Материал, который вы изучали, является результатом гигантской исследовательской работы, выполненной в течение многих веков учеными всего мира по исследованию различных форм движения материи, строения и свойств материальных тел. Вы убедились в том, что при всем своем разнообразии окружающий мир единый. Его единство оказывается, в первую очередь, в том, что все явления, какими бы сложными они ни казались, являются разными состояниями и свойствами подвижной материи, имеют в конечном результате материальное происхождение. Единство мира проявляется также во взаимосвязи всех явлений, возможности взаимопревращений форм материи и движения. Вместе с тем единство мира оказывается в существовании общих законов движения материи.
Задача физики и других естественных наук заключается в том, чтобы выявить всеобщие законы природы и объяснить на их основе конкретные явления и процессы.
Отражением единства мира в познании является синтез научных знаний, приобретенных в процессе исследования природы разными науками. На каждом этапе развития науки возникает потребность объединения научных знаний в единую систему знаний о явлениях, процессах и других объектах природы в естественно-научную картину мира.
Физическая картина мира представляет часть всей системы знаний о природе, поскольку она касается лишь физических свойств материальных тел и физических форм движения материи.
Физическая картина мира дает общее синтезированное представление о сути физических явлений на определенном этапе развития физической науки. С развитием физики ученые открывают новые законы. Одновременно устанавливается связь между данными законами, некоторые из них получают теоретическое обоснование и дальнейшее обобщение, на основе чего часто становится возможным вывести известные ранее законы из более общих физических теорий, принципов. Так, из электронной теории строения вещества можно вывести законы Ома, Джоуля-Ленца и т. п.
В древнем мире все знания о природе объединяла в себе физика, и уже в то время были сформулированы основные элементы материалистического понимания мира. Мыслители Древней Греции Левкип, Демокрит, Эпикур, Лукреций Кар утверждали, что окружающий мир по своей природе материален, несоздаваемый и неуничтожаемый, существует вечно во времени и безграничный в пространстве. Все тела состоят из первичных, далее неделимых частиц — атомов, которые при всех изменениях не возникают из ничего и не уничтожаются, а лишь взаимодействуют и преобразовываются.
Миколай Коперник в 1543 г. предложил гелиоцентрическую систему мира. Прогресс физических знаний подготовил почву для формирования механической картины мира на основе законов механики Ньютона. Согласно учению Ньютона, весь мир состоит из твердых, непроницаемых частиц - атомов, имеющих массу и инертные свойства.
Физика Ньютона давала достаточно общую и относительно наглядную картину мира. Она стала теоретической основой разных отраслей техники того времени. До второй половины XIX в. механическая картина мира достигла определенной завершенности и казалась неопровержимой.
При изучении электромагнитных явлений (исследование Эрстеда, Ампера, Араго и т. д.) выяснилось, что они не подчиняются механике Ньютона. Выходя из этого Майкл Фарадей, развивая теорию электромагнитного поля, установил взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями.
С развитием электродинамики в физике постепенно утверждается представление о мире как об общей системе, построенной из электрически заряженных частиц, взаимодействующих между собой с помощью электромагнитного поля. Иначе говоря, начинается создание единственной электромагнитной картины мира, все события в которой подчиняются законам электромагнитных взаимодействий.
Однако дальнейшее развитие физики показало ограниченность электромагнитной картины мира. В этой картине материя рассматривалась как совокупность положительно и отрицательно заряженных частиц, взаимодействующих через поле тяготения и электромагнитное поле. Но со временем
выяснилась ограниченность этой картины мира. Она не могла объяснить стойкость атомов, не охватывала тяготения (закон всемирного тяготения нельзя вывести из теории электромагнитного поля), не объясняла химическую связь атомов в молекулах, явления радиоактивности и т. п.
Фундаментальные открытия в физике в начале XX в. привели к замене электромагнитной картины мира качественно новой - квантово-полевой. Она основывается на достижениях квантовой механики, которая объяснила структуру атомов и молекул, физико-химические свойства макроскопических тел, описала много свойств и законов элементарных частиц.
С точки зрения современной физики, существуют две основные формы материи — вещество и поле. Вещество имеет прерывистое (дискретное) строение, а поле - непрерывное.
Современная физическая картина мира - это результат обобщения важнейших достижений всех физических наук. Хотя эта картина мира и отмечается большой всеобщностью, и успешно объясняет многие явления, но в природе существуют явления, которые физика еще объяснить не может. Современная физическая картина мира постоянно развивается и совершенствуется, на смену существующим квантово-полевым представлениям придет новая картина, которая глубже и точнее будет отображать объективный мир физических явлений. Но эта картина мира будет содержать в себе все то, что мы уже знаем о физических явлениях.
