Курсовая работа: Предмет физики
|
Название: Предмет физики Раздел: Рефераты по математике Тип: курсовая работа |
|
I Введение. II Предмет физики. 1. Основные открытия в физике на рубеже XIX-XX столетий. 2. Основные философские вопросы современной физики: а) неисчерпаемость и бесконечность материи; б) движение: абсолютность и относительность; в) вопрос об объективной реальности в квантовой физике; г) проблема причинности; д) философские размышления о пространстве и времени с точки зрения относительности; о непрерывном и дискретном пространстве и времени. 3. Неразрешенные вопросы физики. III Заключение. Введение. Наши дни - время преобразований, время выдающихся достижений науки и техники. Особенности развития современной науки влияют на структуру и характер научного познания. Именно они составляют ис- торически определенные границы, обусловливающие специфику позна- вательного процесса. Более того, научные знания о природе имеют существенное значение и для философского осмысления окружающего мира. То обстоятельство, что физика по сравнению с другими ес- тественными науками ( например, химией или биологией ) занимается относительно более общими явлениями окружающего материального ми- ра, в известной степени определяет ее более непосредственную, не- жели у других естественных наук, связь с философией. Физику всегда приходится решать разнообразные онтологические и гносеологические вопросы, и поэтому он вынужден обращаться к философии. М. Борн писал: "... Физика на каждом шагу встречается с логическими и гносеологическими трудностями ... каждая фаза ес- тественнонаучного познания находится в тесном взаимодействии с философской системой своего времени: естествознание доставляет факты наблюдения, а философия - методы мышления." Физики при разработке современных теорий критически переос- мысливают накопленные в прошлом знания. Новое знание как бы отри- цает предшествовавшие, но отрицает диалектически, сохраняя момент абсолютной истины. Философские идеи, как об этом убедительно сви- детельствует история, играют чрезвычайно важную роль в процессе становления физических теорий; без преувеличения можно сказать, что без философского обоснования физическая теория не может сфор- мироваться. Основные открытия в физике на рубеже XIX-XX столетий. Физика - комплекс научных дисциплин, изучающих общие свойс- тва структуры взаимодействия и движения материи. Физику ( в соответствии с этими задачами ) весьма условно можно подразделить на 3 большие области: структурную физику, фи- зику взаимодействий и физику движения. Науки, образующие структурную физику, довольно четко разли- чаются по изучаемым объектам, которыми могут быть как элементы структуры вещества ( элементарные частицы, атомы, молекулы ), так и более сложные образования ( плазма, кристаллы, звезды и т. д. ). Физика взаимодействий, основанная на представлении о поле, как материальном носителе взаимодействия, делится на 4 отдела ( сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное ). Физика движения ( механика ) включает в себя классическую ( Ньютоновскую ) механику, релятивистскую ( Энштейновскую ) меха- нику, нерелятивистскую квантовую механику и релятивистскую кван- товую механику. Уже в глубокой древности возникли зачатки знаний, впоследс- твии вошедшие в состав физики и связанные с простейшими представ- лениями о длине, тяжести, движении, равновесии и т. д. В недрах греческой натурфилософии сформулировались зародыши всех трех час- тей физики, однако на первом плане стояла физика движения, пони- маемая,как изменение вообще. Взаимодействие отдельных вещей трак- товалось наивно-антропоцентрически ( например, мнение об одушев- ленности магнита у Фалеса ). Подобное рассмотрение проблем, свя- занных с анализом движения как перемещения в пространстве, впер- вые было осуществлено в знаменитых апориях Зенона Элейского. В связи с обсуждением структуры первоначал зарождаются и конкуриру- ют концепции непрерывной делимости до бесконечности ( Анаксагор ) и дискретности существования неделимых элементов ( атомисты ). В этих концепциях закладывается понятийный базис будущей структур- ной физики. В связи с задачами анализа простейшей формы движения ( изме- нения по месту ) возникают попытки уточнения понятий "движение", "покой", "место", "время". Результаты, полученные на этом пути, образуют основу понятийного аппарата будущей физики движения - механики. При сохранении антропоморфных тенденций у атомистов четко намечается понимание взаимодействия как непосредственного столкновения основных первоначал - атомов. Полученные умозритель- ным путем достижения греческой натурфилософии вплоть до XVI в. служили единственными средствами построения картины мира в науке. Превращение физики в самостоятельную науку обычно связывает- ся с именем Галилея. Основной задачей физики он считал эмпиричес- кое установление количественных связей между характеристиками яв- лений и выражение этих связей в математической форме с целью дальнейшего исследования их математическими средствами, в роли которых выступали геометрические чертежи и арифметическое учение о пропорциях. Использование