К наиболее важным фундаментальным концепциям физического описания природы относятся пространство, время, движение и материя .

В современной физической картине мира окончательно утверждаются представления об относительности пространства и времени, зависимость их от материи . Пространство и время перестают быть независимыми друг от друга и, согласно теории относительности, сливаются в едином четырехмерном пространственно-временном континууме.

Меняется представление о движении , которое становится лишь частным случаем физического взаимодействия. Известно четыре вида фундаментальных физических взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Они описываются на основе принципа близкодействия, взаимодействия, передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость передачи взаимодействия всегда конечна и не может превышать скорости света в вакууме (300 000 км/с).

1. Корпускулярно – волновой дуализм материи. Квантово-полевая картина мира. Материя – это философская категория для обозначения объективной реальности, которая отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них – это философское определение материи.

В классическом естествознании различают два вида материи: вещество и поле. По современным представлениям признано существование еще одного вида материи – физический вакуум.

В классической механике Ньютона в качестве вещественных образований выступает материальная частица малых размеров – корпускула, часто называемая материальной точкой и физическое тело, как единая система корпускул, каким-то образом связанных между собой. Конкретные формы этих вещественных образований по классическим представлениям – песчинка, камень, вода и т.п.

В девятнадцатом веке с появлением представлений об электромагнитном поле началось новая эра в естествознании.

Датский физик Эрстед (1777 – 1851) и французский физик Ампер (1775 – 1836) показали на опыте, что проводник с электрическим током порождает эффект отклонения магнитной стрелки. Эрстед предположил, что вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое является вихревым. Ампер заметил, что магнитные явления происходят тогда, когда по электрической цепи течет ток. Появилась новая наука – электродинамика.

Английский физик Фарадей (1791 – 1867) открыл явление электромагнитной индукции – возникновение тока в проводнике вблизи движущегося магнита.

Основываясь на открытиях Фарадея в области электромагнетизма, английский математик и физик Максвелл (1831 – 1879) вводит понятие электромагнитного поля.

Согласно теории Максвелла, каждая заряженная частичка окружена полем – невидимым ореолом, оказывающим воздействие на другие заряженные частицы, находящиеся поблизости, т.е. поле одной заряженной частицы действует на другие заряженные частицы с некоторой силой.

Теория электромагнитного поля ввела новое представление, что электромагнитное поле реальность, материальный носитель взаимодействия. Мир постепенно стал представляться электродинамической системой, построенной из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электрического поля.

2. Квантовая механика. На исходе третьего десятилетия ХХ века классическая физика пришла к затруднениям в описании явлений микромира. Появилась необходимость разработки новых методов исследования. Возникает новая механика – квантовая теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц.

В 1901 г. немецкий физик Макс Планк (1858 – 1947) при исследовании теплового излучения пришел к выводу, что в процессах излучения энергия излучается или поглощается не непрерывно, а лишь малыми порциями – квантами, причем энергия каждого кванта пропорциональна частоте испускаемого излучения: Е= hy, где y – частота света, h – постоянная Планка.

В 1905 г. Эйнштейн применил гипотезу Планка к свету и пришел к выводу, что следует признать корпускулярную структуру света.

Квантовая теория вещества и излучения получила подтверждение в экспериментах (фотоэффект), обнаруживших, что при облучении твердых тел светом, из них выбиваются электроны. Фотон ударяется об атом и выбивает из него электрон.

Эйнштейн объяснил этот так называемый фотоэффект на основе квантовой теории, доказав, что энергия, необходимая для освобождеия электрона зависит от частоты света. (светового кванта), поглощаемого веществом.

Было доказано, что свет в опытах по дифракции и интерференции проявляет волновые свойства, а в экспериментах по фотоэффекту - корпускулярные, т.е. может вести себя и как частица и как волна, значит обладает дуализмом.

Представления Эйнштейна о квантах света привели к идее о «волнах материи», это послужило основой развития теории корпускулярно-волнового дуализма материи.

В 1924 г. французский физик Луи де Бройль (1892- 1987) пришел к выводу, что сочетание волновых и корпускулярных свойств является фундаментальным свойством материи. Волновые свойства присущи всем видам материи (электронам, протонам, атомам, молекулам, даже макроскопическим телам).

В 1927 г. американскими учеными Дэвисом и Джермером и независимо от них П.С. Тартаковским были обнаружены волновые свойства электронов в экспериментах по дифракции электронов на кристаллических структурах. Позже были обнаружены волновые свойства и у других микрочастиц (нейтронов, атомов, молекул). На основе системы формул волновой механики были предсказаны и открыты новые элементарные частицы.

Современная физика признала корпускулярно-волновой дуализм материи. Любой материальный объект проявляется и как частица и как волна в зависимости от условий наблюдения.

С развитием теории физического вакуума, определение материи дополняется. Современное определение материи: материя – это вещество, поле и физический вакуум.

Теория физического вакуума находится на стадии разработки, природа вакуума до конца не исследована, но известно, что ни одна материальная частица не может существовать без присутствия вакуума, это среда, в которой она существует и из которой появляется. Вакуум и вещество неразделимы.

3. Принципы современной физики. В 1925 г. швейцарский физик В. Паули (1900-1958) обосновал принцип: в любой квантовой системе (атом) 2 или более электронов не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии (на одном энергетическом уровне или на одной орбите). Принцип Паули определяет закономерности заполнения электронных оболочек атомов, периодичность их химических свойств, валентность, реакционную способность. Это фундаментальный закон природы.

В 1924 г. Н. Бор сформулировал принцип дополнительности : ни одна теория не может описать объект столь исчерпывающим образом, чтобы исключить возможность альтернативных подходов. Примером служит решение ситуации корпускулярно-волнового дуализма материи. «Понятия частицы и волны дополняют друг друга и в то же время противоречат друг другу, они являются дополняющими картинами происходящего».

