Общая характеристика электромагнитной картины мира. Механическая,электромагнитная и квантово-релятивистская научная картина мира - закон Явления характерные для электромагнитной картины мира
Предпосылки возникновения электромагнитной картины мира
Механистическая картина мира, согласно которой, все в природе подчиняется законам механики, с развитием физики оказалась неспособной ответить на вновь возникшие вопросы. В 19 веке в физике стали накапливаться новые эмпирические знания, которые вступали в противоречие с принципами механической картины мира. Попытки распространения методов изучения механики на изучение электричества, магнетизма и объяснение тепловых явлений привели к тому, что ученым приходилось вводить все больше искусственных допущений, что постепенно вело к крушению механической картины мира. В попытках объяснить тепловые и электромагнитные явления, вводились понятия теплорода, электрической и магнитной жидкости, которые считались особыми разновидностями материи. Ввиду того, что механические методы оказались неприемлемыми по отношению к этим явлениям, эмпирические факты пытались искусственно подогнать под рамки существующей картины мира. Вследствие этого, стало ясно, что новые факты не укладываются в рамки механической картины мира, а данные новых опытов и существующих знаний слишком противоречивы, соответственно, необходимо изменение представлений о материи, а значит, смены физической картины мира.
Принципы электромагнитной картины мира
К выводу о необходимости изменения существующих корпускулярных представлений о материи на континуальные пришел М. Фарадей, который установил, что электромагнитное поле является непрерывным, а заряды в электромагнитном поле являются точечными силовыми центрами. Вследствие этого вопрос о построении механической модели эфира оказался неактуальным.
В механической картине мира свет объяснялся при помощи понятия эфира, но в этом случае возникала большая трудность. Предполагалось, что эфир является некой сплошной средой, то есть он не должен препятствовать движению тел, соответственно, эфир похож на очень легкий газ. В экспериментах со светом было сделано два основополагающих вывода:
- Световые и электромагнитные колебания являются поперечными, а не продольными.
- Скорость распространения световых и электромагнитных колебаний очень велика.
В механике считалось, что поперечные колебания возможны в твердых телах, а скорость колебаний находится в зависимости от плотности тела. То есть, для скорости света плотность эфира должна была бы быть больше плотности стали. Тогда возникает вопрос о том, как двигаются тела.
Замечание 1
Таким образом, Фарадей выдвинул принципиально новые взгляды на материю, пространство, время и силу, что кардинальным образом меняло существовавшую картину мира. В числе первых идеи Фарадея поддержал Максвелл.
В новой картине мира совокупность неделимых атомов переставала быть конечным пределом материи, в качестве него представлялось единое непрерывное поле с электрическими зарядами и волновыми движениями в этом поле.
Если движение в механической картине мира представлялось как простое механическое перемещение, то в электромагнитной картине мира формой движения становилось распространение колебаний в поле, которое в свою очередь объяснялось законами электродинамики, а не механики.
Существовавшая до этого концепция пространства и времени, предложенная Ньютоном, к полевым представления не подходила, так как пустого пространства поле не имеет, являясь совершенно непрерывной материей. В электромагнитной картине мира время неразрывно связано с процессами, происходящими в поле. То есть, в новой картине мира, в отличие от прежней, пространство и время не являются независимыми сущностями, концепция абсолютного пространства и времени сменилась реляционной концепцией.
Проблема взаимодействия также требовала принципиально нового решения. Концепция дальнодействия, предложенная Ньютоном, сменилась принципом близкодействия, который предложил Фарадей. Принцип близкодействия означает, что любые взаимодействия передаются полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью.
В электромагнитной картине мира, так же, как и в механической, понятие случайности исключалось, предполагалось, что электромагнитные законы, так же, как механические, предопределяют развитие событий. Однако позже, с появлением кинетической теории газов, в электромагнитной картине мира появилось понятие вероятности.
Роль человека и его место во Вселенной электромагнитной картиной мира не подверглось изменению, человек воспринимался лишь как объект природы и не более того. Отношение о специфике жизни и разума оставалось неизменным.
Новая сформировавшаяся картина мира смогла объяснить много явлений, которые были непонятны с точки зрения механической картины мира. Единство мира вскрылось гораздо более глубоко, электричество и магнетизм объяснялись на основе одних и тех же законов.
В соответствии с электромагнитной картиной мира, точечным центром является заряд, а факты указывали на конечную протяженность заряда. Ввиду этого, вопреки новой картине мира, новая электронная теория Ленца рассматривала частицу-заряд в форме заряженного, обладающего массой, шарика.
Трудности электромагнитной картины мира
Трудности новой картины мира возникли после опытов Майкельсона, проведенных в 1881-1887 гг. В ходе этих опытов Майкельсон ожидал обнаружить движение тела по инерции при помощи находящихся на этом теле приборов. Теория Максвелла предполагала, что такое движение существует, однако опыты Майкельсона этого не подтверждали. Однако, на такие неувязки не обращали внимания, так как принципы теории Максвелла были абсолютизированы, как в механической картине мира были абсолютизированы законы Ньютона.
Со временем подобных необъяснимых противоречий появлялось все больше. Противоречие между пониманием материи как определенного вида поля и представлениями механистической картины мира о пространстве и времени устранил А. Эйнштейн, который ввел в существующую картину мира идею относительности пространства и времени. Это открыло новые возможности для дальнейшего развития электромагнитной картины мира.
Электромагнитная картина мира основана в целом не только на учении об электромагнетизме, но и достижениях в других областях естествознания, таких как открытие электрона, создание ядерной модели атома, создание периодической системы элементов Д.И. Менделеева и многие другие/ В электромагнитную концепцию вошли также некоторые идеи теории относительности и квантовой механики.
Основные черты электромагнитной картины мира можно кратко определить следующим образом:
Материя существует в двух видах - в виде вещества и в виде поля (известны гравитационное поле и электромагнитное). Эти виды материи строго разделены. Превращения поля в вещество, вещества в поле невозможны;
Электромагнитное взаимодействие определяет абсолютное большинство явлений Природы (кроме относящихся к тяготению) - соответственно электрических и магнитных, а также оптических, химических, тепловых и механических. Так, например, атомное ядро полагается состоящим из протонов и так называемых дублетов - нейтральных соединений из протона и электрона, что сводит все силы, действующие в веществе к электромагнитным;
В качестве элементарных составных частей вещества выделяются электрон и протон. Стабильность этих частиц объясняет стабильность вещества и мироздания в целом. Квантом электромагнитного поля является фотон. Развивается идея корпускулярно-волнового дуализма, «увязывающая» волновые и корпускулярные (квантовые) свойства;
Преобладание однозначных причинно-следственных связей; вероятностные закономерности не признаются фундаментальными; они относятся только к коллективам частиц (например, молекул), а каждая из частиц в отдельности подчиняется законам механики Ньютона.
Электромагнитная картина мира представляла существенный шаг вперед в познании мира. Многие ее положения и детали вошли в современную естественнонаучную концепцию мироздания.
Литература к главе 2
1. Боровой А, А. и др. Законы электромагнетизма. - М.: Наука, 1970.
2. Бутиков Е. Н. Оптика. - М.: Наука, 1987.
З. Де Гроот С, Сатторп Л., Электродинамика. - М.: Наука, 1982.
4. Каганов М. И., Цукерник В. М. Природа магнетизма. - М.: Наука, 1982.
5. Калашников С. Г. Электричество. - М.: Наука, 1977.
6. Карцев В. Л. Приключения великих уравнений. - М.: Знание, 1986.
7. Ландсберг Г. С. Оптика. - М.: Наука, 1976.
8. Матвеев А. Н. Электродинамика и теория относительности. - М.: Высш.шк., 1964.
9. Татур Т. А. Основы теории электромагнитного поля. - М.: Высш.шк., 1989.
10. Тамм И. Е. Основы теории электричества. - М.: Наука, 1976.
11. Филонович С. Р. Судьба классического закона. - М.; Наука, 1990.
Вопросы и задания к главе 2
1. Познакомьтесь по рекомендованной литературе с основными открытиями в области электромагнетизма и оптики в XYII-XX вв., с биографиями и научными достижениями выдающихся ученых: А. Ампера, Г. Герца, X. Гюйгенса, Г. Лоренца, Дж. Максвелла, Г.Кирхгофа, Щ. Кулона, Г. Ома, М. Фарадея, О. Френеля, X. Эрстеда.
2. Повторите по учебникам для средней школы и другой литературе темы, посвященные электрическим и магнитным явлениям.
3. Письменно в рабочей тетради сформулируйте понятия электрический заряд, электромагнитное поле, напряженности электрического поля, магнитная индукция, сила и плотность тока, объемная плотность заряда.
4. Поясните, в чем сущность неразделимости магнитного и электрического полей. Справедливо ли в этой связи рассматривать отдельно электрическое поле?
5. Сформулируйте закон Кулона Рассчитайте силу кулоновского взаимодействия между протоном и электроном в атоме водорода. Сравните значение этой силы с силой гравитационного притяжения этих частиц. Как можно проверить закон Кулона на опыте, не измеряя заряды?
6. Подумайте, как с помощью магнитного поля можно разделить двигающиеся вместе положительно и отрицательно заряженные частицы.
7. Продумайте вслед за Фарадеем возможные эксперименты по обнаружению электромагнитной индукции. Попытайтесь воспроизвести один из опытов.
8. Обобщите закон электромагнитной индукции Фарадея; запишите ход ваших рассуждений.
9. Какой физический смысл имеет правило Ленца? Что будет, если в законе электромагнитной индукции заменить на «+»?
10. В чем проявляется асимметрия электрического и магнитного полей?
11. Приведите аргументы, доказывающие, что свет-это электромагнитные волны.
12. Получите формулы, связывающие характеристики электромагнитной волны - частоту v и длину волны λ , период Т , волновое число k .
13. Попытайтесь определить тип поляризации волн, несущих телевизионный сигнал, зная, что расположение вибраторов приемных телевизионных антенн связано с поляризацией электромагнитных волн, излучаемых передающими антеннами.
14. Попробуйте понять «замысел» Природы, определившей для зрения человека диапазон видимого света. Какую картину увидели бы мы в диапазоне, например, СВЧ? В рентгеновском диапазоне?
15. Почему естественные источники всегда излучают некогерентные световые волны?
16. Как должна выглядеть дифракционная решетка для радиоволн метрового диапазона?
17. В чем ограниченность электромагнитной картины мира?
18. Известно, что классическая электродинамика была создана как обобщение многочисленных явлений Природы, экспериментов и теоретических предпосылок. Попробуйте пойти обратным путем и исходя из общих законов электромагнетизма объяснить какое-нибудь конкретное электромагнитное явление (например, возникновение молнии, действие электрического тока на магнитную стрелку и др.)
Предпосылки возникновения электромагнитной картины мира
Механистическая картина мира, согласно которой, все в природе подчиняется законам механики, с развитием физики оказалась неспособной ответить на вновь возникшие вопросы. В 19 веке в физике стали накапливаться новые эмпирические знания, которые вступали в противоречие с принципами механической картины мира. Попытки распространения методов изучения механики на изучение электричества, магнетизма и объяснение тепловых явлений привели к тому, что ученым приходилось вводить все больше искусственных допущений, что постепенно вело к крушению механической картины мира. В попытках объяснить тепловые и электромагнитные явления, вводились понятия теплорода, электрической и магнитной жидкости, которые считались особыми разновидностями материи. Ввиду того, что механические методы оказались неприемлемыми по отношению к этим явлениям, эмпирические факты пытались искусственно подогнать под рамки существующей картины мира. Вследствие этого, стало ясно, что новые факты не укладываются в рамки механической картины мира, а данные новых опытов и существующих знаний слишком противоречивы, соответственно, необходимо изменение представлений о материи, а значит, смены физической картины мира.
