Курганский Государственный Университет (экономический факультет)
Реферат
Тема: Становление физической картины мира от Галилея до Эйнштейна
проблема элементарного.
Курган 2001
План.
Введение…………………………………………………………….3-4
I. Метод Галилея……………………………………………………4-5
1. Анализ исторической обстановки и проблемной ситуации в науке. Новые концепции Галилея……………………………..4-5
2. Заслуга Галилея………………………………………………5
II.Классическая механика…………………………………………5-7
III.Максвелл: развитие и кризис механической картины мира...7-13 1.Молекулярно – кинетическая концепция…………………...7-10
2.Теориия электромагнитного поля и кризис механической картины мира …………………………………10-11
3.Эйнштейн и рождение релятивистской физической картины мира……………………………………………………………..11-13
Заключение………………………………………………………….13Введение…………………………………………………………….14
V.Проблема Элементарного…………………………………….14-21
1.Какой объект можно назвать «самым элементарным»…..15-17
2. Систематика элементарных частиц. Суперэлементарные частицы…………………………………17-20
Заключение………………………………………………………..20-21
Список литературы………………………………………………….22
Введение.
Научную картину мира следует понимать как широкую панораму современных знаний о природе, включающую в себя наиболее важные факты, гипотезы, теории. Функциональное значение такого рода суммарного знания видится в обеспечении синтеза знания, связи различных разделов естествознания. При этом есть расхождения понимания того, для чего необходим синтез:
Одни считают, что он нужен в плане методологическом, обеспечивая интеграцию научного знания.
Другие – что он нужен скорее в плане психологическом, помогая преодолевать узкую специализацию современных исследований.
Это различие в понимании функций картины мира в свою очередь ведет к расхождению в самом подходе к её анализу:
В первом случае для понимания смысла и роли картины мира в научном познании необходимо рассматривать методологию современной науки, структуру научного знания;
Во втором – исследовать специальную обусловленность научного познания, социально – психологические и социокультурные факторы деятельности учёных.
В противовес точке зрения авторов, выдвигающих на первый план идею синтеза, объединения разнообразных естественнонаучных знаний, ряд исследователей считает, что научная картина мира необходима при построении каждой отдельной теории как составная часть её фундамента. (В.С. Степин)
В.С. Степин считает, что научная (например, физическая) картина является необходимым компонентом каждой отдельной теории. Будучи по происхождению результатом синтеза научных знаний, частнонаучные картины мира дают, по его мнению, видение основных систематических характеристик предмета исследования соответствующей науки. «Такое видение. Изменяясь по мере исторического развития научных знаний, выражается по средствам представлений:
1. Об элементарных объектах, из которых предполагаются построены все другие объекты, исследуемые в соответствующей науке
2. О типологии исследуемых объектов
3. О характеристике взаимодействия объектов (об особенности причинности и закономерности)
4. О пространстве – временных характеристик изучаемой реальности».
Учитывая указанные разногласия, В.А. Амбарцумян и В.В. Каротинский предполагают различные трактовки физической реальности в широком и узком смысле этого слова.
Физическая картина мира в узком смысле этого слова – это система фундаментальных конструктов, характеризующих основные свойства физической реальности (пространства, время, вещество, поле, вакуум) связи между которыми представлены физическими принципами.
Физическая картина мира в широком смысле этого слова – это наиболее общие конкретно-исторические представления о физическом мире, который с точки зрения стиля научного мышления конкретной эпохи рассматривается как наиболее важные и существенные.
II.Метод Галилея.
С именем Галилея связано начало принципиально важного этапа развития физического знания – восхождение на уровень познания.
Анализ исторической обстановки и проблемной ситуации в науке. Новые концепции Галилея.
Принятые в научном сообществе того времени методологические принципы требовали, чтобы теоретические суждения непосредственно подтверждались чувственным данным.
Исторически сложившаяся проблемная ситуация не позволяла Галилею принять порцию эмпиризма[1], согласно которой все научные утверждения возникают только в результате обобщения непосредственно наблюдаемых фактов. Он стремился выработать и защитить существенно иное отношение исследователей к эмпирическим данным.
Требования логической (и математической) самосогласованности, системной целостности всех утверждений физической науки опирается у Галилея на важную мировоззренческую идею о целостности Вселенной, единообразии «способа действия самой природы».
Целостность, совершенство, самосогласованность научного знания (которой не смогли добиться ни Аристотель, ни тем более его средневековые последователи) основываются на гармонии мироздания.
