Научная революция в физике начала ХХ века: возникновение релятивистской и квантовой физики

Научная революц ия в физике начала ХХ века : возникновение релятивист ской и квантовой физики 1. Создание специальной теории относительности (СТО ) 1.1.Фундаментальные противоречия в основаниях классической механики После создания теории электромагнитного поля и эксп ериментального доказательства его реальности пер ед физикой встала задача выяснить , распр остраняется ли принцип относительности движения (сформулированный в свое время еще Галиле ем ) на явления , присущие электромагнитному пол ю . Принцип относительности Галилея был справе длив для механических явлений . Во всех ине рциа л ьных системах (т.е . движущихся прямолинейно и равномерно друг по отношени ю в другу ) применимы одно и те же законы механики . Но справедлив ли этот при нцип , установленный для механических движений материальных объектов , для немеханических явлений , особенно т ех , которые представлены полевой формой материи , в частности элект ромагнитных явлений ? Корни теории относительности лежат именно в этом комплексе проблем физики конца Х IХ века. Ответы на эти вопросы лежали в об ласти изучения закономерностей взаимосвязи дви жущихся тел с эфиром , но не как с механической средой , а как со средой , являющейся носителем электромагнитных колебаний . Отдаленные истоки такого рода исследований складывались еще в Х VIII веке в оптике движущихся тел . Впервые вопрос о влиянии движения ис т очников света и приемников , регистрирующих световые сигналы , на оптические явления возник в связи с от крытием аберрации света английским астрономом Брадлеем в 1728 г. Вопрос о влиянии движения источников и приемников света на оптические явления для волново й теории света был значите льно более сложным , чем для теории , основа нной на представлении о корпускулярной природ е света . Решение этого вопроса требовало в ведения ряда допущений . Эти гипотетические до пущения касались явлений , которые было очень сложно выя с нить в опыте : как взаимодействуют весомые тела и эфир (пола гали , что эфир проникает в тела ); отличаетс я ли эфир внутри тел от эфира , находящ егося вне их , и если отличается , то чем ; как ведет себя внутри эфир тел при их движении , и т . д . Возрождавший волно в ую теорию света в начале XIX в . Т . Юнг , касаясь вопросов оптики движущихс я тел , уже обратил на это внимание . Он отметил , что явление аберрации света може т быть объяснено волновой теорией света , е сли предположить , что эфир повс юду , в том числе и внутри движ ущих ся тел , остается неподвижным. В этом случае явление аберрации объясняется , как и в корпускулярной теории света. В 1846 г . английский ученый Стокс разрабо тал новую теорию аберрации на основе анал огий с гидродинамикой . Он исходил из предп оложения , что Зе мля при своем движении полностью увлекает окружающий ее эфир , так что скорость эфира на поверхности Земли в точности рав на ее скорости . Но последующие слои эфира движутся все медленнее и медленнее , и это обстоятельство и вызывает искривление волнового фрон та , что и воспринимается как аберрация . Из этой теории следует , ч то в любых оптических опытах , проведенных на Земле , не может быть обнаружена скорост ь ее движения . Существовала и третья точка зрения . Он а принадлежала Френелю , которому пришла очень интерес ная идея о час тичном увлечении эфира движущимися телами. Френель показал также , что коэфф ициент увлечения имеет порядок ( v / c ) І , а зна чит опытная проверка этой идеи требует оч ень точного эксперимента . Сравнивая свою теорию с теорией Френе ля , Стокс ук азывал , что эти теории хотя и основываются на противоположных гипоте зах , но практически приводят к одним и тем же результатам . Принципиальная сторона вопроса сводилась в сущности к двум возможным гипотетическим допущениям . Первое допущение сос тояло в том, что эфир полностью увле кается движущейся системой. Целый ряд опытов , которые были поставл ены еще в Х IХ веке , показал , что ск орость света всегда одинакова во всех сис темах координат , независимо от того , движется ли излучающий источник или нет , и нез ависим о от того , как он движется . Т аким образом , гипотеза о том , что эфир полностью увлекается движущейся системой позволя ла придерживаться принципа относительности , но тем не менее противоречила опыту. Второе допущение прямо противоп оложно первому : движущаяся с истема проход ит через эфир , не захватывая его. Это предположение по сути отождествляе т эфир с абсолютной системой отсчета и приводит к отказу от принципа относительно сти Галилея , ведь в системе координат , свя занной с эфирным морем , законы природы отл ичаютс я от законов во всех других системах. Таким образом , только в одной системе координат , которая связана с неподвижным эфирным морем , скорость света была бы один акова во всех направлениях . В любой другой системе , движущейся относительно эфирного ми ря , она за висела бы от направления , в котором производилось измерение . А это значит , что для того , чтобы проверить эт у вторую гипотезу , необходимо измерить скорос ть света в двух противоположных направлениях . Для этого воспользовались движением Земли вокруг Солнца : с корость света в направлении движения Земли отличалась бы о т скорости света в противоположном направлени и. Очевидно , что если Земля не увлекает при своем движении окружающий эфир , то в первом случае эта скорость равна с 1 = с - n = c(1 - n /c), а во втором с лучае с 2 = c(1 + n /c), где n - скорость Земли . Таким обра зом , разница в скорости света в первом и втором случаях первого порядка малости относительно n /c. Однако для проведения такого опыта нужно уметь измерять время , необходим ое для прохождения светом и звестного расстояния в определенном направлении , например в направлении движения Земли . А эта зад ача экспериментально неразрешима . Поэтому во всех проводимых на Земле опытах по опреде лению скорости света эта скорость определяетс я по времени , которое требу е тся для прохождения светом расстояния в прямом и обратном направлениях . Следовательно , для того чтобы определить влияние движения Зем ли на скорость света , остается возможность сравнить время прохождения светом определенног о расстояния L туда и обратно оди н раз вдоль движения Земли , а другой раз , в направлении , перпендикулярном этому движению . Но в этом случае разница во времени в первом и втором случаях явля ется величиной уже второго порядка малости относительно n /с , т . е . величиной порядка n 2 /с 2 . Таким о бразом , хотя принципиально с помощью эксперимента и можно решить воп рос о поведении эфира при движении Земли , тем не менее вследствие малости величины n 2 /с 2" 10 -8 , ожидаемый эффект должен быть чрезвычай но мал . И тем не менее такой экспериме нт был в 1887 г . осуществлен Майкельсоном и Морли . Результаты этого эксперимента дост оверно свидетельствовали , что скорость света не испытывает влияния движения Земли . Это поставило второе допущение в искл ючительно затруднительное положение . Для того , чтобы спасти его Ф итцджеральд и неза висимо от него Лоренц высказали в 1892 г . оригинальную гипотезу . Суть ее состоит в т ом , что отрицательный результат опыта Майкель сона - Морли может быть объяснен тем , что каждое движущееся в эфире тело сокращает свои размеры в направлени и своего движения относительно эфира . Согласно этой гипотезе , размеры тел при движении в эф ире уменьшаются в направлении движения в 1: (1-n 2 /с 2 ) 1/2 раз . Эта гипотеза совместно с гипот езой неувлекаемого , всюду неподвижного эфира чисто формально объясняла от рицательный р езультат опыта Майкельсона . Но никаких разумн ых теоретических соображений о причинах измен ения размеров тел она не выдвигала . Более того , гипотеза Фитцжеральда - Лоренца предпола гает , что вообще не существует никаких (ни эмпирических , ни теор е тических ) с редств , позволявших бы решить вопрос о том , движется ли тело относительно эфира или покоится. Таким образом , к рубежу Х IХ-ХХ веков развитие физики привело к ос ознанию противоречий и несовместимости трех п ринципиальных оснований классической меха ник и : 1. Скорость света в пустом пространстве всегда постоянна , независимо от движения источника или приемника света. 2. В двух системах координат , движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга , все законы природы строго одинаковы , и нет ник акого средства обнаружить абсолютное прямолинейное и равномер ное движение (принцип относительности ). 3. Координаты и скорости преобразовываются от одной инерциальной системы к другой согласно классическим преобразованиям Галилея. Было ясно , что эти три пол ожен ия не могут быть логически объединены дру г с другом , поскольку они несовместимы. Долгое время все усилия многих физиков были направлены на то , чтобы попытаться каким-либо образом изменить первые два из этих трех положений , оставив неизм енным третий как само собой разумеющийс я . С другой стороны , немалые усилия были потрачены на то , чтобы опытным путем , по становкой множества экспериментов доказать верно сть , истинность первых двух положений . В к онце концов появилась даже идея замены пр еобразований Галилея, но она выступила л ишь в виде гипотезы a d h o c . Французский математик и физик Анри Пу анкаре (1854 - 1912) обратился к проблемам , рассмотренным Лоренцем . В отличие от последнего , Пуанкаре сразу исходил из принципа относительности , который он распространи л на оптические и любые явления природы . Пуанкаре ближе всего подходил к основным представлениям теории относительности , а в разработке мате матического аппарата он был даже впереди Эйнштейна . Но Пуанкаре так и не решился на полный разрыв с классическими п р инципами и представлениями , хотя и бы л близок к этому. Внутренней логикой своего развития физика подводилась к необходимости найти нестандарт ный новый путь в разрешении фундаментальных противоречий в ее принципиальных основаниях . Этот путь и был найден вел иким физиком ХХ в . А . Эйнштейном (1879 - 1955) . 1.2. Созд ание А . Эйнштейном специальной теории относит ельности (СТО ) В сент ябре 1905 г . в немецком журнале "Аппа 1еп der Physik" появилась работа Эйнштейна "К электродинамике движущихся тел ". Эйнштейн сформул ировал основные положения специальной теории относите льности , которая объясняла и отрицательный ре зультат опыта Майкельсона - Морли , и смысл преобразований Лоренца , и , кроме того , содержал а новый взгляд на пространство и время. Эйнштейн пошел по третьему и з трех возможных путей преодоления противоречий в принципиальных основах классической механи ки (первые два были исчерпаны Г . Герцем и Лоренцем ). Эйнштейн пришел к убеждению , что необходимо сохранить в качестве верных два первых утверждения (принцип постоя н ства скорости света и принцип относительности ), но отказаться от преобразован ий Галилея . И дело не просто в том , чтобы чисто формально заменить их другим преобразованием . Он увидел , что за преобразованиями Галилея кроется определенн ое представление о прост ранственно-временных соотношениях , которое не соответствует физич ескому опыту и реальным пространственно-временным соотношениям вещей . Таким наиболее слабым звеном принципиальных оснований классической м еханики было представление об абсолютной одновременно сти событий. Этим представлением , не сознавая е го сложной природы , не эксплицируя , и поль зовалась классическая механика. Появлению статьи Эйнштейна "К электродина мике движущихся тел ", в которой впервые бы ли изложены основы теории относительности , пр едшеств овало , по словам самого автора , 7 - 10 лет упорных размышлений над проблемой влия ния движения тел на электромагнитные явления . Прежде всего , Эйнштейн пришел к твердому убеждению о всеобщности принципа относительн ости , т . е . к выводу , что и в отноше нии эле к тромагнитных явлений , а не только механических , все инерциальные систем ы координат совершенно равноправны . Одновременно с принципом относительности , Эйнштейну казал ось ясным и существование инвариантности скор ости света во всех инерциальных системах отсче т а . В своих воспоминаниях он пишет , что еще в 1896 г . у него " возни к вопрос : если бы можно было погнаться за световой волной со скоростью светя , то имели бы мы перед собой не зависящ ее от времени волновое поле ? Такое все-так и кажется невозможным !". Таким о бразо м , Эйнштейн , по-видимому , еще в молодости пр ишел также к принципу , согласно которому в о всех инерциальных системах скорость распрос транения световой волны одинакова . Как же можно совместить эти два п ринципа ? Одновременное их действие кажется не возмож ным . Однако из этого парадоксальног о положения Эйнштейн находит выход , анализиру я понятие одновременности . Такой анализ подво дит его к выводу об относительном характе ре этого понятия . В осознании относительности одновременности заключается гво здь всей теор ии относительности , выводы которой , в свою очередь , прив одят к необходимости пересмотра понятий прост ранства и времени - основополагающих понятий в сего естествознания. В классической физике всегда полагали , что можно просто говорить об абсолютной одновреме нности событий сразу во всех точках пространства . Эйнштейн убедительно по казал неверность этого представления . Но если ввести такое определение одно временности , то вследствие конечной скорости распространения света это понятие становится относительным . Ин аче говоря , одновременные события в одной системе не будут однов ременными в другой системе , движущейся относи тельно первой системы. Действительно , пусть в точках А и В , расположенных на расстоянии L друг от др уга , находятся неподвижные часы , которые синхр о низированы по правилу , приведенному выше . Пусть теперь наблюдатель , двигающийся относи тельно часов с постоянной скоростью v в на правлении АВ , захочет проверить синхронность хода часов . Он должен считать время движен ия сигнала от А до В равным t B - t A = L/ (c - n ), а промежуток времени движен ия сигнала в обратном направлении t A - t B = L / (c + n ). Но принцип постоянства скорости св ета предполагает , что скорость света относите льно движущегося наблюдателя неизменная и рав на с . Значит не существует способов у становления синхронности часов ; часы , синх