Механическая,электромагнитная и квантово-релятивистская научная картина мира

Квантово-релятивистская картина мира

Механическая,электромагнитная и квантово-релятивистская научная картина мира

Началом новейшей революции в естествознании, приведшей к появлению современной науки, был ряд открытий в физике, разрушивших всю картезианско-ньютоновскую космологию. Это открытие электромагнитных волн Г. Герцем, коротковолнового электромагнитного излучения К.

Рентгеном, радиоактивности А. Беккерелем,электрона Дж. Томсоном, светового давления П.Лебедевым, введение идеи кванта М. Планком, создание теории относительности А. Эйнштейном, описание процесса радиоактивного распада Э.

Резерфордом. В 1913 — 1921 гг. на основе представлений об атомном ядре, электронах и квантах Н. Бор создал модель атома, разработка которой велась в соответствии с периодической системой элементов Д.Менделеева.

Это был первый этап новейшей революции в физике и во всем естествознании. Он сопровождается крушением прежних представлений о материи и ее строении, свойствах, формах движения и типах закономерностей, о пространстве и времени.

Это привело к кризису физики и всего естествознания, являвшегося симптомом более глубокогокризиса метафизических философских оснований классической науки. Второй этап революции начался в середине 20-х гг. XX в.

и связан с созданием квантовой механики и сочетанием ее с теорией относительности в новой квантово-релятивистской физической картине мира. На исходе третьего десятилетия XX в. практически все главнейшие постулаты, ранее выдвинутые наукой, оказались опровергнутыми.

В их число входили представления об атомах как твердых, неделимых и раздельных элементах материи, о времени и пространстве как независимых абсолютах, о строгой причинной обусловленности всех явлений, о возможности объективного наблюдения природы.

Предшествующие научные представления были всецело оспорены. Например, твердое вещество больше не являлось важнейшей природной субстанцией. Трехмерное пространство и одномерное время превратились в относительные проявления четырехмерного пространственно-временного континуума.

Время течет по-разному для тех, кто движется с разной скоростью. Вблизи тяжелых объектов время замедляется, а при определенных обстоятельно может и совсем остановиться. Законы Евклидовой геометрии более не являлись обязательными для природоустройства в масштабах Вселенной.

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

Стало невозможным одновременно вычислить местоположение частицы и измерить ее ускорение. Принцип неопределенности в корне подрывал и вытеснял собой старый лапласовский детерминизм. Научные данные и объяснения не могли развиваться дальше, не затронув природы наблюдаемого объекта.

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

и последующие исследования, с которыми связано зарождение электронно-вычислительных машин и кибернетики. Также в этот период наряду с физикой стали лидироватьхимия, биология и цикл наук о Земле.

С середины XX в. наука окончательно слилась с техникой, приведя к современной научно-технической революции.

Квантово-релятивистская научная картина мирастала первым результатом новейшей революции в естествознании. Другим результатом научной революции стало утверждение неклассического стиля мышления.

Новейшая революция в науке привела к замене созерцательного стиля мышления деятельностным

16.Движение – способ существования материи. Основные формы движения материи и их взаимосвязь.

Движение есть неотъемлемое, необходимое и существенное свойство, способ существования материи. «Материя без движения, – писал Ф. Энгельс, – так же немыслима, как и движение без материи».

Во-вторых, движение определяется как любое изменение. «Движение, в применении к материи, – утверждал Ф. Энгельс, – это изменение вообще».

В-третьих, движение представляет собой противоречие, а его источником взаимодействие противоположностей. «Движение есть противоречие, – отмечал В. И. Ленин, – есть единство противоречий».

Итак, движение представляет собой необходимое, неотъемлемое свойство материи, без которого она не может существовать. Иными словами, движение есть атрибут материи. Нигде, никогда, ни при каких условиях не было ни одного материального объекта, ни одного явления, которые были бы лишены движения.

Движение включает в себя и изменчивость, и устойчивость одновременно. Наличие изменчивости в движении очевидно. Но и устойчивость обязательно включается в движение.

В реальном мире нет ни «чистой изменчивости», ни «чистой устойчивости», а есть движение, в котором изменчивость и устойчивость взаимодействуют и взаимопереплетаются.

Поэтому понятия изменчивости и устойчивости являются результатом идеализации.

Любой вид движения, каждый совершающийся процесс подчиняются действию тех или иных законов. Можно сделать вывод, что формой «движения вообще» являются законы движения. Очевидно, что познание движения невозможно без изучения его специфических форм, поскольку общее, не существует наряду с единичным.

Диалектико-материалистическое учение о формах движения материи было разработано Ф. Энгельсом. Его идеи по данному вопросу отнюдь не устарели. Ф. Энгельс выделял пять основных форм движения материи. Критерием выделения этих форм движения является связь каждой из них с определенными материальными носителями.

Механическое движение – пространственное перемещение объектов, но, нужно отметить сегодня, – не любое, а лишь характеризующееся наличием траектории, — распространение в пространстве полей, например, — это не механический процесс.

Физическое движение — теплота, электромагнетизм, гравитация…

Химическое движение — превращение атомов и молекул, связанное с перестройкой электронных оболочек атомов (но не их ядер). Химическая форма движения материи имеет дело с образованием и разрушением молекул вещества.

Биологическое движение — специфические для живого процессы. Последнее можно охарактеризовать так: «Жизнь представляет собой способ существования белковых тел и нуклеиновых кислот, содержанием которого является непрерывный обмен веществ между организмом и окружающей средой, процессы отражения и саморегуляции, направленные на самосохранение ивоспроизводство организмов.

Социальное движение (с которым связано и мышление).

Формы движения расположены именно в этом порядке не случайно: каждая последующая включает в себя предыдущие.

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Источник: https://megalektsii.ru/s5831t8.html

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

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

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/

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

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

Refy-free
Добавить комментарий