В методологическом плане это означает, что наука должна находить исходные, базисные формы этого порядка, обладающие к тому же высшей универсальностью и потому позволяющие на их основе объяснить всё происходящие в мире. Так, в физике Нового времени входила идея, что общий принцип построения целостной, объясняющей все явления научной теории должен исходить из общей физической картины мира.
По Галилею, закономерности мира отражаются именно в количественных отношениях между наблюдаемыми явлениями, а не в той внешней видимости отдельно взятых фактов, которые носит видимости обычно обманчивый характер. Математика, отражающая универсальные формы природных законов, выступает для Галилея важнейшим средством проверки взаимной согласованности фактических данных и теоретических построений.
Согласно Галилею, логические конструкции из идеализированных объектов можно рассматривать как научно достоверные при следующих условия:
Вся система выдерживает проверку на внутреннюю логическую согласованность, целостность;
Идеализации и теоретические модели, отражая общие законы данной области явлений, позволяют с единых позиций (единообразным способом) объяснять всю совокупность фактов, в том числе и кажущихся эффектов, предсказать ещё не наблюдавшиеся события;
Идеализация и теоретические модели отнюдь не являются вспомогательными или фиктивными умственными построениями, они отражают общий план мироздания, общие законы данной области явлений, картину мира.
Заслуга Галилея.
Он не только обратился к научным эксперимента, не только ввёл метод предельных идеализаций, не только использовал математику, но прежде всего предвосхитил принципы методом построения физических теорий. Эта методология включает в себя использование экспериментов (как реальных, так и мысленных), создание фундаментальных идеализаций, построение с их помощью конструктивных теоретических моделей реальности с применением математического аппарата и самое главное, без чего теряет смысл применение всех указанных методологических средств, - «разработку и конструктивное использование общих представлений о принципах строения мироздания, научной картины мира на теоретическом уровне».
III. Классическая Механика.
В истории механики за работами Галилея (который также имел предшественников в накоплении эмпирических фактов и обобщений и в разработке теоретических предпосылок механики) последователи многочисленные работы целой плеяды выдающихся учёных. Их коллективными усилиями шаг за шагом не только строилось всё здание классической механики, но и совершенствовался её концептуальный фундамент, система исходных теоретических идеализаций. Создание фундамента идеализаций явилось своеобразной, характерной для теоретического уровня познания формой логического анализа материальной действительности. Продуктами анализа стали идеализации элементарного объекта, элементарного процесса, пространственно – временных отношений, формы детерминизма[2], отразившие конкретное содержание картины мира.
Хотя чувственные восприятия небесных тел, движения которых оказалось в центре внимания Галилея и Ньютона, с самого начала подсказывали образ точечного объекта, теоретическая идеализация материальной точки родилась не сразу. И Галилей, и Ньютон широко использовали понятие тела как движущегося объекта. Лишь позже, когда выяснилось, что поле тяготения сферически симметрического тела выглядит в точности так, как если бы вся масса этого тела была сосредоточена в его геометрическом центре, в одной точке, идея теоретического замещения материальных тел идеализированными образами материальных точек могла рассматриваться как логически согласованная со всем содержанием теории.
Идеализация материальной точки широко использовалась Л. Эйлером в его программе построения механики. В основе этой программы, которую Л. Эйлеру во многом удалось реализовать, лежало принципиальное убеждение, что сложные случаи механического движения могут быть теоретически представлены конструктивными моделями, построенными из образов взаимодействия и перемещающихся материальных точек. Логически исходным пунктом системы механики, по Л. Эйлеру, выступают изложенные в его трактате 1736 года теория движения свободной материальной точки и динамика точки при наличии связей.
Кроме идеализации основного элементарного объекта в логической структуре теории принципиальное значение имеет идеализация основного элементарного процесса (в данном случае – формы движения). Галилей вплотную приблизился к выработке такой идеализации в представлениях о равномерном движении (по окружности), которое, раз начавшись, продолжается бесконечно, если этому не препятствует внешние действия.
Р. Декарт поправил и дополнил Галилея, сформулировавший два исходных понятия: «…однажды пришедшее в движение тело продолжает двигаться, пока это движение не задержится каким-либо встречным телом.», при этом «каждая частица материи в отдельности стремится продолжать дальнейшее движение не по кривой, а исключительно по прямой…». Соединённые вмести эти два положения у И. Ньютона приняли форму первого закона механики.
Для построения теоретических моделей механического движения существенно система пространственно – временного описания. Введение системы координат и разработка математики переменных величин вооружили учёных универсальным средством теоретического изображения механического движения, сочетающего в себе высокую степень абстрактности (изображение движения тела математической функцией) с высокой степенью наглядности (графики функций в заданной системе координат мог непосредственно изображать траекторию перемещения тела в пространстве с течением времени).
Теоретическое знание может выполнить свои основные функции лишь в том случае, если в нём отражена конкретная форма детерминации исследуемых явлений, прежде всего фундаментальные законы изменения состояния, взаимодействия. И. Ньютон ввёл понятие силы как причины изменения состояния движения по величине и по направлению (или одновременно по величине и по направлению). В механике Ньютона источниками и точкой приложения сил являются материальные точки.
Центральное место в системе трёх законов механики занимает второй закон Ньютона – основной закон движения. Он связан с изменением состояния материальной точки с величиной и направлением действующей на него сил: ускорение, с которым движется тело прямо пропорционально силе действующей на это тело и обратно пропорционально массе этого тела. Данный закон позволяет объяснить и прогнозировать изменение механического движения тела в зависимости от величины и направления силы и от предшествующего состояния движения.
Выдающейся заслугой Ньютона явилось установление конкретного закона, определяющего величину действующей силы для случая гравитационного взаимодействия, - закон Всемирного тяготения.
Несмотря на ограниченность механической картины мира по её содержанию, основные особенности методологии физического познания, проявившиеся в ходе создания и развития классической механики, воспроизводятся и в процессе построения последующих физических теорий, как бы ни отличалось их конкретное содержание и даже содержание фундаментального представление картины мира от концептуального содержания классической механики. В этом отношении классическая механика до сегодняшнего дня остаётся и классическим примером построения естественно – научной теории.
IV. Максвелл: развитие и кризис механической картины мира.
Молекулярно-кинетическая концепция.
Важная мировоззренческая идея единства небесного и земного, которую мы встречаем уже в работах Галилея и Ньютона, всё в большей мере побуждала применять фундаментальные образы механической картины мира к самым различным явлениям, непосредственно окружавшие человека. В XIX веке новый принципиально важный этап в развитии механической картины мира оказался связан с применением её основных представлений к созданию теории, объясняющей свойства газов, а затем жидкости и твёрдых тел.
Основные этапы развития знаний о свойстве газов:
В 1643 году Э. Торричелли обнаружил, что ртуть в запаянной сверху стеклянной трубке, опущенной другим концом в сосуд с ртутью, устанавливается на высоте 46 см; он дал правильное толкование этого явления: давление воздуха уравновешивается весом столбика ртуть. В результате этого открытия наука получила прибор для измерения давления.
Почти через 20 лет Р. Бойль установил, что при уменьшении объёма газа в замкнутом сосуде давление соответственно возрастает, при увеличении – уменьшается. Это означало, что произведение давления газа на его объём есть величина постоянная (для данной массы газа при постоянно температуре).
В 1787 году Ж. Шарль экспериментально доказал, что в замкнутом сосуде с изменением температуры на один градус давление газа изменяется на 1/ 273 первоначального, т.е. изменяется по линейному закону.
Через 14 лет Ж. Гей-Люссак определил опытным путём, что объём данной массы газа меняется линейно с изменением температуры (при постоянном давление).
В ходе этих эмпирических исследований перед учёными вырисовывалась целая область своеобразных явлений, в которых центральную роль играли свойства и отношения, выражаемые понятия «давление», «температура», «объём». Чтобы перейти от суммы частных эмпирических законов к общей теории поведения газа, необходимо было либо найти возможность ввести теоретические представления механики с их центральными понятиями движущихся материальных точек, либо найти другие, специфичные для данных фундаментальные образы. Последние означало, что для теоретического объяснения свойств газов необходима физическая картина мира, отличающаяся от механической.
Исследования на теоретическом уровне создали предпосылки для объединения найденных ранее разрозненных эмпирических законов поведение газов. Опираясь на идеи и метод С. Карно, Б. Клайперон, в 1834 году объединил законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля: произведение объёма газа на давление пропорционально абсолютной температуре. Найденные ранее эмпирические законы можно было вывести из объединенного закона как его частные случаи и, кроме того, он отражал тот существенный для практики случай, когда одновременно применяются все три параметра – давление, объём и температура. Это был важный, но пока ещё формальный шаг, так как Б. Клайперон не имел адекватных представлений о природе теплоты, придерживался теории теплорода и не пользовался ни какими представлениями о природе газа, с помощью которого можно было бы объяснить законы его поведения.
