Философия
Шрифт:
В XVII и XVIII вв. была сильна тенденция сводить все законы природы к законам механики. Эта тенденция получила название «механицизм». Но позже этим же словом стали обозначать попытки сведения биологических и социальных процессов, например, к законам термодинамики. С возникновением дарвинизма появились социологи, склонные объяснять явления общественной жизни односторонне истолковываемыми биологическими законами. Все это проявления механицизма.
Здесь мы сталкиваемся с противоречиями, свойственными процессу развития познания, когда особенности, присущие одним типам структурной организации материи, переносятся на другие типы. Однако следует иметь в виду, что в ходе исследования разных видов организации
Конец XIX – начало XX в. стал временем крутой ломки представлений о мире – временем, когда была преодолена механистическая картина мира, господствовавшая в естествознании в течение двух столетий.
Одним из важнейших событий в науке стало открытие английским физиком Дж. Томсоном (1856—1940) электрона – первой внутриатомной частицы. Томсон исследовал катодные лучи и установил, что они состоят из частиц, обладающих электрическим зарядом (отрицательным) и очень малой массой. Масса электрона, согласно расчетам, оказалась более чем в 1800 раз меньше, чем масса самого легкого атома, атома водорода. Открытие такой маленькой частицы означало, что «неделимый» атом не может рассматриваться в качестве последнего «кирпичика мироздания». Исследования физиков, с одной стороны, подтвердили реальность атомов, но с другой – показали, что реальный атом – это совсем не тот атом, который прежде считался неделимым химическим элементом, из множества которых состоят все известные человеку того времени вещи и тела природы.
На самом деле атомы не являются простыми и неделимыми, а состоят из каких-то частиц. Первой из них был открыт электрон. Первая модель атома, созданная Томсоном, получила шутливое название «пудинг с изюмом». Пудингу соответствовала большая, массивная, положительно заряженная часть атома, тогда как изюму – мелкие, отрицательно заряженные частицы – электроны, которые, согласно закону Кулона, удерживались на поверхности «пудинга» электрическими силами. И хотя эта модель вполне соответствовала существовавшим в то время представлениям физиков, она не стала долгожительницей.
Вскоре ее вытеснила модель, хотя и противоречившая привычным представлениям физиков, однако соответствовавшая новым экспериментальным данным. Это – планетарная модель Э. Резерфорда (1871—1937). Эксперименты, о которых идет речь, были поставлены в связи с другим принципиально важным открытием – открытием в конце XIX в. явления радиоактивности. Само это явление также свидетельствовало о сложной внутренней структуре атомов химических элементов. Резерфорд применил бомбардировку мишеней, сделанных из фольги разных металлов, потоком ионизированных атомов гелия. В результате выяснилось, что атом имеет размер 10 в -8 степени см, а тяжелая масса, несущая положительный заряд, всего лишь 10 в степени 12 см.
Итак, в 1911 г. Резерфорд открыл атомное ядро. В 1919 г. он подверг бомбардировке альфа-частицами азот и открыл новую внутриатомную частицу, ядро атома водорода, которую он назвал «протоном». Физика вступила в новый мир – мир атомных частиц, процессов, отношений. И сразу же обнаружилось, что законы этого мира существенно отличаются от законов привычного нам макромира. Для того чтобы построить модель атома водорода, пришлось создавать новую физическую теорию – квантовую механику. Отметим, что за короткий исторический срок физики обнаружили большое количество микрочастиц. К 1974 г. их стало чуть ли не вдвое больше, чем химических элементов в периодической системе Менделеева.
В поисках основ классификации такого большого количества микрочастиц физики обратились
Одна из необычных особенностей кварков должна состоять в том, что у них будет дробный (если сравнивать с электроном и протоном) электрический заряд: или -1/3 или +2/3. Положительный заряд протона и нулевой заряд нейтрона легко объяснимы кварковым составом этих частиц. Правда, следует заметить, что физикам не удалось ни в эксперименте, ни в наблюдениях (в частности, и в астрономических) обнаружить отдельные кварки. Пришлось разрабатывать теорию, объясняющую, почему сейчас существование кварков вне адронов невозможно.
Другим фундаментальным открытием XX в., оказавшим огромное влияние на всю картину мира, стало создание теории относительности. В 1905 г. молодой и никому не известный физик-теоретик Альберт Эйнштейн (1879—1955) опубликовал в специальном физическом журнале статью под неброским заголовком «К электродинамике движущихся тел». В этой статье была изложена так называемая частная теория относительности. По существу, это было новое представление о пространстве и времени, и соответственно ему была разработана новая механика. Старая, классическая физика вполне соответствовала практике, имевшей дело с макротелами, движущимися с не очень-то большими скоростями. И только исследования электромагнитных волн, полей и связанных с ними других видов материи заставили по-новому взглянуть на законы классической механики.
Опыты Майкельсона и теоретические работы Лоренца послужили базой для нового видения мира физических явлений. Это касается в первую очередь пространства и времени, фундаментальных понятий, определяющих построение всей картины мира. Эйнштейн показал, что введенные Ньютоном абстракции абсолютного пространства и абсолютного времени должны быть оставлены и заменены другими. Прежде всего отметим, что характеристики пространства и времени будут по-разному выступать в системах неподвижных и движущихся относительно друг друга.
Так, если измерить на Земле ракету и установить, что ее длина составляет, к примеру, 40 метров, а затем с Земли определить размер той же ракеты, но движущейся с большой скоростью относительно Земли, то окажется, что результат будет меньше 40 метров. А если измерить время, текущее на Земле и на ракете, то окажется, что показания часов будут разными. На движущейся с большой скоростью ракете время, по отношению к земному, будет протекать медленнее, и тем медленнее, чем выше скорость ракеты, чем больше она будет приближаться к скорости света. Отсюда следуют некоторые отношения, которые с нашей обычной практической точки зрения являются парадоксальными.
Таков так называемый парадокс близнецов. Представим себе братьев-близнецов, один из которых становится космонавтом и отправляется в длительное космическое путешествие, другой остается на Земле. Проходит время. Космический корабль возвращается. И между братьями происходит примерно такая беседа: «Здравствуй, – говорит остававшийся на Земле, – рад тебя видеть, но почему ты почти совсем не изменился, почему ты такой молодой, ведь с того момента, когда ты улетал, прошло тридцать лет». «Здравствуй, – отвечает космонавт, – и я рад тебя видеть, но почему ты так постарел, ведь я летал всего пять лет». Итак, по земным часам прошло тридцать лет, а по часам космонавтов только пять. Значит, время не течет одинаково во всей Вселенной, его изменения зависят от взаимодействия движущихся систем. Это один из главных выводов теории относительности.