Коллектив авторов - Концепции современного естествознания. Учебное пособие

Отдавая дань столь великому вкладу ученого в становление и развитие научной картины мира, научную парадигму этого периода или научную революцию XVI–XVII вв. называют ньютоновской. И это вторая в истории европейской науки картина мира после аристотелевской. Ее основными достижениями можно считать:

1) натурализм– идею самодостаточности природы, управляемой естественными, объективными законами;

2) механицизм– представление мира в качестве машины, состоящей из элементов разной степени важности и общности;

3) квантитативизм– универсальный метод количественного сопоставления и оценки всех предметов и явлений мира, отказ от качественного мышления античности и Средневековья;

4) причинно-следственный автоматизм– жесткую детерминацию всех явлений и процессов в мире естественными причинами, описываемыми с помощью законов механики;

5) аналитизм– примат аналитической деятельности над синтетической в мышлении ученых, отказ от абстрактных спекуляций, характерных для античности и Средневековья;

6) геометризм– утверждение картины безграничного однородного, описываемого геометрией Евклида и управляемого едиными законами космического универсума. Еще одним важнейшим итогом научной революции Нового времени стало соединение умозрительной натурфилософской традиции античности и средневековой науки с ремесленно-технической деятельностью, с производством. Кроме того, в результате этой революции в науке утвердился гипотетико-дедуктивный метод познания.

В прошлом веке физики дополнили механистическую картину мира электромагнитной. Электрические и магнитные явления были известны давно, но изучались обособленно друг от друга. Дальнейшее их изучение показало, что между ними существует глубокая взаимосвязь, что заставило ученых искать эту связь и создать единую электромагнитную теорию. Наибольший вклад в создание этой теории внесли датский физик X. Эрстед (1777–1851), английские физики М. Фарадей (1791–1867) и Д. Максвелл (1831–1879) и др. В результате их открытий было показано, что в мире существует не только вещество в виде тел, но и разнообразные физические поля.

В конце XIX – начале XX вв. в естествознании были сделаны крупнейшие открытия, которые коренным образом изменили представления о существующей на тот момент картине мира. Прежде всего это были открытия, связанные со строением вещества, и открытия взаимосвязи вещества и энергии.

Если раньше последними неделимыми частицами материи, из которых состоит природа, считались атомы, то в конце прошлого века были открыты электроны, входящие в состав атомов. Электрон открыл в 1895 г. английский физик Д. Томсон (1856–1940). Позднее было установлено строение ядер атомов, состоящих из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (лишенных заряда частиц).

Первую модель строения атома предложил английский ученый Э. Резерфорд (1871–1937). Согласно этой модели атом уподоблялся миниатюрной солнечной системе, в которой вокруг ядра вращаются электроны. Такая система была, однако, неустойчивой: вращающиеся электроны, теряя свою энергию, в конце концов должны были упасть на ядро. Но опыт показал, что атомы являются весьма устойчивыми образованиями и что для их разрушения требуются огромные силы. В связи с этим прежняя модель строения атома была значительно усовершенствована в 1913 г. выдающимся датским физиком Н. Бором (1885–1962), который предположил, что при вращении по т. н. стационарным орбитам электроны не излучают энергию. Такая энергия излучается или поглощается в виде кванта,или порции энергии, только при переходе электрона с одной орбиты на другую.

В 30-е гг. XX в. было сделано другое важное открытие, которое показало, что элементарные частицы, например электроны, обладают не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Таким путем было доказано экспериментально, что между веществом и полем не существует непроходимой границы: в определенных условиях элементарные частицы вещества обнаруживают волновые свойства, а частицы поля – свойства корпускул. Это явление получило название дуализма волны и частицы.

Н. Бор сформулировал свой знаменитый принцип дополнительности,согласно которому некоторые эффекты и процессы можно объяснить волновой теорией, другие – квантовой. Поэтому следует использовать разные формулы и из волновой, и из квантовой теорий для более полного описания процессов. Именно в это время возникает новая волновая, или квантовая, механикадля описания процессов, происходящих в мире мельчайших частиц – микромире.

По словам великого немецкого физика В. Гейзенберга(1901–1976), в квантовой механике неимоверно возросло значение эксперимента: «Наблюдение играет решающую роль в атомном событии, и реальность различается в зависимости от того, наблюдаем мы ее или нет» [1] Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. М., 1989. С. 24. . Из данного обстоятельства, заключающегося в том, что сам измерительный прибор влияет на результаты измерения и участвует в формировании изучаемого явления, следовало, во-первых, представление об особой «физической реальности», которой присущ данный феномен, а во-вторых, представление о субъектно-объектном единстве как единстве измерительного прибора и изучаемой реальности. «Квантовая теория уже не допускает вполне объективного описания природы» [2] Там же. .

Итак, принципиально новыми моментами в исследовании микромира с позиций квантовой механики стали следующие:

1) каждая элементарная частица обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами;

2) вещество может переходить в излучение (аннигиляция частицы и античастицы дает фотон, т. е. квант света);

3) можно предсказать место и импульс элементарной частицы только с определенной вероятностью;

4) прибор, исследующий реальность, влияет на нее;

5) точное измерение возможно только при потоке частиц, но не одной частицы.

Другая фундаментальная теория современной физики – теория относительности, в корне изменившая научные представления о пространстве и времени. В специальной теории относительностиполучил дальнейшее применение установленный еще Г. Галилеем принцип относительности в механическом движении. Также эта теория впервые ясно показала, что все движения, происходящие в природе, имеют относительный характер. Это означает, что в природе не существует никакой абсолютной системы отсчета и, следовательно, абсолютного движения, которые допускала ньютоновская механика.

Еще более радикальные изменения в учении о пространстве и времени произошли в связи с созданием общей теории относительности,которую нередко называют новой теорией тяготения. Эта теория впервые ясно и четко установила связь между свойствами движущихся тел и их пространственно-временной метрикой. А. Эйнштейн (1879–1955), выдающийся американский ученый, физик-теоретик, сформулировал некоторые основные свойства пространства и времени исходя из своей теории: