Фізика 11 клас

УЗАГАЛЬНЮЮЧІ ЗАНЯТТЯ

 

§ 54. СУЧАСНА ФІЗИЧНА КАРТИНА СВІТУ

 

Ви завершили вивчення курсу фізики. Вивчений вами матеріал — це результат величезної дослідницької роботи, виконаної впродовж багатьох сторіч ученими всього світу з дослідження різних форм руху матерії, будови і властивостей матеріальних тіл.

У ході вивчення фізики та інших наук ви переконалися в тому, що, незважаючи на всю різноманітність, навколишньому світу властива єдність. І   характерна вона, перш за все, тим, що всі явища, якими б складними вони не здавалися, є різними за станами і властивостями рухомої матерії, але всі вони мають матеріальне походження. Єдність світу виявляється також у взаємозв’язку всіх явищ, можливостях взаємних перетворень форм матерії і руху, а разом з тим, в існуванні ряду загальних законів руху матерії (закони збереження енергії, імпульсу, електричного заряду, взаємозв’язку маси і енергії та ін.). Завдання фізики та інших природничих наук полягає в тому, щоб виявити найбільш загальні закони природи і пояснити на їх основі конкретні явища і процеси.

Відображенням єдності світу в пізнанні є синтез наукових знань, отриманих у процесі досліджень природи різними науками. На кожному етапі розвитку науки виникає необхідність об’єднання наукових знань в єдину систему знань про явища природи — у природничо-наукову картину світу. Під природничо-науковою картиною світу розуміють усю сукупність знань про предмети і явища природи, об’єднані основоположними ідеями, що отримали експериментальне підтвердження і зберегли свою об’єктивну цінність у розвитку людської думки.

Фізична картина світу надає частину всієї системи знань про природу, оскільки вона стосується тільки фізичних властивостей матеріальних тіл і фізичних форм руху матерії. Фізична картина світу — сукупність уявлень про природу (матерію, рух, простір і час), заснованих на найбільш загальних принципах, гіпотезах і теоріях на певному етапі її розвитку.

Так, виникнення класичної механіки супроводжувалося створенням механічної, електродинаміки — електромагнітної, а теорії відносності і квантової механіки — квантово-релятивістської картини світу.

У розвитку людського пізнання і практичного освоєння світу завжди виявлялося прагнення сформулювати найбільш загальні закони і принципи, знання яких давало б ключ до пояснення всіх процесів. Розкриття таких законів завжди вважалося найважливішою умовою побудови єдиної наукової картини світу.

Основу єдності світу становить, перш за все, єдність будови матерії. З погляду сучасної фізики, існують дві основні форми матерії — речовина і поле. Речовина має переривчасту (дискретну) будову, а поле — неперервне. За відповідних умов частинки речовини можуть перетворюватися на кванти відповідних полів і, навпаки, кванти полів можуть перетворюватися на частинки речовини.

Усі атоми мають однакову структуру і побудовані з елементарних частинок трьох видів. У них є ядра з протонів і нейтронів, оточених електронами. Взаємодія між ядрами й електронами здійснюється електромагнітним полем, квантами якого є фотони. Взаємодію ж між протонами і нейтронами в ядрі здійснюють в основному л-мезони, які є квантами ядерного поля. При розпаді нейтронів з’являються нейтрино. Крім того, відкрито багато інших елементарних частинок. Але тільки при взаємодії частинок дуже великих енергій вони починають відігравати помітну роль.

У першій половині XX ст. було зроблено фундаментальне відкриття: усі елементарні частинки здатні перетворюватися одна в одну.

Після відкриття елементарних частинок і їх перетворень на перший план єдиної картини світу було поставлено єдність у будові матерії, в основу якої було покладено матеріальність усіх елементарних частинок. Різні елементарні частинки — це різні конкретпі форми існування матерії.

Єдність світу виявляється і в законах руху частинок, і в законах їх взаємодії.

Незважаючи на дивовижну різноманітність взаємодій тіл одного з одним, у природі, за сучасними даними, є лише чотири типи сил: гравітаційні, електромагнітні, ядерні сили і сили слабкої взаємодії. Останні виявляються, головним чином, при розпаді елементарних частинок. З проявом усіх чотирьох типів сил ми зустрічаємося в безмежних просторах Всесвіту, у будь-яких тілах на Землі (у тому числі і в живих організмах), в атомах і атомних ядрах, при всіх перетвореннях елементарних частинок.

Революційна зміна класичних уявлень про фізичну картину світу відбулася після відкриття квантових властивостей матерії. З появою квантової фізики, що описує рух мікрочастинок, почали вимальовуватися нові елементи єдиної фізичної картини світу.

Поділ матерії на речовину, що має переривчасту будову, і неперервне поле втратило абсолютний сенс. Кожному полю відповідають кванти цього поля: електромагнітному полю — фотони, ядерному п-мезони і так далі. У свою чергу, всі частинки мають хвильові властивості. Корпускулярно-хвильовий дуалізм властивий всім формам матерії.

Отже, сучасна фізика акцентує на єдності природи. Проте багато що, можливо, навіть фізичну суть єдності світу, пояснити поки що не вдалося. Невідомо, чому існує так багато різних елементарних частинок, чому вони мають ті або інші значення мас, зарядів й інших характеристик. До цього часу всі ці величини визначаються тільки експериментально. Проте все виразніше вимальовується зв’язок між різними типами взаємодій. Електромагнітні і слабкі взаємодії вже об’єднані в рамках однієї теорії. З’ясована структура більшості елементарних частинок.

«Тут приховані такі глибокі таємниці і такі піднесені думки, що, незважаючи на старання сотень кмітливих мислителів, що трудилися протягом тисяч років, ще не вдалося проникнути в них, і радість творчих пошуків і відкриттів все ще продовжує існувати». Ці слова, сказані Г. Галілеєм близько чотирьох сторіч тому, аніскільки не застаріли.

Фундаментальні закони, що встановлюються у фізиці, за своєю складністю і спільністю набагато випереджають ті факти, з яких починається дослідження будь-яких явищ. Але вони такі ж достовірні і такі ж об’єктивні,

як і знання про прості явища, спостережувані безпосередньо. Ці закони не порушуються ніколи, ні за яких умов.

Матеріальна єдність світу виявляється також в абсолютності і відносності існування матерії, в її нестворюваності і незнищенності, підтверджених усім розвитком природознавства. Про це свідчать конкретні закони збереження і перетворення фізичних величин, що характеризують різні властивості матерії і її руху. Ці окремі закони є конкретними виразами об’єктивних загальних властивостей нестворюваності і незниіцуваності матерії і руху.

Сучасна фізична картина світу є результатом узагальнення найважливіших досягнень усіх природничих наук. Проте, хоч ця картина світу і відрізняється великою узагальненістю і успішно пояснює багато явищ, все ж таки в природі існує невичерпна кількість явищ, які сучасна фізична картина світу пояснити не може. З числа таких утруднень слід, перш за все, вказати на ті, що пов’язані зі створенням єдиної теорії елементарних частинок, єдиної теорії поля, єдиної теорії електромагнітних явищ та інше. Тому не можна вважати сучасну фізичну картину світу скільки-небудь завершеною. Складність світу перевершує і завжди перевершуватиме складність людських уявлень про нього.

 



Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити