2.3. Зарождение новых представлений о мире. Появление квантовой теории

Механический подход ко многим явлениям стал очевидно неприемлемым, но факты, получаемые опытным путем, продолжали искусственно подгонять под механическую картину мира. Так продолжалось до начала 20 века, когда результаты опытов перестали укладываться в положения механической картины мира. Они свидетельствовали о противоречиях между системой взглядов и результатами научных экспериментов. Физика к этому моменту уже нуждалась в серьезном изменении представлений о материи. Необходимо было менять физическую картину мира. Требовалось другое решение проблемы взаимодействия.

Механическая картина мира Ньютона, принцип дальнодействия, замещалась принципом близкодействия Фарадея, который утверждал, что все взаимодействия передаются полем непрерывно, от точки к точке, с конечной скоростью.

В начале 20 века параллельно существовали два совершенно несовместимых представления о материи. Одно гласило, что она абсолютно непрерывна, другое утверждало, что она состоит из дискретных частиц. Физики активно предпринимали попытки совместить такие разные точки зрения. Эти попытки оставались безрезультатными.

В 1913 году Бор предложил свою модель атома, предположив, что электрон не излучает энергии, вращаясь, вопреки законам электродинамики, вокруг ядра. В 1924 году уже Луи де Бройль предложил гипотезу о соответствии определенной волны каждой частице. Работы Э. Шредингера и В. Гейзенберга, а далее М. Борна подтвердили эти представления. Волновая механика Шредингера и квантовая механика Гейзенберга восторжествовали.

Так началось становление новой теории. Это была уже квантовая, а далее и квантово-механическая картина мира, утвердились квантово-полевые представления о материи. Наличие у каждого элемента материи свойств волны и частицы, дало возможность определить новую картину мира как корпускулярно-волновой дуализм. Представления о неизменности материи оказались несостоятельными. Основной особенностью элементарных частиц явилась их универсальная взаимозависимость. Квантовое поле стало основным материальным объектом современной физики. Изменилось и представление о движении. Окончательно были утверждены представления об относительности пространства и времени. Была доказана их зависимость от материи. Пространство и время также оказались зависимы друг от друга.

Полная квантово-механическая картина мира является картиной познания объекта, а не только картиной самого объекта. Сегодня появились основания полагать, что контуры квантового мира, нарисованные исследователями, удовлетворяют той системе важных методологических и мировоззренческих требований, которые так активно и остро обсуждались в ученом мире. Философские дискуссии на эту тему идут уже на протяжении десятилетий. В квантово-механической картине мира многое и многое еще нуждается в дальнейшем развитии и серьезном уточнении.¹

Заключение

Все сказанное о механической картине Мира можно подытожить следующими выводами:

1. Впечатляющие успехи механики привели к механицизму и представление о механической сущности Мира, стало основой мировоззрения. Неделимые атомы составляли основу Природы. Живые существа – это «божественные машины», действующие по законам механики. Бог создал Мир и привел его в движение.

2. В рамках механической картины развивалась молекулярная физика. Представление о теплоте формировалось в двух направлениях: как механическое движение частиц и как движение невесомых, неощутимых «флюидов» (теплород, флогистон).

______________________________

1. Давыдов А. С. Квантовая механика. 3-е изд., стер. — СПб.: 2011 — 704 с.

На основе электрических магнитных «жидкостей» механика стремилась объяснить электрические и магнитные явления, на основе флюида «жизненная сила» пыталась понять работу живых организмов.

3. Анализ работы тепловых машин привел к возникновению термодинамики, важнейшим достижением которой явилось открытие закона сохранения и превращения энергии. Все виды энергии сводились к энергии механического движения. Макромир и микромир подчинялись одним и тем же механическим законам. Признавались только количественные изменения. Это означало отсутствие развития, то есть Мир считался метафизическим.¹

Исходя из современных научных познаний, хотелось бы добавить, что предсказания классической механики становятся неточными для систем, скорость которых приближается к скорости света (поведение таких систем должно описываться релятивистской механикой), или для очень малых систем, где действуют законы квантовой механики. Для описания поведения систем, в которых существенны и релятивистские, и квантовые эффекты, применяется релятивистская квантовая теория поля. Для систем с очень большим количеством составляющих, или степеней свободы, классическая механика также не может быть адекватной, и в этом случае используются методы статистической механики.

Классическая механика является самосогласованной теорией, т. е. в её рамках не существует утверждений, противоречащих друг другу. В целом она является совместимой и с другими «классическими» теориями (такими, как классическая электродинамика и классическая термодинамика), однако в конце XIX века выявились некоторые несоответствия между этими теориями; преодоление этих несоответствий знаменовало становление современной физики. В частности:

______________________________

1. Матвеев А. Н. «Механика и теория относительности». 3-е изд. — М.: ОНИКС 21 век: Мир и Образование, 2003. — 432 с.

