В історії науки першої здійснила таку еволюцію фізика. Наприкінці XVI першій половині XVII століття вона перешикувала натурфілософську схему світу, що панувала у фізику Середньовіччя й створила наукову картину фізичної реальності механічну картину світу. У її становленні вирішальну роль зіграли нові світоглядні ідеї й нові ідеали пізнавальної діяльності, що зложилися в культурі епохи Відродження й початку Нового часу. Осмислені у філософії, вони стали у формі принципів, які забезпечили нове бачення накопичених попереднім пізнанням і практикою фактів про досліджувані у фізику процесах і дозволили створити нову систему уявлень про ці процеси. Найважливішу роль у побудові механічної картини світу зіграли: принцип матеріальної єдності світу, що виключає схоластичний поділ на земний і небесний світ; принцип причинності й закономірності природних процесів, принципи експериментального обґрунтування знання й установка на з'єднання експериментального дослідження природи з описом її законів мовою математики.
Забезпечивши побудову механічної картини світу, ці принципи перетворилися в її філософське обґрунтування.
Після виникнення механічної картини світу процес формування спеціальних картин світу протікає вже в нових умовах. Спеціальні картини світу, що виникали в інших областях природознавства, випробовували вплив фізичної картини світу як лідера природознавства й, у свою чергу, робили на фізику активний зворотний вплив. У самій же фізиці побудова кожної нової картини світу відбувалося не шляхом висування натурфілософських схем з їхньою наступною адаптацією до досвіду, а шляхом перетворення вже сформованих фізичних картин світу, конструкти яких активно використовувалися надалі теоретичному синтезі (прикладом може служити перенос уявлень про абсолютний простір і час із механічної в електродинамічну картину світу кінця XIX сторіччя).
Ситуація взаємодії картини світу й емпіричного матеріалу, характерна для ранніх стадій формування наукової дисципліни, відтворюється й на більше пізніх етапах наукового пізнання. Навіть тоді, коли наука сформувала шар конкретних теорій, експеримент і спостереження здатні виявити об'єкти, пояснюються не в рамках існуючих теоретичних уявлень. Тоді нові об'єкти вивчаються емпіричними засобами, і картина світу починає регулювати процес такого дослідження, випробовуючи зворотний вплив його результатів.
Досить показовим прикладом щодо цього може служити експериментальне відкриття катодних променів наприкінці XIX століття й вивчення їхніх основних властивостей.
Після того як ці промені випадково були виявлені в досвідах з електричними розрядами в газових трубках, з'ясувалося, що існуючі теоретичні знання нічого не говорять про природу нового фізичного агента. Тоді почався досить тривалий період вивчення катодних променів переважно експериментальними засобами. Було встановлено, що катодний пучок здатний обертати радіометр (ефект механічної дії катодних променів), що поставлений на їхньому шляху мальтійський хрестик дає на склі чітку тінь (прямолінійність поширення катодних променів), що наближення до них магніту приводить до зсуву викликуваного ними плями (ефект взаємодії катодних променів з магнітним полем). Всі ці властивості катодних променів були виявлені в експериментах Крукса, що уклав, що катодні промені є потоком заряджених корпускул.
Звичайно вважається, що гіпотеза про корпускулярну природу катодних променів була висунута Круксом після проведення експериментів як їхнє узагальнення. Але це не так, оскільки в загальному виді ця гіпотеза передувала досвідам Крукса. Вони були направлені особою системою історично сформованих уявлень про фізичну реальність, згідно яким процеси природи трактувалися як взаємодія променистої матерії (коливань ефіру) і часток, що несуть електричний заряд (здатних у свою чергу утворювати тіла як заряджені, так і електричне нейтральні).
Зазначена система уявлень не була теорією у власному розумінні слова, оскільки вона не містила конкретних теоретичних моделей і законів, що пояснюють і пророкує результати експериментів. Це була фізична картина світу, прийнята в природознавстві наприкінці XIX початку XX століття.
Із цієї картини випливало, що фізичний агент, природу якого належало вивчити, міг бути або потоком корпускул (електричне зарядженою або нейтральних), або променистою матерією. Крукс із самого початку дотримувався корпускулярної гіпотези й своїх досвідів ставив з метою її обґрунтування. Характерно, що в цей період іншими дослідниками (Ленард, Герц) проводилася експериментальна перевірка й альтернативне припущення про хвильову природу катодних променів (досвіди дали негативну відповідь, показавши, що катодні промені не є електромагнітними хвилями).
