Понятие о физической картине мира

Тема 3. Физическая картина мира

Физика (от греч. physis–природа) — наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы ее движения.

Физическая картина мира в самом общем смысле представляет собой физическую модель природы, включающую в себя:

— основополагающие философские и физические идеи

— фундаментальные физические теории

— основные принципы, законы и понятия

— принципы и методы познания

Физическая картина мира, с одной стороны, есть обобщение всех ранее полученных знаний о природе и определенная ступень познания человеком материального мира и его закономерностей, а с другой – вводит в физику новые основополагающие идеи, принципы, понятия и гипотезы, которые коренным образом меняют основы физического теоретического знания, и тогда одна физическая картина мира заменяется другой.

Смена физической картины мира, как правило, связана со сменой представлений о материи: от атомистических, корпускулярных представлений о материи к полевым, континуальным, а затем к квантовым. Отсюда и три физических картины мира: механистическая, электромагнитная и квантово-полевая.

Механистическая картина мира.

Основные положения:

1. Корпускулярная модель реальности: материя – вещественная субстанция, состоящая из атомов или корпускул; атомы абсолютно прочны, неделимы, непроницаемы, характеризуются наличием массы и веса.

2. Концепция абсолютного пространства и времени.

3. Движение – простое механическое перемещение. Законы движения – фундаментальные законы мироздания. Тела двигаются равномерно и прямолинейно, а отклонения от этого движения есть действие на их внешней силы (инерции). Мерой инерции является масса. Универсальным свойством тел является сила тяготения, которая является дальнодействующей.

4. Принцип дальнодействия – взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, т.е. действия могут передаваться в пустом пространстве с какой угодно скоростью.

5. Все механические процессы подчиняются принципу детерминизма. Детерминизм (лат. determino – определяю) – учение о закономерной универсальной взаимосвязи и взаимообусловленности явлений объективной действительности. Случайность исключается из данной картины мира.

6. Тенденция сведения закономерностей высших форм движения материи к закономерностям простейшей его формы – механическому движению.

7. Использование динамических законов. Динамический закон – физический закон, управляющий поведением отдельного объекта и позволяющий устанавливать однозначную связь его состояний.

Электромагнитная картина мира.

Основные положения:

1. Континуальная модель реальности: материя – едино непрерывное поле с точечными силовыми центрами – электрическими зарядами и волновыми движениями в нем, а мир понимается как электродинамическая система, построенная из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля.

2. Введено понятие вероятности.

3. Движение – распространение колебаний в поле, которые описываются законами электродинамики.

4. Принцип близкодействия – взаимодействия любого характера передаются полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью.

5. Реляционная концепция пространства и времени.

Квантово-полевая картина мира.

Основные положения:

1. Квантово-полевые представления о материи, где последняя обладает корпускулярными и волновыми свойствами, т.е. каждый элемент материи имеет свойства волны и частицы.

2. Картина физической реальности в квантовой механике двупланова: с одной стороны, в нее входят характеристики исследуемого объекта; с другой стороны – условия наблюдения (метод познания), от которых зависит определенность этих характеристик.

3. При описании объектов используется два класса понятий: пространственно-временные и энергетически-импульсные. Первые дают кинематическую картину движения, вторые – динамическую (причинную). Пространство-время и причинность относительны и зависимы.

4. Движение – частный случай физического взаимодействия. Под физическим взаимодействием в узком смысле слова, понимают такие процессы, в ходе которых между взаимодействующими структурами и системами происходит обмен квантами определенных полей, энергией, а иногда и информацией. Фундаментальные физические взаимодействия: сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное. Они описываются на основе принципа близкодействия: взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость передачи взаимодействия конечна и не превышает скорости света.

5. Фундаментальные положения квантовой теории: принцип неопределенности и принцип дополнительности. Принцип дополнительности был сформулирован Н. Бором в 1927 г., который заключается в том, что в области квантовых явлений наиболее общие физические свойства какой-либо системы выражаются с помощью дополняющих друг друга пар независимых переменных, каждая из которых может быть лучше определена только за счет соответствующего уменьшения степени определенности другого. Этот принцип применяется практически во всех областях науки и методах, изучающих неживую и живую природу, человека, общество.

Принцип неопределенности был сформулирован В. Гейзенбергом, который заключается в том, что принципиально нельзя определить одновременно координату и импульс частицы точнее, чем это допускает соотношение неопределенностей. Микрочастица не может иметь одновременно координату х и определенный импульс р, причем неопределенности этих величин удовлетворяют условию ∆x ∙ ∆p ≥ h,

где h – постоянная Планка,

т.е. произведение этих неопределенностей не может быть меньше h.

6. Квантово-полевые представления о закономерности и причинности предполагают оперирование статистическими законами. Статистический закон – это физический закон, управляющий поведением больших совокупностей и в отношении отдельного объекта позволяющий делать лишь вероятностные выводы о его поведении.

Современная физическая картина мира.

1. Современные представления о строении материи предполагают в ее основе шестнадцать фундаментальных частиц и античастиц:

— четыре лептона (электрон, позитрон, электронное нейтрино и антинейтрино);

— соответствующие антикварки.

2. Многообразие и единство мира основывается на взаимодействии и взаимопревращении фундаментальных частиц и античастиц.

3. Движение есть проявление фундаментальных взаимодействий (гравитационного, электромагнитного, слабого и сильного), переносчиками которых являются фотоны, глюоны и промежуточные бозоны.

Таблица 7

Характеристики фундаментальных взаимодействий

Тип взаимо-действия Константа взаимо-действия Радиус действия (м) Частицы – переносчи-ки взаимо-действия
Гравита-ционное Масса 10-38
Электро-магнитное Электри-чески заряжен-ные частицы 10-2 фотон
Сильное Частицы, входящие в состав ядер (протоны, нейтроны) 10-15 глюоны
Слабое Элемен-тарные частицы 10-14 10-18 векторные бозоны W-, W+, Z0

4. Представления об основе мироздании складываются на основе разработки единой теории поля, объединяющей все фундаментальные взаимодействия (теории «Великого объединении», теории «Сверхвеликого объединения»).

5. Природа рассматривается в движении и развитии. В физике используется диалектический метод, когда вещество и поле, частица и волна, масса и энергия и т.д. рассматриваются в диалектическом единстве.

6. Принципиальные особенности современных представлений о мире: системность, глобальный эволюционизм, самоорганизация, историчность – определяют их общий контур и способ организации научного знания.

7. Современные представления характеризуются как научно-методологические, ибо объективная картина мира опосредуется методом познания субъекта.

Физическая реальность имеет определенную структуру:

1. Мегамир – мир больших космических масштабов и скоростей; пространство измеряется в астрономических единицах, световых годах и парсеках; время измеряется в миллионах и миллиардах лет.

2. Макромир – мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами жизни на Земле; пространство измеряется в миллиметрах, сантиметрах и километрах; время измеряется в секундах, минутах, часах, годах.

3. Микромир – мир микрообъектов, предельно малых масштабов, пространственные характеристики исчисляются от 10-8 до 10 -16 см, время измеряется от бесконечности до 10-24 см.

План семинара

1. Эволюция основных физических парадигм:

1.1 механистическая картина мира;

1.2 электромагнитная картина мира;

1.3 квантово-полевая картина мира.

2. Понятие физического закона. Динамические и статистические закономерности, их специфика.

3. Физическая реальность и ее структура. Микро-, макро- мега уровни физической реальности, их специфика и взаимосвязь.

4. Вещество и поле – основные состояния вещества. Прерывность и непрерывность в классической и неклассической физике.

5. Физические взаимодействия. Концепции близко- и дальнодействия. Основные типы физических взаимодействий.

Примерные вопросы для повторения и самопроверки

1. Почему физику называют фундаментальной наукой?

2. Какую роль играют физические взаимодействия в образовании новых структур?

3. Какие два подхода существуют в настоящее время для описания мира? Почему возникает необходимость гармонизации этих подходов и холизма в современном естествознании?

4. Что такое физический закон? Чем отличается динамические закономерности от статистических?

Физическая картина мира

Формирование естественно-научной картины мира

В процессе познания окружающей среды и изучения мира, человек в своем сознании создает определенную картину мира. Картина мира в процессе развития человечества менялась, представление об окружающем мире первобытного человека отличалось от картины мира человека в другие периоды его развития. К тому же, каждый человек по-своему представляет окружающий мир в зависимости от окружения, воспитания, религии, духовного развития и т.д. Отсюда возникновение различных картин мира. Помимо этого, каждая отдельно взятая наука может формировать свою картину мира, например, физическая картина мира, химическая, биологическая и т.д.

