Материя. Виды материи

    2.1. Вещество 

    Вещество - основной вид материи, обладающей массой. К вещественным объектам относятся элементарные частицы, атомы, молекулы и многочисленные образованные из них материальные объекты. В химии вещества подразделяются на простые (с атомами одного химического элемента) и сложные - химические соединения. Свойства вещества зависят от внешних условий и интенсивности взаимодействия составляющих его атомов и молекул, что и обусловливает различные агрегатные состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. При сравнительно высокой температуре образуется плазменное состояние вещества. Переход вещества из одного состояния в другое можно рассматривать как один из видов движения материи.

    В природе наблюдаются различные  виды движения материи, которые можно  классифицировать с учетом изменений свойств материальных объектов и их воздействий на окружающий мир. Механическое движение (относительное перемещение 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, парообразование и др.), радиоактивный распад, химические и ядерные реакции, развитие живых организмов и биосферы, эволюция звезд, галактик и Вселенной в целом - все это примеры многообразных видов движения материи. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2.2. Физическое поле 

    Физическое  поле - 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). Источником физических полей являются частицы (например, для электромагнитного поля - заряженные частицы). Созданные частицами физические поля переносят с конечной скоростью взаимодействие между ними. В квантовой теории взаимодействие обусловливается обменом квантами поля между частицами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2.3. Физический вакуум 

    Физический  вакуум - низшее энергетическое состояние квантового поля. Этот термин введен в квантовой теории поля для объяснения некоторых микропроцессов. Среднее число частиц - квантов поля - в вакууме равно нулю, однако в нем могут рождаться виртуальные частицы - частицы в промежуточных состояниях, существующие короткое время. Виртуальные частицы влияют на физические процессы. В физическом вакууме могут рождаться пары частица - античастица разных типов. При достаточно большой концентрации энергии вакуум взаимодействует с реальными частицами, что подтверждается экспериментом. Предполагается, что из физического вакуума, находящегося в возбужденном состоянии, родилась Вселенная. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2.4. Время 

    Время выражает порядок смены физических состояний и является объективной характеристикой любого процесса или явления. Время - это то, что можно измерить с помощью часов. Принцип работы часов основан на многих физических процессах, среди которых наиболее удобны периодические процессы: вращение Земли вокруг своей оси, электромагнитное излучение возбужденных атомов и др. Многие крупные достижения в естествознании связаны с разработкой более точных часов. Существующие сегодня эталоны позволяют измерить время с очень высокой точностью - относительная погрешность измерений составляет около 10^-11.

    Временная характеристика реальных процессов  основывается на постулате времени: одинаковые во всех отношениях явления происходят за одинаковое время. Хотя постулат времени кажется естественным и очевидным, его истинность все же относительна, так как его нельзя проверить на опыте даже с помощью самых совершенных часов, поскольку, во-первых, они характеризуются своей точностью и, во-вторых, невозможно создать принципиально одинаковые условия в природе в разное время. Вместе с тем длительная практика естественно-научных исследований позволяет не сомневаться в справедливости постулата времени в пределах той точности, которая достигнута в данный момент времени.

    При создании классической механики около 300 лет назад И. Ньютон ввел понятие абсолютного, или истинного, математического времени, которое течет всегда и везде равномерно, и относительного времени как меры продолжительности, употребляемой в обыденной жизни и означающей определенный интервал времени: час, день, месяц и т.д.

    В современном представлении время всегда относительно. Из теории относительности следует, что при скорости, близкой к скорости света в вакууме, время замедляется - происходит релятивистское замедление времени, и что сильное поле тяготения приводит к гравитационному замедлению времени. В обычных земных условиях такие эффекты чрезвычайно малы.

    Важнейшее свойство времени заключается в  его необратимости. Прошлое во всех деталях и подробностях нельзя воспроизвести в реальной жизни - прошлое забывается. Необратимость времени обусловлена сложным взаимодействием множества природных систем, в том числе атомов и молекул, и символически обозначается стрелой времени, "летящей" всегда из прошлого в будущее. Необратимость реальных процессов в термодинамике связывают с хаотичным движением атомов и молекул. 
 

    2.5. Пространство 

    Понятие пространства гораздо сложнее понятия  времени. В отличие от одномерного  времени, реальное пространство трехмерно, т.е. имеет три измерения. В трехмерном пространстве существуют атомы и планетные системы, выполняются фундаментальные законы природы. Однако выдвигаются гипотезы, согласно которым пространство нашей Вселенной имеет много измерений, хотя из них наши органы чувств способны ощущать только три.

    Первые представления о пространстве возникли из очевидного существования в природе твердых тел, занимающих определенный объем. Исходя из него, можно дать определение: пространство выражает порядок сосуществования физических тел. Завершенная теория пространства - геометрия Евклида - создана более 2000 лет назад и до сих пор считается образцом 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 геометрией Евклида. Именно такое представление о пространстве лежит в основе практической деятельности людей. Однако пустое пространство идеально, в то время как реальный окружающий нас мир заполнен различными материальными объектами. Идеальное пространство без материальных объектов лишено смысла 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.

