Механическая и электромагнитная картины мира

Физическая картина мира создается благодаря фундамен­тальным экспериментальным исследованиям, на которых основы­ваются теории, объясняющие факты и углубляющие наше понима­ние природы. XX в. стал веком коренной смены парадигм научно­го мышления и радикального изменения естественно­научной картины мира.

Вплоть до нашего столетия в науке господствовала возникшая в Новое время ньютоновско­картезианская парадигма - систе­ма мышления, основанная на идеях Ньютона и Декарта. По­следнему принадлежала идея принципиальной двойственности реальности: материя и ум (сознание) являются различными, независимыми, параллельными субстанциями или мирами. Дру­гими словами, мир существует независимо от воли людей. Поэто­му материальный мир можно описать объективно, не включая в описание человека­наблюдателя с его специфической позици­ей, его субъективностью. Таким образом, идея строго объективной науки вытекает из декартовских онтологических построений (он­тология - теория бытия).

Данное разделение позволило ученым рассматривать материю как нечто неживое и полностью отдельное от них самих, а мате­риальный мир - как огромный и сложный агрегат, состоящий из множества различных частей. Эти идеи оказали огромное влияние на развитие общества и в наше время еще полностью не изжиты. Это проявляется в том, что такое разделение отражает наш взгляд на "внешний" мир, который мы воспринимаем как множество от­дельных вещей и событий. К природной среде относятся так, как если бы она состояла из независимых частей, используемых груп­пами людей с различными интересами. Это разделение распро­страняется и на общество, которое мы делим на нации, расы, ре­лигиозные и политические группировки. По­видимому, это одна из основных причин ряда социальных, экологических и культур­ных кризисов современности. Такое разделение настраивает нас против природы и других людей, порождает несправедливое раз­деление природных богатств, повинно в возникновении экономи­ческих и политических беспорядков, ведет к непрерывному росту насилия, загрязнению окружающей среды и т.д.

Картезианское разделение и механистическое мировоззрение в свое время оказали благотворное влияние на развитие классиче-

ской механики, но они во многом отрицательно воздействовали на нашу цивилизацию. Современная наука пытается преодолеть ограниченность этого разделения и возвращается к идее един­ства,которая высказывалась еще древними философами Греции и Востока. Ее суть состоит в том, что все чувственно восприни­маемые предметы и явления есть различные взаимосвязанные аспекты единой реальности, поэтому изучать явления природы необходимо в их совокупности и взаимодействии. Только при этом условии мы можем представить картину мировых процессов, верно отражающую реальное положение вещей.

Наше стремление разделить мир на отдельные самостоятельные вещи - это всего лишь иллюзия, которая порождена нашим оцени­вающим и анализирующим сознанием. Ряд фактов говорит о том, что современную цивилизацию ожидают качественные перемены. Существует множество примеров - предупреждений, что возмож­ности порядка, существующего тысячелетия, уже исчерпаны. В настоящее время людям нужны новые знания и новое мировоз­зрение. Этому способствует современная естественно­научная картина мира.

В своем развитии физика прошла длинный путь: от первых шагов, которые начинались в лоне древнегреческой философии две с половиной тысячи лет назад, до современных представлений о мире. Однако основные открытия были сделаны в последние 300 лет. Мы остановимся лишь на трех наиболее крупных этапах развития: XVII - середина XIX вв., середина XIX в. - 1930 г. и период с 1885 по 1905 гг. Именно в это время были сформули­рованы представления об окружающем мире, которые теперь на­зывают механической (механистической) и электромагнитной картинами мира. Коротко рассмотрим период, когда произошла коренная ломка представлений о мире, который, по определению В. Ленина, называют "новейшей революцией в естествознании", для того, чтобы показать, что в развитии науки неизбежны смены концепций или парадигмы развития.

Становление механической картины мира связывают с имена­ми Г. Галилея, И. Кеплера, и особенно И.Ньютона. Формирование механической картины мира потребовало нескольких столетий; практически оно завершилось лишь в середине XIX в. Механи­ческая картина мира возникла на основе классической механики, обобщении законов движения свободно падающих тел и движения

планет, а также создания методов количественного анализа меха­нического движения в целом. Эту картину следует рассматривать как важную ступень в познании человеком окружающего мира.

