Современная физическая картина мира

Введение в физику. Концепции описания природы.

Физика – наука о природе, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материального мира. Вследствие такой общности физика и ее законы лежат в основе всего естествознания. В истории формирования физики как науки выделяют несколько этапов: предистория физики (от древнейших времен до ХVII в), период классической физики (XVII в.– начало ХХ в.), период неклассической (современной) физики (с начала ХХ в).

Физика изучает материальный мир. Материя – бесконечное множество всех сосуществующих в мире объектов и систем. Она включает в себя не только непосредственно наблюдаемые объекты и тела природы, но и все те, которые не даны человеку в ощущениях. На современно этапе развития естествознания ученые различают следующие виды материи: вещество, физическое поле и физический вакуум.

Вещество – основной вид материи, обладающий массой покоя (элементарные частицы, атомы, молекулы и многочисленные образованные из них материальные объекты).

Физическое поле – особый вид материи, обеспечивающий физическое взаимодействие материальных объектов и их систем (электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, волновые поля).

Физический вакуум – особое энергетическое состояние поля. Вакуум не является пустотой, а представляет собой материальную среду, в которой постоянно рождаются и исчезают частицы.

На каждом этапе развития естествознания закономерно менялись представления о материи. Эти представления находят свое выражение в борьбе двух концепций о форме и свойствах материи: корпускулярной и континуальной.

В основе корпускулярной теории (концепции прерывности, дискретности) лежит представление об атомистическом строении вещества. Согласно корпускулярной теории все виды материи состоят из частиц (квантов), имеющих определенную энергию, точечные размеры, обладающих связями. При этом взаимодействия между этими частицами передаются без физической среды (принцип дальнодействия).

Континуальная теория описывает волновые процессы. Здесь материя рассматривается как форма поля, равномерно распространенного в пространстве. После случайного возмущения поля возникают волны, взаимодействие которых приводит к появлению атомов, молекул и других частиц. Согласно континуальной теории передача взаимодействия происходит от точки к точке (принцип близкодействия).

Структурные уровни материи

В настоящее время считается, что признаком структуры материи являются размер объекта и его масса. На основе этих критериев выделяют следующие уровни организации ( структурные уровни) материи: микромир, макромир, мегамир.

- микромир – область предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых материальных объектов, размер которых определяется в диапазоне от 10^-8 до 10^{-16 см, а время жизни – от бесконечности до 10-24} с. Это мир атомов и элементарных частиц, которые обладают как волновыми, так и корпускулярными свойствами.

- макромир – мир материальных объектов, соизмеримых по своим масштабам с человеком. На этом уровне пространственные величины измеряются в диапазоне от миллиметров до километров, а время в диапазоне от секунд до лет. Макромир представлен макромолекулами (полимеры), веществами в различных агрегатных состояниях (газ, жидкость, твердое), живыми организмами, человеком и продуктами его деятельности.

- мегамир – сфера огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется астрономическими единицами, световыми годами и парсеками (см 4.1), а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет. К этому уровню относятся наиболее крупные материальные объекты и их системы: звезды, галактики и их скопления (метагалактики).

Основы классической физики.

Эволюция классической физики представляет собой формирование механистической, термодинамической и электромагнитной картин мира.

Основы классической физики были заложены в XVI в Г.Галиллеем, а затем развиты в XVII в в механике И.Ньютона.