Электромагнитная картина мира

Физики в течение XIX века пытались объяснить электромагнитные явления в механической картины мира. Но эти попытки были провальными, так как электромагнитные явления слишком отличались от механических процессов. М. Фарадей и Дж. Максвелл внесли существенный вклад в формирование электромагнитной картины мира. Созданная Дж. Максвеллом теория электромагнитного поля стала причиной появление электромагнитной картины мира.

Максвелл разработал теорию в основе которой было явление, которое называлось явлением электромагнитной индукции. Фарадей проводил эксперименты при помощи магнитной стрелы, стремясь объяснить природу магнитных и электрических явлений. После проведенного эксперимента он пришел к выводу, что вращение магнитной стрелки зависит не от электрических зарядов, которые находятся в проводнике, а от особого состояния окружающей среды, которое появлялось рядом с магнитной стрелкой. Это означало, что ток взаимодействует с магнитной стрелкой с помощью окружающей проводник среды. Так было введено такое понятие поля как совокупность магнитных силовых линий, пересекающих пространство и индуцировать электрический ток. Это открытие дало Фарадею понять, что представления о материи являются континуальными, непрерывными, а не корпускулярными.

Теория электромагнитного поля Максвелла заключается в том, что при изменении магнитного поля не только в окружающих телах, но и в вакууме приводит к возникновению электрического поля, которое, способствует появлению магнитного поля. Так в физике возникла новая реальность — электромагнитное поле. В физикетеория электромагнитного поля Максвелла ознаменовала собой начало совершенно нового этапа. В соответствии с данной теорией мир это единая электродинамическая система, которая включает в себя электрически заряженные частицы, взаимодействующих посредством электромагнитного поля.

Проводя анализ состояния физики в период возникновения самых первых гипотез о строении атома можно увидеть, что постановка такой цели ближайшим образом была связана с разработкой электромагнитной картины мира. Согласно постулатам электромагнитной картины мира, все процессы природы и мира могут быть рассмотрены как взаимодействие вещества и эфира. Предполагалось, что все силы природы можно унифицировать, сводя абсолютно разные типы сил к изменениям состояния самого эфира (“Один эфир для света, теплоты и электричества”, — в конце XIX века писал Кельвин). Можно считать, что и ньютоновский закон всемирного тяготения сводился к передаче сил со временем с конечной скоростью в эфире. Взаимодействие атомов вещества и эфира рассматривалось как метод (источник) возникновения зарядов.

В первую очередь, согласно программе Максвелла и его последователей (например, Герца, Ленарда), можно предположить, что заряды представляются как некие процессы возмущения эфира (на основании ключевой идеи максвелловской теории электромагнитного поля о тождественности тока проводимости и тока смещения, что и позволило представить плотности зарядов-токов в форме потока электромагнитного поля). Только вот под влиянием идей атомистики в физике множество раз высказывались гипотезы о возможности перенести принцип атомизма и на заряды. Такие идеи нашли теоретическое и эмпирическое подтверждения после первого открытия электронов и разработки электродинамики Лоренца, которая основывалась на представлении о зарядах-токах как о некой системе электронов, взаимодействующих с электромагнитным полем. После в картину мира уже точно вошло новое представление о зарядах. Они уже рассматривались в качестве особых частиц — электронов (атомов электричества), взаимодействие их с эфиром (электромагнитным полем) представлялось как глубокое основание всех физических процессов. Тогда в физической картине мира кроме “эфира” и “атомов вещества” появился совершенно новый элемент — так называемые “атомы электричества”, и тогда же возникла проблема их взаимоотношения с атомами “обычного” вещества. Большой интерес к вопросам о строении вещества, который возник в конце XIX — начале XX века в физике, во многом был продиктован как раз этой проблемой. Рассуждая на эту тему, ученые, в первую очередь задали вопрос: не входят ли электроны в состав атома? Хотя сама формулировка данного вопроса была достаточно смелым шагом, так как она приводила к совершенно новым представлениям в картине мира (нужно было согласится со сложным строением атомов вещества). Именно поэтому конкретизация вопроса соотношения электронов и атомов была связана с выходом в сферу философского анализа, что происходит при радикальных скачках в картине мира (приведем пример, Дж. Дж. Томсон, он был одним из инициаторов постановки задачи о связи атомов и электронов вещества, он искал опору в идеях атомистики Босковича, чтобы доказать саму необходимость перехода в картине мира “атомов вещества” к “атомам электричества”). Но так или иначе можно сказать, что проблема соотношения атомов и электронов и ее анализ под углом зрения сложности атома была рассмотрена при помощи развития физической картины мира.

С эволюцией физики, по мере возникновения новых данных, полученных с помощью эксперимента, и теоретических представлений (особенно после создания теории радиоактивного распада и его открытия) конструирование разных моделей строения атома стало обычным явлением у физиков. Однако само построение данных моделей началось немного раньше, под влиянием проблемы электрона, который был введен в качестве особого элемента в картину физической реальности.