ронные для покоящегося наблюдателя , перестают быть синхронными , когда он движется по от ношению к системе , в которой покоятся часы . Следовательно , понятие одновременности относител ьное . События , которые являются од н овременными для одного наблюдателя , не одновременны для другого наблюдателя , движущего ся относительно первого. Новое понимание одновременности , осознание ее относительности приводит к необходимости признания относительности размеров тел . Чтобы измерить дли ну тела , нужно отметить его границы на масштабе одновременно . Одн ако что одновременно для неподвижного наблюда теля , уже не одновременно для движущегося , поэтому и длина тела , измеренная разными наблюдателями , которые движутся относительно друг друга с раз л ичными скоростями , должна быть различна. На следующем этапе становления специально й теории относительности этим общим идейным рассуждениям Эйнштейн придает математическую форму и , в частности , выводит формулы пр еобразования координат и времени - "преобразо вания Лоренца ". Но у Эйнштейна эти преобразования уже имеют иной смысл . Одно и то же тело имеет различную "истинную " длину , если оно движется с различной ск оростью относительно масштаба , с помощью кото рого эта длина измеряется . То же самое относится и ко в ремени . Промежуто к времени , в течение которого длится какой -либо процесс , различен , если измерять его движущимися с различной скоростью часами. В теории Эйнштейна размеры тел и промежутки времени теряют абсолютный характер , какой им приписывали р аньше , и п риобретают смысл относительных величин , зависящих от относительного движени я тел и инструментов , с помощью которых проводилось их измерение . Они приобретают такой же смысл , какой имеют уже известные относительные величины , такие , как , например , скорость , т раектория и т . п . Таким образом Эйнштейн приходит к выводу о необходимости изменени я пространственно-временных представлений , которые выработаны классической физикой. Кроме формул преобразований координат и времени Эйнштейн получает также релятивистск ую фо рмулу сложения скоростей , показывает , что масса тела также является относитель ной величиной , зависящей от скорости . Кроме того , Эйнштейн показывает , что между массой тела и его полной энергией существует определенное соотношение . Он формулирует следую щий з акон : "масса тела есть мера содержащейся в нем энергии " в соотношении E = m c І . Создание СТО было качественно новым ш агом в развитии физического познания . СТО отличается от классической механики тем , что наблюдатель со средствами наблюдения органич ески в ходит в физическое описание рел ятивистских явлений . Описание физических процессо в в СТО существенно связано с выбором системы координат . Физическая те ория описывает не физический процесс сам по себе , а результат взаимодействия физическо го процесса со средс твами исследования. Обращая на это внимание , А . Эйнштейн в своей статье "К электродинами ке движущихся тел " (1905 г .) пишет : "Суждения вся кой теории касаются соотношений между твердым и телами (координатными системами ), часами и электромагнитными процессами " . В СТО , в которой сложилось осознание того , что нел ьзя дать описание физического процесса самого по себе , можно только дать его описан ие по отношению к определенной системе от счета , впервые в истории физики непосредствен но проявился диалектический характ е р процесса познания , активность субъекта позна ния , неотрывное взаимодействие субъекта и объ екта познания . 2.Создан ие и развитие общей теории относительности (ОТО ) 2.1.Принципы и понятия эйнштейн овской теории гравитации Классическ ая механика и СТО формулир уют законом ерности физических явлений только в инерциаль ных системах отсчета . Вместе с тем , ни классическая механика , ни СТО не дают сред ств для реального выделения таких инерциальны х систем . Получалось так , что законы физик и справедливы лишь для некоторо г о достаточно узкого класса систем координат (инерциальных ). Вполне закономерно возникла проб лема , как распространить законы физики и н а неинерциальные системы . После создания СТО Эйнштейн начал задумываться над распростране нием принципа относительности на случ ай неинерциальных систем . Возникает вопрос : на каком пути можно осуществить эту идею ? Возможность реализации этой идеи Эйнштейн увидел на пути обобщения принципа относи тельности движения - распространение принципа отно сительности не только на скорость , но и на ускорение движущихся систем . Если отказаться от приписывания абс олютного характера не только скорости , но и ускорению , то в таком случае выделенност ь класса инерциальных систем потеряет свой смысл , и можно так формулировать физические законы , что бы их формулировка имела смысл в отношении любой системы координа т. Это и есть содержание общего принципа относительности . Это означает , что точно так же , как нельзя говорить о скорости тела вообще , безотносительно к какому-нибудь телу В , так , очевидно , и ускорение имеет конкретный смысл по отношению к некоторо му фактору , вызывающему и определяющему его . До Эйнштейна существовало две точки з рения на причины , порождающие инерциальные си лы в ускоренных системах . Ньютон считал , ч то таким фактором является абс олютное пространство , а Э . Мах - действие общей м ассы Вселенной (см . 8.1.3.). Эйнштейн пошел по ин ому пути - по пути расширения принципа экв ивалентности сил инерции и сил тяготения ( инертной и гравитационной масс ) на оптические явления. Эквивалентность ине ртной и гравитацио нной масс в классической механике была из вестна . Еще Галилей установил , что все тел а на Земле , если не учитывать сопротивлени е воздуха , падают с одним и тем же ускорением . Ньютон подтвердил этот вывод оп ытами с маятниками . В 1890 г . венг е рский физик Этвеш проверил этот факт с большой степенью точности (до 1 0 n , где n = - 9 ). (Сейчас эта точность поднята до n = - 1 2 ). Некоторыми физиками высказывается мнение , что гравитационная и инертная массы всегда равны и имеют одну и ту же природ у . Но так как согласно теории отно сительности энергия обладает инерцией , то она должна обладать и тяжестью . Эйнштейн такж е обращается к этой проблематике и задумы вается о том , не обладает ли энергия т акже тяжелой (гравитирующей ) массой и уже в 1911 г . и п р иходит к новым р езультатам и идеям , которые затем легли в основу общей теории относительности . В центре его размышлений оказался воп рос : можно ли оценивать движение равноускорен ной системы S ' по отношению к инерциальной системе S как пребывание в относит ельном покое ? Теоретический анализ подводит его к выводу , что две системы отсчета , одна из которой движется ускоренно , а другая хо тя и покоится , но в ней действует одно родное поле тяготения , в отношении механическ их явлений эквивалентны и неразличимы . Это утверждение Эйнштейн иллюстрирует пр имером , в котором наблюдатель , находящийся в закрытом лифте , не может определить , движетс я ли ускоренно лифт или внутри него д ействуют силы тяготения . Эквивале нтность , существующую между ускорением и одно родным полем тяг отения , которая