Главная » География » Что такое материя в физике определение 7. Из чего состоит материя? Одинаково ли строение каждого атома? Как этот термин понимали великие люди

Что такое материя в физике определение 7. Из чего состоит материя? Одинаково ли строение каждого атома? Как этот термин понимали великие люди

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Введение

2. О понятии «материя». Становление и развитие общих представлений о материи

2.2 Материя в философии

2.3 Материя в физике

3. Основные виды материи

4. Свойства и атрибуты материи

5. Формы движения материи

6. Структурные уровни организации материи

Заключение

Литература

1. ВВЕДЕНИЕ

Проблема определения сущности материи весьма сложна. Сложность заключается в высокой степени абстрактности самого понятия материи, а также в многообразии различных материальных объектов, форм материи, ее свойств и взаимообусловленностей.

Обращая свое внимание на окружающий нас мир, мы видим совокупность разнообразных предметов, вещей. Эти предметы обладают самыми различными свойствами. Одни из них имеют большие размеры, другие - меньшие, одни просты, другие - более сложны, одни постигаемы достаточно полно непосредственно чувственным образом, для проникновения в сущность других необходима абстрагирующая деятельность нашего разума. Отличаются эти предметы и по силе своего воздействия на наши органы чувств.

Однако при всей своей многочисленности и разнообразии самые различные предметы окружающего нас мира имеют один общий, если так можно выразиться, знаменатель, позволяющий объединить их понятием материи. Это общее есть независимость всего многообразия предметов от сознания людей. В то же время это общее в бытии различных материальных образований является предпосылкой единства мира. Однако заметить общее в самых различных предметах, явлениях, процессах - задача далеко не простая. Для этого нужна определенная система сложившихся знаний и развитая способность к абстрагирующей деятельности человеческого разума. Поскольку знания есть продукт приобретенный, причем накапливаемый постепенно, в течение длительного времени, то многие суждения людей о природе и обществе первоначально носили весьма неотчетливый, приближенный, а порой и просто неверный характер. В полной мере это относится и к определению категории материи.

2. О ПОНЯТИИ «МАТЕРИЯ». СТАНОВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ОБЩИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О МАТЕРИИ

2.1 Становление и развитие общих представлений о материи

Самый беглый анализ представлений древних ученых о материи показывает, что все они по духу своему были материалистическими, но общим их недостатком было, во-первых, сведение понятия материи к какому-то конкретному виду вещества или ряду веществ. А во-вторых, признание материи в качестве строительного материала, некоей первичной неизменной субстанции автоматически исключало выход за пределы имеющихся о ней представлений. Тем самым каким-либо конкретным видом вещества с присущими ему свойствами ограничивалось дальнейшее познание, проникновение в сущность материи. Все же большой заслугой древних материалистов было изгнание представлений о боге-творце и признание взаимосвязи материи и движения, а также вечности их существования.

Заметный след в развитии учения о материи оставили мыслители Древней Греции Левкипп и особенно Демокрит - родоначальники атомистического учения об окружающем мире. Они впервые высказали мысль о том, что все предметы состоят из мельчайших неделимых частиц - атомов. Первичная субстанция - атомы движутся в пустоте, и их различные сочетания суть те или иные материальные образования. Уничтожение вещей, по Демокриту, означает лишь их разложение на атомы. В самом понятии атома содержится нечто общее, присущее различным телам.

Весьма важную попытку дать определение материи сделал французский материалист XVIII века Гольбах, который в работе "Система природы" писал, что "по отношению к нам материя вообще есть все то, что воздействует каким-нибудь образом на наши чувства".

Здесь мы видим стремление выделить то общее в различных формах материи, а именно: что они вызывают у нас ощущения. В этом определении Гольбах уже отвлекается от конкретных свойств предметов и дает представление о материи как абстракции. Вместе с тем определение Гольбаха было ограниченным. Оно не раскрывало до конца сущности всего того, что воздействует на наши органы чувств, оно не раскрывало специфики того, что не может воздействовать на наши чувства. Эта незавершенность предложенного Гольбахом определения материи создавала возможности как для материалистической, так и идеалистической ее трактовки.

