывающим непрерывную субстанцию: природа не делает скачков. Вещество состоит из электрически заряженных частиц, взаимодействующих между собой посредством полей.

  2. На основе электромагнитных взаимодействий объясняются все известные механические, электрические, магнитные, химические, тепловые, оптические явления.

Современная – квантово-релятивистская(квантово-полевая) картина мира (КПКМ).

Как и все предшествующие картины мира,КПКМ представляет собой процессдальнейшего развития и углубления нашихзнаний о сущности физических явлений.Процесс становления и развития КПКМпродолжается и прошел уже ряд стадий,в частности:

1)утверждение корпускулярно-волновыхпредставлений о материи;2)изменениеметодологии познания и отношения кфизической реальности;

Пояснение: ранее считалось,что устройство мира можно познавать,не вмешиваясь в него, не влияя напротекающие в нем процессы, т.е. находяськак бы вне его, вне абсолютной физическойреальности.

Эйнштейн не включал в понятие«физическая реальность» акт наблюдения,а Бор считал его важным элементомфизической реальности. Картина реальностив квантовой механике становится как быдвуплановой: с одной стороны в нее входятхарактеристики исследуемого объекта,а с другой – условия наблюдения.

Такимобразом, в КПКМ появляется принципотносительности к средствам наблюдения.

Все рассмотренные ранее картины мираотличались своей трактовкой такихфундаментальных понятий как пространствои время, движение, принцип причинности,взаимодействия. Рассмотрим, как онипредставлены в КПКМ.

Пространство и время.При рассмотренииМКМ подчеркивалось, что пространствои время в ней абсолютны и независимыдруг от друга.

Для характеристики объектав пространстве вводились трипространственные координаты (x,y,z),а для обозначения временинезависимоот них вводилась одна временная координатаt.В СТО и ЭМКМ они потеряли абсолютныйи независимый характер.

Появилось новоепространство-время как абсолютнаяхарактеристика четырехмерного Мира(пространственно-временного континуумаМинковского). И новая величина –пространственно-временной интервалстал оставаться неизменным (инвариантным)при переходе от одной системы отсчетак другой.

Причинность. В МКМ при описанииобъектов используется два классапонятий: пространственно-временные,которые дают кинематическую картинудвижения и энергетически импульсные,которые дают динамическую (причинную)картину.

В МКМ и ЭМКМ они независимы. ВКПКМ, в соответствии соотношениемнеопределенностей они не могут применятьсянезависимо друг от друга, они дополняютдруг друга.

Таким образом,пространство,время и причинность оказалисьотносительными и зависимыми друг отдруга.

Независимость пространства, времени ипричинности в МКМ позволяет говоритьо точной локализации объекта впространстве, его траектории, ободнозначной причинно-следственнойсвязи (лапласовский детерминизм), ободновременном, точном измерении координати скорости, энергии и времени.

В квантовой механике относительностьпространства-времени и причинностиприводит к неопределенности координати скорости в данный момент, к отсутствиютраектории движения микрообъекта.

Иесли в классической физике вероятностнымзаконам подчинялось поведение большогочисла частиц, то в квантовой механикеповедение каждой частицы подчиняетсяне динамическим (детерминистским), астатистическим законам.

Таким образом,причинность в современной КПКМ имеетвероятностный характер (вероятностнаяпричинность).

Источник: https://studfile.net/preview/4114412/page:9/

Релятивистская и квантово-механическаякартины мира – выводы

Механическая,электромагнитная и квантово-релятивистская научная картина мира

Релятивистская и квантово-механическая картины мира. (Выводы и обобщение)

     Началом новейшей революции вестествознании, приведшей к появлениюсовременной науки, был  ряд открытий в физике,разрушивших всю картезианско-ньютоновскуюкосмологию. Это открытие электромагнитныхволн Г. Герцем,коротковолнового электромагнитногоизлученияК.

Рентгеном,радиоактивностиА.Беккерелем, электронаДж. Томсоном, световогодавления П.Лебедевым,введение идеи квантаМ.Планком, создание теорииотносительностиА.

Эйнштейном, описание процесса радиоактивногораспадаЭ.Резерфордом.В 1913 – 1921 гг. на основепредставлений об атомном ядре, электронах иквантах Н. Бор создал модельатома, разработка которой велась всоответствии с периодической системойэлементовД.