Принципы электромагнитной картины мира
К выводу о необходимости изменения существующих корпускулярных представлений о материи на континуальные пришел М. Фарадей, который установил, что электромагнитное поле является непрерывным, а заряды в электромагнитном поле являются точечными силовыми центрами. Вследствие этого вопрос о построении механической модели эфира оказался неактуальным.
В механической картине мира свет объяснялся при помощи понятия эфира, но в этом случае возникала большая трудность. Предполагалось, что эфир является некой сплошной средой, то есть он не должен препятствовать движению тел, соответственно, эфир похож на очень легкий газ. В экспериментах со светом было сделано два основополагающих вывода:
- Световые и электромагнитные колебания являются поперечными, а не продольными.
- Скорость распространения световых и электромагнитных колебаний очень велика.
В механике считалось, что поперечные колебания возможны в твердых телах, а скорость колебаний находится в зависимости от плотности тела. То есть, для скорости света плотность эфира должна была бы быть больше плотности стали. Тогда возникает вопрос о том, как двигаются тела.
Замечание 1
Таким образом, Фарадей выдвинул принципиально новые взгляды на материю, пространство, время и силу, что кардинальным образом меняло существовавшую картину мира. В числе первых идеи Фарадея поддержал Максвелл.
В новой картине мира совокупность неделимых атомов переставала быть конечным пределом материи, в качестве него представлялось единое непрерывное поле с электрическими зарядами и волновыми движениями в этом поле.
Если движение в механической картине мира представлялось как простое механическое перемещение, то в электромагнитной картине мира формой движения становилось распространение колебаний в поле, которое в свою очередь объяснялось законами электродинамики, а не механики.
Существовавшая до этого концепция пространства и времени, предложенная Ньютоном, к полевым представления не подходила, так как пустого пространства поле не имеет, являясь совершенно непрерывной материей. В электромагнитной картине мира время неразрывно связано с процессами, происходящими в поле. То есть, в новой картине мира, в отличие от прежней, пространство и время не являются независимыми сущностями, концепция абсолютного пространства и времени сменилась реляционной концепцией.
Проблема взаимодействия также требовала принципиально нового решения. Концепция дальнодействия, предложенная Ньютоном, сменилась принципом близкодействия, который предложил Фарадей. Принцип близкодействия означает, что любые взаимодействия передаются полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью.
В электромагнитной картине мира, так же, как и в механической, понятие случайности исключалось, предполагалось, что электромагнитные законы, так же, как механические, предопределяют развитие событий. Однако позже, с появлением кинетической теории газов, в электромагнитной картине мира появилось понятие вероятности.
Роль человека и его место во Вселенной электромагнитной картиной мира не подверглось изменению, человек воспринимался лишь как объект природы и не более того. Отношение о специфике жизни и разума оставалось неизменным.
Новая сформировавшаяся картина мира смогла объяснить много явлений, которые были непонятны с точки зрения механической картины мира. Единство мира вскрылось гораздо более глубоко, электричество и магнетизм объяснялись на основе одних и тех же законов.
В соответствии с электромагнитной картиной мира, точечным центром является заряд, а факты указывали на конечную протяженность заряда. Ввиду этого, вопреки новой картине мира, новая электронная теория Ленца рассматривала частицу-заряд в форме заряженного, обладающего массой, шарика.
