А.Н. Матвеев - Атомная физика, страница 4

Однако по свое­му содержанию специальная теория относительности полностьюотносится к классической физике. В результате создания общейтеории относительности неразрывная связь пространства, времени,движения и материи стала основополагаю щ им моментом наиболееобщей физической теории. По своему содержанию общая теорияотносительности, так же как и специальная, полностью относится кклассической физике. Теории, в которых существенны закономерно­сти специальной или общей теории относительности, называю трелятивистскими.

Если в этих теориях несущественны квантовыезакономерности, то они полностью относятся к классической фи­зике.Механика точки Н ью тона явилась основой для построениямеханики совокупностей точек, составляющих материальные тела,среды и т.д . Если движение отдельных точек описывается в соот­ветствии с законами Н ью тона, то соответствую щ ая теория отно­сится полностью к классической физике. Во многих случаях вмеханике тела или среды используется представление о сплошнойсреде, когда масса считается как бы непрерывно «размазанной» впространстве, а движение элемента массы в бесконечно м аломобъеме описывается законами механики точки.

Механика сплошныхсред при этом условии относится также к классической физике. Всвязи с этим о механике твердого тела необходимо сделать такое1 4 Введениезамечание. Уравнения движения твердого тела вклю чаю т три урав­нения для координат центра масс и три уравнения моментов.Строго говоря, эти шесть уравнений не могут быть выведенытолько на основании трех законов Н ью тона для материальнойточки.

Д ля их вывода необходимо использовать дополнительное кзаконам Н ью тона предположение, что силы взаимодействия м ате­риальных точек, составляющие твердое тело, центральны. Однакоэто не изменяет принадлежности механики твердого тела к класси­ческой физике.При анализе движения системы многих реальных точек, каждаяиз которых движется в соответствии с законами Н ью тона, динами­ческое описание системы неосуществимо с технической, непригоднос теоретической и бесполезно с практической точек зрения. Всистемах многих частиц возникают новые закономерности движе­ния, обусловленные наличием больш ого числа частиц в системе,которые называю тся обычно статистическими.

Статистическая фи­зика, элементарными динамическими законами которой являютсязаконы Н ью тона, относится к классической физике и называетсяобычно классической статистической физикой. Следует, однако,отметить, что последовательное и полное обоснование ее возможнолишь с использованием квантовой теории.Во всех рассмотренных выше разделах классической физикиобъектом исследования была материя в форме вещества. Другойформой материи, в исследовании которой физика достигла большихуспехов, стала полевая форма.

Электрические и магнитные явленияоткрыты очень давно, но теория этих явлений развивалась сравни­тельно медленно и лишь в 60-х годах XIX столетия была завершенасозданием теории М аксвелла. После этого были открыты электро­магнитные волны, которые существуют независимо от породившихих зарядов и токов. Э то послужило экспериментальным доказа­тельством самостоятельного существования электромагнитного по­ля и обосновало представление об электромагнитном поле как оформе существования материи. Движение этой формы материиописывается уравнениями М аксвелла. Они представляю т закондвижения электромагнитного поля и описывают его порождениедвижущимися зарядами. Действие электромагнитного поля на заря­ды, носителями которых является материя в корпускулярной фор­ме, описывается силой Лоренца. Основными понятиями, на кото­рых основываются уравнения М аксвелла, являю тся напряженностьи индукция электромагнитного поля в точках пространства, изме­няющиеся с течением времени, электромагнитное поле, порожден­ное зарядом, движущимся аналогично материальной точке поопределенной траектории, и действующее на заряд.

Это показывает,что теория, основанная на уравнениях М аксвелла, относится кклассической физике, релятивистски инвариантна и полностью от­носится к релятивистской классической физике.После открытия полевой формы существования материи в видеВведение 1 5электромагнитных волн и создания электромагнитной теории светапоявилась реальная возможность решить вопрос о законах взаим о­превращения материи в полевой и корпускулярной форме, или,другими словами, решить вопрос о взаимопревращении излучения ивещества.

Казалось, что эту задачу можно успешно решить врамках классической физики, поскольку каждая из этих ф ормматерии хорошо описывается соответствующей классической тео­рией. Первое указание на недостаточность классической физики дляпонимания взаимоотнош ения этих двух форм материи было полу­чено при анализе излучения черного тела, когда необходимо былодопустить дискретность актов испускания света. Затем были откры­ты корпускулярные свойства излучения и волновые свойства элект­ронов и других частиц.

Эти открытия показали, что не существуетбарьера между корпускулярной и полевой формами материи, чтоэти формы взаимно проникают друг в друга и существуют вдиалектическом единстве. Экспериментальное исследование и ана­лиз этого диалектического единства привели к необходимостикоренного пересмотра основных представлений классической физи­ки и созданию квантовой теории.Диалектическое противоречие между полевой и корпускулярнойформами материи на уровне мышления выступает как противоре­чие между непрерывным и дискретным. Анализом этого противо­речия занимались философы и ученые на продолжении всей историиинтеллектуального развития человечества.