Менделеева.Это был первый этап новейшей революциив физике и во всем естествознании. Онсопровождается крушением прежних представленийо материи и ее строении, свойствах, формахдвижения и типах закономерностей, о пространствеи времени.

Это привело к кризису физикии всего естествознания, являвшегося симптомомболее глубокого кризиса метафизическихфилософских оснований классической науки. Второйэтап революции начался в середине 20-х гг. XX в.

и связан с созданием квантовоймеханики и сочетанием ее с теориейотносительности в новой квантово-релятивистскойфизической картине мира. На исходе третьего десятилетия XX в.практически все главнейшие постулаты, ранеевыдвинутые наукой, оказались опровергнутыми.

Вих число входили представления об атомах кактвердых, неделимых и раздельных элементахматерии, о времени и пространстве какнезависимых абсолютах, о строгой причиннойобусловленности всех явлений, о возможности объективногонаблюдения природы.

     Предшествующие научные представлениябыли всецело оспорены. Например,твердое вещество больше не являлось важнейшейприродной субстанцией. Трехмерное пространствои одномерное время превратились в относительныепроявления четырехмерногопространственно-временного континуума.

Время течет по-разному для тех, кто движется сразной скоростью. Вблизи тяжелых объектов времязамедляется, а при определенныхобстоятельно может и совсем остановиться. ЗаконыЕвклидовой геометрии более не являлисьобязательными для природоустройства в масштабахВселенной.

Планеты движутся по своим орбитам непотому, что их притягивает к Солнцу некая сила,действующая на расстоянии, но потому, что самопространство в котором  они движутся, искривлено.Субатомные феномены обнаруживают себя и как частицы,и как волны, демонстрируют своюдвойственную природу.

Стало невозможнымодновременно вычислить местоположение частицы иизмерить ее ускорение. Принципнеопределенности в корне подрывал ивытеснял собой старый лапласовскийдетерминизм. Научные данные и объяснения немогли развиваться дальше, не затронув природынаблюдаемого объекта.

Физический мир,увиденный глазами физика XX в.,напоминал не столько огромную машину, сколько необъятнуюмысль. Началом третьего этапареволюции были овладение атомной энергией в 40-е годы XX в.

и последующиеисследования, с которыми связано зарождение электронно-вычислительныхмашин и кибернетики. Также в этот период наряду с физикой стали лидировать химия,биология и цикл наук о Земле.

     С середины XX в. наука окончательнослилась с техникой, приведя к современнойнаучно-технической революции.

  Квантово-релятивистскаянаучная картина мира стала первымрезультатом новейшей революции вестествознании. Другим результатом научнойреволюции стало утверждение неклассическогостиля мышления.

   Новейшая революция внауке привела к замене созерцательногостиля мышления деятельностным.

Источник: http://history.minot.ru/history/html/t11/t11-00-01.htm

Квантово-релятивистская физическая картина мира

Механическая,электромагнитная и квантово-релятивистская научная картина мира

Принимая законы электродинамики в качестве основных законов физической реальности, А.

Эйнштейн(1879–1955) ввел в электромагнитную картину мира идею относительности пространства и времени и тем самым устранил противоречие между пониманием материи как определенного вида поля и ньютоновскими представлениями о пространстве и времени. Введение в электромагнитную картину мира релятивистских представлений о пространстве и времени открыло новые возможности для ее развития.

Именно так появилась общая теория относительности, ставшая последней крупной теорией, созданной в рамках электромагнитной картины мира. В этой теории, созданной в 1916 г., А.

Эйнштейнвпервые дал глубокое объяснение природы тяготения, для чего ввел понятие об относительности пространства и времени и о кривизне единого четырехмерного пространственно-временного континуума, зависящей от распределения масс.

Теория относительности преодолела ограниченность механистической трактовки таких базовых понятий как пространство, время, движение, энергия, масса, но нельзя утверждать, что она отрицает (опровергает) классическую физику.

Теория относительности показывает, что нельзя абсолютизировать понятия, принципы и законы классической механики, они верны лишь для определенных условий и включаются в специальную теорию относительности как ее частный случай. В этом смысле говорят, что релятивистская физика находится в отношении соответствия с классической физикой.

