Роль физики в становлении науки и этапов ее развития. Какие открытия и как влияли на изменение мировоззрения людей в целом?

Роль физики (и отдельных физических дисциплин) в становлении науки и этапов ее развития. Какие открытия и как влияли на изменение мировоззрения людей в целом?

Говоря о роли физики для человечества, выделяют три основных сферы влияния. Во-первых, физика является для людей самым главным источником знаний об окружающем мире. Во-вторых, физика, непрерывно расширяя и многократно умножая возможности человека, обеспечивает его уверенное продвижение по пути технического прогресса. В-третьих, физика вносит существенный вклад в развитие духовного облика человека, формирует его мировоззрение, учит ориентироваться в шкале культурных ценностей.

Корни физики, как и всей западной науки в целом, следует искать в начальном периоде греческой философии в шестом веке до н. э. - в культуре, не делавшей различий между наукой, философией и религией. Физиками в ту пору называли философов, которые пытались создать единую картину окружающего человека мира. Рождению современной науки предшествовало имевшее место в семнадцатом веке признание полного разграничения материи и духа благодаря трудам Рене Декарта, в основе мировоззрения которого лежало фундаментальное разделение природы на две независимые области - область сознания и область материи. Философия Декарта была важна не только для развития классической физики, но также оказала огромное влияние на весь западный образ мышления вплоть до сегодняшнего дня [1].

Основоположником классической физики по праву считают Галилео Галилея. Мировоззрение Галилея основывается на признании объективного существования мира, т.е. его существования вне и независимо от человеческого сознания. Подлинную цель науки Галилей видел в отыскании причин явлений. Он утверждал, что познание внутренней необходимости явлений есть высшая ступень знания. Исходным пунктом познания природы Галилей считал наблюдение, основой науки – опыт. Галилей дерзко заявил, что книга природы написана математическими знаками. Он осознавал, что для того чтобы показать, что можно установить математические законы природы, это надо сделать. Галилей говорил, что мир бесконечен, а материя вечна. Во всех процессах, происходящих в природе, ничто не уничтожается и не порождается – происходит лишь изменение взаимного расположения тел или их частей. Материя состоит из абсолютно неделимых атомов, движение – единственное, универсальное механическое перемещение. Небесные светила подобны Земле и подчиняются единым законам механики. Все в природе подчинено строгой механической причинности [2]. Галилей первым открыл значение ускорения в динамике, установил закон падения тел, предложил метод использования закона параллелограмма при рассмотрении действия на тело нескольких сил. Для Галилея причинное объяснение природы никогда не переставало быть основной задачей исследования. Учение Галилея выделило богословию и науке различные области, причем богословие не вмешивалось в область науки, а наука не навязывала своих выводов богословию. Во всяком случае, сама наука, по мнению Галилея, должна быть подчинена принципу причинности. Галилей ввел в научное сознание идею бесконечного приближения к объективной истине на основе механического объяснения природы [2]. Современным своим видом классическая механика обязана Ньютону. В работах Ньютона обобщены принцип инерции и понятие силы, введено понятие массы, область применимости законов механики распространена на всю Вселенную.

Важное последствие развития науки и, в частности, физики под влиянием Галилея и Ньютона – это кардинальное изменение представления о месте человека в мироздании. Вспомним, что в средние века Земля считалась центром небес и все имело целью служение человеку. В ньютоновском мире Земля была второстепенной планетой. Астрономические расстояния были так огромны, что в сравнении с ними Земля воспринималась просто булавочной головкой. Казалось невероятным, чтобы весь этот громадный механизм был устроен для блага одного лишь человека. Могучий аппарат ньютоновской механики, его универсальность и способность объяснить и описать широчайший круг явлений природы, особенно астрономических, оказали огромное влияние на многие области физики и химии. Ньютон писал, что было бы желательно вывести из начал механики и остальные явления природы, и при объяснении некоторых оптических и химических явлений сам использовал механические модели [2].

Механистические взгляды на материальный мир господствовали в естествознании до XIX века. В целом природа понималась как гигантская механическая система, функционирующая по законам классической механики. В конце XIX - начале XX в. произошли события, которые "потрясли мир". В 1895 г. К.Рентген (1845 - 1923) открыл "х-лучи". В 1896 г. А.Беккерель (1852 - 1908) обнаружил явление радиоактивности (естественной). В 1897 г. Дж.Томсон (1892 - 1975) открыл электрон. В 1898 г. Мария Кюри (1867-1934) и Пьер Кюри (1859 - 1906) открыли новый химический элемент - радий. В 1902 - 1903 гг. Э.Резерфорд (1871 - 1937) и Ф.Содди (1877 - 1956) создали теорию радиоактивности как спонтанного распада атомов и превращения одних элементов в другие (начало ядерной физики). В 1911 г. Э.Резерфорд экспериментально обнаружил атомное ядро. В 1920-х годах была разработана серия моделей строения атома [3].

Эти события привели к кризису ньютоновской парадигмы классической физической теории. Кризис разрешился революцией в физике, породившей теорию относительности (частную, или специальную – СТО, и общую - ОТО), квантовую механику (нерелятивистскую и релятивистскую - квантовую теорию поля); Эти теории ознаменовали переход от "классической" к "неклассической" науке.

Победа электромагнитной теории Максвелла привела к кризису ньютоновского взгляда на мир. Следствием этого в конце XIX в. стали критический анализ оснований классической механики и создание альтернативных механик без понятия силы. С новой силой и аргументацией возродился спор XVII в. между Ньютоном и Лейбницем о существовании абсолютного пространства и времени. В физике разразился "гносеологический кризис", и центральное место в философии науки заняла критическая философия Эрнста Маха. На этом фоне вызревало противоречие между максвелловской электродинамикой и классической механикой как физическими теориями. Они сконцентрировались вокруг вопроса о распространении электромагнитных волн (частным случаем которых является свет) - квинтэссенции теории Максвелла и преобразованиях Лоренца. Специальная (частная) теория относительности (СТО) рождалась из преодоления этого теоретического противоречия. Решение, предложенное А.Эйнштейном, было дано в его статье "К электродинамике движущихся сред" (1905), где специальная теория относительности (СТО) была сформулирована почти в полном виде.

Также как галилеевско-ньютоновская механика родилась в результате преобразования сформулированных в Греции V в. до н. э. зеноновских парадоксов движения в определение новых фундаментальных идеальных объектов (состояние прямолинейного равномерного движения), так и квантовая механика появилась в результате преобразования парадокса волна-частица в новый объект - квантовую частицу. Это превращение основывается на "четырех китах": введении нового математического представления, состоящего из волновых функций и уравнения движения Шредингера, "вероятностной интерпретацией волновой функции" М. Борна, устанавливающей соответствие между состоянием системы и его математическим образом - волновой функцией, "принципом дополнительности" Н. Бора, устанавливающим "набор одновременно измеримых величин" для данной системы, определяющий те измеримые величины, значения которых задают ее состояние, "принципом соответствия"  Н.Бора, задающим квантовую систему и ее математический образ.

История распространения и утверждения в научном сообществе теории относительности показывает ее огромный мировоззренческий потенциал, не сводимый к отдельным научным результатам. Это теория "многомерного мира", как бескомпромиссная, почти мистическая, борьба с абсолютной системой. И хотя и СТО и ОТО имеют веские экспериментальные подтверждения (например, точное описание орбиты Меркурия; исследование лучей света, красное смещение), оппозиция им не исчезла и сегодня. Из этих двух "супертеорий" в XX в. выросли: ядерная физика, физика твердого тела, лазерная оптика, квантовая химия и др.

С середины XX в. наука окончательно слилась с техникой, приведя к современной научно-технической революции. Квантово-релятивистская научная картина мира стала первым результатом новейшей революции в естествознании. Другим результатом научной революции стало утверждение неклассического стиля мышления. Новейшая революция в науке привела к замене созерцательного стиля мышления деятельностным [3].

Современная физика исследует фундаментальные закономерности явлений; это предопределяет ее ведущую роль во всем цикле естественно-математических наук. Ведущая роль физики особенно ярко выявилась именно в XX в. Один из наиболее убедительных примеров — объяснение периодической системы химических элементов на основе квантовомеханических представлений. На стыке физики и других естественных наук возникли новые научные дисциплины.  Утверждая материалистическую диалектику, физика XX в. открыла ряд исключительно важных истин, значимость которых выходит за рамки самой физики, истин, ставших общечеловеческим достоянием. Во-первых, была доказана фундаментальность статистических закономерностей как соответствующих более глубокому этапу (по сравнению с закономерностями динамическими) в процессе познания мира. Было показано, что вероятностная форма причинности является основной, а жесткая, однозначная причинность есть не более чем частный случай. Физика предоставила нам уникальную возможность: на основе статистических теорий рассмотреть количественно диалектику необходимого и случайного. Выходя за рамки собственных задач, современная физика показала, что случайность не только путает и нарушает наши планы, но и может нас обогащать, создавая новые возможности.

Современная физика вносит существенный вклад в выработку нового стиля мышления, который можно назвать планетарным мышлением. Она обращается к проблемам, имеющим большое значение для всех стран и народов. Сюда относятся, например, проблемы солнечно-земных связей, касающиеся воздействия солнечных излучений на магнитосферу, атмосферу и биосферу Земли; прогнозы физической картины мира после ядерной катастрофы, если таковая разразится; глобальные экологические проблемы, связанные с загрязнением Мирового океана и земной атмосферы.

Список использованных источников

1. Капра Ф. Дао физики / пер. с англ. П.Л. Гроховского. – СПб.: "Орис", "Яна-принт", 1994.
2. Родякин С.В., Ситников А.Н. Основные предпосылки и идеи становления и развития классической механики Галилея и Ньютона // Философия науки (научное издание по философии, методологии и логике естественных наук). - 2003. - №1. - С. 45-51.
3. История науки и техники. Учебно-методическое пособие./Под ред. Ткачева А.В. – СПб.: СПБ ГУ ИТМО, 2006. – 143 с.
4. Физика в  системе культуры.  - М., 1996. - 231 с.