этих средств регулировалось сформули- рованными им основными принципами и законами ( принцип относи- тельности, принцип независимости действия сил, закон равноуско- ренного движения и др. ). Достижения Галилея и его современников в области физики дви- жения ( Кеплер, Декарт, Гюйгенс ) подготовили почву для работ Нь- ютона, преступившего к оформлению целостного предмета механики в систему понятий. Продолжая методологическую ориентацию на принци- Ньютон сформулировал три закона движения и вывел из них ряд следствий, трактовавшихся прежде как самостоятельные законы. Нь- ютоновские "Математические начала натуральной философии" подвели итоги работы по установлению смысла и количественных характерис- тик основных понятий механики - "прстранство", "время", "масса", " количество движения", "сила". Для решения задач, связанных с движением, Ньютон ( вместе с Лейбницем ) создал дифференциальное и интегральное исчисление - одно из самых мощных математических средств физики. Начиная с Ньютона , и вплоть до конца XIX в. механика трак- туется как общее учение о движении и становится магистральной ли- нией развития физики. С ее помощью строится физика взаимодейс- твий, где конкурируют концепции близкодействия и дальнодействия. Успехи небесной механики, основанные на ньютоновском законе всемирного тяготения, способствовали победе концепции дальнодейс- твия. По образу теории тяготения строилась и физика взаимодейс- твий в области электричества и магнетизма ( Кулон ). В конце XIX в. физика вплотную поставила вопрос о реальном существовании атома. Штурм атома шел во всех основных разделах физики: механике, оптике, электричестве, учении о строении мате- рии. Каждое из крупнейших научных открытий того времени: открытие Д. И. Менделеевым периодического закона элементов, Г. Герцем - Д. Д. Томсоном - электронов и супругами Кюри - радия, по-своему вело к эксперементальному доказательству существования атома, ставило задачу изучения закономерностей атомных явлений. Другими , весьма малых частиц стала рассматриваться как научно установ- ленный факт. Начатые в 1906 г. Ж. Перреном замечательные экспере- ментальные исследования броуновского движения подтвердили пра- вильность малекулярно-кинетической теории этого явления, разрабо- танной А. Энштейном и М. Смолуховским, и принесли полный триумф идеям атомизма, которые в новой физике получили не предвиденное прежде глубокое содержание. Развитие атомистики привело Э. Резер- форда к открытию атомного ядра и к созданию планетарной модели атома. Эти открытия положили начало новой физике: отпало положе- ние о неизменности массы тела: оказалось, что масса тела растет с увеличением его скорости; химические элементы оказались преврати- мыми одни в другие; возникла электронная теория, представляющая новую ступень в развитии физики. Механическая картина мира усту- пила место электромагнитной. После открытия электронов и радиоактивности физика стала развиваться с небывалой прежде быстротой. Из непременимости клас- сической физики к проблеме теплового излучения родилась знамени- тая квантовая физика М. Планка. Из конфликта классической механи- ки и электромагнитной теории Максвелла возникла теория относи- тельности. Сначала теоретически, а затем эксперементально и про- мышленно ( ядерная энергетика ) установили связь m и E (E=mc 52 0), а также зависимость массы движущегося тела от скорости его движе- ния, покончили с резким противопоставлением материи и движения, характерным для классической физики. Общая теория относительности ( Энштейн 1916 ), интерпритировавшая поле тяготения как искривле- ние пространства-времени, обусловленное наличием материи, переки- нула еще один мост от материи и движения к взаимодействию. Физика, открыв новые виды материи и новые формы движения, сломав старые физические понятия и заменив их новыми, по-новому поставила старые философские вопросы. Важнейшие из них - это воп- росы о материи, о движении, о пространстве и времени, о причин- ности и необходимости в природе, об объективности явлений. Неисчерпаемость и бесконечность материи. Учение философского материализма о материи ( развитое Лени- ным ) имеет решающее значение для понимания всего содержания но- вой физики. Существуют ли какие бы то ни было неизменные элемен- ты, абсолютная субстанция, неизменная сущность вещей и т. п.? Стремление найти их - наиболее характерная черта всякой метафизи- ческой философии. Механический материализм, в частности, видел в материи некую абсолютную неизменную субстанцию, и естествоиспыта- тели XVIII-XIX вв. под материей обычно понимали неизменные атомы, движущиеся по законам классической механики. Новый философский материализм не признает существование не- изменных элементов, абсолютной неизменной субстанции, отрицает неизменную сущность всех вещей. " "Сущность" вещей или "субстан- ция",- пишет Ленин,- тоже относительны; они выражают только уг- лубление человеческого познания объектов, и если вчера это углуб- ление не шло дальше атома, сегодня - дальше электрона и эфира, то диалектический материализм настаивает на временном, относитель- ном, приблизительном