Типы термоядерных реакций. Что такое термоядерная реакция? Список дополнительной литературы

У термина «материя» нет универсального определения, которое бы признавали все учёные. Обычно так обобщённо называют всё, чем заполнен окружающий нас реальный мир – на Земле, в космосе, в нас самих и в обществе.

Материя существует объективно, то есть, независимо от нас и нашего сознания, но органы чувств и разум позволяют людям воспринимать и познавать материю.

Есть ли вообще в мире что-то, кроме материи?

Конечно, есть! Помимо материальных, в мире великое множество других объектов – психических и духовных. Это наши мысли, эмоции, память, сны, желания и другое.

Правда, мудрецы и учёные вот уж не одно тысячелетие спорят, может ли всё это возникать и существовать без материи.

Какое главное свойство материи?

Это постоянные изменения. Материальные объекты всё время перемещаются в пространстве и меняются со временем.

Даже если человек спит, в его в теле двигаются органы, жидкости, одни вещества превращаются в другие. Постоянные изменения происходят в любых сообществах – от маленьких семей до целых народов. В неживых предметах движутся и атомы.

Небесные тела изменяют своё местоположение, химический состав и могут вообще исчезнуть, превратиться в нечто другое. Меняют очертания огромные горы, внутри них перемещаются вещества.

Символ стабильности – земная твердь – и та беспокойно ворочается на океане жидкой магмы, который её поддерживает. Европа отплывает от Северной Америки со скоростью 2 сантиметра в год. Да и сама наша планета, как известно, вращается, меняется на поверхности и изнутри.

Откуда взялась материя?

Большинство учёных придерживаются теории Большого взрыва. Согласно этой модели 13–14 миллиардов лет назад вся Вселенная была сосредоточена в крошечном объёме и имела непредставимо огромную плотность и высокую температуру. Эта точка взорвалась – стала резко расширяться (неизвестно, почему).

Образовались элементарные частицы, из них атомы, из атомов – звёзды, планеты и вообще всё то, что образует Вселенную. Существовала ли материя до Большого взрыва – неведомо.

Есть ли в мире свободные от материи места?

Какие-то части пространства кажутся нам «пустыми», но на самом деле они всегда заняты той или иной формой материи. Есть два её вида – вещество и поле. Вещество состоит из частиц и может быть в твёрдом, жидком, газообразном или плазменном состоянии.

Между скоплениями вещества есть пустоты, но они всегда всплошную заполнены полями – электромагнитным или гравитационным.

Что такое антиматерия?

Так называют вещество из античастиц – они имеют такую же массу, как обычные, но заряды и прочие характеристики у них прямо противоположны обычным. Практически у каждой «нормальной» элементарной частицы открыт такой «двойник». Но вещество, состоящее из «двойников», пока не удалось найти ни на Земле, ни в космосе. Возможно, вся состоит из обычной материи.

Антиматерию физикам удаётся получить искусственно – в микроскопических количествах и ненадолго (она распадалается). Кстати, это самое дорогое вещество на земле: 1 грамм антиводорода стоил бы свыше 60 000 000 000 000 (60 триллионов) долларов.

Сейчас немало пишут о тёмной материи? Что известно о ней?

Почти ничего. Более того: нет никакой уверенности, что она существует. Просто у астрономов появились нестыковки в расчётах. Так, в 1930-х годах измерили скорость движения одного скопления галактик, и она оказалась гораздо больше, чем ожидалось из оценки её массы.

Последующие данные тоже показывали, что с расчётами массы Вселенной что-то не так. Пришлось предположить, что существует «нечто», составляющее бóльшую часть массы Вселенной. Это «нечто» не видно глазом, прозрачно для электромагнитных волн и вообще никакими способами не обнаруживается. Невидимку назвали тёмной материей, её проявления усиленно ищут, но пока безрезультатно.

материя

ж. вещество; все весомое, все занимающее пространство или все земное (камень, дерево, воздух и пр.); общее отвлеченное понятие вещественности, телесности, всего, что подлежит чувствам: противоположность духовному (умственному и нравственному).

Сущность сочинения, статьи или речи; содержание, предмет и основа. Рассуждают о материях важных.

Ткань, аршинный товар, и собственно шелковая ткань. Купила материи на платье.

Гной от раны, нарыва, язвы. Матерь в народе материя; в значении шелковой ткани; материйка, матерьица. Матеревый, матерчатый; матерьяный, кур. из шелковой ткани сделанный. Материстый, о шелковой ткани, прочный, крепкий. Материал м. запасы и припасы, что заготовлено для стройки, работ, для обработки письменной, для наполнения изданья и пр. Матеряльный, относящийся к материи или к материалу: в первом значении вешественный, вещный, вещеватый, чувственный, земной, весомый, занимающий пространство; противопол. духовный (умственный и нравственный). Материяльны ли теплота, свет, электричество?

Во втором значении составляющий, образующий собою запасы, вещественые предметы. Человек материальный, природный, чувственный, животный. -ность ж. свойство, состояние по прилаг. вещественность, телесность, вещеватость. Материялизм м. противопол. спиритуализм: отрицание всякой духовной силы, сущности духа в природе; безверие, вещесловие, вещесловность. Материялист м. вещественник, вещеслов, чувственный, животный человек, кто верит в одни вещественые силы, принимающий не дух, а вещество и плоть за причину и сущность всех явлений.

Москатильщик, торгующий аптечными, сырыми снадобьями, лучше материяльщик м. это слово, как и материяльный, в виде сущ., означает также смотрителя запасов или складов.