Рассмотрим основные ее черты. Основу механической картины мира составляет идея атомизма, т.е. все тела (твердые, жидкие, газообразные) состоят из атомов и молекул, находящихся в непре­кращающемся тепловом движении. Взаимодействие тел происхо­дит как при их непосредственном контакте (трение, силы упру­гости), так и на расстоянии (силы тяготения). Все пространство заполняет всепроникающий эфир - среда, в которой распространя­ется свет. Атомы рассматриваются как некие цельные, неделимые "кирпичики"; сцепляясь друг с другом, они образуют молекулы и в конечном счете все тела. Природа этого сцепления не исследо­валась, не было понимания сущности эфира.

Эта картина мира основана на четырех принципиальных мо­ментах.

1. Мир в этой картине построен на едином фундаменте - на
законах механики Ньютона. Все наблюдаемые превращения в
природе, а также тепловые явления сводились на уровне микро­
явлений к механике атомов и молекул - их перемещениям, столк­
новениям, сцеплениям, разъединениям. Открытие закона сохране­
ния и превращения энергии, казалось, окончательно доказывало
механическое единство мира - все виды энергии можно свести к
энергии механического движения.

С такой точки зрения мир выглядел стройной гигантской ма­шиной, построенной по законам механики и по тем же законам функционирующей. В это время развернулись исследования элек­трических и магнитных явлений, которые сначала не подрывали, а лишь только усложняли и дополняли механическую картину ми­ра. Например, под этим углом зрения рассматривалось внешнее сходство закона Кулона с законом всемирного тяготения.

2. Механическая картина мира исходила из представлений, что
микромир аналогичен макромиру.

Механика макромира была хорошо изучена; считалось, что точ­но такая же механика описывает движение атомов и молекул. Как движутся и сталкиваются обычные тела, точно так же движутся и сталкиваются атомы. Также считалось, что и неживая, и жи­вая материя "сконструированы" из одних и тех же "механических деталей", различающихся только размерами. Как человек констру­ирует разные механизмы из относительно крупных деталей, так и

Бог конструирует живые объекты, используя более мелкие дета­ли. Но в основе мира одни и те же "механические детали". Таким образом, механическое мировоззрение видело в малом то же, что и в большом, но лишь в меньших размерах. Это порожда­ло представление о мире, похожем на вставленных одна в другую матрешек.

3. В механической картине мира отсутствует развитие, т.е.
мир считался в целом таким, каким он был всегда. Ф. Энгельс
отмечал, что для данной психологии было характерно мировоз­
зрение, центром которого являлось представление об абсолютной
неизменности природы. Ведь все наблюдаемые процессы и превра­
щения сводились только к механическим перемещениям и столк­
новениям атомов. Поэтому в биологии данного периода господ­
ствовала концепция преформизма, согласно которой в яйцеклет­
ке любого живого существа уже содержится в миниатюре буду­
щий взрослый организм; в зародышах заключены свои зародыши и
т.д. (матрешечная теория). Таким образом, механическая картина
фактически отвергала качественные изменения, сводя их к чисто
количественным. И в этом виделся залог незыблемости природы.

4. В механической картине мира все причинно­следственные
связи - однозначные, здесь господствует лапласовский детерми­
низм, согласно которому, если известны начальные данные си­
стемы, то можно точно предсказать ее будущее. В результате
мир функционирует с точностью отлаженного часового механизма:
огромный космический механизм подчинен законам классической
механики, которые и управляют движением всей Вселенной. Хо­
тя в середине XIX в. Д. Максвелл, а затем Л. Больцман, ввели в
физику вероятность, но ученые это не считали принципиальным,
полагая, что использование вероятностей связано лишь с нашим
незнанием всех деталей сложного механизма природы.

Данная парадигма господствовала в естествознании до середи­ны второй половины XIX в. По своей сути эта картина мира явля­ется метафизической, поскольку в ней отсутствуют внутрен­ние противоречия и качественное развитие, все происходящее в мире жестко предопределено, а все разнообразие мира сведено к механике. В механической картине мира понимание сводится к построению механической модели: если я могу представить такую модель - я понимаю, если не могу - значит, не понимаю его.

