Физическая картина мира

Основные данные о работе

Версия шаблона	1.1
Филиал
Вид работы
Название дисциплины
Тема	Физическая картина Мира
Фамилия студента
Имя студента
Отчество студента
№ контракта

 

Содержание

Основная часть ………………………………………………………………………….3

Основная часть

 

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 наиболее развитой и 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 в. 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. 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 в., континуальные представления были заменены современными квантовыми. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга физических картинах мира.

Одной из первых возникла механистическая картина мира, поскольку  изучение природы началось с анализа  простейшей формы движения материи - механического перемещения тел.

В конце XIX в. и начале ХХ в. в естествознании были сделаны величайшие открытия, которые коренным образом изменили наши представления о картине  мира. Прежде всего, это открытие, связанные  со строением вещества, и открытие взаимосвязи вещества и энергии. Если раньше в последние неделимыми частицами материи, из которых состоит природа, считались атомы, то в конце XIX в. были открыты электроны, входящие в состав атомов. Позже было установлено строение ядер атомов, которые состоят из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (лишенных заряда частиц).

Согласно первой модели атома, построенной  английским ученым Эрнестом Резерфордом (1871-1937), атом уподоблялся миниатюрной  солнечной системе, в которой  вокруг ядра вращаются электроны. Такая система была, однако неустойчивой: вращаются электроны, теряя свою энергию, в конце концов, должны были снизиться на ядро. Но опыт показывает, что атомы являются достаточно устойчивыми образованиями и для их разрушения нужны огромные силы. В связи с этим бывшая модель строения атома была значительно усовершенствована выдающимся физиком Нильсом Бором (1885-1962), который предположил, что при вращении по так называемым стационарным орбитам электроны не излучают энергию. Такая энергия излучается и поглощается в виде кванта, или порции энергии, только при переходе электрона с одной орбиты на другую.

В 30-е годы XX в. было сделано другое важнейшее открытие, которое показало, что все элементарные частицы  вещества, например электроны, обладающие не только корпускулярными и волновыми свойствами. Таким путем было экспериментально доказано, что между веществом и полем не существует непроходимой границы: в определенных условиях элементарные частицы вещества проявляют волновые свойства, а доли поля-свойства частиц. Это явление получило название дуализма волны и частицы - представление, которое никак не укладывалось в рамки обычного здравого смысла. К этому физики придерживались убеждения, что вещество, состоящее из разнообразных материальных частиц, может иметь лишь корпускулярными свойствами, а энергия поля - волновыми свойствами. Сочетание в одном объекте корпускулярных и волновых свойств совершенно исключалось. Но под давлением неопровержимых экспериментальных результатов ученые вынуждены были признать, что микрочастицы одновременно обладают свойствами частиц, так и волн.

Так сложились новые, квантово-полевые  представления о материи, которые  определяются как корпускулярность - волновой дуализм - наличие у каждого элемента свойств материи волны и частицы. Ушли в прошлое и представление о неизменности материи. Одной из основных особенностей элементарных частиц является их универсальная взаимозависимость и взаимопревращаемость. В современной физике основным материальным объектом является квантовое поле, переход из одного состояния в другое изменяет количество частиц.

Эти новые мировоззренческие подходы  к исследованию естественно-научной  картины мира оказали значительное влияние как на конкретный характер познания в отдельных отраслях естествознания, так и на понимание природы, научных революций в естествознании. Ведь именно с революционными преобразованиями в естествознании связано изменение представлений о картине природы.

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

Она состоит в результате научной революции XVI-XVII вв. на основе работ Галилео Галилея, который  установил законы движения свободно падающих тел и сформулировал механический принцип относительности. Но главная заслуга Галилея в том, что он впервые применил для исследования природы экспериментальный метод вместе с измерениями исследуемых величин и математической обработки результатов измерений. Если эксперименты ставились и раньше, то математический анализ их впервые систематически стал применять именно Галилей.