Важливо, що в обох випадках первинна гіпотеза, відповідно до якої висувалося основне завдання експериментального дослідження, була генерована фізичною картиною світу. Надалі в міру зіставлення гіпотези з можливостями експерименту загальне завдання досліджень конкретизувалося й розчленовувалася на ряд локальних завдань: з'ясовувалося, які ефекти можуть підтвердити корпускулярну (відповідно хвильову) природу катодних променів, якими засобами можна реєструвати зазначені ефекти, і т.д. Звідси й виникав задум кожного з експериментів, поставлених Круксом, Ленардом, Герцом і іншими дослідниками. Картина фізичної реальності визначала тут стратегію експериментальної діяльності, формулюючи її завдання й указуючи шляхи їхнього рішення.
У свою чергу, отримані факти робили активний зворотний вплив на сформовану фізичну картину світу. З'явилася гіпотеза про особливу природу часток, що утворять катодні промені, які Крукс думав частками, що лежать в основі фізики Всесвіту. Я беру на себе сміливість припустити, писав Крукс, що головні проблеми майбутнього знайдуть своє рішення саме в цій області й навіть за нею. Тут, на мою думку, зосереджені остаточні реальності, найтонші, визначальні, таємничі.
Наступний розвиток фізики багато в чому підтвердило цю гіпотезу, довівши, що негативно заряджені частки, що становлять катодні промені, не є іонами, а являють собою електрони (експерименти Томсона й Ленарда й теорія Лоренца).
Функціонування наукової картини світу як дослідницька програма емпіричного пошуку виявляється як у процесі експериментального дослідження, так і в науках, заснованих на спостереженнях і не застосовують експериментальних методів.
Так, у сучасній астрономії, незважаючи на досить розвитий прошарок теоретичних моделей і законів, значне місце належить дослідженням, у яких картина світу безпосередньо регулює процес спостереження й формування емпіричних фактів. Астрономічне спостереження досить часто виявляє новий тип об'єктів або нові сторони взаємодій, які не можуть бути відразу пояснені в рамках наявних теорій. Тоді картина реальності активно направляє всі наступні систематичні спостереження, у яких поступово розкриваються особливості нового об'єкта.
Характерним прикладом щодо цього може служити відкриття й вивчення квазарів. Після виявлення першого квазара радіоджерела відразу ж виникло запитання, до якого типу космічних об'єктів він відноситься? У картині досліджуваної реальності, що зложилася вчасно відкриття квазарів, найбільш підходящими типами об'єктів для цієї мети могли бути зірки, або дуже вилучені галактики. Обидві гіпотези цілеспрямовано перевірялися в спостереженнях. Саме в процесі такої перевірки були виявлені перші властивості квазарів. Подальше дослідження цих об'єктів емпіричними засобами також проходило при активному коректуванні з боку картини реальності. Зокрема, можна встановити її роль в одному із ключових моментів цього дослідження, а саме відкритті великого червоного зсуву в спектрах квазарів. У джерелах цього відкриття лежав здогад М. Шмідта, що ототожнив емісійні лінії в спектрі квазарів зі звичайної бальмеровською серією водню, допустивши великий червоний зсув (рівне 0,158). Зовні цей здогад виглядає сугубо випадкової, оскільки до цього часу вважалося повсюдно, що квазари є зірками нашої Галактики, а зірки Галактики не повинні мати такий зсув. Тому, щоб виникла сама ідея зазначеного ототожнення ліній, потрібно було вже заздалегідь висунути екстравагантну гіпотезу. Однак ця гіпотеза перестає бути настільки екстравагантної, якщо взяти до уваги, що загальні уявлення про структуру й еволюцію Всесвіту, що зложилися до цього періоду в астрономії, включали уявлення про грандіозні вибухи, що відбуваються в галактиках, які супроводжуються викидами речовини з більшими швидкостями, і про розширення нашому Всесвіту. Кожне із цих уявлень могло генерувати вихідну гіпотезу про можливість великого червоного зсуву в спектрі квазарів.
Із цих позицій за випадковими елементами в розглянутому відкритті вже простежується його внутрішня логіка. Тут виявляється важлива сторона регулятивної функції, що виконувала картина світу стосовно процесу спостереження. Ця картина дозволяла не тільки сформулювати первинні гіпотези, які направляли спостереження, але й допомагала знайти правильну інтерпретацію відповідних даних, забезпечуючи перехід від дані спостереження до фактів науки.
Таким чином, первинна ситуація, що характеризує взаємодію картини світу зі спостереженнями й експериментами, не відсвітає з виникненням у науці конкретних теорій, а зберігає свої основні характеристики як особливий випадок розвитку знання в умовах, коли дослідження емпірично виявляє нові об'єкти, для яких ще не створене адекватної теорії.