Квантово-релятивистская физическая картина мира

Принимая законы электродинамики в качестве основных законов физической реальности, А. Эйнштейн (1879–1955) ввел в электромагнитную картину мира идею относительности пространства и времени и тем самым устранил противоречие между пониманием материи как определенного вида поля и ньютоновскими представлениями о пространстве и времени. Введение в электромагнитную картину мира релятивистских представлений о пространстве и времени открыло новые возможности для ее развития.

Именно так появилась общая теория относительности, ставшая последней крупной теорией, созданной в рамках электромагнитной картины мира. В этой теории, созданной в 1916 г., А. Эйнштейн впервые дал глубокое объяснение природы тяготения, для чего ввел понятие об относительности пространства и времени и о кривизне единого четырехмерного пространственно-временного континуума, зависящей от распределения масс. Теория относительности преодолела ограниченность механистической трактовки таких базовых понятий как пространство, время, движение, энергия, масса, но нельзя утверждать, что она отрицает (опровергает) классическую физику. Теория относительности показывает, что нельзя абсолютизировать понятия, принципы и законы классической механики, они верны лишь для определенных условий и включаются в специальную теорию относительности как ее частный случай. В этом смысле говорят, что релятивистская физика находится в отношении соответствия с классической физикой.

С концаXIX в. обнаруживалось все больше непримиримых противоречий между электромагнитной теорией и фактами. В 1897 г. было открыто явление радиоактивности и установлено, что оно связано с превращением одних химических элементов в другие и сопровождается испусканием альфа- и бета-лучей (А. Беккерель, супруги Кюри,). На этой основе появились различные модели атома, противоречащие электромагнитной картине мира (Э. Резерфорд, Н. Бор). Дж. Томсон в 1897 г. открывает электрон и измеряет величину его электрического заряда и массу. А в 1900 г. М. Планк в процессе многочисленных попыток построить теорию излучения был вынужден высказать предположение о прерывности процессов излучения. Планк показал, что тела излучают свет не непрерывно, а мельчайшими энергетическими порциями, т.е. квантами, позже были открыты фотоны, которые и являются квантами электромагнитных волн в световом диапазоне.

В началеXX в. возникли два несовместимых представления о материи:

или она абсолютно непрерывна;

или состоит из дискретных частиц (квантов).

Физики предпринимали многочисленные попытки совместить две эти точки зрения, но долгое время они оставались безрезультатными. Многим казалось, что физика зашла в тупик, из которого нет выхода. Это смятение усугубилось, когда в 1913 г. Н. Бор предложил свою модель атома. Он предположил, что электрон, вращающийся вокруг ядра, вопреки законам электродинамики не излучает энергии. Он излучает ее порциями лишь при перескакивании с одной орбиты на другую. И хотя такое предположение казалось странным и непонятным, именно модель атома Бора в значительной степени способствовала формированию новых физических представлений о материи и движении. В 1924 г. Луи де Бройльвысказал гипотезу о соответствии каждой частице определенной волны. Иными словами, каждой частице материи присущи и свойство волны (непрерывность), и дискретность (квантованность). Эти представления нашли подтверждение в работах Э. Шредингера и В. Гейзенберга 1925 -1927 гг., создателей нового направления физики – квантовой механики. Так сложились новые, квантово-полевые представления о материи, которые определяются как корпускулярно-волновой дуализм - наличие у каждого элемента материи свойств волны и частицы. Ушли в прошлое и представления о неизменности материи. К началу 30–х г.г. ХХ столетия было установлено, что вещество слагается из элементарных частиц, фундаментальными являются протоны, нейтроны и электроны. В 1932 году в составе космических лучей был открыт позитрон с такой же массой, как у электрона, но с противоположным (положительным) зарядом. К концу 90–х годов число открытых частиц и античастиц приближается к 400. Многие из них не имеют прямого отношения к строению материи, их относят к т.н. «лишним» частицам. Ученые полагают, что они возникли на первых этапах становления и образования Вселенной, когда еще не происходило образование ядер атомов, и существуют до сих пор. Все элементарные частицы обладают микроскопическими массами и размерами, сравнимыми с длинами волн де Бройля, поэтому их поведение описывается квантово-волновыми характеристиками. Элементарная частица – это квант поля, т.е. плоская либо сферическая единичная волна. Одной из основных особенностей элементарных частиц является их универсальная взаимозависимость и взаимопревращаемость. В современной физике основным материальным объектом является квантовое поле, переход его из одного состояния в другое меняет число частиц. Классическая физика, вырабатывая целостный взгляд на материальность мира, утверждала, что материя представлена в двух состояниях: вещество и поле. В настоящее время все еще приходится сталкиваться с принципиальной неточностью терминологического плана: понятие “вещество” отождествляют с понятием “материя”. Такая неточность ведет к серьезным ошибочным заключениям. Материя - понятие самое общее, в то время как вещество - это лишь одна из форм ее существования. Современные научные знания позволяют сделать заключение, что в известном нам мире материя реализуется в тесно взаимосвязанных формах: вещество, поле и физический вакуум. Вещество состоит из дискретных частиц, проявляющих волновые свойства (вещественно–полевой континуум). Природа физического вакуума, его строение пока познаны намного хуже вещества. По современному определению, вакуум - это нулевые флуктуирующие (колеблющиеся, отклоняющиеся от нормали) поля, с которыми связаны виртуальные частицы. Здесь проявляется дуализм волновых и корпускулярных свойств. Вакуум обнаруживается во взаимодействиях с веществом на его глубинных уровнях. Вакуум и вещество неразделимы и ни одна вещественная частица не может быть изолирована от его присутствия и его влияния.

