Влияние физики на человека

Физика является для человека важнейшим источником знаний об окружающем его мире. Постоянно расширяя и умножая возможности человека, физика обеспечивает его уверенное продвижение по пути технического прогресса. Она вносит значительный вклад в развитие духовного облика человека, формирует его мировоззрение и учит двигаться в масштабах культурных ценностей. Именно поэтому ученые выделяют научные, технические и гуманитарные возможности физики.

Наука естествознания всегда содержала в себе эти три потенциала. Но они были особенно выраженными и весомыми в науке 20 века, что предопределило чрезвычайно важную роль, которую физика начала играть в современном мире и в жизни человека.

Как известно, физика исследует общие свойства и формы движения материи. Стремясь понять происхождение вещей и коренные причины явлений, развивающаяся физика сначала сформировала механическую картину мира (17-19 века), затем электромагнитную (вторая половина 19 -начало 20 веков) и, наконец, современный физический облик мира (середина 20 века).

В начале 20 века была создана теория относительности, сначала специальная, а затем общая. Данное событие можно считать великолепным завершением комплекса исследований, интенсивно проводимых в 19 веке, которые привели к созданию так называемой классической физики. Известный американский физик Виктор Вайскопф охарактеризовал теорию относительности, как совершенно новый набор концепций, в рамках которых находят объединение механика, электродинамика и гравитация, создавшие новое восприятие понятий пространства и времени.

К концу первой трети 20-го века другая фундаментальная физическая теория, наименование которой квантовая, приобрела достаточный вес. Если теория относительности эффективно завершила предыдущий этап развития физики, то квантовая теория, окончательно порвав с классической физикой, открыла новый качественный этап в познании человеком материи. Квантовая теория характеризуется созданием новых методов мышления, раскрывающих мир атомов и молекул с их дискретными энергетическими состояниями и характеристиками спектров и химических связей.

Используя квантовую теорию, физики совершили прорыв в понимании вопросов, связанных с веществом, структурой и свойствами кристаллов, молекул, атомов, атомных ядер, взаимопревращением элементарных частиц. Возникли новые отрасли физики, такие как физика твердого тела, физика плазмы, атомная и молекулярная физика, ядерная физика, физика элементарных частиц. А в традиционных разделах, например, оптике, появились совершенно новые главы: квантовая оптика, нелинейная оптика, голография и т.д.

Физика исследует фундаментальные закономерности явлений, что предопределяет ее роль лидера во всем цикле естественных математических наук. Основная роль физики была особенно ярко выражена именно в 20 веке. Одним из наиболее убедительных примеров является объяснение периодической системы химических элементов на основе квантовомеханических представлений. На стыке физики и других естественных наук возникли новые научные дисциплины. Химическая физика исследует электронную структуру атомов и молекул, физическую природу химических связей, кинетику химических реакций. Астрофизика изучает разнообразие физических явлений во Вселенной, широко использует методы спектрального анализа и радиоастрономические наблюдения. Отдельные разделы астрофизики включают в себя физику Солнца, физику планет, физику межзвездной среды и туманностей, космологию. Биофизика рассматривает физические и физико-химические явления в живых организмах, влияние различных физических факторов на живые системы. В настоящее время биофизика разделилась на такие самостоятельные дисциплины, как биоэнергетика, фотобиология, радиобиология. Геофизика исследует внутреннюю структуру Земли, физические процессы, происходящие в ее оболочках. Ученые различают физику твердой Земли, физику моря и физику атмосферы. Мы также выделяем агрофизику, которая исследует физические процессы в почве и растениях и разрабатывает способы регулирования их физических условий жизни. Петрофизика представляет собой исследование взаимосвязи физических свойств горных пород с их строением и историей происхождения. Психофизика учитывает количественные взаимосвязи между силой и характером раздражителя с одной стороны и интенсивностью раздражения с другой.

Трудно переоценить роль фундаментальных физических исследований в развитии технологий. Таким образом, изучение тепловых явлений в 19 веке способствовало стремительной модернизации тепловых двигателей. Фундаментальные исследования в области электромагнетизма привели к появлению и бурному развитию электротехники. В первой половине 19 столетия был создан телеграф, в середине века появились электрические осветители, а затем и электродвигатели. Во второй половине того столетия химические источники электрического тока стали заменять электрогенераторы. Девятнадцатый век закончился триумфом: появились телефон, радио, был построен автомобиль, работающий на бензине, в нескольких мегаполисах были открыты линии метро, а также появилась авиация.

Тем временем научно-технический прогресс все еще набирал обороты. Открытие электрона, создание и формирование квантовой теории, возникновение атомной физики, а затем и физики твердого тела - все это предопределило рождение и быстрое развитие электроники. Сначала возникла вакуумная электроника, электронные и электронно-лучевые трубки, а в 1950-х годах начала развиваться полупроводниковая электроника. В 1948 году был изобретен транзистор, а в 60-х годах зародилась микроэлектроника. Достижения в области электроники привели к созданию современных систем радиосвязи, радиоуправления и радиолокации. Телевидение развивается, компьютерные поколения сменяются одно за другим. Их уровень производительности растет, память улучшается, функциональность увеличивается, и в конечном итоге появляются промышленные роботы. В 1957 году первый искусственный спутник Земле был выведен на орбиту. В 1961 году состоялся полет первого космонавта планеты Юрия Гагарина, а 1969 году произошла первая высадка астронавтов на Луне.

Фундаментальные исследования в области ядерной физики позволили непосредственно перейти к решению одной из наиболее острых проблем -энергетической. Первые ядерные реакторы появились в 1940-х годах, а в 1954 году в Советском Союзе начала работать первая в мире атомная электростанция, зародилась атомная энергетика. В настоящее время на Земле работает более трехсот атомных электростанций. Они обеспечивают около 20% всей электроэнергии, производимой в мире. Начаты интенсивные исследования термоядерного синтеза, ученые приближаются к изучению термоядерной энергии.