Следующий шаг – превращение термодинамики в относительно завершённую физическую теорию - во многом связан с именем В.Томсона и Р. Клаузиуса. В серии работ 50-х годов они чётко сформулировали два фундаментальных принципа термодинамики, уточним и развили систему основных её понятий. В связи со вторым принципом термодинамики было введено понятие энтропии[3], важнейшей наряду с энергией характеристикой термодинамической процессов.
Принципы термодинамики понимались её творцами как неограниченно всеобщие, пригодные для понимания всех процессов в мире. Однако отождествление термодинамической картины с общей физической картиной мира рождало парадоксальный вывод о так называемой тепловой смерти Вселенной. Парадокс состоял в том, что из второго принципа термодинамики, который подтверждался всеми исследованиями термодинамических процессов, с неизбежностью, казалось бы, следовал вывод, что с течением времени разность температур между телами во Вселенной должна исчезнуть и тогда наступит состояние теплового равновесия, равносильное смерти, так как динамические процессы, порождающие и поддерживающие сложноорганизованные системы, основаны на разности температур, возможности производить работу.
Представление так называемой аксиоматической (то есть формально построенной на основе двух основных постулатов) термодинамики не могут претендовать на роль первичных базисных даже в своей области, а тем более в теоретическом осмысление всех процессов Вселенной.
Основополагающие работы в области молекулярно-кинетической теории теплоты принадлежат Клаузиусу. Это общий метод построения объясняющих теоретических моделей для газов, жидкостей твёрдых тел, на изображении в виде системы большого числа движущихся и взаимодействующих материальных точек, отождествленных с атомами и молекулами. Он вводил более сложные представления о формах движения молекул: кроме поступательного движения они обладают вращением, могут испытывать колебание относительно положение равновесия в твёрдом теле, каждая молекула обладает и внутренними движениями. В газе все направления движения равновероятны, однако Клаузиус, как отмечал позже Дж. К. Максвелл, «не определить, равны ли скорости всех молекул одного и того же газа или, если они не равны, то имеет ли какой-нибудь закон их распределения». Как и Крёнинг, Клаузиус в своих расчётах условно приписывал всем молекулам одинаковое значение скорости, соответствующее среднему статистическому.
Вопросы о характере движения молекул, а вместе с тем о специфике детерминизма в области молекулярного движения были глубоко разработаны Дж. К. Максвеллом. «…распределяя молекулы по группам согласно их скорости, мы можем заменить невыполнимую задачу наблюдения всех столкновений отдельной молекулы регистрацией увеличения или уменьшения числа молекул в различных группах. Следуя этому методу, - единственно возможному с точки зрения экспериментальной, так и математической мы переходим от строго динамических методов к методам статистики и теории вероятности». При этом Дж. К. Масксвелл опирался на следующее важное утверждение: хотя скорость каждой молекулы будет существенно меняться при каждом её столкновении с другой, число молекул, входящих в ту или иную группу, будет стабильным. А это и означало, что прослеживать «судьбу» каждой отдельной молекулы нет необходимости, даже если бы это было технически возможно.
Только переход к более последовательной системно согласованной трактовке статистического характера законов движения молекул газа позволили получить результаты, согласующиеся со всеми экспериментами.
На основе статистической трактовки природы второго закона термодинамики Л. Больцман разработал последовательное разрешение парадокса «тепловой смерти» Вселенной. Современной точки зрения оно уже не является достаточно полным и достаточно убедительный, но в то время это было первым логическим согласованным «в рамках имевшихся теоретических представлений» ответом на вопрос, почему «тепловая смерть» ещё не наступила. По Л. Больцману, «тепловая смерть» наступила много раз и много раз Вселенная в большей или меньшей степени отклонилась от равновесного состояния полного молекулярного беспорядка к состояниям неравновесным и более упорядоченным, то есть к состояниям с меньшей энтропией, с температурными различиями. Это возможно потому, что в процессах, подчинённых статистическим законам, всё время возникаю флуктуации - случайные отклонения от наиболее вероятного состояния.
