4. Исследования в области электроманитного поля и начало крушения механистической картины мира

Английский химик и физик Майкл Фарадей (1791-1867) ввел в науку понятие электромагнитного поля. Ему удалось показать опытным путем, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая связь. Тем самым он впервые объединил электричество и магнетизм, признал их одной и той же силой природы. В результате в естествознании начало утверждаться понимание того, что кроме вещества, в природе существует еще и поле.

Работы в области электромагнетизма положили начало крушению механистической картины мира. К числу противоречий, характерных для естествознания конца XIX века, можно отнести факт несимметрии уравнений Максвелла для электромагнитного поля по отношению к различным системам отсчета.

5. Кризис в математике. Теоремы о неполной занятости Геделя. Проблема познаваемости мира.

в 1900-1930 годах кризис охватил и такую абсолютно точную науку, как математика. Его в полной мере можно рассматривать как кризис всего формально-логического способа мышления.

В 1931 году Курт Гедель привел доказательство так называемых «теорем о неполноте знаний».

Теорема 1: в любой достаточно сложной непротиворечивой теории существует истинное утверждение, которое средствами самой теории невозможно ни доказать, ни опровергнуть.

Теорема 2: непротиворечивость достаточно богатой теории не может быть доказана средствами этой теории. Однако вполне может оказаться, что непротиворечивость одной конкретной теории может быть установлена средствами другой, более мощной формальной теории.

6. Четвертая научная революция. Окончательное крушение механистической картины мира.

Еще в конце XIX века большинство ученых склонялись к точке зрения, что физическая картина мира в основном построена и останется в дальнейшем незыблемой. Однако существовали нестыковки, которые предстояло уточнить. Существовал парадокс «ультрафиолетовой катастрофой». была нестыковка теоретических и экспериментальных результатов при излучении «абсолютно черного тела», которое, будучи нагретым до определенной температуры, способно излучать и поглощать, но не отражать электромагнитные волны. Эксперимент показал, что для каждой температуры существует длина волны, на которой тело излучает максимум энергии. Расчет, сделанный независимо друг от друга англичанами Джоном Рейли (Рэлеем) и Джеймсом Джинсом, основанный на свойствах электромагнитных волн и термодинамике Больцмана, приводил к абсурду: при уменьшении значения длины волны излучаемая энергия должна была стать бесконечно большой. Вся энергия Вселенной должна была давно уйти в ультрафиолетовое излучение, но этого на деле не происходило.

Не находил объяснения фотоэффект. Его парадокс состоял в том, что интенсивный свет с большей длиной волны не приводил к эффекту, а слабый свет, но с меньшей длиной волны, к эффекту, напротив, приводил.

Макс Планк (1858-1947) – немецкий физик, предложил в 1900 году, что вещество не может излучать или поглощать энергию иначе, как конечными порциями (квантами), пропорциональными излучаемой (или поглощаемой) частоте. Планк предположил, что энергию электромагнитных колебаний нельзя делить до бесконечности и выдвинул гипотезу, гласящую, что испускание и поглощение электромагнитного излучения может происходить только дискретно, конечными порциями — квантами. Это событие считается концом классического периода естествознания.

В 1897 году, английский физик Джозеф Джон Томсон (1856-1940) открыл первую элементарную частицу — электрон. В последующих опытах по измерению заряда электрона и получению отношения этого заряда к массе было обнаружено совершенно необычное явление зависимости массы электрона от его скорости. Уяснив, что электроны являются составными частями атомов всех веществ, Дж. Томсон предложил в 1903 году первую (электромагнитную) модель атома. Согласно этой модели, отрицательно заряженные электроны располагаются определенным образом (как бы «плавают») внутри положительно заряженной сферы. Сохранение электронами определенного места в сфере есть результат равновесия между положительным равномерно распределенным ее зарядом и отрицательными зарядами электронов. Но модель «атома Томсона» просуществовала сравнительно недолго.

В 1911 году Эрнест Резерфорд предложил свою модель атома, которая получила название планетарной. Резерфорд резонно предположил, что атом есть динамическая система наподобие солнечной: в центре находится массивное положительно заряженное ядро (от него и отскакивают положительные частицы), а вокруг по орбитам движутся отрицательно заряженные электроны. Большая часть атома пуста – сквозь нее-то и летят альфа-частицы.

Н. Бор, зная о модели Резерфорда и приняв ее в качестве исходной, разработал в 1913 году квантовую теорию строения атома. Нильс Бор сформулировал новый постулат, провозгласив, что законы микромира отличаются от законов макромира, и электрон в атоме может двигаться (т.е. иметь строго определенную энергию) и не излучать, но не по любой орбите, а лишь по такой, длина которой соответствует целому числу длин волн. Разным скоростям соответствуют разные радиусы орбит. Если электрон почему-то перескакивает с орбиты на орбиту, то его энергия (и энергия атома в целом) меняется. Разность энергий излучается или поглощается в виде кванта с частотой, определяемой согласно Планку.

У объектов микромира, рассматриваемых с ее позиций, обнаружились такие свойства, которые совершенно не имеют аналогий в привычном нам мире. Поэтому была создана квантовая механика.