Становление современной физической картины мира


 

В конце XIX в. произошло множество открытий в самых разных областях физики, носящих революционный характер. Среди них – открытие А. Беккерелем в 1897 г. явления радиоактивности, в соответствии с которым было установлено, что радиоактивность вызвана превращением одних химических элементов в другие и сопровождается при этом испусканием альфа- и бета-лучей. Тогда же выяснилось, что атом имеет сложную структуру, и ученые начали работать над созданием модели атома. Таким образом, трансмутация элементов, о которой тысячелетиями мечтали алхимики, осуществилась. Важнейшим открытием стала идея кванта, предположение о прерывности процессов излучения, выдвинутые в 1900 г. М. Планком.

В связи с этим, в начале XX века в физике существовали два, как казалось ученым, несовместимых представления о материи – корпускулярное и континуальное (полевое). Физики предпринимали многочисленные попытки совместить две эти точки зрения, но долгое время они оставались безрезультатными. Рушились все старые представления о мире, многим казалось, что физика зашла в тупик.

Кризис в физике пошел на спад лишь с 1913 г., когда Н. Бор предложил свою модель атома, в которой электрон, вращавшийся вокруг ядра, излучал энергию только порциями при переходе с одной орбиты на другую» Это противоречило известным законам электродинамики, но позволило сделать прорыв в науке. Началось формирование новых физических представлений о материи и движении, которые были завершены в 20-е годы созданием новых фундаментальных физических теорий – квантовой механики и квантовой электродинамики. Над их созданием помимо уже названных ученых работали Э. Резерфорд, Л. де Бройль, Э. Шредингер, В. Гейзенберг, М. Борн.

 

Н. Бор (1885–1962)

 

Важнейшими понятиями новых теорий стали: корпускулярно-волновой дуализм – наличие у каждой частицы материи свойств волны и частицы одновременно; соотношение неопределенностей Гейзенберга – невозможность одновременного измерения координат и импульса частицы. Эти теории характеризуются такими физическими величинами, как координаты, импульсы, энергия, момент импульса (такие же, как в классической механике). Но для характеристики состояния была предложена комплексная волновая функция. Зная ее, можно вычислить вероятность обнаружения определенного значения не только координаты, но и любой другой физической величины. Эволюция состояния системы определялась с помощью уравнения Шредингера. Для объяснения парадоксов квантовой механики были предложены принципы соответствия, дополнительности и суперпозиции, о которых мы будем говорить ниже. Математическая интерпретация квантовой механики, ее формулировка в виде уравнений движения была сделана П. Дираком и Д. фон Нейманом.

В рамках современной физики впервые были выявлены так называемые фундаментальные константы нашего мира, или мировые универсальные константы – постоянные, которые не сводимы друг к другу и имеют значение для всей наблюдаемой части Вселенной. Над перечнем этих констант работали многие крупнейшие физики, поэтому количество констант варьируется. По мнению М. Планка, существует четыре фундаментальных константы:

– скорость света в вакууме (с = 300 000 км/с), это максимальная скорость для всех возможных взаимодействий в природе;

– гравитационная постоянная (G), она используется как коэффициент пропорциональности в формуле, описывающей закон всемирного тяготения;

– постоянная Планка (h), это квант энергии, входит во все уравнения, описывающие процессы на уровне микромира;

– постоянная Больцмана (k), она устанавливает связь между микроскопическими динамическими явлениями и макроскопическими характеристиками состояния объединений частиц.

А. Эйнштейн расширил этот список универсальных констант, добавив в него: е – заряд электрона и темасса электрона (минимально возможное значение электрического заряда, существующего в природе в свободном состоянии, и его масса). Еще одна константа – это масса протона (М).

Возможно, к этому списку добавятся еще некоторые константы, такие, как фундаментальная длина (L). Но существует точка зрения, что в принципе возможно сведение всех фундаментальных постоянных к одной константе. То, что это пока не сделано, говорит лишь о недостатке наших знаний о мире.

С появлением квантово-релятивистской картины мира ушли в прошлое представления о неизменности материи, о возможности достичь конечного предела ее делимости. Сегодня мы рассматриваем материю с точки зрения корпускулярно-волнового дуализма. Одной из основных особенностей элементарных частиц является их универсальная взаимопревращаемость и взаимозависимость. В современной физике основным материальным объектом является квантовое поле, переход его из одного состояния в другое меняет число частиц.

Кардинально меняется представление о движении, которое становится лишь частным случаем фундаментальных физических взаимодействий. Известно четыре вида фундаментальных физических взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Все они описываются на основе современного принципа близкодействия. В соответствии с ним взаимодействие каждого типа передается соответствующим полем от точки к точке. При этом скорость передачи взаимодействия всегда конечна и не может превышать скорости света в вакууме (300 000 км/с).

Окончательно утверждаются представления об относительности пространства и времени, их зависимости от материи. Пространство и время перестают быть независимыми друг от друга и, согласно теории относительности, сливаются в едином четырехмерном пространстве-времени, которое не существует вне материальных тел.

Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они всегда выступают в вероятностной форме, в виде так называемых статистических, законов. Они соответствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей. Таким образом, оказалось, что в основе нашего мира лежит случайность, вероятность.

Также новая картина мира впервые включила в себя наблюдателя, от присутствия которого зависели получаемые результаты исследований. Более того, был сформулирован так называемый антропный принцип, который утверждает, что наш мир таков, каков он есть, только благодаря существованию человека. Отныне появление человека считается закономерным результатом эволюции Вселенной.



Дата добавления: 2022-04-12; просмотров: 142;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.008 сек.