характере всех этих вех познания природы прогрессирующей наукой человека". (4, с. 249 ). Для философского мате- риализма неизменно одно: признание внешнего мира,существующего независимо от сознания людей. В соответствии с этим находится данное Лениным определение материи: ... объективная реаль- ность,существующая независимо от человеческого сознания и отобра- жаемая им". ( 4, с. 248 ) Не только атомы, но и электроны, протоны и др. элементарные частицы вещества, разнообразные физические поля ( электромагнит- ное, ядерное и др. ), атомные ядра, молекулы и т. д. - все они существуют независимо от человеческого сознания, отражаясь в фи- зических понятиях, теориях, гипотезах. Они - объективная реаль- ность, материя. Материя неисчерпаема:" электрон также неисчерпа- ем, как и атом, природа бесконечна..." (4,248). Пределы, до кото- рых доходит сегодня наше знание материи, являются относительными пределами; углубляя наше знание материального мира,наука преодо- левает их. Бесконечность природы раскрывается в ходе все более глубокого ее познания человеческим разумом, и развитие новой фи- зики с особой яркостью подтверждает это положение. Особый интерес с точки зрения материи представляет централь- ная проблема современной физики - теория элементарных частиц. Не- которые ученые, применяя односторонне теорию относительности к этой проблеме, вывели заключение, что элементарные частицы, т. е. электроны,протоны,нейтроны и т. д., не могут иметь конечных раз- меров, а должны рассматриваться как геометрические точки. С этим заключением,естественно, согласиться нельзя. Природа бесконечна, неисчерпаема. это относится и к атому и к электрону и к другим элементарным частицам. Поэтому свойсва этих частиц не сводятся лишь к тем свойствам,которые рассматривает теория относительнос- ти; эта последняя, как и всякая физическая теория, не охватывает до конца явлений и предметов природы. Т. о., необходимо искать существование более глубоких законов для решения проблемы элемен- тарных частиц. На этой основе выросла релятивистская квантовая механика. Но по физическим представлениям, нуклоны имеют опреде- ленные размеры, поэтому выдвигается вопрос о структуре элементар- ных частиц, а теория релятивистской квантовой механики не решает этой проблемы. Это приводит к радикальным изменениям этой физи- ческой теории и поискам новых теорий. Поиск "сумасшедших идей", столь актуальный в современной фи- зике, с точки зрения проблемы реальности, представляет собой проблему существенно новых принципов построения физической карти- ны мира, которые позволили бы придать теории элементарных частиц логическую замкнутость и полноту. Большинство ученых считает,что принципов квантовой механики и теории относительности недостаточ- но для осуществления этой цели. Однако, отсутствие ощутимых успе- хов в преодолении этой недостаточности вынуждено при решении конкретных задач до сих пор ограничиваться лишь незначительными модификациями квантово-релятивистского концептуального аппарата, не затрагивающими его принципиальных основ. Но стоит подчеркнуть, что релятивистская квантовая механика позволяет решать вопросы, относящиеся к превращениям элементарных частиц. Согласно этой теории, пространство, в котором нет элект- ронов, позитронов, фотонов и т. д., называемое по традиции "ваку- умом", на самом деле не есть пустое пространство. В нем существу- ют "минимальные поля", реальность которых доказана существованием некоторых явлений, открытых в атомных спектрах. Открытие матери- альности физического атома - новая замечетельная иллюстрация не- исчерпаемости материи. Движение: абсолютность и относительность. После открытия атома стало очевидно, что материя бесконечна и неисчерпаема. Но существование любого материального объекта возможно только благодаря действию образующих ее элементов и вза- имодействию этого объекта с внешним окружением. Взаимодействие приводит к изменению свойств, отношений, сос- тояний объекта. Изменение в философии обозначается понятием дви- жения. Т. о., движение внутренне присуще материи, ибо движение есть форма бытия материи. Достижения физики XIX-XX вв. значитель- но повлияли на представления о смысле движения. Квантовая теория, появившаяся в связи с парадоксами объясне- ния наблюдаемого распределения энергии в спектре излучения абсо- лютно черного тела ( Планк,1900) явлениями фотоэффекта (Эйн- штейн,1905 ) и противоречиями планетарной модели мира ( Бор,1913) стала общей теорией взаимодействия и движения микрообъектов. В связи с этим физика движения в специальной теории относитель- ности ( Эйнштейн,1905 ) сделала ненужными представления об эфире как абсолютной системе отсчета. Это дало возможность и в физике взаимодействий отказаться от эфира и приписать полю самостоятель- ное существование. Различные виды движения материи способны превращаться в друг друга. Такие превращения могут происходить или в пределах одной физической системы ( например, когда механическое движение прев- ращается в тепловое ), или движение в одной системе может возбу- дить движение в других. Однако, при всех превращениях, движение не уничтожается и не возникает, т. е. абсолютно. Доказательством этого положения выступило открытие в физике закона сохранения энергии ( закона сохранения движения - в более широком смысле ). Но одновременно со своей абсолютностью, движение относительно, т.