К концу XIX века естествознание, и в частности физика, достигло достаточно высокого уровня своего развития. Были открыты общие и, казалось, незыблемые принципы строения мира. Была открыта клетка, сформулирован закон сохранения и превращения энергии, установлен Дарвиным эволюционный путь развития живой природы, Менделеевым создана периодическая система элементов. Основой бытия всех людей, предметов признавались атомы - мельчайшие, с точки зрения того времени, неделимые частицы вещества. Понятие материи отождествлялось, таким образом, с понятием вещества, масса характеризовалась как мера количества вещества или мера количества материи. Материя рассматривалась вне связи с пространством и временем. Благодаря работам Фарадея, а затем Максвелла, были установлены законы движения электромагнитного поля и электромагнитная природа света. При этом распространение электромагнитных волн связывалось с механическими колебаниями гипотетической среды - эфира. Физики с удовлетворением отмечали: наконец-то, картина мира создана, окружающие нас явления укладываются в предначертанные им рамки.

На благополучном, казалось, фоне "стройной теории" вдруг последовала целая серия необъяснимых в рамках классической физики научных открытий. В 1896 г. были открыты рентгеновские лучи. В 1896 г. Беккерель случайно обнаружил радиоактивность урана, в этом же году супруги Кюри открывают радий. Томсоном в 1897 г. открыт электрон, а в 1901 г. Кауфманом показана изменчивость массы электрона при его движении в электромагнитном поле. Наш соотечественник Лебедев обнаруживает световое давление, тем самым окончательно утверждая материальность электромагнитного поля. В начале ХХ века Планком, Лоренцом, Пуанкаре и др. закладываются основы квантовой механики, и, наконец, в 1905г. Эйнштейном создается специальная теория относительности.

Многие физики того периода, мыслящие метафизически, не смогли понять сути этих открытий. Вера в незыблемость основных принципов классической физики привела их к скатыванию с материалистических позиций в сторону идеализма. Логика их рассуждений была такова. Атом - мельчайшая частица вещества. Атом обладает свойствами неделимости, непроницаемости, постоянства массы, нейтральности в отношении заряда. И вдруг оказывается, что атом распадается на какие-то частицы, которые по своим свойствам противоположны свойствам атома. Так, например, электрон имеет изменчивую массу, заряд и т.д. Это коренное отличие свойств электрона и атома привело к мысли, что электрон нематериален. А поскольку с понятием атома, вещества отождествлялось понятие материи, а атом исчезал, то отсюда следовал вывод: "материя исчезла". С другой стороны, изменчивость массы электрона, под которой понималось количество вещества, стала трактоваться как превращение материи в "ничто". Таким образом, рушился один из главнейших принципов материализма - принцип неуничтожимости и несотворимости материи.

Диалектико-материалистическое определение материи направлено против отождествления понятия материи с ее конкретными видами и свойствами. Тем самым оно допускает возможность существования, а значит, и открытия в будущем новых неизвестных, "диковинных" видов материи. Следует сказать, что в последние годы физики и философы все настойчивее предсказывают такую возможность.

2.2 Материя в философии

Материя в философии (от лат. materia - вещество) - философская категория для обозначения объективной реальности, которая отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них (объективно).

Материя является обобщением понятия материального и идеального, в силу их относительности. Тогда как термин «реальность» носит гносиологический оттенок, термин «материя» носит онтологический оттенок.

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

2.3 Материя в физике

Материя в физике (от лат. materia - вещество) - фундаментальное физическое понятие, связанное с любыми объектами, существующими в природе, о которых можно судить благодаря ощущениям.

Физика описывает материю как нечто, существующее в пространстве и во времени; либо как нечто, само задающее свойства пространства и времени.

Изменения во времени, происходящие с различными формами материи , составляют физические явления . Основной задачей физики является описание свойств тех или иных видов материи.

3. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ МАТЕРИИ

В современном естествознании различают 3 вида материи:

Вещество -- основной вид материи, обладающий массой. К вещественным объектам относятся элементарные частицы, атомы, молекулы, многочисленные образовавшиеся 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 атомов и молекул. Это и обуславливает различные агрегатные состояния вещества (твердое, жидкое, газообразное + плазма при сравнительно высокой температуре) переход вещества из одного состояния в другое можно рассмотреть как один из видов движения материи.

Физическое поле -- особый вид материи, который обеспечивает физическое взаимодействие материальных объектов и систем.

Физические поля:

Электромагнитное и гравитационное

Поле ядерных сил

Волновые (квантовые) поля

Источник физических полей -- элементарные частицы. Направление для электромагнитного поля -- источник, заряженные частицы

Физические поля, которые создаются частицами переносят взаимодействие между этими частицами с конечной скоростью.

Квантовые теории -- взаимодействие обусловлено обменом квантами поля между частицами.

Физический вакуум -- низшее энергетическое состояние квантового поля. Этот термин введен в квантовой теории поля для объяснения некоторых микропроцессов.

Среднее число частиц (квантов поля) вакууме равно нулю, однако в нем могут рождаться виртуальные частицы, то есть частицы в промежуточном состоянии, существующие короткое время. Виртуальные частицы влияют на физические процессы.

Принято считать, что не только вещество, но и поле и вакуум имеют дискретную структуру. Согласно квантовой теории поле, пространство и время в очень малых масштабах образуют пространственно-временную среду с ячейками. Квантовые ячейки настолько малы (10-35--10-33), что их можно не учитывать при описании свойств электромагнитных частиц, считая пространство и время непрерывными.

Вещество воспринимается 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, электромагнитных излучений рассматривается как дискретная среда, которая состоит из взаимодействующих между собой атомов и молекул.

Дискретность и непрерывность присущи физическому полю, но при решении многих физических задач принято считать гравитационное, электромагнитное и другие поля непрерывными. Однако в квантовой теории поля предполагается, что физические поля дискретны, следовательно, для одних и тех же видов материи характерна прерывность и непрерывность.

Для классического описания природных явлений достаточно учитывать непрерывные свойства материи, а для характеристики различных микропроцессов -- дискретные.

4. СВОЙСТВА И АТРИБУТЫ МАТЕРИИ

Атрибутами материи, всеобщими формами её бытия являются движение , пространство и время , которые не существуют вне материи. Точно так же не может быть и материальных объектов, которые не обладали бы пространственно-временными свойствами.

Фридрих Энгельс выделил пять форм движения материи:

физическая;

химическая;

биологическая;

социальная;

механическая.

Универсальными свойствами материи являются:

несотворимость и неуничтожимость

вечность существования во времени и бесконечность в пространстве

материи всегда присущи движение и изменение, саморазвитие, превращение одних состояний в другие

детерминированность всех явлений

причинность -- зависимость явлений и предметов от структурных связей в материальных системах и внешних воздействий, от порождающих их причин и условий

отражение -- проявляется во всех процессах, но зависит от структуры взаимодействующих систем и характера внешних воздействий. Историческое развитие свойства отражения приводит к появлению высшей его формы -- абстрактного мышления .

Универсальные законы существования и развития материи:

Закон единства и борьбы противоположностей

Закон перехода количественных изменений в качественные

Закон отрицания отрицания

Изучая свойства материи, можно заметить их неразрывную диалектическую взаимосвязь. Одни свойства взаимообусловливают другие ее свойства.

Материя имеет и сложное структурное строение. На основе достижений современной науки мы можем указать некоторые ее виды и структурные уровни.

Известно, что до конца XIX в. естествознание не шло дальше молекул и атомов. С открытием радиоактивности электронов начался прорыв физики в более глубокие области материи. Причем, подчеркнем еще раз, принципиально новым при этом является отказ от абсолютизации каких-то первокирпичиков, неизменной сущности вещей. В настоящее время физикой открыто множество различных элементарных частиц. Оказалось, что каждая частица имеет свой антипод - античастицу, имеющую с ней одинаковую массу, но противоположный заряд, спин и т.д. Нейтральные частицы также имеют свои античастицы, отличающиеся противоположностью спина и других характеристик. Частицы и античастицы, взаимодействуя, "аннигилируют", т.е. исчезают, превращаясь в другие частицы. Например, электрон и позитрон, аннигилируя, превращаются в два фотона.

Симметричность элементарных частиц позволяет высказать предположение о возможности существования антимира, состоящего из античастиц, антиатомов и антивещества. Причем все законы, действующие в антимире, должны быть аналогичными законам нашего мира.

Общее количество частиц, включая и так называемые "резонансы", временной промежуток жизни которой чрезвычайно мал, достигает сейчас приблизительно цифры 300. Предсказывается существование гипотетических частиц - кварков, имеющих дробный заряд. Кварки пока не открыты, но без них невозможно удовлетворительно объяснить некоторые квантово-механические явления. Не исключено, что в недалеком будущем это теоретическое предсказание найдет экспериментальное подтверждение.

Систематизируя известные сведения о строении материи, можно указать следующую ее структурную картину.

Во-первых, следует выделить три основных вида материи, к которым относятся: вещество, антивещество и поле. Известны электромагнитные, гравитационные, электронные, мезонные и др. поля. Вообще говоря, с каждой элементарной частицей связано соответствующее ей поле. К веществу относятся элементарные частицы (исключая фотоны), атомы, молекулы, макро-и мегатела, т.е. все то, что имеет массу покоя.

Все указанные виды материи диалектически взаимосвязаны между собой. Иллюстрацией этого является открытие в 1922 г. Луи де Бройлем двойственного характера элементарных частиц, которые в одних условиях обнаруживают свою корпускулярную природу, а в других - волновые качества.

Во-вторых, в самом общем виде можно выделить следующие структурные уровни материи:

1. Элементарные частицы и поля.

2. Атомно-молекулярный уровень.

3. Все макротела, жидкости и газы.

4. Космические объекты: галактики, звездные ассоциации, туманности и т.д.

5. Биологический уровень, живую природу.

6. Социальный уровень - общество.

Каждый структурный уровень материи в своем движении, развитии подчиняется своим специфическим законам. Так, например, на первом структурном уровне свойства элементарных частиц и полей описываются законами квантовой физики, которые носят вероятностный, статистический характер. Свои законы действуют в живой природе. По особым законам функционирует человеческое общество. Имеется целый ряд законов, действующих на всех структурных уровнях материи (законы диалектики, закон всемирного тяготения и др.), что является одним из свидетельств неразрывной взаимосвязи всех этих уровней.

Всякий более высокий уровень материи включает в себя более низкие ее уровни. Например, атомы и молекулы включают в себя элементарные частицы, макротела состоят из элементарных частиц, атомов и молекул. Однако материальные образования на более высоком уровне не являются просто механической суммой элементов низшего уровня. Это качественно новые материальные образования, со свойствами, коренным образом отличающимися от простой суммы свойств составных элементов, что и находит свое выражение в специфике законов, описывающих их. Известно, что атом, состоящий из разнородно заряженных частиц, нейтрален. Или классический пример. Кислород поддерживает горение, водород горит, а вода, молекулы которой состоят из кислорода и водорода, гасит огонь. Далее. Общество есть совокупность отдельных людей - биосоциальных существ. Вместе с тем общество несводимо ни к отдельному человеку, ни к некоторой сумме людей.

