5. Физические картины мира

Обобщая знания частных наук, философия создает единую картину мира, в основании которой лежит физическая картина мира. Физической картиной мира называют систему знаний о природном мире, характерную для определенного этапа развития науки. В основе физической картины мира лежат представления об устройстве Вселенной, строении вещества, свойствах пространства и времени.

В истории науки выделяют три основные физические картины мира: доклассическую (характерную для античности и средневековья), классическую (господствовавшую в течение XVII - XIX вв.), релятивистскую (сформировавшуюся в первой половине ХХ в.).

Доклассическая картина мира называется также геоцентрической (от греч. ge - Земля).

Основоположником геоцентрической системы, согласно которой Земля находится в центре всего мироздания, считается греческий ученый Птолемей (II в. н.э.). Птолемей выдвинул гипотезу о неподвижности Земли и вращении вокруг нее небесных светил. На основе этой гипотезы он создал целостную космологическую теорию, в рамках которой нашло свое объяснение большинство доступных наблюдению астрономических фактов.

Гипотеза Птолемея о неподвижном положении Земли для своего периода была весьма плодотворной. Она способствовала накоплению фактического материала (с ее помощью было рассчитано большинство планетных путей), а также развитию техники наблюдения.

Представления о свойствах пространства в доклассической картине мира были основаны на законах и правилах геометрии, сформулированных в "Началах" александрийского математика Эвклида (ок.III в. до н.э.). Эвклидовы "Начала" - это самый ранний из дошедших до нас трактатов по математике, в котором были систематизированы все основные математические знания, накопленные к тому времени наукой. Многие из сформулированных в "Началах" геометрических принципов остаются актуальными до сегодняшнего дня.

Относительно представлений о строении вещества в античной картине мира, начиная с V в. до н.э., стала утверждаться атомистическая теория Левкиппа и Демокрита, согласно которой все тела состоят из мельчайших неделимых частиц - атомов (от греч. atomos - неделимый), между которыми находится пустота.

Классическую картину мира называют также механистической, т.к. она основана на законах классической механики. Механистическая картина мира представляет Вселенную в образе мировой машины, все части которой действуют по законам механики.

В основе механистической картины мира лежали принципы и законы классической механики, сформулированные Галилео Галилеем (1564 - 1642) и Исааком Ньютоном (1643 - 1727).

Существенно изменен был образ самой Вселенной. В XVI - XVII вв. геоцентризм уступает место гелиоцентризму, а начиная с XVII в. в науке начинает утверждаться представление о бесконечности Вселенной.

Гелиоцентрическая (от греч.helios - Солнце) теория была создана польским ученым и мыслителем Николаем Коперником (1473 - 1543). В противовес канонизированной католической церковью геоцентрической системе Коперник изложил и математически обосновал концепцию, согласно которой не Солнце вращается вокруг Земли, а Земля и другие планеты - вокруг Солнца.

В "Очерке нового механизма мира" Коперник писал: "...Центр Земли не является центром мира, а только центром тяжести и центром пути Луны. Все пути планет окружают со всех сторон Солнце, вблизи которого находится центр мира....Все, что мы видим движущимся на небосводе, объясняется вовсе не его собственным движением, а вызвано движением самой Земли. Это она вместе с ближайшими ее элементами совершает в течение суток вращательное движение вокруг своих неизменных полюсов и по отношению к прочно неподвижному небу".

Идеи Коперника около ста лет не находили признания. Только в XVII в. его взгляды были подтверждены исследованиями Галилея и Кеплера.

Один из первых образов бесконечной Вселенной был создан в конце XVI в. Джордано Бруно (1548 - 1600). Однако его концепция не получила распространения среди современников из-за противоречия официальным догматам, а сам Джордано Бруно был приговорен инквизицией к сожжению на костре.