Толковый словарь русского языка. Д.Н. Ушаков

материя

материи, ж. (латин. materia).

только ед. Объективная реальность, существующая независимо от человеческого сознания и отображаемая им (филос.)....Материя есть то, что, действуя на наши органы чувств, производит ощущение... Ленин.

То, из чего состоят физические тела, вещество (науч.). Строение материи. Закон постоянства материи.

Ткань. Шерстяная материя. Бумажная материя. Обещал мне материи на платье подарить. А. Острвскй.

только ед. Гной, гнойное выделение (мед.). Из ушей течет материя.

Тема, предмет речи, разговор (книжн. устар., теперь разг.). Это -

Толковый словарь русского языка. С.И.Ожегов, Н.Ю.Шведова.

материя

Объективная реальность, существующая вне и независимо от человеческого сознания. Формы существования материи. Живая м. Неживая м.

Основа (субстрат), из к-рой состоят физические тела. Строение материи.

То же, что материал (в 4 знач.) (разг.). Шелковая м.

перен. Предмет речи, разговора (устар. и ирон.). Говорить о высоких материях. МАТЕРНЫЙ см. мат

Новый толково-словообразовательный словарь русского языка, Т. Ф. Ефремова.

Энциклопедический словарь, 1998 г.

материя

МАТЕРИЯ (лат. materia) вещество; субстрат, субстанция; содержание. В латинский философский язык термин введен Цицероном как перевод греч. hyle. Понятие материи как субстрата вещественного мира было выработано в греческой философии в учениях Платона и Аристотеля, при этом материя понималась как неоформленное небытие (meon), чистая потенция (см. Форма и материя). Сформулированное Декартом понятие материи как телесной субстанции (в противоположность "мыслящей" субстанции), обладающей пространственной протяженностью и делимостью, легло в основу материализма 17-18 вв. Материя - центральная категория диалектического материализма.

Материя

(лат. materia ≈ вещество), «...философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них» (Ленин В. И., Полное собрание сочинений, 5 изд., т. 18, с. 131). М. ≈ это бесконечное множество всех существующих в мире объектов и систем, субстрат любых свойств, связей, отношений и форм движения. М. включает в себя не только все непосредственно наблюдаемые объекты и тела природы, но и все те, которые в принципе могут быть познаны в будущем на основе совершенствования средств наблюдения и эксперимента. Весь окружающий нас мир представляет собой движущуюся М. в её бесконечно разнообразных формах и проявлениях, со всеми её свойствами, связями и отношениями. Марксистско-ленинское понимание М. органически связано с диалектико-материалистическим решением основного вопроса философии; оно исходит из принципа материального единства мира, первичности М. по отношению к человеческому сознанию и принципа познаваемости мира на основе последовательного изучения конкретных свойств, связей и форм движения М. (см. Материализм).

В домарксистской философии и естествознании М. как философская категория часто отождествлялась с определенными конкретными её видами, например с веществом, атомами химических соединений, либо с таким свойством М., как масса , которая рассматривалась как мера количества М. В действительности же вещество охватывает не всю М., а только те объекты и системы, которые обладают ненулевой массой покоя. В мире существуют и такие виды М., которые не обладают массой покоя: электромагнитное поле и его кванты ≈ фотоны, гравитационное поле (поле тяготения), нейтрино .

Сведение М. как объективной реальности к некоторым частным её состояниям и свойствам вызывало кризисные ситуации в истории науки. Так было в конце 19 ≈ начале 20 веков, когда обнаружилась неправомерность отождествления М. с неделимыми атомами, веществом и в связи с этим некоторыми идеалистически настроенными физиками был сделан вывод, что «материя исчезла», «материализм отныне опровергнут» и так далее. Эти выводы были ошибочными, но преодоление методологического кризиса физики потребовало дальнейшей разработки диалектико-материалистического понимания М. и её основных свойств.

В литературе часто встречается термин «антиматерия», которым обозначают различные античастицы ≈ антипротоны, антинейтроны, позитроны и другие, составленные из них микро- и макросистемы. Этот термин не точен, в действительности все указанные объекты ≈ особые виды М., античастицы вещества, или антивещество . В мире может существовать и множество других, неизвестных ещё нам видов М. с необычными специфическими свойствами, но все они ≈ элементы объективной реальности, существующей независимо от нашего сознания.

В рамках домарксистского материализма М. часто определялась как субстанция (основа) всех вещей и явлений в мире, и этот взгляд противостоял религиозно-идеалистическому пониманию мира, принимавшему в качестве субстанции божественную волю, абсолютный дух, человеческое сознание, которое отрывалось от мозга, подвергалось абсолютизации и обожествлению. Вместе с тем материальная субстанция часто понималась как первоматерия, сводилась к первичным и бесструктурным элементам, которые отождествлялись с неделимыми атомами. Считалось, что в то время как различные предметы и материальные образования могут возникать и исчезать, субстанция несотворима и неуничтожима, всегда стабильна в своей сущности; меняются лишь конкретные формы её бытия, количественного сочетания и взаимное расположение элементов и т. д.

