Владимир Соломатин - Система гуманитарного и социально-экономического знания
• атомная система может находиться только в особых стационарных состояниях (квантовых состояниях), каждому из которых соответствует определенная энергия Еn; в стационарном состоянии атом не излучает;
• при переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитного излучения.
Все это в конечном итоге отразилось в новом понимании энергии тел: если раньше предполагалось, что энергия излучается непрерывно, то теперь утверждалось, что она может испускаться отдельными квантами.
В 30-е годы XX века в физику вошла идея корпускулярно-волнового дуализма, согласно которой элементарные частицы обладают не только корпускулярными (свойствами вещества), но и волновыми свойствами. Данное положение привело к пересмотру идеи непроходимости границ между веществом и полем и утверждению, что на уровне микромира частицы выступают и как корпускулы, и как волны.
Для изучения явлений микромира в конце 20-х годов XX века создается особое направление в физике – квантовая механика, а впоследствии возникли квантовая электродинамика, теория элементарных частиц и др. В квантовой физике было сделано множество открытий: установлен состав атомного ядра, обнаружено наличие сильных и слабых взаимодействий, изучено явление радиоактивности, сформулированы параметры и свойства элементарных частиц, раскрыты феномены античастицы, резонанса, предложена гипотеза кварков и многое другое.
Помимо физики микромира современную естественнонаучную картину мира обосновывает и теория относительности, в корне изменившая представления о пространстве и времени. Если в классической механике пространство и время выступают как абсолютные, не зависящие друг от друга феномены, то в специальной теории относительности длина и временной промежуток становятся относительными. Одновременно появляются новые абсолютные величины – скорость света и пространственно-временной континуум. Все движение, согласно данной теории, имеет относительный характер, а в природе не существует абсолютной системы отсчета.
Еще более радикальные изменения в учении о пространстве и времени связаны с созданием общей теории относительности. В ней не только пространство и время по отдельности, но и пространственно-временной континуум лишаются абсолютности: последний связывается с гравитацией. Гравитация не существует вне метрики пространства и времени, она воздействует на нее. Поэтому гравитационное поле может быть охарактеризовано как отступление пространственно-временной метрики от евклидовой («искривление» пространственно-временного континуума под действием сил гравитации) и, наоборот, метрика пространства-времени может быть представлена как проявление гравитации.
Современную естественнонаучную картину мира нельзя рассматривать вне идей космологии, базирующейся на положениях астрофизики, релятивистской термодинамики и пр. Обнаружение «разбегания» галактик, открытие нестационарности Вселенной привели к созданию таких ее моделей, которые основываются на постулатах нестационарности, изотропности, однородности.
И, наконец, огромную роль в нынешней естественнонаучной картине мира играют химия и биология. Открытие новых химических элементов, описание их свойств, формулировка периодического закона, исследование химических процессов и т. д. – таков вклад химии в развитие современных представлений о природе. Обнаружение клеточного строения живых тел, изучение молекулярно-генетического уровня биологических структур, а также онтогенетического уровня живых систем, выдвижение эволюционных идей в развитии природы сильно повлияли на утверждение таких принципов современной естественнонаучной картины мира, как системность, глобальный эволюционизм, самоорганизация, историчность.
Системность означает воспроизведение наукой того факта, что Вселенная предстает как наиболее крупная из известных нам систем, состоящая из огромного множества элементов (подсистем) разного уровня сложности и упорядоченности.
Глобальный эволюционизм – это признание невозможности существования Вселенной вне развития, эволюции.
Самоорганизация – наблюдаемая способность материи к самоусложнению и созданию все более упорядоченных структур в ходе ее эволюции.
И, наконец, еще один принцип – признание историчности, т. е. принципиальной незавершенности настоящей, да и любой другой научной картины мира.
В данном случае были перечислены лишь важнейшие достижения ряда естественных наук. Вместе с тем нельзя не отметить, что помимо названных наук и другие вносят существенный вклад в становление современной естественнонаучной картины мира (геология, география и др.).
Приведем хронологию наиболее важных событий, согласно современной естественнонаучной картины мира[80].
• 20 миллиардов лет назад – Большой взрыв.