В-третьих, исходя из приведенной выше классификации, можно выделить три различных сферы материи: неживую, живую и социально-организованную - общество. Выше мы рассматривали эти сферы в иной плоскости. Дело в том, что всякая классификация относительна, а поэтому в зависимости от потребностей познания можно давать самую различную классификацию уровней, сфер и т.д., отражающих сложную, многогранную структуру материи. Подчеркнем, что избранное то или иное основание классификации есть лишь отражение многообразия самой объективной реальности. Можно выделить микро-, макро- и мегамир. Этим классификация структуры материи не исчерпывается, возможны и другие подходы к ней.

5. ФОРМЫ ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИИ

материя бытие движение

Формы движения материи -- основные типы движения и взаимодействия материальных объектов, выражающие их целостные изменения. Каждому телу присуще не одна, а ряд форм материального движения. В современной науке выделяются три основные группы, которые в свою очередь имеют множество своих специфических форм движения:

в неорганической природе,

пространственное перемещение;

движение элементарных частиц и полей -- электромагнитные, гравитационные, сильные и слабые взаимодействия, процессы превращения элементарных частиц и др.;

движение и превращение атомов и молекул, включающее в себя химические реакции;

изменения в структуре макроскопических тел -- тепловые процессы, изменение агрегатных состояний, звуковые колебания и другое;

геологические процессы;

изменение космических систем различных размеров: планет, звезд, галактик и их скоплений.;

в живой природе,

обмен веществ,

саморегуляция, управление и воспроизводство в биоценозах и других экологических системах;

взаимодействие всей биосферы с природными системами Земли;

внутриорганизменные биологические процессы, направленные на обеспечение сохранения организмов, поддержание стабильности внутренней среды в меняющихся условиях существования;

надорганизменные процессы выражают отношения между представителями различных видов в экосистемах и определяют их численность, зону распространения (ареал ) и эволюцию;

в обществе,

многообразные проявления сознательной деятельности людей;

все высшие формы отражения и целенаправленного преобразования действительности.

Более высокие формы движения материи исторически возникают на основе относительно низших и включают их в себя в преобразованном виде. Между ними существует единство и взаимное влияние. Но высшие формы движения качественно отличны от низших и несводимы к ним. Раскрытие материальных взаимоотношений имеет огромное значение для понимания единства мира, исторического развития материи, для познания сущности сложных явлений и практического управления ими.

6. СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ

Структурные уровни материи образованы из определенного множества объектов какого-либо класса и характеризуются особым типом взаимодействия между составляющими их элементами.

Критерием для выделения различных структурных уровней служат следующие признаки:

пространственно-временные масштабы;

совокупность важнейших свойств;

специфические законы движения;

степень относительной сложности, возникающей в процессе исторического развития материи в данной области мира;

некоторые другие признаки.

Микро-, макро- и мегамиры

Известные в настоящее время структурные уровни материи могут быть выделены по вышеперечисленным признакам в следующие области.

1. Микромир. Сюда относятся:

частицы элементарные и ядра атомов -- область порядка 10-15 см;

атомы и молекулы 10-8--10-7 см.

2. Макромир: макроскопические тела 10-6--107 см.

3. Мегамир: космические системы и неограниченные масштабы до 1028 см.

Разные уровни материи характеризуются разными типами связей.

В масштабах 10-13 см -- сильные взаимодействия, целостность ядра обеспечивается ядерными силами.

Целостность атомов, молекул, макротел обеспечивают электромагнитные силы.

В космических масштабах -- гравитационные силы.

С увеличением размеров объектов уменьшается энергия взаимодействия. Если принять энергию гравитационного взаимодействия за единицу, то электромагнитное взаимодействие в атоме будет в 1039 больше, а взаимодействие между нуклонами -- составляющими ядро частицами -- в 1041 раз больше. Чем меньше размеры материальных систем, тем более прочно связаны между собой их элементы.

Деление материи на структурные уровни носит относительный характер. В доступных пространственно-временных масштабах структурность материи проявляется в ее системной организации, существовании в виде множества иерархически взаимодействующих систем, начиная от элементарных частиц и кончая Метагалактикой.

