Новейшая революция в физике в конце XIX – начале ХХ в.в

Научная революция в физике началась в 70-е годы XIX века с создания электромагнитной теории Дж.К.Максвелла. С этого времени физическая наука становится теоретической в современном смысле слова – основой теории становится не наглядная, а абстрактная математическая модель. Хорошо известен афоризм, что «теория Максвелла – это уравнения Максвелла». Революционный переворот состоял в том, что теория, которая претендовала на роль физической теории, была математической теорией, представляла собой систему математических уравнений, которые не могли быть непосредственно сопоставлены с эмпирическими объектами. Весьма характерно, что сам Максвелл не до конца осознал смысл совершённого им переворота в создании физических теорий – он упорно пытался обосновать эти уравнения с помощью построения мысленных математических моделей. Однако все попытки воплотить максвелловскую математику в неклассические механические модели были безуспешными, так что по словам А.Эйнштейна, «существенными оказались только сами уравнения и входящие в них напряженности поля как ни к чему не сводимые сущности».[20]

Иначе говоря, в теории Максвелла математическая схема впервые стала ядром, основой теории, а для этой математической схемы уже невозможно, как это было в классической физике, подобрать собственных наглядных образов. Произошла радикальная перестройка физической теории.

Помимо этого, в конце XIX века в области физики был сделан целый ряд открытий, которые не могли быть объяснены в рамках классической физики и разрушали прежние физические представления. К этим открытиям относятся:

· открытие в 1895 г. В. Рентгеном неизвестных ранее лучей, получивших впоследствии его имя;

· открытие явления радиоактивности А. Беккерелем в 1896 г., изучение которого было продолжено М.Склодовской-Кюри и П.Кюри;

· открытие Дж. Томсоном в 1897 г. первой элементарной частицы – электрона и установление зависимости его массы от скорости;

· установление М.Планком в 1900 г. несоответствия распределения энергии излучения черного тела;

· открытие Э. Резенфордом в 1911 г. ядра в атоме.

Все эти открытия разрушали представления классической физики о материи. Ситуацию, сложившуюся в физической науке на рубеже XIX—XX вв., А. Пуанкаре назвал кризисом физики. «Признаки серьезного кризиса» физики он в первую очередь связывал с возможностью отказа от фундаментальных принципов физического познания. «Перед нами «руины» старых принципов, всеобщий «разгром» таких принципов», — утверждал он.[21] Закон сохранения массы, закон сохранения количества движения, закон сохранения энергии — все эти фундаментальные принципы, которые долгое время считались незыблемыми, теперь подвергались сомнению.

Сущность революции в науке состояла в переходе исследований с макро-уровня на микро и мега-уровень, где законы макро-уровня оказались неприменимы. К концу XIX в. методологические установки классической физики уже исчерпали себя, и необходимо было изменять теоретико-методологический каркас естественнонаучного познания. Поиски новой методологии были не простыми, сопряженными с борьбой мнений, школ, взглядов, философской и мировоззренческой полемикой. В конце концов, в первой четверти XX в. естествознание нашло свои новые методологические ориентиры, разрешив кризис рубежа веков созданием двух новых способов физического познания — релятивистского и квантового.

2.5.Неклассическая наука.

Тот тип теоретизирования, который характеризуется как неклассический, относится, прежде всего, к физике. Точнее следовало бы говорить не о неклассической науке, а о неклассической физике, но поскольку физические теории изучают глубинные структуры материального мира и лежат в основе космологических построений, то в философию и методологию науки вошел именно этот термин «неклассическая наука». Концептуальные идеи были выдвинуты в теории относительности и квантовой механике.

Неклассическое естествознание связано с созданием релятивистской и квантовой физики и приблизительно охватывает период с 20-х годов ХХ века и по последнюю четверть ХХ века, хотя формирование неклассической науки началось с исследования Фарадеем и Максвеллом явлений электричества и магнетизма, которые не допускали механического толкования. Неклассическая наука, концептуальные схемы которой созданы в квантовой механике и теории относительности, описывает реальность не как совокупность тел в пространстве, а как сеть взаимосвязей.

Развитие в XIX веке электродинамики явилось предпосылкой к созданию релятивистской (от лат. relativus — относительный) физики, в рамках которой была разработана теория относительности, включающая в себя специальную (частную) и общую теории относительности.

Термин «теория относительности» был введён в 1906 году М. Планком, с целью показать, как специальная теория относительности (и, позже, общая теория относительности) использует принцип относительности.

Специальная теория относительности разрабатывалась в начале XX века усилиями таких учёных как Г. А. Лоренц, А. Пуанкаре, А. Эйнштейн и др. Специальная, или частная теория относительности — это теория структуры пространства-времени. Впервые в целостном виде она была представлена в 1905 г. А.Эйнштейном в работе «К электродинамике движущихся тел». Дальнейшим развитием специальной теории относительности стала общая теория относительности — теория гравитации, разработанная Эйнштейном в 1905—1917 г. г. Релятивистские идеи нашли широкое применение в других областях физики и космологии ХХ в.

Квантовые представления, впервые введенные в физику в 1900г. М.Планком, послужили основой для создания квантовой физики, разработанной такими учёными, какН.Бор, М.Борн, В.Гейзенберг, Л.де Бройль и рядом других. Квантовая физика включает следующие разделы: квантовая механика, квантовая теория поля, квантовая электродинамика квантовая термодинамика, квантовая гравитация и некоторые другие. Идея квантов не только лежит в основе физики микромира (атомной физики и физике элементарных частиц), но и нашла применение и в других естественных науках – в химии и биологии.

Во второй половине XX в. основное внимание физиков обращено на создание теорий, раскрывающих с позиций квантово-релятивистских представлений сущность и основания единства четырех фундаментальных взаимодействий — электромагнитного, «сильного», «слабого» и гравитационного. Эта задача одновременно является и задачей создания единой теории элементарных частиц (теории структуры материи).

В эту эпоху происходит своеобразная цепная реакция революционных перемен не только в физике, но и в других областях знания.

На основе релятивистских и квантовых представлений во второй половине ХХ века развивалась космология, в рамках которой разрабатываются различные модели Вселенной, общепризнанной среди котоых стала модель нестационарной эволюционирующей Вселенной. Большой вклад в создание нестационарной релятивистской космологии внесли такие учёные как А.Эйнштейн, А.Фридман, Леметр, Г.Гамов, Хаббл и другие.

В химии возникла квантовая химия, фактически стёршая грань между физикой и химией. Квантовая химия рассматривает строение и свойства химических соединений, реакционную способность, кинетику и механизм химических реакций на атомарном уровне (моделях электронно-ядерного взаимодействия, представленных с точки зрения квантовой механики).

Развитие биологии в ХХ веке определяется переходом исследований о живом на более глубокий уровень – молекулярный. Одним из главных событий в биологии стало становление генетики, науки о законах наследственности и изменчивости организмов.

Генетика сыграла большую роль в утверждении и развитии дарвиновской теории эволюции. Эволюционная генетика исследует генетические механизмы отбора, роль отдельных генов, генетических систем и мутационного процесса в эволюции. Фундаментальный вклад в разработку проблем генетики внесли советский генетик С. С. Четвериков, американский учёный С. Райт и английские — Дж. Холдейн и Р. Фишер, заложившие в 20—30-х гг. основы генетико-математических методов и генетической теории отбора.

Использование в качестве объектов генетических исследований микроорганизмов и вирусов, а также проникновение в генетику идей и методов химии, физики и математики привели в 40-х гг. ХХ в. к возникновению и бурному развитию молекулярной генетики.