• 3 минуты спустя – образование вещественной основы Вселенной (фотоны, нейтрино и антинейтрино с примесью ядер водорода, гелия).
• Через несколько сотен тысяч лет – появление атомов (легких элементов).
• 19–17 миллиардов лет назад – образование разномасштабных структур (галактик).
• 15 миллиардов лет назад – появление звезд первого поколения, образование атомов тяжелых элементов.
• 5 миллиардов лет назад – рождение Солнца.
• 4,6 миллиардов лет назад – образование Земли.
• 3,8 миллиардов лет назад – зарождение жизни.
• 450 миллионов лет назад – появление растений.
• 150 миллионов лет назад – появление млекопитающих.
• 2 миллиона лет назад – начало антропогенеза.
Тема 3
Наиболее общие свойства материального мира
Шаг за шагом физика раскрывала новые свойства материального мира. В частности, было обнаружено единство прерывного и непрерывного начал в строении материи, что отразилось в понятиях вещества и поля как фундаментальных ее видах, выражающих дискретность материального мира (атомическое вещество) и его непрерывность (поле). Если понятие вещества как формы материи было известно давно, то обнаружение полевых структур материи происходит в XIX веке (М. Фарадей и Дж. Максвелл разработали концепцию поля как самостоятельной физической реальности).
С появлением квантовых представлений в центре внимания ученых – процесс диалектического синтеза противоположностей прерывного и непрерывного. Корпускула (частица) понимается как нечто строго локализованное в пространстве; поле (волна) характеризуется отсутствием подобной локализации в пространстве, невозможностью разложения на отдельные элементы и наложением волн. Частицы выступают как носители дискретности, а волны – носители непрерывности. Первоначально в физике выдвигалась идея, что свойства прерывности и непрерывности абсолютно противоположны и не совместимы. Но уже в 1900 году М. Планк, исследуя проблему излучения абсолютно черного тела, высказал предположение, что энергия электромагнитных волн излучается и поглощается в виде определенных квантов энергии. В дальнейшем А. Эйнштейн вводит в физику понятие кванта света (фотона), что позволило ему разрешить загадку фотоэффекта, необъяснимую, если исходить из волновой теории света.
Но объяснить природу света, исходя только из его понимания как потока корпускул, тоже было нельзя (в частности, с этих позиций невозможно объяснить такие точно установленные свойства света, как интерференция и дифракция, допускавших только волновое объяснение). Поэтому Л. де Бройль выдвигает гипотезу о наличии у микрочастиц волновых свойств, а Э. Шредингер открывает основной закон движения микрообъектов (волновое уравнение Шредингера). Почти одновременно со Шредингером В. Гейзенберг строит матричную механику, что утвердило корпускулярно-волновой дуализм в физике.
Однако общепринятого физического осмысления данного явления нет и до сих пор (Л. де Бройль выдвинул для объяснения этого феномена теорию так называемой волны-пилота, согласно которой существует классическая частица, но ее движение управляется связанной с ней волной; Э. Шредингер пытался решить проблему на путях отрицания реальности частиц: физической реальностью он объявил Ψ-волны; М. Борн обосновывал статическую интерпретацию Ψ-функции; В. Фок определил Ψ-функцию как описывающую потенциальные возможности взаимодействия микрообъекта с классическим прибором). И тем не менее квантовая теория поля прочно утвердила идею, что любой элементарной частице сопоставляется соответствующее поле и, наоборот, каждому полю сопоставляются частицы, рассматриваемые как кванты этого поля.
Задача осмысления корпускулярно-волнового дуализма привела Бора к формулированию принципа дополнительности, по которому для воспроизведения целостности изучаемого предмета (явления) необходимо применять взаимоисключающие и взаимоограничивающие друг друга классы понятий. Лишь взятые вместе, они исчерпывают всю известную информацию о данном объекте. Информация, даваемая экспериментами по изучению корпускулярных свойств микрообъекта, и информация, полученная из экспериментов по исследованию его волновых свойств, исключают друг друга, но в то же время обе необходимы для его полного описания, дополняя друг друга. Микрообъект не есть ни частица, ни волна, взятые в отдельности, а единство и того, и другого.