Представления о границах Вселенной (прежде всего благодаря изобретению телескопа) существенно расширил Галилей, подтвердивший экспериментально многие положения системы Коперника. "...Этот мир и Вселенная...моими наблюдениями и ясными доказательствами расширены в сто и тысячу раз по сравнению с тем, какими их считали люди науки в минувшие столетия", - писал Галилей в одном из писем.

Доказывая справедливость идей Коперника, Галилей распространил законы механического движения на астрономические объекты, представив тем самым механицизм как универсальный принцип объяснения явлений Вселенной. В XVII в. немецкий астроном Иоганн Кеплер (1571 - 1630) сформулировал основные законы движения планет, создав классическую теорию небесной механики.

Завершил формирование механистической картины мира программный труд Ньютона "Математические начала натуральной философии", в котором были систематизированы основные законы земной и небесной механики и сформулированы новые принципы исследования механических процессов - на основе дифференциального исчисления.

Релятивистская (от лат. relativus - относительный) картина мира называется также неклассической, т.к. она построена на опровержении абсолютности принципов классической физики. Релятивистская теория утверждает, что действие законов механики относительно - они соблюдаются не во всех условиях.

В рамках классической механики находили свое объяснение практически все известные в науке явления вплоть до конца XIX в. В конце XIX - начале XX вв. в естествознании (преимущественно в физике) был открыт ряд явлений, не вписывавшихся в классическую теорию, например, явление радиоактивности, рентгеновское излучение, явление фотоэффекта и др. Современная наука не могла объяснить эти явления, свидетельствовавшие, во-первых, о том, что атом, более двух тысяч лет считавшийся мельчайшей и неделимой частицей вещества, состоит из еще более мелких частиц, а, во-вторых, о том, что в условиях микромира законы классической механики не соблюдаются.

Состояние физической науки на рубеже XIX - XX вв. получило название "кризиса в физике". Требовалось создать новую теорию, способную объяснить все эти явления. Тот факт, что "...физические явления перестают повиноваться законам, выражаемым дифференциальными уравнениями, есть без всякого сомнения самая большая и самая глубокая революция, которую натуральная философия претерпела со времен Ньютона", - писал французский физик Пуанкаре об открытиях рубежа веков.

Крупнейшими теориями, обосновавшими принципиально новый взгляд на физическое устройство мира, стали квантовая механика и теория относительности.

Основное внимание науки в начале XX в. переместилось на исследование микромира - мира элементарных частиц. Исследования Планка (1858 -1947), Резерфорда (1871 - 1937), Бора (1885 - 1962) открыли человечеству взгляд на принципиальную неисчерпаемость микромира, в которой отразилась астрономическая бесконечность Вселенной.

В 1900 г. Планк открыл явление квантованности (от лат. quantum - сколько) - порционности излучения энергии, что противоречило классической теории теплового излучения, основанной на принципах классической механики. В 1911 г. Резерфорд, исследовавший рассеяние альфа-частиц, предложил планетарную модель строения атома, согласно которой электроны движутся вокруг ядра по орбитам. Опираясь на эту модель, Бор разработал количественную теорию атома, положившую начало квантовой механике, описывающей законы микромира.

В 1905 г. Эйнштейн (1879 - 1955), занимавшийся изучением свойств света, разработал специальную теорию относительности, содержавшую новый взгляд на пространственно-временные свойства физических процессов. Эта теория утверждает относительность времени, неразрывную связь времени и пространства, конечность скорости распространения взаимодействий, взаимосвязь массы и энергии тел. Согласно теории относительности законы классической механики являются частным случаем универсальных релятивистских законов для тел, движущихся со скоростями много меньшими скорости света.

В 1916 г. Эйнштейн завершил работу над общей теорией относительности, объяснявшей природу тяготения геометрическими свойствами пространства-времени. Выводы теории относительности были неоднократно проверены на практике и легли в основу современной картины мира.

* Экология (от греч. oikos - дом, родина) - наука об отношениях живых организмов с окружающей средой. Понятие существует со второй половины XIX в., расцвет науки начался во второй половине ХХ в.