Практическое задание - Физическая картина мира

Электромагнитная картина мира

XIX веке естественные науки накопили огромный эмпирический материал, нуждающийся в переосмыслении и обобщении. Многие полученные в результате исследований научные факты не совсем вписывались в устоявшиеся механические представления об окружающем мире. Во второй половине XIX века на основе исследований в области электромагнетизма сформировалась новая физическая картина мира - электромагнитная картина мира (ЭМКМ).

В ее формировании сыграли решающую роль исследования, проведенные выдающимися учеными М. Фарадеем и Дж. Максвеллом, Г. Герцем.

М. Фарадей, отказываясь от концепции дальнодействия (переносчик взаимодействия) вводит понятие физического поля, которое играет значительную роль в дальнейшем развитии науки и техники (радиосвязь, телевидение и т. д.). Дж. Максвелл развивает теория электромагнитного поля, а Г. Герц экспериментально открывает электромагнитные волны.

ЭМКМ весь мир заполнен электромагнитным эфиром, который может находиться в различных состояниях. Физические поля трактовались как состояния эфира. Эфир является средой для распространения электромагнитных волн и, в частности, света.

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.

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

Делаются попытки свести механическое описание явлений к описанию на основе теории электромагнитного поля. Трактовка явлений на основе электромагнетизма кажется изящной и законченной. Все многообразие явлений природы сведено к нескольким математически строгим, хотя и очень сложным, соотношениям.

Понятие эфира (как переносчика света и электромагнитных волн) медленно эволюционирует - вплоть до полного отказа в конечном итоге от самой концепции эфира.

Меняются представления ученых о пространстве и времени. Появляются первые работы А. Эйнштейна по теории относительности. В научных работах зарождаются новые взгляды на природу тяготения, отличные от тех, что развивались в механической картине мира.

Вселенная как бы обретает совершенно новые черты. Ученые обнаруживают "разбегание" галактик.

ЭМКМ расширяется, уточняется и углубляется. Ученые строят все новые и новые модели атома, стремясь узнать, какая из них все-таки ближе всего к истине.

Наиболее красивой и точной стала планетарная модель атома, созданная Э. Резерфордом. Но именно она стала отправной точкой при появлении совершенно новых взглядов на строение окружающего нас мира.

Уже в конце XIX, начале XX века экспериментальные данные, полученные при изучении микро - и мегамира, резко расходились с предсказаниями существующих естественно-научных теорий, требовали разработки новых, более точных и адекватных сущности многих загадочных явлений.

Не смотря на это, электромагнитная картина мира подарила нам очень многое, без чего мы не можем представить современную жизнь: способы получения и использования электрической энергии, к примеру, электрическое освещение (без которого уже немыслимы наши жилища) и отопление, современные электромагнитные средства связи (радио, телефон, телевидение). Без радиосвязи, например, уже невозможно существование современных государств, функционирование транспорта и производства, немыслимо даже повседневное общение людей

Реляционная концепция рассматривает пространство и время не как особые, не зависимые от материи сущности, а как формы существования вещей и без этих вещей сами по себе не существующие. Сторонники реляционного (от лат. relatio - отношение) (Аристотель, Лейбниц, Гегель) воспринимали время и пространство как отношения, образуемые взаимодействием материальных объектов. Реляционная концепция времени исходила из первичности движения, изменения конкретных объектов, относительно которых, в зависимости от характера изменений, формируются временные отношения. Время выступает как выражение упорядоченности, последовательности происходящих изменений.

В настоящее время более достоверной (исходя из достижений науки) выглядит реляционная теория, исходя из которой:

    * время - форма бытия материи, которая выражает длительность существования материальных объектов и последовательность изменений (смены состояний) данных объектов в процессе их развития; * пространство - форма бытия материи, которая характеризует ее протяженность, структуру, взаимодействие элементов внутри материальных объектов и взаимодействие материальных объектов между собой.