Уравнения классической электродинамики неинвариантны относительно преобразований Галилея: поскольку в данные уравнения входит (как физическая константа, постоянная для всех наблюдателей) скорость света, то классическая электродинамика и классическая механика оказываются совместимыми только в одной избранной системе отсчёта — связанной с эфиром. Но экспериментальная проверка не выявила существования эфира, и это привело к созданию специальной теории относительности (в рамках которой уравнения механики были модифицированы).²

Несовместимы с классической механикой и некоторые утверждения классической термодинамики: применение их совместно с законами классической механики приводит к парадоксу Гиббса (согласно которому невозможно точно определить величину энтропии) и к ультрафиолетовой катастрофе (последняя означает, что абсолютно чёрное тело должно излучать бесконечное количество энергии). Попытки разрешить эти проблемы привели к возникновению и развитию квантовой механики.¹

______________________________

1. Давыдов А. С. Квантовая механика. 3-е изд., стер. — СПб.: 2011 — 704 с.

2. http://studopedia.ru/

Список использованных источников

1. Керр, Филипп. «Знак алхимика: Загадка Исаака Ньютона». — М.: ЭКСМО, 2006 г.

2. Акройд П. «Исаак Ньютон. Биография». — М.: КоЛибри, Азбука-Аттикус, 2011 г.

3. Хал Хеллман. «Ньютон против Лейбница: Битва титанов.// Великие противостояния в науке. Десять самых захватывающих диспутов». Глава 3 = Great Feuds in Science: Ten of the Liveliest Disputes Ever. — М.: «Диалектика», 2007. — 320 стр.

4. Маркеев А. П. «Теоретическая механика: Учебник для университетов» 3-е изд. — М.; Ижевск: РХД, 2007. — 592 с.

5. Сивухин Д. В. «Общий курс физики. Т. 1. Механика.» 5-е изд. — М.: Физматлит, 2006. — 560 с.

6. Голдстейн Г., Пул Ч., Сафксо Дж. «Классическая механика». — М.: РХД, 2012. — 808 с.

7. Яворский Б. М., Детлаф А. А. «Физика для школьников старших классов и поступающих в вузы». — М.: Академия, 2008. — 720 с. - (Высшее образование).

8. Матвеев А. Н. «Механика и теория относительности». 3-е изд. — М.: ОНИКС 21 век: Мир и Образование, 2003. — 432 с.

9. Давыдов А. С. Квантовая механика. 3-е изд., стер. — СПб.: 2011 — 704 с.

10. Дорфман Я. Г. «Теоретический фундамент классической физики // Всемирная история физики. С древнейших времён до конца XVIII века». — Изд. 2-е. — М.: КомКнига, 2007. — 352 с.

11. Гайдук Г. В. «Доклассическое естествознание Восточной Европы конца XV - середины XVIII веков». — Минск: ФУАинформ, 2010. — 416, [30] с.

12. В. А. Ильин, В. А. Садовничий, Бл. Х. Сендов. «Математический анализ» / Под ред. А. Н. Тихонова. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Проспект, 2006.

13. Маркеев А. П. Теоретическая механика. — М.: ЧеРО, 1999. — 572 с. — С. 254.

14. Арнольд В. И., Авец А. Эргодические проблемы классической механики. — Москва—Ижевск: РХД, 1999. — 284 с. — ISBN 5-89806-018-9.

15. Голубев Ю. Ф. Основы теоретической механики. 2-е изд. — М.: Изд-во МГУ, 2000. — 720 с. — ISBN 5-211-04244-1.

16. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Механика. 5-е изд. — М.: Физматлит, 2012. — 224 с. — («Теоретическая физика», т. I). — ISBN 978-5-9221-0819-5.

17. Историософские и философские проблемы науки [Текст] : учеб. пособие для аспирантов и соискателей : В 10 т. Т. 1. История и философия науки. Философские проблемы естествознания / Под общ. ред. проф. Л.С. Николаевой ; В.А. Волосухин, Л.С. Николаева, А.А. Данцев [и др.] ; Новочерк. инж.-мелиор. ин-т ДГАУ. - 3 е изд., стереотип. – Новочеркасск, 2015. – 322 с.

18. История механики в России / Под ред. А. Н. Боголюбова, И. З. Штокало. — Киев: Наукова думка, 1987. — 392 с.

19. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Механика. 5-е изд. — М.: Физматлит, 2012. — 224 с. — («Теоретическая физика», т. I). — ISBN 978-5-9221-0819-5.

Список электронных источников

https://ru.wikipedia.org/

http://edusupport.ru/

http://dic.academic.ru/

http://textarchive.ru/

http://studopedia.ru/