В современной науке понятие субстанции претерпело радикальные изменения. Диалектический материализм признаёт субстанциальность М., но только во вполне определённом смысле: в плане материалистического решения основного вопроса философии и раскрытия природы различных свойств и форм движения тел. Именно М., а не сознание или воображаемый божеств, дух является субстанцией всех реально существующих в мире свойств, связей и форм движения, конечной основой всех духовных явлений. Никакое свойство и форма движения не могут существовать сами по себе, они всегда присущи определённым материальным образованиям, которые являются их субстратом. Понятие субстанции в этом смысле оказывается эквивалентно также понятию материального субстрата различных процессов и явлений в мире. Признание субстанциальности и абсолютности М. эквивалентно также принципу материального единства мира, который подтверждается всем историческим развитием науки и практики. Однако при этом важно учитывать, что сама М. существует лишь в виде бесконечного многообразия конкретных образований и систем. В структуре каждой из этих конкретных форм М. не существует какой-либо первичной, бесструктурной и неизменной субстанции, которая лежала бы в основе всех свойств М. Каждый материальный объект обладает неисчерпаемым многообразием структурных связей, способен к внутренним изменениям, превращениям в качественно иные формы М. «└Сущность■ вещей или └субстанция■, ≈ писал В. И. Ленин, ≈ тоже относительны; они выражают только углубление человеческого познания объектов, и если вчера это углубление не шло дальше атома, сегодня ≈ дальше электрона и эфира, то диалектический материализм настаивает на временном, относительном, приблизительном характере всех этих вех познания природы прогрессирующей наукой человека. Электрон так же неисчерпаем, как и атом, природа бесконечна...» (там же, с. 277). Вместе с тем для прогресса научного знания и опровержения различных идеалистических концепций всегда важно выявление того материального субстрата, который лежит в основе исследуемых в данный период явлений, свойств и форм движения объективного мира. Так, исторически представляло огромное значение выявление субстрата тепловых, электрических, магнитных, оптических процессов, различных химических реакций и др. Это привело к развитию теории атомного строения вещества, теории электромагнитного поля, квантовой механики. Перед современной наукой стоит задача раскрытия структуры элементарных частиц, углублённого изучения материальных основ наследственности, природы сознания и др. Решение этих задач продвинет человеческое познание на новые, более глубокие структурные уровни М. «Мысль человека бесконечно углубляется от явления к сущности, от сущности первого, так сказать, порядка, к сущности второго порядка и т. д. без конца» (там же, т. 29, с. 227).

Материальные объекты всегда обладают внутренней упорядоченностью и системной организацией. Упорядоченность проявляется в закономерном движении и взаимодействии всех элементов материи, благодаря которому они объединяются в системы. Система ≈ это внутренне упорядоченное множество взаимосвязанных элементов. Связь между элементами в системе является более прочной, существенной и внутренне необходимой, чем связь каждого из элементов с окружающей средой, с элементами других систем. Человеческое познание структурной организации М. относительно и изменчиво, зависит от постоянно расширяющихся возможностей эксперимента, наблюдений и научных теорий. Но оно конкретизирует и дополняет философское понимание М. как объективной реальности. Современной науке известны следующие типы материальных систем и соответствующие им структурные уровни М.: элементарные частицы и поля (электромагнитное, гравитационное и другие); атомы, молекулы, макроскопические тела различных размеров, геологические системы, Земля и другие планеты, звёзды, внутригалактические системы (диффузные туманности, звёздные скопления и другие), Галактика, системы галактик, Метагалактика, границы и структура которой пока ещё не установлены. Современные границы познания структуры М. простираются от 10-14см до 1028см (примерно 13 млрд. световых лет); но и внутри этого диапазона может существовать множество ещё неизвестных видов материи. В 60-х годах были открыты такие объекты, как квазары , пульсары и другие.

Живая М. и социально-организованная М. известны пока лишь на Земле. Их возникновение ≈ результат естественного и закономерного саморазвития М., столь же неотделимого от её существования, как движение, структурность и другие свойства. Живая М. ≈ вся совокупность организмов, способных к самовоспроизводству с передачей и накоплением в процессе эволюции генетической информации. Социально-организованная М. ≈ высшая форма развития жизни, совокупность мыслящих и сознательно преобразующих действительность индивидуумов и сообществ различных уровней. Все эти виды М. также обладают системной организацией. В структуру социальных систем входят также и различные технические материальные системы, созданные людьми для реализации поставленных целей.

На каждом этапе познания было бы неправильно отождествлять философское понимание М. как объективной реальности с конкретными естественнонаучными представлениями о её структуре и формах. Тогда все другие ещё неизвестные, но реально существующие объекты и системы исключались бы из структуры М., что неверно, противоречит принципу материального единства мира. Это единство имеет множество конкретных форм проявления, последовательно раскрываемых наукой и практикой. Оно проявляется во всеобщей связи и взаимной обусловленности предметов и явлений в мире, в возможности взаимных превращений одних форм движущейся М. в другие, в связи и взаимных превращениях видов движения и энергии, в историческом развитии природы и возникновении более сложных форм М. и движения на основе относительно менее сложных форм. Материальное единство мира проявляется также во взаимной связи всех структурных уровней М., во взаимозависимости явлений микро- и мегамира (см. Космос). Оно находит своё выражение также в наличии у М. комплекса универсальных свойств и диалектических законов структурной организации, изменения и развития. К числу универсальных свойств М. относятся её несотворимость и неуничтожимость, вечность существования во времени и бесконечность в пространстве, неисчерпаемость её структуры. М. всегда присущи движение и изменение, закономерное саморазвитие, проявляющиеся в различных формах, превращение одних состояний в другие.

Всеобщими формами бытия М. являются пространство и время , которые не существуют вне М., как не может быть и материальных объектов, которые не обладали бы пространственно - временными свойствами. Универсальное свойство М. ≈ детерминированность всех явлений, их зависимость от структурных связей в материальных системах и внешних воздействий, от порождающих их причин и условий (см. Причинность). Взаимодействие приводит к взаимному изменению тел (или их состояний) и отражению друг друга. Отражение, проявляющееся во всех процессах, зависит от структуры взаимодействующих систем и характера внешних воздействий. Историческое развитие свойства отражения приводит с прогрессом живой природы и общества к появлению высшей его формы ≈ абстрактного и постоянно совершенствующегося мышления, через посредство которого М. как бы приходит к осознанию законов своего бытия и к своему собственному целенаправленному изменению. Универсальные свойства М. проявляются также во всеобщих законах её существования и развития: законе единства и борьбы противоположностей, взаимных переходов количественных и качественных изменений, законе причинности и других важнейших сторонах материального бытия, раскрываемых диалектическим материализмом и всей современной наукой.

Лит.: Энгельс Ф., Анти-Дюринг, отд. первый, Маркс К. и Энгельс Ф., Сочинения, 2 изд., т. 20; его же, Диалектика природы, там же; Ленин В. И., Материализм и эмпириокритицизм, Полное собрание сочинений, 5 изд., т. 18; его же, Карл Маркс, там же, т. 26; Архипцев Ф. Т., Материя как философская категория, М., 1961; Диалектика в науках о неживой природе, М., 1964, раздел 2; Философские проблемы физики элементарных частиц, М., 1963; Мелюхин С. Т., Материя в её единстве, бесконечности и развитии, М., 1966; его же, Материальное единство мира в свете современной науки, М., 1967; Структура и формы материи, М., 1967; Кедров Б. М., Ленин и революция в естествознании XX века, М., 1969; Исследования по общей теории систем, М., 1969; Ленин и современное естествознание, М., 1969; Готт В. С., Философские вопросы современной физики, М., 1972.объективно).

Понятие материи является одним из фундаментальных понятий материализма и, в частности, такого направления в философии, как диалектический материализм .

Примеры употребления слова материя в литературе.

Пастер при этом указывал, что самопроизвольное зарождение -- абиогенез, возникновение из косной материи , -- могло иметь место только в такой диссимметрической правой среде.

И поле, и материя могут рассматриваться как, условно выражаясь, агрегатные состояния энергии.

Чем больше материи по соседству, тем вероятнее больший аккреционный диск, тем больше материи движется по спирали в черную дыру и тем интенсивнее генерируемая радиация.

Академик Амбарцумян сообщает, например, что из ядер некоторых галактик наблюдается такое мощное истечение сгустков материи , которому нет пока удовлетворительных объяснений.

Почему-то мне вспомнился Аммоний и то, что он говорил в Александрии о душе, озаряющей мертвую материю .

Когда Амрита Сварати поглощается нижними вибрациями Материи , тогда Свет ее обретает голубизну, сгущается в синеву и меркнет свинцовым цветом в грубых отложениях Материи .

Амрита Сварати или Сома Радж Истечении Амриты Сварати, как голограмма Идеи развития Вселенной и Миров и Эволюции Сущих, также есть Аспект Вещества Пространства -- Вещество Высшего Ума -- Светоносная Материя , имеющая белое Сияние Света Высшего.

Эти же психокоррелятивные квантовые поля генераций Происходящего в чувствах группируют ингредиенты Аспектов общего Образа голограммы в отдельные фокусы -- турбии Огня, Света и Информации,-- которые концентрируются Линзой кривизны Вещества Пространства и, наполняясь Сомой Радж Истечений Амриты Сварати, превращаются в корпускулы элементарных частиц Материи .

Однако почти все древние мыслители -- Эмпедокл, Анаксагор, Анаксимен, Гераклит и Демокрит -- хотя и расходились между собой во многих других пунктах, касающихся первой материи , тем не менее сходились в том, что все они определяли материю как активную, как имеющую некоторую форму, как наделяющую этой формой образованные из нее предметы и как заключающую в себе принцип движения.

Ведь это они первые представили Купидона одетым, или, иначе говоря, приписали первичной материи , началу всего сущего, определенную естественную форму: Фалес -- воды, Анаксимен -- воздуха, Гераклит -- огня.

Это та самая идея, которая борется за право на жизнь и воплощение в мире, где господствует эготизм, анимализм и грубая материя .

Наша одежда из материи барбери была сшита в виде анорака и штанов, и то и другое очень просторное.

Кроме штанов и анораков, сшитых из легкой непроницаемой для ветра материи , Вистинг сшил из нее таки же чулки.

Будучи противником использования антивещественных бомб, он в тоже время не хотел пропустить потрясающего зрелища аннигиляции материи .

Под идеально быстрым уничтожением подразумеваю я не только предшествующий окончательной смерти полный паралич организма, как в случаях разрыла сердца или апоплексии, а полное сокрушение, обращение в бесформенную материю .

В данной статье на основе онтологического понятия материи даётся анализ и определение понятия физической материи, имеющей решающее значение для вывода теоретической физики из кризиса ХХ века.

Введение. Как известно , на рубеже XIX и XX в.в. разразился великий кризис классической физики. Открытия конца XIX в. - рентгеновских лучей (1895), естественной радиоактивности (Беккерель, 1896), электрона (Дж. Томсон, 1897), радия (Пьер и Мария Кюри, 1898), квантового характера излучения (Планк, 1900) были началом революции в науке. Были разрушены ранее господствовавшие представления о неизменности химических элементов, о безструктурности атома, о независимости движения от материальных масс, о непрерывности излучения. Начиная с этого момента, стали быстро множиться новые и новые экспериментальные данные, говорящие о существовании микромира. Для его описания нельзя было применять те основные понятия, принципы и законы, которые вырабатывались физикой XIX века при изучении макротел.

Современная официальная физика считает, что кризис разрешился появлением теории относительности, квантовой механики, Большого взрыва и других подобных теорий, противоречащих логике .

Тем самым выход из великого кризиса физики, казалось бы, был найден. И всё же до сих пор остаётся сомнение, была ли квантово-релятивисткая физика единственно возможным выходом из кризиса. Более того, в настоящее время в квантовой физике и в теории относительности выявляется всё больше проблем и противоречий, таких как индетерминизм в явлениях природы, расходимости и бесконечности при анализе структуры электрона и теплового спектра, обнаружение сверхсветовых скоростей, нераскрытая и противоречивая структура ядер и элементарных частиц. Поэтому складывается впечатление, что квантово-релятивисткая физика не устранила кризис, но лишь отсрочила его, посредством формальных согласующих приёмов, устранивших противоречия лишь поверхностно, внешне, но сохранив их в латентной форме. А сами корни противоречий, приведших к кризису, не были вскрыты [3 ].

Разрешение кризиса требовало создания новой картины мира, для чего были необходимы новые логико-гносеологические принципы. Формулировка этих принципов должна была начаться с пересмотров критериев материальности, которые не замыкались бы на поисках какого-то первоначала мира, и учитывали бы новые физические реальности. Кризис в физике привёл к новому пониманию представлений о материи, движении, пространства и времени и возникновению диалектического материализма, давшего новое универсальное определение понятию материи: «Материя есть философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отражается нашими ощущениями, существуя независимо от них » . Отсюда вытекают следующие свойства материи: объективность, неисчерпаемость, познаваемость, несотворимость и неуничтожимость.

Из выше изложенного следует, что материя как объективная реальность существует не как некий материал, из которого строятся все конкретные вещи, а отражает бесчисленное множество вещей, их свойств и отношений, что предполагает существование многообразных видов материи, которые в современной науке трактуются как уровни её структурной организации. Таким образом, диалектический материализм покончил с прежней натурфилософией, определив материальную субстанцию как нечто, находящееся вне отдельных вещей, а равным образом и некий предельно общий для всех вещей признак, свойства которого можно было бы зафиксировать как что-то конкретное, осязаемое, но в то же время принадлежащее всем без исключения телам в бесконечности Вселенной.

Определение физической материи. Диалектический материализм утверждает, что материя не является чем-то неизменным, но находится в состоянии непрерывного изменения, развития - движения, понимаемого в общем, философском смысле этого слова. «Движение есть форма бытия материи. Нигде и никогда не бывало и не может быть материи без движения?» . Движущуюся материю можно познавать, лишь, рассматривая частные, конкретные формы материи и её движения, причём эти частные формы материи и её движения следует рассматривать не изолированно, но в их взаимосвязи .

Соответственно многообразию явлений природы существует и множество различных видов движения материи. Но среди этого многообразия можно выделить несколько основных форм движения , каждая из которых охватывает более или менее широкий круг явлений, родственных в определенном отношении. Неразрывность материи и движения выражается не только в том, что материя не может быть без движения, но также в том, что между каждой из форм движения и теми материальными объектами, способом существования которых они являются, имеется вполне определенное соответствие, определенная внутренняя связь.

Это значит, что каждой форме движения материи ставится в соответствие одна форма материи и наоборот.

Простейшей формой движения материи является физическая , которой соответствует физическая материя.

Понятие материи в физике - центральное, поскольку физика изучает основные свойства вещества, типы фундаментальных взаимодействий, законы движения различных систем (простые механические системы, системы с обратной связью, самоорганизующиеся системы) и т.д. Эти свойства и законы определенным образом проявляются в технических, биологических и социальных системах, в силу чего физика широко используется для объяснения происходящих в них процессов. Все это сближает философское понимание материи и физическое учение о ее строении и свойствах.

Особенности и современное состояние физического понятия материи отражено в работе : “Физическое понятие материи довольно существенно отличается от онтологического понятия. Оно складывается со становлением экспериментального естествознания 17 в. под влиянием как философских представлений, так и ради нужд эксперимента. Для Галилея первичные качества материи - это ее арифметические (исчислимость), геометрические (форма, величина, положение, касание) и кинематические (подвижность) свойства. Кеплер усматривает в материи две изначальных, диалектически противопоставленных силы: силу движения и силу инерции. В классической ньютоновской механике основные свойства материи - это инерция (инертная масса), способность сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, и тяжесть - способность тяжелых масс взаимно притягиваться по закону гравитации. Материи противопоставляется энергия - (-)способность совершать механическую работу, или проявлять силу в движении. Другие признаки материи: сохранение массы во всех физических и химических процессах; тождество инертной и тяжелой массы, отличие материи от пространства и времени.

Уже у Лейбница и Канта материя оказывается полностью сводимой к проявлениям силы. У Канта она зависима от пространства и времени как первичных форм чувственности. К нач. 20 в. понятие материи как носителя массы, отличного от силы и энергии, с одной стороны, от пространства и времени, с другой, - расшатывается. В частности, напр., сам процесс взвешивания, сведение массы к весу, устраняет барьер между инертностью как признаком вещества и силой. Уже второй закон Ньютона определяет массу через соотношение силы и ускорения. Открытие неевклидовых геометрий поставило вопрос об их физическом смысле и сделало проблематичным физическое понятие пространства. Кроме того, предпринимались попытки объяснить массу как чисто электромагнитно-индуктивный эффект, причем масса должна рассматриваться в этом случае как величина, зависимая от скорости. Наконец, теория относительности Эйнштейна поставила массу в окончательную зависимость от скорости. Масса и энергия в формуле Ε = mс 2 эквивалентны друг другу и взаимозаменимы. Закон сохранения действителен теперь лишь применительно к “сумме” массы и энергии, т. н. “массэнергии”. В то же время пространство, или пространственно-временной континуум, утрачивает “онтологичекое” отличие от материи. И то, и другое рассматриваются теперь как различные аспекты той же реальности и, в конечном счете, отождествляются. В современной физике не сохранилось ни одного из классических определений материи. Однако как философия, так и физика предпочитают обходить это ставшее неопределенным и темным понятие, заменяя его другими - пространство-время, хаос, система и др.”

С позиций философии и физики начала ХХI в. со всей очевидностью просматривается теоретический разрыв в определениях между онтологическим представлением понятия материи (см. выше) и ее представлении в конкретных видах наук. ”Развитие диалектического материализма вширь привело к тому, что отчетливо обозначилось отставание в разработке ядра этой философии — учения о материи — от общего объема научных знаний. В этом отставании видится одна из причин кризисных явлений в физике.“

В настоящее время современная наука предполагает существование трех форм физической материи: вещество, поле (в классическом смысле) , материальные объекты неясной физической природы.

Наличие множества форм физической материи противоречит выше приведенному утверждению: одна форма движения материи - одна форма материи. Для устранения этого противоречия проведем анализ форм физической материи по критерию их материальности.

Вещество в физике понимается, как правило, как вид материи, состоящий из фермионов или содержащий фермионы наряду с бозонами; обладает массой покоя, в отличие от некоторых типов полей, как например электромагнитное. Обычно (при сравнительно низких температурах и плотностях) вещество состоит из частиц, среди которых чаще всего встречаются электроны, протоны и нейтроны. Последние два образуют атомные ядра, а все вместе - атомы (атомное вещество), из которых - молекулы, кристаллы и т. д.

Каждому веществу присущ набор специфических свойств - объективных характеристик, которые определяют индивидуальность конкретного вещества и тем самым позволяют отличить его от всех других веществ. К наиболее характерным физико-химическим свойствам относятся константы - плотность,температура плавления, температура кипения, термодинамические характеристики, параметры кристаллической структуры. К основным характеристикам вещества принадлежат его химические свойства.

Вещество существует в трёх агрегатных состояниях - твёрдом, жидком и газообразном .

Поле в физике - физический объект, классически описываемый математическим скалярным, векторным,тензорным, спинорным полем (или некоторой совокупностью таких математических полей), подчиняющимся динамическим уравнениям (уравнениям движения, называемым в этом случае уравнениями поля или полевыми уравнениями - обычно это дифференциальные уравнения в частных производных).

Исторически понятие поля было введено в научный обиход М. Фарадеем, а затем применено Дж. К. Максвеллом как математическое оформление теории, ставшей основой классической электродинамики. В настоящее время понятие поля как не имеет определения, так и не раскрыта его физическая сущность. Таким образом, утверждать о том, что поле это объективная реальность, существующая вне сознания не приходится. Достаточное и необходимое обоснование нематериальности поля приведено в работе :”Более сложная ситуация возникла вокруг компоненты парадигмы, содержащей представление о материи как единой сущности. Ситуация обусловлена тем, что многие философы-материалисты, наблюдая разнообразие природных процессов и несводимость их в единую теорию, стали рассматривать материю как совокупность различных ее видов или форм. В этом случае казалось, что каждому объекту природы, кардинально отличающемуся от других объектов, можно сопоставить свой вид материи. Такой подход обеспечивал сосуществование идеалистической по своему генезису науки и материалистической философии, позволял вводить необходимые поправки в трактовку физических объектов и явлений. Поправки придавали метафизической науке материалистический оттенок. Так появилось представление о различных полях как видах материи и тезис “поле — вид материи” получил широкое распространение… …тезис “поле — вид материи” оказался не только малоэффективным, но и продуцирующим непреодолимые трудности. Дело в том, что полей в физике довольно много. Следовательно, для описания полей надо привлекать множество различных видов материи. Поскольку же вид материи — это, прежде всего, особая материя, то наш мир должен был бы состоять из множества материй. В случае множества материй, мы наблюдали бы множество миров и говорить о едином мире и единстве природы не приходится.»

Материальные объекты неясной физической природы (Тёмная материя, Тёмная энергия). Эти объекты были введены в научный обиход для объяснения ряда астрофизических и космологических явлений.

Тёмная материя в астрономии и космологии, а также в теоретической физике - гипотетическая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и напрямую не взаимодействует с ним. Это свойство данной формы вещества делает невозможным её прямое наблюдение. Вывод о существовании тёмной материи сделан на основании многочисленных, согласующихся друг с другом, но косвенных признаков поведения астрофизических объектов и по создаваемым ими гравитационным эффектам. Ожидается, что обнаружение природы тёмной материи поможет решить проблему скрытой массы, которая, в частности, заключается в аномально высокой скорости вращения внешних областей галактик.

Из выше изложенного можно сделать вывод, что физическая материя имеет единственную форму, которая тождественна понятию вещества. Однако, как известно , «вещественное» значение термина (термин «материя» происходит от лат. materia – вещество) удерживалось вплоть до XX века, когда произошла революция в физике, означавшая кризис одностороннего, основанного на обязательном чувственном восприятии, понимания материи, составлявшего суть концепции метафизического материализма. В философском отношении значение этой революции — разрушение последней цитадели метафизики – представления об атомах, как кирпичиках мироздания и переход на новый качественный уровень знаний о строении материи. Квантово-релятивистская физика, для которой электрон это безструктурная частица, фотон - безмассовая, а нейтрино - частица без электрического заряда и т. п., также ничего не смогла дать для развития представлений о физической материи.

