- вводит в физику новые философские идеи и обусловленные ими понятия, принципы и гипотезы (которых до этого не было и которые коренным образом меняют основы физического теоретического знания: старые физические понятия и принципы ломаются, новые возникают, картина мира меняется).
Развитие самой физики непосредственно связано с физической картиной мира. При постоянном возрастании количества опытных данных картина мира весьма длительное время остается относительно неизменной. С изменением физической картины мира начинается новый этап в развитии физики с иной системой исходных понятий, принципов, гипотез и стиля мышления. Переход от одного этапа к другому знаменует качественный скачок, революцию в физике, состоящую в крушении старой картины мира и в появлении новой. В пределах данного этапа развитие физики идет эволюционным путем, без изменения основ картины мира. Оно состоит в реализации возможностей построения новых теорий, заложенных в данной картине мира. При этом она может эволюционировать, достраиваться, оставаясь в рамках определенных конкретно-физических представлений о мире.
Ключевым в физической картине мира служит понятие “материя”, на которое выходят важнейшие проблемы физической науки. Поэтому смена физической картины мира связана со сменой представлений о материи. В истории физики это происходило два раза. Сначала был совершен переход от атомистических, корпускулярных (прерывных, дискретных) представлений о материи к континуальным (непрерывным). Затем, вXX веке, континуальные представления были заменены современными квантово-полевыми. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга физических картинах мира:
Механистическая картина мира складывается в результате научной революции к. XVI-н. XVII вв., оформляется как целостное образование к ХVIII в., и господствует на протяжении XIX в., на основе работ Г. Галилея и П. Гассенди, восстановивших атомизм древних философов, исследований Р. Декарта и обобщений И. Ньютона, завершивших построение новой картины мира, сформулировавших основные идеи, понятия и принципы.
Основу механической картины мира составил атомизм, который весь мир, включая и человека, понимал как совокупность огромного числа неделимых частиц - атомов, перемещающихся в пространстве и времени.
Ключевым понятием механистической картины мира было понятие движения. Именно законы движения Ньютон считал фундаментальными законами мироздания. Тела обладают внутренним врожденным свойством двигаться равномерно и прямолинейно, а отклонения от этого движения связаны с действием на тело внешней силы (инерции). Таким образом, впервые МКМ дает научное обоснование понятию движения материи. Движение трактуется как вечное и естественное состояние тел, как основное их состояние, что прямо противоположно аристотелевским представлениям, в которых движение рассматривалось как привнесенное извне. Вместе с тем в классической механике абсолютизируется механическое движение (как перемещение тел в пространстве), к которому пытались свести все многообразие видов движения в природе.
Классическая физика выработала своеобразное понимание материи, сведя ее к вещественной, или весовой (массе). Масса является мерой инертности, при этом, она остается неизменной при любых условиях движения и при любых скоростях. Универсальным свойством тел является тяготение.
Решая проблемы взаимодействия тел, Ньютон предложил принципдальнодействия. Согласно этому принципу, взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, без каких-либо материальных посредников. Концепция дальнодействия тесно связана с пониманием пространства и времени как особых сред, вмещающих взаимодействующие тела. Ньютон предложил концепцию абсолютного пространства и времени. Пространство представлялось безграничным “черным ящиком”, вмещающим все тела в мире, но если бы эти тела вдруг исчезли, пространство все равно бы осталось. Аналогично, в образе текущей реки, представлялось и время, также существующее абсолютно независимо от материи. По Ньютону, пространство – это абсолютное неподвижное однородное изотропное бесконечное вместилище всех тел (то есть пустота). А время – это чистая однородная равномерная и непрерывная длительность процессов. Абсолютность времени выражается его одинаковостью во всех точках Вселенной.
В механической картине мира любые события жестко предопределялись законами механики. Случайность в принципе исключалась из этой картины мира. Жизнь и разум в механической картине мира не обладали никакой качественной спецификой. Поэтому присутствие человека в мире не меняло ничего. Если бы человек однажды исчез с лица земли, мир продолжал бы существовать, как ни в чем не бывало. Иначе говоря, во взглядах естествоиспытателей господствовал механистический детерминизм – учение о всеобщей предопределенности и обусловленности явлений природы.Все механические процессы в классических представлениях подчинены принципу строгого детерминизма, т.е. возможно точное предсказание поведения механической системы, если известно ее предыдущее состояние.
