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

Большую часть нашего мира мы не можем пронаблюдать - 95% массы Вселенной составляют темная материя и темная энергия. Из чего состоит темная материя, пока не ясно - однако есть предположение, что это могут быть аксионы, элементарные частицы, ответственные за соблюдение временно́й симметрии.

Для человеческого сознания прошлое и будущее - противоположные измерения: о первом мы помним, второе мы ожидаем. Кино, запущенное с финала, кажется нам нереалистичным. Наша направлена от прошлого к будущему.

Кажется, что направление времени незыблемо. Но если бы мы сняли фильм о субатомных частицах, мы бы обнаружили, что его отраженная версия вполне точно отражает реальность. Фундаментальные законы физики , за некоторыми исключениями, выполняются в любом направлении времени: стрела времени для них обратима.

Если следовать законам формальной логики, обращение времени должно в корне менять физические законы. Но в реальности это не так. Чтобы описать это явление, физики используют термины «T-инвариантность» или «Т-симметрия».

В отличие от фундаментальных законов физики, наша повседневная жизнь нарушает Т-инвариантность. Это вопиющее несоответствие приводит нас к вопросу: почему реальный мир «Т-асимметричен»? Возможно ли существование неких созданий, которые молодеют, пока мы стареем? И можем ли мы с помощью какого-нибудь физического процесса повернуть время вспять?

К сожалению, дать точного ответа наука пока не может. Зато мы можем предположить, почему вообще существует Т-симметрия. Современная версия глубже и сложнее, чем предположения 50-летней давности, но и в ней есть лазейка. И если наука с ней разберется, возможно, мы сможем понять сущность темной материи – невидимой части вещества Вселенной. Но о темной материи — немного позже.

История изучения Т-симметрии началась в 1956 году. В то время ученые Т.Д. Ли и С.Н. Янг думали над существованием П-инвариантности , пространственного аналога Т-симметрии. Если бы П-инвариантность существовала, то события могли бы отражаться как в зеркале. Однако результаты экспериментов Ли и Янга показали, что П-инвариантность проявляется только для гравитационных, электромагнитных и сильных взаимодействий. Для слабых взаимодействий ее не существовало.

Тогда физики перешли от пространственной симметрии к временно́ й. Существование Т-инвариантности некоторое время было аксиомой - пока в 1964 году группа ученых под руководством Джеймса Кронина и Валентины Фитч не обнаружила слабый эффект в распаде К-мезонов , который нарушает симметрию времени. Это открытие взволновало физиков: как Т-симметрия может быть одновременно точной и приблизительной? Эту проблему решили Макото Кобаяси и Тосихидэ Маскава . В 1973 году они предположили , что приблизительная Т-инвариантность - лишь случайное следствие других, более глубоких принципов.

К тому времени наброски Стандартной модели физики элементарных частиц выросли в мощную, эмпирически успешную теоретическую базу. В её основу легла теория относительности, квантовая механика и математическое правило единообразия. Но связать эти идеи было сложно: вместе они ограничивают возможности базовых взаимодействий.

Кобаяси и Маскава заявили: если бы физика ограничивалась двумя известными на тот момент семействами частиц, кварками и лептонами, то все взаимодействия подчинялись бы Т-симметрии. Но открытие Кронина и Фитч пролило свет на существование третьей группы частиц, которые нарушают Т-симметрию. Впоследствии эти частицы действительно были найдены.

Однако история на этом не заканчивается. В гипотезе Кобаяси и Маскавы нашлась лазейка. Джерард т’Хоофт обнаружил новый вид взаимодействия , нарушающий Т-симметрию - и это стало сюрпризом для физиков-теоретиков. Нарушение Т-симметрии в данном случае было более очевидным, чем у Кронина и Фитч. Впрочем, природа упорно игнорирует эту лазейку - Т-инвариантность строго соблюдается.

Лишь одно объяснение незыблемости Т-симметрии прошло проверку временем. Это идея Роберто Печчеи и Хелен Квинн о расширении Стандартной модели через нейтрализующее поле, поведение которого особенно чувствительно к новому взаимодействию т’Хоофта. Если присутствует новое взаимодействие, нейтрализующее поле подстраивает собственную величину, чтобы компенсировать влияние этого взаимодействия. Такое нейтрализующее поле, получается, закрывает нашу лазейку. Частицы, производимые нейтрализующим полем, назвали аксионами.

Согласно теории, аксионы - это очень легкие, живущие долго частицы, которые слабо взаимодействуют с материей. Но мы не знаем ничего об их массе: она находится в большом промежутке значений. Та же проблема была с другими частицами: бозоном Хиггса, очарованным кварком и топ-кварком – до обнаружения каждой из этих частиц, теория предсказала все их свойства, кроме значения массы. Оказалось, что сила взаимодействия аксиона пропорциональна его массе. Поэтому по мере уменьшения значения массы аксиона, он становится все более неуловимым.

Раньше физики были сосредоточены на моделях, в которых аксион был тесно связан с бозоном Хиггса. Далее появилось предположение, что масса аксиона должна быть порядка 10 кэВ — одна пятидесятая массы электрона. Большинство экспериментов, о которых мы сказали ранее, искали именно такой аксион - однако выяснилось, что таких аксионов не существует. Поэтому ученые решили переключиться на гораздо меньшие значения масс аксионов.

Такие аксионы должны были в изобилии производиться в течение первых моментов Большого взрыва. Если аксионы действительно существуют, то они должны заполнять Вселенную в виде так называемой аксионной жидкости. И эта жидкость должна влиять на общую плотность массы Вселенной, так как аксионы имеют массу. Масса аксионов, согласно подсчетам, приблизительно равна массе темной материи — по сути, загадочная субстанция, заполняющая 22% Вселенной, может состоять из этих гипотетических частиц.

Экспериментальный поиск аксионов продолжается на нескольких фронтах. Два из самых многообещающих экспериментов нацелены на поиск аксионной жидкости. Один из них, ADMX (Axion Dark Matter eXperiment), использует специальные сверхчувствительные антенны для преобразования фоновых аксионов в электромагнитные импульсы. Другой, CASPEr (Cosmic Axion Spin Precession Experiment), ищет крошечные колебания в движении ядерных спинов, которые могут быть вызваны аксионной жидкостью. Помимо этого, эти сложные эксперименты обещают покрыть почти весь диапазон возможных масс аксиона. Возможно, если эти эксперименты докажут существование аксионов, мы поймем, из чего на самом деле состоит темная материя.

Понятие «Материя » является общефилософской категорией, которую порой пытаются распространить на все подряд, особенно из-за расцвета материализма в XX веке. Такой подход к понятию материя, нередко наделенный мистическим смыслом, оказывает на физику, скорее, негативное влияние. Нередко можно встретиться с обсуждением таких вопросов, как материальность мыслей, материальность отбрасываемых объектами теней, материальность и времени, существование материи в виде чистой , рождение материи из энергии, материальный характер и других излучений и так далее.

Полевая физика в подобных мистико-философских вопросах очень категорична. В противовес бытующим представлениям, что материально все реально существующее, в под материей понимается очень узкий круг вещей. А именно, базовые , такие как протон и электрон, и состоящее из них вещество. Все остальное в полевой физике считается нематериальным, что позволяет избежать очень многих проблем и логических противоречий, свойственных современной физике.

Например, одной из реально существующих, но не материальных сущностей считается или если говорить традиционным языком - . Они не состоят из известных элементарных частиц, не подчиняется законам материальных объектов, и не обладает такими материальными характеристиками как или . Полевой среде или полям присущи свои характеристики, например, и , подчиняется своим законам и представляет собой отдельную область физики.

Другой предмет физического изучения, которые не следует путать с материей - это . Например, материальным может быть груз на пружине, а его колебания - это процесс, не имеющий никакого отношения к материи. Материальными характеристиками, например массой, может обладать сам груз, а колебательный процесс как таковой не имеет массы, но может характеризоваться такими величинами, как период или частота.

По аналогии в считается, что например , не является материальным. Свет - это колебательный процесс электромагнитного поля или , а не материя. Следовательно, неверно приписывать свету такие материальные свойства как , или применять к нему правило сложения , справедливое только для материальных тел.

Так скорость распространения возмущений в полевой среде (света) не зависит от скорости источника этих возмущений, также как скорость распространения кругов на воде не зависит от скорости полета камня, который привел к их образованию. Однако глубокая философская ошибка, связанная с попытками применить к свету законы , справедливые только для материальных тел и, в частности, закон сложения скоростей, привела на рубеже XIX - XX веков к огромной путанице в физике. Это потребовало вместо простой и прозрачной научной логики использовать искривление , искажение времени и множество иных формальных приемов в рамках запутанных и нередко противоречивых теорий.

Полевая физика не считает материальными также искусственные логические понятия, созданные человеком для описания физических явлений и . К ним относятся, например, понятия пространства и времени, которые согласно являются лишь абсолютным ориентиром, но не могут влиять на явления и процессы, как и сами не могут подвергаться влиянию. К таким же понятиям относится и , которая не более чем число, характеризующее движение материальных объектов. Однако это число не является материальной сущностью, оно не может нечего рождать или рождаться в процессе каких-то процессов. Полевая физика считает все подобные манипуляции с энергией, пространством и временем, присущие современной физике, мистикой и не рассматривает их серьезно.

Все сказанное выше можно подытожить следующим образом. В XX веке физика попала под пагубное влияние расцвета материализма, в результате чего материей или материальным спешили объявить все подряд. Однако это привело лишь к рассвету мистики в рамках современных физических теорий. Полевая физика утверждает, что для объективного рассмотрения тех или иных физических сущностей, которые объективно существуют, не следует обязательно отождествлять их с материей и автоматически распространять на них характеристики и законы, применимые к материальным телам. Материя в смысле частиц и физических тел является лишь одним из классов физических задач, материи присущи свои физические характеристики и законы, однако в нашем Мире есть и физические сущности иной природы.

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.

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).