Однако, не смотря на все многообразие картин мира, которые существуют в современной науке, наиболее общее представление дает общая научная картина мира. Она описывает общество, человека и природу.

Научная картина мира сформировалась на основе достижений общественных, гуманитарных, естественных наук, но ее фундаментом по праву считается естествознание. Вклад естествознания в развитие научной картины мира является таким большим, что часто научную картину мира отождествляют с естественно-научной.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Определение 1

Естественно – научная картина мира – это исторически сформировавшееся в процессе естествознания достоверное знание о природе. Данная картина мира включает в себя знания из всех естественных наук, в тои числе их фундаментальные идеи, теории.

Физика в естественно-научной картине мира

Однако известно, что исторически в естествознании преобладают знания физической науки, и физика до сих пор считается самой развитой и систематизированной наукой. Вклад остальных естественных наук в процесс становления естественно-научной картины мира, особенно в период возникновения мировоззрения европейской цивилизации Нового времени, был гораздо меньше. Поэтому обращение к физике в период становления классической естественно-научной картины мира является закономерным. Концепции физики и ее аргументы в большой степени определили естественно-научную картину мира.

Физика, в отличие от других естественных наук, благодаря высокой степени разработанности, смогла создать свою собственную картину мира – физическую. Остальные естественные науки смогли это сделать лишь в ХХ веке.

Определение 2

Физика – это наука, которая занимается изучением простейших и в то же время наиболее общих закономерностей природы, каких как, законы движения материи, ее свойства и строение.

Физика ищет в каждом явлении природы факторы, объединяющие его с другими. Поэтому законы и понятия физики являются основополагающими, фундаментальными для всего естествознания.

Физика в переводе с греческого означает «природа», она возникла в период античности. На этапе возникновения физика охватывала все имеющиеся знания о природных явлениях, то есть была тождественна естествознанию. Выделение из общего естествознания отдельных наук, в том числе и физики, произошло позже, по мере разделения знаний и методов исследования.

Физика является экспериментальной наукой, ее законы основываются на фактах, установленных путем опытов и экспериментов. Кроме того, различают теоретическую физику, ее целью является формулирование законов природы. Существование экспериментальной и теоретической физики друг без друга невозможно.

В зависимости от объектов изучения, физика делится на следующие разделы:

  • Физика элементарных частиц
  • Физика ядра
  • Физика атомов и молекул
  • Физика газов и жидкостей
  • Физика твердого тела
  • Физика плазмы.

По уровню организации материи физика делится на:

  • Физику макромира
  • Физику микромира
  • Физику мегамира.

По характеру изучаемых явлений, процессов и форм взаимодействия различают следующие области физики:

  • Механика
  • Электродинамика
  • Квантовая физика
  • Теория гравитации
  • Термодинамика
  • Статистическая физика.

Физическая картина мира

С относительно недавних пор понятие «физическая картина мира» рассматривается не только как результат развития физического знания, но и как самостоятельный вид знания. Физическая картина мира, наряду с тем, что обобщает все полученные ранее знания о природе и систематизирует их, еще и вводит в физическую науку новые философские идеи, способные существенным образом менять основы физического знания. Таким образом, физическая картина мира – это такая физическая модель природы, в состав которой входят основополагающие физические и философские идеи, теории, общие понятие и принципы, методы познания.

Процессом развития физической картины мира является постоянное развитие других картин мира, отражающих структуру и свойства материи.

Качественное изменение основополагающих физических идей, составляющих базу для физической теории – это основа для выделения отдельных типов физической картины мира. Каждое изменение физической картины мира дает начало нового этапа в развитии физики. В рамках каждого этапа идет эволюционное развитие физики, то есть картина мира не меняется, просто возникает возможность выдвижения новых теорий, уже заложенных в существующей картине мира. В результате изменения ключевых понятий картины мира происходит революция в физике, в результате которой возникает новая физическая картина мира.

Основой объяснения природных явлений с точки зрения физической науки являются такие фундаментальные понятия и принципы, как: материя, движение, пространство и время, место и роль человека в мире, причинно-следственные связи.