С концаXIX в. обнаруживалось все больше непримиримых противоречий между электромагнитной теорией и фактами. В 1897 г. было открыто явление радиоактивности и установлено, что оно связано с превращением одних химических элементов в другие и сопровождается испусканием альфа- и бета-лучей (А.

Беккерель, супруги Кюри,). На этой основе появились различные модели атома, противоречащие электромагнитной картине мира (Э. Резерфорд, Н. Бор). Дж. Томсон в 1897 г. открывает электрон и измеряет величину его электрического заряда и массу. А в 1900 г. М.

Планк в процессе многочисленных попыток построить теорию излучения был вынужден высказать предположение о прерывности процессов излучения. Планк показал, что тела излучают свет не непрерывно, а мельчайшими энергетическими порциями, т.е.

квантами,позже были открыты фотоны, которые и являются квантами электромагнитных волн в световом диапазоне.

В началеXX в. возникли два несовместимых представления о материи:

ü или она абсолютно непрерывна;

ü или состоит из дискретных частиц (квантов).

Физики предпринимали многочисленные попытки совместить две эти точки зрения, но долгое время они оставались безрезультатными. Многим казалось, что физика зашла в тупик, из которого нет выхода. Это смятение усугубилось, когда в 1913 г. Н. Бор предложил свою модель атома.

Он предположил, что электрон, вращающийся вокруг ядра, вопреки законам электродинамики не излучает энергии. Он излучает ее порциями лишь при перескакивании с одной орбиты на другую. И хотя такое предположение казалось странным и непонятным, именно модель атома Бора в значительной степени способствовала формированию новых физических представлений о материи и движении. В 1924 г.

Луи де Бройль высказал гипотезу о соответствии каждой частице определенной волны. Иными словами, каждой частице материи присущи и свойство волны (непрерывность), и дискретность (квантованность). Эти представления нашли подтверждение в работах Э. Шредингера и В. Гейзенберга 1925 -1927 гг.

, создателей нового направления физики – квантовой механики. Так сложились новые, квантово-полевые представления о материи, которые определяются каккорпускулярно-волновой дуализм – наличие у каждого элемента материи свойств волны и частицы. Ушли в прошлое и представления о неизменности материи. К началу 30–х г.г.

ХХ столетия было установлено, что вещество слагается из элементарных частиц, фундаментальными являются протоны, нейтроны и электроны. В 1932 году в составе космических лучей был открыт позитрон с такой же массой, как у электрона, но с противоположным (положительным) зарядом. К концу 90–х годов число открытых частиц и античастиц приближается к 400.

Многие из них не имеют прямого отношения к строению материи, их относят к т.н. «лишним» частицам. Ученые полагают, что они возникли на первых этапах становления и образования Вселенной, когда еще не происходило образование ядер атомов, и существуют до сих пор.

Все элементарные частицы обладают микроскопическими массами и размерами, сравнимыми с длинами волн де Бройля, поэтому их поведение описывается квантово-волновыми характеристиками. Элементарная частица –это квант поля, т.е. плоская либо сферическая единичная волна.

Одной из основных особенностей элементарных частиц является их универсальная взаимозависимость и взаимопревращаемость. В современной физике основным материальным объектом является квантовое поле, переход его из одного состояния в другое меняет число частиц.

Классическая физика, вырабатывая целостный взгляд на материальность мира, утверждала, что материя представлена в двух состояниях: вещество и поле. В настоящее время все еще приходится сталкиваться с принципиальной неточностью терминологического плана: понятие “вещество” отождествляют с понятием “материя”. Такая неточность ведет к серьезным ошибочным заключениям.

Материя понятие самое общее, в то время как вещество это лишь одна из форм ее существования. Современные научные знания позволяют сделать заключение, что в известном нам мире материя реализуется в тесно взаимосвязанных формах: вещество, поле и физический вакуум.

Вещество состоит из дискретных частиц, проявляющих волновые свойства (вещественно–полевой континуум). Природа физического вакуума, его строение пока познаны намного хуже вещества. По современному определению, вакуум это нулевые флуктуирующие (колеблющиеся, отклоняющиеся от нормали) поля, с которыми связаны виртуальные частицы. Здесь проявляется дуализм волновых и корпускулярных свойств. Вакуум обнаруживается во взаимодействиях с веществом на его глубинных уровнях. Вакуум и вещество неразделимы и ни одна вещественная частица не может быть изолирована от его присутствия и его влияния.

