Становление современной картины мира

Новая электромагнитная картина мира объяснила большой круг явлений, но вскоре в физике стали возникать проблемы с объяснением новых открытий: фотоэффекта, линейности спектра атомов, теории теплового излучения, радиоактивности. Появившиеся учения о строении атома противоречили электромагнитной картине мира. Все это привело в начале ХХ века к замене электромагнитной картины мира современной физической.

В начале ХХ века в физике возникли два взаимоисключающих представления о материи: 1) либо материя абсолютно непрерывна, 2) либо она состоит из дискретных частиц.

В 1900 г. М. Планк предложил квантовую гипотезу (лат. quantitus — количество): электромагнитное излучение испускается отдельными порциями — квантами, величина которых пропорционально частоте излучения. Им была введена новая фундаментальная физическая константа (квант действия) — постоянная Планка.

В 1905 г. А. Эйнштейн на основе квантовой гипотезы Планка выдвигает предложение, что свет, электромагнитное излучение оптического диапазона, не только излучается, но распространяется и поглощается квантами.

В 1911 г. Э. Резерфорд предложил планетарную модель строения атома: в атоме имеется положительное ядро, в котором сосредоточена практически вся масса атома; число положительных зарядов ядра атома соответствует числу электронов, вращающихся вокруг ядра по круговым орбитам, и порядковому номеру элемента в таблице Д. И. Менделеева.

В 1913 г. Н. Бор сформулировал два постулата, отражающих суть его теории атома. Первый постулат: существуют стационарные состояния атома, находясь в которых он не излучает и не поглощает энергии, а электроны внешней электронной орбиты находятся на ближайшем от ядра атома расстоянии. Постулат второй: при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую происходит излучение или поглощение кванта энергии, равного разности энергий этих стационарных состояний.

В 1924 г. Луи де Бройль высказал гипотезу о том, что каждой частице соответствует определенная волна, т. е. каждой частице материи присущи и свойства волны (непрерывность) и дискретность (квантовость). Вскоре эти представления нашли подтверждение в работах Э. Шредингера и В. Гейзенберга.

Идеи Планка, Эйнштейна, Минковского, Бора, Гейзенберга, Шредингера, Дирака, Борна, обобщая результаты физических экспериментов, позволили создать совершенно новую физическую картину окружающего мира, основанную на квантово-полевых представлениях.

Так сложились новые квантово-полевые представления о материи, которые определяются сейчас как квантово-волновой дуализм, т. е. наличие у каждого элемента материи свойств волны и частицы.

Современная физическая картина мира окончательно утвердила представления о пространстве и времени как о неразделимом с материей, едином, четырехмерном пространственно-временном континууме.

Спецификой квантово-полевых представлений о материи является их вероятностный характер, что соответствует более глубокому уровню познания природных закономерностей.

Современная физическая картина мира и в настоящее время находится в состоянии становления. С каждым годом к ней добавляются новые элементы, выдвигаются новые гипотезы и развиваются новые теории.

Основу современной физической картины мира составляют квантовая механика, фундаментальные идеи о квантовании физических величин и корпускулярно-волновой дуализм.