Пространство и время как формы бытия материи имеют как общие для них свойства, так и характерные для каждой из этих форм. К их всеобщим свойствам относятся:

Объективность и независимость от сознания человека,

Их неразрывная связь друг с другом и с движущейся материей,

Количественная и качественная бесконечность,

Вечность.

Пространство характеризует протяженность материи, ее структурность, взаимодействие элементов в материальных системах. Оно является непременным условием существования любого материального объекта. Пространство реального бытия трехмерно, однородно и изотропно. Однородность пространства связана с отсутствием в нем "выделенных" каким-либо образом точек. Изотропность пространства означает равноправность в нем любого из возможных направлений.

Время характеризует материальное бытие как вечное и неуничтожимое в своей совокупности. Время одномерно (от настоящего к будущему), ассиметрично и необратимо.

Проявление времени и пространства различно в различных формах движения, поэтому в последнее время выделяют биологическое, психологическое, социальное и другие пространства и время.

Так, например, психологическое время связано с его психическими состояниями, установками и т. п. Время в той или иной ситуации может "замедляться" или, наоборот, "ускоряться", оно "летит" или "тянется". Это субъективное чувство времени.

Биологическое время связано с биоритмами живых организмов, со сменой дня и ночи, со временем года и циклами солнечной активности. Считается также, что существует множество биологических пространств (например, ареалы распространения тех или иных организмов или их популяций).

Социальное время, связанное с развитием человечества, с историей, тоже может ускорять и замедлять свой бег. Особенно это ускорение характерно для ХХ века в связи с научно-технической прогрессом. НТР буквально спрессовало социальное пространство и неимоверно ускорило бег времени, придав взрывной характер развитию общественно-экономических процессов. Планета стала маленькой и тесной для человечества как единого целого, а время перемещения из одного ее конца в другой теперь измеряется часами, что было просто немыслимо еще в прошлом столетии.

В ХХ веке на основе открытии в естественных и точных науках был разрешен спор между этими двумя концепциями. Победила реляционная.

Так, Н. Лобачевский пришел к выводу в своей неевклидовой геометрии, что свойства пространства не являются всегда и везде одинаковыми и неизменными, а они изменяются в зависимости от наиболее общих свойств материи.

По теории относительности А. Эйнштейна пространственно-временные свойства тел зависят от скорости их движения (т. е. от показателей материи). Пространственные размеры сокращаются в направлении движения при приближении скорости тела к скорости света в вакууме (300000 км/с), а временные процессы в быстро движущихся системах замедляются. Он доказал также, что вблизи массивных тел время замедляется, как и в центре планет. Этот эффект тем заметнее, чем больше масса небесных тел.

Таким образом, теория относительности А. Эйнштейна показала неразрывную связь между материей, пространством и временем.

Практические потребности людей, их постоянный интерес к вопросу об устройстве мира, привели к созданию совершенно новой теории - квантовой теории поля и на ее основе квантово-полевой картины мира (КПКМ).

В КПКМ возникает новая концепция - квантовое волновое поле, которое является наиболее фундаментальной и универсальной формой материи, лежащей в основе всех ее проявлений, как волновых, так и корпускулярных. На смену классическим полям типа электромагнитного поля Фарадея-Максвелла и классическим частицам приходят единые объекты - квантовые поля.

Основоположниками новой физической картины мира стали Макс Планк, Нильс Бор, Луи де Бройль, Эрвин Шредингер, Поль Дирак, Вернер Гейзенберг и многие другие не менее известные и выдающиеся ученые.

Центральными понятиями новой картины мира стали понятия "квант энергии", "дискретные состояния", "корпускулярно-волновой дуализм".

У частиц обнаружили волновые свойства (дифракция электронов), у электромагнитных волн - корпускулярные. Оказалось, что законы макромира отличаются от законов микромира. Микрообъекты обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами.