Новизна современной физической картины мира состоит в следующем:

ü показана глубокая диалектичность природы, невозможность свести материю к прерывному либо к непрерывному, к вещественному либо невещественному, т.к. материя прерывна и непрерывна, и вещественна и невещественна, и качественна и количественна одновременно.

ü Значительно расширяется понимание движения, которое включает универсальные типы физического взаимодействия.Известно четыре вида фундаментальных физических взаимодействий: 1.Гравитационное; 2.Электромагнитное; 3.Ядерное сильное; 4.

Ядерное слабое.

Они описываются на основе принципа близкодействия: взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость передачи взаимодействия всегда конечна и не может превышать скорости света в вакууме (примерно 300 000 км/с).

ü Окончательно утверждаются представления об относительности пространства и времени, зависимость их от характера движения материи. Пространство и время перестают быть независимыми друг от друга и, согласно теории относительности, сливаются в едином четырехмерном пространственно-временном континууме.

ü Важным является тезис о равенстве весовой (тяжелой) и инертной масс. Отсюда следует вывод об эквивалентности массы и энергии: энергия обладает массой, а масса превращается в энергию – (Е=mc2)

ü Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они выступают в вероятностной форме, в виде так называемыхстатистических законов. Они соответствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей.

ü Квантово-полевая картина мира впервые включает в себя наблюдателя, от присутствия которого зависит получаемая картина мира. Более того, сегодня считается, что наш мир таков по своей природе, что появление и существование человека в нем стало закономерным результатом эволюции Вселенной.

Квантово-полевая (квантово-релятивистская) картина мира и в настоящее время находится в состоянии становления, и с каждым годом к ней добавляются новые элементы, выдвигаются новые гипотезы, создаются и развиваются новые теории.

В конце 60–х годов выдвинута идея кварков, как гипотетических проточастиц, из которых формируются элементарные частицы (Г. Цвейг, М. Гелл-Ман). Заветная мечта всех физиков – выявить универсальность всех фундаментальных сил, объединить все физические взаимодействия в одной теории.

Объединение электромагнитного и слабого взаимодействия в единое электрослабое взаимодействие стало первым обнадеживающим успехом на этом пути. Есть попытки создать теорию Большого объединения (так называется теория объединения электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий).

Еще более грандиозна идея объединения всех четырех фундаментальных взаимодействий, включая гравитацию. Соответствующие теоретические построения называют суперобъединением или теорией супервзаимодействия. Сегодня физики считают, что они смогут создать эту теорию на основе появившейся недавно теории суперструн.

Пионерами в создании этой теории явились М. Грин (Великобритания) и Дж. Шварц (США). Эта теория должна объединить все фундаментальные взаимодействия при сверхвысоких энергиях.

Контрольные вопросы

1. Что выражает понятие «физическая картина мира» и какую роль она выполняет в системе физического знания ?

2. Какое понятие является ключевым в физической картине мира?

3. Как называются три основных физических картины мира последовательно сменявших друг друга ?

4. Какие основные идеи, понятия и учения определяли содержание классической механистической картины мира?

5. Чем отличалась электромагнитная картина мира в понимании материи?

6. Как называется современная физическая картина мира и каким образом она формировалась?

7. Какие идеи теории относительности А Эйнштейна входят в содержание современной естественнонаучной картины мира?

8. В чем суть концепции корпускулярно-волнового дуализма?

9. Какое понимание материи характерно для современной физической картины мира?

10. В чем состоит новизна квантово-релятивистской картины мира?


Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/10_124977_kvantovo-relyativistskaya-fizicheskaya-kartina-mira.html

Эволюция физической картины мира. Механическая, электромагнитная и квантово-релятивистская картины мира как этапы развития физического познания

Механическая,электромагнитная и квантово-релятивистская научная картина мира

С развитием естествознания происходит изменение видения предметных областей наук, что порождает эволюцию естественно-научной картины мира, приводит к пересмотру ранее сложившихся представлений о действительности.

Смена физической картины мира, как правило, связана со сменой представлений о материи: от атомистических, корпускулярных представлений о материи был осуществлен переход к  полевым, континуальным, а затем к квантовым представлениям о строении материи.

Отсюда и три физических картины мира: механистическая, электромагнитная и квантово-полевая.