Понятие материи является ключевым, именно поэтому изменения представлений о строении материи приводят к революции в физике. Исторически, такие революции происходили два раза. Первая произошла в 19 веке, когда случился переход от атомистических представлений о материи к полевым. Вторая революция произошла в 20 веке, когда полевые представления сменились квантовыми. Следовательно, можно выделить три физические картины мира, сменявшие друг друга — механическая, затем электромагнитная и квантовая.

КЛАССИЧЕСКАЯ МЕХАНИСТИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

В результате изучения данной главы студент должен: знать

  • • особенности физической картины мира и ее место в общей структуре естественнонаучной картины мира;
  • • специфику физической картины мира на макроуровне;
  • • основные категории механистической картины мира;
  • • особенности доклассической физической картины мира;
  • • предпосылки становления и ведущие характеристики классической механистической картины мира;

уметь

  • • осуществлять сравнительный анализ доклассической и классической физической картины мира;
  • • выявлять историческую роль и методологическую ограниченность ньютоновской картины мира;
  • • показывать сущность научной революции Нового времени;

владеть

  • • навыками приобретения, пополнения и применения знаний в сфере исследования классической механистической картины мира;
  • • навыками использования естественнонаучного понятийного аппарата для анализа физической картины мира;
  • • навыками использования приобретенных знаний при решении учебно-теоретических задач.

Понятие о физической картине мира

Одной из ведущих естественных наук является физика (от др.-греч. physis — природа). Она изучает такие явления природы, которые лежат в основе Мироздания, поэтому физика является фундаментальной отраслью естествознания. Многие ученые стремились дать обобщенное понимание этой науки. Для студента-гуманитария интерес представляет афористичное выражение Л. Эйнштейна: «Высшим долгом физиков является поиск тех общих элементарных законов, из которых путем чистой дедукции можно получить картину мира. К этим законам ведет не логический путь, а только основанная на проникновении в суть опыта интуиция».

Таким образом, одна из важных задач физики — выявление как самого простого, так и самого общего (универсального) в природных явлениях. Физика, как правило, стремится свести сложное к простому, конкретное — к общему. При таком подходе исследователи устанавливают универсальные {общие) законы; поэтому физика выступает в качестве фундаментальной науки. В современной физике к «самому простому» относят молекулы, атомы, элементарные частицы, поля и др.; к «наиболее общим» свойствам материи относят движение, массу, энергию, пространство и время, взаимодействия и др.

Применяя системный подход, естествознание раскрывает связь и соотношение материальных систем. Физика выделяет три уровня системной организации материи: микро-, макро- и мегамиры, которые теснейшим образом взаимосвязаны, тем не менее в каждом из них действуют свои специфические закономерности. Так, в микромире действует принцип корпускулярно-волнового дуализма микрообъектов, но на уровне макромира этот принцип не проявляется. Поэтому в рамках общего физического знания могут быть выделены физики макро-, микро- и мегамира.

Мнение эксперта

«Часто приходится слышать, будто цель физики состоит в объяснении природы или, по крайней мере, неживой природы. Что мы понимаем под объяснением? Объяснение — это установление нескольких простых принципов, описывающих свойства того, что подлежит объяснению… Закономерности в явлениях, которые стремится обнаружить физика, называются законами природы».

В какой последовательности следует рассматривать эти три физики? Казалось бы, наиболее логично проводить рассмотрение либо от меньшего к большему, либо — от большего к меньшему. Однако формальная логика не всегда адекватна логике развития физической науки или логике взаимодействия ее различных уровней.

В самом деле, если начинать рассмотрение с проблем микромира, то останется непонятым революционный характер открытий творцов квантовой физики, ибо он осмысливается только в сравнении с электромагнитной картиной мира, развивающей классическую механистическую картину. Если начинать рассмотрение с мегамира, то невозможно описать концепцию Большого взрыва, поскольку она базируется на представлениях об особенностях микромира.

Таким образом, не остается ничего другого, как следовать за исторической логикой развития физической картины мира и начинать рассмотрение со становления классической картины макромира, а уже затем переходить к рассмотрению концепций микро- и мегамира. Затем рассматриваются представления о пространстве и времени на разных уровнях физической картины мира, развитие идей о природе теплоты и становление концепции самоорганизации природы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *