В 1924 г. произошло крупное событие в истории физики: французский ученый Луи де Бройль (1892-1987) выдвинул идею о волновых свойствах материи. «Почему, если волновой материи присущи свойства корпускулярности, — писал он, — мы не вправе ожидать и обратного: что корпускулярной материи присущи волновые свойства? Почему бы не мог существовать закон, единый для всякого вообще материального образования, не важно, волнового или корпускулярного?».[173]
Наиболее убедительное подтверждение существования волновых свойств материи было получено в результате открытия (наблюдений) дифракции электронов в эксперименте, поставленном в 1927 г. американскими физиками Клинтоном Дэвиссоном (1881-1958) и Лестером Джермером (1896-1971). Быстрые электроны, проходя сквозь очень тонкие пластинки металла, вели себя подобно свету, проходящему мимо малых отверстий или узких щелей. Другими словами, распределение электронов, отражавшихся от пластинки и летевших лишь по некоторым избранным направлениям, было таким же, как если бы на пластинку падал пучок света с длиной волны, равной длине волны электрона, вычисленной по формуле де Бройля.
Экспериментально подтвержденная гипотеза де Бройля превратилась в принципиальную основу, пожалуй, наиболее широкой физической теории — квантовой механики. У объектов микромира, рассматриваемых с ее позиций, обнаружились такие свойства, которые совершенно не имеют аналогий в привычном нам мире. Прежде всего — это корпускулярно-волновая двойственность, или дуализм элементарных частиц (это и корпускулы и волны одновременно, а точнее — диалектическое единство свойств тех и других). Движение микрочастиц в пространстве и времени нельзя отождествлять с механическим движением макрообъекта. Например ,положение элементарной частицы в пространстве в каждый момент времени не может быть определено с помощью системы координат, как для привычных нам тел окружающего мира. Движение микрочастиц подчиняется законам квантовой механики.
Об абсолютной непригодности законов классической механики в микромире свидетельствует, например, установленное видным немецким физиком Вернером Гейзенбергом(1901—1976) соотношение неопределенностей: если известно место положения частицы в пространстве, то остается неизвестным импульс (количество движения), и наоборот. Это одно из фундаментальных положений квантовой механики.
Все вышеизложенные революционные открытия в физике перевернули ранее существующие взгляды на мир. Исчезла убежденность в универсальности законов классической механики. Теперь уже вряд ли можно найти физика, который считал бы, что все проблемы его науки можно решить с помощью механических понятий и уравнений. Рождение и развитие атомной физики, таким образом, окончательно сокрушило прежнюю механистическую картину мира.[174]
Вместе с этим закончился прежний, так называемый классический период в развитии естествознания, характерный для эпохи Нового времени. Наступил новый этап неклассического естествознания XX века, характеризующийся, в частности, новыми, квантово-релятивистскими представлениями о физической реальности.
III.7. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ ХХ века И ДИАЛЕКТИКО-МАТЕРИАЛИСТИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА
Наука ХХ века существенно дополнила, конкретизировала диалектико-материалистическую картину мира, созданную во второй половине XIX столетия.
Новые открытия в естествознании (прежде всего, в физике) уже в начале ХХ века подтвердили правильность отказа от какого бы то ни было естественнонаучного истолкования материи и перехода к философскому ее пониманию. Крушение существовавших в XIX веке представлений об абсолютной неделимости атома, о постоянстве массы (была обнаружена зависимость массы электрона от его скорости), о неизменяемости химических элементов (оказалось, что, например, химический элемент радий может превращаться в другой элемент - гелий) опровергло все прежние представления о материи, отождествлявшие ее то с неделимыми атомами, то с неизменной массой, то с веществом и т.д. В ХХ веке окончательно утвердилось философское понимание материи как объективной реальности. Это понимание не зависит от каких-либо существующих на данном историческом этапе представлений естествознания.
Научные исследования физических, химических, биологических, социальных явлений существенно расширили, углубили прежние представления о структуре и свойствах материи. Самая укрупненная классификация систем материального мира сводит последние к трем основным типам: к системам неорганической природы, органической (живой) природы и общества. В соответствии с достижениями науки в них выделяют различные структурные уровни.
В неживой природе – это уровни элементарных частиц, атомов, молекул, макротел (на Земле также – и геологических систем), планет, звезд, галактик и метагалактик. Если на рубеже XIX и ХХв.в. была известна лишь одна элементарная частица – электрон, то на рубеже ХХ и XXIв.в. количество известных элементарных частиц исчисляется сотнями. Во второй половине ХХ века было выяснено, что элементарные частицы, образующие ядра атомов, сами обладают внутренней структурой и состоят из «еще более элементарных» частиц – кварков. Последние имеют весьма необычные свойства: они обладают дробными электрическими зарядами, что не характерно для других микрочастиц материи, и по-видимому, не могут существовать в свободном, не связанном виде. Кварковая гипотеза позволила предсказать существование ряда новых частиц, которые были затем обнаружены. Вместе с тем,на многие вопросы, касающиеся природы кварков, характера их взаимодействия и т.д. наука пока еще не дала ответа.
Наряду с успехами в исследовании микромира, современная наука имеет значительные достижения и в познании мегамира. В XYIII-XIXв.в. и даже в первой половине ХХв. Господствовала теория стационарной Вселенной, которая представлялась статичной, не изменяющейся в пространстве. Такое понимание во второй половине ХХв. было отброшено и заменено теорией расширяющейся Вселенной. Существует также гипотеза, что силы гравитационных полей в конце-концов остановят расширение Вселенной, которая затем начнет снова сжиматься до состояния бесконечно большой плотности (концепция «пульсирующей Вселенной»). Современная астрофизика внесла много нового в понимании эволюции звезд, открыла совершенно новые, неизвестные ранее космические объекты (пульсары, квазары).
Существенно расширились в ХХ столетии представления и о структурных уровнях органической природы, которые включают молекулярный уровень жизни, клеточный уровень (микроорганизмов, тканей и органов), уровни целого живого организма, сообществ организмов, биологических видов, биогеоценозов (совокупности видов различных организмов в единстве с природными условиями их существования) и, наконец, биосферы в целом, т.е. области распространения жизни на Земле. Прогресс в биологии еще в первой половине ХХв. Привел к введению понятий гена (как единицы наследственного материала, ответственного за передачу по наследству определенного признака) и хромосомы (как структурного ядра клетки, обозначаемую ДНК, и являющуюся высокомолекулярным соединением – носителем наследственных признаков). Расшифровка молекулы ДНК в середине ХХв. Послужила началом интенсивных исследований в области молекулярной биологии, которые к концу ХХв. Вплотную подвели к расшифровке генома человека.
В социальных системах исследуются уровни: человека, семьи, различных социальных групп, народов, общества в целом. Развитие философской антропологии, социологии, философии истории и других социальных дисциплин внесло немало нового в понимание социальной формы движения материи, сущности человека, в осмысление общественного прогресса (об этом речь пойдет в других разделах).
Успехи научного познания в ХХв. потребовали внесения определенных корректив в выработанные Энгельсом представления о формах движения материи. Это коснулось, прежде всего, представлений о тех формах движения, которые изучаются физикой. Уже во времена Энгельса было ясно: предмет физики включает механическую, тепловую и электромагнитную формы движения, качественно различающиеся между собой. Представления о них расширялись в связи с дальнейшим прогрессом физики. Теплота, например, уже не связывается (как при Энгельсе) только с движением молекул; ее носителями могут быть и электронный газ, и фотонный газ и другие ансамбли однотипных частиц материи.
Уже в начале ХХв. физика столкнулась с особенностями движения микрообъектов, обладающих корпускулярно-волновой природой. К их движению оказалось неприменимым, например, понятие траектории, которое употребляется при движении материальных объектов, обладающих только корпускулярными свойствами. В результате были вскрыты специфические, квантово-механические закономерности движения микрообъектов. Таким образом, развитие физики привело к пониманию того, что движение микрообъектов является особой формой движения, не сводимой к электромагнитному, а тем более к механическому движению.
Дальнейший прогресс атомной физики показал, что и квантовая механика имеет ограниченную область применения. Если в начальный период развития квантовой механики многие физики полагали, что она явится универсальной, всеобъемлющей теорией микропроцессов, то затем стало ясно, что внутриядерные процессы не могут быть объяснены, исходя из законов квантовой механики. Проникнув внутрь атомного ядра, физика встретилась с еще одной новой формой движения, не сводимой не только к механическому, тепловому и электромагнитному движению, но и квантово-механической форме движения. Квантовая механика, например, не может объяснить процессы, связанные со структурой элементарных частиц (ибо квантовая механика является теорией движения микрообъектов, в том числе элементарных частиц, но она не отражает внутренние связи, структуру этих микрообъектов).