Рационально­механический образ этого мира демонстрирует

нам мир как единый и единственный: мир твердой материи, ко­торый подчинен жестким однозначным законам. Сам по себе он лишен духа и свободы. Жизнь и разум в механической картине мира не обладают никакой качественной спецификой. Такая дей­ствительность не несет в себе никакой необходимости появления человека и сознания. Человек в этом мире - ошибка, курьез­ный случай, побочный продукт звездной эволюции. Полагая че­ловека случайностью, механистическая наука не интересуется его судьбой, его целями и ценностями, которые выглядят смешными в грандиозной машине Вселенной, похожий на огромный полно­стью детерминированный часовой механизм, в котором действует непрерывная цепь взаимосвязанных причин и следствий.

Электромагнитная картина мира начала формироваться во второй половине XIX в. на основе исследований в области элек­тромагнетизма. Основную роль здесь сыграли исследования М. Фарадея и Д. Максвелла, которые ввели понятие физиче­ского поля. В процессе формирования этого понятия на смену механической модели эфира пришла электромагнитная модель: электрическое, магнитное и электромагнитные поля трактовались первоначально как разные "состояния" эфира. Впоследствии необ­ходимость в эфире отпала. Пришло понимание того, что электро­магнитное поле само есть определенный вид материи и для его распространения не требуется какая­то особая среда­эфир.

Электромагнитная картина мира продолжала формироваться в течение трех десятилетий XX в. Она использовала не только уче­ние о магнетизме и достижения атомистики, но также и некото­рые идеи современной физики (теории относительности и кванто­вой механики). После того как объектом изучения физики наряду с веществом стали разнообразные поля, картина мира приобрела более сложный характер, но все равно это была картина класси­ческой физики.

Основные ее черты следующие. Согласно этой картине материя существует в двух видах - веществе и поле, между которыми имеется непроходимая грань: вещество не превращается в поле и наоборот. Известны два вида поля - электромагнитное и грави­тационное, соответственно - два вида фундаментальных взаимо­действий. Поля, в отличие от вещества, непрерывно распределяют­ся в пространстве. Электромагнитное взаимодействие объясня­ет не только электрические и магнитные явления, но и другие -

оптические, химические, тепловые. Теперь все стремятся свести к электромагнетизму. Вне сферы господства электромагнетизма остается лишь тяготение.

В качестве элементарных "кирпичиков", из которых состоит вся материя, рассматриваются три частицы - электрон, протон и фо­тон. Фотоны - кванты электромагнитного поля. Корпускулярно-волновой дуализм "примиряет" волновую природу поля с корпус­кулярной, т.е. при рассмотрении электромагнитного поля исполь­зуются, наряду с волновыми, и корпускулярные (фотонные) пред­ставления. Элементарные "кирпичики" вещества - электроны и протоны. Вещество состоит из молекул, молекулы из атомов, атом имеет массивное ядро и электронную оболочку. Ядро состоит из протонов. Силы, действующие в веществе, сводились к электро­магнитным. Эти силы отвечают за межмолекулярные связи и связи между атомами в молекуле; они удерживают электроны атомной оболочки вблизи ядра; они же обеспечивают прочность атомного ядра (что оказалось неверным). Электрон и протон - стабильные частицы, поэтому атомы и их ядра тоже стабильны. Картина, на первый взгляд, выглядела безупречно. Но в эти рамки не впи­сывались такие, как считалось тогда, "мелочи", например, радио­активность и др. Скоро выяснилось, что эти "мелочи" являются принципиальными. Именно они и привели к "краху" электромаг­нитной картины мира.

Электромагнитная картина мира представляла огромный шаг вперед в познании мира. Многие ее детали сохранились и в совре­менной естественно­научной картине: понятие физического поля, электромагнитная природа сил, отвечающих за различные явле­ния в веществе (но не в самих атомах), ядерная модель атома, ду­ализм (двойственность) корпускулярных и волновых свойств ма­терии и др. Но и в этой картине мира также господствуют од­нозначные причинно­следственные связи, все таким же образом жестко предопределено. Вероятностные физические закономерно­сти не признаются фундаментальными и поэтому не включаются и в нее. Эти вероятности относили к коллективам молекул, а сами молекулы все равно следовали однозначным ньютоновским зако­нам. Не менялись представления о месте и роли человека во Все­ленной. Таким образом, и для электромагнитной картины мира также характерна метафизичность мышления, где все четко разграничено, внутренние противоречия отсутствуют.