Механистическая картина мира.

Механистическая картина мира сложилась при переходе от эпохи Возрождения к эпохе Нового времени. Важнейшую роль в ее построении сыграли такие философские принципы, как принцип материального единства мира, принцип причинности и законосообразности природных процессов.

В это же время был сформулирован принцип экспериментального обоснования знания, отказ от созерцательности и установка на соединение экспериментального исследования природы с описанием ее законов на языке математики.

Последнее положение стало одним из ключевых, резко отграничив науку Нового времени от средневековой науки.

Среди тех ученых, кто подготовил механистическую картину миру следует назвать Леонардо да Винчи (1452-1519) с его механикой, Н. Коперника (1473-1543) с его гелиоцентрической системой. Огромную роль сыграло  экспериментальное естествознание Г. Галилея (1564-1642), законы небесной механики И. Кеплера (1571-1630), механика И. Ньютона (1643-1727).

Основные положения  механистической картины мира можно сформулировать так:

1.      Материя – это вещественная субстанция, состоящая из атомов или корпускул; атомы неделимы, непроницаемы, характеризуются наличием массы и веса.Это так называемая корпускулярная модель реальности:

2.      Вводится концепция абсолютного пространства и времени. Абсолютное пространство – это чистое и неподвижное вместилище тел. Оно трехмерно, изотропно. Абсолютное время – это чистая длительность, абсолютная равномерность событий. Время одномерно, оно течет от прошлого к будущему.

3.      Движение – это  простое механическое перемещение. Законы движения – фундаментальные законы мироздания. Тела двигаются равномерно и прямолинейно, а отклонения от этого движения возникают в результате действие на них внешней силы. Мерой инерции является масса. Универсальным свойством тел является сила тяготения, которая является дальнодействующей.

4.      Принцип дальнодействия:  взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, т.е. действия могут передаваться в пустом пространстве с какой угодно скоростью.

5.      Все механические процессы подчиняются принципу детерминизма. Детерминизм (лат. determino определяю) – это учение о закономерной универсальной взаимосвязи и взаимообусловленности явлений объективной действительности. Случайность исключается из данной картины мира.

6.      Присутствует тенденция сведения закономерностей высших форм движения материи к закономерностям простейшей его формы – механическому движению.

7.      Признаются только динамические законы.Динамический законфизический закон, управляющий поведением отдельного объекта и позволяющий устанавливать однозначную связь его состояний.

Электромагнитная картина мира.

В XIX в. к числу основных свойств, описывающих тела наряду с массой, стали добавлять такую характеристику, как электрический заряд. Английскому физику М.

Фарадею опытным путем удалось показать, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая связь. Тем самым он впервые объединил электричество и магнетизм, введя понятие электромагнитного поля.

Так сложилась концепция поля, ставшая фундаментальной в последующей физике.

В основе данной картины мираначала электромагнетизма М.Фарадея (1791-1867), теория электромагнитного поля Д. Максвелла (1831-1879), электронная теория Г.А. Лоренца (1853-1828), постулаты специальной теории относительности А. Пуанкаре (1854 -1912).

Основные положения можно сформулировать так:

1.      Материя – это  единое непрерывное поле с точечными силовыми центрами – электрическими зарядами и волновыми движениями в нем, а мир понимается как электродинамическая система, построенная из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля.Это так называемая континуальная модель реальности:

2.      Введено понятие вероятности.

3.      Движение представляет собой распространение колебаний в поле, которые описываются законами электродинамики.

4.      Принцип близкодействия– взаимодействия любого характера передаются полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью.

5.      Релятивистская концепция пространства и времени.

Квантово-полевая картина мира.

Квантовая механика сформировалась при изучении свойств объектов микромира — атомов и составляющих его частиц. Последовательное развитие идей квантовой механики привело к тому, что движение частиц в пространстве стало невозможно отождествлять с механическим движением макрообъекта.

Частице вообще нельзя приписать определенную координату, ее движение описывается своеобразной волновой функцией, амплитудами волн вероятности.

В соответствии с этим мы можем найти лишь вероятность нахождения частицы вблизи данной точки пространства, причем выполняется один из наиболее фундаментальных принципов квантовой механики, принцип неопределенности Гейзенберга.