справедли ва для механики , Эйнштейн считает возможным распространить на оптические и вообще любы е физические явления . Этот расширенный принцип эквивалентности и был положен им в основу общей теории относительности . В последующие годы Эйнштей н , продолжая развивать эти идеи , создал новую теорию , к оторую назвал общей теорией относительности . Построение этой теории он закончил в 1916 г . С точки зрения ОТО пространство не обладает постоянной (нулевой ) кривизной . Кривизн а его меняется от точки к т очке . Кривизна пространства определяется полем тягот ения . Можно сказать больше : поле тяготения является не чем иным , как отклонением сво йств реального пространства от свойств идеаль ного евклидова пространства . Величина поля тя готения в каждой точке опреде л яет ся значением кривизны пространства в этой точке . Таким образом , движение материальной точки в поле тяготения можно рассматривать как свободное "инерциальное " движение , но пр оисходящее уже не в евклидовом , а в пр остранстве с изменяющейся кривизной . В ре з ультате , движение точки уже не является прямолинейным и равномерным , а про исходит по геодезической линии искривленного пространства . Отсюда следует , что уравнение дв ижения материальной точки , а также и луча света должно быть записано в виде ур авнения геод е зической линии искривлен ного пространства. Для определения кривизны пространства нео бходимо и достаточно знать выражение для компонент т.н . фундаментального тензора , который в теории Эйнштейна аналогичен потенциалу в теории тяготения Ньютона . Задача , следо вательно , заключается в том , чтобы , зна я распределения тяготеющих масс в пространств е , определить функции координат и времени (компонентов фундаментального тензора ); тогда можн о записать уравнение геодезической линии и решить проблему движения материально й точки , проблему распространения светового луча и т . д . Эйнштейн решил эту за дачу и нашел общее уравнение гравитационного поля , которое в классическом приближении переходило в закон тяготения Ньютона . Таким образом , проблема тяготения была решена им в общ е м виде. ОТО кардинально отличается от предшествую щих ей фундаментальных физических теорий . Она отказывается от целого ряда старых понят ий , формулируя вместе с тем новые понятия . Так , ОТО отказывается от понятий "сила ", "потенциальная энергия ", "инерциальна я систе ма ", "евклидов характер пространства - времени " и др . Зато вводятся новые понятия . Поскольк у в гравитационных полях не существует тв ердых тел , и ход часов зависит от сост ояния этих полей , то ОТО вынуждена пользов аться нежесткими (деформирующимися ) т е лами отсчета . Такая система отсчета (ее на зывают "моллюском отсчета ") может двигаться про извольным образом и ее форма может изменя ться , используемые часы могут быть со скол ь угодно нерегулярным ходом . В то же в ремя ОТО углубляет понятие поля , связывая вое д ино понятия инерции , гравитации и метрики пространства-времени , сохраняет инвар иантный смысл понятий точка (пространственно-време нное совпадение ) пространственно-временной континуум конечного числа измерений (устанавливая его риманов характер ) и др. 2.2. Э кспериментальная проверка ОТО ОТО ст ала фундаментом для выявления новых общих свойств и закономерностей Вселенной . Первым ее успехом было объяснение открытой еще в 1859 г . (и непонятной с точки зрения к лассической теории ) дополнительной скорости движе ния п еригелия Меркурия (около 4 3 " в стол етие ) под влиянием гравитационного поля Солнц а . В соответствии с ОТО , результатом дейст вия поля тяготения является то , что движен ие материальной точки , так же как и ра спространение светового луча , уже не является равно м ерным и прямолинейным . Расп ространение выводов ОТО на оптические явления приводит к ряду необычных следствий : явле нию красного смещения спектров звезд и от клонению светового луча под действием этого поля. Таким образом , в ОТО был получен н овый фундаменталь ный результат : скорость света уже не является постоянной величиной , она изменяется , когда свет проходит поле тяготения , увеличиваясь или уменьшаясь в за висимости от взаимного направления распространен ия света и направления сил тяготения . Отсю да , в частнос т и , следует , что л уч света , проходя мимо тела , обладающего с ильным полем тяготения , должен искривляться , е сли его направление не совпадает с направ лением силы тяготения . Этот эффект может б ыть обнаружен . При наблюдении солнечного затм ения можно сравнить по л ожение гру ппы звезд , находящихся на небесной сфере в близи Солнца во время его затмения (когда их можно наблюдать ), с положением этой же группы звезд ночью . В первом случае световые лучи от этих звезд , проходя около поверхности Солнца , должны искривляться в его гравитационном поле , следовате льно , наблюдаться смещенными относительно их обычного положения на небесной сфере. Опыты по измерению отклонения лучей с вета , проходящих около Солнца , имели большое значение для широкого признания общей , а вместе с ней и специальной теории относительности . В 1919 г . одна английская эксп едиция направилась в Бразилию , а другая - н а один из островов , расположенных возле аф риканского материка , для проверки этого эффек та . Наблюдения обеих экспедиций подтвердили с уществование э ф фекта Эйнштейна . Предп олагаемое смещение группы звезд , видимых окол о Солнца во время затмения , действительно имело место , хотя точность измерений была невелика . Проведенные в 1922 г . новые измерения также подтвердили существование эффекта , предск азанного т еорией Эйнштейна. Другой результат , полученный в теории Эйнштейна , - наличие красного смещения в спектр ах небесных тел - был подтвержден Сент-Джоном в 1923 - 1926 гг . при наблюдении спектра Солнца . В 1925 г . Адамс подтвердил выводы теории , набл юдая спектр спутника Сириуса , обладающего чрезвычайно большим полем тяготения . Таким образом , экспериментальных подтверждений общей теории относительности чрезв ычайно мало : изменения орбиты Меркурия , красно е смещение для света , искривление лучей св ета вблизи Солнца , обусловленное кривизной пространства. Согласие теории с опытом достаточно хорошее , но чистота экс периментов нарушается различными сложными побочн ыми влияниями . 