Фізика. 9 клас. Головко

§ 49. Еволюція фізичної картини світу

• Про фізичну картину світу

• Закономірності зміни фізичної картини світу

• Сучасна картина світу

ПРО ФІЗИЧНУ КАРТИНУ СВІТУ. Фізичні знання — це результат величезної дослідницької роботи, виконаної впродовж багатьох століть ученими всього світу, з вивчення різних форм взаємодії і руху матерії, будови і властивостей фізичних тіл.

У процесі вивчення фізики ви переконалися в багатогранності та розмаїті навколишньому світу. При цьому природі притаманні цілісність і єдність, які проявляються у взаємозв’язках різноманітних явищ, перетвореннях різних форм матерії, існуванні загальних законів і закономірностей (збереження енергії, імпульсу, електричного заряду, взаємозв’язку маси й енергії тощо). Завдання фізики як науки полягає в тому, щоб виявити фундаментальні закони природи, обґрунтувати на їх основі конкретні явища та процеси, знайти шляхи застосування в техніці та технологіях.

Система уявлень про властивості та закономірності навколишнього світу побудована на засадах узагальнення та синтезу наукових понять і принципів. Результати його пізнання відображаються і закріплюються в свідомості людини у вигляді знань, умінь, навичок, типів поведінки і спілкування. Узагальнену й систематизовану сукупність фізичних знань про довкілля називають фізичною картиною світу — ідеальною моделлю природи, що містить загальні поняття, гіпотези, принципи фізики та характеризує певний етап її розвитку (табл. 49.1).

Таблиця 49.1

Загальні поняття фізичної картини світу

Частина простору	Довжина, м	Об’єкт	Розміри об’єкта, м	Склад об’єкта	Рух структурних частин усередині об’єкта
Мегасвіт	1020—1025	Галактики	1020	Зірки	Зірок
Макросвіт	10-8—1020	Системи планет	1013	Планети	Планет
		Тіла на Землі, що нас оточують	10-2 — 106	Молекули й атоми	Молекул та атомів
		Електромагнітне поле	—	Фотони	—
		Гравітаційне поле	—	—	—
Мікросвіт	10-18—10-8	Молекули й атоми	10-10 — 10-8	Ядра й електрони	Ядер і електронів
		Ядра атомів	10-15	Нуклони	Нуклонів
		Елементарні частинки	1015 — 0	—	Взаємне перетворення частинок

У розвитку людського пізнання і практичного освоєння світу завжди виявлялося прагнення сформулювати фундаментальні закони й принципи, знання яких давало б змогу обґрунтувати будь-які процеси. Відкриття таких законів є найважливішою умовою побудови єдиної наукової картини світу.

Зміна класичних уявлень про фізичну картину світу відбулася після відкриття квантових властивостей матерії. З появою фізики елементарних частинок зароджуються елементи нових фундаментальних теорій — квантової механіки, теорії поля та ін.

ЗАКОНОМІРНОСТІ ЗМІНИ ФІЗИЧНОЇ КАРТИНИ СВІТУ. У процесі розвитку науки здійснюється постійне оновлення знань, ідей і концепцій, виявлення невідомих дослідних фактів. Невідповідність експериментальних результатів відомим теоріям, гіпотезам, концепціям призводить до кризової ситуації в науці, яка вирішується шляхом наукової революції і потребує перегляду наявних та створення нових уявлень про структуру й форми існування матерії.

Розвиток науки відбувається нерівномірно — періоди накопичення знань та повного домінування поглядів певної картини світу змінюються періодами визначальних відкриттів, які не «вписуються» в традиційні наукові концепції, гіпотези та теорії. Тому виникає необхідність їх перегляду та уточнення, виникають нові галузі науки про природу. В історії людства існувало декілька різноманітних картин світу, кожна з яких мала важливе значення.

У XVI—XVII ст. відбулося становлення класичного природознавства, на якому ґрунтується механістична картину світу. Цей процес, який пов’язують з іменами Г. Галілея, Й. Кеплера та І. Ньютона, тривав декілька століть і завершився лише в середині XIX ст. Основна увага приділялася вивченню механічної форми руху матерії.

Світ у механістичній картині побудовано на єдиному фундаменті — законах механіки Ньютона. Природні процеси і явища зводяться до механічного руху атомів і молекул — переміщення, зіткнення, зчеплення, роз’єднання.

На основі механістичної картини світу в XVIII — початку XIX ст. розроблено земну, небесну і молекулярну механіку. Вона стала основою бурхливого розвитку техніки та виробництва.