Говоря о структурности -- внутренней расчлененности материального бытия, можно отметить, что сколь бы ни был широк диапазон мировидения науки, он тесно связан с обнаружением все новых и новых структурных образований. Например, если раньше взгляд на Вселенную замыкался Галактикой, затем расширился до системы галактик, то теперь изучается Метагалактика как особая система со специфическими законами, внутренними и внешними взаимодействиями.

7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

Неотъемлемым атрибутом матери 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 опровергли представление о пространстве как о пустоте, и о времени, как о едином для Вселенной.

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 разрушаясь, предметы не исчезают бесследно, а превращаются в другие предметы и явления. Цитата из идей Бердяева подтверждает это: «...Но для философии, существовавшее время, прежде всего, а затем и пространство, есть порождение событий, актов в глубине бытия, до всякой объективности. Первичный акт не предполагает ни времени, ни пространства, он порождает время и пространство».

Материя вечна, несотворима и неуничтожима. Она существовала всегда и везде, всегда и везде будет существовать.

ЛИТЕРАТУРА

1. Басаков М. И., Голубинцев В. О., Каждан А.Э. К концепции современного естествознания. ? Ростов н/Д: Феникс, 1997. ? 448с.

2. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания.- 6-е изд., испр. и доп. -- М.: Издательский центр «Академия», 2006. -- 608 с.

3. Интернет-ресурс «Википедия» - www.wikipedia.org

4. Садохин А. П. Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов, обучающихся по гуманитарным специальностям и специальностям экономики и управления. ? М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. ? 447с.

Размещено на www.allbest.ru

Подобные документы

Проблема определения сущности материи, история ее изучения античными и современными учеными. Характеристика диалектической взаимосвязи свойств и структурных элементов материи. Основные причины и формы движения материи, их качественная специфика.

реферат , добавлен 14.12.2011

Понимание материи как объективной реальности. Материя в истории философии. Уровни организации неживой природы. Строение материи на биологическом и социальном уровнях. Философская категория материи и ее фундаментальная роль в понимании мира и человека.

реферат , добавлен 06.05.2012

Материя, как философское понятие. Движение, пpостpанство и вpемя - всеобщие атpибуты и основные способы существования матеpии. Диалектика и современная проблематика материи. Понятие материи - результат обобщения всех понятий о материальном мире.

реферат , добавлен 05.06.2009

Исследование основных принципов бытия, его структуры и закономерностей. Бытие социальное и идеальное. Материя как объективная реальность. Анализ современных представлений о свойствах материи. Классификация форм движения материи. Уровни живой природы.

презентация , добавлен 16.09.2015

Комплексный анализ формирования и эволюции философского понятия материи. Общая характеристика структуры материи, изучение систематизации и оценка общих составляющих вопросов системности материи. Философские вопросы материального единства мира и природы.

курсовая работа , добавлен 08.01.2012

Понятие материи как фундаментального понятия философии и естествознания. История возникновения и развития данного понятия. Религиозно-идеалистическое понимание материи в древнегреческой философии. Ленинское понимание и определение сущности материи.

реферат , добавлен 22.11.2009

Бытие как универсальная категория единства Мира. Проблема бытия в истории философской мысли. Материя как фундаментальная категория философии. Основные свойства материи. Методологические принципы при разработке классификации форм движения материи.

реферат , добавлен 12.06.2012

Античные варианты определения материи. Атомистическая теория строения природного вещества. Формы существования материи. Пространство и время как всеобщие формы бытия материального мира. Особенности образования пространственно-временного континуума.

реферат , добавлен 27.12.2009

Возникновение понятия "материя" в философии и науке. Система взглядов на окружающую нас действительность. Пространство и время как формы существования материи. Атомистическая модель мира. Проблема бытия и становления. Метафизические представления.

