ЕСТЕСТОЗНАНИЕ КОНЦА XIX – НАЧАЛА XX вв

период в развитии наук о природе, которые легли в основу четвёртой научной революции и сформировали новую  картину  физической  реальности.  Начало  новой  картины  мира положили  достижения  французского  физика  Антуана  Анри  Беккереля  (18521908), открывшего в 1896 г. самопроизвольное излучение урановой соли.  Природу этих лучей исследовали французские физики, супруги Пьер Кюри (1859-1906) и  Мария  Склодовская-Кюри  (1867-1934),  которые  в  1898  г.  обнаружили,  что подобным свойством испускать лучи обладают также полоний и радий. Это свойство они назвали радиоактивностью. В 1897 г. английский физик Джозеф Джон Томсон  (1856-1940) обнаружил первую элементарную частицу – электрон, при измерении заряда которого было  выявлено, что масса электрона зависит от его скорости (что подорвало прежнюю убежденность ученых в неизменности химических элементов) и пришел к выводу о том, что электроны являются обязательной составной частью атомов всех веществ и, следовательно, к мысли о делимости атома. Это утверждение  подорвало прежнюю теорию строения материи и вызвало мировоззренческий кризис в физике, связанный с мыслями об «исчезновении материи», что подорвало материалистические позиции. Немецкий химик и физик  Вильгельм  Фридрих Оствальд  (1853-1932) предположил, что  теперь не материя является «единственной субстанцией», а энергия, поэтому понятия «материя», «дух» следует заменить понятием «энергия». «Чистая» энергия мыслилась как некое нематериальное движение. Философский кризис в физике был проанализирован  В.И. Лениным (1870-1924) в работе «Материализм и эмпириокритицизм», который  делает вывод, что мировоззренческий кризис в физике связан с необходимостью  перехода  на  уровень  диалектического  мышления,  утверждая идеи о бесконечном многообразии и неисчерпаемости материи: «Природа бесконечна, как бесконечна и мельчайшая частица ее (и электрон в том числе)». Новые открытия в физике свидетельствуют о рождении диалектического материализма и говорят о том, что наука и философия тесно связаны между собой, а  неверные философские толкования влекут за собой научно-теоретические трудности. Поток научных открытий способствовал отходу от классической физики и формированию новой модели атома, которая учитывает открытие электрона, которую предложил в 1903 г. Томсон. Его модель предполагала наличие внутри сферы атома«плавающих» электронов. Сохранение электронами определенного места в сфере есть результат равновесия  между положительно равномерно распределенным еезарядом и отрицательными зарядами электронов. В 1911 г. английский физикЭрнест Резерфорд (1871-1937) предложил свою модель атома, которая получила название планетарной (на  том основании, что атом подобен в своем строенииСолнечной системе), к которой он пришел после проведения со своими учениками Гансом Гейгером (1882-1945) и Эрнстом Марсденом (1889-1970) серии опытов,  показавших  наличие  в  атоме  положительного  ядра,  незначительного  по своим размерам в сравнении с атомом, но сосредотачивавшего в себе основную массу атома. Предложенная им модель оказалась несовместимой с электродинамикой  Максвелла:  согласно  законам  электродинамики,  любое  тело  (частица), имеющее электрический заряд и движущееся с ускорением, обязательно должно излучать электромагнитную энергию; но в этом случае электроны должны были бы потерять кинетическую энергию и упасть на ядро; с этой точки зрения, оставалась непонятной необычайная устойчивость атома; с другой стороны, постоянно вращаясь вокруг ядра, электрон должен  был постоянно излучать  энергию и, приближаясь  к центру, менять свою частоту. Опыт же Резерфорда доказывал, что атомы дают электромагнитное излучение только определенных  частот и не постоянно.  