В современной физике квантовые и релятивистские представления синтезированы в единую картину мира, что позволяет говорить о квантово-релятивистской картине мира. В ней, фундаментальными абстракциями являются понятия частиц и полей, переносчиков взаимодействий.

В основе данной физической картины мираквантовая гипотеза М. Планка (1858-1947), волновая механика Э. Шредингера (1887-1961), квантовая механика В. Гейзенберга (1901-1076), квантовая теория Н. Бора (1885 – 1962).

Основные положения данной картины мира можно сформулировать так:

1.Квантово-полевые представления о материи, причем материя обладает корпускулярными и волновыми свойствами, т.е. каждый элемент материи имеет свойства волны и частицы.

2.Картина физической реальности в квантовой механике включает в себя 1) характеристики исследуемого объекта; а также 2) условия наблюдения (метод познания), от которых зависит определенность этих характеристик.

3.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.

4.Движение – частный случай физического взаимодействия. Под физическим взаимодействиемв узком смысле слова, понимают такие процессы, в ходе которых между взаимодействующими структурами и системами происходит обмен квантами определенных полей, энергией, а иногда и информацией.

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.

5.Фундаментальные положения квантовой теории: принцип неопределенности и принцип дополнительности.

Принцип дополнительности Бора – в области квантовых явлений наиболее общие физические свойства какой-либо системы выражаются с помощью дополняющих друг друга пар независимых переменных, каждая из которых может быть лучше определена только за счет соответствующего уменьшения степени определенности другого.

Принцип неопределенности Гейзенберга – нельзя определить одновременно координату и импульс частицы точнее, чем это допускает соотношение неопределенностей.

Квантово-полевые представления о закономерности и причинности предполагают оперирование статистическими законами. Статистический законэто физический закон, управляющий поведением больших совокупностей и в отношении отдельного объекта позволяющий делать лишь вероятностные выводы о его поведении.

Следует заметить, что современная физическая картина мира включает в себя такие положения:

1.Строении материи предполагает в ее основе шестнадцать фундаментальных частиц и античастиц:

– четыре лептона (электрон, позитрон, электронное нейтрино и антинейтрино);

– два вида кварков с дробными электрическими зарядами (-1/3) и (+2/3), причем каждый вид в трех разновидностях (красный, зеленый и синий);

– соответствующие антикварки.

2.  Многообразие и единство мира основывается на взаимодействии и взаимопревращении фундаментальных частиц и античастиц.

3. Движение есть проявление фундаментальных взаимодействий (гравитационного, электромагнитного, слабого и сильного), переносчиками которых являются фотоны, глюоны и промежуточные бозоны.

4. Представления об основе мироздании складываются на основе разработки единой теории поля, объединяющей все фундаментальные взаимодействия (теории «Великого объединении», теории «Сверхвеликого объединения»).

5. Природа рассматривается в движении и развитии. В физике используется диалектический метод, когда вещество и поле, частица и волна, масса и энергия и т.д. рассматриваются в диалектическом единстве.

6. Принципиальные особенности современных представлений о мире: системность, глобальный эволюционизм, самоорганизация, историчность – определяют их общий контур и способ организации научного знания.

7. Современные представления характеризуются как научно-методологические, ибо объективная картина мира опосредуется методом познания субъекта.

Физическая реальность имеет определенную структуру:

  • Мегамир – мир больших космических масштабов и скоростей; пространство измеряется в астрономических единицах, световых годах и парсеках; время измеряется в миллионах и миллиардах лет.
  • Макромир – мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами жизни на Земле; пространство измеряется в миллиметрах, сантиметрах и километрах; время измеряется в секундах, минутах, часах, годах.
  • Микромир – мир микрообъектов, предельно малых масштабов, пространственные характеристики исчисляются от 10-8  до 10  -16 см, время измеряется от бесконечности до 10-24 см.

Источник: https://students-library.com/library/read/18499-evolucia-fiziceskoj-kartiny-mira-mehaniceskaa-elektromagnitnaa-i-kvantovo-relativistskaa-kartiny-mira-kak-etapy-razvitia-fiziceskogo-poznania

Эволюция физической картины мира (механическая, электромагнитная, квантово-релятивистская)

Механическая,электромагнитная и квантово-релятивистская научная картина мира

Онтологические проблемы физики

Естественные науки и культура. Место физики в системе наук.