Трудности электромагнитной картины мира
Трудности новой картины мира возникли после опытов Майкельсона, проведенных в 1881-1887 гг. В ходе этих опытов Майкельсон ожидал обнаружить движение тела по инерции при помощи находящихся на этом теле приборов. Теория Максвелла предполагала, что такое движение существует, однако опыты Майкельсона этого не подтверждали. Однако, на такие неувязки не обращали внимания, так как принципы теории Максвелла были абсолютизированы, как в механической картине мира были абсолютизированы законы Ньютона.
Со временем подобных необъяснимых противоречий появлялось все больше. Противоречие между пониманием материи как определенного вида поля и представлениями механистической картины мира о пространстве и времени устранил А. Эйнштейн, который ввел в существующую картину мира идею относительности пространства и времени. Это открыло новые возможности для дальнейшего развития электромагнитной картины 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.
Диалектика природы и естествознания Константинов Федор Васильевич
3. 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 (от лат, continuum - непрерывность). Он писал: «Я чувствую большое затруднение в представлении атомов материи с промежуточным пространством, не занятым атомами…» Он сделал вывод о том, что электромагнитное поле сплошь непрерывно, заряды в нем являются точечными силовыми центрами. Тем самым отпадал вопрос о построении механической модели эфира, о непримиримости механических представлений об эфире с реальными опытными данными о свойствах света, электричества и магнетизма. Основная трудность в объяснении света с помощью предполагаемого 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 же со светом были установлены два фундаментальных факта: во-первых, световые и электромагнитные колебания являются не продольными, а поперечными и, во-вторых, скорость распространения этих колебаний очень велика - порядка 3 х 10 5 км/сек. В механике же было показано, что поперечные колебания возможны лишь в твердых телах, причем скорость их зависит от плотности этих тел.
Для такой большой скорости, как скорость света, плотность эфира во много раз должна превосходить плотность стали. Но тогда непонятно, как же такой сверхплотный эфир не препятствует движению в нем тел? На протяжении всего XIX и частично XX в. продолжались упорные попытки разрешить эти трудности в представлениях об эфире, хотя фактически еще М. Фарадей в 1844 г. нашел правильное решение проблемы. Чтобы принять это решение, надо было совершить революцию в представлениях о материи и движении.
Д. К. Максвелл был одним из первых, кто должным образом оценил значение взглядов Фарадея на природу. При этом он подчеркивал, что Фарадей выдвинул новые философские взгляды на материю, пространство, время и силы. Согласно взглядам Фарадея, электромагнитное поле - тонкая невещественная материя, первичная по отношению к атомам и телам; движение - распространение колебаний в поле - первично по отношению к перемещению тел. Пустого пространства нет, так как поле является абсолютно непрерывной материей; время неразрывно связано с процессами, происходящими в поле; не соответствует действительности и ньютоновский принцип дальнодействия: любые взаимодействия передаются полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью (фарадеевский принцип близкодействия).
Руководствуясь этими представлениями о физической реальности, Дж. Максвелл в 1867 г. построил теорию электромагнетизма. Вследствие своего революционного характера она долгое время казалась трудной и непонятной для тех физиков, в умах которых продолжала господствовать механическая картина природы. Трудности усвоения теории электромагнетизма усугублялись еще и тем, что она выражалась при помощи более сложных, чем в механике, математических уравнений. Но они удивительно хорошо объясняли все известные факты.
Тем не менее физикам, не владевшим диалектикой, казалось, что если эфир отброшен, то отброшена и материя; признать же поле за материю они не могли. В физике начались «шатания мысли». Как отмечал В. И. Ленин:
«„Материя исчезает“, остаются одни уравнения… получается старая кантианская идея: разум предписывает законы природе». «Такова первая причина „физического“ идеализма. Реакционные поползновения порождаются самим прогрессом науки», - делает вывод В. И. Ленин.
Объективный ход развития физики неизбежно привел к ломке старых фундаментальных понятий и принципов, к формированию новых. Непримиримое противоречие между механической картиной мира и опытными данными разрешилось крушением первой. Вместо нее возникло новое миропонимание - электромагнитная картина мира, и начался новый период в развитии физики.