В 1927 г. немецкий физик В. Гейзенберг сформулировал знаменитый принцип неопределенностей. Смысл, которого в том, что невозможно одновременно осуществить измерение и координаты и скорости (импульса) частицы . Никогда нельзя одновременно знать где находится частица и как быстро и в каком направлении она движется.

Соотношение неопределенностей выражает невозможность наблюдать микромир, не нарушая его. Пример: если в эксперименте нужно установить координату частицы с известной скоростью, ее необходимо осветить, т.е. направить пучок фотонов, однако фотоны сталкиваясь с частицами передадут им часть энергии и частица начнет двигаться с новой скоростью и в новом направлении. Наблюдатель-экспериментатор вмешиваясь в систему, внедряясь в нее со своими приборами, нарушает текущий порядок событий.

Основная идея квантовой механики состоит в том, что, в микромире определяющим является представление о вероятности событий. Предсказания в квантовой механике имеют вероятностный характер, невозможно точно предсказать результат эксперимента, можно рассчитать только вероятность различных исходов опыта.

С позиций физики, на микроуровне господствуют статистические закономерности , на макроуровне динамические законы . Философское осмысление принципа неопределенностей показывает, что случайность и неопределенность фундаментальное свойство природы и присуще и микромиру и макромиру – миру деятельности человека.

4. Элементарные частицы и силы в природе. Сегодня выделяют 4 уровня организации микромира: молекулярный, атомный, протонный (нуклонный) и кварковый.

Элементарными называют такие частицы, которые на современном уровне развития науки нельзя считать соединением других, более простых.

Различают реальные частицы – их можно фиксировать с помощью приборов и виртуальные – возможные, о существовании которых можно судить лишь опосредованно.

Аристотель считал вещество непрерывным, то есть любой кусок вещества можно дробить до бесконечности. Демокрит считал, что материя имеет зернистую структуру, и что все в мире состоит из различных атомов, которые абсолютно неделимы.

Крушение существовавших до конца 19 века представлений об абсолютной неделимости атома началось с открытия в 1897 г. английским физиком Дж. Томсоном простейшей элементарной частицы материи – электрона , которые вылетали из атома. В 1911 г. английский физик Эрнст Резерфорд доказал, что атомы вещества обладают внутренней структурой: они состоят из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него электронов.

Сначала предполагали, что ядро атома состоит из положительно заряженных частиц, которые назвали протонами . В 1932 г. Джеймс Чэдвиг обнаружил, что в ядре есть еще другие частицы – нейтроны , масса которых равна массе протона, но которые не заряжены.

В 1928 г. физиком–теоретиком П. Дираком была предложена волновая теория электрона, основанная на его корпускулярно-волновой природе. Согласно корпускулярно-волновой теории, частицы могут вести себя подобно волне. Одна из посылок этой теории заключалась в том, что должна существовать элементарная частица, обладающая такими же свойствами, как электрон , но с положительным зарядом. Такая частица была обнаружена и была названа позитроном . Из теории Дирака также следовало, что позитрон и электрон, взаимодействуя между собой (реакция аннигиляции ), образуют пару фотонов , т.е. квантов электро-магнитного излучения. Позитрон и электрон двигаются по одной орбитали. Сталкиваясь, они превращаются в кванты излучения.

В 60-х годах ХХ века протоны и нейтроны считались элементарными частицами. Но оказалось, что протоны и нейтроны состоят из еще более мелких частиц. В 1964 г. американские ученые М. Гелл-Манн и Д. Цвейг независимо друг от друга выдвинули сходную гипотезу существования «субчастиц». Гелл-Манн назвал их кварками . Название взял из стихотворной строки (Джойс «Поминки по Финегану»).

Известно несколько разновидностей кварков; предполагают, что существует шесть ароматов, которым отвечают: верхний (u ), нижний (d ), странный, очарованный, прекрасный, t - кв … Кварк каждого аромата может иметь один из трех цветов – красный, желтый и синий, хотя это всего лишь обозначение.

Кварки отличаются друг от друга по величине заряда и по квантовым характеристикам. Например, нейтрон и протон составляются каждый из трех кварков: протон – из uud , с зарядом +2/3 +2/3 -1/3 = 1;

нейтрон – из udd , с зарядом +2/3 -1/3 -1/3 = 0.

Каждый кварк по закону симметрии имеет антикварк.

Квантовой характеристикой является спин: S = 0; S= 1; S = 2; S = ½.. Спин очень важная квантовая характеристика элементарной частицы, не менее важная, чем заряд или масса.

В 2008 г. в Европе совместными усилиями физиков многих стран построен андронный колайдер, в результате действий которого, возможно получение сведений об «исходных кирпичиках», из которых построено вещество в природе.

5. Фундаментальные физические взаимодействия. В первой половине ХХ века физика изучала материю в двух ее проявлениях – вещество и поле. Причем кванты полей и частицы вещества подчиняются разным квантовым статистикам и ведут себя различным образом.

Частицы вещества являются ферми -частицами (фермионами ). Все фермионы имеют полуцелое значение спина – ½. Для частиц с полуцелым значением спина справедлив принцип Паули, согласно которому, две тождественные частицы с полуцелым спином не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии.

Все кванты полей являются бозе-частицами (бозонами). Это частицы с целым значением спина. Системы тождественных бозе-частиц подчиняются статистике Бозе – Эйнштейна. Принцип Паули для них не справедлив: в одном состоянии может находиться любое число частиц. Бозе- и ферми- частицы рассматриваются как частицы, имеющие различную природу.

По современным представлениям, взаимодействие любого типа без посредника не протекает, оно должно иметь своего физического агента. Притяжение или отталкивание частиц передается через среду, их разделяющую, такой средой является вакуум. Скорость передачи взаимодействия ограничена фундаментальным пределом – скоростью света.

В квантовой механике предполагается, что все силы или взаимодействия между частицами вещества переносятся частицами с целочисленным спином, равным 0, 1, 2 (бозе-частицами, бозонами). Это происходит следующим образом, частица вещества (фермион), например электрон или кварк испускает другую частицу, которая является переносчиком взаимодействия, например, фотон. В результате отдачи скорость частицы вещества (фермиона) меняется. Частица переносчик (бозон) налетает на другую частицу вещества (фермион) и поглощается ею. Это соударение меняет скорость второй частицы.

Частицы-переносчики (бозоны), которыми обмениваются частицы вещества (фермионы) называются виртуальными, потому что в отличие от реальных их нельзя непосредственно зарегистрировать при помощи детектора частиц, так как они существуют очень короткое время.

Итак, вокруг частицы вещества (фермиона) создается поле, порождающее частицы – бозоны. Две реальные частицы оказавшись в радиусе действия однотипных зарядов начинают стабильно обмениваться виртуальными бозонами: одна частица испускает бозон и тут же поглощает идентичный бозон, испущенный другой частицей-партнером и наоборот.

Частицы переносчики можно классифицировать на 4 типа в зависимости от величины переносимого взаимодействия и от того с какими частицами они взаимодействовали. Таким образом, в природе существуют четыре вида взаимодействия.

Гравитационная сила.

Это самое слабое из всех взаимодействий. В макромире оно проявляет себя тем сильнее, чем больше массы взаимодействующих тел, а в микромире оно теряется на фоне более могучих сил.

В квантово-механическом подходе к гравитационному полю, считается, что гравитационная сила, действующая между двумя частицами материи переносится частицей со спином 2 , которая называется гравитоном . Гравитон не обладает собственной массой и переносимая им сила является дальнодействующей.

Электромагнитные силы .

Действуют между электрически заряженными частицами. Благодаря электромагнитным силам возникают атомы, молекулы и макроскопические тела. Все химические реакции представляют собой электромагнитные взаимодействия.

Согласно квантовой электродинамике, заряд создает поле, квантом которого служит безмассовый бозон со спином равным 1 - фотон. Переносчиком электромагнитного взаимодействия является фотон.

Электормагнитные силы гораздо сильнее гравитационных. Эти силы могут проявляться и как притяжение и как отталкивание, в отличие от гравитационных, которые проявляются только как притяжение.

Слабое взаимодействие .

Это третье фундаментальное взаимодействие существует только в микромире. Оно отвечает за радиоактивность и существует между всеми частицами вещества со спином ½, но в нем не участвуют частицы-бозоны со спином 0, 1, 2 – фотоны и гравитоны.

Радиоактивный распад вызывается превращением внутри нейтрона кварка аромата d в кварк аромата u, (протон превращается в нейтрон, позитрон в нейтрино), меняется заряд частиц. Испускаемое нейтрино обладает огромной проницающей способностью – оно проходит через железную плиту толщиной миллиард километров. За счет слабого взаимодействия светит Солнце.

Сильное взаимодействие.

Сильные взаимодействия представляют собой взаимное притяжение составных частей ядра атома. Они удерживают кварки внутри протона и нейтрона, а протоны и нейтроны внутри ядра. Без сильных взаимодействий не существовали бы атомные ядра, а звезды и Солнце не могли бы генерировать теплоту и свет за счет ядерной энергии.

Сильное взаимодействие проявляется в ядерных силах. Они были открыты Э. Резерфордом в 1911 г. одновременно с открытием атомного ядра. Согласно гипотезе Юкавы, сильные взаимодействия состоят в испускании промежуточной частицы – пи-мезона – переносчика ядерных сил, а также другие мезоны, найденные позже (масса мезонов в 6 раз меньше массы нуклонов). Нуклоны (протоны и нейтроны) окружены облаками мезонов. Нуклоны могут приходить в возбужденные состояния – барионные резонансы, и обмениваться при этом иными частицами (мезонами).

Мечтой современных физиков является построить теорию большого объединения , которая объединяла бы все четыре взаимодействия.

Сегодня физики считают, что они могут создать эту теорию на основе теории суперструн. Эта теория должна объединить все фундаментальные взаимодействия при сверхвысоких энергиях.

Вопросы:

Как были доказаны корпускулярные и волновые свойства вещества?

Что изучает квантовая механика и почему она так называется?

Что такое вакуум и что значит «возбужденный вакуум»?

Что такое принцип дополнительности?

Что такое принцип неопределенности?

Охарактеризовать принцип симметрии.

Как связаны принципы симметрии и законы сохранения физических величин?

Каково значение принципа суперпозиции в квантовой механике?

В чем специфика отношения прибор-объект в квантовой механике?

Дать определение материи по современным представлениям.

Чем вещество отличается от поля?

Из чего состоят протоны и нейтроны?

Какие фундаментальные взаимодействия в настоящее время объединены?

Литература:

Дубнищева Т.Я. КСЕ. 2003. – С. 238-261. С. 265-309.

Горелов А.А. КСЕ. – 2004. – С. 79-94

Игнатова В.А. Естествознание. 2002. – С.110-125..

Гейзенберг В. Шаги за горизонт. – М. – 1987.

Ландау Л.Д. и др. Курс общей физики. – М: Наука, 1969. – С.195-214.

Вайнберг С. Мечты об окончательной теории. М. – 1995.

Линднер Г. Картины современной физики. – М. – 1977.

СОВРЕМЕННАЯ ХИМИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

1) Вещество – это физический вид материи, состоящий из частиц, которые имеют собственную массу (массу покоя)

2) Поле – материальное образование, которое связывает тела между собой и передает действие от тела к телу (электромагнитное, гравитационное, внутриядерное поля) Фотон не имеет массы покоя, ведь свет не покоится.

3) Антивещество – в-во, состоящее из античастиц. Структура антивещества: ядра атомов этого вида физической реальности должны существовать из антипротонов и антинейтронов, а оболочка из позитронов.

Окружающий нас материальный мир можно разделить, во-первых, на микромир, макромир и мегамир , каждый из которых, в свою очередь, включает в себя различные уровни организации материального бытия:

- в неживой природе : 1)субмикроэлементарный уровень (кварки), 2) элементарный (электроны), 3) ядерный (ядро атома), 4)атомный, 5)молекулярный, 6)макроскопический, 7) планетарный, 8) космический.

- в живой природе : 1) биологические макромолекулы, 2)клеточный, 3) микроорганизменный, 4) уровень органов и тканей, 5) уровень организма, 6) популяционный, 7) биоценозный, 8) биосферный.

- в социальный: 1) человек (индивид), 2)семья, 3) коллективы, 4) социальные группы, 5)национальности, 6) этносы, 7) государства

Каждый из структурных уровней (и подуровней) материи возникает и существует на основе предыдущих, однако не сводится к ним как простая сумма элементов, поскольку обладает новыми качествами и подчиняется в своем функционировании и развитии иным закономерностям.

11.Движение, пространство, время как основные формы существования материи.

Движение – понятие, охватывающее в самом общем виде всякое изменение, превращение. Все существующее находится в постоянном стремлении к изменению, другому состоянию, но изменяется только то, что имеет относительную устойчивость и находится в относительном покое. Но без определенной степени устойчивости в мире ничего бы не существовало. Покой - понятие относительное, а движение - абсолютно. Но, движение обладает и свойствами относительности, т.к. изменения одного объекта можно зафиксировать лишь относительно другого объекта.

Еще в античности были 2 концепции:

1) Зенон - отрицание движения. Апории Зенона. Доказывал невозможность мыслить движение.

2) Гераклит – «Все течет!» все постоянно переходит из одного состояния в другое.

Энгельс предложил формы движения:

Механическое

Физическое

Химическое

Биологическое

Социальное

Типы движения материи:

1) Механическое (без изменения качества)

2) С изменением качества . Направленность бывает 3х видов:

Прогрессивное (от низшего к высшему)

Регрессивное (от высшего к низшему)

Горизонтальное (явление идиодаптации в биологии, изменения зависят от условий существования и не сопровождаются общим повышением организации и уровня жизнедеятельности. Н-р таблица менделеева, где изменения развертываются на одном горизонтальном структурном уровне организации материи)

Развитие подчинено ряду законов:

Закон перехода из одного качества в другое на основе количественных изменений

Закон единства и борьбы противоположностей

Закон отрицания отрицания

Как бы ни изменялся предмет, пока он существует, он сохраняет свою определенность. Река не перестает быть рекой из-за того, что она течет: бытие реки и заключается в ее течении. Обрести абсолютный покой значит перестать существовать. Все относительно покоящееся неизбежно причастно к какому либо движению. Покой всегда имеет только видимый и относительный характер. Тела могут покоиться только по отношению к какой-либо системе отсчета, условно принятой за неподвижную (Н-р мы неподвижны относит-но здания, Земли, но движемся по отношению к Солнцу)

Частные св-ва пространства:

-трехмерность (любые пространственные отношения можно описать тремя измерениями – длина, ширина, высота)

-обратимость (можно вернуться на то же место)

-протяженность

-изотропность (равноправность всех возможных направлений)

Частные св-ва времени:

-одномерность (достаточно одной координаты: минута, час, секунда)

-однонаправленность (нельзя вернуться в прошлое)

Общие св-ва пространства и времени:

Объективность (независимость от нашего сознания)

Бесконечность (во вселенной нет такого места, где бы отсутствовали пространство и время)

Абсолютность (т.е. бытие вне пространства такая же бессмыслица, как и бытие вне времени)

Относительность (т.е. представления человека о пространстве и времени относительны)

Единство непрерывности (отсутствие пустого пространства)

Единство прерывности (раздельное существование материальных объектов)

Виды пространства и времени:

-Реальное (объективные формы существования пр-ва и времени)

-Перцептуальное (субъективное восприятие человеком реального пространства и времени)

-Концептуальное (теоретическое моделирование пространства и времени)

Концепции происхождения пространства и времени:

1) Субстанциональная (Демокрит, Платон, Ньютон)

Пространство и время рассматриваются как абсолютные, наряду с материей в ранге субстанций. Существуют самостоятельно, независимо от материальных объектов и рассматриваются как чистая протяженность и чистая длительность.

2) Реляционная (Аристотель, Лейбниц, а в наше время Энштейн, Лобачевский)

Пространство и время это особое отнощение между объектами и самостоятельно и отдельно от них не существующие. Т.е. если для Ньютона доска занимает какое-то положение, то для Лейбница пространство и есть соотношение доски с окружающими ее предметами.

Из теории относительности следовали два важных в философском отношении вывода: во-первых, при скоростях, близких к скорости света, длины тел сокращаются примерно в два раза; во-вторых, темп течения процессов времени замедляется при скорости, близкой к световой, примерно в 40 раз. Теория относительности показала зависимость пространства (протяженности тел) и времени (темпа длительно­сти протекания процессов) от скорости движущихся тел.

Материя" - одно из фундаментальнейших поня­тий философии. Однако в различных философских системах его содержание понимается по-разному. Для идеалистической философии, например, харак­терно то, что она или совсем отвергает существование материи или отрицает ее объективность. Так, выдающийся древнегреческий философ Платон рас­сматривает материю как проекцию мира идей. Сама по себе материя у Платона ничто. Для того, чтобы превратиться в реальность, в ней должна воплотить­ся какая-нибудь идея.

У последователя Платона, Аристотеля, материя тоже существует лишь как возможность, которая превращается в действительность только в результа­те соединения ее с формой. Формы же в конечном итоге берут свое начало от Бога.

У Г. Гегеля материя проявляется в результате дея­тельности абсолютной идеи, абсолютного духа, Именно абсолютный дух, идея порождают материю.

Материя - философская категория для обозначения объективной реальности, кот. дана ч-ку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отображается, нашими ощущениями, существующая независимо от них. В этом определении выделено 2 признака материи: 1) Признание первичности материи по отношении к сознанию (объективность ощущения) 2) Признание принципиальной познаваемости мира. Ленин разграничивает философское понимание материи и естественнонаучные знания о существующем мире. Ленин способствовал преодолению кризиса в физике, связанного с включением принципа структурности материи и делимости атомов в научную картину мира.