Успех в изучении физики газовых разрядов и физики твердого тела, более глубокое понимание физики взаимодействия оптического излучения с веществом, использование принципов и методов радиофизики - все это стало предпосылкой развития еще одной важной научно-технической области -лазерных технологий. Первый лазер был создан в 1960 году, но сегодня лазеры широко используются во многих областях практической деятельности человека. Лазерный луч выполняет различные технологические операции: сварка, резка, пробивка отверстий, закалка, маркировка и т. д. Он используется в качестве хирургического скальпеля, выполняет самые точные измерения, работает на строительных площадках и на взлетно-посадочных полосах аэропортов, контролирует степень загрязнения атмосферы и океана. В ближайшем будущем лазерные технологии позволят реализовать оптическую связь и обработку оптической информации в больших масштабах, совершить своего рода революцию в химии (контроль химических процессов, производство новых веществ и, в частности, особо чистых веществ) и достичь контролируемого термоядерного синтеза.

Говоря о взаимосвязи между развитием физики и научно-техническим прогрессом, следует отметить, что эта связь является двусторонней. С одной стороны, достижения в области физики лежат в основе развития технологий. С другой стороны, повышение уровня технологий создает условия для интенсификации физических исследований и позволяет проводить принципиально новые исследования. В качестве примера можно указать наиболее важные эксперименты, поставленные на ядерных реакторах или на ускорителях заряженных частиц.

Действуя решительно в научно-техническом прогрессе, физика оказывает значительное влияние на все аспекты жизни общества, в частности на человеческую культуру. Другими словами, речь идет о гуманитарном содержании физики, которое связано с развитием мышления и чувств, формированием мировоззрения, созданием органической связи физики с развитием общественного сознания, с воспитанием определенного отношения к миру.

Утверждая материалистическую диалектику, физика 20 века обнаружила ряд чрезвычайно важных истин, значение которых выходит за рамки самой физики, истин, ставших общими для всего человечества. Во -первых, фундаментальная природа статистических законов была доказана как соответствующая более глубокой стадии (по сравнению с динамическими законами) в процессе познания мира. Было показано, что вероятностная форма причинности является основной, а жесткая, однозначная причинность - не более чем частный случай. Физика предоставила нам уникальную возможность: на основе статистических теорий количественно рассмотреть диалектику необходимого и случайного. Выходя за рамки собственных задач, современная физика показала, что случайность не только смущает и нарушает наши планы, но и обогащает нас, создавая новые возможности.

Во-вторых, физика 20-го века продемонстрировала универсальность принципа симметрии, рассмотрела его более подробно, расширила эту концепцию за пределы геометрических представлений и, прежде всего, изучила диалектику симметрии и асимметрии и объединила ее с диалектикой общего и различного, сохранения и изменения. Был поставлен вопрос об асимметрии и симметрии физических законов, в связи с чем была выявлена особая роль законов сохранения природы. Физика ясно показала, что симметрия ограничивает число возможных вариантов структур или вариантов поведения системы. Это чрезвычайно важно, потому что во многих случаях можно найти решение путем определения единственно возможного варианта без уточнения деталей - решение из соображений симметрии.

В-третьих, физика 20-го века показала, что с углублением наших знаний происходит постепенное стирание грани между корпускулярным и волновым движениями, между веществом и полем. Оказалось, что вещество и поле состоят из элементарных частиц и, более того, пустота - это физический вакуум, «заполненный» виртуальными частицами. Взаимные трансформации являются нормой поведения для частиц, рассматриваемой в современной физике, поэтому мир предстает перед нами в целом. В этом мире концепция полностью изолированного объекта по существу отсутствует.

В-четвертых, современная физика дала нам принцип соответствия. Он возник в квантовой механике на этапе своего первоначального развития, но затем превратился в общий методологический принцип, отражающий диалектику процесса познания мира. Принцип демонстрирует важную позицию диалектики: процесс познания - это процесс постепенного и бесконечного приближения к абсолютной истине через последовательность относительных истин. Принцип соответствия показывает, как именно в физике реализуется указанный процесс приближения к истине. Это не механическое добавление новых фактов к тому, что уже известно, а процесс последовательного обобщения, когда новое отрицает старое, сохраняя при этом все положительное, накопленное в старом.

Нет необходимости доказывать, что современное миропонимание является важной частью человеческой культуры. Каждый культурный человек должен хотя бы в общих чертах описать, как устроен мир, в котором он живет. Любовь к природе подразумевает уважение к происходящим в ней процессам, и для этого необходимо понимать законы, посредством которых они совершаются. Мы также не можем отрицать, что знание законов природы является эффективным оружием в борьбе с мистическими идеями, которые являются основой атеистического воспитания.

Современная физика вносит важный вклад в развитие нового стиля мышления, который можно охарактеризовать как планетарное мышление. В нем рассматриваются вопросы, которые имеют большое значение для всех стран и народов. Это включает, например, проблемы солнечно-земных связей в отношении воздействия солнечного излучения на магнитосферу Земли, атмосферу и биосферу, прогнозирование физического образа мира после ядерной катастрофы, если таковая случится, глобальные экологические проблемы, связанные с загрязнением океанов и атмосферы.

Влияя на саму природу мышления, помогая ориентироваться в шкале жизненных ценностей, физика в конечном итоге помогает выработать адекватное отношение к миру и, в частности, активную жизненную позицию. Поэтому современная физика действительно содержит мощный гуманитарный потенциал. Слова американского физика Исидора Раби нельзя считать слишком преувеличенными: «Физика - это ядро гуманитарного образования нашего времени».