к. физические системы движутся относительно других физических систем. Доказательством этого положения выступает открытие прин- ципа относительности Галилеем в 1636 г. Несмотря на то, что прин- цип относительности был открыт в XVII в.,он не применялся в клас- сической физике только потому, что все существенные результаты в ней были получены раньше, чем было понято его значение. Но этот принцип оказался незаменимым в релятивистской физике, хотя играет одинаковую роль и в классической, и в релятивистской теории. Вопрос об объективной реальности в квантовой физике. Вопрос об объективности явлений открытых современной физикой можно проследить на примере квантовой механики. Квантовая механика - физическая теория частиц и явлений атомного масштаба - покоится на открытии двуединой корпускуляр- но-волновой природы атомных объектов. С точки зрения диалектики, все это не вызывает никаких недоумений, ибо диалектика учит нахо- дить не противоречия, какие существуют в материальной действи- тельности в движении и развитии, и отображать их в понятиях. В самом деле, законы квантовой механики отражают одновременно и корпускулярные, и волновые свойства движущегося вещества в отли- чие от законов классической механики, которые отражают движение вещества только в корпускулярном аспекте.Квантовые величины ха- рактеризуют не просто корпускулярную, но одновременно и волновую природу атомных процессов. Именно поэтому квантовые величины - суть величины особого рода и, в частности, не сводятся к класси- ческим величинам, хотя последние используются при их определении, подобно тому, как скорость в классической механике не сводится к пути и времени, хотя без последних не определяется. Разумеется, квантовые величины связываются друг с другом по-иному нежели классические величины, что и демонстрируется, например, соотноше- нием неопределенностей для импульса и координаты. Отображая объ- ективные свойства атомов, соотношение неопределенностей позволяет находить новые факты об атомах ( например,применяя его к вопросу о составе атомного ядра, можно доказать, что в атомном ядре не может быть электронов ). Понятие квантового импульса, соотношение неопределенностей, как и вся квантовая механика, отражают строе- ние и свойства материи на ее,так сказать, атомном уровне. Кванто- вая механика всем своим содержанием свидетельствует о новых ги- гантских успехах человеческого разума, о том, что человек прошел еще одну существенную ступень в своем познании и овладении зако- нами природы. Эти взгляды на квантовую механику представлены оте- чественной наукой, а также учеными других стран: П. Ланжевен, Луи Вижье ( Франция), Д. Бом (Америка), Л. Яноши (Венгрия) и др. Существуют, однако, и другие воззрения на квантовую механи- ку, известные под названием "копенгагенской интерпритации", исхо- дящей из идеалистической позиции. Ее представляют прежде всего Н. Бор и В. Гейзенберг - физики, создавшие вместе с Э.Шредингером и П. Дираком квантовую механику. Суть "копенгагенской интерприта- ции" квантовой механики ( в изложении Бора и Гейзенберга ) сво- дится к следующему: сочетание волновых и корпускулярных понятий при описании атомных явлений недопустимо: уж слишком они противо- речивы. Но, вместе с тем, необходимо осмыслить в понятиях физики те эксперементы, которые неопровержимо свидетельствуют о волновых и корпускулярных свойствах движущихся атомных объектов. Других понятий, описывающих атомные эксперементы, кроме понятий класси- ческой механики, нет. Чтобы применять без противоречий понятия классической механики, необходимо признать существующим принципи- ально неконтролируемое взаимодействие, между атомным объектом и прибором, которое ведет к тому, что в атомной области использова- ние одного классического понятия ( например, импульса ) исключает другое ( координату ). С этой точки зрения понятие атома или его импульса существуют реально только при наблюдении атома прибором соответствующего класса. Развитие этих идей приводит к утвержде- нию: если при описании поведения электронов пользоваться прост- ранственно-временными понятиями, то обязателен отказ от причин- ности; если же пользоваться понятиями причинности, то столь же обязательно представлять электроны вне пространства и времени. Т. о., пространственно-временное описание и принципы причинности исключают друг друга и в этом смысле являются "дополнительными". Руководствуясь концепцией дополнительности, Бор и Гейзенберг выс- казались за пересмотр в квантовой механике вопроса об объективной реальности, причинности и необходимости. Вся суть в том, что "копенгагенская интерпретация" пытается решить неправильно ею же поставленную задачу: проследить за пове- дением атомного объекта, принципиально не выходя за рамки понятий классической механики. Когда же выясняется, что эта задача невы- полнима, отрицательный результат такой попытки рассматривается не как