Новизна современной физической картины мира состоит в следующем:

показана глубокая диалектичность природы, невозможность свести материю к прерывному либо к непрерывному, к вещественному либо невещественному, т.к. материя прерывна и непрерывна, и вещественна и невещественна, и качественна и количественна одновременно.

Значительно расширяется понимание движения, которое включает универсальные типы физического взаимодействия. Известно четыре вида фундаментальных физических взаимодействий: 1.Гравитационное; 2.Электромагнитное; 3.Ядерное сильное; 4.Ядерное слабое. Они описываются на основе принципа близкодействия: взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость передачи взаимодействия всегда конечна и не может превышать скорости света в вакууме (примерно 300 000 км/с).

Окончательно утверждаются представления об относительности пространства и времени, зависимость их от характера движения материи. Пространство и время перестают быть независимыми друг от друга и, согласно теории относительности, сливаются в едином четырехмерном пространственно-временном континууме.

Важным является тезис о равенстве весовой (тяжелой) и инертной масс. Отсюда следует вывод об эквивалентности массы и энергии: энергия обладает массой, а масса превращается в энергию – (Е=mc2)

Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они выступают в вероятностной форме, в виде так называемых статистических законов. Они соответствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей.

Квантово-полевая картина мира впервые включает в себя наблюдателя, от присутствия которого зависит получаемая картина мира. Более того, сегодня считается, что наш мир таков по своей природе, что появление и существование человека в нем стало закономерным результатом эволюции Вселенной.

Квантово-полевая (квантово-релятивистская) картина мира и в настоящее время находится в состоянии становления, и с каждым годом к ней добавляются новые элементы, выдвигаются новые гипотезы, создаются и развиваются новые теории. В конце 60–х годов выдвинута идея кварков, как гипотетических проточастиц, из которых формируются элементарные частицы (Г. Цвейг, М. Гелл-Ман). Заветная мечта всех физиков - выявить универсальность всех фундаментальных сил, объединить все физические взаимодействия в одной теории. Объединение электромагнитного и слабого взаимодействия в единое электрослабое взаимодействие стало первым обнадеживающим успехом на этом пути. Есть попытки создать теорию Большого объединения (так называется теория объединения электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий). Еще более грандиозна идея объединения всех четырех фундаментальных взаимодействий, включая гравитацию. Соответствующие теоретические построения называют суперобъединением или теорией супервзаимодействия. Сегодня физики считают, что они смогут создать эту теорию на основе появившейся недавно теории суперструн. Пионерами в создании этой теории явились М. Грин (Великобритания) и Дж. Шварц (США). Эта теория должна объединить все фундаментальные взаимодействия при сверхвысоких энергиях.

32. Библейские представления о мире в свете современной науки.

Примирить библейскую картину творения с эволюционными взглядами современной науки не столь сложно, если провести между ними четкое разделение. Библия символически выражает связь природного мира с Творцом, а наука непосредственно описывает природу, отвлекаясь от существования этой связи. Но не теряет ли от этого сама наука?

Мысль о том, что природный мир не существовал изначально, но был создан Творцом рядом последовательных актов творения, стимулирует глубокие научные идеи. В космологии она привела к открытию "антропного принципа", согласно которому законы природы и вся Вселенная устроены так, как будто они были специально созданы для появления человека. Небольшие изменения в законах микромира сделали бы невозможным появление атомов. Существующие законы электрического взаимодействия позволили возникнуть сложным молекулярным структурам. Закон всемирного тяготения гарантирует возникновение и устойчивость Солнечной системы, обеспечивающей нужные климатические условия Земле.

Конечно, признание учеными "антропного принципа" не означает их уверенности в том, что мир был сотворен, а лишь в том, что изучаемая наукой Вселенная устроена так, как если бы она создавалась специально для того, чтобы в ней мог существовать человек. Этот факт допускает различные мировоззренческие интерпретации.