Ученые занялись математической разработкой теории Дж. Максвелла, как это имело место и после создания механики Ньютона. Вернее сказать, с появлением электромагнитной картины мира начался этап интенсивного эволюционного развития физики на новой основе. Взгляды М. Фарадея и Дж. Максвелла произвели подлинную революцию в представлениях о природе. В качестве исходной материи здесь оказалась не совокупность неделимых атомов, перемещающихся в пустоте, а единое абсолютно непрерывное бесконечное поле с силовыми точечными центрами - электрическими зарядами и с волновыми движениями в нем. Основными законами мироздания оказались не законы механики, а законы электродинамики. В связи с этим менялись и методы научного исследования.
Теория электромагнетизма Максвелла объяснила большой круг явлений, не понятых с точки зрения прежней механической картины мира. Кроме того, она глубже вскрывала материальное единство мира, поскольку электричество и магнетизм объяснялись на основе одних и тех же законов. Последние послужили базой для электромагнитной теории света. При этом была построена единая шкала электромагнитных колебаний от самых длинных радиоволн до коротких рентгеновских и гамма-излучений. На первых порах успешно разрабатывалась и электронная теория строения вещества. Ученые пытались и механические движения объяснить с помощью электродинамики. Строились доказательства электромагнитного происхождения массы, была найдена формула зависимости массы от скорости (М. Абрагам).
Однако на этом пути вскоре стали возникать непреодолимые трудности. Так, согласно электромагнитной картине мира, заряд считался точечным центром, а факты свидетельствовали о конечной протяженности частицы-заряда. Поэтому уже в электронной теории Г. А. Лоренца частица-заряд вопреки новой картине мира рассматривалась в виде твердого заряженного шарика, обладающего массой. Однако это допущение не снимало трудностей. Полученная опытным путем формула зависимости массы от скорости не совпадала с рассчитанной на основе теории. Вскоре появились и другие расхождения теории и опыта. Непонятным оказался результат опытов, проведенных в 1881–1887 гг. Майкельсоном. В этом опыте он пытался обнаружить движение тела по инерции при помощи приборов, находящихся на этом же теле. По теории Максвелла, такое движение можно обнаружить, но опыт не подтверждал этого.
В конце XIX - начале XX в. исследования показали, что взгляды Максвелла на физическую реальность были внутренне противоречивы. Приняв новые взгляды на материю и движение, заменив механические законы природы на электродинамические, он сохранил ньютоновские представления об абсолютности пространства и времени. Но в самих уравнениях электродинамики неявно содержалось предположение об относительности пространства и времени, чего сам Максвелл, как и другие физики того времени, не заметил.
Электродинамический этап развития физики делится на два периода: от Фарадея и Максвелла до Эйнштейна и после Эйнштейна по настоящее время. В первый период в результате некоторой недостроенности новой картины мира (сохранение ньютоновских представлений о пространстве и времени) в построении электродинамических теорий имелись внутренние противоречия, о которых мы говорили ранее. Однако этому не придавалось принципиального значения. Более того, выводы теории Максвелла были абсолютизированы, так что даже такой крупный физик, как Г. Кирхгоф, восклицал: «Разве осталось что-либо еще открывать?»
Однако к концу XIX в. все больше накапливалось необъяснимых несоответствий теории и опыта. Последние следует разделить на две группы. Одни были обусловлены указанной выше недостроенностью электромагнитной картины мира. Другие вообще не согласовывались с континуальными представлениями о материи, т. е. выходили за пределы этой картины. К последним следует отнести трудности в объяснении фотоэффекта, открытого в 1887 г., линейчатых спектров атомов, но особенно большие трудности возникали при попытках построить теорию теплового излучения. Эмпирические законы, установленные в этой области, не согласовывались с новой картиной мира.
