Физика и естествознание в исторической ретроспективе
Естествознание и физика всегда были тесно связаны, естествознание, по сути, сыграло ключевую роль в становлении физики как научной дисциплины. Поскольку все явления окружающего мира опираются на физические законы, для познания внутренних механизмов требуется понимание физической сущности объектов. Как известно само слово «физика» в переводе с греческого означает «природа», а естествознание занимается как раз изучением природы.
Понятие физика изначально было достаточно широким и ёмким, вследствие чего она оказала значительное влияние на становление всех естественно-научных дисциплин, исключением не стала философия, а наряду с ней и естествознание. В древности физические законы применялись в основном в астрономии для ориентирования во время путешествий, и для подсчёта времени.
Физика заложила теоретическую и методологическую базы исследований, обработки и последующей интерпретации полученных знаний.
В своей основе физика может быть разделена на следующие составляющие:
- экспериментальную, служащую для подтверждения ранее сформулированных теорий;
- теоретическую, служащую для научного обоснования явлений, происходящих во вселенной.
Теоретическая физика вышла из эллинистической натурфилософии, представляющей собой эмпирическое толкование законов природы. В период средневековья преобладала теологическая трактовка явлений окружающего мира, всё объяснялось проявлением божественного промысла. Физика как одна из отраслей естествознания шла в разрез с принятыми церковными догматами и потому на длительный период была забыта. Интерес к физике вновь появился в период европейского возрождения, когда выдвигалось множество научных теорий и совершались знаковые открытия.
В поздний период развития натурфилософия носила диалектический характер трактовки законов природы, то есть всё сущее имеет причинно-следственные связи, однако не лишено внутренних противоречий, заставляющих систему развиваться. Физике была отведена роль разрешить, возникающие противоречия, и дать им научное объяснение. Так была сформулирована цель физики, заключающаяся в поиске общих законов природы и трактовке определённых процессов на их основе. Физика как наука основывается на фундаментальных принципах, которые наиболее полно отражают естественные явления. В последующие годы произошла дифференциация самой физика, структура науки усложнилась.
Выделяют следующие дисциплины и разделы:
- в зависимости от объекта изучения (например: атомная, молекулярная физика, физика газов);
- в зависимости от форм движения (например: термодинамика, квантовая физика);
- междисциплинарные науки (например: биофизика, геофизика, астрофизика).
Современный этап развития можно охарактеризовать, как противостояние двух главенствующих концепций – теории относительности и квантовой теории, появившихся в 20 веке и сыгравших ключевую роль в последующем развитии физики как теоретической и прикладной дисциплины.
Фундаментальные теории 20 века
Теория относительности.
Физика 19 века столкнулась с трудностями познания. До этого момента, главенствовала классическая механика Ньютона, но применима она была лишь к крупных объектам, движущимся инерционно, и на сравнительно небольших скоростях. Дополнялись эти идеи уравнениями Максвелла для электромагнитных волн, распространявшихся в некой среде – эфире. Однако теория Максвелла требовала одно условие, это точность в определении системы отсчёта относительно эфира.
Как известно у Ньютона система не зависела от системы отсчёта и была верна во всех системах. Здесь то и начались первые трудности. При отсутствии точной системы отсчёта необходимо вводить новые переменные, что усложняет сами уравнения, и делать допущения на условия проведения эксперимента, что не всегда бывает выполнимым. В итоге большинство уравнений было решено, но все они рассчитывались в условиях существования эфира и основывались на условных приближениях, что не могло полностью устроить физическое сообщество.
Итак, если факты противоречат воззрениям, пора менять факты, так рассудил Эйнштейн и в 1905 году представил миру новую радикальную теорию. Все существовавшие до этого допущения и предположения он заменил двумя постулатами, которые примерили механику и электромагнетизм.
Постулаты теории относительности:
- Специальный принцип относительности гласит, что законы физики справедливы для наблюдателей, находящихся в состоянии равномерного, прямолинейного движения относительно друг друга;
- Принцип постоянства скорости света. Распространение света происходит в пустоте с постоянной скоростью во всех направлениях и не зависит от движения источника или наблюдателя.
Теория Эйнштейна сыграла в науке основополагающую роль, показав, что периодически следует менять основные научные принципы.
Квантовая теория.
Ещё одна нерешённая проблема досталась учёным с прошлого века, а именно вопрос о поглощении и отражении света, а также о длине волн. В ходе ряда экспериментов было установлено, что энергия излучения распространяется в пространстве не непрерывным потоком, а отдельными порциями – квантами. Несмотря на то, что световое излучение состоит из волн разной длины, но при излучении и поглощении ведёт оно себя как частица. Однако при определённых условиях частицы ведут себя как волны, поэтому говорить об их точном положении в пространстве не приходится, лишь о вероятности их нахождения в определённой точке в определённый момент времени. Это привело к созданию корпускулярно-волнового дуализма и к представлению о двойственности природы света.
Итак, современная физика, это лишь одна из сторон исторического процесса, имеющая тенденцию к расширению границ наших знаний об окружающем нас мире.