На основе механистической картины мира в XVIII - начале V1Х вв. была разработана земная, небесная и молекулярная механика. Быстрыми темпами шло развитие техники. Это привело к абсолютизации механической картины мира, к тому, что она стала рассматриваться в качестве универсальной.
В это же время в физике начали накапливаться эмпирические данные, противоречащие механистической картине мира. Так, наряду с рассмотрением системы материальных точек, полностью соответствовавшей корпускулярным представлениям о материи, пришлось ввести понятие сплошной среды, связанное по сути дела, уже не с корпускулярными, а с континуальными представлениями о материи. Так, для объяснения световых явлений вводилось понятие эфира - особой тонкой и абсолютно непрерывной световой материи. В XIX в. методы механики были распространены на область тепловых явлений, электричества и магнетизма. Казалось бы, это свидетельствовало о больших успехах механического понимания мира в качестве общей исходной основы науки. Но при попытке выйти за пределы механики материальных точек приходилось вводить все новые искусственные допущения, которые постепенно готовили крушение механической картины мира. Аналогично световым явлениям, для объяснения теплоты, электричества и магнетизма вводились понятия теплорода, электрической и магнитной жидкости как особых разновидностей сплошной материи. Хотя механистический подход к этим явлениям оказался неприемлемым, опытные факты искусственно подгонялись под механистическую картину мира. Попытки построить атомистическую модель эфира продолжались еще и вXX веке. Эти факты, не укладывающиеся в русло механистической картины мира, свидетельствовали о том, что противоречия между становившейся системой взглядов и данными опыта оказались непримиримыми. Физика нуждалась в существенном изменении представлений о материи, в смене физической картины мира.
Электромагнитная картина мира
Явления электричества и магнетизма были известны людям давно. Древние греки интересовались природой электричества, натирая янтарную палочку кошачьим мехом («электрон» – в переводе с греческого «янтарь»). В древнем Китае был изобретен компас, хотя использовались куски руды магнитного железняка в магических мистериях. Научное осмысление этих природных явлений началось в классическом естествознании. Одним из замечательных физиков-самоучек, был Майкл Фарадей (1791–1867), он не имел систематического университетского образования, но был хорошо знаком с математикой. М. Фарадей наметил эскиз будущей теории электромагнитного поля. В процессе длительных размышлений о сущности электрических и магнитных явлений М. Фарадей пришел к мысли необходимости замены корпускулярных представлений о материи континуальными, непрерывными. Он сделал вывод, что не только тела должны быть подвергнуты исследованию, но и среда, которая их окружает. Среда у Фарадея становится специальным предметом изучения, как носитель принципиально важных процессов, передающих взаимодействие между предметами. Первоначально Фарадей предлагает понятие магнитных силовых линий, но с 1852 года вводит понятие поля. Электромагнитное поле сплошь непрерывно, заряды в нем являются точечными силовыми центрами. Тем самым отпал вопрос о построении механической модели эфира, несовпадении механических представлений об эфире с реальными опытными данными о свойствах света, электричества и магнетизма. Одним из первых идеи Фарадея оценил Д. Максвелл (1831–1879). При этом он подчеркивал, что Фарадей выдвинул новые философские взгляды на материю, пространство, время и силы, во многом изменявшие прежнюю механическую картину мира, а его теория электромагнитного поля – это лишь математическое оформление идей Фарадея. Открытие Максвелла сравнимо по научной значимости с открытием всемирного тяготения Ньютона. Труды Ньютона привели к введению понятия всеобщего закона тяготения, труды Максвелла – к введению понятия электромагнитного поля и электромагнитной природы света. Для физики середины 19 ст. поле стало новой фундаментальной физической реальностью, которое не сводится ни к материальным точкам, ни к веществу, ни к атомам. К концу 19 в. взгляды на материю менялись кардинально:
- совокупность неделимых атомов переставала быть конечным пределом делимости материи, в качестве такового принималось единое абсолютно непрерывное бесконечное поле с силовыми точечными центрами - электрическими зарядами и волновыми движениями в нем.
- движение понималось не только как простое механическое перемещение; первичным по отношению к этой форме движения становилось распространение колебаний в поле, котороеописывалось не законами механики, а законами электродинамики.