    3. Концепция атомизма. Дискретность и непрерывность материи

    Строение  материи интересует естествоиспытателей  еще с античных времен. В Древней  Греции обсуждались две противоположные  гипотезы строения материальных тел. Одну из них предложил древнегреческий  мыслитель Аристотель. Она заключается в том, что вещество делится на более мелкие частицы и нет предела его делимости. По существу, эта гипотеза означает непрерывность вещества. Другая гипотеза выдвинута древнегреческим философом Левкиппом (V в. до н. э) и развита его учеником Демокритом, а затем его последователем философом-материалистом Эпикуром (ок.341-270 до н. э). В ней предполагалось, что вещество состоит из мельчайших частиц - атомов. Это и есть концепция атомизма - концепция дискретного квантового строения материи. По Демокриту, в природе существуют только атомы и пустота. Атомы - неделимые, вечные, неразрушимые элементы материи.

    Реальность  существования атомов вплоть до конца  XIX в. подвергалась сомнению. В то время объяснения многих результатов химических реакций не нуждались в понятии атома. Для них, как и для количественного описания движения частиц, вводилось другое понятие - молекула. Существование молекул экспериментально доказано французским физиком Жаном Перреном (1870 - 1942) при наблюдении броуновского движения. Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами и состоящая из атомов, соединенных между собой химическими связями. Число атомов в молекуле - от двух (Н₂, О₂, HF, KCl и др.) до сотен, тысяч и миллионов (витамины, гормоны, белки, нуклеиновые кислоты).

    Неделимость атома как составной части  молекулы долгое время не вызывала сомнений. Однако к началу XX в. физические опыты показали, что атомы состоят из более мелких частиц. Так, в 1897 г. английский физик Д. Томсон (1856 - 1940) открыл электрон - составную часть атома. В следующем году он определил отношение его заряда к массе, а в 1903 г. предложил одну из первых моделей атома.

    Атомы химических элементов по сравнению  с наблюдаемыми телами очень малы: их размер - от 10^-10 до 10^-9 м, а масса - 10^-27 - 10^-25 кг. Они имеют сложную структуру и состоят из ядер и электронов. В результате дальнейших исследований выяснилось, что и ядра атомов состоят из протонов и нейтронов, т.е. имеют дискретное строение. Это означает, что концепция атомизма для ядер характеризует структуру материи на ее нуклонном уровне.

    В настоящее время принято считать, что не только вещество, 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 меняющуюся пространственно-временную среду с ячейками размером 10^-35 м и временем 10^-43 с. Квантовые ячейки настолько малы, что их можно не учитывать при описании свойств атомов, нуклонов и т.п., считая пространство и время непрерывными.

    Основной  вид материи - вещество, находящееся  в твердом и жидком состояниях, - воспринимается обычно как непрерывная, сплошная среда. Для анализа и  описания свойств такого вещества в  большинстве случаев учитывается только его непрерывность. Однако то же вещество при объяснении тепловых явлений, химических связей, электромагнитного излучения и т.п., рассматривается как дискретная среда, состоящая из взаимодействующих между собой атомов и молекул.

    Дискретность  и непрерывность присущи и для другого вида материи - физического поля. Гравитационное, электрическое, магнитное и другие поля при решении многих физических задач принято считать непрерывными. Однако в квантовой теории поля предполагается, что физические поля дискретны.

    Для одних и тех же видов 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

    В основе всех естественнонаучных дисциплин  лежит понятие материи, законы движения и изменения которой изучаются.

    Неотъемлемым  атрибутом материи является ее движение, как форма существования материи, ее важнейший атрибут. Движение в самом общем виде - это всякое изменение вообще. Движение материи абсолютно, тогда как всякий покой относителен.

    Современные ученые - физики опpовеpгли представление  о пpостpанстве как о пустоте, и о времени, как о едином для Вселенной.

    Благодаря своей теории относительности Эйнштейн показал, что время и пpостpанство существуют не сами по себе, а находятся  в тесной взаимосвязи, теряя свою самостоятельность и выступая при  этом как стороны единого целого.

    Весь  опыт человечества, в том числе  данные научных исследований, говорит  о том, что нет вечных предметов, процессов и явлений. Даже небесные тела, существующие миллиарды лет, имеют  начало и конец, возникают и гибнут. Ведь, погибая или pазpушаясь, предметы не исчезают бесследно, а пpевpащаются в другие предметы и явления. Цитата из идей Бердяева подтверждает это: "... Но для философии, существовавшее время, прежде всего, а затем и пpостpанство, есть порождение событий, актов в глубине бытия, до всякой объективности. Первичный акт не предполагает ни времени, ни пpостpанства, он порождает время и пpостpанство". Материя вечна, несотвоpима и неуничтожима. Она существовала всегда и везде, всегда и везде будет существовать.