2 3. Совр еменное состояние теории гравитации и ее роль в физике ХХ века Общая теория относитель ности сыграла в физике ХХ века особую и своеобразную роль . Во-первых , она представляет собой теорию тяготения , хотя , возможно , и не вполне за конченную , не лишенную некоторых недостатков . Это проявляется в том , что математический аппарат теории настолько с ложен , что п очти все задачи , кроме самых простейших , о казываются неразрешимыми . Трудность отчасти состо ит в том , что гравитация - это вид энер гии и поэтому она сама является собственн ым источником энергии ; гравитация как физичес кое поле сама обладает (как, например , и электромагнетизм ) энергией и импульсом , а значит , и массой . Ввиду таких трудностей (возможно , они скорее технического характера , но может быть и принципиального ) ученые до сих пор - спустя 80 лет после того , как была сформулирована общая теор и я относительности ,- все еще пытаются р азобраться в ее смысле . Поэтому вполне закономерно и то , что в ХХ веке физики продолжали попытки создания альтернативных теорий тяготения . Их создано уже свыше 20. Некоторые из них , как и теория Эйнштейна , т . е . исход ят из геометрического толкования гравитации , а другие исходят из понятия поля , заданного в плоском пространстве-времени . Почти все эти альтернативные теории не предсказывают н овых экспериментов и потому их эвристическое значение практически равно нулю . Ср е ди физиков давно уже признано , что общая теория относительности дает наилучшее известное описание пространства-времени и грави тации . Такое признание в значительной степени обусловлено поистине удивительными красотой и идейно-теоретическим изяществом этой т еории . Во-вторых , на основе ОТО были развиты два фундаментальных направления современной физики : · · геометризиров анные единые теории поля ; · · релятивистская космология. Успешная геометризация гравитации заставила многих фи зиков задуматьс я над вопросом о сущно сти физики в ее отношении с геометрией . В этом вопросе сложились две противоположн ые точки зрения : 1. Поля и частицы непосредственно не определяют характер пространственно-временного контин уума . Он сам служит лишь ареной их про явления . Поля и частицы чужды геометрии мира . Поля и частицы надо добавить к геометрии , чтобы вообще можно было говори ть о какой-либо физике. 2. В мире нет ничего , кроме пустого искривленного пространства . Материя , заряд , элек тромагнетизм и другие поля являются л ишь проявлением искривленного пространства . Физик а есть геометрия. ОТО оказалась переходной теорией между первым и вторым подходами . В ОТО предст авлен смешанный тип описания реальности : грав итация в ней геометризирована , а частицы и поля , отличные от грави тации , добавля ются к геометрии. Успех в геометризации гравитации побудил многих ученых (в том числе и самого Эйнштейна ) к попыткам объединения электромагнит ного и гравитационного полей в рамках дос таточно общего геометрического формализма на базе ОТО . С да льнейшим открытием разно образных элементарных частиц и соответствующих им полей естественно встала проблема включ ения и их в рамки подобной единой тео рии . Так было положено начало длительному процессу поисков геометризированной единой теори и поля , который по замыслу должен реализовать второй подход - св едение физики к геометрии, созда ние т.н . геометродинамики . 3. Возни кновение и развитие квантовой физики 3.1. Гипотеза квантов Истоки квантовой физики уходят своими корнями в изучение процессов излучения тел. Еще в 1809 г . Прево сделал вывод о том , что каждое тело излучает независимо от окружаю щей среды . Развитие спектроскопии в Х 1Х веке привело к тому , что вместе с и сследованием спектров излучения начинают обращат ь внимание и на спектры поглощения . При этом в ыясняется , что между излуче нием и поглощением тела существует простая связь . В спектрах поглощения отсутствуют ил и ослабляются те участки спектра которые испускаются данным телом . Этот закон получил свое объяснение только в квантовой теори и . Густав Кирхго ф (1824 - 1887) сформулировал новы й закон , известный под именем закона Кирхг офа . Он показал , что для лучей одной и той же длины волны при одной и т ой же температуре отношение испускательной и поглощательной способности для всех тел одно и то же . Или , друг и ми словами , если Е l T и А l T - соответственно испускательная и поглощательная с пособность тела , зависящие от длины волны l и температуры Т , то где j (l ,T) - некоторая унив ерсальная функция l и Т , одинаковая для все х тел. Кирхгоф ввел также понятие абсолю тного черного тела как тела , поглощающего все падающие на него лучи , и дал извес тную его модель . Для такого тела , очевидно , Al T =1; тогда универ сальная функция Кирхгофа j (l , Т ) равна испускател ьной способности абсолютно черного тела . Сам Кирхгоф не опре делил вид функции j (l , Т ), а отметил только некоторые ее свой ства . Встала задача определить вид этой фу нкции . Функция j (l , Т ) - универсальная , поэтому есте ственно было предполагать , что ее вид можн о определить , исходя из теоретических соображ ений - ис п ользуя основные законы т ермодинамики . Больцман показал , что полная эне ргия излучения абсолютно черного тела пропорц иональна четвертой степени его температуры .О днако задача определения вида функции Кирхгоф а оказалась весьма трудной . В 80-е годы Х IХ века э мпирич еские исследования закономерностей в распределен ии спектральных линий и изучение функции j ( l , T ) стали более интенсивными и систематическими . Была усовершенствована экспериментальная аппарату ра . Для энергии излучения абсолютно черного тела Вином в 1896 г . и Рэлеем и Джином в 1900 г . было предложено две разл ичные формулы . Как показали экспериментальные результаты , формула Вина ассимптотически верна в области коротких волн и дает резкие расхождения с опытом в области длинных волн , а формула Рэлея - Д жинса таким же образом верна для длинных волн , но не применима для коротких . В 1900 г . в октябре на заседании Берли нского физического общества Макс Планк (1858 - 1947) пр едложил новую формулу для распределения энерг ии в спектре черного тела , полученную пе рвоначально полуэмпирическим путем . Эта ф ормула давала полное соответствие с опытом . Но физический смысл этой формулы был н е вполне понятен . Дополнительный анализ показ ал , что эта формула имеет смысл только в том случае , если допустить , что излуче ние энер г ии происходит не непреры вно , а определенными порциями - квантами (e ). Боле е того , e не является любой величиной , а именно e = hn , где h - совершенно определенная констант а , а n - частота света . Это вел о к признанию наравне с а томизмом вещества атомизма э нергии или действия , дискретного , квантового характера изл учения , что не укладывалось в рамки основных представлений классической физи ки . Формулировка гипотезы квантов энергии была началом новой эры в раз витии теоретической физики. В 1912 г . А . Пуанкаре ок ончательно показал несовместимость формулы Планка и классической механики. Эту гипотезу вскоре с большим успехом начали применять для объяснения других я влений , которые нельзя было объяснить на о снове представлений классической физики . Существе нно новым в развитии квантовой теории было введение понятия квантов света . Эта идея под влиянием гипотезы Планка была разработана в 1905 г . Эйнштейном и применена им для объяснения оптических явлений и , в частности , фотоэффекта. В 1909 г . Эйнштейн , продолжая исследова ния по теории излучения признает , что свет обладает одновременно и волновыми и корпускулярными свойствами . В целом ряде исследований были получены новые подтверждения гипотезы Эйнштейна о квантовых свойствах с вета . Теперь всем было ясно , что световое излу ч ение обладает и корпускуляр ными и волновыми свойствами . 