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 фактически отказывались от них. Работами этих ученых, прежде всего Г. Лоренца и А. Пуанкаре, завершается доэйнштейновский период развития электродинамической физики.
Однако концепция абсолютности пространства и времени И. Ньютона, базировавшаяся на их независимости от характера и природы движущихся тел, не была отброшена сразу. Открытия А. Эйнштейна, теоретически обосновавшие тезис единства материи, движения, пространства и времени, победили тогда, когда была доказана диалектическая связь пространства и времени как форм движения материи с природой движущихся систем. Принимая законы электродинамики в качестве основных законов физической реальности, 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. Взгляды Эйнштейна опирались на более правильное и глубокое философское понимание сущности электродинамической физики, что дало ему возможность устранить из электромагнитной картины мира ньютоновское понимание пространства и времени, заменив их такими, которые соответствовали полевым континуальным представлениям о материи и движении. Тем самым новая картина мира была создана в виде системы согласованных между собой понятий, принципов и гипотез.
С появлением теории относительности Эйнштейна (1905 г.) начинается второй период в развитии физики. Введение в электромагнитную картину мира релятивистских представлений о пространстве и времени открыло новые возможности для ее развития. Прежде всего были разработаны новые специальные теории: релятивистская «динамическая» механика, релятивистская «феноменологическая» термодинамика, релятивистская статистическая механика. Что касается электродинамики Максвелла, то она была дополнена электродинамикой движущихся тел.
Первой качественно новой теорией этого периода стала общая теория относительности (1916 г.), которая фактически является теорией тяготения. Чтобы ее построить, в электромагнитную картину мира А. Эйнштейном было введено понятие о кривизне пространства-времени, что расширяло конкретные представления о пространстве и времени. Как известно, по Ньютону, тяготение определялось как особая способность тел мгновенно притягивать друг друга при любых расстояниях между ними. Такое понимание тяготения является поверхностным, однако оно просуществовало в физике более 200 лет. Эйнштейн впервые дал глубокое объяснение природы тяготения. При этом большое философское значение имеет введенная Эйнштейном зависимость кривизны пространства-времени от распределения масс, т. е. от таких видов материи, как вещество и поле. Тем самым получило подтверждение известное положение материалистической диалектики о взаимосвязи пространства, времени и движущейся материи.
К тому же в результате новых экспериментальных открытий в области строения вещества в конце XIX - начале XX в. все больше обнаруживалось непримиримых противоречий между электромагнитной картиной мира и опытными фактами. В 1897 г. было открыто явление радиоактивности и было установлено, что оно связано с превращением одних химических элементов в другие, которое сопровождается испусканием?-лучей (ионов гелия) и?-лучей (электронов). Изучение этих явлений создало основу для построения эмпирических моделей атома. Такого рода модели, построенные на основе опытных данных, противоречили электромагнитной картине мира.
В 1900 г. М. Планк в процессе многочисленных попыток построить теорию излучения был вынужден высказать предположение о прерывности (квантовом характере) процессов излучения. Сам Планк, в то время приверженец электромагнитной картины мира, отмечал, что он испытывает отвращение к такой странной гипотезе, разрушающей стройное здание электродинамики Максвелла. Однако гипотеза Планка о квантах излучения оказалась очень плодотворной.
Противоречия между электромагнитной картиной мира и новыми открытиями в области строения атома и законов излучения становились все более непримиримыми. Назревала новая революция в физике, связанная с заменой существующей картины мира квантово-полевой.
