Квантово-полевая картина мира

Предпосылки возникновения современной картины мира

В теории относительности, созданной А. Эйнштейном, было впервые введено понятие относительности пространства и времени, а также понятие о кривизне единого четырехмерного пространственно-временного континуума. Это была последняя крупная теория в рамках электромагнитной картины мира. Начиная с конца 19 века между электромагнитной теорией и эмпирическими фактами выявлялась все больше и больше противоречий. А после открытия явления радиоактивности и выявления того, что оно связано с превращением одних элементов в другие и сопровождается испусканием альфа- и бета-лучей, появились новые модели атома, которые не соответствовали электромагнитной картине мира. А позднее, М. Планк, в ходе попыток построения теории излучения, высказал мнение, что процессы излучения не являются непрерывными. Таким образом, в начале 20 века появилось два представления о материи:

• Либо материя состоит из дискретных частиц
• Либо материя является абсолютно непрерывной.

Эти два представления являются несовместимыми, и попытки, предпринимаемые учеными-физиками их как-то совместить терпели неудачу. Это подтолкнуло к мнению, что наука находится в тупике, выхода из которого не существует. Ситуация ухудшилась, когда Н. Бор предложил новую модель атома, согласно которой, электрон, вращающийся вокруг ядра, не излучает энергии. Это предположение противоречило законам электродинамики. По мнению Бора, электрон излучает энергию порциями тогда, когда переходит с одной орбиты на другую. Это предположение казалось странным, однако именно оно способствовало выходу из тупика и формированию новых представлений о материи.

Позже Луи де Бойль предложил гипотезу, согласно которой материи присущи и непрерывность, и квантовость, то есть каждой частице соответствует определенная волна. Исследования Э. Шредингера и В. Гейзенберга в 1925-1927 гг. подтвердили эту гипотезу, а позднее М. Борн доказал тождественность квантовой механики Гейзенберга и волновой механики Шредингера.

Квантовая механика

Основой новой современной картины мира, получившей название квантово-полевой, лежит квантовая механика. Это новая теория, которая описывает состояние и движение микрообъектов материального мира. Она устанавливает метод описания и законы движения микрочастиц, к которым относятся элементарные частицы, атомы, атомные ядра, молекулы. Квантовая механика также занимается изучением связи величин, характеризующих частицы, с физическими величинами, измеряемыми экспериментальным путем. Законы квантовой механики дают возможность изучить строение атомов, а также установить природу химической связи и объяснить периодическую систему элементов, исследовать свойства элементарных частиц.

Квантовая механика способствовала изучению строения и свойств многих твердых тел, что до этого не представлялось возможным. Квантовая механика позволила изучить такие явления, как сверхпроводимость, ферромагнетизм, сверхтекучесть, а также исследовать природу нейтронных звезд и белых карликов. Кроме того, благодаря квантовой механике появилась возможность выявить механизм протекания термоядерных реакций, происходящих на Солнце и звездах.

Идеи квантово-полевой картины мира

С появлением новой картины мира было установлено, что элементарным частицам присуща такая особенность, как взаимопревращаемость и взаимозаменяемость. В квантово-полевой картине мира материальным объектом принимается квантовое поле, а при переходе его из одного состояния в другое число частиц меняется.

Движение в квантово-полевой картине мира определяется лишь как частный случай физического взаимодействия. Выделяются четыре основополагающих физических взаимодействия:

• Электромагнитное
• гравитационное
• Сильное
• Слабое.

В основе их описания лежит принцип близкодействия. Он означает, что взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость передачи взаимодействия всегда является конечной и не превышает скорость света в вакууме, которая равна 300 000 км/с.

Предположения об относительности пространства и времени, а также их зависимости от материи, основы которой были заложены еще в электромагнитной картине мира, в новой, квантово-полевой картине мира утверждаются. Согласно теории относительности, время и пространство не являются независимыми друг от друга и соединяются в четырехмерном пространственно-временном континууме.

Еще одним принципиальным отличием квантово-полевой картины от предыдущих механической и электромагнитной является определение места и роли человека во Вселенной. Человек перестает быть лишь одним из объектов природы. Квантово-полевая картина мира рассматривает человека как наблюдателя, который определяет получаемую картину мира. Помимо этого, в современной, квантово-полевой, картине мира считается, что существование человека определяет то, каким является современный мир, а появление человека является закономерным результатом эволюции Вселенной.

Однако, как механическая и электромагнитная, современная картина мира тоже не лишена недостатков. К ним относятся:

• Безуспешные попытки создания единой теории всех взаимодействий
• Не выяснено, почему наблюдаются зафиксированные значения зарядов, масс элементарных частиц
• Не сформулирована теория вакуума
• Не существует теории, описывающей развитие Вселенной до «большого взрыва», а также способной предсказать ее будущее.