3.2. Теор ия атома Н . Бора . Принцип соответствия В свет е тех выдающихся открытий конца Х IХ в ека , которые революционизировали физику , одной из ключевых проблем естествознания стала п роблема строения ат омов . Еще в 1889 г . в своей Фарадеевской лекции Д . И . Менделее в отмечал , что в результате выявления спец ифической периодичности химических свойств элеме нтов , расположенных по возрастающим атомным в есам , центральной проблемой физики становится проблема стр о ения атома. В 1909 - 1910 гг . сотрудниками лаборатории английс кого физика Эрнеста Резерфорда (1871 - 1937) были прове дены экспериментальные исследования рассеяния a -ча стиц тонким слоем вещества . Эти исследования показали , что для большинства a -частиц , пр онизывающих тонкий слой вещества , можно принять , что они рассеиваются силовыми цент рами , которые действуют на них с силой , обратно пропорциональной квадрату расстояния . Для некоторых же сравнительно немногих частиц , отклонение которых составляло угол 90 и больше , нужно было принять , что они встретились с очень сильными электриче скими полями (в результате они даже отбрас ываются назад ). Это позволило Резерфорду в 1911 г . в сформулировать планетарную модель атома . По теории Резерфорда , атом состоит из положит ельного ядра , гораздо меньших размеров , нежели атом , порядка 10 -13 см . Вокруг ядра вращаются электроны . Общий заряд атома равен нулю , п оэтому заряд ядра по абсолютной величине равен ne , где n - число электронов в атоме , e - заряд электрона . Резерфорд полаг ал также , что число электронов в атоме должно быть равно порядковому номеру элемента в период ической системе Менделеева . Но модель Резерфо рда еще не объясняла многих выявленных к тому времени закономерностей , и прежде вс его закономерностей излучения атомо в. Успеха в построении более совершенной квантовой модели атома добился в 1913 г . мо лодой датский физик Нильс Бор (1885 - 1962), работавший в лаборатории Резерфорда . Бор понял , что для построения теории , которая объясняла бы и результаты опытов по рассеянию a -частиц , и устойчивость атома , и сериальные закономерности , и ряд других экспериментальных данных , нужно отказаться от некоторых при нципов классической физики . Н . Бор взял за основу модель атома Резерфорда и дополни л ее новыми гипотезами , которые не сл е дуют или даже противоречат класс ическим представлениям . Эти гипотезы известны как постулаты Бора . Они сводятся к следую щему . 1. Каждый электрон в атоме м ожет совершать устойчивое орбитальное движение по определенным орбитам , с определенным зна чением энерг ии , не испуская и не п оглощая электромагнитного излучения . В этих с остояниях атомные системы обладают энергиями , образующими дискретный ряд : E ' , E " ,. . . ,E n . Состояния эти характеризуются своей устойчивостью . Всякое изменение энергии в результате п о глощения или испускания электромагнитного излуче ния может происходить только скачком из о дного состояния в другое. 2. Электрон способен переходить с одной стационарной орбиты на другую . И только в этом случае он испускает или погло щает определенную порцию энергии монохромат ического излучения определенной частоты . Эта частота определяется величиной изменения энергии атома при таком переходе . Если при пе реходе электрона с орбиты на орбиту и энергия атома изменяется от Е m до Е n , то испускаемая или поглощаема я частота определяется условием hn mn = Е m - Е n Эти по стулаты Бор использовал для расчета простейше го атома (атома водорода ), рассматривая первона чально наиболее простую его модель : неподвижн ое ядро , вокруг которого вращается по круг овой орбите электрон . Объ яснение спектра водорода было большим успехом теории Бор а. Важным достижением квантовой теории Бора было также развитие им и другими исс ледователями представления о строении многоэлект ронных атомов . После первых результатов , дости гнутых в теории строения а тома водоро да и объяснения на основании этой теории спектров , были предприняты шаги в развити и теории строения более сложных атомов и объяснений структуры их спектров . В этом направлении были достигнуты некоторые успехи , однако исследователи встретились и с большими трудностями . Введение четырех квантовых чисел , установ ление принципа Паули и объяснение периодическ ой системы Менделеева - большие успехи теории атома Бора . Однако они по-прежнему не означали , что теорию можно считать удовлетвор ительной . Во-пер вых , сами постулаты Бора имели характер непонятных , ни откуда не следуемых утверждений , которые должны были бы получить свое обоснование . Во-вторых , теория дала многое для выяснения строения атома и атомных спектров и т . д ., однако ее применение часто вст р ечало неп реодолимые трудности уже в довольно простых случаях . Так , никакие попытки теоретически рассчитать даже такой , казалось бы , простой атом , как атом гелия , не привели к успеху . Неудовлетворительность теории атома ясн о понималась самими физиками . 3.3 . Создание нерелятивистской квантовой механи ки Таким образом , в первой четверти ХХ века перед физикой по прежнему стояла задача нахожд ения новых путей развития теории атомных явлений . Эти пути потребовали отказа от це лого ряда давно установленных понятий и выработки совершенно новых теоретических представлений и принципов . Такие представления и принципы были созданы целой плеядой выдающихся физиков ХХ века . Молодой немецкий ученый Гейзенберг установил основы так называемой матричной механики ; фра нцузский фи зик де Бройль , а за ним австрийский физик Шредингер разработали волн овую механику . Как вскоре оказалось , и мат ричная механика , и волновая механика - различны е формы общей теории , получившей название квантовой механики. К созданию матричной механики В . Гейз енберг (1901-1975) пришел в результате исследовани й спектральных закономерностей , а также теори и дисперсии , в которой атом представлялся некоторой символической математической моделью - к ак совокупность виртуальных гармонических осцилл яторов . Представлени я же об атоме как о системе , состоящей из ядра и вращающихся вокруг него электронов , которые о бладают определенной массой , движутся с опред еленной скоростью по определенной траектории , нужно понимать лишь как аналогию для уст ановления соответствующей матем а тической модели . Указанный метод исследования и ра звил Гейзенберг , распространив его вообще на теорию атомных явлений . При этом особую роль играл принцип соответствия как прин цип аналогии между классическим и квантовым рассмотрениями . Именно таким путем Г е йзенберг рассчитывал преодолеть трудности , возникшие перед полуклассической теорией Бора. В 192б г . Гейзенберг впервые высказывает основные положения квантовой механики в матричной форме . Теория атомных явлений , по Гейзенбергу , должна ограничиваться устано вл ением соотношений между величинами , которые н епосредственно измеряются в экспериментальных ис следованиях ("наблюдаемыми " величинами , по терминол огии Гейзенберга ) - частотой излучения спектральных линий , их интенсивностью , поляризацией и т . п . "Ненаблюда е мые " же величины , такие , как координаты электрона , его скорос ть , траектория , по которой он движется , и т . д ., не должны использоваться в теории атома . Однако в согласии с принципом соответствия