На первое место в изучении явлений природы выдвинулись квантовая механика и квантовая электродинамика. В КПКМ выясняется обменный характер взаимодействия, описываются четыре вида фундаментальных силовых взаимодействий, возникают новые представления о материи, движении, взаимодействии, энергии, массе.

Как и остальные картины мира, за время своего существования в XX веке КПКМ претерпевало существенное развитие. Полное и целостное рассмотрение квантово-полевой картины мира является очень сложной задачей и на данном этапе практически невыполнимой, но отдельные элементы КПКМ изучаются в старших классах средней школы на занятиях по физике, химии, биологии и астрономии.

Благодаря многочисленным экспериментам и настойчивым теоретическим изысканиям у физиков ХХ века появилось ощущение необыкновенного могущества, когда наука существенно продвинулась в изучении строения атома и атомного ядра, природы элементарных частиц. Это чувство подкрепилось в середине и во второй половине ХХ века, когда законы современной физики оказалось возможным применить к явлениям жизни. Не случайно основоположниками молекулярной биологии считаются в том числе и известные физики (Эрвин Шредингер, Макс Дельбрюк).

В квантово-полевой картине мира рассматриваются, изучаются и объясняются явления, остававшиеся загадочными в других картинах мира, возникших на более ранних этапах развития науки, решаются задачи, неразрешимые для мыслителей древности, представителей механической и электромагнитной картин мира. Мы знаем, как устроен микромир до расстояний 10-17 м и мегамир до расстояний 1027 м. Никогда еще мы не знали о природе так много и точно.

И электрический ток в полупроводниках (исследование которого подарило нам современные компактные радио - и телевизионные устройства, компактные и удобные мобильные средства связи, компьютеры - электронно-вычислительные машины); и сверхпроводимость (с которой связывают будущее цивилизации); и новые конструкционные материалы (современная химия - это квантовая химия, а смысл периодической системы нашего с Вами гениального соотечественника Д. И.Менделеева объясняется только этой картине мира); и источники энергии, благодаря которым мы сохранили нашу биосферу пригодной для существования человека и всех живых организмов и еще многое-многое другое - все это рассматривается и объясняется квантово-полевой картиной мира.

Кроме того, развитие квантово-полевой картины мира еще раз продемонстрировало нам важность механической и электромагнитной картин мира, указав на то, что они верно отражали многие объективные свойства окружающего мира, абсолютизируя, однако, отдельные его стороны

Способ и формы существования материи (движение, пространство и время).

Пространство это всеобщая форма бытия материи, отражающий протяженность материальный образований и их соотношение. Время отражает длительность существования материальных объектов, их соотношение со следующими материальными образованиями. Протяженностью во времени характеризуют нераздельность пространства и времени.

Пространство и время существуют в единстве и никогда не находятся в отрыве от движения материи. Их взаимосвязь наглядно выраженный в формуле V = S / t. С точки зрения метафизики пространство и время определяли как помещения объектов. Впервые это утверждение было оспорено нем философом и математиком Лейбницем. Он считал, что пространство и время не могут существовать отдельно от материи. Лейбниц утверждал, что протяженность и длительность всех процессов определяют силы тяжести и отталкивания и их взаимодействие.

Зависимость пространства от времени особенно наглядно проявляется у Эйнштейна, который считал, что если бы материя исчезла из вселенной, то не исчез бы пространство, а с точки зрения теории относительности было бы наоборот - они существуют в тесном взаимоотношении и исчезновение одного привело бы к исчезновению другого. Он указывал на относительность пространства и времени. Например, при полете к центру галактики на часах корабля прошло почти 39 лет, а на Земле - 400000 лет. Противоречие пространства и времени выражена в том, что они одновременно абсолютные и относительные, а также конечны и бесконечны.

В общем случае в философии бесконечность определяется как отрицание конечности. Пространство и время - единство бесконечного и конечного, при бесконечность рассматривается как в качественном так и количественном отношении. Количественная бесконечность пространства это непрерывная связь материальных образований систем. Качественная бесконечность означает бесконечное многообразие качественно различных уровней структурной организации мира. Бесконечность времени заключается в том, что материя вечна в прошлом и в будущем, что время - форма существования бесконечной материи. Бесконечность времени является выражением необратимым мировых процессов. Конечность пространства отображается дифференцированности материи, прерывности движения. Конечность пространства заключается в том, что оно состоит из бесконечного множества отдельных конечных материальных систем, которые находятся в необратимых качественных изменениях.

Материя - философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в его ощущениях и отражается его органами чувств. До XIX в. материя отождествлялась с веществом, а с открытием электромагнитного поля понятие изменилось. Учение о материи составляет онтологию.

Одной из особенностей окружающего мира является то, что все составляющие его объекты находятся в постоянном движении. В движении находятся и метагалактика, и взаимодействующие элементарные частицы, и размножающиеся, производящие обмен веществ живые клетки, и социальные процессы. Движение вечно и неуничтожимо и является неотъемлемым свойством материи. Таким образом, движение - это любые взаимодействия объектов окружающего мира, а также изменение состояния этих объектов, которые вызываются данными взаимоотношениями.

Конкретные виды движений можно классифицировать по типам и по формам:

    1) по типам. Выделяются два основных типа движений:
      А) Первый тип связан с переносом материи, энергии, информации в пространстве и характеризуется тем, что предметы, пребывая в движении, остаются устойчивыми в своих существенных характеристиках, то есть не изменяют своего качества. Примеры: идущий человек, включенный телевизор. Б) Движения второго типа сопровождаются перестройкой внутренней структуры предметов, что ведет к изменению качеств первоначальной вещи и превращении ее в совершенно другую вещь.

Такой тип движения, которому свойственны также необратимость и определенная направленность, называется развитием. Примеры: эволюционные процессы в звездах, рост различных организмов.

    2) по формам. Существуют пять основных форм движения материи, выделенных еще Ф. Энгельсом:
      А) Механическая форма - это перемещение различных тел в пространстве. Примеры: падение камня, полет птицы. Б) Физическая форма - это изменение физических свойств предметов. Примеры: таяние льда, электризация тела. В) Химическая форма - это различные химические превращения, изменение химического состава веществ. Примеры: ржавление железа, образование оксидов. Г) Биологическая форма - это процессы, проходящие в живых организмах. Примеры: рост и развитие организма, обмен веществ. Д) Социальная форма - это различные процессы и явления в обществе. Примеры: общение людей, процесс образования какого-либо государства.

Названные формы движения органически связаны между собой, и каждая последующая из них как бы вытекает из предыдущей, основывается на ней, но тем не менее к низшей форме не сводится. Попытки такого сведения сложных форм движения к простейшим нередко имели место в истории философии и получили название "редукционизм" (например, упрощение социальных форм движения до уровня биологических имеет место в биологизаторских концепциях).

С точки зрения современных представлений о мире, его происхождении и развитии названные формы не раскрывают всего многообразия существующих и возможных способов и движения. В частности, процессы превращения элементарных частиц, другие изменения на уровне микро - и макромира, неизвестные в прошлом столетии, теперь по-новому ставят вопрос о соотношении механической, физической и химической форм движения материи, где механическая форма уже не рассматривается как основа всех физических процессов. Несколько иначе понимается теперь и биологическое движение, элементарными носителями которого являются не белковые молекулы, а ДНК и РНК, открытые в ХХ веке. Некоторые ученые в свете современных представлений о земной коре и происходящих в недрах Земли процессах вполне обоснованно выделяют геологическую форму движения. Поэтому важно подчеркнуть, что любая схематизация, выделение тех или иных типов, форм, способов движения всегда являются неполными и отражают лишь достигнутый уровень в познании действительности.

Похожие статьи




Практическое задание - Физическая картина мира

Предыдущая | Следующая