МАТЕРИЯ (по Ленину) – есть философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана ч-ку в его ощущениях, которая копируется, фотографируется нашими чувствами, существуя независимо от них. Материя – это субстанция нашего мира. Субстанция – субстрат (некая основа, носитель) + его св-ва. Если раньше материя отождествлялась с атомом, то сейчас открыт электрон и материя относительна, природа бесконечна.

Виды материи : 1) Вещество – вид материи, имеющий массу покоя. Твердое, жидкое, газообразное, плазма. 2) Поле – не имеет массы покоя. Форма материи – совокупность различных материальных объектов и систем, обладающих единой качественной определенностью, проявляющ в общих св-вах и специфич для данной формы материи способов существования. Формы: 1) Социальная (ч-к, человеч общ-во, труд). 2) Биологическая (живая природа). 3) Химическая (атомы). 4) Физическая (низший – атомы, молекулы, поля).

В современной науке широко используется метод структурного анализа , при котором учитывается си­стемность исследуемых объектов. Ведь структурность - это внутренняя расчлененность материаль­ного бытия, способ существования материи. Струк­турные уровни материи образованы из определенно­го множества объектов какого-либо вида и характе­ризуются особым способом взаимодействия между составляющими их элементами. Применительно к трем основным сферам объективной действительно­сти эти уровни выглядят следующим образом:

Изучение проблем, связанных с философским анализом материи и её свойств является необходимым условием формирования мировоззрения личности, независимо от того, окажется ли оно в конечном счёте материалистическим или идеалистическим.

В свете изложенного достаточно очевидно, что очень важна роль определения понятия материи, понимания последней как неисчерпаемой для построения научной картины мира, решения проблемы реальности и познаваемости объектов и явлений микро- и мегамира.

Разумно такое определение: "...Материя есть объективная реальность, данная нам в ощущении"; "Материя есть философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них". (В первом случае речь идет о материи как категории бытия, онтологической категории, во втором - о фиксирующем ее понятии, категории гносеологической).

Основополагающим элементом изучения подавляющего количества естественных наук является материя. В этой статье мы рассмотрим материи, формы её движения и свойства.

Что такое материя?

На протяжении многих веков понятие материи менялось и совершенствовалось. Так, древнегреческий философ Платон видел её как субстрат вещей, который противостоит их идее. Аристотель же говорил, что это нечто вечное, что не может быть ни сотворено, ни уничтожено. Позже философы Демокрит и Левкипп дали определение материи как некой основополагающей субстанции, из которой состоят все тела в нашем мире и во Вселенной.

Современное понятие материи дал В. И. Ленин, согласно которому она является самостоятельной и независимой объективной категорией, выражаемой человеческим восприятием, ощущениями, она также может быть скопирована и сфотографирована.

Атрибуты материи

Главными характеристиками материи являются три признака:

• Пространство.
• Время.
• Движение.

Первые два отличаются метрологическими свойствами, то есть их можно количественно измерить специальными приборами. Пространство измеряется в метрах и его производных величинах, а время в часах, минутах, секундах, а также в сутках, месяцах, годах и т. д. У времени есть также другое, не менее важное свойство - необратимость. Нельзя вернуться на какую-либо исходную временную точку, вектор времени всегда имеет одностороннюю направленность и движется от прошлого к будущему. В отличие от времени, пространство - более сложное понятие и имеет трёхмерное измерение (высота, длина, ширина). Таким образом, все виды материи могут передвигаться в пространстве за определённый промежуток времени.

Формы движения материи

Всё, что нас окружает, передвигается в пространстве и взаимодействует друг с другом. Движение происходит непрерывно и является главным свойством, которым обладают все виды материи. Между тем этот процесс может протекать не только при взаимодействии нескольких объектов, но и внутри самого вещества, обуславливая его видоизменения. Различают следующие формы движения материи:

• Механическая - это перемещение предметов в пространстве (падение яблока с ветки, бег зайца).

• Физическая - возникает, когда тело изменяет свои характеристики (например, агрегатное состояние). Примеры: тает снег, испаряется вода и т. д.
• Химическая - видоизменение химического состава вещества (коррозия металла, окисление глюкозы)
• Биологическая - имеет место в живых организмах и характеризует вегетативный рост, обмен веществ, размножение и др.

• Социальная форма - процессы социального взаимодействия: общение, проведение собраний, выборов и т. д.
• Геологическая - характеризует движения материи в земной коре и недрах планеты: ядре, мантии.

Все вышеназванные формы материи взаимосвязаны, взаимодополняют и взаимозаменяют друг друга. Они не могут существовать самостоятельно и не являются самодостаточными.

Свойства материи

Древняя и современная наука приписывали материи множество свойств. Самое распространённое и очевидное - это движение, однако имеются и другие универсальные свойства:

• Она несотворима и неуничтожима. Это свойство означает, что любое тело или вещество какое-то время существует, развивается, перестаёт существовать как исходный объект, однако материя не прекращает своего существования, а просто превращается в другие формы.
• Она вечна и бесконечна в пространстве.
• Постоянное движение, преобразование, видоизменение.
• Предопределённость, зависимость от порождающих факторов и причин. Данное свойство является своего рода объяснением происхождения материи как следствия определённых явлений.

Основные виды материи

Современные ученые выделяют три фундаментальных вида материи:

• Вещество, обладающее определённой массой в состоянии покоя, представляет собой наиболее распространённый вид. Оно может состоять из частиц, молекул, атомов, а также их соединений, которые образуют физическое тело.
• Физическое поле - это особая материальная субстанция, которая призвана обеспечивать взаимодействие объектов (веществ).
• Физический вакуум - является материальной средой с наименьшим уровнем энергии.

Вещество

Вещество - вид материи, главным свойством которого является дискретность, то есть прерывистость, ограниченность. В его структуру входят мельчайшие частицы в виде протонов, электронов и нейтронов, из которых состоит атом. Атомы соединяются в молекулы, формируя вещество, которое, в свою очередь, образует физическое тело или текучую субстанцию.