Молекулярно – кинетическая концепция, в отличие от классической механики, имела принципиально иную методологическую основу, она раскрывала реальную структуру вещества и внутренний механизм процессов, происходящих в газах, жидкостях, твёрдых телах.
Теория электромагнитного поля и кризис механической картины мира.
Дж. К. Максвелл не только внёс вклад в развитие молекулярно – кинетической концепции, базировавшейся на представлениях механической картины мира, но и создал теорию электромагнитного поля, вызвавшую кризис и крушение этой картины.
Механическая картина мира опиралась на представления, что силы действуют по направлению прямой, соединяющей взаимодействующие тела (материальные точки), то есть являются центральными силами. Другими словами в картине мира классической механики все взаимодействия сводились к притяжению или отталкиванию частиц, это было, пожалуй, главным основанием для того, чтобы в рамках ньютоновской системы абстрагироваться от роли промежуточной среды в передачи взаимодействия.
С открытием Х. К. Эрстеда возникла принципиально новая ситуация противоречившая представлениям механической картины мира: на определённом расстоянии от проводника с током на магнитную стрелку действовала сила, которая не притягивала и не отталкивала, а лишь стремилась вращать стрелку вокруг проводника, то есть действовала в «бок». В след за развитием Эрстеда А. Ампер доказал на опыте, что круговой электрический ток создаёт магнитное поле, направленное по оси круга. Тем самым была выявлена не только удивительная симметрия электрического и магнитного явления (прямолинейный проводник с током создаёт магнитное поле, направленное по кругу вокруг проводника; круговой ток создаёт магнитное поле, направленное по оси круга), но и их глубокое внутреннее единство, взаимопорождение.
В то же время радикальное противоречие с важнейшим принципом классической физической картиной мира – принципом центральных сил – вынуждало признавать активную роль среды, окружающей проводники или магниты, в том числе и физического «вакуума». Таким образом, становилось необходимым существенно изменить представление в физической картине мира, включив в неё принципиальную роль промежуточной среды.
Эрстед по существу установил решающий факт, существенно повлиявший затем на переход от механической картины мира к новой, электромагнитной.
В 1831 году М. Фарадей установил, что в момент изменения величины тока в одном контуре в расположенном рядом контуре на короткое время возникает электрический ток. В момент движения магнита около катушки в ней тоже на короткое время возникает электрический ток. Принципиально новым было здесь не только то, что процесс каким – то образом передавался через физический вакуум, которому приходилось теперь приписывать свойства особой среды. Новым по сравнению с картиной мира классической физики было и то, что представления о постоянном воздействии одного тела на другое (как это было в случае тяготения или взаимодействия электрически заряженных тел) замещались представлениями импульсов или волн в момент изменения состояния одного из тел.
Электромагнитная концепция, которой захотели теперь заменить прежнюю, заключалась, прежде всего, в полнейшем отказе от всех образных представлений, от тех «механических моделей» без которых когда-то не существовало настоящей физики.
Эйнштейн и рождение релятивистской физической картины мира.
Там, где многие физики, пользовавшиеся теоретическими представлениями об электронах, взаимодействующих с электромагнитным полем, не видели проблемы. А. Эйнштейн видел принципиальную методологическую трудность.
Теория Максвелла была логически и методологически неполна по меньшей мере в двух аспектах:
во-первых, она не совмещалась с фундаментальным принципом классической физики – принципом относительности, её уравнения не были инвариантными[4] относительно преобразований Галилея;
во – вторых, как выяснилось, полевая картина мира (или, как её обычно называют, электромагнитная картина мира) оказалось недостаточным в качестве концептуальной основы нового этапа развития физики, ибо не позволяла с единой точки зрения объединить все рассматриваемые в теории процессы.
Таким образом, вопреки широко распространённой точки зрения есть основания утверждать, что надежда построить соответствующий раздел физики на основе электромагнитной картины мира не была осуществлена, хотя представления о такой картине мира активно обсуждались.
Революция в физике, вызванная теорией Максвелла, всё же привела к рождению новой релятивистской картины мира. Важная роль в её создании и последовательном развитии принадлежит А. Эйнштейну. Необходимость её создания диктовалось требованием обеспечить логическую согласованность теоретической системы, а также неодолимой силой опытных фактов. Недостающая внутренняя и внешняя согласованность теоретических представлений электродинамики в острой форме появилась с возникновением не устраненных физических парадоксов. Сегодня можно с уверенностью сказать, что их обнаружение явилось признаком кризиса физической картины мира и вместе с тем начавшейся революцией в физике.
Один из важных парадоксов состоит в следующем. Из очень общих представлений о свойствах пространства и времени, казавшихся очевидными в рамках механической картины мира, непосредственно вытекали формулы преобразования координат от одной системы к другой, движущейся относительно первой (преобразования Галилея, непосредственно связанные с его принципом относительности).
Как выяснилось, уравнение Максвелла не были инвариантными относительно преобразований Галилея, то есть к электромагнитным процессам галилеевский принцип относительности оказался не применим. Из этого следовал вывод, что в эксперименте можно выявить скорость равномерного прямолинейного движение объекта относительно поля (эфира). Однако сопоставление этих теоретических следствий с экспериментальными данными обескураживал физиков: в одних опытах (например, в явлении абберации, то есть кажущиеся смещения наблюдаемых в телескоп звёзд из – за движения Земли) эфир следовала считать абсолютно неподвижным; в других (например, в опытах по изменению скорости света в движущейся воде) – результат был таков, как если бы эфир частично увлекался движением воды.
В формулировке А. Эйнштейна принцип относительности приобрёл более богатое физическое содержание: «Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того какой из двух координатных систем движущихся равномерно и прямолинейно относительно друг друга, отнесены эти изменения состояния…».
А. Эйнштейн в первой публикации по основам специальной теории относительности он вводит понятие физического события в качестве фундаментального элемента новой картины мира, замещающего образ материальной точки.
Во всех последующих работах Эйнштейн будет пользоваться идеализацией точечного пространственного – временного физического события как элементарного объекта теории, представляющего в теоретических моделях физическую реальность.
Физическая картина мира Галилея – Ньютона, в которой мир отображён как множество материальных точек, движущихся в пространстве с течением времени, замещается в специальной теории относительности Эйнштейна картиной мира, представленной множеством точечных пространственно – временных материальных событий. Глубокое единство материи движения, движения, пространство, времени получило здесь концентрированное выражение: на место образов вещей ставились образы материальных процессов.
Специальная теория относительности предполагает существование материальных полей и материальных частиц, но изображает в теоретических моделях не частицы и поля непосредственно, а отношение между происходящими с ними событиями. В связи с этим можно сказать, что смысл теории относительности, отражённый в её наименовании, состоит не в том, что некоторые физические величины меняют численное значение при переходе к другой системе отсчёта (такие величины были в классической механики), а скорее в том, что эта теория отражает закономерности отношений между событиями.
Переход к новой картине мира сопровождался достаточно мучительным процессом исключения из теории фиктивных образов, в первую очередь понятие эфира с механическими свойствами.
Образ эфира, понимавшегося в соответствии с представлениями механической картины мира, был замещён образом полевых процессов, выраженным с помощью идеализационных событий. По убеждению А. Эйнштейна, и специальная, и общая теория относительности основывается на полевых представлениях (поле и есть «эфир» в новом понимании).
Заключение.
Вопрос о неизбежной ограниченности естественно научных теорий специально рассматривался ученым физиком В. С. Барашенковым. Он убедительно доказывает, что возможность построения относительно "законченных теорий" (типа механики Ньютона, термодинамики, электродинамики Максвелла, квантовой механики, теории гравитационных полей Эйнштейна и др.), достаточно полно, описывающих различные формы движения материи, не означает возможности в одной или нескольких таких теориях полностью "перекрыть" весь мир, исчерпать все качественное многообразие законов природы. Каждая такая теория не учитывает многие параметры, второстепенные в данном приближении, но становящиеся важными при дальнейшем углублении в суть рассматриваемых явлений. Это и привод к неизбежной ограниченности сферы применения теорий. Возможность "законченных теорий" означало бы возможность конца науки, дальше которого нечего было бы познавать. И, наоборот, непреодолимая ограниченность каждой отдельной теории предполагает бесконечность всего научного познания. Известные науки, обобщающие теории составляют важные этапы её развития. Все они основаны на конкретных принципах, обобщающих определенный круг фактов, и допускают возможность и необходимость своего дальнейшего развития по пути создания все более общих и глубоких теорий, учитывающих новые, неизвестные ранее факты. Таков закон познания, обусловленный законами природы.
Введение.