Из книги Хрестоматия по философии [Часть 2] автора Радугин А. А.Тема 11. Человек во Вселенной. Философская, религиозная и научная картина мира 11.1. Концепция бытия – фундамент ф илософской картины мира Основная задача каждой философии заключается в решении проблемы наличного бытия мира. Решением этой проблемы занимались все философы,
Из книги Философия науки и техники автора Стёпин Вячеслав СеменовичНаучная картина мира Второй блок оснований науки составляет научная картина мира. В развитии современных научных дисциплин особую роль играют обобщённые схемы – образы предмета исследования, посредством которых фиксируются основные системные характеристики
Из книги Прикладная философия автора Герасимов Георгий МихайловичКартина мира Сформулирую в общих чертах существенные с моей точки зрения элементы картины мира, предлагаемой этой философской системой.Существует бесконечная, вездесущая, неизменная во времени нематериальная субстанция, в которой содержится полная информация о всем
Из книги Эволюционная теория познания [врождённые структуры познания в контексте биологии, психологии, лингвистики, философии и теории науки] автора Фоллмер ГерхардG ЯЗЫК И КАРТИНА МИРА Язык является домашним изобретением и мы не должны ожидать, что он далеко выходит за пределы повседневного опыта.(Wilkinson,1963,127)Язык, без сомнения, является одним из важнейших признаков человека. Он является основопологающим средством коммуникации,
Из книги Материалы сайта Savetibet.ru (без фотографий) автора Гьяцо Тензин Из книги Материалы сайта Savetibet.ru автора Гьяцо ТензинЯсная картина мира беседа c российскими журналистами Дхарамсала, Индия 7 октября 2005 В мае 2005 года, в преддверии 70-летнего юбилея Его Святейшества Далай Ламы, группа российских журналистов, представляющих такие издания, как журнал «Итоги», газеты «Новые Известия» и
Из книги Основы философии автора Бабаев ЮрийРелигиозная картина мира Если рассматривать космологическую часть какой-либо религии конкретно, то мы обнаружим определенные различия в частностях понимания мироздания, но принципиальные положения в объяснении исходных положений мироздания повторяются. Обратимся к
Из книги Эниология вечности, или Новый «Дао дэ цзин» автора Бугаев Александр ФилипповичФилософская картина мира Философия с самого своего зарождения, в силу объективных потребностей человека, всегда стремилась раскрыть пути к познанию всеобщего, основополагающего, лишь в качестве иллюстрации используя порой признаки составляющих мир элементов бытия.
Из книги 3. Диалектика природы и естествознания автораГлава 1. Онтология. Картина Мира Вся воспринимаемая человеком информация (ученые насчитывают уже 55 параметров) записывается на его дорожку памяти как на киноленту, и сохраняется до конца жизни. Но пробивается наверх, в аналитический ум, и выше - в сознание - лишь малая ее
Из книги Диалектика природы и естествознания автора Константинов Федор Васильевич Из книги Инстинкт и социальное поведение автора Фет Абрам Ильич2. Механическая картина мира Полноценной наукой физика стала в XVII в., когда появилась общественная необходимость в более глубоком изучении природы. До этого понимание природы основывалось на обыденных знаниях и натурфилософии. Дальнейшее развитие общественного
Из книги Философское ориентирование в мире автора Ясперс Карл Теодор3. 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 (от лат, continuum - непрерывность). Он писал: «Я чувствую
Из книги История мировой культуры автора Горелов Анатолий Алексеевич Из книги Генри Торо автора Покровский Никита ЕвгеньевичМироздание и картина мира Мыслить мироздание - захватывающая мысль. Вместо существования, в котором я есмь, я схватываю в ней единое, которое есть все. Но это - только мысль. Я, как существо, охватывающее (fa?t) мысль о продвижении (Fortschreiten) за пределы всякого особенного
Из книги автораНаучная картина мира В процессе духовной эволюции человечество не получило обещанного счастья, но получило информацию, за что тоже должна быть благодарна культуре. Какова она в наиболее проверенной научной форме? Другими словами, какова современная научная картина
Из книги автора2. Романтическая картина мира Важнейшую цель своего художественно-философского творчества романтики видели в максимально точном выражении становления и развития жизни во всей ее динамике. Органическому строению мира романтики искали эквиваленты в «органических»