Вы уже знаете, что от источника света, например от лампочки или свечи, свет распространяется во все стороны и падает на окружающие предметы, в том числе и нагревая их. Попадая в глаз, свет вызывает зрительное ощущение - мы видим то, что окружает нас. Можно сказать, что при распространении света передается действие от одного тела -источника света - к другому - приемнику.
Вообще одно тело может воздействовать на другое двумя разными способами: или переносить вещество от источника к приемнику, или изменять состояние среды между телами (в данном случае вещество не переносится).
Можно, например, заставить звенеть колокольчик, находящийся на некотором расстоянии, попав в него шариком (рис. 293, а). При этом происходит перенос вещества. Но можно действовать иначе: привязать шнур к сердцевине колокольчика и заставить его звучать, посылая по шнуру волны, которые будут раскачивать его сердцевину (рис. 293, б). В этом случае вещество не
будет переноситься. По шнуру будет распространяться волна, изменяя его состояние (форму). Следовательно, действие от одного тела к другому может передаваться волнами.
В соответствии с двумя возможными способами передаваемости действия от источника к приемнику возникли и начали развиваться две совсем разные теории о том, что такое свет и какова его природа. Причем возникли они почти одновременно в XVII в.
Первая теория связана с именем Исаака Ньютона, а вторая - с именем Христиана Гюйгенса.
Ньютон придерживался так называемой корпускулярной теории света, согласно которой свет - это поток частиц, вылетающих от источника, направляясь во все стороны (перенесение вещества).
По волновой теории Гюйгенса, свет - это волны, распространяющиеся в особенной, гипотетической среде — эфире, который заполняет все пространство и проникает внутрь всех тел.
Обе теории длительное время существовали параллельно. Ни одна из них не могла победить. Лишь авторитет Ньютона заставил большинство ученых отдать преимущество корпускулярной теории. Известные на то время из опытов законы распространения света более или менее успешно объяснялись обеими теориями.
На основе корпускулярной теории было трудно объяснить, почему световые пучки, пересекаясь в пространстве, никак не действуют друг на друга. Ведь световые частицы должны сталкиваться и рассеиваться.
Волновая же теория это легко объясняла. Волны, например, на поверхности воды свободно проходят одна сквозь другую и не влияют друг на друга.
Однако волновой теорией трудно объяснить прямолинейное распространение света, которое обусловливает образование за предметами четких теней. Согласно корпускулярной теории, прямолинейное распространение света - это просто следствие закона инерции.
Такое представление о природе света использовали до начала XIX в., до той поры, пока не были открыты явления дифракции (огибание светом препятствий) и интерференции света (усиление или послабление освещенности от накладывания световых пучков). Эти явления свойственны только волновому движению. Объяснить их корпускулярной теорией нельзя. Поэтому казалось, что волновая теория окончательно победила.
Такая уверенность особенно выросла после того, как Джеймс Максвелл во второй половине XIX в. показал, что свет является отдельным случаем электромагнитных волн. Труды Максвелла стали почвой для электромагнитной теории света.
После того как Генрих Герц экспериментально выявил электромагнитные волны, никаких сомнений в том, что при распространении свет ведет себя как волна, не осталось.
Однако в начале XX в. представления о природе света начали коренным образом меняться. Неожиданно выяснилось, что отброшенная корпускулярная теория все же имеет под собой почву.
При излучении и поглощении свет ведет себя подобно потоку частиц.
Было выявлено прерывистое, или, как говорят, квантовое, свойство света. Возникла необычная ситуация: явления интерференции и дифракции, как и раньше, можно было объяснить, считая свет волной, а явления излучения и поглощения - считая свет потоком частиц. Эти два, казалось бы, несовместимые друг с другом представления о природе света в 30-е годы XX в. удалось непротиворечиво объединить в новой выдающейся физической теории — квантовой электродинамике.
Позже выяснилось, что двойственность свойств характерна не только для света, но и для любой другой формы материи.
ВОПРОСЫ К ИЗУЧЕННОМУ
1. Назовите основные этапы становления современной физической картины мира.
2. Какие фундаментальные открытия в физике приводили к изменению физической картины мира?
3. Что представляет собой современная физическая картина мира?
4. Как развивались взгляды на природу света?
Это материал учебника Физика 9 класс Сиротюк