СОВРЕМЕННАЯ НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА.
Познание мира человеком есть диалектически сложный и противоречивый процесс, творческий по своему характеру.
До 1873 г. господствовала механическая картина мира, которая сменилась релятивистской картиной мира. Первым шагом на пути построения новой научной физической картины мира явилась гипотеза М.Планка: атомы излучают свет дискретными порциями, квантами. А.Эйнштейном было высказано предположение, что свет не только излучается, но и распространяется, а также поглощается веществом дискретными порциями, квантами.
Следующим шагом явилась модель атома водорода, предложенная в 1913 г. Н.Бором. Эта модель построена на основе соединения классических представлений с квантовыми постулатами.
В 1924 г. Луи де Бройль сформулировал общий принцип корпускулярно-волнового дуализма. Связь корпускулярных и волновых свойств выражается формулой
. По существу, это была попытка синтезировать две физические картины мира: ньютоновскую (корпускулярную) и максвелловскую (полевую-волновую). Окончательно новая физическая теория, получившая название квантовой, приобрела завершенную форму благодаря трудам Э. Шредингера.
Первоначально квантовая механика создавалась как теория электронных оболочек атомов. Дальнейший прогресс был достигнут соединением принципа квантования с принципом теории относительности.
В течение ряда десятилетий физики считали своей главной задачей проникновение в структуру материи. Исследование электронной оболочки атома, а на этой основе и свойств твердого тела стало эпохальным для физики XX в. Проникновение в структуру атомного ядра, а затем и в структуру ряда типов частиц стало продолжением научного штурма общих принципов структурной организации материи.
С точки зрения современной физики обобщение сведений начинается с элементарных частиц, ибо на ранней стадии развития Вселенной именно они образовались первыми. В настоящее время известно несколько сотен (порядка 400) элементарных частиц, причем стабильными являются лишь фотоны, электроны и их античастицы и в определенной степени протоны. Все остальные частицы не являются стабильными. Многочисленными исследованиями было установлено, что истинно элементарными частицами, не проявляющими внутренней структуры, в настоящее время можно считать лишь фотоны и лептоны.
Наличие большого числа элементарных частиц говорит о том, что не все они являются простейшими. В 1964 г. независимо друг от друга М.Гелл-Ман и Дж.Цвейг выдвинули гипотезу, согласно которой большинство известных элементарных частиц построены из «первичных» частиц – кварков. Опыты по рассеянию нейтрино и электронов сверхвысоких энергий на нуклонах подтвердили кварковую структуру протонов и нейтронов. Но «расщепить» нуклоны на кварки не удалось.
Рассуждения об элементарных частицах приводят нас в итоге к строению атомов и молекул. Атом обуславливает индивидуальность любого химического элемента. В ядро атома входят протоны и нейтроны. Электронные оболочки атомов связывают их в молекулу. Ядра атомов тяжелых элементов могут самопроизвольно превращаться в ядра более легких атомов. Этот процесс может идти и в обратном направлении. Из ядер атомов легких элементов могут образовываться ядра атомов более тяжелых элементов. Это происходит при термоядерных реакциях, которые протекают, например, в недрах звезд.
Особенностью элементарных частиц является их взаимопревращаемость друг в друга. Взаимопревращению элементарных частиц, по современным данным, соответствуют четыре типа физических взаимодействий: слабое
(присуще всем частицам, кроме фотонов), сильное (ядерное)
(определяет связи только между адронами), электромагнитное
(связывает между собой только заряженные частицы), гравитационное
(универсально: в нем участвуют все элементарные частицы). Каждому типу взаимодействий соответствует свое поле, и кванты этого поля, т.е. взаимодействия являются обменными. Иначе говоря, частицы в процессе взаимодействия обмениваются между собой квантами соответствующих полей. В настоящее время создана теория слабых и электромагнитных взаимодействий. Предпринимается попытка создать единую теорию трех видов взаимодействий в микромире: слабое, сильное, электромагнитное, - так называемое «великое объединение». Более смелые мечты ученых связаны с поисками возможного суперобъединения, которое включало бы и гравитационное. В этом случае в единую теорию структуры материи наряду с кварками, лептонами и другими элементарными частицами вошли бы и гравитоны.
Таким образом, изучение свойств микрочастиц и их взаимодействий помогает понять эволюцию Вселенной, начиная с момента ее расширения до наших дней.
С точки зрения современной физики, все многообразие видов материи может быть сведено к существованию двух основных ее видов: вещества и поля.
Физические поля обладают свойством связывать элементарные частицы в атомы, молекулы, макротела, планеты и т.д.
Всякое изменение, происходящее в окружающем нас мире, представляет движение материи. Источником движения являются четыре типа физических взаимодействий. При движении частица обладает и волновыми свойствами.
Таким образом, на данном этапе развития физика утверждает, что корпускулярно - волновой дуализм присущ всем формам материи. Итак,
в мире нет ничего, кроме движущейся материи, существующей вечно. Познание мира есть процесс бесконечный. Элементарное и сложное в строении вещества – понятия относительные, и предназначение человека состоит в том, чтобы исследовать и понять свою Вселенную.
|