Електромагнітна картина світу почала формуватися в другій половині XIX ст. на основі досліджень електромагнетизму. Головну роль у її становленні відіграли роботи М. Фарадея і Дж. Максвела, які ввели в науку поняття фізичного поля.

Зміна уявлень про основи світобудови зумовила створення нової картини світу, згідно з якою матерія може перебувати у формах речовини та поля, яке на відміну від речовини, є неперервною субстанцією, що може передавати взаємодію зі швидкістю світла. На основі електромагнітної взаємодії вдалося пояснити не лише електричні та магнітні явища, а й оптичні, хімічні, теплові та ін., що було складно зробити в межах механістичної теорії. Водночас у новій картині світу залишалися незмінними уявлення про абсолютний простір і час та лінійність природних процесів.

Елементарними «цеглинами» світобудови в новій картині світу були електрон, протон і фотон. На основі стабільності електронів і протонів обґрунтовувалися довговічність і незмінність Всесвіту. Механістична й електромагнітна картини світу об’єднувалися поняттям класичного природознавства.

Упродовж 1895—1905 рр. було здійснено значну кількість наукових відкриттів, якими підтверджувалося, що завершеної єдиної картини світу не існує (відкриття Х-променів, радіоактивності та ін.). Їхні результати суперечили тогочасним концепціям, спростовували усталені принципи. Цей період ознаменував початок становлення квантово-релятивістською картиною світу.

СУЧАСНА КАРТИНА СВІТУ. Наприкінці XX — початку XXI ст. виявилося, що потенціал більшості фундаментальних теорій, створених у 1970—1980-х років практично вичерпано. Наприклад, у фізиці високих енергій відкрито суб’ядерні частинки, виникла необхідність перегляду моделі «гарячого» Всесвіту. Щодня природнича наука поповнюється сотнями нових відкриттів, отриманих ученими, наприклад, за допомогою телескопу Габла та адронного колайдера. Фізика входить у новий етап розвитку, аналогів якого за масштабами та наслідками не було в історії людства. Поряд із визначними відкриттями властивостей макро- та мікросвіту, природнича наука покликана зосередити свої дослідження на вирішенні актуальних проблем глобалізованого світу — екології та здоров’язбереження. Виникла потреба в більш тісній інтеграції фізичної науки та наук про людину і суспільство.

Все це зумовило передумови формування нової фізичної картини світу — еволюційно-синергетичної.

Характерною особливістю сучасної революції є зміна функцій фізичної науки. Насамперед щодо місця в загальній системі людської культури і світогляду. Її положеннями визначають рівноправність усіх сфер людської діяльності та культури.

Сучасна фізична картина світу є результатом узагальнення найважливіших досягнень природничих наук. На підставі її положень успішно пояснюється переважна більшість фізичних процесів, проте в природі існує нескінченна множина явищ, які в межах цієї картини світу пояснити не можна (наприклад, єдина теорія елементарних частинок, поля, електромагнітних явищ). Тому сучасну фізичну картину світу не можна вважати завершеною. Вона постійно буде доповнюватися та розвиватися, спираючись на досягнення і нові відкриття наук про природу.

! Головне в цьому параграфі

Мета фізики полягає у встановленні загальних законів природи й обґрунтуванні на їх основі різноманітних явищ і процесів.

Узагальнену та систематизовану сукупність фізичних знань про навколишній світ називають фізичною картиною світу — ідеальною моделлю природи, що містить загальні поняття, гіпотези, принципи фізики та характеризує певний етап її розвитку.

Фізична картина світу не є усталеною, вона постійно оновлюється на основі сучасних досягнень наук про природу.

Механістична картина світу ґрунтується на фундаментальному характері відкритих Ньютоном законів руху.

Основою електромагнітної картини світу стала теорія електромагнітних взаємодій.

Квантово-релятивістська картина світу ґрунтується на фундаментальних закономірностях ймовірності подій, принципи квантової теорії в описах руху елементарних частинок, їхніх взаємодій і перетворень.

Новітня фізична картина світу — еволюційно-синергетична, перебуває у стані формування.

? Запитання для самоперевірки

• 1. Що таке фізична картина світу? Які її особливості?
• 2. Який зміст механістичної картини світу? Роботи яких учених відіграли найважливішу роль у її становленні?
• 3. У чому особливості електромагнітної картини світу?
• 4. Які особливості квантово-релятивістської картини світу? Які наукові теорії і гіпотези сприяли її виникненню?
• 5. Розкрийте сутність сучасної наукової картини світу.