Любое вещество обладает рядом индивидуальных характеристик, отличающих его от других: масса, плотность, температура кипения и плавления, структура кристаллической решётки. При определённых условиях разные вещества можно соединять и смешивать. В природе они встречаются в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. При этом конкретное агрегатное состояние лишь соответствует условиям содержания вещества и интенсивности молекулярного взаимодействия, но не является его индивидуальной характеристикой. Так, вода при разных температурах может принимать и жидкую, и твёрдую, и газообразную форму.

Физическое поле

Виды физической материи включают и такую компоненту, как физическое поле. Оно представляет собой некую систему, в которой материальные тела взаимодействуют. Поле является не самостоятельным объектом, а, скорее, носителем специфичных свойств образовавших его частиц. Таким образом, импульс, высвобожденный от одной частицы, но не поглощённый другой, является принадлежностью поля.

Физические поля - это реальные неосязаемые формы материи, обладающие свойством непрерывности. Их можно классифицировать по различным критериям:

1. В зависимости от полеобразующего заряда выделяют: электрическое, магнитное и гравитационное поля.
2. По характеру движения зарядов: динамическое поле, статистическое (содержит неподвижные относительно друг друга заряженные частицы).
3. По физической природе: макро- и микрополя (создаются движением отдельных заряженных частиц).
4. В зависимости от среды существования: внешнее (которое окружает заряженные частицы), внутреннее (поле внутри вещества), истинное (суммарное значение внешнего и внутреннего полей).

Физический вакуум

В XX веке в физике как компромисс между материалистами и идеалистами для объяснения некоторых явлений появился термин "физический вакуум". Первые приписывали ему материальные свойства, а вторые утверждали, что вакуум - это не что иное, как пустота. Современная физика опровергла суждения идеалистов и доказала, что вакуум - это материальная среда, также получившая название квантового поля. Число частиц в нём приравнивается к нулю, что, однако, не препятствует кратковременному возникновению частиц в промежуточных фазах. В квантовой теории уровень энергии физического вакуума условно принимается за минимальный, то есть равный нулю. Однако экспериментально доказано, что энергетическое поле может принимать как отрицательные, так и положительные заряды. Существует гипотеза, что Вселенная возникла именно в условиях возбуждённого физического вакуума.

До сих пор не до конца изучена структура физического вакуума, хотя и известны многие его свойства. Согласно дырочной теории Дирака, квантовое поле состоит из движущихся квантов с одинаковыми зарядами, неясным остаётся состав самих квантов, скопления которых перемещаются в виде волновых потоков.

Тема лекции: Физика материи.
определение
Материя - существующее в пространстве осязаемое и неосязаемое содержание,

заполняющее собой (занимающее) место в пространстве, обладающее физическими свойствами.
Проще говоря - материя это всё то, что существует (присутствует) в пространстве, вне зависимости от собственной природы, включая осязаемое и неосязаемое. Всё это материя.

Что в связи с этим надо понимать:
Надо четко понимать - что материей является, а что материей не является.
Не все, о чем люди имеют представление, является материей.
Материей не является само пространство, а только то, что в нем расположено.

Это первая важная для понимания позиция.
Вторая, важная для понимания позиция это то что
материей не являются информация и абстракции.
И применительно к информации материальным может быть только носитель информации, а не сама информация.
То есть материя отдельно, пространство отдельно, и отдельно информация, все фантазии, образы, мыслеформы и глюки – все это отдельно. Они материей не являются.
Мы не сможем приснившейся дедушке гантелей разбить бабушкин телевизор.

Исходя из определение материи как «существующее в пространстве, обладающее свойствами содержание»), мы легко можем отличать материальное от нематериального, например, чем настоящий материальный (существующий в реальности) пингвин отличается от воображаемого нематериального (несуществующего в реальности).

Настоящий пингвин обладает физическими свойствами, заполняет собой место в пространстве и имеет протяженность. Воображаемый пингвин наоборот, реальных свойств не имеет, не заполняет собой место в пространстве и присутствует не в пространстве, а в воображении индивидуума, причем лишь в виртуальном виде, например, в виде некого образа.
Место дислокации воображаемого пингвина, не реальный мир, не пространство, а абстрактный «мир» - воображение.
И плечи свои такой пингвин расправляет не в пространстве, а в воображении индивидуума.
И мы не сможем обнаружить в мозгу человека ни само воображение, ни ту лужицу где плещется воображаемый пингвин.
При желании мы можем попытаться обозначить в пространстве габариты воображаемого пингвина, но мы не можем заполнить выбранное место воображаемым пингвином.
У воображаемого пингвина нет невымышленных свойств.
Воображаемый пингвин не пропечется в духовке и мы даже не сможем заготовить такого пингвина на зиму тем более отобрать его у Обамы.

Мы не сможем облить воображаемого пингвина краской, или закидать яйцами. Краска к нему не прилипнет, а от яиц он легко увернётся .

То есть по наличию либо отсутствию физических свойств - человек может отличать воображаемое от действительного.
далее
Реальная физическая материя проявляет различные свойства и мы в соответствии с общими признаками можем разделить материю на категории.
Согласно свойствам прерывности-непрерывности (по другому дискретности), материя делится на дискретную и недискретную формы

Недискретная (непрерывная) материя в природе представлена в виде поля
Дискретная (прерывная, зернистая) материя в природе представлена в виде частиц.
Частицы, в свою очередь находятся в одном из двух состояний:
-либо ведут себя непосредственно как частицы передвигаются в пространстве со скоростью близкой к скорости света
- либо группируются в вещество.
То есть более детально по признаку сгруппированности - можно разделить материю более детально и выделить три основные категории.
Вещество, частицы, поле.

