Становление современной физической картины мира.

В конце XIX в. произошло множество открытий в самых разных областях физики, носящих революционный характер. Среди них – открытие А. Беккерелем в 1897 г. явления радиоактивности, в соответствии с которым было установлено, что радиоактивность вызвана превращением одних химических элементов в другие и сопровождается при этом испусканием альфа- и бета-лучей. Тогда же выяснилось, что атом имеет сложную структуру, и ученые начали работать над созданием модели атома. Важнейшим открытием стала идея кванта – предположение о прерывности процессов излучения, выдвинутое в 1900 г. М. Планком.

В связи с этим в начале XX века в физике существовали два, как казалось ученым, несовместимых представления о материи – корпускулярное и континуальное (полевое). Физики предпринимали многочисленные попытки совместить две эти точки зрения, но долгое время они оставались безрезультатными.

Кризис в физике пошел на спад лишь с 1913 г., когда Н. Бор предложил свою модель атома, в которой электрон, вращавшийся вокруг ядра, излучал энергию только порциями при переходе с одной орбиты на другую. Это противоречило известным законам электродинамики, но позволило сделать прорыв в науке. Началось формирование новых физических представлений о материи и движении, которые были завершены в 20-е годы созданием новых фундаментальных физических теорий – квантовой механики и квантовой электродинамики. Над их созданием, помимо уже названных ученых, работали Э. Резерфорд, Л. де Бройль, Э. Шредингер, В. Гейзенберг, М. Борн.

Н. Бор (1885–1962)

Важнейшими понятиями новых теорий стали: корпускулярно-волновой дуализм – наличие у каждой частицы материи свойств волны и частицы одновременно; соотношение неопределенностей В.К. Гейзенберга – невозможность одновременного измерения координат и импульса частицы. Эти теории характеризуются такими физическими величинами, как координаты, импульсы, энергия, момент импульса (такие же, как в классической механике). Но для характеристики состояния была предложена комплексная волновая функция. Зная ее, можно вычислить вероятность обнаружения определенного значения не только координаты, но и любой другой физической величины. Эволюция состояния системы определялась с помощью уравнения Шредингера. В рамках современной физики впервые были выявлены так называемые фундаментальные константы нашего мира, или мировые универсальные константы – постоянные, которые не сводимы друг к другу и имеют значение для всей наблюдаемой части Вселенной. Над перечнем этих констант работали многие крупнейшие физики, поэтому количество констант варьируется. По мнению М. Планка, существует четыре фундаментальных константы: скорость света в вакууме (с = 300 000 км/с), это максимальная скорость для всех возможных взаимодействий в природе; гравитационная постоянная (G), она используется как коэффициент пропорциональности в формуле, описывающей закон всемирного тяготения; постоянная Планка (h), это квант энергии, входит во все уравнения, описывающие процессы на уровне микромира; постоянная Больцмана (k), она устанавливает связь между микроскопическими динамическими явлениями и макроскопическими характеристиками состояния объединений частиц.

А. Эйнштейн расширил этот список универсальных констант, добавив в него: е – заряд электрона и те – масса электрона (минимально возможное значение электрического заряда, существующего в природе в свободном состоянии, и его масса). Еще одна константа – это масса протона (М).

С появлением квантово-релятивистской картины мира ушли в прошлое представления о неизменности материи, о возможности достичь конечного предела ее делимости. Сегодня мы рассматриваем материю с точки зрения корпускулярно-волнового дуализма. Одной из основных особенностей элементарных частиц является их универсальная взаимопревращаемость и взаимозависимость. В современной физике основным материальным объектом является квантовое поле, переход его из одного состояния в другое меняет число частиц.

Кардинально меняется представление о движении, которое становится лишь частным случаем фундаментальных физических взаимодействий.

Окончательно утверждаются представления об относительности пространства и времени, их зависимости от материи. Пространство и время перестают быть независимыми друг от друга и, согласно теории относительности, сливаются в едином четырехмерном пространстве-времени, которое не существует вне материальных тел.

Также новая картина мира впервые включила в себя наблюдателя, от присутствия которого зависели получаемые результаты исследований. Более того, был сформулирован так называемый антропный принцип, который утверждает, что наш мир таков, каков он есть, только благодаря существованию человека. Отныне появление человека считается закономерным результатом эволюции Вселенной