ВСТУПЛЕНИЕ

4. Исторический обзор развития физики

Роль производства в отношении естественных наук в их историческом развитии заключается в том, что естественно-научные знания возникли и развиваются вследствие потребностей материально-производственной общественной деятельности и на ее основе.

Систематическое изучение природы, которое привело к возникновению естественных наук, началось со второй половины XV в. Бурный рост познания значительно ускорило процесс формирования естественных наук, выделения специфического предмета отдельных естественных наук и формирования их специальных методов.

Этот период исторического процесса систематического изучения природы заканчивается в области неорганической природы созданием в XVI - XVII вв. основ механики. Тогда механика - небесная и земная - занимала видное место в развитии естествознания и сформировалась вместе с математикой исторически раньше других естественных наук. Это было обусловлено характером развития производства; он является главным, но не единственным фактором, предопределяет этот исторический процесс.

Разные естественные науки изучают качественно отличные формы материального движения. Изучение природы должно основываться на объяснении простейших форм движения к более сложным, потому что высшая форма движения определенной степени связана с низшими простейшими формами движения. И действительно, мы видим, что в историческом развитии естествознания прежде всего разрабатывается теория простого перемещения, механика небесных тел и земных масс, за ней - теория молекулярного движения, потом наука о движении атомов, химия. Только после того, как эти различные отрасли познания форм движения, господствующих в неживой природе, достигли высокой степени развития, можно было взяться за объяснения явлений движения, составляющие процесс жизни. Объяснение этих явлений совершенствовалось той мере, в какой развивались механика, физика и химия.

Чтобы решить задачи, поставленные развитием производства, наука должна стать на путь самостоятельного развития и систематического экспериментального исследования природы. Началом такого исследование природы стала гелиоцентрическая система польского ученого М. Коперника, которая пришла на смену космогонічній системе К. Птолемея. Д. Бруно и Г. Галилей дали глубокое научно-теоретическое и философское обоснование системы Коперника. Развивая геліоцентризм М. Коперника, И. Кеплер открыл основные законы движения планет вокруг Солнца. Кроме того, Г. Галилей обнаружил внутреннюю противоречивость динамики Аристотеля и разработал некоторые ее основные научные принципы. В то же время исследования Г. Галилея в области динамики и астрономии положили начало внедрению исследовательского, экспериментального метода в естествознании.

Систематизируя и обобщая результаты, добытые Г. Галилеем, И. Кеплером и другими своими предшественниками, И. Ньютон сформулировал основные законы механического движения, что объединили механику небесных тел с механикой Земли, и завершил создание фундамента механики как науки.

Эти основные моменты характеризуют возникновение механики как науки и ее связь с материально-производственной деятельностью. Это первый важный этап исторического процесса дифференциации естественно-научных знаний, выделение каждой отдельной науки с ее особым предметом и методом.

Производительные силы капитализма развивались в условиях промышленного подъема, перехода к машинному производства. Резко увеличивается значение средств труда как фактора роста производительных сил. Изобретение паровой машины и применения ее на практике вызвали революцию в производстве и способствовали возникновению такого раздела физики, как термодинамика, открытию закона сохранения и превращения энергии. Это открытие выдвинуло в 40-х годах XIX в. на первый план объективную диалектику природы и сыграло решающую роль в естественно-научном обосновании диалектико-материалистических взглядов. Закон сохранения энергии, а также открытие клетки и теория происхождения видов Дарвина были важнейшими открытиями в то время.

Физика первой половины XIX в. достигла наибольших успехов в изучении тепловых, электрических и магнитных явлений. Изобретение паровой машины и открытие электромагнетизма вызвали большой интерес к этим явлениям и создали материально-технические предпосылки для важнейших открытий. Технический прогресс и вызванные им научно-экспериментальные исследования в области теплоты и электромагнетизма заставили физиков отказаться от таких «невесомых» субстанций, как теплець, флогистон и т.п.

Многочисленные и тщательно поставленные экспериментальные исследования свидетельствовали о взаимопревращения теплоты и механической работы, выявили количественное сохранение их и постоянство этих отношений преобразований. Таким образом доказывалось, что тепловые явления не могут рассматриваться как свойства особой «воздушной» вещества - теплецю, а должны быть объяснены, исходя из законов специфического движения молекул. Значительным достижением в развитии физики было открытие первого и второго принципов термодинамики.

В начале XIX в. было установлено, что электрический ток вызывает магнитные явления. Поэтому уже нельзя было рассматривать электрические и магнитные силы как первичные свойства двух разнородных «невесомых» субстанций. В электро - и термохимических явлениях также были сделаны важные открытия, которые существенно подорвали основы метафизических взглядов и подготовили признание взаимосвязи и обусловленности различных природных явлений. Эти открытия имели решающее значение для распада метафизической концепции «невесомых» субстанций и были предпосылкой развития диалектико-материалистических взглядов.