Первая позиция это частицы сгруппировавшиеся в вещество,
Вторая позиция - свободные частицы (не сгруппировавшиеся в вещество)
и третья позиция поле.
И материя в природе проявляет себя и как вещество и как частицы и как поле.
------
И опять же надлежит хорошо помнить, что материей является только, то что обладает свойствами.
Необладающая свойствами неведомая «чавойта» не является материей.
Если какая-то материя существует, но до сих пор не обнаружена,
то при обнаружении она сообразно своим свойствам угодит в одну из категорий
либо вещество, либо свободные частицы, либо поле.
рассмотрим по пунктам.
Что такое вещество.
Вещество - вид материи обладающий массой покоя.
Всё что имеет массу покоя это вещество. Вода (жидкость)- это вещество. Газ это вещество.
И все предметы в нашем осязаемом мире состоят из вещества, не важно шифер это или бабушкин дирижабль - всё это в конечном итоге состоит из частиц и все это вещество.

С осознанием того, что такое вещество обычно трудностей не возникает и как правило, все в состоянии понимать, что такое вещество.
Далее.
позиция - поле.
Поле это нечто материальное, но невещественное. И не все сразу способны уразуметь (осознать, понять) как материальное может быть невещественным.
На самом деле все довольно просто.
Ученые изначально определились, что считать материальным-
Материальное - это все то, что находится в пространстве и обладает свойствами.
Вот у нас есть 100% того, что находится в пространстве - это материя
и часть её проявляет такие - то свойства.

Если бы свойств никаких не было - это бы не являлось материей.
Свойства проявляет – значит это одна из форм материи,
При этом, по фактическим проявлениям поле не соответствует определению вещества в частности у поля отсутствует масса.
И совокупно получается, что по своим свойствам поле материально но не вещественно.
Чтобы понять, что такое поле, надо представить себе физику без поля.
Летят навстречу друг другу два кирпича.
Чем соприкасаются два кирпича?
По внешнему контуру соприкасаются атомами.
Анимашка олег
Давайте рассмотрим как там атомы взаимодействуют и как это будет выглядеть без поля:
Летят на встречу друг другу два атома,
протоны настрополили, электроны распушили, сейчас случится большой бабах

А поле с собой атомы не взяли, зацепиться друг за друга было нечем, так насквозь и проскочили.

Никакого столкновения эти атомы и не заметили, не могли заметить.
Каков совокупный объем составляющих атом дискретных объектов?
Сколько там в этом атоме мяска? Сколько там того, чего можно пощупать и какой объем оно занимает? Иногда атомы рисуют очень мясистыми. Иногда не очень.

Но если рассматривать подробнее, то между частицами есть расстояние, и каждый меньший элемент, в свою очередь опять же планетарен, а значит дискретная материя опять же занимает незначительную часть от общего объема. И это все стремится практически к нулю.

То есть изображать надлежит не мясистый атом, а тощенький.

Давайте смоделируем атом без поля.
А чтобы было наглядно, возьмем пол эскадрильи обычного размера мух и пусть они летят над московской кольцевой дорогой, прямо над машинами по большому кругу.

А в центре, в районе арбата пусть скачет главная такая протонная мушильда, а остальные мухи пусть вокруг неё главной по кольцу летают не приближаясь.
Мы получили вполне пристойную мушиную модель атома без полей.
А теперь давайте где ни будь в Лапландии разместим вторую такую же мушиную модель атома и начнем обе эти модели друг к другу приближать.
Пусть они по взрослому, летят друг на друга.
Какова вероятность, что при сближении моделей этих двух атомов они друг за друга зацепится?
И чем они зацепятся?
Жужжания много, а поля вообще нет.
Даже если какие-то две мухи друг другу точно в лоб попадут – то и в этом случае они не смогут зацепиться. Второй атом это тоже планетарная система, практически пустота.
Вероятность зацепа никакая. Цепляться без поля нечем.
Два атома при таких условиях свободно пролетают сквозь друг друга.
При такой геометрии без поля это один сплошной сквозняк.
Мы бы в принципе не смогли бы столкнуть никакие две элементарные частицы если бы у них не было поля.
Кирпичи бы сквозь друг друга замечательно пролетали.
Вот собственно, какую роль играет поле.
Без поля мы в принципе не имеем возможности взаимодействия ни на макро ни на микро уровне.
Идём дальше:
Каковы свойства поля?
Поле не имеет ни внутренней ни наружной дискретности.
То есть не имеет разрывов, а так же не имеет внешних границ как таковых.

Понять геометрию поля можно из графика распределения воздействия на расширяющуюся сферу:

График стремится к нулю но не обнуляется. Как бы далеко мы не удалялись от источника поля
Поле ослабевает но не исчезнет. Границы у поля как таковой нет.
Кроме того поле упруго.
(Магнит)
Поле фундаментально упруго, недискретно и не обладает массой.
Определение поля:
Поле – особый не обладающий массой вид материи, представляет собой непрерывный объект, расположенный в пространстве, в каждой точке которого на частицу действуют определенные по величине и направлению уравновешенные либо неуравновешенные силы.
И опять же мы не забываем, что это давно известная информация
и в рамках физической концепции вещество и поле традиционно противопоставляются друг другу как два вида материи, у первого из которых структура дискретна, а у второго- непрерывна.

Заглубимся в матчасть:
Первое что надо понимать, это то, что вся вселенная на макроуровне равномерно заполнена вещественной материей, а значит, равномерно заполнена полем.

В силовом плане это самое мощное из существующих физических явлений и носит оно гравитационную природу. Совокупное гравитационное поле.
Анимашка олег 2 старс
Все физические взаимодействия, в том числе каждая связь в каждом в атоме вашего тела определяется этим полем.
Гравитационное поле фундаментально, а все остальные поля это частные локальные явления на этом базовом гравитационном поле.
Представьте, что здесь бы были миллиарды резинок а мы обрезали всего одну. И это бы было аналогом вторичного поля, например электромагнитного поля.
Частное возмущение на базовом поле.
И когда мы рассматриваем поле любого магнита – это тоже вторичное поле - незначительное возмущение на базовом гравитационном поле имеющем колоссальный потенциал.
В определенном смысле гравитационное поле и есть тот самый эфир или по другому - «физический вакуум», который все ищут и не могут найти. Но это единый недискретный некорпускулярный объект.
Силы возникают в каждой точке пространства заполненного полем и никаких пробелов там нет.

