Черты электромагнитной картины мира

Общая характеристика электромагнитной картины мира

На смену механической картине мира пришла электромагнитная картина, основанная на новых достижениях в естественных науках: создании ядерной модели атома, открытии электронов, создании Д. И. Менделеевым периодической системы химических элементов. Помимо этого, в электромагнитную картину мира вошли отдельные идеи квантовой механики и теории относительности.

Основные положения электромагнитной картины мира таковы:

• Существование материи возможно в двух основных видах: в виде вещества и в виде поля (электромагнитного или гравитационного). Данные виды материи строго разделены, и переход вещества в поле или поля в вещество не представляется возможным.
• Подавляющее большинство природных явлений и процессов (электрических, магнитных, тепловых, химических, механических) регулируется электромагнитным взаимодействием. Исключение составляют явления, относящиеся к тяготению.

Важнейшие открытия, способствовавшие формированию электромагнитной картины мира, связаны с именами таких учёных, как М. Фарадей, который ввёл понятие электрического поля, Дж. Максвелл, активно развивавший теорию электромагнитного поля, Г. Герц, экспериментальным путём открывший электромагнитные волны, А. Попов, привнёсший в мир радиосвязь.

В рамках данной теории материя является непрерывной субстанцией. Все законы природы соответствуют уравнениям Дж. Максвелла, в которых приводится описание материи. Так, вещество представляет собой комплекс электрически заряженных частиц, которые активно взаимодействуют между собой посредством поля.

С течением времени в рамках данной картины мира эволюционирует понятие эфира, заполняющего всё мировое пространство. В конечном итоге от концепции эфира было решено отказаться.

Постепенно, с появлением новых научных открытий, учёные разрабатывают различные модели атома. Так, в 1904 году японский учёный Нагаока разработал первую «планетарную» модель атома (по типу Сатурна). Данная модель разработана по аналогии с расчётами устойчивости колец Сатурна (эти кольца уравновешены вследствие большой массы небесного тела). Несмотря на то что модель Нагаоки оказалась ошибочной, отдельные её положения нашли своё подтверждение в дальнейшем:

1. Атомное ядро действительно обладает большой массой.
2. Электроны держатся на орбите вследствие воздействия электростатических сил (подобно силам гравитации, воздействующим на Сатурн).

Наиболее конструктивной среди них является модель, которую создал Э. Резерфорд. Именно эта модель стала основой дальнейших открытий, связанных с устройством окружающего мира.

Модель строения атома по Резерфорду

Данная модель, имеющая исторически важное значение, была предложена Э. Резерфордом в 1911 году. Она разработана на основе анализа эмпирических результатов по изучению рассеивания альфа-частиц в золотой фольге (Гейгер, Марсден, 1909).

Согласно представленной модели, атом содержит в себе положительно заряженное ядро небольших размеров. В ядре сосредоточена основная масса атома. Вокруг атомного ядра вращаются отрицательно заряженные электроны. Резерфорд сравнивал движение электронов вокруг ядра с движением планет вокруг Солнца, в связи с чем данную модель строения атома назвали планетарной. Резерфорд не связывал величину заряда ядра с атомным номером; данное заключение было сделано впоследствии Генри Мозли (1913). При этом Резерфорд предполагал, что заряд атомного ядра пропорционален массе атома.

Рисунок 1. Строение атома по Резерфорду

Существенным недостатком планетарной модели атома, созданной Резерфордом, оказалась невозможность объяснения атомной устойчивости. Ведь согласно законам электродинамики, электроны движутся вокруг ядра при воздействии центростремительного ускорения. В связи с этим они должны излучать электромагнитные волны. При этом должна произойти потеря кинетической энергии электронами, вследствие чего они должны «упасть» на атомное ядро.

Объяснение этому явлению нашлось в планетарной модели атома, разработанной Н. Бором, согласно которой движение электронов осуществляется на основе волн де Бройля, а не подчинено законам электродинамики.

Планетарная модель строения атома не утратила своей актуальности и в настоящее время. Однако на современном этапе развития научно-технического прогресса в неё включены уточнения, поскольку движение электронов вокруг атомного ядра нельзя рассматривать с точки зрения законов классической механики: оно должно иметь квантовомеханическое описание.

В конце XIX – начале XX веков появились новые данные, которые связаны с исследованием микро- и макромира. Полученные сведения выявили противоречия в разработанной электромагнитной картине мира. В связи с этим необходимым явилось новые научные разработки, позволяющие более точно раскрыть сущность различных природных явлений и процессов.

Несмотря на то что эпоха электромагнитной картины мира завершена, именно данная теория легла в основу науки, без которой невозможна современна цивилизация – способы получения и применения электрической энергии (отопления, освещения, связи и др.).