2.8. Електродинамічна картина миру. Становлення "Некласичної науки"

Наприкінці XIX - початку XX в. відбулися події, які "потрясли мир". В 1895 р. К.Рентген (1845 - 1923) відкрив " х-промені". В 1896 р. А.Беккерель (1852 - 1908) виявив явище радіоактивності (природної). В 1897 р. Дж.Томсон (1892 - 1975) відкрив електрон. В 1898 р. Марія Кюрі (1867-1934) і Пьер Кюрі (1859 - 1906) відкрили новий хімічний елемент - радій. В 1902 - 1903 р. Э.Резерфорд (1871 - 1937) і Ф.Содди (1877 - 1956) створили теорію радіоактивності як спонтанного розпаду атомів і перетворення одних елементів в інші (початок ядерної фізики). В 1911 р. Э.Резерфорд експериментально виявив атомне ядро. В 1920-х роках була розроблена серія моделей будови атома.

Ці події привели до кризи ньютоновской парадигми класичної фізичної теорії, що панувала в XVII - першій половині XIX в. Криза розв'язалася революцією у фізику, що породив: теорію відносності (приватну, або спеціальну - СТО, і загальну - ВІД); квантову механіку (нерелятивістську й релятивістську - квантову теорію поля); Ці теорії ознаменували перехід від "класичної " до "некласичного " науці.

Створення теорії відносності. Перемога електромагнітної теорії Максвелла привела до кризи ( щогосподствовали доти в середовищі фізиків) ньютоновского погляду на мир. Наслідком цього наприкінці XIX в. стали критичний аналіз підстав класичної механіки й створення альтернативних механік без поняття сили. З новою силою й аргументацією відродилася суперечка XVII в. між Ньютоном і Лейбницем про існування абсолютного простору й часу. У фізику вибухнула "гносеологічна криза", і центральне місце у філософії науки зайняла критична філософія Эрнста Маху.

На цьому тлі визрівало протиріччя між максвелловской електродинамікою й класичною механікою як фізичними теоріями. Вони сконцентрувалися навколо питання про поширення електромагнітних хвиль (часткою случаємо яким є світло) - квінтесенції теорії Максвелла й перетвореннях Лоренца.

Спеціальна (приватна) теорія відносності (СТО) народжувалася з подолання цього теоретичного протиріччя. Рішення, запропоноване А.Эйнштейном, було дано в його статті "До електродинаміки середовищ, що рухаються," (1905), де спеціальна теорія відносності (СТО) була сформульована майже в повному виді.

СТО повністю ігнорувала гравітацію. Не було й мови про рівняння гравітаційного поля . Вони вперше з'явилися в 1915 р. у роботі Эйнштейна, і з тих пор стали називатися "рівняння Эйнштейна". Теорія, що вивчає ці рівняння (які були доповнені в 1922 р. А. Фриманом) і спостережувані наслідки їхніх рішень, одержала назву загальної теорії відносності (ВІД).

Квантова механіка. Також як галилеевско-ньютоновская механіка народжується в результаті перетворення сформульованих у Греції V в. до н.е. зеноновских парадоксів руху у визначення нових фундаментальних ідеальних об'єктів (ФИО) (стан прямолінійного рівномірного руху), так і квантова механіка народжується в результаті перетворення парадокса хвиля-частка в новий ФИО - квантову частку.

Це перетворення ґрунтується на "чотирьох китах": Введенні нового математичного подання, що складає із хвильових функцій і рівняння руху Шредингера; "Імовірнісною інтерпретацією хвильової функції" (ВИВФ) М. Борна, що встановлює відповідність між станом системи і його математичним образом - хвильовою функцією. "Принципом додатковості" (ПД) Н. Бору, що встановлює "набір одночасно вимірних величин" для даної системи, що визначає ті вимірні величини, значення яких задають її стан. "Принципом відповідності" (ПС) Н.Бору, що задає квантову систему і її математичний образ. Особливо варто підкреслити обговорювані звичайно у зв'язку з "принципом додатковості" Н.Бору тонкості коректного розгляду процедур виміру. ФИО - квантова частка - виходить із класичної частки (або хвилі) шляхом введення нового математичного подання, внаслідок чого вона здобуває некласичне поводження (включаючи проникнення через тонкі стінки (потенційний бар'єр), явища надтекучості й надпровідності й ін.). При цьому хвильові функції є лише математичним засобом опису, а не містичною реальністю. Та ж схема характеризує й релятивістську квантову механіку.