необходимое следствие существования волновых свойств атомных объектов, а приписываются наличию некоторого "неконтролируемого взаимодействия" между объектом и прибором, т. е. наличию дополни- тельности. Но принципиальной неконтролируемости не существует - это доказали труды современных ученых-физиков. Теория принципи- альной неконтролируемости и дополнительности есть лишь фантасти- ческое отражение нераздельных корпускулярно-волновых свойств мик- рообъекта. Проблема причинности. Бор и Гейзенберг неправильно увидели в философском свете свои собственные достижения в науке. Это отразилось у них и на разборе проблемы причинности, которая в современных дискуссиях по квантовой механике занимает важнейшее место "Копенгагенская интерпритация" именно потому, что она не признает объективной реальности, существующей независимо от наб- людения, приходит к заключению, что причинность - "неплодотворная и бессмысленная спекуляция", устарелое понятие, на смену которому пришло, мол, понятие дополнительности, что квантовая механика ин- детерминистична и т. д. На самом деле квантовая механика чужда индетерминистическим концепциям. Всем своим научным содержанием она подтверждает науч- ный материализм нашей эпохи. Вместе с тем научный материализм указал квантовой механике выход из тупика индетерминизма на безграничные просторы познания закономерностей микроявлений. Детерминизм, т.е. признание того, что все явления природы, необходимо закономерно, причинно связаны друг с другом, лежит в основе науки. Существующая в мире случайность представляет собой форму проявления необходимости и может быть правильно понята только в связи с необходимостью и на ее основе. Одну из форм все- общей взаимозависимости явлений материального мира составляет причинность. История науки, в том числе физики и механики, как и вся общественная практика человека, приводит к выводу, что наши знание закономерных, необходимых, причинных связей явлений приро- ды становится с развитием науки и практики все более глубоким и полным, преодолевая относительную ограниченность, свойственную науке на отдельных ее ступенях. Квантовая механика дает великолепный материал для подтверж- дения этих положений. Открытие Гейзенбергом соотношения неопреде- ленностей и Шредингером волнового уравнения, имеющего в квантовой механике такое же значение, как законы Ньютона в классической ме- ханике, открытие своеобразных статистических законов атомных яв- лений, о которых старая физика и не догадывалась, знаменовали со- бой прогресс в познании объективных закономерностей природы, дальнейшее углубление нашего знания объективных причинных связей. Объективные закономерные, причинные связи явлений не сводятся к тем причинным связям, которые выразила в своих уравнениях класси- ческая механика; они бесконечно многообразнее и "удивительнее", чем это допускал механический материализм. Для правильного ответа на филосовский вопрос о причинности, поставленный квантовой механикой, важно учесть следующее положе- ние Ленина: "Казуальность, обычно нами понимаемая, есть лишь ма- лая частичка всемирной связи6 но ... частичка не субъективной, а объективной реальной связи". ( 5,с. 136 ) Философские размышления о пространстве и времени. Достижения физики XIX-XX вв. значительно повлияли на конк- ретные представления о смысле таких философских категорий, как пространство и время. Современные физические представления о пространстве и време- ни разработаны теорией относительности; по сравнению с классичес- кой физикой - это новая ступень в познании физикой объективно-ре- альных пространств и времени. Теория относительности, созданная великим физиком нашей эпохи А. Эйнштейном, связала в высшем единстве классическую механику и электродинамику, и пересмотрела основные понятия и положения классической механики, относящиеся к длине и длительности, к массе, энергии, импульсу и т. д., подчи- нив их новым физическим понятиям и положениям, полнее и глубже отражающим движущуюся материю. Для классической физики пространство и время были некими са- мостоятельными сущностями, причем пространство рассматривалось как простое вместилище тел, а время - как только длительность процессов; пространственно-временные понятия выступали как не связанные друг с другом. Теория относительности показала односто- ронность такого взгляда на пространство и время. Пространство и время органически связаны, и эта связь отражается в теории отно- сительности, в математическом аппарате которой фигурируют так на- зываемые четырехмерные пространственно-временные векторы и тензо- ры.