Современная картина мира

Картина мира, как  и любой познавательный образ, упрощает и схематизирует действительность. Мир как бесконечно сложная, развивающаяся  действительность всегда значительно  богаче, нежели представления о нем, сложившиеся на определенном этапе  общественно-исторической практики. Вместе с тем, за счет упрощений и схематизаций картина мира выделяет из бесконечного многообразия реального мира именно те его сущностные связи, познание которых  и составляет основную цель науки  на том или ином этапе ее исторического  развития.

При описании картины  мира эти связи фиксируются в  виде системы научных принципов, на которые опирается исследование и которые позволяют ему активно конструировать конкретные теоретические модели, объяснять и предсказывать эмпирические факты. В свою очередь, поле приложения этих моделей к практике содержит потенциально возможные спектры технико-технологических феноменов, которые способны порождать человеческая деятельность, опирающаяся на теоретическое знание.

Понятие "научная  картина мира" активно используется в с конца XIXв. Специальный анализ его содержания стал проводиться более или менее систематически с 60-х годов XX в., но до сих пор однозначное его понимание не достигнуто. Вероятно, это связано с объективной размытостью, неопределенностью самого понятия, результатов, методов и тенденций развития научного познания.

Существуют общенаучные  картины мира и картины мира с  точки зрения отдельных наук - физическая, биологическая, астрономическая, с  точки зрения каких-то господствующих, просто авторитетных в то или иное время представлений, методов, стилей мышления - вероятностно-статистическая, эволюционистская, системная, информационно  кибернетическая, синергетическая  и т.п. картины мира. В мировоззренческом и методологическом отношении научные картины мира выполняют функции связующего звена между философией и отдельными науками, специальными научными теориями.

Научная картина  мира включает в себя важнейшие достижения науки, создающие определенное понимание  мира и места человека в нем. В  нее не входят более частные сведения о свойствах различных природных  систем, о деталях самого познавательного  процесса. При этом научная картина  мира не является совокупностью общих  знаний, она представляет целостную  систему представлений об общих  свойствах, сферах, уровнях и закономерностях  природы.

Научная картина  мира служит промежуточным звеном между  философией и теорией конкретной науки (например: физики, если речь идет о физической картине мира). Научная  картина мира, с одной стороны, основывается на идеях, представлениях философии; с другой стороны - опирается  на эмпирический базис соответствующей  науки. Из взаимодействия этих источников и рождаются новые теоретические  принципы и категории конкретной науки.

В современной философской  и специально-научной литературе термин "научная картина мира" применяется, например, для обозначения  мировоззренческих структур, лежащих  в фундаменте культуры определенной исторической эпохи. В этом значении используются также термины "образ  мира", "модель мира", "видение  мира", характеризующие целостность  мировоззрения.

Картина мира  необыкновенно  сложна и проста одновременно. Сложна она потому, что способна поставить  в тупик человека, привыкшего к  согласующимся со здравым смыслом  классическим научным представлениям. Идеи начала времени; корпускулярно-волнового  дуализма квантовых объектов; внутренней структуры вакуума, способной рождать виртуальные частицы, и другие подобные новации придают нынешней картине мира немножко "безумный" вид.

      Человек - с момента его появления как  биологического вида на протяжении всего  своего существования пытается осмыслить  окружающий  мир, разобраться в  его устройстве и определить себя в нём.

    Естественно,  что с развитием самого человека  его взгляды на мир менялись: от языческих богов до теории  белковой жизни. В процессе  познавания мира человек открывал  для себя всё новые и новые  явления природы, которые не  могли существовать по отдельности   друг от друга. Начался процесс  объединения и познания мира  как единое целое. В последствии образовалась наука философия, из которой вытекли все известные науки.

    В философии, или в одном из её направление естествознание, с XVII в. начинают играть существенную роль философско-методологические принципы, позволяющие на определенном этапе развития знаний начать строить сравнительно цельные научные картины мироздания; закладывать основы идеи бесконечного приближения к объективной истине на основе механического объяснения природы. В первую очередь, это связано с такими именами как Коперник, Кеплер и Галилей. Галилей провозгласил главенствующую роль причинного объяснения природы, включая подчинение принципу причинности самой науки, и утверждал абсолютную объективность научной истины. Он подошел к анализу природных явлений как наблюдатель, отбросивший традиционные воззрения, что послужило формированию определенного стиля научного мышления. Галилей показал, как можно конкретизировать философские идеи в их методологическом качестве применительно к физическому познанию. Принцип относительности, сформулированный Галилеем, в этом отношении является одним из реализованных методологических идеалов, положенных в дальнейшем в основание первой научной физической картины мира - механистической. По праву его можно назвать основателем собственно научной методологии конкретного уровня.

