9.3. Научная картина мира

По мере накопления знаний Человек старался построить картину мира, позволявшую уверенно объяснять происходящие в нём процессы. Естественно, картина мира соответствует уровню развития науки. Можно выделить несколько крупных этапов в развитии науки и построении картины мира.

1. Доантичная картина мира – отражает представления древнего Человека (4–5 тыс. до н.э.) и составлена в основном по представлениям древних египтян и вавилонян.

Основные положения: мир состоит из людей, животных, рыб, птиц, насекомых, а также небесных тел и богов, причём многие боги управляют небесными телами, стихиями и пр., а некоторые предстают перед Человеком в образе небесных тел; т. е. всё сущее в природе – живое, большинство явлений связано с богами, духами и прочими неподвластными человеку силами.

Накопление знаний носило практический характер (навигация, счёт и пр.). Доантичная картина мира сегодня выглядит весьма наивной и примитивной.

2. Античная картина мира – построена на основе работ Аристотеля и Птолемея.

Основные положения: материальный мир геоцентричен (его центр совпадает с центром Земли) и разделён на две сферы. Видимое (небесные тела) находится в ближней сфере, невидимое (боги, духи и т. д.) – в дальней сфере. Мир ближней сферы построен из изменчивых и превратимых друг в друга элементов, в нём непрерывно происходят необратимые изменения, четыре основные противоположности (сухость – влажность, тепло – холод) в сочетаниях дают начало четырём основным элементам мира – земля (холод, сухость), вода (холод, влажность), воздух (тепло, влажность), огонь (тепло, сухость). Все движения поделены на круговые (наиболее совершенные), естественные (происходящие в силу свойств тяжести и лёгкости) и насильственные. Движения небесных тел – равномерные, круговые. Явления природы не поддаются математическому описанию, т.к. тела и процессы – реальные (не абстрактные). Аристотель полагал, что математический анализ не пригоден для естествознания, т.к. математическую точность можно требовать не во всех случаях, а лишь для абстрактных (нематериальных) предметов.

Античная картина мира носит скорее философский, нежели естественнонаучный характер.

3. Механическая картина мира – создана на основе механики Ньютона.

Основные положения: в абсолютной пустоте находится материальный мир, составленный из абсолютно твёрдых, неделимых, весомых, непроницаемых, подвижных частиц (атомов), отличающихся между собой только количеством (массой); их внутренняя сущность не имеет значения; всё разнообразие мира – результат различных сочетаний частиц и их движений. Картина основана на всеобщей применимости законов Ньютона – им подчиняются движения небесных тел, мельчайших пылинок и даже частиц воздуха.

При всей полноте механическая картина также оказалось несостоятельной – электрическое поле не подчиняется законам Ньютона. Максвелл открыл новые фундаментальные законы – законы поведения электромагнитного поля. Попытки свести электромагнитные явления к механическим процессам в особой среде – эфире – оказались безрезультатными. Это привело к пониманию необходимости углубления знаний о природе и пересмотре представлений о картине мира.

4. Электромагнитная картина мира – основана на электродинамике Максвелла.

Основные положения: все частицы – «сгустки» электромагнитного поля, все события в природе (от притяжения атомов до излучения небесных тел) управляются законами электромагнитного взаимодействия, законы движения частиц и тел можно вывести из электромагнитной теории.

Наибольший вес электромагнитная картина мира обрела после создания специальной теории относительности (фундаментальное значение конечности скорости ЭМВ в вакууме, новые представления о пространстве и времени, релятивистские уравнения движения для больших скоростей). Однако свести все процессы в природе (и в частности всемирное тяготение) к электромагнитной теории не удалось. Кроме того, были открыты электрически нейтральные частицы и новый тип взаимодействия – ядерное. Всё это показало ограниченность электромагнитной картины мира.

5. Современная картина мира – строится исходя из знаний о единстве материи.

Основные положения: при всем разнообразии форм материальный мир единообразен по сути; атомы одного и того же химического элемента одинаковы во всей Вселенной; из атомов состоят как живые, так и неживые образования, все атомы имеют одинаковую структуру и состоят из трёх видов частиц (электроны, протоны, нейтроны), взаимодействие ядер и электронов осуществляется электромагнитным полем, взаимодействие нуклонов между собой – ядерным полем. Все элементарные частицы (сегодня их известно около 400) способны превращаться друг в друга (т. е. их природа едина). Все они состоят из кварков шести видов (кварки считают действительно элементарными), принципы квантовой теории (сложилась в 70-е годы ХХ в.) позволяют описывать движения, взаимодействия и превращения всех известных частиц (что подтверждает их единую природу), имеется всего 4 типа взаимодействий (гравитационные, электромагнитные, ядерные и слабые), проявления которых встречаются везде (от превращения элементарных частиц и процессов в живой клетке до космических макропроцессов).

Открытие квантовых свойств частиц привело к потере абсолютного смысла разделения материи на прерывное вещество и непрерывное поле. Сегодня учёные полагают, что всякому полю соответствуют свои кванты (электромагнитному – фотоны, ядерному – -мезоны и т.д.). Современную картину мира часто называют квантовой, так как на её формирование огромное влияние оказали: квантовая гипотеза Планка, модель атома водорода Бора, принцип корпускулярно-волнового дуализма Луи де Бройля (1892–1987, Франция), уравнения Эрвина Шредингера (1887–1961, Австрия). Завершил построение квантовой теории принцип Вольфганга Паули (1900–1958, Швейцария), запрещающий нахождение двух электронов одного атома в одинаковом состоянии и позволяющий объяснить периодическую систему элементов.

Таким образом, сегодня мы понимаем мир как единую материю, имеющую бесконечное множество форм и проявлений, непрерывную, обладающую свойством дуализма.

Фундаментальные законы, открытые в физике, достоверны и объективны (как и явления природы), не нарушаются ни при каких условиях, познание этих законов позволяет Человеку исключить веру в потусторонние силы и сознательно строить свою жизнь и отношения с Природой.

Вместе с тем приходится признать, что многие вопросы (например, какова физическая суть единства мира; почему частицы имеют те или иные значения заряда, массы и пр.) остаются открытыми, многие знания о природе носят исключительно экспериментальный характер. По-видимому, процесс познания бесконечен и одной из задач Человека является его непрерывное осуществление.