Эйнштейновский этап в развитии естествознания.

Третий этап в развитии взглядов на окружающий мир связывают с именем Эйнштейна и называют его эйнштейновским. Хотя первую брешь в установившихся взглядах пробил немецкий ученый физик Макс Планк. В 1900 году, пытаясь исправить недостатки в классической теории, он предположил, что свет испускается порциями, или как он их назвал, квантами. Поэтому 14 декабря 1900 года – день опубликования формулы суммы энергий квантов (Е= hy; где y – квант энергии, h – частота) считается днем рождения квантовой теории. Поскольку еще ранее была показана волновая природа света, то было непонятно, как это свет имеет одновременно волновую природу и природу частиц. В 1923 году французский принц Луи де Бройль в своей диссертации предположил наличие у электронов как у частиц волновых свойств, что было блестяще подтверждено в 1927 году в США Дэвиссоном и Джермером. Позднее было показано, что любые частицы атомов обладают волновыми свойствами. Математическое описание представлениям о корпускулярно-волновом дуализме в 1926 году сделали Эрвин Шредингер и Вернер Гейзенберг. Их теория отличалась от всех других – она была вероятностной. Другими словами, по их расчетам выходило, что экспериментально нельзя точно показать, где находится электрон в данное время. Эйнштейн был не согласен с выводами квантовой теории. Он считал, что вероятностный подход квантовой теории к описанию физических явлений, сменивший непригодный для описания микромира детерминистский подход классической теории заменит фундаментальная общая теория. Эйнштейн полагал, что единая теория позволит определять судьбу отдельных частиц в любой момент времени. Он посвятил этой работе всю оставшуюся жизнь, но данная проблема не решена до сегодняшнего дня. Многие сегодня считают, что квантовая теория успешно решает все вопросы и невозможно создать более общую теорию, описывающую явления в микро- макро и мегамире.

Фундаментальная физическая теория – теория относительности, была опубликована в 1905 году. В данной теории рассматривался не мир атомов, а взаимосвязь пространства, времени и массы, а также электрического и магнитного полей. Какие основные открытия предшествовали специальной теории относительности?

Ученые Юнг и Френель показали, что свету присущи интерференция и дифракция – свойства, характерные только для волн. Для распространения волн необходима некая среда, как вода для волн от брошенного в нее камня. Физики умозрительно такую среду придумали и «заполнили» ею пространство, назвав ее эфиром. Казалось, что проблема со светом решена, но сразу же появились новые вопросы. Поскольку космические тела, как и Земля как бы плавают в этом эфире, то легко можно определить их скорость движения относительно эфира. Два физика Майкельсон и Морли в 1887 году выполнили остроумный эксперимент. Они измерили скорость света относительно Земли, посылая его «в эфире» по направлению движения земли на орбите и против такого движения. Казалось бы, в первом случае свет должен был бы распространяться с меньшей скоростью, т. к. Земля как бы догоняла свет. Но эксперимент не подтвердил ожиданий ученых. Свет, как в том, так и другом случаях двигался с одной скоростью. Много лет ученые пытались понять эту загадку. Это удалось сделать Х. А. Лоренцу из Нидерландов, (получившим за свои открытия нобелевскую премию) и Ф. Фицджералду из Ирландии, близко подошедшим к открытию теории относительности. Последнюю точку в разгадке данного явления поставил А. Эйнштейн в своей специальной теории относительности. Он решил эту задачу при изучении эффектов электрического и магнитного полей, а также при скоростях движения тел близких к скорости света. В разработанной теории говорилось об изменениях пространства, времени и массы, когда тело движется со скоростью близкой к скорости света. В такой ситуации пространство растягивается (движущийся объект становятся короче), время замедляется, а масса возрастает. Более того, это происходит с любыми телами при любых скоростях, но заметным становится лишь при скоростях близких к скорости света. Из теории также следовало, что для распространения света эфир не нужен.

Таким образом, квантовая теория и теория относительности – фундаментальные разработки современной физики, описывающие мир микрочастиц и макрокосм. В том случае, если классическая теория, сформулированная в законченном виде Исааком Ньютоном, не может дать ответ на поставленные задачи, то это могут сделать новые теории, разработанные в 20-м веке, хотя при этом теряется наглядность.