      В своей повседневной жизни человек  сталкивается с множеством сил действующих  на тела: сила ветра или потока воды, давление воздуха,  мускульная сила человека, вес предметов, давление квантов  света, притяжение и отталкивание электрических  зарядов, сейсмические волны, вызывающие подчас катастрофические разрушения и  т.д.. Одни силы действуют непосредственно  при контакте с телом, другие, например гравитация, действуют на расстоянии, через пространство. Но, как выяснилось в результате развития естествознания, несмотря на столь большое разнообразие, все действующие в природе силы можно свести к четырем фундаментальным взаимодействиям.  Именно эти взаимодействия в конечном счете отвечают за все изменения в мире, именно они являются источником всех материальных преобразований тел, процессов. Каждое из четырех фундаментальных взаимодействий имеет сходство с тремя остальными и в то же время свои отличия. Изучение свойств фундаментальных взаимодействий составляет главную задачу современной физики.

      Гравитация

Гравитация первым из четырех фундаментальных взаимодействий стала предметом научного исследования. Созданная в XVII в. Ньютоновская теория гравитации (закон всемирного тяготения) позволила впервые осознать истинную роль гравитации как силы природы.

Гравитация обладает рядом особенностей, отличающих ее от других фундаментальных взаимодействий. Наиболее удивительной особенностью гравитации является ее малая интенсивность. Гравитационное взаимодействие в 1039 раз меньше силы взаимодействия электрических зарядов. Как может такое слабое взаимодействие оказаться господствующей силой  во Вселенной?

Все дело во второй удивительной черте гравитации - в ее универсальности. Ничто во Вселенной не может избежать гравитации. Каждая частица испытывает на себе действие гравитации и сама является источником гравитации, вызывает гравитационное притяжение. Гравитация возрастает по мере образования все  больших скоплений вещества. И  хотя притяжение одного атома пренебрежимо мало, но результирующая сила притяжения со стороны всех атомов может быть значительной. Это проявляется и  в повседневной жизни: мы ощущаем  гравитацию потому, что все атомы  Земли сообща притягивают нас. Зато в микромире роль гравитации ничтожна. Никакие квантовые эффекты в  гравитации пока не доступны наблюдению.

Кроме того, гравитация - далъподействующая сила природы. Это означает, что, хотя интенсивность гравитационного взаимодействия убывает с расстоянием, оно распространяется в пространстве и может сказываться на весьма удаленных от источника телах. В астрономическом масштабе гравитационное взаимодействие, как правило, играет главную роль. Благодаря дальнодействию гравитация позволяет Вселенной развалиться на части: она удерживает планеты на орбитах, звезды в галактиках, галактики в скоплениях, скопления в Метагалактике.

Сила гравитации, действующая между частицами, всегда составляет собой силу притяжения: она стремится сблизить частицы. Гравитационное отталкивание еще никогда  не наблюдалось.

Пока еще нет  однозначного ответа на вопрос, чем  является гравитация - неким полем, искривлением пространства-времени  или тем и другим вместе. На этот счет существуют разные мнения и концепции. Поэтому нет и завершенной  теории квантово-гравитационного взаимодействия.

  Электромагнетизм

По величине электрические  силы намного превосходят гравитационные, поэтому в отличие от слабого  гравитационного взаимодействия электрические  силы, действующие между телами обычных  размеров, можно легко наблюдать. Электромагнетизм известен людям с  незапамятных времен (полярные сияния, вспышки молнии и др.).

Не все материалы  частицы являются носителями электрического заряда. Электрически нейтральны, например, фотон и нейтрино. В этом электричество  отличается от гравитации. Все материальные частицы создают гравитационное поле, тогда как с электромагнитным- полем связаны только, заряженные частицы.

Долгое время загадкой была и природа магнетизма. Как  и электрические заряды, одноименные  магнитные полюсы отталкиваются, а  разноименные - притягиваются. В отличие  от электрических зарядов магнитные  полюсы встречаются не по отдельности, а только парами - северный полюс  и южный. Хорошо известно, что в  обычном магнитном стержне один конец действует как северный полюс, а другой - как южный.

