Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Естествознание arrow Концепции современного естествознания
Посмотреть оригинал

б. ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

Иерархичность миров и границы нашего познания

Проблема выделения фундаментальных физических теорий.

В настоящее время считается, что именно физическая картина мира лежит в основе описания природы. В физике приходится иметь дело с разнообразными величинами, значения которых охватывают огромный диапазон. Так, интервал известных нам длин простирается от размеров элементарных частиц до размеров Вселенной, интервал времен — от периодов полураспада коротко- живущих элементарных частиц до возраста Вселенной, интервал масс — от массы электрона до масс галактик.

Периодически предпринимались и предпринимаются попытки создать некую универсальную теорию, которая охватывала бы весь разнообразный мир физических объектов и явлений. Однако пока не удалось, а большинство физиков считает, что никогда не удастся, создать единую, всеобъемлющую теорию, описывающую все разнообразие явлений, с которыми мы сталкиваемся. Сейчас существует много теорий, каждая из которых имеет ограниченную область применения. Например, законы механики Ньютона несправедливы для тел, развивающих очень большие скорости. В таких случаях пользуются специальной теорией относительности. Однако эта теория неприменима к области чрезвычайно больших масс, а также для объяснения некоторых явлений, происходящих на огромных галактических расстояниях; при этом привлекают общую теорию относительности. Когда речь заходит о явлениях атомных и ядерных масштабов, механика Ньютона уступает место квантовой теории, а в случаях больших скоростей - релятивистской квантовой теории.

В настоящее время не существует абсолютно четких критериев области применения той или иной физической концепции. Из опыта известно, что теорию относительности следует использовать, когда скорости тел приближаются к скорости света, а механика Ньютона правильно описывает поведение тел, скорости которых малы по сравнению со скоростью света. Однако непонятно, когда именно нужно переходить от ньютоновской механики к релятивистской. Ответ на этот вопрос зависит от того, с каким конкретно случаем мы имеем дело, и от того, с какой точностью надо решать задачу.

Физическая картина мира слагается из некоторого количества фундаментальных концепций, но нет совпадения мнений относительно того, какие это концепции. Например, В. Гейзенберг полагал, что в современной физике существуют по крайней мере четыре фундаментальные замкнутые непротиворечивые теории: классическая механика, термодинамика, электродинамика, квантовая механика, каждая из которых в своей области приложимости наилучшим образом описывает реальность [4]. (Классическая и квантовая механика будут рассмотрены в § 6.2 и 6.4.)

Обычно, когда говорят об электродинамике, подразумевают классическую электродинамику - теорию электромагнитных процессов в различных средах и вакууме. Она охватывает совокупность явлений, в которых основную роль играют взаимодействия между заряженными частицами, осуществляемые посредством электромагнитного поля. Все электромагнитные явления можно описать с помощью уравнений Максвелла, которые устанавливают связь величин, характеризующих электрические и магнитные поля, с распределением зарядов и токов в пространстве. Содержание четырех уравнений Максвелла для электромагнитного поля качественно сводится к следующему: магнитное поле порождается движущимися зарядами и переменным электрическим полем (током смещения); электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями (вихревое поле) порождается переменным магнитным полем; силовые линии магнитного поля всегда замкнуты (т.е. оно не имеет источников — магнитных зарядов, подобных электрическим); электрическое поле с незамкнутыми силовыми линиями (потенциальное поле) порождается электрическими зарядами — источниками этого поля. Из теории Максвелла вытекают конечность скорости распространения электромагнитного взаимодействия и существование электромагнитных волн.

Наряду с классической выделяют квантовую электродинамику — квантовую теорию электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами (главным образом электронами и позитронами, мюонами). В основе квантовой электродинамики лежит подтвержденное на опыте представление о дискретности электромагнитного излучения. Кванты электромагнитного поля - фотоны — являются носителями минимально возможных при конкретной частоте поля энергии и импульса. В рамках квантовой электродинамики делается вывод о том, что электромагнитному излучению присущи не только волновые, но и дискретные, корпускулярные свойства, а взаимодействие электромагнитного излучения с заряженными частицами рассматривается как поглощение и испускание частицами фотонов. Обмен фотонами обусловливает электромагнитное взаимодействие заряженных частиц. Частица может испустить фотоны, а затем сама их поглотить. Квантовая электродинамика достаточно точно описывает испускание, поглощение и рассеяние излучения веществом, электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами и т.п.

Термодинамика в классическом понимании — это раздел физики, изучающий наиболее общие свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между этими равновесными состояниями.

Термодинамика строится на основе фундаментальных принципов — начал термодинамики, которые являются обобщением многочисленных наблюдений и результатов экспериментов. Термодинамика возникла в первой половине XIX в. в связи с развитием теории тепловых машин и установлением закона сохранения энергии. Различают химическую термодинамику, техническую термодинамику и термодинамику разных физических явлений.

В настоящее время быстро развивается термодинамика неравновесных процессов — раздел физики, в котором изучаются неравновесные процессы (диффузия, вязкость, термоэлектрические явления и др.) на основе общих законов термодинамики. При количественном изучении этих процессов, в частности при определении их скоростей в зависимости от внешних условий, составляются уравнения баланса массы, импульса, энергии и энтропии для элементарных объемов системы, и эти уравнения исследуются совместно с уравнениями рассматриваемых процессов. Термодинамика неравновесных процессов является теоретической основой исследования открытых систем, в том числе живых существ.

 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Популярные страницы