Прежде всего, проанализируем само понятие элементарного объекта и обсудим различные критерии элементарности. Подобный анализ особенно актуален в настоящее время, когда число частиц, называемых элементарными, достигло несколько сот. Далее кратко остановимся на характеристике основных экспериментальных и теоретических данных о структуре микрочастиц.
V.Проблема Элементарного.
В V в. до н. э. Анаксагор, по – видимому, первым высказал мысль о бесконечной делимости материи. Он представлял мир как совокупность бесконечного числа частиц – «гомеомерий» (подобочастных), каждая из которых в свою очередь состоит из неисчерпаемо огромного количества более мелких «гомеометрий» и т. д. без конца. При этом каждая из этих частиц содержит в себе свойства Вселенной, она «бесконечно велика» и, подобно целому, заключает в себе все существующее и сущее не просто бесконечно, но бесконечно бесконечно.
Иная точка зрения сформулирована, в учении Демокрита, считавшего, что мир состоит из бесконечного числа вечных, абсолютно неделимых, изначально простых частиц – атомов вещества и амеров – атомов пространства. Неисчерпаемое богатство свойств окружающего мира в такой картине реализуется благодаря бесконечному количеству различающихся по своим свойствам атомов (пирамидальных, круглых, гладких, крючковатых и т. д.), которые в силу присущей им твёрдости и непроницаемости определяют предел физической делимости вещества. Между атомами может быть лишь пустота.
Атом Демокрита – это не точка, а протяжённое тело, которое нельзя механически разделить на компоненты, но внутри которого мысленно можно всё же выделить различающиеся между собой части: верх, низ, правое, левое, середину и т.д. Эти минимальные пространственные части, или амеры, представляют собой «истинное неделимое», лишённое каких бы то ни было частей, не имеющие ни верха, ни низа, ни правой, ни левой стороны. Из амеров (квантов пространства, если говорить сегодняшним языком) состоит пустота, из различного числа амеров слагаются большие и малые атомы вещества. С современной точки зрения именно амеры («бесчастные»), они протяжённые атомы следовало бы рассматривать в качестве наипростейших элементов мира. Учение Демокрита было вершиной натурфилософских представлений о материальном превосходстве мира.
Острая критическая ситуация возникла на рубеже XIX и XX веков, когда выяснилось, что по крайней мере часть массы электрона связана с его электромагнитным полем, а в теоретических работах А. Пуанкаре и А. Эйнштейна было установлено взаимно однозначное соответствие между массой и энергией. Значительная часть учёных, не различавших до этого понятий массы, вещества и материи, восприняли эти результаты как доказательство исчезновения материи, как «растворение» её в электромагнитном поле и энергии. Отсюда делался вывод о крахе материалистической картины мира и экспериментальном доказательстве идеальной первоосновы мира.
Какой объект можно назвать «самым элементарным».
На протяжении всей истории развития науки независимо от того, принималась ли в качестве элементарного некая материальная субстанция или исходными элементами бытия считались некие чувственные «сущности» и «первичные идеи», - во всех случаях элементарное всегда понималось как то основное, неизменное и первичное, «из чего состоят все вещи, из чего как первого они возникают и во что как в последние они, погибая, превращаются»; при этом элементарное представляет собой «предельные части, на которые делимы тела, в то время как сами эти части уже неделимы на другие, отличающиеся от них по виду… Но если они и делятся, то получаются одного с ними вида части».
В течение длительного времени за наинизший известный уровень организации материи принимались атомы химических элементов, хотя уже открытие Д. И. Менделеевым периодического закона наталкивала на мысль, что в природе должно быть что – то ещё более элементарное, свойствами которого и объясняется этот закон. Первая элементарная частица была открыта Дж. Томсоном лишь в самом конце XIX века. В начале нашего века опыты Э. Резерфорда обнаружили сложную структуру атома, а вскоре было установлено, что и ядро атома в свою очередь имеет сложное внутренние строение. В начале 30 – х годов были уже 5 частиц, входящих в состав атома и его ядра или принимающих участие во внутри атомных взаимодействиях: фотон, электрон – позитронная пара, протон и нейтрон. К настоящему времени число таких частиц достигло уже несколько сот и продолжает быстро возрастать. Оказалось, что свойства этих субъядерных частиц не проще, а, наоборот, сложнее, чем у атома и его ядра. Некоторые частицы – это ультракороткоживущие, почти эфемерные[5] образования со временем жизни, в течение которого частица успевает пролететь лишь расстояние, равное радиусу ядра; другие частицы оказал