Диалектика, которая стихийно проникшая в естествознание, так же как и материализм, опиралась на атомистику на всех этапах ее развития. В течение многих веков оставалась атомистика натурфилософским догадкам. Однако уже в XVIII ст. М. В. Ломоносов преподнес атомистику до уровня естественно-научной гипотезы. Если в XVII-XVIII вв. было изучены и сформулированы общие законы только одной формы движения - механической, то уже в начале XIX в. было установлено немало специфических закономерностей других форм физического движения (теплового и электромагнитного). Было обнаружено связи взаимного перехода этих форм движения. Наряду со специфическими закономерностями отдельных явлений экспериментально обоснована общий и основной закон физики - закон сохранения и превращения энергии, который вместе с ранее обоснованным законом сохранения массы дал возможность понять общие закономерности различных явлений природы и связи, взаємопереходи, что существуют между ними.

Физика в XIX в. превратилась из эмпирической в теоретическую науку и создала предпосылки, необходимые для полного преодоление метафизической, механистической ограниченности, а также способствовала созданию диалектико-материалистических взглядов на природу. Стало возможным полное преодоление механической односторонности XVIII ст., однако и само естествознание благодаря выявлению существующих в самой природе связей между различными областями исследования (механикой, физикой, химией, биологией и т.д.) превратилось из эмпирической науки в теоретическую, становясь при обобщении полученных результатов системой материалистического познания природы. Новые открытия в физике были подтверждением материализма и отражали объективную диалектику, присущую явлениям природы.

Материально-производственная деятельность и естественные науки развиваются в постоянном взаимодействии. В ходе исторического процесса этого взаимодействия они продвигают друг друга вперед. Вследствие потребностей материально-производственной деятельности на ее основе развивается познание природы, а познание природы, в свою очередь, открывает пути развития и совершенствования материально-производственной деятельности. Развитие техники и рост значение физики для промышленности способствовали вооружению ее совершенными методами экспериментального исследования веществ и поля. В начале XX в. физика поднялась до современного уровня экспериментальных и теоретических исследований и открытий, которые ведут к новому стремительному совершенствование и преобразование техники. Развитие физики характеризуется постепенным отходом от описательных методов исследования все большего использование точных математических методов. Математизация физики стала заметной в конце XIX - начале XX вв. Этот процесс особенно характерен для современной физики. В XX в. роль математики чрезвычайно растет, она все больше проникает не только в естественные науки, а и в политэкономию, социологию, филологию. В это время были сделаны открытия, которые повлекли глубокие преобразования в физике. Было открыто явление радиоактивности, установлено, что ядра сложных атомов химических элементов (уран и радий) в процессе радиоактивного излучение самопроизвольно распадаются, превращаясь в другие элементы, и выделяют при этом большое количество энергии. Новое открытие выявило глубокий внутренний связь и возможность взаимопревращения атомов. Выделение энергии при радиоактивном распаде свидетельствовало о новых внутриядерная процессы.

В известных ранее физических и химических явлениях атомы выступали как бесструктурных, неделимые частицы. Новые открытия показали, что атомы имеют сложную внутреннюю структуру. Было установлено, что к состав всех атомов входят электроны и положительно заряженные электрические частицы. Таким образом было доказано несостоятельность метафизических представлений о неделимость, безструктурність атома и устранено из науки метафизическое противопоставление вещества электромагнитным явлениям.

Новые, чрезвычайно важные результаты получили при исследовании электромагнитного излучения. Было доказано, что излучение характеризуется и волновыми, и корпускулярными свойствами. Эти открытия по-новому поставили вопрос о прерывность и непрерывность, об их взаимосвязь, глубже и полнее раскрыли объективную диалектику природы. Однако классическая физика не в силах была объяснить новые открытия. Это привело к кризису в физике, которая связана с пересмотром старых законов и основных принципов, с отбрасыванием объективной реальности вне сознания, т.е. заменой материализма идеализмом и агностицизмом. Из нее можно было выйти не приспособлением старых теорий к новым открытиям, а созданием качественно новых физических теорий. Это привело к возникновению и развитию теории относительности, квантовой механики и релятивистской квантовой механики. Революция в физике на рубеже XIX и XX вв. способствовала развитию физики больших скоростей и физики микромира. Однако развитие новой физики не исключает классической, а сохраняет все положительное, что было в ней. Без этого не было бы преемственности, непрерывности в развитии. В то же время для поступательного развития характерна прерывность, потому что здесь есть отрицание старого, переход от старого к новому, возникновения качественно нового.

Квантовая физика базируется на новых представлениях, понятиях и математических моделях. Сферой применения ее сначала был микромир, ядро атома и его оболочки. Она изучала излучения и поглощения атомом. Однако впоследствии обнаружено немало явлений, которые можно было понять только по помощью квантовых представлений: это надтекучість гелия и сверхпроводимость различных веществ, теория металлов и теория полупроводников. Квантовая теория позволила в последнее время создать новую отрасль техники - квантовую электронику. Квантовые генераторы - выдающееся достижение экспериментальной физики - является практическим результатом теоретических исследований.

Поиски фундаментального взаимодействия проводятся в физике параллельно с поисками фундаментальных элементарных частиц. Сейчас обнаружено много микрочастиц, которые требуют глубокого анализа и изучения.

Характерной чертой современной экспериментальной физики является рост сложности физического эксперимента, которое требует также значительных экономических затрат: атомные реакторы, использование ядерной энергии, запуск искусственных спутников Земли, космических ракет к другим планет - все это стало возможным благодаря быстрому развитию точных наук и прежде всего физики. Развития же физики, особенно ее новых разделов (ядра, элементарных частиц и т.д.), способствует эффективное развитие производства.