Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 16
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
В природе наблюдаются различные типы движения материи, которые можно классифицировать с учетом изменения свойств материальных объектов и их воздействия на окружающий мир. Механическое движение (относительное движение тел), колебательное и волновое движение, распространение и изменение различных полей, тепловое (хаотическое) движение атомов и молекул, равновесные и неравновесные процессы в макросистемах, фазовые переходы между различными агрегатными состояниями (плавление, испарение, и др.), радиоактивный распад, химические и ядерные реакции, развитие живых организмов и биосферы, эволюция звезд, галактик и Вселенной в целом - вот примеры разнообразных типов движения материи.
Физическое поле - это особый вид материи, обеспечивающий физическое взаимодействие материальных объектов и их систем. К физическим полям относятся электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, а также волновые (квантовые) поля, соответствующие различным частицам (например, электрон-позитронное поле). Частицы являются источником физических полей (например, заряженные частицы для электромагнитного поля). Физические поля, создаваемые частицами, передают взаимодействие между ними с конечной скоростью. В квантовой теории взаимодействие происходит за счет обмена квантами поля между частицами.
Физический вакуум - это состояние с самой низкой энергией квантового поля. Этот термин был введен в квантовую теорию поля для объяснения некоторых микропроцессов. Среднее количество частиц - квантов поля - в вакууме равно нулю, но в нем могут рождаться виртуальные частицы - частицы в промежуточных состояниях, существующие короткое время. Виртуальные частицы влияют на физические процессы. В физическом вакууме могут образовываться пары частица-античастица разных типов. При достаточно высокой концентрации энергии вакуум взаимодействует с реальными частицами, что подтверждается экспериментом. Предполагается, что Вселенная родилась из физического вакуума в возбужденном состоянии.
Время и пространство считаются универсальными универсальными формами существования и движения материи. Движение материальных объектов и различные реальные процессы происходят в пространстве и времени. Особенность естественнонаучного понимания этих концепций заключается в том, что время и пространство можно количественно охарактеризовать с помощью инструментов.
Время выражает порядок, в котором изменяется физическое состояние, и является объективной характеристикой любого процесса или явления. Время - это то, что можно измерить с помощью часов. Принцип действия часов основан на множестве физических процессов, среди которых наиболее удобными являются периодические процессы: вращение Земли вокруг своей оси, электромагнитное излучение возбужденных атомов и т. д. С разработкой связаны многие крупные достижения естествознания более точных часов. Существующие сегодня эталоны позволяют измерять время с очень высокой точностью, относительная погрешность измерения составляет порядка 10-11.
Временная характеристика реальных процессов основана на постулате времени: идентичные во всех отношениях явления происходят в одно и то же время. Хотя постулат времени кажется естественным и очевидным, его истинность все же относительна, поскольку не может быть проверена экспериментально даже с помощью самых совершенных часов, так как, во-первых, они характеризуются своей точностью, а, во-вторых, их невозможно проверить. создавать принципиально одинаковые условия в природе в разное время. В то же время многолетняя практика естественнонаучных исследований позволяет не сомневаться в справедливости постулата времени в пределах точности, которая была достигнута в данный момент времени.
При создании классической механики около 300 лет назад И. Ньютон ввел понятие абсолютного, или истинного, математического времени в, которое течет всегда и везде равномерно, и относительного времени как меры длительности, используемой в повседневной жизни и означающей определенный интервал времени. время: час, день, месяц и т. д.
В современном мышлении время всегда относительно. Из теории относительности следует, что со скоростью, близкой к скорости света в вакууме, время замедляется - происходит релятивистское замедление времени, и что сильное гравитационное поле приводит к гравитационному замедлению времени. В обычных земных условиях такие эффекты крайне малы.
Важнейшее свойство времени - его необратимость. Прошлое во всех деталях и деталях не может быть воспроизведено в реальной жизни - прошлое забывается. Необратимость времени обусловлена сложным взаимодействием многих природных систем, включая атомы и молекулы, и символически обозначена стрелой времени, всегда летящей из прошлого в будущее. Необратимость реальных процессов в термодинамике связана с хаотическим движением атомов и молекул.
Понятие пространства намного сложнее, чем понятие времени. В отличие от одномерного времени, реальное пространство трехмерно, то есть имеет три измерения. Атомы и планетные системы существуют в трехмерном пространстве, основные законы природы выполняются. Однако выдвигаются гипотезы, согласно которым пространство нашей Вселенной имеет много измерений, хотя наши органы чувств, способны ощущать только три из них.
Первые представления о космосе возникли из очевидного существования в природе твердых тел, занимающих определенный объем. Исходя из этого, мы можем дать определение: пространство выражает порядок сосуществования физических тел. Завершенная теория пространства - евклидова геометрия - была создана более 2000 лет назад и до сих пор считается моделью научной теории.
По аналогии с абсолютным временем И. Ньютон ввел понятие абсолютного пространства, которое существует независимо от находящихся в нем физических объектов и может быть совершенно пустым, являясь как бы мировой ареной, где разыгрываются физические процессы. Свойства пространства определяются евклидовой геометрией. Именно это представление о пространстве лежит в основе практической деятельности людей. Однако идеальным вариантом является пустое пространство, тогда как реальный мир вокруг нас наполнен различными материальными объектами. Идеальное пространство без материальных объектов бессмысленно даже, например, при описании механического движения тела, для которого необходимо указать другое тело в качестве системы отсчета. Механическое движение тел относительно. Абсолютного движения, как и абсолютного покоя тел, в природе не существует. Пространство, как и время, относительно.
Специальная теория относительности объединила пространство и время в единый континуум пространства-времени. В основе этого объединения лежит принцип относительности и постулат о максимальной скорости передачи взаимодействий материальных объектов со скоростью света в вакууме, примерно равной 300 000 км / с. Эта теория предполагает относительность одновременности двух событий, произошедших в разных точках пространства, а также относительность измерений длин и временных интервалов, выполненных в разных системах отсчета, движущихся друг относительно друга.
В соответствии с общей теорией относительности свойства пространства-времени зависят от наличия материальных объектов. Любой материальный объект искривляет пространство, которое можно описать не евклидовой геометрией, а сферической геометрией Римана или гиперболической геометрией Лобачевского. Предполагается, что вокруг массивного тела с очень высокой плотностью материи кривизна становится настолько большой, что пространство-время как бы локально замыкается на себя, отделяя это тело от остальной Вселенной и образуя черный отверстие, поглощающее материальные предметы и электромагнитное излучение. На поверхности черной дыры для внешнего наблюдения кажется, что время остановилось. Предполагается, что в центре нашей Галактики находится огромная черная дыра. Однако есть и другая точка зрения. Академик РАН А.А. Логунов (с. 1926) утверждает, что искривления пространства-времени нет, но возникает искривление траектории движения объектов, вызванное изменением гравитационного поля. По его мнению, наблюдаемое красное смещение в спектре излучения далеких галактик можно объяснить не расширением Вселенной, а переходом посылаемого ими излучения из среды с сильным гравитационным полем в среду со слабым гравитационным полем, в котором наблюдатель находится на Земле.
-
Понятие атомизма. Дискретность и непрерывность материи
Как уже упоминалось, строение материи интересовало естествоиспытателей с древних времен. В Древней Греции обсуждались две противоположные гипотезы строения материальных тел. Один из них был предложен древнегреческим мыслителем Аристотелем. Он заключается в том, что вещество делится на более мелкие частицы и нет предела его делимости. По сути, эта гипотеза означает непрерывность материи. Другая гипотеза, выдвинутая древнегреческим философом Левкиппом (V век до н. Э.), была развита его учеником Демокритом, а затем его последователем философом-материалистом Эпикуром (ок. 341 - 270 до н. Э.). Предполагалось, что материя состоит из мельчайших частиц - атомов. Это концепция атомизма - концепция дискретной квантовой структуры материи. Согласно Демокриту, в природе есть только атомы и пустота. Атомы - это неделимые, вечные, неразрушимые элементы материи.
Реальность существования атомов до конца девятнадцатого века. под сомнение. В то время для объяснения многих результатов химических реакций не требовалось понятие атома. Для них, а также для количественного описания движения частиц было введено другое понятие - молекула. Существование молекул было экспериментально доказано французским физиком Жаном Перреном (1870-1942), когда он наблюдал броуновское движение. Молекула - это мельчайшая частица вещества, обладающая своими основными химическими свойствами и состоящая из атомов, связанных химическими связями. Число атомов в молекуле колеблется от двух (H2, O2, HF, KCl и т. д.) До сотен, тысяч и миллионов (витамины, гормоны, белки, нуклеиновые кислоты).
Неделимость атома как составной части молекулы долгое время не вызывала сомнений. Однако к началу ХХ в. физические эксперименты показали, что атомы состоят из более мелких частиц. Так, в 1897 году английский физик Д. Томсон (1856-1940) открыл электрон - составную часть атома. В следующем году он определил отношение его заряда к массе, а в 1903 году предложил одну из первых моделей атома.
Атомы химических элементов очень малы по сравнению с наблюдаемыми телами: их размер от 10 -10 до 10 -9 м, а масса от 10 -27 до 10 -25 кг. Они имеют сложную структуру и состоят из ядер и электронов. В результате дальнейших исследований выяснилось, что ядра атомов также состоят из протонов и нейтронов, то есть имеют дискретную структуру. Это означает, что понятие атомизма для ядер характеризует структуру вещества на нуклонном уровне.
В настоящее время принято считать, что не только материя, но и другие виды материи - физическое поле и физический вакуум - имеют дискретную структуру. Даже пространство и время, согласно квантовой теории поля, в сверхмалых масштабах образуют хаотически изменяющуюся пространственно-временную среду с ячейками размером 10-35 м и 10 -43 с. Квантовые ячейки настолько малы, что ими можно пренебречь при описании свойств атомов, нуклонов и т. д., считая пространство и время непрерывными.
Основной тип материи - вещество, находящееся в твердом и жидком состояниях - обычно воспринимается как сплошная сплошная среда. Для анализа и описания свойств такого вещества в большинстве случаев учитывается только его непрерывность. Однако одно и то же вещество при объяснении тепловых явлений, химических связей, электромагнитного излучения и т. д. Рассматривается как дискретная среда, состоящая из атомов и молекул, взаимодействующих друг с другом.
Дискретность и непрерывность присущи другому типу материи - физическому полю. Гравитационное, электрическое, магнитное и другие поля считаются непрерывными при решении многих физических задач. Однако в квантовой теории поля предполагается, что физические поля дискретны.
Для одних и тех же типов материи характерна и непрерывность, и дискретность. Для классического описания природных явлений и свойств материальных объектов достаточно учитывать непрерывные свойства материи, а для характеристики различных микропроцессов - ее дискретные свойства. Непрерывность и дискретность - неотъемлемые свойства материи.
Заключение
Если говорить, что под материей понимается внешний мир, существующий независимо от нашего сознания, то многие согласятся с таким подходом. Он коррелируется и с представлениями на уровне здравого смысла. И в отличие от некоторых философов, которым казалось несерьезным рассуждать на уровне обыденного мышления, материалисты принимают эту "естественную установку" в качестве основы своих теоретических построений. Но, соглашаясь с таким предварительным пониманием материи, принимая его как нечто само собой разумеющееся, люди не испытывают чувство удивления и восхищения его глубоким смыслом, богатством методологических возможностей, которые открываются в его содержании. Оценить его значение нам поможет небольшой исторический анализ предшествующих концепций материи, понимания сущности этой категории. Ограниченность материализма XVIII в. в понимании материи выражалась прежде всего в абсолютизации достигнутых научных знаний, попытках "наделить" материю физическими характеристиками. Так, в трудах П. Гольбаха наряду с самым общим пониманием материи как мира, воспринимаемого с помощью органов чувств, говорится о том, что материя обладает такими абсолютными свойствами, как масса, инерция, непроницаемость, способность иметь фигуру. Это значит, что главным принципом материальности признавалась вещественность, телесность окружающих человека предметов. Однако при таком подходе за пределами материальности оказывались такие физические явления, как электричество и магнитное поле, которые явно не обладали способностью иметь фигуру.