Здесь и открывается интересная возможность перейти к принципиально новым отношениям между религией и естествознанием. Вместо соперничества возникает сотрудничество, которое можно пояснить такой аналогией. Палеонтология дала огромный эмпирический материал, который можно интерпретировать как следы эволюционного процесса жизни. Подобно этому естествознание накопило гигантский запас сведений об устройстве физического мира и жизни на Земле, который можно интерпретировать как следы Божественного акта творения. Антропный принцип в космологии - это лишь первая ласточка в возможном ряду таких представлений.

Все дело в том, что наука позволяет обнаружить в глубине открытых непосредственному наблюдению феноменов фундаментальные сущности. Эти сущности составляют реальность, совсем не похожую на то, что непосредственно видит наблюдатель. Классическое естествознание еще пыталось объяснить мир "видимых" явлений через наглядные представления: взаимодействие атомов, мыслимых как обычные частицы миниатюрных размеров, или движение материальных субстанций (теплород или эфир), похожих по своим свойствам на жидкость или газ. Современная наука отказалась от принципа подобия "глубинной" и наблюдаемой реальности. Современная физика ищет объяснение в математических структурах, лишенных наглядной интерпретации (бесконечномерные пространства, структуры симметрий и т.п.). Биолог объясняет появление органических форм через свойства генетического кода, записанного в молекулярном строении ДНК и несущего информацию об этих формах. Глубинная ("невидимая") реальность как бы несет в себе "замысел Творца", проявляющийся в феноменах, доступных наблюдению.

Ученый ставит себе целью не просто объяснить одни явления через другие, но понять этот "замысел". Для этого требуется воображение, способность конструировать объекты, свойства которых совсем не похожи на свойства вещей, открытых в непосредственном опыте. Опять-таки, не важно, верит ли данный конкретный исследователь в существование Творца. Объективная логика развития науки заставляет ученого действовать так, как будто он разгадывает замысел Творца, чтобы понять феномен природы.

Ученый волен здесь сместить акцент: пытаясь понять некий феномен, он реконструирует обусловившую его фундаментальную реальность как запечатленный след акта творения. Так, например, концепция эволюции по Л.С.Бергу позволяет ставить вопрос о расшифровке эволюционной программы преобразования генотипа, как некоторой исходной информации, возникающей в акте творения жизни.

С данной точки зрения интересно не столько объяснить сам процесс эволюции, сколько понять факторы, определяющие многообразие живых форм. Поэтому самостоятельный интерес приобретают систематика, морфология, генетика и эмбриология, позволяющие обнаружить фундаментальные механизмы, которые лежат в основе эволюционного развития жизни на Земле.

Время и вечность. Акт творения отличается от эволюционного процесса не только своей однократностью, но и тем, что сотворение мира происходит в вечности, а эволюция длится во времени. Вечность - это вовсе не бесконечно длящееся время, но отсутствие времени, преодоление его. В вечности нет понятий "раньше" и "позже", "короче" и "дольше". Само время было сотворено вместе с миром. Поэтому бессмысленно ставить вопрос о том, сколько в действительности длился каждый из шести дней творения. Однако если в этот "день" был инициирован определенный этап эволюционного процесса, то длительность этапа правомерно пытаться оценить. Строго говоря, нельзя говорить о том, что первый день имел место раньше второго или пятого, ибо и тот и другой состоялись не во времени, но в вечности. Нумерация этих дней характеризует, скорее, их логическую, а не временную последовательность. Можно было бы говорить о шести уровнях или "пластах" вечности, в лоне которой зародилось время.

Про событие, происходящее в вечности, нельзя сказать "оно было" или "оно будет". Это событие есть всегда - пребывает вечно. Последовательность дней творения - это только попытка символического соотношения шести уровней акта творения, как начальной точки отсчета исторического времени (Ю.А.Шрейдер)

Если дни творения интерпретировать не как события на временной оси, но как пласты вечности, то мы придем к представлению о том, что эта временная ось располагается как бы внутри этих пластов. Вечность не только предшествует историческому времени, но и замыкает временную ось (Ю.А.Шрейдер)

Такая интерпретация имеет определенную опору в Апокалипсисе, повествующем о конце земной истории. Если творение мира завершается созданием человека, то история имеет своим непосредственным финалом суд над человеком, а этапы конца света, по откровению святого Иоанна Богослова, допускают сопоставление, по крайней мере, с тремя из этапов творения мира, но следуют в обратном порядке.

Все это еще раз подчеркивает, что представления о сотворении мира и его эволюционном развитии в принципе не конкурируют, но дополняют друг друга. Первое из них рассматривает мир в перспективе вечности, допускающей лишь символическое описание, а второе - в перспективе исторического времени, требующей научного объяснения. Проблема состоит в правильном соотнесении обеих перспектив для понимания природных феноменов.

Дата добавления: 2014-12-10