Следующая позиция частицы.
Частица - материальный дискретный микрообъект.
В чем основные различия между частицами и полем.
Частицы дискретны (каждая из них представляет самостоятельный объект сложного внутреннего строения),
Этим они отличаются от поля которое недискретно не имеет внутренней дискретности (не имеет разрывов), а так же поле, не имеет внешних границ как таковых.

Применительно к частицам надлежит понимать, что бытующее в науке разделение материи на категории не совсем строгое.
В литературе порой допускаются нестрогие некорректные трактовки.

Свободные частицы обладающие массой по современной научной моде относятся в самостоятельную категорию, а частицы не обладающие массой покоя в ряде случаев нестрого трактуются как поле.
И в этом месте для многих наступает недоразумение известное как корпускулярно волновой дуализм.
Причины этого мыслительного явления мы уже отдельно объясняли (в разделе корпускулярно волновой дуализм). Повторно останавливаться не будем.
В этом месте достаточно напомнить, что в научном смысле и частицы и поле и волна это по прежнему, самостоятельные понятия.
И это требование первого закона логики, который гласит:
«…иметь не одно значение - значит не иметь ни одного значения; если же у слов нет значений, тогда утрачена всякая возможность рассуждать друг с другом, а в действительности - и с самим собой; ибо невозможно ничего мыслить, если не мыслить что-нибудь одно».
Либо поле, либо частица.

Кирпич это материя, кирпич состоит из той части материи которую принято называть веществом
Но это еще не все.
Имеется связка вещества (а значит и любого кирпича) с полем. Каждый кирпич находится в совокупном вселенском поле.

И кроме того каждый кирпич имеет собственное поле.
Если говорить упрощая, мы можем назвать это поле полем кирпича, можем назвать гравитационным полем кирпича.

В природе нет ни одного кирпича, не окруженного собственным полем.
поле сопутствует каждому кирпичу.
Вся вещественная материя в природе имеет поле.
И в этом плане необходимо понимать, что в природе не существует вещества не имеющего своего частного поля.
И любой материальный объект в фундаментальном физическом смысле представляет из себя совокупность вещества и поля.
И это поле распределено равномерно во все стороны от вещества и по мере удаления от вещества это поле ослабевает.

То есть фундаментально у каждого объекта обладающего массой есть своё поле и кроме того все массы вселенной в совокупности формируют единое гравитационное поле вселенной.
Теперь давайте поймем: где кирпич, а где его частное поле. Частное поле привязано к кирпичу.
Если мы разделим кирпич на части и разведем эти части в стороны, то и частное поле кирпича тоже будет разделено и разнесено в стороны.
(ломаем кирпич)
Частное поле кирпича разделено и разнесено в стороны.

Теперь давайте рассмотрим, что общего между частицами связанными в рамках вещества и между несвязанными, свободными частицами.
Пример.
К чему приведет планомерное расщепление кирпича, деление кирпича
Планомерное разрушение так называемых внутренних связей кирпича.
Все без исключения внутренние связи кирпича определяются извне, со стороны базового поля. Совокупное вселенское поле создает в пространстве колоссальное напряжение, которое и определяет все внутренние связи в вещественных объектах.
Чем глубже мы расщепляем кирпич, чем меньше будет фракция, тем больше частиц будут становиться несвязанными веществом, эти частицы отделятся от кирпича и начнут перемещаться со скоростью близкой к скорости света.
Если продолжить расщепление, то все фрагменты расщепятся, высвободятся до уровня несвязанных частиц и под влиянием внешнего поля начнут перемещаться со скоростью близкой к скорости света по всем свободным направлениям.
То есть, если полностью расщепить кирпич, до уровня частиц, то кирпич умчится со скоростью света во всех свободных направлениях.
И если бы внешнего поля вообще бы не было, то кирпич бы сделал то же самое, но с гораздо большей скоростью, со скоростью превышающей скорость света (но это предмет отдельного разговора, а так же вопросы массы и так называемого нейтрино).
Для общего понимания давайте рассмотрим какая ситуация бы имела место для незаполненной веществом вселенной.
Пустая вселенная и один кирпич.
Казалось бы, да как мы это узнаем?
Но самом деле, знаем мы это абсолютно точно, потому что вариантов приложения сил к телу всего два: притяжение и отталкивание.
И так же мы знаем, что на силах прямого притяжения материя существовать не может в принципе, это технически невозможно, потому что неминуемо приводит к лавинообразному процессу обвала в материи в одну точку.
Те кто этого ещё не знает, может посмотреть доказательную часть по ссылке, либо посмотреть фильм «Равновесие в физике».
Продолжим:
Единственный возможный вариант для существования материи в пространстве это взаимное отталкивание, которое при достаточном насыщении вселенной материей приводит к комплексному приталкиванию масс друг к другу.
Тяготение это комплексное приталкивание.
Так что же будет происходить с кирпичом во вселенной не заполненной материей?
(Абсолютно пустая вселенная и один кирпич).
При таком сценарии внутренние связи кирпича обеспечить в принципе не чем. Внешнего поля, внешних сил, внешнего приталкивания нет. Все вещество кирпича без вариантов полностью расщепится и разлетится во всех направлениях, соответственно рассеется и поле кирпича.
Никакое существование никакого вещественного физического тела в таких условиях невозможно.
Во вселенной же заполненной телами, массами картина иная.
Массы «создали» общее поле,
на макроуровне вселенная заполнилась равномерно, ковер галактик.
Это поле обеспечило внутренние связи в каждом кирпиче.
И мы видим, что в реальной вселенной материя не распадается на частицы и не разлетается.

Собственно все.

Материя: вещество, частицы, поле.
И если бы не было поля, то не было бы ни каких взаимодействий между частицами, да и самих частиц привычном понимании тоже бы не было.
С вами был Виктор Катющик.
Следите за нашими публикациями.