Развитие естествознания в XX веке

5 Янв 2015 | Автор: | Комментариев нет »

Окончательный удар по механистической картине мира был нанесён рядом открытий в физике в конце XIX - начале XX века.

Первой загадкой, поставившей в тупик физиков, было открытие в 1896 году французским физиком Антуаном Анри Беккерелем (1852-1908) явления радиоактивности солей урана. Через два года французские физики супруги Пьер (1859-1906) и Мария (1867-1934) Кюри открыли новые радиоактивные  вещества - химические элементы радий и полоний. Оказалось, что в результате радиоактивных реакций атомы одних элементов превращались в другие, при этом возникали различные элементарные частицы высоких энергий. В рамках  классической физики явление радиоактивности объяснению не поддавалось. Было показано, что представления о неделимости атома ошибочны. Кроме того  классической физикой не могла быть удовлетворительно объяснена периодическая зависимость свойств химических элементов от заряда атомного ядра.

Второй проблемой, сильно волновавшей физиков, была проблема строения атома. В 1897 году английский физик Джозеф Джон Томсон (1856-1940) открыл элементарную частицу электрон. Выяснив, что электрон является составной частью атома, он попытался построить его физическую модель. Отрицательно заряженные электроны в его модели плавали в положительно заряженном ядре как изюминки в куске теста. В 1911 году английский физик Эрнест Резерфорд (1871-1937) в своих знаменитых экспериментах доказал несостоятельность этой модели. Согласно новым опытным данным электроны должны вращаться вокруг ядра подобно тому, как планеты вращаются вокруг Солнца. Но, с другой стороны, если электрон вращается, то неизбежно, согласно электродинамике Максвелла, теряет энергию, и, в конце концов, должен будет упасть на положительно заряженное ядро. Исходя из классических представлений данную проблему разрешить было невозможно.                 •

Третьей проблемой, вызывавшей у физиков головную боль, была проблема дискретности теплового излучения. Изучая, каким образом должен излучав тепловую энергию идеальный излучатель, немецкий физик Макс Планк (1858-1947) пришёл к выводу, что излучение должно иметь дискретный характер. Этот вывод опять же никак не согласовался с классическими представлениям физики о непрерывности физических процессов.

Учёные понимали, что причины кризиса кроются не в ошибочности и не совершенстве отдельных теорий, а в неполноте оснований физике, неполноте ее основополагающих принципов. Таким образом, в начале XX века объективно назрела необходимость коренного пересмотра основ классической научой картины мира.

Начало новой научной революции можно датировать 1905 годом. Малоизвестный тогда в научных кругах молодой немецкий физик Альберт Энштейн (1879-1955) создаёт специальную теорию относительности. В господствовавшей до этого механистической картине мира предполагалось, что пространство абсолютно и неизменно, и существует независимо от материи и её движения. Время также считалось абсолютным и одинаково текущим в любой точке пространства. Специальная теория относительности опровергла эти положения и показала, что свойства пространства, и течение времени прямо зави­дят от движения тел. В каждой движущейся системе отсчёта своё пространство и время, то есть они относительны. Позже Эйнштейн создаёт общую теорию от­носительности, в которой принцип относительности распространяется и на сис­темы отсчёта, движущиеся с ускорением, и находящиеся в гравитационном по­ле. Таким образом, он создаёт новую (после Ньютона) теорию гравитации. Впоследствии она блестяще подтверждается экспериментально.

Новый, неклассический подход к проблемам атомной физики про­демонстрировал датский физик Нильс Бор (1885-1962). В 1913 году, приняв в качестве исходного пункта модель атома Резерфорда, он сумел объяснить ме­ханизм устойчивости атома. Бор допустил, что электроны в атоме, переходя с одной орбиты на другую, излучают энергию не непрерывно, а дискретно в виде квантов.

Альберт Эйнштейн в том же 1905 году публикует статью, посвящённую явлению фотоэффекта. Используя понятие кванта, он убедительно доказывает, что свет должен иметь свойства частицы. Но ещё ранее Максвелл теоретически обосновал, что свет - это не что иное, как электромагнитная волна. Получался парадокс: свет - это одновременно и частица и волна. При распространении в пространстве свет проявляет волновые свойства, при излучении и поглощении - корпускулярные.

Для того чтобы разрешить это противоречие в 1924 году французский физик Луи де Бройль выдвинул гипотезу о том, что любая материальная частица, любое материальное тело должны обладать волновыми свойствами. Наиболее ярко дуализм «волна-частица» проявляется в микромире.

Законы квантовой механики оказались совершенно не похожими на законы механики классической. Оказалось, что все процессы в микромире носят вероятностный характер. Например, невозможно точно определить траекторию движения частицы, её местоположение и другие параметры. Можно лишь говорить о вероятностном значении тех или иных параметров. Математически эти законы были оформлены немецким физиком Вернером Гейзенбергом (1901-1976). Он вывел закон, названный законом соотношения неопределённостей, согласно которому невозможно одновременно установить точные значения места положения элементарной частицы и её импульс.

Описанные выше открытия в физике полностью изменили наши представления об устройстве окружающего мира. Простая и понятная с точки зрения обыденного опыта механистическая картина мира оказалась неспособной объяснить природу новых физических открытий. В результате второй научной революции оказались пересмотренными основания нашего понимания природы.

Во-первых, теорией относительности было отвергнуто бытовавшее со времён Ньютона представление об абсолютности и независимости друг от дру­га пространства и времени. Как оказалось, они связаны с конкретной системой отсчёта и тесно взаимосвязаны между собой. Пространство и время не абсо­лютны, а относительны, ибо зависят от скорости системы отсчета и от распре­деления масс вблизи нее.

Во-вторых, квантовая механика окончательно разрушила господ­ствовавшую в механической картине мира уверенность в универсальной применимости принципа детерминизма. Если раньше физики надеялись, что все взаимосвязи физических явлений можно в принципе описать в терминах причинно-следственных связей, то теперь они были вынуждены отказаться от этой идеи. Оказалось, что в микромире невозможно заранее предсказать пове­дение тех или иных объектов и систем. В квантовой механике можно говорить лишь о вероятности явлений.

В-третьих, квантовая механика показала, что невозможно построить объ­ективную картину физической реальности, ибо никакие ухищрения не позволят устранить влияние на картину мира субъекта - наблюдателя реальности. Теоре­тическое описание объекта неизбежно будет зависеть от способа его наблюде­ния, тем самым, наблюдатель становится неотъемлемой частью теории. Клас­сическая для прежней теории познания схема субъектно-объектных отношений перестаёт здесь работать.

Таким образом, мы можем констатировать, что наступил новый неклас­сический этап развития естествознания. Он продолжается по сей день.

Здесь вы можете написать комментарий

* Обязательные для заполнения поля
Все отзывы проходят модерацию.
Навигация
Связаться с нами
Наши контакты

vadimmax1976@mail.ru

8-908-07-32-118

8-902-89-18-220

О сайте

Magref.ru - один из немногих образовательных сайтов рунета, поставивший перед собой цель не только продавать, но делиться информацией. Мы готовы к активному сотрудничеству!