Эта теория привела к выводам о зависимости ритма часов от сос- тояния их движения, зависимости массы от скорости, о взаимозави- симости между массой и энергией; все эти выводы широко подтверж- дены опытом. В чем же состоят основные выводы теории относительности по данному вопросу? Специальная теория относительности, построения которой было завершено А. Эйнштейном в 1905 году, доказала, что в реальном физическом мире пространственные и временные интервалы меняются при переходе от одной системы отчета к другой. Старая физика считала, что если системы отсчета движутся равномерно и прямолинейно относительно друг друга (такое движение называется инерциальным), то пространственные интервалы ( расстояние между двумя ближними точками ), и временные интервалы ( длительность между двумя событиями ) не меняются. Теория относительности эти представления опровергла, вернее, показала их ограниченную применимость. Оказалось, что только тог- да, когда скорости движения малы по отношению к скорости света, можно приблизительно считать, что размеры тел и ход времени оста- ются одними и теми же, но когда речь идет о движениях со скорос- тями, близкими к скорости света, то изменение пространственных и временных интервалов становится заметным. При увеличении относи- тельной скорости движения системы отсчета пространственные интер- валы сокращаются, а временные растягиваются. До создания теории относительности считалось, что объектив- ность пространственно-временного описания гарантируется только тогда, когда при переходе от одной системы отсчета к другой сох- раняются отдельно пространственные и отдельно временные интерва- лы. Теория относительности обобщила это положение. В зависимости от характера движения систем отсчета драг относительно друга про- исходят различные расщепления единого пространства-времени на от- дельно пространственный и отдельно временной интервалы, но проис- ходят таким образом, что изменение одного как бы компенсирует из- менение другого. Получается, что расщепление на пространство и время, которое происходит по-разному при различных скоростях дви- жения, осуществляется так, что пространственно-временной интер- вал, т.е. совместное пространство-время ( расстояние между двумя близлежащими точками пространства и времени ), всегда сохраняет- ся, или, выражаясь научным языком, остается инвариантом. Тем са- мым специальная теория относительности раскрыла внутреннюю связь между собой пространства и времени как форм бытия материи. С дру- гой стороны, поскольку само изменение пространственных и времен- ных интервалов зависит от характера движения, то выяснилось, пространство и время определяются состояниями движущейся материи. Они таковы, какова движущаяся материя. Идей специальной теории относительности получила дальнейшее развитие и конкретизацию в общей теории относительности, которая была создана Эйнштейном в 1916 г. В этой теории было показано, что геометрия пространства-времени определяется характером поля тяготения, которое в свою очередь, определено взаимным расположе- нием тяготеющих масс. Вблизи больших тяготеющих масс происходит искривление пространства ( его отклонение от евклидовой метрики ) и замедление хода времени. Если мы зададим геометрию пространс- тва-времени, то тем самым автоматически задается характер поля тяготения, и наоборот: если задан определенный характер поля тя- готения, то автоматически задается характер пространства-времени. Здесь пространство, время, материя и движение оказываются ограни- ченно сплавленными между собой. Пространство-время нашего мира имеет 4 измерения: три из них характеризуют пространство и одно - время. В истории философии и естествознания эти свойства пространства и времени не раз пыта- лись объяснить но естествознание не располагало достаточными воз- можностями для этого, поэтому это положение было принято как опытный факт. Первый шаг в обосновании трехмерности пространства и одномерности времени был сделан австрийским физиком П. Эренфес- том. Он показал, что трехмерность пространства является условием существования устойчивых связанных систем, состоящих из 2 тел. Впоследствии этот опыт был обобщен применительно к атомам и моле- кулам. Было показано, что только в трехмерном пространстве воз- можно образование электронных оболочек вокруг ядра, существование атомов, молекул и макротел. Интересен еще один момент в размышлениях физики о философс- ких категориях пространства и времени: относительный характер непрерывности и дискретности пространства и времени. Известно, что представления о непрерывности пространства и времени являются фундаментальными представлениями теоретической физики. Их истин- ность в рамках классической физики и теории относительности не подвергается сомнению. Модель континуального пространства-времени, хорошо служившая в классической физике и теории относительности, оказывается слиш- ком бедной для того, чтобы адекватно определить реальную структу- ру пространства, времени и движения на уровне микромира ( высоко- энергетических процессов ). Это проявляется не только в виде трудностей с расходимостями, возникающими в процессе квантоэлект- родинамических расчетов, но и в необходимости на основании клас- сической модели симметрии пространства-времени объяснить новые законы сохранения, открытые физикой элементарной частиц ( сохра- нение барионного и лептонного зарядов и др.). В связи с этими трудностями значительное распространение по- лучили концепции, отвергающие необходимость использования предс- тавлений о непрерывности пространства и времени в физическом опи- сании. Одно из направлений развития релятивистской квантовой фи- зики, идет по пути отказа от рассмотрения пространственно-времен- ного аспекта физической реальности ( теория матрицы рассеяния ). В связи с этим имели место утверждения о том, что пространство и время носит макроскопический характер, а для физики микромира ре- альность пространства и времени вообще отрицается. Более широкую поддержку со стороны физиков и философов получила концепция диск- ретного пространства-времени. Но несмотря на отдельные успехи ис- пользование гипотезы дискретного пространства-времени не привело пока, к согласованию физических принципов теории относительности и квантовой механики. На основании эксперементальных данных по рассеянию элементарных частиц можно сказать, что для интервалов 10 5-15 0 - 10 5-16 0 см пространство является непрерывным. Т.