Электрическая и  магнитная силы (как и гравитация) являются недействующими, их действие ощутимо на больших расстояниях  от источника. Электромагнитное взаимодействие проявляется на всех уровнях материи - в мегамире, макромире и микромире. Как и гравитация, оно подчиняется закону обратных квадратов. Электромагнитное поле Земли простирается далеко в космическое пространство, мощное поле Солнца заполняет всю Солнечную систему;   существуют   и   галактические   электромагнитные   поля, электромагнитное взаимодействие определяет также структуру атомов и отвечает за подавляющее большинство физических и химических явлений и процессов (за исключением ядерных). К нему сводятся обычные силы: силы упругости, трения, поверхностного натяжения, им определяются агрегатные состояния вещества, оптические явления и др.

        Слабое взаимодействие

К выявлению существования  слабого взаимодействия физика продвигалась медленно. Слабое взаимодействие ответственно за распады частиц; и поэтому к  его проявлением столкнулись  с открытием радиоактивности  и исследованием бета-распада. У  бета-распада обнаружилась в высшей степени странная особенность. Исследования приводили к выводу, что в этом распаде как будто нарушается один из фундаментальных законов  физики - закон сохранения энергии. Казалось, что часть энергии куда-то исчезала. Чтобы "спасти" закон  сохранения энергии, В. Паули предположил, что  при бета-распаде вместе с  электроном вылетает, унося с собой  недостающую энергию, еще одна частица. Она - нейтральная и обладает необычайно высокой проникающей способностью, вследствие чего ее не удавалось наблюдать. Э. Ферми назвал частицу-невидимку "нейтрино".

Но предсказание нейтрино - это только начало проблемы, её постановка. Нужно было объяснить  природу нейтрино, но здесь оставалось много загадочного. Дело в том, что  электроны и нейтрино испускались  нестабильными ядрами. Но было неопровержимо, доказано, что внутри ядер нет таких  частиц. Как же они возникали? Было высказано предположение, что электроны  и нейтрино не существуют в ядре в "готовом виде", а каким-то образом образуются из энергии радиоактивного ядра. Дальнейшие исследования показали, что входящие в состав ядра нейтроны, предоставленные самим себе, несколько  минут распадаются на протон, электрон и нейтрино, т.е. вместо одной частицы  появляется три новые. Анализ приводит к выводу, что известные силы не могут вызвать такой распад. Он, может, порождался какой-то иной, неизвестной  силой. Исследования показали, что этой силе соответствует некоторое слабое взаимодействие.

Слабое взаимодействие по величине значительно меньше всех взаимодействий, кроме гравитационного, и в системах, где оно существует, его эффекты оказываются в тени электромагнитного сильного взаимодействий. Кроме того, слабое взаимодействие распространяется на очень незначительных расстояниях. Радиус слабого взаимодействия очень мал. Слабое взаимодействие прекращается на расстоянии, большем 1016 см от источника, и потому оно не может влиять на макроскопические объекты, а ограничивается микромиром, субатомными частицами. Когда началось лавинообразное открытие множества нестабильных субъядерных частиц, то обнаружилось, что большинство из них участвуют в слабом взаимодействии.

Теория слабого  взаимодействия была создана в конце 60-х гг. С момента построения Максвеллом теории электромагнитного поля создание этой теории явилось самым крупным  шагом на пути к единству физики.

      Сильное взаимодействие

Последнее в ряду фундаментальных взаимодействий - сильное  взаимодействие, которое является источником огромной энергии, более характерный  пример энергии, высвобождаемой сильным  взаимодействием, - Солнце. В недрах Солнца и звезд непрерывно: протекают  термоядерные реакции, вызываемые сильным  взаимодействием. Но и человек научился высвобождать сильное взаимодействие: создана водородная бомба, сконструированы  и совершенствуются технологии управляемой  термоядерной реакции. К представлению  о существовании сильного взаимодействия физика шла в ходе изучения структуры  атомного ядра. Какая-то сила должна удерживать положительно заряженные протоны в  ядре, не позволяя им разлетаться под  действием электростатического  отталкивания. Гравитация слишком слаба  и не может это обеспечить; очевидно, необходимо какое-то взаимодействие, причем, более сильное, чем электромагнитное. Впоследствии оно было обнаружено. Выяснилось, что хотя по своей величине сильное взаимодействие существенно  превосходит все остальные фундаментальные  взаимодействия, но за пределами ядра оно не ощущается. Как и в случае слабого взаимодействия, радиус действия новой силы оказался очень малым: сильное взаимодействие проявляется  на расстоянии, определяемом размерами  ядра, т.е. примерно 1013 см. Кроме того, выяснилось, что сильное взаимодействие испытывают не все частицы. Так, его  испытывают протоны и нейтроны, но электроны, нейтрино и фотоны не подвластны ему. В сильном взаимодействии участвуют  обычно только тяжелые частицы. Оно  ответственно за образование ядер и  многие взаимодействия элементарных частиц.