Известный  датский  физик  Нильс  Бор  (1885-1962)  усовершенствовал модель  Резерфорда,  опираясь  на  квантовую  теорию  немецкого  физика  Макса Планка  (1858-1947),  который  выдвинул  гипотезу:  испускание  и  поглощение электромагнитного излучения может происходить только дискретно, конечными порциями – квантами. Взяв за исходную модель Резерфорда, Н. Бор предложил в1913 г. квантовую теорию строения атома: 1) в любом атоме существует несколько стационарных орбит электронов, двигаясь по которым электрон может существовать не излучая электромагнитной энергии; 2) при  переходе электрона из одного стационарного состояния в другое атом излучает или поглощает порцию энергии; 3) при переходе электрона на более далекую от ядра орбиту происходит увеличение энергии атома и, наоборот, при переходе электрона на орбиту, более близкую к ядру, имеет место уменьшение энергии атома. В истории физики эту модель  назвали  квантовой  моделью  атома  Резерфорда-Бора.  Исследования  в области физики микромира вызвало создание квантовой механики. Ещё в 1899 г. русский физик П.Н. Лебедев (1866-1912) подтвердил, что свет-фотон и есть световое давление. В 1905 г. А. Эйнштейн обосновал идею  природы фотоэффекта: каждый электрон выбивается из металла под действием отдельного светового кванта, или фотона, который при этом теряет свою энергию; часть этой энергии уходит на разрыв связи электрона с  металлом. Он показал зависимость энергии электрона от частоты светового кванта и энергии связи электрона с металлом. В1924 г. французский ученый Луи де Бройль (1892-1987) выдвинул гипотезу о волновых свойствах материи: если волновой материи присущи свойства корпускулярности, то можно ожидать и обратного – корпускулярной материи присущи волновые свойства. В 1927 г. идея Луи де Бройля была подтверждена американскими физиками  Клинтоном  Дэвиссоном  (1881-1958)  и  Лестером  Джермером(1896-1971): быстрые электроны, проходя сквозь тонкие пластинки металла, вели себя подобно свету, проходящему мимо малых отверстий или узких щелей (то есть, распределение  электронов,  отражающихся от пластинки и летевших лишь по некоторым избранным направлениям, было таким же, как если бы на пластинку падал пучок света с длиной волны, равной длине волны электрона, вычисленной  по  формуле  де  Бройля).  Экспериментально  подтвержденная  гипотеза  де Бройля стала основой квантовой механики: 1) У объектов микромира, рассматриваемых  с  ее  позиций,  обнаружились  такие  свойства,  которые  совершенно  не имеют аналогий в привычном нам мире – это корпускулярно-волновая двойственность, или  дуализм элементарных частиц (они и корпускулы, и волны одновременно, а точнее – диалектическое единство свойств тех и других). 2) Движение микрочастиц в пространстве и времени нельзя отождествлять с механическим движением макрообъекта. (положение элементарной частицы в пространстве в каждый момент времени не может быть определено с помощью системы координат, как для привычных нам тел окружающего  мира). Движение микрочастиц подчиняется законам квантовой механики. Помимо де Бройля серьезный вклад в становление квантовой механики внес немецкий физик Вернер Гейзенберг (19011976), доказав  абсолютную  непригодность  законов  классической  механики  в микромире. Он сформулировал принцип неопределенности: если известно местоположение частицы в пространстве, то остается неизвестным импульс (количество движения) и наоборот.  Это одно из фундаментальных положений квантовой механики. С точки зрения классической механики и просто  «здравого смысла»,принцип неопределенности представляется абсурдным. Другой областью физики, ставшей фундаментом  неклассической физики, является релятивистская физика, созданная  Альбертом  Эйнштейном  (1879-1955).  В  1905  г.  он  сформулировалспециальную теорию  относительности.  Она  утверждала,  что  пространство  и время относительны и  органически связаны с материей. Открытиями квантовой механики  и  релятивистской  физики закончился  прежний классический этап  вразвитии естествознания,  характерный для  Нового времени:  исчезла убежденность в универсальности законов классической механики (разрушились прежние представления о неделимости атома, о постоянстве массы, о неизменности химических  элементов).  Наступил  новый  этап  неклассического  естествознания  XXвека.