о., созда- лась действительная ситуация, которая свидетельствует о необходи- мости методологического анализа устоявшихся физических представ- лений о структуре пространства и времени. Трудности развития фи- зики элементарных частиц говорят, по-видимому, о том, что модель континуального пространства-времени является идеализацией струк- туры реального пространства-времени. Она определенно недостаточна для полноты описания объектов микромира. Вместе с тем и гипотеза только дискретного пространства и времени не приводит к желанной полноте. Модель дискретного пространства-времени также является идеализацией. Т.о., решение проблемы, видимо, может быть получено на осно- вании утверждения о необходимой взаимосвязи непрерывного и диск- ретного. Впервые это утверждение высказал Гегель. А В.И.Ленин указал, кроме того, на материальное основание этого единства. Он сказал, что движение есть единство непрерывности ( времени и пространства ) и прерывности ( времени и пространства ). Из поло- жения о единстве прерывного и непрерывного следует задача фило- софского анализа: выяснение и исследование различных конкретных форм этого единства. В своей работе "Об относительном характере непрерывности и дискретности" (13,с.133) А.И.Панченко попытался осветить один из аспектов взаимосвязи непрерывного и дискретного на основе относи- тельности этих понятий. Очевидно, что затронутая тема является обширной и благодатной для философского исследования, в котором она еще очень нуждается. Вместе с тем, исходя из уже рассмотрен- ных материалов, можно сделать некоторые методологические выводы. Представляется плодотворным подход, отвергающий абсолютизацию и онтологизацию моментов непрерывности или дискретности в реальной структуре пространства и времени. Дискретность и непрерывность пространства-времени, взятые сами по себе в отрыве друг от друга, представляют собой не более, как идеализации, хотя, быть может, и необходимые с точки зрения конкретной физической ситуации. Таким образом, решить этот вопрос в духе признания взаимного логическо- го исключения обсуждаемых представлений. - 19 - Неразрешенные вопросы физики. Существует огромное количество нерешенных физикой проблем. А значит, у философии впереди большое поле деятельности. Рассмотрим некоторые нерешенные проблемы физики. Физика элементарных частиц. Наиболее фундаментальной было и остается исследование мате- рии на самом глубоком уровне - уровне элементарных частиц. Накоп- лен огромный экспериментальный материал по взаимодействиям и превращениям элементарных частиц, произвести же теоретическое обобщение этого материала с единой точки зрения пока не удается. Не решена задача построения квантовой теории тяготения и т.д. Астрофизика. Развитие физики элементарных частиц и атомного ядра позволи- ло приблизиться к пониманию таких сложных проблем, как эволюция Вселенной на ранних стадиях развития, эволюция звезд и образова- ние химических элементов. Но остается неясным, каково состояние материи при огромных плотностях и давлениях внутри звезд и "чер- ных дыр". Все другие проблемы имеют более частный характер и свя- заны с поисками путей эффективного использования основных законов для объяснения наблюдаемых явлений и предсказания новых. Физика ядра. После создания протонно-нейтронной модели ядра был достигнут большой прогресс в понимании структуры атомных ядер, построены различные приближенные ядерные модели. Однако, последовательной теории атомного ядра, позволяющей расчитать, в частности, энергию связи нуклонов в ядре и уровне энергии ядра, пока нет. Одна из важнейших задач - проблема управляемого термоядерного синтеза. Квантовая электроника. Здесь стоят задачи поисков новых применений лазерного излу- чения; дальнейшего повышения мощности и расширение диапазона длин волн лазерного пучка с плавной перестройкой на частоте; создания рентгеновских лазеров. Физика твердого тела. Здесь ведутся активные поиски нефононных механизмов сверх- проводимости, что позволило бы создать высокотемпературные сверх- проводники. Разрабатываются новые направления исследования твер- дых тел акустическими методами. Большое значение имеет изучение физики полимеров. Физика плазмы. Возможность изучения плазмы связана с двумя обстоятельства- ми. Во-первых, в плазменном состоянии находится подавляющая часть вещества Вселенной. Во-вторых, именно в высокотемпературной плаз- ме