Концепция эволюции физической картины мира

Натурфилософская картина мира возникла в VI в. до н. э., основываясь на метафизическом материализме Аристотеля, Демокрита, Эпикура, Лукреция.

Опираясь на структуру концепции эволюции физической картины мира натурфилософскую картину мира можно представить в виде схемы (рис. 2).

Античные философы – физики использовали донаучный способ описания – непосредственное созерцание, т. к. в то время не существовало никаких научных теорий, кроме метафизического материализма, который и лежал в основе их мировоззрения и выдвигаемых ими научных гипотез и законов.

Метафизический (донаучный) способ мышления и описания включает в себя следующие аспекты.

1) Признание объективности физических явлений.

2) Критерием истинности является мысленный эксперимент.

3) Метафизическое описание и объяснение физических явлений опирается на непосредственное наблюдение.

4) Методологической основой объяснения всех физических явлений служит концепция натурфилософской картины мира, базирующейся на абсолютизации пространства, времени, покоя, континуальности материи.

Механическая картина мира возникла в конце XVI – начале XVII в. в. н. э. В построении механической картины мира решающую роль сыграло философское осмысление новых научных идей и представлений в форме таких принципов как материальное единство мира, причинность и закономерность природных процессов, экспериментальное обоснование знаний и математизация описания физических процессов, принцип дальнодействия и идея дискретности вещества, лежащие в основе механики Галилея – Ньютона. Основные характеристики механической картины мира, в соответствии со структурой концепции эволюции физической картины мира, можно представить схематически (рис. 3).

Классический способ описания опирается на следующие аспекты.

1) Объективность физических явлений и возможность исчерпывающего познания природы осуществляются на основе эксперимента.

2) Абсолютность исследуемых физических явлений определяется тем, что в процессе исследования физический объект всегда остается неизменным.

3) Объективность описания физических явлений определяется однозначностью применения сложившейся системы понятий и принципов описания и объяснения механизма физических явлений, поведения физической системы (взаимодействием исследуемых объектов с измерительными устройствами можно пренебречь, или учесть заранее их влияние на физические явления).

4) Допускается абсолютно точное, однозначное и исчерпывающее описание и объяснение физических явлений на основе лапласовского детерминизма: зная начальное состояние физической системы, можно с помощью уравнений Ньютона предсказать все последующие изменения и характер движения системы в будущем; кинетические и динамические характеристики физических объектов могут быть определены одновременно с очень большой точностью.

5) Синонимом научного объяснения является построение наглядной механической модели физических явлений – принцип механического моделирования является универсальным и является одной из основ формирования механической картины мира.

Ограниченность механического представления физических явлений проявилась с развитием теории электромагнитных явлений: необходимость использования понятия физического поля (в форме гипотезы об эфире) для объяснения электромагнитных и оптических явлений, противоречившего концепции дальнодействия, и другие. Развитие науки вскрыло относительный характер механической картины мира, но не отбросило её. Несостоятельной оказалась не сама механическая картина мира, а её исходная философская идея – механицизм и его основные идеализации.

Электродинамическая картина мира. Идея материальности физического поля, положенная в основу электродинамической картины мира, явилась одной из важнейших концепций физики второй половины XIX в. Хотя концепция эфира, понятие сплошной среды, понятие энергии и её превращений создавали предпосылки к появлению понятия физического поля, последнее оформилось и укрепилось в физике только после того, как М. Фарадей положил в основу истолкования сущности физических явлений континуальные представления о материи. Вместо идеализированного теоретического образа механической картины мира – представлений о телах в форме системы материальных точек, движущихся абсолютно детерминированно в абсолютном пространстве с течением абсолютного времени, в электродинамической картине мира эти функции начинает выполнять новый конструкт – точечные пространственно – временные события.

Таким образом, новое миропонимание стало опираться на совершенно другое, по сравнению с классическим атомизмом, понимание структуры материи. Физическое поле в новой картине мира выступает в качестве материального носителя передачи взаимодействия. На смену концепции дальнодействия, являющейся одной из существенных характеристик механической картины мира, пришла вытекающая из представления о материальности физического поля концепция близкодействия.

Электродинамика Фарадея – Максвелла и Лоренца утверждала представление о мире, как о всеобъемлющей электродинамической системе, построенной из электрически заряженных частиц, взаимодействующих между собой посредством электромагнитного поля. Теперь уже не гравитационное, а электромагнитное взаимодействие и электромагнитное движение становятся определяющими.

Основные составляющие электродинамической картины мира, в соответствии со структурой концепции эволюции физической картины мира, можно представить в виде схемы (рис. 4).

Появляется понятие релятивизма и вводится релятивистский способ описания, включающий в себя следующие категории.