"Парадокси" квантової механіки "Погляди Эйнштейна являють собою філософське переконання, що не може бути ні доведено, ні спростовано фізичними аргументами. Єдине, що можна зробити в плані заперечення цій точці зору, це сформулювати інше поняття реальності ..." - М. Борн. Уже більше 70 років у квантовій механіці співіснують трохи, що сперечаються між собою традицій (куновских "парадигм"), називаних "інтерпретаціями". Головні з них - "копенгагенская", батьками якої були Н.Бор, В. Гейзенберг, М. Борн, і "класична", що відстоюється ориентировавшимися на ідеали ньютоновской класичної механіки А. Эйнштейном, Э.Шредингером, Л. де Бройлем. Останні сформулювали свої претензії до першого у вигляді набору "парадоксів": Эпр-Парадокса, парадоксів нелокальності, шредингеровского кота й колапсу хвильової функції при вимірі, що доводять, з їхнього погляду, неповноту й незакінченість квантової механіки як фізичної теорії. Ці "парадокси" інтенсивно обговорюються фізиками й сьогодні. Причина цієї суперечки не у фізику, а в різниці філософських позицій сторін. Эйнштейн тут близький до позиції реалістичного емпіризму, у той час як Бор - до конструктивного емпіризму, для якого немає проблеми, через "відсутність необхідності спостережуваної величини мати яке-небудь певне значення або яке-небудь значення взагалі, коли не виробляється ніякого виміру". Це твердження майже дослівно збігається із твердженням М.Борна: "Фізик повинен мати справу не з тим, що він може мислити (або представляти), а з тим, що він може спостерігати. Із цього погляду, стан системи в момент часу t, коли не проделывается ніяких спостережень, не може служити предметом розгляду". Тому сформульовані Эйнштейном парадокси демонструють "тільки лише парадоксальну форму традиційної (эйнштейновской) точки зору, де неспостережуване проміжний стан уважається такий же реальним, як дійсно спостережений кінцевий стан". Борн просто відкидає (забороняє) питання, сформульовані "реалістом" Эйнштейном, що ставляться до обговорення теоретичної моделі квантових об'єктів. "Конструктивний емпіризм" вимагає всього лише "емпіричної адекватності" і може задовольнитися "мінімалістської", або "инструменталистской" інтерпретацією квантової механіки. Відзначимо, що наведений аналіз парадоксів виробляється із третьої - "галилеевской" позиції "конструктивного раціоналізму". "Конструктивний раціоналізм" затверджує штучність, і в теж час реальність квантового об'єкта, тому може міркувати не тільки про його вимір, але й про його поводження, про його фізичну модель, про "фізичну реальність" станів системи, коли не виробляється виміру.

Історія поширення й твердження в науковому співтоваристві теорії відносності показує її величезний світоглядний потенціал, зводиться не до окремих наукових результатів. Це теорія "багатомірного миру", як безкомпромісна, майже містична, боротьба з абсолютною системою. І хоча й СТО й ВІД мають вагомі експериментальні підтвердження (наприклад, точний опис орбіти Меркурія; дослідження променів світла, червоний зсув), опозиція їм не зникла й сьогодні. Із цих двох "супертеорій" в XX в. виросли: ядерна фізика, фізика твердого тіла, лазерна оптика, квантова хімія й ін.

Головне завдання хімії, сформульоване Д.И.Менделєєвим (1834 - 1907), - одержання речовин з необхідними властивостями. Це вимагає науково- дослідницьких зусиль по виявленню способів керування властивостями речовини.

У першій половині XX в. це завдання зважувалося на структурно- молекулярному рівні. На такій базі виникла технологія одержання органічних речовин. Одним з перших видатних досягнень цієї технології стало одержання синтетичного каучуку в 1928 р.

Біологія в XX в. переходить від стадії описової науки до теоретичній і експериментальній. Як розвиток експериментів і гіпотез про спадковість Г. Менделя (1822-1884), у першій третині XX в. виникає потужний плин, що одержала назва генетика, доля якого виявилася досить драматичної в СРСР. Трагична була й доля її лідера, Н. И. Вавилова (1887-1943), - автора теорії гомологических рядів.

Після серії великих відкриттів другої половини XX в. носіїв і кодів спадковості РНК і ДНК, біологія вийшла на молекулярний рівень вивчення своїх об'єктів і явищ, вона придбала риси фізико-хімічної біології. В останній третині XX в. підсилюється розвиток концепції еволюційної біології, що, у принципі, робить реальної можливість здійснення глобального еволюційного синтезу.

Наприкінці третього десятиліття XX в. практично всі найголовніші постулати, раніше висунуті наукою, виявилися спростованими. У їхнє число входили подання про атоми як твердих, неподільних і роздільних елементах матерії, про час і простір як незалежних абсолютах, про строгу причинну обумовленість всіх явищ, про можливість об'єктивного спостереження природи.

Попередні наукові подання були цілком оскаржені. Наприклад, тверда речовина більше не була найважливішою природною субстанцією. Тривимірний простір і одномірний час перетворилися у відносні прояви четырехмерного просторово-тимчасового континуума. Час тече по-різному для тих, хто рухається з різною швидкістю. Поблизу важких об'єктів час уповільнюється, а при певних докладно може й зовсім зупинитися. Закони Евклідової геометрії більше не були обов'язковими для природоустройства в масштабах Всесвіту. Планети рухаються по своїх орбітах не тому, що їх притягає до Сонця якась сила, що діє на відстані, але тому, що сам простір у якому вони рухаються, скривлено. Субатомні феномени виявляють себе і як частки, і як хвилі, демонструють свою двоїсту природу. Стало неможливим одночасно обчислити місце розташування частки й виміряти її прискорення. Принцип невизначеності в корені підривав і витісняв собою старий лапласовский детермінізм. Наукові дані й пояснення не могли розвиватися далі, не торкнувшись природи спостережуваного об'єкта. Фізичний мир, побачений очима фізика XX в., нагадував не стільки величезну машину, скільки неосяжну думку. Початком третього етапу революції були оволодіння атомною енергією в 40-е роки XX в. і наступні дослідження, з якими зв'язане зародження електронно-обчислювальних машин і кібернетики. Також у цей період поряд з фізикою стали лідирувати хімія, біологія й цикл наук про Землю.

Із середини XX в. наука остаточно злилася з технікою, привівши до сучасної науково-технічної революції. Квантово-релятивістська наукова картина миру стала першим результатом новітньої революції в природознавстві. Іншим результатом наукової революції стало твердження некласичного стилю мислення. Новітня революція в науці привела до заміни споглядального стилю мислення деятельностным.