имеется реальная возможность осуществления управляемого термо- ядерного синтеза. Глобальная проблема, стоящая перед физикой плазмы - разра- ботка эффективных методов разогрева плазмы до порядка 1 млрд гра- дусов и удержание ее в этом состоянии в течение времени, доста- точного для протекания термоядерной реакции в большей части рабо- чего объема. Разумеется, проблемы современной физики имеются во всех раз- делах физики и их общее число огромно. Заключение. В следствии общности и широты своих законов, физика всегда оказывала воздействие на развитие философии и сама находилась под ее влиянием. Открывая новые достижения, физика не оставляла фило- софские вопросы: о материи, о движении, об объективности явлений, о пространстве и времени, о причинности и необходимости в природе. Развитие атомистики привело Э.Резерфорда к открытию атомного ядра и к созданию планетарной модели атома. Это достижение углу- било наши знания о материи и доказало, что материя неисчерпаема и бесконечна. Открытие закона сохранения движения и применение по-новому принципа относительности Галилея дополнили наши знания о движении материи. Эти достижения доказали абсолютность и относительность движения. Вопрос об объективности явлений открытых современной физи- кой, в квантовой механике оказывается далеко не простым. С точки зрения диалектики двуединая корпускулярно-волновая природа атом- ных объектов не вызывает никаких недоумений. Но существуют и дру- гие воззрения на квантовую механику, например,"копенгагенская ин- терпретация", которая не допускает сочетание волновых и корпуску- лярных понятий. "Копенгагенская интерпретация" пытается просле- дить за поведением атомного объекта, принципиально не выходя за рамки понятий классической механики. Когда же выясняется, что эта задача невыполнима, отрицательный результат такой попытки расс- матривается не как необходимое следствие существования волновых свойств атомных объектов, а приписывается наличию некоего "не- контролируемого взаимодействия" между объектом и прибором, т.е. наличию дополнительности. Но современные ученые доказали, что те- ории принципиальной неконтролируемости и дополнительности есть лишь фантастическое отражение нераздельных корпускулярно-волновых свойств микрообъекта. Одну из форм всеобщей взаимозависимости явлений материально- го мира составляет причинность. Квантовая механика дает велико- лепный материал для подтверждения положения о том, что наше зна- ние закономерных, причинных связей явлений природы становится с развитием науки более глубоким и полным. Достижения физики XIX-XX вв., а именно открытие теории отно- сительности значительно повлияли на смысл пространства и времени. Эта теория показала, что пространство и время органически связа- ны; и более того, пространственные и временные интервалы меняются при переходе от одной системы отсчета к другой, причем при увели- чении относительной скорости движения системы отсчета пространс- твенные интервалы сокращаются, а временные растягиваются. В 20-е годы нашего столетия П.Эренфест обосновал проблему о трехмерности пространства и одномерности времени, которая раньше представляла собой опытный факт. Открытия современной науки в микромире высокоэнергетических процессов поставило перед физикой и философией вопрос о непрерыв- ности и дискретности пространства и времени. И, хотя, по этой проблеме уже сделаны некоторые выводы, эта тема все же является не разработанной. Существует огромное количество нерешенных физикой проблем от фундаментальных, связанных с элементарными частицами и проблемой строения и развития Вселенной, до более частных, связанных с по- иском путей эффективного использования основных законов для объ- яснения наблюдаемых явлений и предсказания новых. Очевидно, что перед философией открывается огромное поле де- ятельности: философски обосновать проблемы современной науки - физики. Литература. 1. Большая Советская Энциклопедия. Т.27. Ст."Физика".М.,"Со- ветская Энциклопедия",1977. 2. Введение в философию: Учебник для вузов. В 2 ч.Ч 2 / Фро- лов И.Т., Араб-Оглы Э.А. и др. М.: Политиздат, 1989. 3. История философии для физиков и математиков. Б.Г. Кузне- цов. М.:"Наука", 1974. 4. Ленин В.И. Соч.,Т.14. 5. Ленин В.И. Философские тетради. Госполитиздат,1947. 6. Материалистическая диалектика: методология естественных, общественных и технических наук. М.: "Наука",1983. 7. Современная философия науки: Хрестоматия / Сост.,вступ.ст. А.А.Печенкина. М.:"Наука", 1994. 8. Философские вопросы современной физики. Под ред. И.В.Куз- нецова, М.Э. Омельяновского. М.: Гос. изд. Полит.литер., 1958. 9. Философия науки и техники: Учеб. пособие / В.С.Степин, В.Г.Горохов, М.А.Розов. М.: Контакт-Альфа, 1995. 10. Философия и методология науки. В 2 ч.Ч 2 / Науч.ред. В.И.Купцов. М.: SvR-Аргус, 1994. 11. Философия и мировоззренческие проблемы науки. М.:"Наука", 1981. 12. Философия и прогресс физики. В.С.Готт, В.Г.Сидоров. М.:"Знание", 1986. 13. Философия и физика. Изд-во Воронежского университета. Во- ронеж,1994. 14. Философская энциклопедия. Гл.ред. Ф.В. Константинов. Ст."Физика". М.:"Советская Энциклопедия",1970. |