1) Признание объективности существования природы, безусловной познаваемости природных явлений и объективности физических знаний.

2) Средством познания и критерием истинности результатов познавательной деятельности является эксперимент.

3) Зависимость описания пространственных, временных и других свойств физических объектов от условий познания и средств исследования (от выбора системы отсчета и т. д.), отказ от понятий абсолютной системы отсчета и абсолютного времени.

4) Утверждение концепции объективности относительности: в физической теории на равных правах представлены как «абсолютные» (инвариантные), так и «относительные» (не инвариантные) физические величины и понятия.

5) Методологической основой объяснения всех физических явлений служит концепция релятивистской электродинамической картины мира, базирующейся на представлениях о континуальности материи, движения, пространства и времени, на представлении об универсальности электромагнитного взаимодействия.

С возникновением специальной теории относительности (зарождение релятивистского этапа электродинамической картины мира) была обоснована относительность пространственных и временных свойств материи и вскрыта их взаимосвязь. Пространство и время стали рассматриваться как единый четырёхмерный континуум, что более адекватно отражало континуальные свойства материи. Однако пространственно – временной континуум на этом этапе эволюции электродинамической картины мира оставался абсолютным, не зависящим от материи вместилищем тел. Завершение развития электродинамической картины мира (картина мира Эйнштейна) связано с возникновением общей теории относительности, когда пространство, время и движение были связаны с пространственно – временной структурой поля.

Квантово-полевая картина мира. Основные элементы новой квантово – полевой картины мира стали складываться в начале XX в. в связи с работами М. Планка, А. Эйнштейна, Н. Бора, а её построение связано с созданием квантовой теории, в первую очередь с работами, Л. де Бройля, Э. Шрёдингера, В. Гейзенберга, П. Дирака, М. Борна, В. Паули и других учёных.

Создание квантово – полевой картины мира оказалось возможным в результате развития и углубления представлений о материи, происходивших в плане диалектического синтеза противоположностей: новые корпускулярно – волновые представления о материи диалектически объединяли идеи дискретности, присущие механической картине мира, и идеи континуальности, свойственные электродинамической картине мира. В этом нашли свое отражение важнейшие черты новой атомистики, которые впервые были отмечены ещё Ф. Энгельсом: «Новая атомистика отличается от всех прежних тем, что она… не утверждает, будто материя только дискретна, а признает, что дискретные части разных ступеней… являются различными узловыми точками, которые обусловливают различные качественные формы существования всеобщей материи…» [2].

Важнейшей особенностью квантово – полевой картины мира является изменение общей структуры теоретического знания, его абстрактных моделей и способа описания физических явлений.

Исходной абстракцией квантовой теории служит не изолированный образ корпускулы и не образ волны, а амплитуда вероятности квантового перехода, представленная волновой функцией.

Основные компоненты квантово – полевой картины мира, в соответствии со структурой концепции эволюции физической картины мира можно представить схематично (рис. 5).

К основным характеристикам квантового способа описания физических явлений относится следующее.

1. Признание объективной реальности физических явлений, конкретизирующейся в однозначном применении квантово-механических понятий для описания физических систем.

2. Критерием истинности утверждений теории служит физический эксперимент.

3. Квантово-механический принцип относительности (относительность к средствам наблюдения) является углублением концепции относительности в физике и отражает полный отход от идеализаций классического способа описания.

4. Квантово-механическое описание и объяснение физических явлений опирается как на концепцию относительности, так и на концепцию дополнительности (какой бы сложный характер ни носили физические явления, все опытные данные должны описываться при помощи понятий классической физики).

5. Квантово-механическое содержание принципа причинности реализуется в статистическом характере предсказаний теории. Опосредование измеряемых характеристик физических свойств объектов условиями познания (относительность к средствам наблюдения, соотношение неопределённостей и др.) отражено в том, что функция вероятности в квантовой механике содержит информацию как о физических объектах, так и об условиях познания.

6. Методологической основой объяснения всех физических явлений служит концепция квантово-полевой картины мира, базирующейся на представлениях о диалектическом единстве дискретности и континуальности материи, квантово-механической форме детерминизма, принципе относительности в системе отсчёта и к средствам наблюдения, концепции дополнительности.

Современный этап эволюции физической картины мира связан с попытками выхода за пределы релятивистских представлений о пространстве и времени и происходит на основе глубокого проникновения в физику идей материалистической диалектики.

Преодоление возникающих затруднений квантово – полевой картины мира (объединение всех фундаментальных взаимодействий; квантование пространства и времени; квантование гравитационного поля; точечность элементарных частиц и дискретность спектра их масс и так далее) учёные видят [1, 3] в углублении концепции диалектико-материалистического миропонимания. Современные направления развития квантово – полевых теорий:

1) введение нелокальных взаимодействий, то есть взаимодействий, осуществляющихся элементарными частицами на малых расстояниях даже тогда, когда их поля не перекрываются;

2) введение индефинитной метрики в гильбертовом пространстве (обобщение понятия евклидового векторного пространства на бесконечномерный случай);

3) квантование пространства и времени (как один из вариантов нелокальной квантовой теории поля).

Развитие физического знания происходит в направлении становления, развития и смены физических картин мира. Не составляет исключения и квантово – полевая картина мира. Как только будут исчерпаны возможности квантово – полевой картины мира в построении новых, более глубоких физических теорий, на смену ей придёт новая физическая картина мира, в основе которой будут лежать более глубокие, чем сложившиеся в настоящее время квантово – полевые представления о материи, её видах и формах её существования.

Итак, методологический анализ развития науки и эволюции физической картины мира показывает, что на каждом этапе своего развития физические теории в основном верно, но не исчерпывающе объясняли явления окружающего мира. Каждая физическая картина мира возникала на основе исторически относительных, соответствующих данному уровню развития науки представлений о структуре материи, о формах её существования, о фундаментальных физических взаимодействиях. Но эти представления в целом носили объективный характер, отражали в основном верно, хотя и неполно, отдельные стороны реальных свойств неисчерпаемой в своём движении и развитии материи.

Рассмотрим одну из основ систематизации и обобщения учебного материала курса физики – концепцию взаимосвязи общенаучной картины мира и физической картины мира, представленную в виде таблицы 1.

Таблица 1.

Концепция взаимосвязи общенаучной и физической картин мира

Основные черты общенаучной картины мира.	Конкретизация основных черт общенаучной картины мира в физической картине мира.
1.Материальное единство картины мира.	2)Единство корпускулярно – волновых свойств материи.
2.Неисчерпае-мое многообра-зие и взаимо-связь различных форм и видов материи.	1)Многообразие форм и видов материи как взаимосвязь и взаимопревращение вещества и физических полей. 2)Относительное отличие и взаимосвязь явлений микро -, макро – и мегамира.

Продолжение таблицы 1.

3.Движение – способ существования материи.	1)Неуничтожимость движения материи. 2)Универсальность и взаимопревращение физических форм движения материи. 3)Взаимосвязь физических, химических, биологических и других форм движения материи.
4.Пространство и время – всеобщие формы существования материи.	1)Универсальность пространственно – временного описания физических явлений. 2)Неисчерпаемое многообразие пространственно – временных структур и свойств материи. 3)Объективный характер относительности пространства и времени. 4)Инвариантность пространственно – временного интервала и законов физики.
5.Взаимодейст-вие – всеобщая форма связи тел и явлений, источник всех конкретных форм движения и развития объектов.	2)Взаимодействие связано с переносом материи, движения и информации. 3)Взаимодействие носит полевой обменный характер. 4)Взаимодействие является близкодействием (u£с).
6.Причинная обусловленность и объективная закономерность взаимосвязи явлений материального и духовного мира как форма всеобщей связи и детерминизма	1)Объективный характер и взаимосвязь динамических и статистических закономерностей. 2)Причинная обусловленность всех физических явлений.

Окончание таблицы 7.

7.Несотвори-мость и неунич-тожимость мате-рии и движения.
8.Познаваемость материального мира и объек-тивный харак-тер познания.	1)Широкое практическое применение физических законов и теорий в науке, технике, быту. 2)Опытное воспроизведение физических явлений. 3)Объяснение явлений природы. 4)Предсказание и открытие новых явлений и законов. 5)Справедливость принципа соответствия в физике.
9.Первичность материи по отношению к сознанию.	1)Научное обоснование существования природы до возникновения человека. 2)Экспериментальное подтверждение физической теории – критерий истинности теории. 3)Диалектическая взаимосвязь теории и практики.
10.Неисчерпа-емость материи и её познания.	2)Бесконечность материального мира. 3)Непрерывный процесс эволюции материи на всех уровнях и Вселенной как целого.

Рассмотрев методологические основы систематизации и обобщения учебного материала курса физикиможно сказать, что преподавание физики с опорой на методологию физики способствует повышению качества образования в области физики.

Литература

1. Ефименко В. Ф. Физическая картина мира и мировоззрение. [Текст] - Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 1997. – 160 с.

2. Маркс К. и Энгельс Ф. Сочинения. Т 20. Изд. 2-е. [Текст] - М.: Политиздат, 1964. – 780 с.

3. Методика преподавания физики в 8 – 10 классах средней школы. Ч. 1. / Под ред. В. П. Орехова, А. В. Усовой. [Текст] - М.: Просвещение, 1980. – 320 с.

Дата добавления: 2014-11-25