Революція в природознавстві

Наприкінці 19 і початку 20 століття в природознавстві були зроблені найбільші відкриття, які докорінно змінили наші уявлення про картину миру. Насамперед це відкриття, зв'язані з будовою речовини, і відкриття взаємозв'язку речовини й енергії. Якщо раніше останніми неподільними частками матерії, своєрідними цеглинками, з яких складається природа, уважалися атоми, то наприкінці минулого століття були відкриті електрони, що входять до складу атомів. Пізніше була встановлена будова ядер атомів, що складаються із протонів (позитивно заряджених часток) і нейтронів (позбавлених заряду часток).

Відповідно до першої моделі атома, побудованої англійським ученим Ернестом Резерфордом (1871-1937), атом уподібнювався мініатюрній сонячній системі, у якій навколо ядра обертаються електрони. Така система була, однак, нестійкої: обертові електрони, втрачаючи свою енергію, зрештою повинні були впасти на ядро. Але досвід показує, що атоми є досить стійкими утвореннями й для їхнього руйнування потрібні величезні сили. У зв'язку із цим колишня модель будови атома була значно вдосконалена видатним датським фізиком Нільсом Бором (1885-1962), що припустив, що при обертанні по так званих стаціонарних орбітах електрони не випромінюють енергію. Така енергія випромінюється або поглинається у вигляді кванта, або порції енергії, тільки при переході електрона з однієї орбіти на іншу.

Значно змінилися також погляди на енергію. Якщо раніше передбачалося, що енергія випромінюється безупинно, то ретельно поставлені експерименти переконали фізиків, що вона може випускатися окремими квантами. Про це свідчить, наприклад, явище фотоефекта, коли кванти енергії видимого світла викликають електричний струм. Це явище, як відомо, використовується у фотоекспонометрах, якими користуються у фотографії для визначення витримки при експозиції.

В 30-е роки XX в. було зроблено інше найважливіше відкриття, що показало, що елементарні частки речовини, наприклад, електрони володіють не тільки корпускулярними, але й хвильовими властивостями. Таким шляхом було доведено експериментально, що між речовиною й полем не існує непрохідної границі: у певних умовах елементарні частки речовини виявляють хвильові властивості, а частки поля - властивості корпускул. Це явище одержало назву дуалізму хвилі й частки - уявлення, що ніяк не укладалася в рамки звичайного здорового глузду. До цього фізики дотримувалися переконання, що речовина, що складається з різноманітних матеріальних часток, може мати лише корпускулярні властивості, а енергія поля - хвильовими властивостями. Сполука в одному об'єкті корпускулярних і хвильових властивостей зовсім виключалося. Але під тиском незаперечних експериментальних результатів учені змушені були визнати, що мікрочастинки одночасно володіють як властивостями корпускул, так і хвиль.

В 1925-1927 р. для пояснення процесів, що відбуваються у світі дрібних часток матерії - мікросвіті, була створена нова хвильова, або квантова механіка. Остання назва й затвердилося за новою наукою. Згодом виникли й різноманітні інші квантові теорії: квантова електродинаміка, теорія елементарних часток і інші, які досліджують закономірності руху мікросвіту.

Інша фундаментальна теорія сучасної фізики - теорія відносності, яка у корені змінила наукові уявлення про простір і час. У спеціальній теорії відносності набутив подальшого застосування встановлений ще Галілеєм принцип відносності в механічному русі. Відповідно до цього принципу, у всіх інерціальних системах, тобто системах відліку, що рухаються друг щодо друга рівномірно й прямолінійно, всі механічні процеси відбуваються однаковим образом, і тому їхні закони мають коваріантну, або ту ж саму математичну форму. Спостерігачі в таких системах не помітять ніякої різниці в протіканні механічних явищ. Надалі принцип відносності був використаний і для опису електромагнітних процесів. Точніше кажучи, сама спеціальна теорія відносності з'явилася у зв'язку з подоланням труднощів, що виникли в цій теорії.

Важливий методологічний урок, що був отриманий зі спеціальної теорії відносності, полягає в тому, що вона вперше ясно показала, що всі рухи, що відбуваються в природі, мають відносний характер. Це означає, що в природі не існує ніякої абсолютної системи відліку й, отже, абсолютного руху, які допускала ньютонівська механіка.

Ще більш радикальні зміни у вченні про простір і час відбулися у зв'язку зі створенням загальної теорії відносності, що нерідко називають новою теорією тяжіння, принципово відмінної від класичної ньютонівської теорії. Ця теорія вперше ясно й чітко встановила зв'язок між властивостями матеріальних тіл, що рухаються, і їхньою просторово-тимчасовою метрикою. Теоретичні висновки з її були експериментально підтверджені під час спостереження сонячного затьмарення. Відповідно до пророкувань теорії, промінь світла, що йде від далекої зірки й проходить поблизу Сонця, повинен відхилитися від свого прямолінійного шляху й скривитися, що й було підтверджено спостереженнями. Тут же досить відзначити, що загальна теорія відносності показала глибокий зв'язок між рухом матеріальних тіл, а саме мас, що тяжіють, і структурою фізичного простору - часу.

Подібні статті

Принципові відмінності живих систем від неживих
Проблема походження життя отримала зараз непереборну цікавість для всього людства. Вона не тільки залучає до себе пильну увагу вчених різних країн і спеціальностей, але цікавить взагалі всіх людей світу. Зараз вважається загальновизнани ...

Фізіологія крові. Еритроцити
Кров є рідиною (рідка тканина мезодермального походження), червоного кольору, слабо лужної реакції, солонуватого смаку з питомою вагою 1,054-1,066. Спільно з тканинною рідиною і лімфою вона утворює внутрішнє середовище організму. Кров вико ...