Материя и формы ее существования: вещество и поле. Материя во Вселенной

Вещество и поле - фундаментальные физические понятия, обозначающие два осн. вида материи на макроскопическом уровне:

Вещество - совокупность дискретных образований, обладающих массой покоя (атомы, молекулы и то, что из них построено);

Поле - вид материи, характеризующейся непрерывностью и имеющей нулевую массу покоя (электромагнитное П. и П. тяготения - гравитационное).

Открытие поля как вида материи имело огромное философское значение, т. к. обнаружило несостоятельность метафизического отождествления материи с веществом.

Разработка Лениным диалектико-материалистического определения материи во многом опиралась на философское обобщение развития учения о П. На субатомном уровне (т. е. на уровне элементарных частиц) различие В. и п. становится относительным. П. (электромагнитное и гравитационное) утрачивают чисто непрерывный характер: им необходимо соответствуют дискретные образования - кванты (фотоны и гравитоны). А элементарные частицы, из к-рых состоит вещество - протоны, нейтроны, электроны, мезоны и т. д. - выступают как кванты соответствующих нуклонных, мезонных и др. полей и утрачивают свой чисто дискретный характер.

Неправомерно на субатомном уровне различать В. и п. и по наличию или отсутствию массы покоя, т. к. нуклонные, мезонные и т. д. поля обладают массой покоя. В совр. физике поля и частицы выступают кан две неразрывно связанные стороны микромира, как выражение единства корпускулярных (дискретных) и волновых (континуальных, непрерывных) свойств микрообъектов. Представления о П. выступают также как основа для объяснения процессов взаимодействия, воплощая принцип близкодействия.

26.Корпускулярно-волновой дуализм .

В 1924 г. произошло одно из величайших событий в истории физики: французский физик Луи де Бройль выдвинул идею о волновых свойствах материи. В своей работе «Свет и материя» он писал о необходимости использовать волновые и корпускулярные представления не только в соответствии с учением Энштейна в теории света, но также и в теории материи.

Бройль утверждал, что волновые св-ва, наряду с корпускулярными, присущи всем видам материи: электронам, протонам, атомам, молекулам и даже макроскопическим телам.

Согласно Бройлю, любому телу с массой m, движущемуся со скоростью v, соответствует волна

Фактически аналогичная формула была известна раньше, но только применительно к квантам света – фотонам.

В 1926 г. австрийский физик Шредингер нашел математическое уравнение, определяющее поведение волн материи, так называемое уравнение Шредингера. Английский физик Дирак обобщил его.

Смелая мысль Бройля о всеобщем «дуализме» частицы и волны позволила построить теорию, с помощью которой можно было охватить св-ва материи и света в их единстве.

Однако гипотеза де Бройля нуждалась в опытном подтверждении. Наиболее убедительным свидетельством существования волновых св-в материи стало обнаружение в 1927г. дифракции электронов американскими физиками Дэвиндсоном и Дмермером.

Во всех случаях результаты полностью подтверждали гипотезу де Бройля. Признание корпускулярно-волнового дуализма в современной физике стало всеобщим. Любой материальный объект характеризуется наличием как корпускулярных, так и волновых св-в.

Тот факт, что один тот же объект проявляется и как частица и как волна, разрушал традиционные представления.

Виды материи:

Вещество (имеет массу покоя, различные агрегатные состояния)

Форма материи – совокупность различных объектов и систем, обладающих единой качественной определенностью, выражающейся в общих свойствах и специфических для данной формы материи способах существования.

1. Физическая форма материи известна нам лишь с простого уровня – лептонов и кварков, выше которого уровень элементарных частиц – протонов, нейтронов, атомов макротел, включая образование – метагалактику, или нашу вселенную. В более укрупненном плане ФФМ может рассматриваться как составленная из двух основных форм физической материи – вещества и поля.

Хотя современная физика не знает как наиболее простых, так и наиболее крупных уровней физической реальности, в ней получила серьезные основания идея генетического единства ФФМ. Согласно современным представлениям, известная нам физическая реальность возникла из относительно простого сингулярного состояния в результате “Большого взрыва” 10-20 млрд. лет назад. Не зная нижнего и верхнего пределов ФФМ, мы можем, однако, с большой уверенностью заключить о существовании объединяющих физическую реальность двух наиболее фундаментальных свойств – массы и энергии.

Каждая частная физическая форма материи и движения обладает своими специфическими свойствами, отличающими ее от других форм, однако в целом, в своей тотальности частные физические формы материи характеризуются единым, общим, интегральным свойством – энергией, в которой угасают эти специфические свойства, исчезают различия между частными физическими формами материи и движения. Наличие этого свойства оказывается необходимой основой взаимодействия и взаимопревращения различных физических объектов, позволяет ввести общую меру физического движения, отражающую единство физической реальности, ее отличие от химической, биологической социальной форм материи.

Фундаментальные свойства масса и энергия находятся в глубокой зависимости, фиксируемой соотношением Эйнштейна E=mc2. таким образом, физическая форма материи – это масс-энергетический мир.