В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм или галактика, может быть рассмотрен как сложное образование, включающее составные части, организованные в целостность. Очевидно, что решение проблемы представления физической материи невозможно без использования методологии системного анализа. В данной работе в качестве такой методологии используется общая теория систем Ю. Т. Урманцева (ОТС) , отличающаяся от других полнотой, достаточностью и алгоритмизируемостью процесса системного анализа.

Определение понятия физической материи проведено с использованием С-метода ОТС. В соответствии с С-методом построим систему материи.

Исходя из системного подхода к природе вся материя делится на два больших класса материальных систем - неживую и живую природу. В системе неживой природы структурными элементами являются: элементарные частицы, атомы, молекулы, поля, макроскопические тела, планеты и планетные системы, звезды и звездные системы, галактики, метагалактики и Вселенная в целом. Соответственно в живой природе основными элементами выступают белки и нуклеиновые кислоты, клетка, одноклеточные и многоклеточные организмы, органы и ткани, популяции, биоценозы, живое вещество планеты.

По основанию критерия материальности выделим множество первичных элементов, все многообразие которых представлено в виде объектов живой и неживой природы. В современной физике это многообразие объектов обычно распределяют в три группы: микромир, макромир и мегамир . Микромир, макромир и мегамир тесно связаны между собой.

Наложим на эти элементы отношения взаимосвязи и взаимодействия.

На рубеже XX и XXI веков стало интенсивно развиваться новое научное направление, называемое уровневой физикой. Основная ее идея заключается в том, что движущаяся материя имеет несколько структурных уровней и что каждому уровню структуры материи соответствуют свои материальные объекты, характеризуемые энергией, размер порядка которой соответствует только данному уровню. Из этого следует, что каждому уровню структуры материи соответствует своя среда. Различие между структурными уровнями заключается в различии свойств материальных объектов, заполняющих среду каждого уровня. При этом объекты конкретного структурного уровня материи состоят из объектов среды иерархически более высокого структурного уровня. И более высокие уровни вложены в более низкие уровни.

В соответствии с агрегатным состоянием вещества (твердое тело, жидкость, газ), а также с его структурными уровнями организации образуем множество композиций системы.

На основании вышеизложенного дадим следующее определение.

Физическая материя это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих объектов живой и неживой природы, структурированных уровнями организации и находящихся в одном из агрегатных состояний.

На основе данного определения построим систему классификации физической материи.

В физической материи выделяются два больших класса материальных систем: системы неживой природы и системы живой природы. По другому критерию – масштабам представления – выделяют три основных структурных уровня материи:

микромир – мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10 -8 до 10 -16 см, а время жизни – от бесконечности до 10 -24 секунды;

макромир – мир макрообъектов, соизмеримых с человеком и его опытом. Пространственные величины макрообъектов выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах (10 6 – 10 7 см), а время – в секундах, минутах, часах, годах, веках;

мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояния в котором измеряются астрономическими единицами, световыми годами и парсеками (до 10 28 см), а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет.

По структурному уровню организации:

элементарные частицы;

молекулы;

макроскопические тела;

планеты и планетные системы;

звезды и звездные системы;

галактики;

метагалактика (наблюдаемая часть Вселенной);

Вселенная.

В соответствии с агрегатным состоянием вещества:

твердое тело,

жидкость,

Выводы. Основной для решения кризисных проблем в физике, в частности, представление физической материи, является диалектический материализм, играющий важную методологическую и мировоззренческую роль в интеграции современных научных знаний в условиях научно-технической революции, в частности, давшее новое универсальное определение понятию материи.

Приведен анализ существующих видов материи и их соответствии онтологическому понятию материи.

На основе методологии системного анализа ОТС дано определение физической материи, устраняющее теоретический разрыв между онтологическим и физическим пониманием материи.

На основе методологии системного анализа ОТС предложен алгоритм классификации физической материи. Результат отражен в Таблице. Классификация физической материи.

Предложенная классификация физической материи является следствием закона композиции, который накладывает на физическую материю ряд ограничений, одним из которых является агрегатное состояние газ для всех структурных уровней организации материи. Это ограничение окончательно обосновывает нематериальность таких видов материи, как поле и материальные объекты неясной физической природы.

Таблица. Классификация физической материи.

Литература :

