КВАНТОВО-ПОЛЕВАЯ КАРТИНА МИРА

На рубеже XIX и XX вв. вскрылся целый ряд теоретических проблем и экспериментальных фактов, которые не находили объяснения в рамках электродинамической картины мира. Укажем лишь основные из них: соотношение «заряд-поле», спектральные закономерности, радиоактивность, устойчивость атома, тепловое излучение. Невозможность последовательного объяснения этих явлений в рамках электродинамической картины мира привела к тому, что на смену ей пришла КВАНТОВО-ПОЛЕВАЯ КАРТИНА МИРА*.

Как видно из названия, в ней сохранена идея о реализации любых взаимодействий с помощью специфических полей (электромагнитного, гравитационного и т. п. ). Новым же в ней является включение в теорию принципа квантования.

Первый шаг в построении современной картины мира был сделан М. Планком, который в 1900 г. сформулировал следующую гипотезу: атомы (и вообще любые осцилляторы) излучают свет дискретными порциями – квантами. Позже, в 1905 г. , А. Эйнштейн предположил, что свет распространяется также изолированными квантами. Н. Бор обосновал модель атома, в основе которой лежало предположение о стационарности орбит и излучении и поглощении энергии электроном только при переходе с одной орбиты на другую. В 1924 г. Луи де Бройль выдвинул принцип корпускулярно-волнового дуализма, немыслимый на предыдущих этапах развития физики: с каждым волновым процессом связаны корпускулярные проявления, а сдвижением отдельной частицы связан волновой процесс. Эта идея нашла экспериментальное подтверждение и лежит в основе квантовой механики.

Изучение строения атомного ядра привело к введению третьего вида фундаментальных взаимодействий – сильного (ядерного) взаимодействия, что позволило объяснить (в рамках этой модели) строение и свойства ядра, энергетику ядерных реакций, причины радиоактивного распада и т. п.

Успехом теории сильных взаимодействий было экспериментальное обнаружение в 1947 г. элементарных частиц этого взаимодействия – мезонов.

Таким образом, в рамках квантово-полевой картины мира рассматривались три вида фундаментальных взаимодействий: гравитационное, электромагнитное и сильное.

Современная физическая картина мира представляет собой дальнейшее развитие квантово-полевой теории середины ХХ в.

В конце 60-х годов ХХ века была в основном закончена разработка теории четвертого из ныне известных видов фундаментальных взаимодействий – слабого. Этот вид взаимодействий описывает процессы бета-распада и ряд аналогичных явлений. В 1983 г. были обнаружены в эксперименте элементарные частицы слабого взаимодействия – векторные бозоны. Сейчас уже создана объединенная модель слабых и электромагнитных взаимодействий (теория электрослабого взаимодействия), делаются попытки создать единую теорию всех взаимодействий (так называемое великое объединение), а также дать общую систематику всех элементарных частиц.

Понятие элементарности пересматривалось на разных этапах формирования естественнонаучной картины мира. В частности, заряд электрона в течение почти века считался элементарным электрическим зарядом, но в 70-е годы было доказано, что у кварков – частиц, из которых состоят адроны, - заряд равен + 2е/3 и + 1е/3. Это еще раз подтвердило основные положения диалектики о познаваемости материи и неисчерпаемости ее свойств.

В развитии физики четко проявлялась тенденция, характерная для современного научно-технического прогресса, - интеграция наук. Например, развитие физики элементарных частиц и ядерной физики, их слияние с астрономией привели к развитию астрофизики, рассматривающей свойства небесных тел и процессы, в них протекающие, а также закономерности эволюции звезд и Вселенной.