Электромагнитная картина мира

Как указывалось выше синтез электродинамики и создание теории Максвелла привели к смене научной парадигмы – электромагнитная картина мира пришла на смену механической картине. Электромагнитная картина мира формировалась не только в 19 веке, она продолжала формироваться в течение трех десятилетий 20 века. В процессе этого формирования на первом этапе на смену механической модели эфира пришла электромагнитная модель – электрическое, магнитное, электромагнитное поля трактовались как разные состояния эфира. На втором этапе необходимость в эфире как некой среде, которая требуется для распространения электромагнитных волн, отпала, и электромагнитное поле стало рассматриваться как определенный вид материи, которое способно самостоятельно существовать. Однако с эфиром стали связывать некую математическую абстракцию – выделенную абсолютную систему отсчета, в которой справедливы уравнения Максвелла.

1. Представления о материи.

В механической картине мира под материей понималось вещество, которое обладало свойством дискретности, то есть вещество, состоящее из неделимых, неизменных, вечных частиц. Математической моделью таких частиц явилась модель материальной точки – основная абстракция механики Ньютона.

В электромагнитной картине мира материя существует в двух формах – форме вещества и физического поля, между которыми существует непереходимая грань. Во-первых, вещество не превращается в поле, а поле не превращается в вещество. Во-вторых, поле принципиально отличается от вещества, так как непрерывно и не имеет границ в пространстве.

Известно два вида полей, и соответственно два фундаментальных взаимодействия – электромагнитное и гравитационное. Электромагнитное взаимодействие объясняет не только электрические и магнитные явления, но и многие другие явления – оптические, тепловые, химические. И если в механической картине мире все сводили к механике, то теперь все, включая и ряд механических явлений (трение, упругость), стремятся свести к электромагнетизму. Все силы, действующие в веществе, также сводились к электромагнитным. Вне сферы господства электромагнетизма остается только тяготение.

2. Представления о движении.

В механической картине мира движение признается основным атрибутом материи, однако понимается лишь в смысле механического перемещения тел и частиц, и все процессы в мире стремятся свести к такому движению. Допускалась также возможность перемещения со сколь угодно большой скоростью.

В электромагнитной картине мира движение понимается не только как перемещение частиц, но и как изменение электромагнитного поля (электромагнитные волны). Также утверждается идея о многообразии форм движения материи и качественных различий между ними. Это связано с успехами термодинамики, которая продемонстрировала количественную эквивалентность различных форм энергии – универсальной меры движения – при их качественной неравноценности.

3. Представления о пространстве и времени.

В истории науки известны два основных подхода к пониманию пространства и времени — субстанциальный и реляционный.

В рамках субстанциального подхода (от «субстанция») пространство и время понимаются как независимые от материальных тел сущности, обладающие собственным бытием. Так пространство есть некое вместилище материи, а время длительность процессов.

Первыми приверженцами субстанциального подхода были древнегреческие атомисты Левкипп и Демокрит, которые заявили, что наряду с атомами, составляющими все тела, необходимым началом мироздания является пустота. Большинство же современных им философов полагали, что пустота суть небытие, которое не может обладать существованием по определению.

В рамках реляционного подхода пространство и время понимаются как система отношений (дальше, ближе, до, после) между материальными телами и происходящими с ними событиями.

Сторонником реляционного подхода был Аристотель, полагавший, что понятие места (сейчас мы сказали бы: координат) можно определить только указанием материальных тел, заключающих это место между собой, а понятие времени может возникнуть только, когда имеется ряд событий, упорядоченных в определенной последовательности.

Итак, в механической картине мира господствует субстанциальное понимание пространства и времени. Абсолютное пространство и абсолютное время механики Ньютона бесконечны, однородны, находятся вне материальных тел и не зависят от них. Свойства ньютоновского пространства и времени описываются преобразованиями Галилея.

На раннем этапе развития электромагнитной картины мира пространство и время также абсолютизировались. Это объяснялось тем, что уравнения электродинамики Максвелла неинвариантны относительно преобразований Галилея, и та система отсчета, в которой уравнения Максвелла справедливы стала отождествляться с абсолютным пространством. Неинвариантность уравнений Максвелла относительно преобразований Галилея, подвигла на поиск соотношений, которые не изменяют форму уравнений Максвелла при переходе от одной (неподвижной) к другой (движущейся) системе отсчета. Такие преобразования были выведены Лармором в 1900 году, но исторически так сложилось, что они получили название преобразований Лоренца. Преобразования Лоренца можно рассматривать как уравнения, описывающие свойства пространства-времени. Дальнейшее развитие электродинамики и экспериментальные данные (опыт Майкельсона-Морли) привели к созданию Эйнштейном теории относительности – новой системы физических представлений о свойствах пространства и времени, которые в теории относительности рассматриваются в рамках реляционного подхода, как система отношений между материальными телами. После этого электромагнитная картина мира становится внутренне согласованной, так как невозможность перемещения материальных объектов со сверхсветовыми скоростями объясняется причинно-следственными связями в нашем мире.