Физическая форма материи

Бакланова Юлия

географический факультет, грф-1, 2(10)

ЕДИНЫЙ ЗАКОНОМЕРНЫЙ МИРОВОЙ ПРОЦЕСС

Известные современной науке четыре основные формы материи выступают в качестве ступеней единого бесконечного мирового процесса развития. Все научное знание, вся духовная и материальная культура общества основываются на познании и практиче­ском использовании этих четырех фундаментальных форм материи. Представление о едином мировом процессе развития является синтезом философских и конкретно-научных обобщений.

Физическая форма материи

В отличие от других, физическая форма материи (ФФМ) изве­стна нам, более или менее достоверно, лишь с некоторого относитель­но простого уровня — лептонов и кварков, выше которого следует уровень “сильнодействующих” (участвующих в “сильных взаимодейс­твиях”) элементарных частиц (протонов, нейтронов, мезонов, гиперонов и т. д.), атомов, макротел, космических объектов, включая круп­нейшее известное нам образование — Метагалактику, или “нашу Все­ленную”, “Вселенную в космологическом смысле). Разрабатываются гипотезы о более простых, чем кварки, физических элементах или структурах — протокварках, “струнах” и т. д. Наиболее элементарный, по-видимому, уровень ФФМ — сингулярное состояние остается пока предметом гипотез и, в силу этого, современная физика еще не распо­лагает единой фундаментальной теорией ФФМ. В более укрупненном плане ФФМ может рассматриваться как составленная из двух основ­ных форм физической материи — вещества и поля.

Хотя современная физика не знает как наиболее простых, так и наиболее крупных (больше Метагалактики) уровней физической ре­альности, в ней получила серьезные основания идея генетического единства ФФМ. Согласно современным представлениям, известная нам физическая реальность возникла из относительно простого сингу­лярного состояния в результате “Большого взрыва” 10-20 млрд. лет на­зад. Предполагается, что для описания исходного сингулярного состо­яния и, следовательно, создания фундаментальной физической теории необходима новая концепция, представляющая собой синтез идей квантовой механики и теории относительности.

Не зная нижнего и верхнего пределов ФФМ, мы можем, однако, с большой уверенностью заключить о существовании объединяющих физическую реальность двух наиболее фундаментальных свойств — массы и энергии. Величина массы и энергии в существенной степени определяет устойчивость и изменчивость элементарных частиц, ядер, атомов и атомно-молекулярных систем, характер их движения, вид взаимодействия, пространственно-временной интервал существования данных физических объектов, геометрические свойства пространства, времени, характер и последовательность ступеней эволюции Все­ленной. Разумеется, каждая частная физическая форма материи и дви­жения обладает своими специфическими свойствами, отличающими ее от других форм, однако в целом, в своей тотальности частные физи­ческие формы материи характеризуются единым, общим, интеграль­ным свойством — энергией, в которой угасают эти специфические свойства, исчезают различия между частными физическими формами материи и движения. Наличие этого свойства оказывается необходи­мой основой взаимодействия и взаимопревращения различных физи­ческих объектов, позволяет ввести общую меру физического движе­ния, отражающую единство физической реальности, ее отличие от хи­мической, биологической и социальной форм материи.

Фундаментальные свойства масса и энергия находятся в глубо­кой зависимости, фиксируемой соотношением Эйнштейна Е=тс², ко­торое М. Борн назвал законом, выражающим важнейшие результаты теории относительности, позволяющим достичь глубокого объедине­ния наших знаний о мире.

Таким образом, физическая форма материи — это масс-энергетический мир.

В рамках целостной ФФМ можно выделить несколько уровней, изу­чение которых имеет особый частно-научный и философский интерес.

Вещество и поле. Физика XIX в. рассматривала вещество и по­ле как две резко различающиеся формы физической материи. С этих позиций вещество дискретно, или состоит из корпускул — атомов, мо­лекул и т. д., имеющих определенную конфигурацию, радиус, массу покоя, траекторию движения. Поле (электромагнитное, гравитацион­ное, мезонное и др.) имеет непрерывный, волновой характер, не делит­ся на корпускулы, не имеет массы покоя, траектории движения, дви­жется со скоростью света. Физика XX в. обнаружила глубокое единс­тво вещества и поля. Оно выражается, во-первых, во взаимопревра­щениях вещества и поля (когда частицы и античастицы аннигилируют, превращаются в кванты поля и, наоборот, поле рождает из себя частицы вещества); во-вторых, в том, что вещество и поле обладают родс­твенными свойствами.

Обнаружение единства вещества и поля создало огромные тео­ретические и гносеологические трудности как для физики, так и для философии.

В 1900 г. М. Планк впервые ввел представление о том, что свет распространяется не какими угодно порциями, а только определенны­ми — квантами. Понятие кванта обозначало порции энергии, на кото­рые делится энергия светового потока, и свидетельствовало о том, что свет состоит из своего рода “частиц”, которые позднее Эйнштейн на­звал фотонами.

В 1913 г. Я. Бор создал первый вариант квантовой теории ато­ма, согласно которой структура атома, распределение его электронных оболочек определяется квантовыми уровнями. В 20-е гг. было устано­влено, что электроны в своем движении через тончайшую металличес­кую пластинку проявляют волновые свойства — дифракции и интер­ференции. В 1925 г. Луи де Броиль высказал замечательную мысль, что элементарные частицы обладают двойственными, противоречивы­ми свойствами — являются одновременно частицами и волнами. Со­временная квантовая теория вещества и поля была создана Бором, Шредингером и Гейзенбергом. Согласно этой теории, вещество и поле состоят из своего рода частиц, проявляющих в различных опытах либо только корпускулярные, либо только волновые свойства. Так, в счетчике Гейгера электрон ведет себя только как дискретная частица. Когда пучок электронов проходит через кристаллическую решетку или отверстие в диафрагме, он проявляет только волновые свойства.

Противоречивые свойства частиц вещества и поля выражаются в двух необычных, с позиций прежней физики, принципах — неопре­деленности и дополнительности. Согласно принципу неопределенно­сти, если определяется местонахождение (координаты) частицы, то становится неопределенным ее импульс (р), если же точно определя­ется импульс частицы, то становятся неопределенными ее координаты (х, у, z). Согласно принципу дополнительности полное опи­сание частицы достигается путем совмещения корпускулярного и вол­нового описания ее.

Глубокий микромир. Физики, исходившие из более глубокой идеи не­исчерпаемости, структурности элементарных частиц, создают концеп­цию кварков, т. е. частиц, имеющих дробные (1/3 и 2/3 элементарного) заряды, из которых состоят все элементарные частицы - адроны, учас­твующие в так называемых “сильных взаимодействиях”. Масса кварка кратно превосходит массу “элементарной частицы”, в состав которой входят 2-3 кварка. Физика различила несколько видов кварков, кото­рые в свою очередь отличаются по “цвету” и “шарму”. Кварки, в отли­чие от поведения нуклонов в составе атомного ядра, не существуют вне элементарной частицы (“невылетаемость” кварка). Взаимодейс­твие кварков осуществляется благодаря другим частицам, названным глюонами. Все многообразие сильнодействующих элементарных час­тиц современная физика объясняет комбинацией различных видов и свойств кварков. Позднее в физике вводится гипотеза протокварков.

Важнейшее направление развития современной физики — так называемые “Великое объединение” и “Суперобъединение” — попыт­ка свести четыре основных вида физического взаимодействия (силь­ного, слабого, электромагнитного и гравитационного) к одному фун­даментальному взаимодействию, которое позволило бы объяснить физическую форму материи в целом и создать наиболее фундамента­льную физическую теорию. В первые мгновения “Большого взрыва” действовала единая универсальная физическая сила, от которой затем отщепляются гравитация и остальные формы взаимодействия.

Материал современной физики позволяет определить специфи­чески физический способ, или форму, развития. С момента “Большого взрыва” развитие ФФМ осуществлялось первоначально путем преиму­щественно дифференциации, возникновения все большего многообра­зия физических объектов, затем, все в большей степени, посредством прямого субстратного синтеза, интеграции простых образований в более сложные (например, интеграции элементарных частиц в ядра, атомы, молекулы и т. д.). Важнейшей особенностью этого процесса дифференциации — интеграции является его масс-энергетический характер.

Согласно представлениям современной физики эволюция физи­ческой Вселенной с необходимостью приводит к возникновению ато­мов, с которыми связана качественная граница, разделяющая физичес­кую и химическую формы материи. К стадии рекомбинации в ходе расширения Вселенной из свыше трехсот типов элементарных частиц “выживают” наиболее устойчивые частицы — нуклоны и электроны, образующие разнообразные и относительно стабильные системы — ядра и атомы. В развитии ФФМ обнаруживается строгая и необходи­мая объективная логика — от мощных масс-энергетических процес­сов, в которые вовлечены колоссальные массы и энергия, к слабым масс-энергетическим процессам, связанным с электронной оболочкой атомов. Коренным качественным скачком в развитии физической формы материи было возникновение атомной организации материи, что означало конец образования разнообразия микрообъектов (“разви­тия в микромире”) и начало построения макросистем. В атоме синте­зированы противоположные свойства - устойчивость и изменчивость, стабильное ядро и лабильная электронная оболочка; благодаря сильно­му взаимодействию нуклонов, ядра атомов не чувствительны к элек­тромагнитному взаимодействию на уровне электронных оболочек, по­этому основным способом взаимодействия материи на атомно-молекулярном уровне ее структуры оказывается соединение неизменных эле­ментов в изменяющиеся системы, т е прямой синтез субстратов, включающий в себя свою противоположность — распад химических систем на составные части.

Химическая форма материи является, таким образом, законо­мерным продуктом развития масс-энергетических процессов, законо­мерным результатом развития физической формы материи.