Принципиальное отличие  нового метода исследования природы  от ранее существовавшего натурфилософского  способа складывалось, следовательно, в том, что в нем гипотезы систематически проверялись опытом. Эксперимент можно рассматривать как вопрос, обращенный к природе. Чтобы получить на него определенный ответ, необходимо так сформулировать вопрос, чтобы получить на него вполне однозначный и определенный ответ. Для этого нужно так построить эксперимент, чтобы по возможности максимально изолироваться от влияния посторонних факторов, которые мешают наблюдения исследуемого явления в "чистом виде". В свою очередь гипотеза, что представляет собой вопрос к природе, должна допускать эмпирическую проверку выведенных из нее некоторых последствий. В этих целях, начиная с Галилея, стали широко использовать математику для количественной оценки результатов экспериментов.

Таким образом, новое экспериментальное естествознание в отличие от натурфилософских догадок и мировоззрения прошлого стало развиваться в тесном взаимодействии теории и опыта, когда каждая гипотеза или теоретическое предположение систематически проверяются опытом и измерениями.

Ключевым понятием механистической  картины мира было понятие движения. Именно законы движения Ньютон считал фундаментальными законами вселенной. Тела имеют внутренним врожденным свойством  двигаться равномерно и прямолинейно, а отклонение от этого движения связаны с воздействием на тело внешней силы (инерции). Мерой инертности есть масса, другое важное понятие классической механики. Универсальным свойством тел есть притяжение.

Ньютон, как и его  предшественники, придавал большое  значение наблюдениями и эксперимента, видя в них важнейший критерий для отделения ложных гипотез от настоящих. Поэтому, он резко выступал против так называемых скрытых качеств, с помощью которых последователи Аристотеля пытались объяснить многие явления и процессы природы.

Ньютон выдвигает совершенно новый принцип исследования природы, согласно которому вывести два или  три общих начала движения из явления  и после этого выложить, каким  образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных  начал, - было бы очень важным шагом в философии, хотя причины этих начал и не были еще открыты.

Эти начале движения и  представляют собой основные законы механики, которые Ньютон точно формулирует  в своем главном труде "Математические начала натуральной философии", опубликованном в 1687г.

Первый закон, который  часто называют законом инерции, утверждает: всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или  равномерного прямолинейного движения, пока поскольку оно не нуждается  приложенными силами изменить это состояние.

Этот закон, как отмечалось выше, был открыт еще Галилеем, который  отказался от прежних наивных  представлений, что движение существует лишь тогда, когда на тело действуют  силы. Путем мысленных экспериментов  он сумел показать, что по мере уменьшения влияния внешних сил тело будет продолжать свое движение, так что при отсутствии внешних сил оно должно оставаться или в покое, или в равномерном и прямолинейном движении.

Второй основной закон  занимает в механике центральное  место: изменение количества движения пропорционально приложенной действующей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.

Третий закон Ньютона: действию всегда есть равное и противоположно направленное противодействие, иначе  взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны.

Возникает вопрос, каким  способом были открыты эти основные законы или принципы механики? Нередко  говорят, что они получаются путем  обобщения ранее установленных  частных или даже специальных  законов, которыми являются, например, законы Галилея и Кеплера. Если рассуждать по законам логики, такой взгляд нельзя признать правильным, потому что не существует никаких индуктивных правил получения общих утверждений из частных. Ньютон считал, что принципы механики устанавливаются с помощью двух противоположных, но в то же время взаимосвязанных методов - анализа и синтеза.

Открытие принципов  механики действительно означает поистине революционный переворот, который  связан с переходом от натурфилософских догадок и гипотез о "скрытых" качествах и спекулятивных выдумок к точного экспериментального естествознания, в котором все предположения, гипотезы и теоретические построения проверялись наблюдениями и опытом. Поскольку в механике отвлекаются от качественных изменений тел, постольку для ее анализа можно было широко пользоваться математическими абстракциями и созданным самим Ньютоном и одновременно Лейбницем (1646-1716) анализом бесконечно малых. Благодаря этому изучения механических процессов было сведено к точного математического их описания.

На основе механистической  картины мира в XVIII-начале XIX в. была разработана небесная и земная, 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, которые противоречат механистической  картине мира. Так, наряду с рассмотрением  системы материальных точек, полностью  соответствовала 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.

Эти факты, которые не укладываются в русло механистической  картины мира, свидетельствовали  о том, что противоречия между  сложившейся системой взглядов и  данными опыта оказались несовместимыми. Физика нуждалась в существенном изменении представлений о материи, в изменении физической картины мира.