Материал современной физики позволяет определить специфический способ, или форму, развития. С момента Большого взрыва развитие ФФМ осуществлялось первоначально путем преимущественно дифференциации, возникновения все большего многообразия физических объектов, затем, все в большей степени, посредством прямого субстратного синтеза, интеграции простых образований в более сложные. Важнейшей особенностью этого процесса дифференциации – интеграции является его масс-энергетический характер.

Единым способом существования являются 4 типа взаимодействия: сильное, слабое, электромагнитное, гравитационное.

2. Химическая форма материи: единство, сущность, способ существования, направленность эволюции.

ХФМ включает уровни от атома до макромолекулярных комплексов, лежащих в преддверии живой материи. ХФМ «строится» из физической. Химический атом синтезирован из протонов, нейронов и электронов.

Существенный факт в пользу своеобразной химической реальности является то, что химические связи между качественно различными атомами в физическом отношении различаются только количественно. Так связь Н-С отличается от Н-F с физической стороны лишь полярностью и разностью электроотрицательности атомов. С химической же стороны – это связи водорода с качественно различными химическими элементами.

Химический мир – это над-массэнергетический мир, в котором слабые масс-энергетические процессы хотя и имеют место, образуя физическую основу химизма, но не определяют ее природы. Химический мир, как подметил еще Гегель, характеризуется несравненно большим качественным многообразием, чем физическим. Образуясь всего из трех элементарных частиц, ХФМ включает свыше 100 химических элементов, из которых возникает огромное качественное многообразие химических соединений. В настоящее время идентифицировано порядка 8млн химических соединений и ежегодно синтезируется около 0,5млн. Химические элементы составляют низший, наиболее простой и исходный уровень химической эволюции. Они возникают в результате предшествующего физического процесса эволюции, обладают неодинаковой физической и химической сложностью и, следовательно, различными возможностями дальнейшего химического процесса развития, различным потенциалом развития. Углерод – наиболее сложный химический элемент, обладающий наивысшим потенциалом химического развития. В той или иной мере близкими углероду эволюционными потенциалами обладают водород, азот, сера и фосфор. В силу этого углерод, водород, кислород и др. хим. элементы играют главную роль в химической эволюции, закономерно приводящей к появлению жизни, и поэтому называются элементами-органогенами.

В основе представления о химическом способе объективно-реального существования и развития лежит понятие химической реакции. Химическая реакция - это относительно самостоятельное превращение, связанное с некоторым конечным числом реагирующих субстратов.

Химический процесс есть единство синтеза (ассоциации) и распада (распада). Поскольку химический синтез приводит к усложнению веществ, он является химической формой прогресса, а распад – регресса.

Общим интегральным направлением химических преобразований является прямой субстратный синтез. Он выступает в качестве общего для Ф и ХФМ способа объективно-реального существования и развития, однако он обладает в них своей существенной спецификой.

Химический субстратный синтез включает особый, специфический механизм – катализ, т.е. способность ускорения химических превращений. В ХФМ, таким образом, возникает своеобразная способность многократного самоускорения движения и развития.

В развитии ХФМ можно выделить целый ряд направлений. Общим направлением всех линий развития является движение от низшего к высшему, от простого к сложному: от химических элементов к молекулам и их комплексам. В пределах общего направления можно выделить магистральное, т.е. основное направление, и побочные, или тупиковые, ветви развития.

Магистральное направление развития ХФМ связанно с углеродом как наиболее сложным и богатым хим. элементом и другими элементами-органогенами – Н, О, N, S, Ph. Тупиковые направления обуславливают развитие на магистральной линии, создают необходимые для химической эволюции условия. В конечном счете, химическая эволюция закономерно приводит к возникновению живой материи. В химической эволюции обнаруживается одна из важнейших закономерностей развития – аккумуляция содержания низших ступеней в высших. Хим. эволюция представляет собой не простую смену одного состояния другим, а накопление, синтез основных результатов развития в последующих ступенях, в результате чего возникает материальный субстрат, обладающий наибольшим многообразием самых различных и даже противоположных свойств. Так белки, один из важнейших компонентов живой материи, обладают кислотными и основными, гидрофильными и гидрофобными свойствами, обнаруживают все основные типы реакций. В нуклеиновых кислотах благодаря их особой структуре происходит накопление информационного содержания в сжатой, кодированной форме.

Возникновение жизни обусловлено, прежде всего, магистральным направлением химической эволюции, где ХФМ выступает в своем оптимальном или, или достаточно полном, содержании или многообразии.

3. Биологическая форма материи: единство, сущность, способ существования, направленность эволюции.

Субстрат: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры, некоторые минеральные соединения.

Жизнь – высшая из природных форм движения материи, которая характеризуется самообновлением, саморегуляцией, самовоспроизводством разноуровневых открытых систем субстратную функциональную основу которых составляет белки, жиры, нуклеиновые кислоты, фосфорорганические соединения.

Сущностью жизни, или биологического способа существования, является тенденция к самосохранению путем приспособления к среде.

Особенность биологической формы материи (БФМ): если более простые материальные тела – физические и химические существуют в силу присущей им большей или меньшей устойчивости, то у живой материи самосохранение становится результатом активных процессов. На самосохранение направлена вся совокупность физических, химических и биологических процессов живого организма. Это самосохранение возможно только благодаря активному приспособлению живых организмов к окружающей среде.

Самосохранение путем приспособления, как два важнейших свойства БФМ, выражаются в совокупности других существенных свойств живой материи: ассимиляции и диссимиляции, росте развитии организмов, раздражимости и сократимости живой ткани, способности к движению, способности к эволюции.

Наследственность – концентрированное выражение способности живого к самосохранению, своего рода биологическая память. Важнейшие индивидуальные, видовые и другие признаки живого закрепляются посредством особых биологических структур – генов, совокупность которых образует геном организма. Совокупность всех геномов живых организмов составляет генофонд живой материи в целом.

В классификационном отношении живые организмы образуют четыре царства природы – растений, животных, грибов и вирусов, которые в свою очередь делятся на типы, классы, отряды, семейства, роды, виды, некоторые промежуточные единицы.

Одним из замечательных способов самосохранения живого является непрерывное существование жизни через смену поколений. Живое и его генетическая основа являются в этом смысле бессмертными, смертны лишь отдельные индивиды и поколения.

Весьма важную роль в развитии БФМ играет способность отображения внешней среды, возникающая первоначально в форме раздражимости, на основе которой далее возникает чувствительность и психическая деятельность.

Биологическая эволюция. Наиболее разработанной теорией биологической эволюции является современный дарвинизм (СТЭ). Согласно СТЭ важнейшими факторами эволюции являются наследственная изменчивость и естественный отбор, понимаемый как выживание наиболее приспособленных организмов. Принято считать, что наследственная изменчивость имеет случайный характер и поэтому биологическая эволюция должна рассматриваться как случайный процесс. Ключевую роль в эволюции играют, таким образом, случайные по своей природе мутации, естественный отбор превращает случайные изменения в необходимые. Дарвин считал, что биологическая эволюция приводит к появлению наиболее сложного живого существа – человека.

4. Социальная форма материи: единство, сущность, способ существования, направленность эволюции. Место и роль человека в мире.

Одной из важнейших сторон учения о формах движения материи является трактовка общественных процессов как социальной формы материи.

В современной науке, включая философию, широко распространено представление о случайности появления человека в ходе биологической эволюции, развитии природы, или, иначе, о случайности человека по отношению к природе мира в целом. Утверждение о случайности человека по отношению к миру означает, что человек находится в поверхностном, внешнем (случайном) отношении к миру, к его сущности, возникает не на магистрали, а на задворках мирового развития. Он обладает, следовательно, случайным, несущественным содержанием, природой и, следовательно, не может с достоверностью судить о природе мира

С позиции случайного человека природа мира оказывается непознаваемой, достоверное мировоззрение – невозможным. Более того, не находясь в отношении к самой сущности мира, обладая случайным содержанием и случайной сущностью, человек не может судить и о своей случайности или необходимости.

Концепция случайности человека по отношению к миру, его сущности, с необходимостью приводит к заключению о бессодержательности и бессмысленности человеческого существования, ибо случайное и есть бессодержательное и, следовательно, бессмысленное. Таким образом, если исследовать основания и смысл утверждения о случайности человека по отношению к бесконечному мировому процессу, мы неизбежно приходим к выводу, что это утверждение противоречит самому себе и поэтому лишено смысла.

В марксистской философии концепция человека имеет многоуровневый и многоаспектный характер. В рамках единой концепции человека можно различить прежде всего два уровня, которые с некоторой условностью можно назвать всеобщей и особенной концепциями человека. Первая концепция входит в состав наиболее общей философской науки – диалектического материализма и представляет собой описание человека во всеобщих категориях, т.е. применительно к всеобщим сторонам мира – материи, развитию, необходимости, случайности и т.п. Вторая концепция представляет собой описание человека в категориях особенного – социологии, или исторического материализма – общества, производительных сил и производственных отношений, классов, наций и т.д.

С позиции научной философии возникновение человека (общества), как высшей формы материи, вызвано тремя группами факторов или причин: всеобщими, особенными и единичными. К всеобщим относится природа (сущность) бесконечного мира. К особенным причинам появления человека необходимо отнести, прежде всего, эволюцию биологической формы материи, закономерно порождающую высшую форму жизни – мыслящие существа. Следует выделить также единичные факторы возникновения человека, к которым можно отнести локальные условия земли, определившие специфические черты земного человечества.

Абсолютная тенденция жизни к самосохранению закономерно приводит к появлению более эффективного и радикального способа существования, способа выживания, чем приспособление к среде. Таким новым способом выживания может стать только преобразование среды и, на этой основе, преобразование самого живого, т.е. производство жизни. Производство самого себя на основе преобразования среды – новый, высший способ существования и развития человека, социальной формы материи.

Среди факторов, названных нами особенными, весьма важное место принадлежит труду. Энгельс сформулировал новую концепцию антропосоциогенеза. Основная идея этой концепции заключается в том, что труд, как процесс преобразования природы и самого человека, с момента своего зарождения и в процессе дальнейшего формирования служил вначале активным, а затем определяющим фактором формирования человека. Огромную роль в формировании человека сыграли биологические факторы, включая естественный отбор. Зарождающийся и формирующийся труд мог привести к возникновению человека лишь становясь в то же время и биологическим фактором – фактором естественного отбора.

Труд – процесс взаимодействия человека с природой, который осуществляется с помощью вырванных из природной среды и преобразованных природных элементов – средств труда (прежде всего орудий труда). Труд имеет коллективный характер и выступает основой формирования общества как сложного коллектива людей, объединенных социальными, прежде всего экономическими связями.

Человеческая сущность. Человек – это существо, которое производит само себя, свое бытие сущность. Человек живет тем, что в природе не существует, что он должен непрерывно создавать. Главное в человеческом способе существования – производство самого себя, своего собственного бытия и своей сущности. Производство предметов – средство существования человека, его бытия и сущности. Человек, человечество – высшая форма материи, обладающая наиболее сложным способом существования и развития. Важнейшими сущностными силами человека являются труд, или преобразовательная материальная деятельность человека, мысль, или универсальная и неограниченная способность познания мира, общение, т.е. социальная связь с себе подобными. Вторым ярусом человеческих сущностных сил выступают способности и потребности. Важными сущностными свойствами человека, связанными с обеими группами свойств, являются коллективность и индивидуальность, свобода и ответственность.

Производящий способ существования человека как высшей формы материи определяет возникновение другой сущностной черты человека – сознание. Человек поэтому – производящее и сознающее существо.

Человеческая сущность противоречива: она несет в себе противоречия между потребностями и способностями, трудом и мыслью, трудом и формами общения, коллективностью и индивидуальностью, свободой и ответственностью и др. развитие человеческой сущности происходит на основе ее внутренних противоречий.

Смысл человеческого существования определяется сущностью человеческого существования, но не тождественен с нею. Сущность человека, человеческого существования имеет наиболее общие и постоянные, вечные черты, поскольку она всегда заключается в производстве человеком своего собственного бытия.

Научная философия показала, что смысл человеческого существования нельзя искать вне человеческой жизни – в природе, боге, идеи. Смысл заложен в самом человеческом существовании. Человек производит свое собственное существование, что и составляет его сущность и смысл. Смысл существования – не в бессмысленном течении времени человеческого бытия, а в движении человека в свою собственную сущность, в углублении человека в свою бесконечную человеческую сущность.

АНТРОПОЦЕНТРИЗМ - крайняя форма антропоморфизма, познавательной установки, в которой утверждается наличие человеческого измерения в любом знании о природе, обществе и в самом познании. Классическую формулировку антропоцентризм обретает в знаменитой формуле Дротагора “человек есть мера всех вещей”. В отличие от античного уподобления микро- и макрокосма, а также от объективизма классической рациональности в современном естествознании антропоцентризм выражает зависимость научного результата не только от положения субъекта-наблюдателя и характеристик его инструментальной и целеполагающей деятельности, но и от самого факта его присутствия во вселенной.

В социальном познании антропоцентризм противоположен социоцентризму, или социологизму. В концепциях антропоцентристского направления подчеркивается самостоятельность индивида как субъекта свободного выбора и ответственного поступка. В политике принцип антропоцентризма реализован в либерализме, признающем приоритет интересов личности перед интересами любых сообществ и неотчуждаемость ее естественных прав. Методологически антропоцентризм противостоит натуралистическому детерминизму и историцизму, означая приоритет целеполагающей человеческой деятельности перед социальными структурами и “законами исторической необходимости”. Антропоцентристской установке чуждо масштабное социальное проектирование и жесткие социальные технологии (см. Технологии социальные), подчиняющие интересы личности логике проекта и превращающие человека в “винтик” государственной машины. Антропоцентризм содержит в себе требование соразмерности социальных преобразований человеку и очерчивает пределы вмешательства власти в человеческую повседневность. Что касается марксизма, то он унаследовал просветительский взгляд на человека как на продукт обстоятельств и воспитания и определял сущность человека как комплекс социальных отношений. И хотя деятельностный подход, реализованный в понятии общественной практики, и претендует на снятие дилеммы антропоцентризма и социоцентризма, марксизм в целом явно тяготеет к последнему. Отход К. Маркса от антропоцентризма, заявленного в “Экономическо-фалософских рукописях 1844 г.” и “Манифесте Коммунистической партии” (“свободное развитие каждого есть условие свободного развития всех”), отчетливо виден в его концепции формационного развития общества как естественно-исторического процесса, в рамках которого человек представляет собой “личный элемент производительных сил”. Русские марксисты, напр., Г. В. Плеханов, явно тяготели к социоцентризму в решении вопроса о роли личности в истории. В классической социологии основная позиция антропоцентризма отчетливо выражена Г. Спенсером, полагавшим, что “каждое социальное явление должно иметь своим источником известные свойства индивидов”, а потому “тип общества определяется природой составляющих его единиц”. Развернутую социологическую интерпретацию антропоцентризм обрел в “понимающей социологии” At. Вебера. Веберовский постулат субъективной интерпретации гласит: ничто не может быть понято лучше, чем индивидуальное осмысленное действие. Понять социальное явление значит свести его к субъективным смыслам действующих индивидов - конечному пункту теоретического анализа любых социальных процессов. В поствеберовской социологии антропоцентризм противопоставлен структурному функционализму, сторонники которого акцентировали внимание на детерминирующем воздействии социальных структур. Наследующая же веберовские традиции феноменологическая социология выступала против реификации (овеществления) социальных структур и трактовала их как набор социально одобренных образцов человеческого поведения. Не отрицая структурирующего воздействия социальных институтов на человеческую деятельность, она исследовала систему высокосложных типизации, аккумулирующих опыт индивидуального “усвоения” подобных образцов в исполнении социальных ролей (интериоризация). Социологический постмодернизм ликвидировал противопоставление человека и продуктов его творческой активности, радикализировав структуралистские идеи “смерти субъекта” (М. Фуко), растворения автора в тексте (Р. Борт). Современной социологии свойственны попытки снятия дилеммы антропо- и социоцентризма с помощью понятия габитуса как инкорпорированной социальности (П. Бурдье). Но в отличие от традиционных обществ, габитус современного человека, вовлеченного во множество изменчивых личных и анонимных социальных связей, не может считаться социальным инвариантом, а концепция габитуса-окончательным снятием дилеммы антропоцентризма и социоцентризма.

Введение понятия электромагнитного поля расширило научное представление о формах материи, изучаемых в физике. Классическая, ньютоновская физика имела дело только с одной единственной формой физической материи - веществом, которое было построено из материальных частиц и представляло собой систему таких частиц, в качестве которых рассматривались либо материальные точки (механика), либо атомы (учение о теплоте).

Введение 3
1. Структурность и системность материи 4
2. Поле и вещество 6
Заключение 9
Список используемой литературы 10

Работа содержит 1 файл

Введение 3

1. Структурность и системность материи 4

2. Поле и вещество 6

Заключение 9

Список используемой литературы 10

Введение

На пороге ХХ в. наука подошла к тому, чем всегда занималась мифология - к вопросу о происхождении мира и материи.

Важнейшей задачей современного естествознания является создание естественнонаучной картины мира. В процессе ее создания возникает вопрос о происхождении и изменении различных материальных продуктов и явлений, об их количественных, качественных характеристиках.

Материя - это бесконечное множество всех существующих в мире объектов и систем, субстрат любых свойств, связей, отношений и форм движения. Материя включает в себя не только все непосредственно наблюдаемые объекты и тела природы, но и все те, которые в принципе могут быть познаны в будущем на основе совершенствования средств наблюдения и эксперимента. Весь окружающий нас мир представляет собой движущуюся материю в её бесконечно разнообразных формах и проявлениях, со всеми её свойствами, связями и отношениями.

Представления о материи в основном развивались в рамках материализма, но к данному понятию обращались и представители иных философских направлений. В античности решение проблемы субстанции осуществлялось в рамках натурфилософского подхода. Натурфилософия ставила задачу выявления единого закона, управляющего эмпирически удостоверенным многообразием какого-то фрагмента бытия, при этом менялся только уровень обобщений. По этой же причине материя изначально сближалась с веществом.

В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета и т. д. может быть рассмотрен как система - сложное образование включающее составные части, элементы и связи между ними.

1. Структурность и системность материи

Важнейшими атрибутами материи являются структурность и системность. Они выражают упорядоченность существования материи и те конкретные формы, в которых она проявляется. Под структурой материи обычно понимается ее строение в микромире, существование в виде молекул, атомов, элементарных частиц и т. д. Это связанно с тем, что человек, являясь микроскопическим существом, привык к соответствующим масштабам, поэтому понятие строения материи ассоциируется, как правило, с микрообъектами. Но если рассматривать материю в целом, то понятие структуры материи будет охватывать также различные макроскопические тела, все космические системы мегамира. С этой точки зрения структура материи проявляется в существовании бесконечного многообразия целостных систем, тесно связанных между собой. Из всего многообразия форм объективной реальности (то есть материи), эмпирически доступной для наблюдения является конечная область материального мира, которая простирается от 10 -15 см до 10 28 см (около 20 млрд. световых лет), а во времени - до 2*10 10 лет. В этих доступных нам масштабах структурность материи проявляется в ее системной организации, существовании в виде множества иерархически взаимосвязанных систем: Метагалактика, отдельная галактика, звездная система, планета, отдельные тела, молекулы, атомы, элементарные частицы.

Наряду со структурностью неотъемлемым свойством материи является ее системность. Система - это внутренне (или внешне) упорядоченное множество взаимосвязанных элементов, определенная целостность, проявляющая себя как нечто единое по отношению к другим объектам или внешним условиям. Во всех целостных системах связь между элементами является более устойчивой, упорядоченной и внутренне необходимой, чем связь каждого из элементов с окружающей средой. В неживой природе множество объектов будет целостной системой только в том случае, если энергия связи между ними больше их суммарной кинетической энергии совместно с энергией внешних воздействий, направленных на разрушение системы. В противном случае система не возникнет или распадется. Энергия внутренних связей - это общая энергия, которую нужно было бы приложить последовательно к каждому из элементов, чтобы удалить его из системы на большое расстояние, то есть “растащить” систему. Поскольку эта энергия не возникает из ничего, стабильность и целостность систем оказывается косвенно обусловленной действием закона сохранения энергии.

Внутренняя энергия связи может иметь различное значение в зависимости от характера сил, объединяющих тела в системы. С переходом от космических систем к макроскопическим телам, молекулам и атомам к гравитационным силам добавляются электромагнитные, намного более мощные, чем первые. В атомных ядрах действуют еще более мощные ядерные силы. Чем меньше размеры материальных систем, тем более прочно связаны между собой их элементы. При переходе к элементарным частицам энергия внутренних связей возрастает еще больше и оказывается сопоставимой с их собственной энергией.

Именно на уровне микромира физика ищет сегодня ответы на вопросы, из чего состоит материя? Есть ли конкретный предел делимости материи? - вопросы, издавна волновавшие человечество.

Долгое время атом считался конечным пределом делимости материи, а так же тем элементарным “кирпичиком” вещества, из которого сложены все предметы и явления нашего мира. Но уже к началу ХХ в. выяснилось, что это не так. Был открыт электрон, а затем другие элементарные частицы, число которых постоянно возрастает и на сегодняшний день превысило 300 разновидностей. У большинства элементарных частиц есть античастицы, отличающиеся противоположными знаками электрического заряда и магнитного момента: для электронов - позитроны, для протона - антипротон, для нейтрона - антинейтрон и т. д. Все другие свойства античастиц аналогичны свойствам обычных частиц. Из них могут образовываться устойчивые атомные ядра, атомы, молекулы и антивещество, подчиняющееся тем же законам движения, что и обычное вещество. При соприкосновении вещества с антивеществом происходит процесс аннигиляции - превращения частиц и античастиц в фотоны и мезоны больших энергий.

Можно констатировать, что современная физика довольно неплохо изучила процессы, протекающие в микромире, систематизировав эти знания и представив их в таких теориях, как квантовая механика, квантовая электродинамика, квантовая хромодинамика. Об основах этих теорий, отражающий современный уровень знаний о строении материи, и необходимо поговорить.

Структура материи: ее элементы и уровни

Элементами структуры материи являются:

1. неживая природа;

2. живая природа;

3. социум (общество).

Каждый элемент материи имеет несколько уровней.

Уровнями неживой природы являются:

Субмикроэлементарный (кварки, глюоны, суперструны – мельчайшие единицы материи, меньше, чем атом);

Икроэлементарный (адроны, состоящие из кварков, электроны);

Ядерный (ядро атома);

Атомарный (атомы);

Молекулярный (молекулы);

Уровень единичных вещей;

Уровень макротел;

Уровень планет;

Уровень систем планет;

Уровень галактик;

Уровень систем галактик;

Уровень метагалактик;

Уровень Вселенной, мира в целом.

К уровням живой природы относятся:

Доклеточный (ДНК, РНК, белки);

Клеточный (клетка);

Уровень многоклеточных организмов;

Уровень видов;

Уровень популяций;

Биоценозы;

Уровень биосферы в целом.

К уровням социума относятся:

Отдельный индивид;

Семья;

Группа;

Коллективы разных уровней;

Социальные группы (классы, страты);

Этносы;

Нации;

Расы;

Отдельные общества;

Государства;

Союзы государств;

Человечество в целом.

2. Поле и вещество

Если главной характеристикой вещества является масса, так как именно она фигурирует в основном законе механики F = mа, то в электродинамике основным является понятие энергии поля. Другими словами, при изучении движения в механике в первую очередь обращают внимание на перемещение тел, обладающих массой, а при исследовании электромагнитного поля - на распространение электромагнитных волн в пространстве с течением времени. Другим отличием вещества от поля является также характер передачи воздействий. В механике такое воздействие передается с помощью силы, причем оно может быть осуществлено в принципе на какое угодно расстояние, в то время как в электродинамике энергетическое воздействие поля передается от одной точки к другой.

Наконец, нельзя не отметить также тот немаловажный факт, что, после того как источник электромагнитных волн прекращает свое действие, возникшие электромагнитные волны продолжают распространяться в пространстве. Выходит, что электромагнитные волны могут существовать автономно, без непосредственной связи с источником энергии.

Исторически подход к изучению природы с точки зрения вещества и связанной с ним массы нашел отчетливое выражение в механистической картине мира, которая пыталась объяснить другие, немеханические явления с помощью понятий и принципов механики. В его основе лежит представление о дискретной природе вещества, которое в механике рассматривалось как система материальных частиц, а в других науках - совокупность атомов или молекул. Таким образом, дискретность можно рассматривать как конечную делимость материи на отдельные, все уменьшающиеся части. Еще античные греки поняли, что такая делимость не может продолжаться бесконечно, ибо тогда исчезнет сама материя. Поэтому они выдвинули предположение, что последними неделимыми частицами материи являются атомы.

В литературе часто основные формы материи подразделяют на поле и вещество. Такое деление имеет некоторый смысл, но оно ограничено. Под веществом имеют в виду различные частицы и тела, которым присуща масса покоя, тогда как поля и их кванты массы покоя не имеют, хотя обладают энергией, импульсом и множеством других свойств. Но поле и вещество нельзя противопоставлять друг другу. Если рассматривать структуру вещества, то во всех системах внутреннее пространство будет “занято” полями, на долю собственно частиц приходится ничтожная часть общего объема системы (примерно 10 -36 – 10 -40 объема), то есть поля входят в структуру вещества. В свою очередь, квантами полей выступают частицы, относящиеся к веществу. В этой неразрывной взаимосвязи частиц и полей можно видеть одно из важнейших проявлений единства прерывности и непрерывности в структуре материи.

Частицы обладают относительной прерывностью и локализованностью в пространстве, тогда как поля непрерывно распределены в нем. При этом поля не являются абсолютно континуальными средами. При излучении и поглощении они проявляются относительно дискретно - в виде квантов: фотонов, мезонов и др. Кванты полей взаимодействуют с частицами вещества как дискретные образования. Частицы вещества также нельзя представлять в виде каких - то микроскопических шариков с абсолютно резкими гранями. Частицы неотделимы от полей, и не существует абсолютно резкой границы, где кончается собственно частица и начинается ее внешнее поле. В пограничной области существует непрерывный взаимопереход полей и частиц.

– бесконечное множество всех сосуществующих в мире объектов и систем, совокупность их свойств и связей, отношений и форм движения. Она включает в себя не только непосредственно наблюдаемые объекты и тела природы, но и все те, которые не даны человеку в его ощущениях.

Неотъемлемым свойством материи является движение. Движение материи представляет собой любые изменения, происходящие с материальными объектами в результате их взаимодействий. В природе наблюдаются различные виды движения материи: механическое, колебательное и волновое, тепловое движение атомов и молекул, равновесные и неравновесные процессы, радиоактивный распад, химические и ядерные реакции, развитие живых организмов и биосферы.

На современном этапе развития естествознания исследователи различают следующие виды материи: вещество, физическое поле и физический вакуум.

Вещество представляет собой основной вид материи, обладающий массой покоя. К вещественным объектам относят: элементарные частицы, атомы, молекулы и многочисленные образованные из них материальные объекты. Свойства вещества зависят от внешних условий и интенсивности взаимодействия атомов и молекул, что и обусловливает различные агрегатные состояния веществ.

Физическое поле представляет собой особый вид материи, обеспечивающий физическое взаимодействие материальных объектов и их систем. К физическим полям исследователи относят: электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, волновые поля, соответствующие различным частицам. Источником физических полей являются частицы.

Физический вакуум – это низшее энергетическое состояние квантового поля. Этот термин был введен в квантовую теорию поля для объяснения некоторых процессов. Среднее число частиц – квантов поля – в вакууме равно нулю, однако в нем могут рождаться частицы в промежуточных состояниях, существующие короткое время.

При описании материальных систем используют корпускулярную (от лат. corpuskulum – частица) и континуальную (от лат. continium – непрерывный) теории. Континуальная теория рассматривает повторяющиеся непрерывные процессы, колебания, которые происходят в окрестности некоторого среднего положения. При распространении колебаний в среде возникают волны. Теория колебаний – область физики, занимающаяся исследованием этих закономерностей. Таким образом, континуальная теория описывает волновые процессы. Наряду с волновым (континуальным) описанием широко используется понятие частицы – корпускулы. С точки зрения континуальной концепции вся материя рассматривалась как форма поля, равномерно распространенного в пространстве, а после случайного возмущения поля возникли волны, то есть частицы с различными свойствами. Взаимодействие этих образований привело к появлению атомов, молекул, макротел, образующих макромир. На основе этого критерия выделяют следующие уровни материи: микромир, макромир и мегамир.

Микромир – это область предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых материальных микрообъектов, размер которых исчисляется в диапазоне от 10 -8 до10 -16 см, а время жизни – от бесконечности до 10 -24 с. Это мир от атомов до элементарных частиц. Все они обладают как волновыми, так и корпускулярными свойствами.

Макромир – мир материальных объектов, соизмеримых по своим масштабом с человеком. На этом уровне пространственные величины измеряются от миллиметров до километров, а время – от секунд до лет. Макромир представлен макромолекулами, веществами в различных агрегатных состояниях, живыми организмами, человеком и продуктами его деятельности.

Мегамир – сфера огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в которой измеряется астрономическими единицами (1 а. е. = 8,3 световых минуты), световыми годами (1 световой год = 10 трлн км) и парсеками (1пк = 30 трлн км), а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет. К этому уровню относятся наиболее крупные материальные объекты: планеты и их системы, звезды, галактики и их скопления, образующие метагалактики.

Классификация элементарных частиц

Элементарные частицы – основные структурные элементы микромира. Элементарные частицы могут быть составными (протон, нейтрон) и несоставными (электрон, нейтрино, фотон). К настоящему времени обнаружено более 400 частиц и их античастиц. Некоторые элементарные частицы обладают необычными свойствами. Так, долгое время считалось, что частица нейтрино не имеет массы покоя. В 30-е гг. XX в. при изучении бета-распада было обнаружено, что распределение по энергиям электронов, испускаемых радиоактивными ядрами, происходит непрерывно. Из этого следовало, что или не выполняется закон сохранения энергии, или кроме электронов испускаются трудно регистрируемые частицы, подобные фотонам с нулевой массой покоя, уносящие часть энергии. Ученые предположили, что это нейтрино. Однако зарегистрировать нейтрино экспериментально удалось только в 1956 г. на огромных подземных установках. Сложность регистрации этих частиц заключается в том, что захват частиц нейтрино происходит чрезвычайно редко из-за их высокой проникающей способности. В ходе экспериментов было установлено, что масса покоя нейтрино не равна нулю, хотя от нуля отличается ненамного. Интересными свойствами обладают и античастицы. Они имеют многие из тех же признаков, что и их частицы-двойники (массу, спин, время жизни и т. д.), но отличаются от них знаками электрического заряда или другими характеристиками.

В 1928 г. П. Дирак предсказал существование античастицы электрона – позитрона, который был обнаружен спустя четыре года К. Андерсоном в составе космических лучей. Электрон и позитрон – не единственная пара частиц-двойников, все элементарные частицы, кроме нейтральных, имеют свои античастицы. При столкновении частицы и античастицы происходит их аннигиляция (от лат. annihilatio – превращение в ничто) – превращение элементарных частиц и античастиц в другие частицы, число и вид которых определяются законами сохранения. Например, в результате аннигиляции пары электрон– позитрон рождаются фотоны. Число обнаруженных элементарных частиц со временем увеличивается. Вместе с тем продолжается поиск фундаментальных частиц, которые могли бы быть составными «кирпичиками» для построения известных частиц. Гипотеза о существовании подобного рода частиц, названных кварками, была высказана в 1964 г. американским физиком М. Гелл-Маном (Нобелевская премия 1969 г.).

Элементарные частицы обладают большим количеством характеристик. Одна из отличительных особенностей кварков заключается в том, что они имеют дробные электрические заряды. Кварки могут соединяться друг с другом парами и тройками. Соединение трех кварков образует барионы (протоны и нейтроны). В свободном состоянии кварки не наблюдались. Однако кварковая модель позволила определить квантовые числа многих элементарных частиц.

Элементарные частицы классифицируют по следующим признакам: массе частицы, электрическому заряду, типу физического взаимодействия, в котором участвуют элементарные частицы, времени жизни частиц, спину и др.

В зависимости от массы покоя частицы (масса ее покоя, которая определяется по отношению к массе покоя электрона, считающегося самой легкой из всех частиц, имеющих массу) выделяют:

photos – частицы, которые не имеют массы покоя и движутся со скоростью света);

leptos – легкий) – легкие частицы (электрон и нейтрино);

mesos – средний) – средние частицы с массой от одной до тысячи масс электрона (пи-мезон, ка-мезон и др.);

barys – тяжелый) – тяжелые частицы с массой более тысячи масс электрона (протоны, нейтроны и др.).

В зависимости от электрического заряда выделяют:

Существуют частицы с дробным зарядом – кварки. С учетом типа фундаментального взаимодействия, в котором участвуют частицы, среди них выделяют:

adros – крупный, сильный), участвующие в электромагнитном, сильном и слабом взаимодействии;

– переносчики сильного взаимодействия; промежуточные векторные бозоны – переносчики слабого взаимодействия).

По времени жизни частицы делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные. Большинство элементарных частиц нестабильно, время их жизни – 10 -10 -10 -24 с. Стабильные частицы не распадаются длительное время. Они могут существовать от бесконечности до 10 -10 с. Стабильными частицами считаются фотон, нейтрино, протон и электрон. Квазистабильные частицы распадаются в результате электромагнитного и слабого взаимодействия, иначе их называют резонансами. Время их жизни составляет 10 -24 -10 -26 с.

Главная » Сленг » Материя и формы ее существования: вещество и поле. Материя во Вселенной