Таким образом, мы можем сделать вывод, что к построению гипотетических схем структуры атома импульс был создан электромагнитной картиной мира, включившей в состав теоретического и эмпирического материала физики под влиянием предшествующего развития и при участии философских идей совершенно новые элементы [5, с.204-205].

Механическую картину мира во многом изменили новые физические и философские взгляды на материю, силы, пространство и время. Эти изменения не были революционными, так как они и осуществились в пределах классической науки. При помощи соединения новых идей и старых механистических представлений о природе электромагнитная картина мира является промежуточной. Существенно изменились лишь представления о материи: корпускулярные идеи заменились континуальными (полевыми). Материя уже не являлась совокупностью неделимых атомов, которые переставали быть конечным пределом делимости материи. Пределом делимости принималось абсолютно непрерывное бесконечное поле с волновыми движениями в нем и электрическими зарядами. Согласно электромагнитной картине мира, материя может существовать лишь в двух видах — поле и вещество. Превращения друг в друга невозможно в электромагнитной картине мира. Поле обладает приоритетом относительно вещества, а значит, главным свойством материи является непрерывность в противовес дискретности. Поперечные электромагнитные волны являются способом распространения электромагнитного поля, которые захватывают постоянно новые области пространства. Законы Ньютона не в состоянии описать заполнение пространства электромагнитным полем, потому что механика не воспринимает этот механизм. В механике одно материальное явление не может зависеть от изменения другого, и в совокупности они не могут создавать единой сущности.

Изменения коснулись и понятия движения. Движение могло рассматриваться не только как обычное механическое перемещение, но и как распределение колебаний в поле. Соответственно законы электродинамики Максвелла потеснили законы механики Ньютона.

Решение такой проблемы физического взаимодействия должно было удовлетворять новой физической картине мира. Фарадеевским принципом близкого действия потеснил ньютоновский принцип дальнодействия, что привело к пониманию взаимодействия как непрерывного от точки к точке и с конечной скоростью.

Поля не имеют точно очерченных границ и тем самым перекрывают друг друга. Этот факт означал, что концепция абсолютного времени и абсолютного пространства Ньютона не соответствовала новым полевым представлениям о материи.

В первую очередь в самом понимании времени и пространства электромагнитная картина мира происходила из убеждения, что абсолютное пустое пространство заполнено мировым эфиром. С неподвижным эфиром физики пытались согласовать абсолютную систему отсчета. При этом для понимания большинства материальных явлений эфиру приходилось давать необычные свойства, иногда и противоречащие друг другу. Однако само создание специальной теории относительности вынудило физиков отказаться от идеи эфира, так как эта теория исходила из относительности массы, времени и длины, т.е. из зависимости их от системы отсчета. При рассмотрении электромагнитной картины мира материя, время и пространство могут существовать только вместе, и полностью зависят друг от друга. При этом время и пространство являются свойствами материальных тел.

Характерные свойства электромагнитной картины мира:

1. В пределах электромагнитной картины мира сложилась непрерывная (континуальная), полевая модель реальности. А сама материя рассматривалась как одно непрерывное поле с силовыми точечными центрами - волновыми движениями в нем и электрическими зарядами. Мир рассматривался как электродинамическая система, которая была построена из электрически заряженных частиц, которые взаимодействовали посредством электромагнитного поля.

2. Концепция Ньютона заменяется фарадеевским принципом. Фарадей утверждал, что каждые взаимодействия передаются полем от одной точки к другой, непрерывно и с конечной скоростью.

3. Кинетическая теория газов или статистическая механика появившаяся в середине XIX века, была основана на теории вероятности. Вероятность, случайность с этого промежутка времени нашли свое место в физике и были указаны в форме статистических законов. Статистический закон – это такой закон, который управляет поведением огромных совокупностей и в отношении отдельного объекта, он позволяет делать лишь выводы на основе вероятности о его поведении. Этот закон отражает диалектическую связь случайности и необходимости. И не исключает случайность, а рассматривает ее как форму проявления необходимости.

4. Игнорирование атомистической, дискретной природы вещества привело электродинамику Максвелла к целому ряду несоответствий, которые не возникают в созданной Лоренцом электронной теории или микроскопической электродинамики. Данная теория восстанавливает в правах электрические дискретные заряды и сохраняет поле как объективную реальность.

Электромагнитная картина мира может объяснить достаточно большой круг физических явлений, которые в той или иной мере не понятны с точки зрения предыдущей механической картины мира. Однако дальнейшее ее развитие показало ее ограниченность. Одна из самых главных проблем состояла в том, что континуальное понимание материи не согласовывалось с фактами, основанными на проведенных опытах, которые бы подтверждали дискретность ее свойств — действия, заряда, излучения. Оставалась еще нерешенной задача о соотношении поля и заряда, здесь не удавалось дать объяснение устойчивости атомов и их спектров, излучение абсолютно черного тела. Все это приводило к тому, что об относительном характере электромагнитной картины мира и необходимости ее замены новой физической картиной. Поэтому на замену ей пришла абсолютно новая квантово-релятивистская картина мира, которая объясняла дискретность механической картины мира и непрерывность электромагнитной картины мира.