новая теория должна определенным образом соответствовать клас с ическим теориям . Конкретно это должно выражаться в том , что соотношения новой теории должны находиться в отношении аналогии с соотно шениями классических величин . При этом каждой классической величине нужно найти соответств ующую ей квантовую величину и , по л ьзуясь классическими соотношениями , составить соответствующие им соотношения между найденн ыми квантовыми величинами. Второе направление в создании квантовой механики начало развиваться в ра ботах французского физика Луи де Бройля . В них была высказана идея о волновой природе материальных частиц . На основании уже установленного факта наличия у света одновременно и корпускулярных и волновых с войств , а также оптико-механической аналогии у де Бройля возникла идея о существовании волновых свойств частиц. Первые р аботы де Бройля , в которых высказывалась идея волн , связанны х с материальными частицами , не обратили н а себя серьезного внимания . Де Бройль впос ледствии писал , что идеи , которые он выска зал , были приняты с "удивлением , к которому несомненно примешивалась к акая-то д оля скептицизма ". Но не все скептически от неслись к идеям де Бройля . Особенно сильно е влияние идеи де Бройля оказали на а встрийского физика Эрвина Шредингера (1887 - 1961), который увидел в них источник для создания н овой атомной механики . В 1926 г . посл едовали работы Шредингера , в которых он , р азвивая идеи де Бройля , построил так назыв аемую волновую механику. Шредингер впервые установил связь между квантовой и волновой механикой , которую у точнил в последующих работах . Он показал , что при всем разл ичии исходных физиче ских положений они математически эквивалентны . В 1927 г . волновая механика получила ново е прямое экспериментальное подтверждение . В э том году Дэвиссоном и Джермером было обна ружено явление дифракции электронов . Таким об разом , гипотеза д е Бройля получила пря мое экспериментальное подтверждение , оказалось пр авильным и найденное им количественное соотно шение для длин "волн де Бройля ". Кроме оправдания квантовой механики непосредственным п одтверждением волновой природы электрона , с п омощью э т ой теории удалось постро ить более совершенную теорию твердого тела , теорию электропроводности , термоэлектрических явле ний , теорию магнетизма и т . д . Квантовая теория дала возможность приступить к постр оению теории радиоактивного распада , а в д альнейшем ст а ла основой для новой области физики - ядерной физики и т . д. Вслед за основополагающими работами Шреди нгера по волновой механике были сделаны п ервые попытки релятивистского обобщения квантово- механических закономерностей , и уже в 1928 г . Дирак заложил осно вы релятивистской квант овой механики. 3.4. Проб лема интерпретации квантовой механики Принцип дополнительности Созданный группой физиков в 1925-1927 г.г . формальный матем атический аппарат квантовой механики убедительно продемонстрировал свои широкие возможн ос ти по количественному охвату значительного эм пирического материала ; не оставалось никаких сомнений , что квантовая механика целиком приг одна для описания определенного круга явлений . Вместе с тем , исключительная абстрактность квантово-механических формал и змов , нали чие значительных отличий в сравнении с кл ассической механикой (кинематические и динамическ ие переменные заменены абстрактными символами некоммутативной алгебры , отсутствие понятия эле ктронной орбиты , необходимость интерпретации форм ализмов и др. ) рождали ощущение н езавершенности , неполноты новой теории . В резу льтате возникло мнение о необходимости ее завершения. Никто и не возражал против того , ч то новую теорию нужно "дорабатывать ". Дискуссия возникла по вопросу о том , каким путе м это нужно делать . А . Эйнштейн и ряд других физиков считали , чт о квантово-механическое описание физической реаль ности является существенно неполным . Иначе го воря , созданная теория не является фундамента льной теорией , а лишь промежуточной ступенью по отношению к ней , поэтом у необх одимо дополнить существующую теорию принципиальн о новыми постулатами и понятиями , т . е . дорабатывать ту часть оснований новой теории , которая связана с ее принципами. Другие физики , во главе с Н . Бором , считали , что созданная новая те ория является ф ундаментальной и дает полное описание физической реальности , а "проя снить положение вещей можно было здесь то лько путем более глубокого исследования пробл емы наблюдений в атомной физике ". Иначе го воря , Н . Бор и его единомышленники считали , что "доработка " квантовой механики должна идти по линии уточнения той ч асти ее оснований , которые связаны не с принципами теории , а с ее методологическими установками , по линии соответствующей интерп ретации созданного математического формализма. Разработка методологически х уст ановок квантовой механики , являвшаяся важнейшим звеном в интерпретации этой теории , длилась вплоть до конца 40-х годов ХХ века . Завершение выработки этой интерпретации одноврем енно означало и завершение научной революции в физике , начавшейся в конце Х IХ века. Основной отличительной особенностью экспериментальных исследований в области ква нтовой механики является фундаментальная роль взаимодействия между физическим объектом и измерительным устройством . Это связано с ко рпускулярно-волновым дуализмом . И с вет и частицы проявляют в различных условиях про тиворечивые свойства , и , в связи с этим , о них возникает противоречивое представление . В одном типе измерительных приборов (диф ракционная решетка ) они представляются нам в виде непрерывного поля , распределен н ого в пространстве , будь то световое поле или поле , которое описывается волнов ой функцией . В другом типе приборов (пузыр ьковая камера ) эти же микроявления выступают как частицы , как материальные точки . Причиной корпускулярно-волнового дуализма , по Бору , яв ляется то обстоятельство , что сам микрообъект не является ни в олной , ни частицей в обычном понимании . Невозможность провести резкую границу меж ду объектом и прибором в квантовой физике выдвигает две проблемы : · · каким обра зом можно отличить знан ия об объекте от знаний о приборе ? · · каким образом , различив их , связать в единую картину , теорию объекта ? Первая задача разрешается введением требования описыв ать поведение прибора на языке классической физики , а принципиально статистическое пов едение микрочастиц - на языке квантово-меха нических формализмов . Вследствие того , что све дения о микрообъекте получают в результате его взаимодействия с классическим прибором , т.е . макроскопическим объектом , микрообъект можн о интерпретировать только в кла с с ических понятиях , т.е . использовать классические представления о волне и частице . Мы как бы вынуждены говорить на классическом яз ыке , хотя с его помощью нельзя выразить все особенности микрообъекта , который не яв ляется классическим. Вторая задача разрешае тся с помощ ью принципа дополнительности : вол новое и корпускулярное описания микропроцессов не исключают и не заменяют друг друга , а взаимно дополняют друг друга, при одном представлении микрообъекта и спользуется причинное описание соответствующих п роцессов , в другом же случае пространств енно - временное . Единая картина объекта являет ся синтезом этих двух описаний . 