История науки свидетельствует, что естествознание, возникшее в ходе научной революции XVI – XVII вв., 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, с одной стороны, обобщает все ранее полученные знания о природе, а с другой – вводит в физику новые философские идеи и обусловленные ими понятия, принципы и гипотезы которых до этого не было и которые коренным образом меняют основы физического теоретического знания: старые физические понятия и принципы ломаются, новые возникают, картина мира меняется. 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 представлений о материи к полевым – континуальным. Затем, в XX веке, континуальные представления были заменены современными квантовыми. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга физических картинах мира.

МЕХАНИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

Она складывается в результате научной революции XVI -XVII вв. на основе работ Г. Галилея и П. Гассенди, восстановивших атомизм древних философов, исследований Декарта и Ньютона, завершивших построение новой картины мира, сформулировавших основные идеи, понятия и принципы, составившие механическую картину мира.

Основу механической 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 механической 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). Мерой инертности является масса, другое важнейшее понятие классической механики. 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 большим «черным ящиком», вмещающим все тела 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.

В механической картине мира любые события жестко предопределялись законами механики. Случайность в принципе исключалась из картины мира. Как говорил П. Лаплас, если бы нашелся гигантский ум, способный объять мир (знание о координатах всех тел в мире, а также силах, действующих на них), то он однозначно мог бы предсказать будущее этого мира.

Жизнь и разум в механической картине мира не обладали никакой качественной спецификой. 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. На основе механической картины мира в XVIII – начале XIX вв. была разработана земная, небесная и молекулярная механика.

Быстрыми темпами шло развитие техники. Это привело к абсолютизации механической картины мира, к тому, что она стала рассматриваться в качестве универсальной. В это же время в физике начали накапливаться эмпирические данные, противоречащие механической 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 в. методы механики были распространены на область тепловых явлений, электричества и магнетизма. Казалось бы, это свидетельствовало о больших успехах механического 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 механической картины мира. Аналогично световым явлениям, для объяснения теплоты, электричества и магнетизма вводились понятия теплорода, электрической и магнитной жидкости как особых разновидностей сплошной материи.

Хотя механический подход к этим явлениям оказался неприемлемым, опытные факты искусственно подгонялись под механическую картину мира. Попытки построить атомистическую модель эфира продолжались еще и в XX веке. Эти факты, не укладывающиеся в русло механической 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.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ КАРТИНА МИРА

В процессе длительных размышлений о сущности электрических и магнитных явлений М. Фарадей пришел к мысли о необходимости замены корпускулярных представлений о материи континуальными, непрерывными. Он сделал вывод, что электромагнитное поле сплошь непрерывно, заряды в нем являются точечными силовыми центрами.

Тем самым отпал вопрос о построении механической модели эфира, несовпадении механических представлений об эфире с реальными опытными данными о свойствах света, электричества и магнетизма.

Основная трудность в объяснении света при помощи понятия эфира состояла в следующем: если эфир – сплошная среда, то он не должен препятствовать движению в нем тел и, следовательно, должен быть подобен очень легкому газу.

В опытах со светом были установлены два фундаментальных факта: световые и электромагнитные колебания являются не продольными, а поперечными, и скорость распространения этих колебаний очень велика. В механике же было показано, что поперечные колебания возможны только в твердых телах, причем скорость их зависит от плотности тела.

Для такой большой скорости, как скорость света, плотность эфира во много раз должна была превосходить плотность стали. Но тогда, как же двигаются тела? Одним из первых идеи Фарадея оценил Максвелл. При этом он подчеркивал, что Фарадей выдвинул новые философские взгляды на материю, пространство, время и силы, во многом изменявшие прежнюю механическую картину мира.

Взгляды на материю менялись кардинально: совокупность неделимых атомов переставала быть конечным пределом делимости материи, в качестве такового принималось единое абсолютно непрерывное бесконечное поле с силовыми точечными центрами – электрическими зарядами и волновыми движениями в нем.

Движение понималось не только как простое механическое перемещение, первичным по отношению к этой форме движения становилось распространение колебаний в поле, которое описывалось не законами механики, а законами электродинамики. Ньютоновская концепция абсолютного пространства и времени не подходила к полевым представлениям.

Поскольку поле является абсолютно непрерывной материей, пустого пространства просто нет. Так же и время неразрывно связано с процессами, происходящими в поле. Пространство и время перестали быть самостоятельными, независимыми от материи сущностями. Понимание пространства и времени как абсолютных уступило место реляционной (относительной) концепции пространства и времени.

Новая картина мира требовала нового решения проблемы взаимодействия. Ньютоновская концепция дальнодействия заменялась фарадеевским принципом близкодействия; любые взаимодействия передаются полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью.

* Хотя законы электродинамики, как и законы классической механики, однозначно предопределяли события, и случайность все еще пытались исключить из физической картины мира, создание кинетической теории газов ввело в теорию, а затем и в электромагнитную картину мира понятие вероятности.

Правда, пока физики не оставляли надежды найти за вероятностными характеристиками четкие однозначные законы, подобные законам Ньютона. Не менялось в электромагнитной картине мира представление о месте и роли человека во Вселенной. Его появление считалось лишь капризом природы. Идеи о качественной специфике жизни и разума с большим трудом прокладывали себе путь в научном мировоззрении.

Новая электромагнитная картина мира объяснила большой круг явлений, непонятных с точки зрения прежней механической картины мира. Она глубже вскрыла материальное единство мира, поскольку электричество и магнетизм объяснялись на основе одних и тех же законов. Однако и на этом пути вскоре стали возникать непреодолимые трудности.

Так, согласно электромагнитной картине мира, заряд стал считаться точечным центром, а факты свидетельствовали о конечной протяженности частицы-заряда. Поэтому уже в электронной теории Лоренца частица-заряд вопреки новой картине мира рассматривалась в виде твердого заряженного шарика, обладающего массой. Непонятными оказались результаты опытов Майкельсона 1881 – 1887 гг.

, где он пытался обнаружить движение тела по инерции при помощи приборов, находящихся на этом теле. По теории Максвелла, такое движение можно было обнаружить, но опыт не подтверждал этого.

Но тогда об этих мелких неприятностях и неувязках физики постарались забыть, более того, выводы теории Максвелла были абсолютизированы, так что даже такой крупный физик, как Кирхгоф, считал, что в физике не осталось ничего неизвестного и неоткрытого. Но к концу XIX в. накапливалось все больше необъяснимых несоответствий теории и опыта.

Одни были обусловлены недостроенностью электромагнитной картины мира, другие вообще не согласовывались с континуальными представлениями о материи: трудности в объяснении фотоэффекта, линейчатый спектр атомов, теория теплового излучения. Последовательное применение теории Максвелла к другим движущимся средам приводило к выводам о неабсолютности пространства и времени.

Однако убежденность в их абсолютности была так велика, что ученые удивлялись своим выводам, называли их странными и отказывались от них. Именно так поступили Лоренц и Пуанкаре, чьи работы завершают доэйнштейновский период развития физики. Принимая законы электродинамики в качестве основных законов физической реальности, А.

Эйнштейн ввел в электромагнитную картину мира идею относительности пространства и времени и тем самым устранил противоречие между пониманием материи как определенного вида поля и ньютоновскими представлениями о пространстве и времени. Введение в электромагнитную картину мира релятивистских представлений о пространстве и времени открыло новые возможности для ее развития. Именно так появилась общая теория относительности, ставшая последней крупной теорией, созданной в рамках электромагнитной картины мира. В этой теории, созданной в 1916 г., Эйнштейн впервые дал глубокое объяснение природы тяготения, для чего ввел Понятие об относительности пространства и времени и о кривизне единого четырехмерного пространственно-временного континуума, зависящей от распределения масс. Но даже создание этой теории уже не могло спасти электромагнитную картину мира. С конца XIX в. обнаруживалось все больше непримиримых противоречий между электромагнитной теорией и фактами. В 1897 г. было открыто явление радиоактивности и установлено, что оно связано с превращением одних химических элементов в другие и сопровождается испусканием альфа- и бета-лучей. На этой основе появились эмпирические модели атома, противоречащие электромагнитной картине мира. А в 1900 г. М. Планк в процессе многочисленных попыток построить теорию излучения был вынужден высказать предположение о прерывности процессов излучения.

Источник: https://studopedia.su/13_119911_evolyutsiya-fizicheskoy-kartini-mira-mehanicheskaya-elektromagnitnaya-kvantovo-relyativistskaya.html

Vse-referaty
Добавить комментарий