Его содержание' быловыяснено в рамках диалектического метода. В физической реально­сти это противоречие снимается квантовым объектом, взяты м вдиалектическом единстве его противоположностей. Создание физи­ческой теории такого объекта, получившей название квантовойтеории, является не только крупнейшим ш агом в развитии физики,но и весьма важным событием в интеллектуальном прогрессечеловечества, все последствия которого в настоящее время невоз­можно предугадать. Э то становится очевидным, если вспомнить,что после создания квантовой механики многие даже выдающиесяфизики продолжали мыслить в рамках рефлектирующего сознания,которому чуждо понимание отсутствия тождественности междудиалектическим единством и наличностью его противоположно­стей. Об этом свидетельствует появление таких теорий, как теория«скрытых параметров», «волны-пилота» и другие неудавшиеся по­пытки интерпретации квантовой механики, а также ее различныеш ироко известные «парадоксы».

Это показывает, что развитиеобщефилософских и гносеологических проблем, стимулированныхквантовой механикой, является задачей не только физиков. Эторазвитие обусловливается диалектическим взаимодействием конк­ретного знания к общефилософских и гносеологических категорий.В классической физике очень четко конкретизируются и находятсвое воплощение философские категории диалектики, а м етодоло­гические принципы физических исследований имели больш ое влия­1 6 Введениение на разработку гносеологических вопросов. В ней полно ивсесторонне воплощена сущность взаимного влияния и взаимопро­никновения науки и философии.

Э то обстоятельство имеет большоемировоззренческое значение. Во всех предшествующих четырехтом ах курса мировоззренческим вопросам уделено должное внима­ние. Достаточно полное освещение наш ло диалектическое единствопространства, времени, движения и материи, что отразилось такжеи в ряде структурных особенностей курса. В частности, неприемле­мо, как это часто делается, раскрывать содержание понятий про­странства, времени и движения в рамках кинематики без установ­ления органической связи между ними, а начало изложения вопросао связи этих понятий с понятием материи откладывать до динами­ки, когда раскрывается понятие массы.

Такой разрыв противоречитсамой сущности пространства и времени как ф орм существованияматерии, а дви ж ен и я-как способа ее существования. Э тот разрывликвидируется изложением в самом начале курса физической кине­матики, вводящ им читателя в круг идей теории относительности,которая дает достаточно ясное воплощение в конкретной наукеположения диалектического м атериализм а о неразрывной связипространства, времени, движения и материи. Суть этого диалекти­ческого единства прослеживается и уточняется в последующихразделах курса. Достаточно полное отражение в курсе классическойфизики находят вопросы всеобщей связи явлений, неуничтожаемости материи и движения, причинности и детерминизма, трактовкизаконов как ф орм выражения связи явлений и т.

д. Одним словом, вклассической физике воплощение в конкретном знании общих фи­лософских категорий диалектики столь полно и совершенно, чтосамы м актуальным становится вопрос о характере незавершенностиэтого конкретного знания и о содержании незавершенности единст­ва конкретного знания с общефилософскими и гносеологическимикатегориями. Актуальность этого вопроса обусловливается тем, чтотолько незавершенность конкретного знания и его единства собщефилософскими и гносеологическими категориями являетсяисточником и движущей силой развития как конкретного знания,так и философских и гносеологических категорий.

В рамках класси­ческой физики эта незавершенность выступает лишь в потенциаль­ной форме и не составляет действительного отрицания завершен­ности. Отрицание достигнутой в классической физике завершенно­сти знания и его единства с общефилософскими и гносеологически­ми категориями осуществляется лишь в рамках квантовой физики ив соответствии с диалектикой отрицания приводит не только кдальнейшему развитию физики, но и дает мощный стимул разра­ботке общефилософских и гносеологических проблем.1ф отоэф ф ект21КОРПУСКУЛЯРНЫЕСВОЙСТВАЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХВОЛНЭффект КомптонаФлуктуации интенсивностисветового потокаПоляризация фотоновИнтерференция фотонов2 219П ри взаимодейст­вии электромагнитного излученияс веществом наблюдаются явле­ния, свидетельствующие о дис­кретном характере взаимодейст­вия, когда обмен энергией и и м ­пульсом между полем излучения ивеществом осуществляется пор­циями излучения, называемымиквантами или фотонами.

Понятиефотона не связано с представле­нием о концентрации энергии иимпульса кванта в малом прост­ранственномобъеме,которыйможно обозначить словом «кор­пускула». Однако дискретный ха­рактер взаимодействия становитсянагляднымпри использованиипредставления о корпускуле и свя­занных с ней понятий.1 К орпускулярны е свойства электром агнитны х волн1.Ф отоэф ф ектРассматривается первое эксперименталь­ное свидетельство корпускулярных свойствэлектромагнитного излучения, теоретиче­ское истолкование которых привело к ус­тановлению понятия фотонаОткрытие фотоэффекта.