4. Метод ологические установки неклассической физики Создание релятивистской , а затем и квантовой физик и привело к необходимости значительного пе ресмотра методологических установок классиче ской физики . Кардинальные изменения в системе методологических установок релятивистской физик и связаны с выявлением зависимости описания поведения физических объектов от условий познания (учет состояния движения си стем отсчета при признании постоянства скорос ти света в вакууме ). Произошло изменение г носеологической позиции субъекта и объекта - п оявилась необходимость указания на ту систему отсчета , с позиций которой описывается ис следуемая физическая область . Соз д ани е квантовой механики привело к еще более значительному пересмотру методологических принц ипов классической физики : введение нового кла сса принципиально статистических закономерностей ; невозможность провести резкую границу между объектом и прибором и вве д ение принципа дополнительности ; невозможность одновреме нного определения всех свойств микрообъекта ( принцип неопределенности ); ненаглядный характер те оретических моделей , неоднозначность употребления понятий , необходимость указывать на условия познания и д р . Рассмотрим в систематическом виде методол огические установки неклассической физики. 1.Признание объективного существования физич еского мира , т.е . его существования до и независимо от человека и его сознания. 2. В отличие от классической физики , к оторая рассматривала мир физических элемент ов как качественно однородное образование , со временная физика приходит к выводу о нали чии трех качественно различающихся структурных уровней мира физических элементов : микро -, м акро - и мага - уровней. 3. Явления микромир а , микропроцессы о бладают чертами целостности , необратимости и неделимости , которые приводят к качественному изменению представлений о характере взаимосвязи объекта и экспериментальных средств исследов ания. 4. Причинность как один из элементов всеобщей свя зи и взаимообусловленности ве щей , явлений , событий материального мира прису ща и микропроцессам . Но характер причинной связи в микромире отличен от механистическ ого детерминизма . В области мик роявлений причинность реализуется через многообр азие случайностей , и потому микропроцессам свойственны не динамические , а статистически е закономерности. 5. Микроявления принципиально познаваемы . Пол учение полного и непротиворечивого описания п оведения микрочастиц требует выработки нового способа познания и новых методол огичес ких установок познания. 6. Основа познания - эксперимент , непосредствен ное материальное взаимодействие между средствами исследования субъекта и объектом . Так же , как и в классической физике , исследовате ль свободен в выборе условий эксперимента. 7. Ка рдинальные изменения в методолог ии неклассической физики по сравнению с к лассической физикой связаны с выявлением зависимости описания поведения физиче ской объектов от определенных условий познани я . В релятивистской физике - это учет состояния движения сис тем отсче та при признании постоянства скорости света в вакууме . В квантовой физике - фундамента льная роль взаимодействия между микрообъектом и измерительным устройством , прибором . Речь здесь идет об изменении познавательного отнош ения субъекта и объекта . В квантов ой физике она разрешается принципом дополните льности. 8. Если в классической физике все сво йства объекта могут определяться одновременно , то уже в квантовой физике существуют п ринципиальные ограничения в этом , выражаемые принципом неопределенности. 9. Неклассические способы описания позволяют получать объективное описание природы . Но объективность знания не должна отождествляться с наглядностью. С оздание механической наглядной модели вовсе н е выступает синонимом адекватного физического объяснения ис следуемого явления. 10. Физическая теория должна содержать в себе не только средства для описания поведения познаваемых объектов , но также и средства для описания условий познания , в ключая процедуры исследования. 11. В неклассической физике , как и в класси ческой , игнорируется атомная структур а экспериментальных устройств. 12. Структура процесса познания не являет ся неизменной . Качественному многообразию природы должно соответствовать и многообразие способ ов ее познания . На основе неклассических с пособов поз нания (релятивистскому и квант овому ) со временем должны сформироваться новы е способы познания. Во второй половине ХХ века основное внимание в физике обращено на создание теорий , раскрывающих с позиций квантово-релятивист ских представлений сущность и основа ния единства четырех фундаментальных взаимодействий - электромагнитного , "сильного ", "слабого " и грави тационного . Эта задача одновременно является и задачей создания единой теории элементарных частиц (теории структуры материи ). На осно ве представления о р а зличных кали бровочных симметриях созданы и получили хорош ее эмпирическое обоснование квантовая электродин амика , теория электрослабого взаимодействия , квант овая хромодинамика (теория сильного взаимодействи я ), есть перспективы на создание единой те ории элек т ромагнитного , "слабого " и "сильного " взаимодействий . Физики ожидают , что в отдаленной перспективе к ним должно быть присоединено и гравитационное взаимодействи е , о природе которого высказываются разные точки зрения (искривление пространства-времени , некот о рое силовое поле с гравитон ом как его квантом , и то и другое вместе , и др .). Трудно сказать , как далеко находится наука от реализации этой великой цели - создания единой теории структуры м атерии . Список литературы Азимов А . Краткая история биол огии . М .,1 967. Алексеев В.П . Становление человечества . М .,1984. Бор Н . Атомная физика и человеческое познание . М .,1961 Борн М . Эйнштейновская теория относительности.М .,1964. Вайнберг С . Первые три минуты . Совреме нный взгляд на происхождение Вселенной . М .,1981. Гинзб ург В.Л.О теории относительности . М .,1979. Дорфман Я.Г . Всемирная история физики с начала 19 века до середины 20 века . М .,1979. Кемп П ., Армс К . Введение в биологи ю . М .,1986. Кемпфер Ф . Путь в современную физику . М .,1972. Либберт Э . Общая биология . М .,1978 Льоцци М . История физики . М .,1972. Моисеев Н.Н . Человек и биосфера . М .,1990. Мэрион Дж . Б . Физика и физический м ир . М .,1975 Найдыш В.М . Концепции современного естеств ознания . Учебное пособие . М .,1999. Небел Б . Наука об окружающей среде . Как устроен мир . М .,1993. Николис Г ., Пригожин И . Познание сложно го . М .,1990. Пригожин И.,Стенгерс И . Порядок из хаос а . М .,1986. Пригожин И ., Стенгерс И . Время , Хаос и Квант . М .,1994. Пригожин И . От существующего к возника ющему . М .,1985. Степин В.С . Философская антропологи я и философия науки . М .,1992. Фейнберг Е.Л . Две культуры . Интуиция и логика в искусстве и науке . М .,1992. Фролов И.Т . Перспективы человека . М .,1983.