https://ru.wikipedia.org/wiki/ Классическая физика.
http://arxiv.su/blogs/users/pkaravdin/63526/ Каравдин П. А. О ПРИЧИНЕ КРИЗИСА ФИЗИКИ.
http://ritz-btr.narod.ru/index.html#O Семиков С. КРИЗИС КЛАССИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ НАЧАЛА XX ВЕКА: БЫЛА ЛИ НЕКЛАССИЧЕСКАЯ ФИЗИКА ВЫХОДОМ ИЗ НЕГО?
Ленин В.И. Материализм и эмпириокритицизм. Полн. Собр. соч.. Т.18. С.131.
Энгельс Ф., Анти-Дюринг, стр. 56-57, Госполитиздат, 1950.
Фриш С.Э. Представление о массе и энергии в современной физике // УФН. - 1952. - Т. 48, вып. 10. 7.
http://psylib.org.ua/books/konst01/index.htm Ф.В.Константинов и др. ДИАЛЕКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛИЗМ В кн.: Основы марксистской философии. 2-е изд., с. 69-294 М.: Политиздат, 1963.
Бородай T. Ю. Новая философская энциклопедия: В 4 тт. М.: Мысль. Под редакцией В. С. Стёпина. 2001.
Блинов В.Ф. Физика материи. Киев, 2009. – 422 с.
https://ru.wikipedia.org/wiki/ Вещество.
https://ru.wikipedia.org/wiki/ Агрегатное состояние.
https://ru.wikipedia.org/wiki/ Поле (физика).
https://ru.wikipedia.org/wiki/ Темная материя.
http://www.studfiles.ru/all-vuz/184/folder:4980/ философия. Революция в науке конца XIX– начала XX веков и ее значение в дальнейшем развитии современного материалистического взгляда на мир.
http://www.enc-dic.com/enc_epist/Sistemn-podhod-665.html Системный подход. Энциклопедия эпистемологии и философия науки.
http://www.sci.sha.ru Урманцев Ю.Т. ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМ: СОСТОЯНИЕ, ПРИЛОЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ.
http://www.gumer.info/bibliotek_Buks/Science/guseihan/index.php Гусейханов М., Раджабов О. Концепции современного естествознания: Учебник. М. — 2007 .
http://www.physicalsystems.org/ Коган И.Ш. Что такое материя, движение, среда, вещество?

Лямин В. С., Лямин Д. В.

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

Протекающая при очень высокой температуре (выше 108 К). При этом образуется большое количество энергии в виде нейтронов с высоким энергетическим показателем и фотонов - частиц света.

А следовательно, и большие энергии ядер, которые сталкиваются, необходимы для преодоления электростатического барьера. Этот барьер обусловлен взаимным отталкиванием ядер (как одноименно заряженных частиц). Иначе они не смогли бы сблизиться на расстояние, достаточное для действия ядерных сил (а это примерно 10-12 см).

Термоядерная реакция представляет собой процесс образования ядер, которые сильно связаны между собой, из более рыхлых. Почти все подобные реакции относятся к реакциям слияния (синтеза) более легких ядер в тяжелые.

Необходимая для преодоления взаимного отталкивания, должна увеличиваться по мере увеличения заряда ядра. Поэтому легче всего проходит синтез легких ядер, обладающих малым электрическим зарядом.

В природе термоядерная реакция может протекать лишь в недрах звезд. Для ее осуществления в земных условиях необходимо разогреть вещество одним из возможных способов:

ядерным взрывом;
бомбардировкой интенсивным пучком частиц;
мощным импульсом лазерного излучения или газовым разрядом.

Термоядерная реакция, которая идет в недрах звезд, играет архиважную роль в эволюции Вселенной. Во-первых, из водорода в звездах образуются ядра будущих химических элементов, а во-вторых, это энергетический источник звезд.

Термоядерные реакции на Солнце

На Солнце в качестве основного источника энергии выступают реакции протон-протонного цикла, когда из четырех протонов рождается одно ядро гелия. Энергия, которая выделяется в процессе синтеза, уносится образующими ядрами, нейтронами, нейтрино и квантами электромагнитного излучения. Изучая идущий от Солнца поток нейтрино, ученые могуть установить, природу и интеснивность ядерных реакций, которые происходят в его центре.

Средняя интенсивность энерговыделения Солнца по земным меркам ничтожна - всего 2 эрг/с*г (на 1 грамм солнечной массы). Эта величина гораздо меньше, чем скорость электровыделения в живом организме в процессе стандартного обмена веществ. И только благодаря огромной массе Солнца (2*1033 г) общий объем излучаемой им мощности составляет такую гигантскую величину, как 4*1028 Вт.

Благодаря огромным размерам и массе Солнца и остальных звезд, проблема удержания и термоизоляции плазмы решается в них идеально: реакции протекают в горячем ядре, а теплоотдача происходит с более холодной поверхности. Только поэтому звезды могут настолько эффективно производить энергию в столь медленных процессах, как протон-протонных цикл. В земных условиях такие реакции практически неосуществимы.

Термоядерная энергетика - основа будущего

На нашей планете есть смысл применять и использовать только наиболее эффективные из термоядерных реакций - прежде всего синтез гелия из ядер лейтерия и трития. Подобные реакции в сравнительно крупных масштабах осуществимы пока только в испытательных взрывах водородных бомб. Тем не менее, постоянно ведутся все новые разработки с целью эффективного получения мирной электроэнергии. Традиционная атомная энергетика использует реакцию распада, а в термоядерной энергетике задействован синтез. При этом термоядерная реакция имеет ряд неоспоримых преимуществ перед реакцией ядерного распада.

1. При термоядерных реакциях есть возможность избежать выделения радиоактивного излучения, поскольку энергетическим продуктом в данном случае является «чистая» энергия света.

2. По количеству получаемой энергии термоядерные процессы намного обгоняют традиционные атомные реакции, которые используются в современных реакторах.

3. Чтобы поддерживать реакцию ядерного распада, необходим постоянный контроль потока нейтронов, иначе может последовать неуправляемая цепная реакция, опасная для человечества. Для получения термоядерной энергии вместо потока нейтронов используется высокая температура, поэтому подобные риски исчезают.

4. Топливо для термоядерных реакций безвредно, в отличие от продуктов распада реакторов.

Не так давно американские ученые сумели создать рабочую модель термоядерной реакции, в которой энергоотдача в сто раз превышает энергозатраты. Это является хорошей заявкой на дальнейшее успешное "приручение" термоядерной энергетики.