Революция в естествознании конца XIX – начала XX века. Становление идей и методов неклассической науки.

Как было выше сказано, классическое естествознание XVII—XVIII вв. стремилось объяснить причины всех явле­ний (включая социальные) на основе законов механики Ньютона. В XIX в. стало очевидным, что законы ньюто­новской механики уже не могли играть роли универсаль­ных законов природы. На эту роль претендовали законы электромагнитных явлений. Была создана (Фарадей, Мак­свелл и др.) электромагнитная картина мира. Однако в результате новых экспериментальных открытий в области строения вещества в конце XIX — начале XX в. обнару­жилось множество непримиримых противоречий между электромагнитной картиной мира и опытными фактами. Это подтвердил «каскад» научных открытий.

В 1895—1896 гг. были открыты лучи Рентгена, радио­активность (Беккерель), радий (Мари и Пьер Кюри) и др. В 1897 г. английский физик Дж. Томсон открыл первую элементарную частицу —. электрон и понял, что электро­ны являются составными частями атомов всех веществ. Он предложил первую (электромагнитную) модель ато­мов, но она просуществовала недолго.

В 1911 г. английский физик Э. Резерфорд в экспери­ментах обнаружил, что в атомах существуют ядра, положи­тельно заряженные частицы, размер которых очень мал по сравнению с размерами атомов, но в которых сосредоточе­на почти вся масса атома. Он предложил планетарную мо­дель атома: вокруг тяжелого положительно заряженного ядра вращаются электроны. Резерфорд открыл ос и р-лучи, пред­сказал существование нейтрона. Но планетарная модель оказалась несовместимой с электродинамикой Максвелла.

Немецкий физик М. Планк в 1900 г. ввел квант дей­ствия (постоянная Планка) и, исходя из идеи квантов, вывел закон излучения, названный его именем. Было ус­тановлено, что испускание и поглощение электромагнит­ного излучения происходит дискретно, определенными ко­нечными порциями (квантами). Квантовая теория План­ка вошла в противоречие с теорией электродинамики Мак­свелла. Возникли два несовместимых представления о ма­терии: или она абсолютно непрерывна, или она состоит из дискретных частиц. Названные открытия опровергли представления об атоме, как последнем, неделимом «пер­вичном кирпичике» мироздания («материя исчезла»).

«Беспокойство и смятение», возникшие в связи с этим в физике «усугубил» Н. Бор, предложивший на базе идеи Резерфорда и квантовой теории Планка свою модель атома (1913). Он предполагал, что электроны, вращающиеся вок­руг ядра по нескольким стационарным орбитам, вопреки законам электродинамики не излучают энергии. Они излу­чают ее порциями лишь при перескакивании с одной орби­ты на другую. Причем при переходе электрона на более далекую от ядра орбиту происходит увеличение энергии ато­ма и наоборот. Будучи исправлением и дополнением моде­ли Резерфорда, модель Н. Бора вошла в историю атомной физики как квантовая модель атома Резерфорда—Бора.

Указанные открытия положили начало «новой» атомис­тике, в отличие от «старой». Если последняя опиралась на положение о дискретном, прерывистом строении материи, состоящей из неделимых частиц — атомов — последних «кир­пичиков» мироздания, то после названных открытий стало ясно, что атом — система заряженных частиц. Современ­ная атомистика признает многообразие молекул, атомов, элементарных частиц и других микрообъектов в структуре материи, их неисчерпаемую сложность, способность пре­вращения из одних форм в другие. Тем самым материя «предстает» не только дискретной, но и непрерывной.

Весьма ощутимый «подрыв» классического естествоз­нания был осуществлен А. Эйнштейном, создавшим сна­чала специальную (1905), а затем и общую (1916) теорию относительности. В целом его теория основывалась на том, что в отличие от механики Ньютона, пространство и вре­мя не абсолютны. Они органически связаны с материей, движением и между собой. Сам Эйнштейн суть теории относительности в популярной форме выразил так: «Рань­ше полагали, что если бы из Вселенной исчезла вся мате­рия, то пространство и время сохранились бы, теория от­носительности утверждает, что вместе с материей исчезли бы пространство и время». При этом четырехмерное про­странство-время, в котором отсутствуют силы тяготения, подчиняется соотношениям неэвклидовой геометрии.

Таким образом, теория относительности показала не­разрывную связь между пространством и временем (она выражена в едином понятии пространственно-временно­го интервала), а также между материальным движением, с одной стороны, и его пространственно-временными фор­мами существования — с другой. Определение простран­ственно-временных свойств в зависимости от особеннос­тей материального движения («замедление» времени, «ис­кривление» пространства) выявило ограниченность пред­ставлений классической физики об «абсолютном» про­странстве и времени, неправомерность их обособления от движущейся материи. Как писал сам Эйнштейн, нет бо­лее банального утверждения, что окружающий нас мир представляет собой четырехмерный пространственно-вре­менной континуум.

В связи со своим фундаментальным открытием, Эйн­штейн произнес знаменитые слова: «Прости меня, Нью­тон», — «понятия, созданные тобой и сейчас остаются ведущими в нашем физическом мышлении, хотя мы те­перь знаем, что если мы будем стремиться к более глубо­кому пониманию взаимосвязей, то мы должны будем за­менить эти понятия другими, стоящими дальше от сферы непосредственного опыта»¹.

В 1924 г. было сделано еще одно крупное научное открытие. Французский физик Луи де Бройль высказал гипотезу о том, что частице материи присуще и свойства волны (непрерывность) и дискретность (квантовость). Тогда, отмечал автор гипотезы, становилась понятной теория Бора. «Почему, — спрашивал де Бройль, — если волновой материи присущи свойства корпускулярности, мы не вправе ожидать и обратного: что корпускулярной материи присущи волновые свойства? Почему бы не мог существовать закон, единый вообще для всякого матери­ального образования, неважно, волнового или корпуску­лярного»¹.

Вскоре, уже в 1925—1930 гг., эта гипотеза была под­тверждена экспериментально в работах Шредингера, Гей-зенберга, Борна и других физиков. Это означало превра­щение гипотезы де Бройля в фундаментальную физичес­кую теорию — квантовую механику. Таким образом, был открыт важнейший закон природы, согласно которому все материальные микрообъекты обладают как корпускуляр­ными, так и волновыми свойствами. Этот закон матема­тически выражается в виде известного «уравнения де Брой­ля», связывающего корпускулярные и волновые характе­ристики микрообъектов.

Один из создателей квантовой механики, немецкий фи­зик В. Гейзенберг сформулировал соотношение неопре­деленностей (1927). Этот принцип устанавливает невоз­можность — вследствие противоречивой, корпускулярно-волновой природы микрообъектов — одновременно точ­ного определения их координаты и импульса (количества движения). Принцип неопределенности стал одним из фундаментальных принципов квантовой механики. В фи-лософско-методологическом отношении данный принцип есть объективная характеристика статистических (а не динамических) закономерностей движения микрочастиц, связанная с их корпускулярно-волновой природой. Прин­цип неопределенностей не «отменяет» причинность (она никуда не «исчезает»), а выражает ее в специфической форме — в форме статистических закономерностей и ве­роятностных зависимостей.

Все вышеназванные научные открытия кардинально из­менили представление о мире и его законах, показали ог­раниченность классической механики. Последняя, разу­меется, не исчезла, но обрела четкую сферу применения своих принципов — для характеристики медленных дви­жений и больших масс объектов мира.