контрольная работа , добавлен 20.03.2009

Материя как одно фундаментальнейших понятий философии, представление о ней в различных философских системах. Материалистические представления (К. Маркса, Ф. Энгельса и В. Ленина) о строении материи. Свойства, основные формы и способы ее существования.

Материя - объективная реальность, данная нам В ОЩУЩЕНИЯХ….

Материя несотворима, неуничтожима, вечна и бесконечна.

Типы материальных систем, известные современной науке:

1) элементарные частицы

4) молекулы

5) макроскопические тела

6) геологические системы

Этим и другим материальным системам соответствуют структурные уровни организации материи (материя структурирована и систематизирована)

Атрибут - неотъемлемое свойство материи .

1) Структурность материи проявляется в существовании бесконечно многообразных материальных образований, каждое из которых представляет собой специфические единичные вещь, процесс, которые локализованы в пространстве и времени: Вселенная, галактика, звезда, планета, молекула, атом, элементарная частица и др. Вместе с тем они тесно взаимосвязаны между собой, так как одни материальные образования являются составными частями других, то есть входят в их структуру в качестве элементов.

2) Системность материи появляется во взаимосвязи вещей и процессов, в регулярном пересечении структурных уровней организации материального мира, в постоянном нарушении автономии, «параллелизма» микро- , макро- и мегамиров, живого и неживого. Основная проблема здесь заключается в нерешенности вопроса перехода от неживой природы к живой в едином эволюционном процессе.

Материя - это все то, что прямо или косвенно действует на органы чувств человека и другие объекты. Окружающий нас мир, все существующее вокруг нас представляет собой материю. Неотъемлемое свойство материи - движение.

Движение материи - любые изменения, происходящие с материальными объектами в результате их взаимодействия.

Материя не существует в бесформенном состоянии, из нее образуется сложная иерархическая система материальных объектов различных масштабов и сложностей.

Для естествоиспытателей представляет интерес не материя или движение вообще, а конкретные виды материи и движения.

В современном естествознании различают 3 вида материи:

1. Вещество - основной вид материи, обладающий массой. К вещественным объектам относятся элементарные частицы, атомы, молекулы, многочисленные образовавшиеся 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 атомов и молекул. Это и обуславливает различные агрегатные состояния вещества (твердое, жидкое, газообразное + плазма при сравнительно высокой температуре) переход вещества из одного состояния в другое можно рассмотреть как один из видов движения материи.

2. Физическое поле - особый вид материи, который обеспечивает физическое взаимодействие материальных объектов и систем.

Физические поля:

· Электромагнитное и гравитационное

· Поле ядерных сил

· Волновые (квантовые) поля

Источник физических полей - элементарные частицы. Направление для электромагнитного поля - источник, заряженные частицы

Квантовые теории - взаимодействие обусловлено обменом квантами поля между частицами.

3. Физический вакуум - низшее энергетическое состояние квантового поля. Этот термин введен в квантовой теории поля для объяснения некоторых микропроцессов.

Принято считать, что не только вещество, но и поле и вакуум имеют дискретную структуру. Согласно квантовой теории поле, пространство и время в очень малых масштабах образуют пространственно-временную среду с ячейками. Квантовые ячейки настолько малы (10 -35 -10 -33), что их можно не учитывать при описании свойств электромагнитных частиц, считая пространство и время непрерывными.

Для классического описания природных явлений достаточно учитывать непрерывные свойства материи, а для характеристики различных микропроцессов - дискретные.

Непрерывность и дискретность - неотъемлемые свойства материи.

1) Вещество – это физический вид материи, состоящий из частиц, которые имеют собственную массу (массу покоя)

2) Поле – материальное образование, которое связывает тела между собой и передает действие от тела к телу (электромагнитное, гравитационное, внутриядерное поля) Фотон не имеет массы покоя, ведь свет не покоится.

3) Антивещество – в-во, состоящее из античастиц. Структура антивещества: ядра атомов этого вида физической реальности должны существовать из антипротонов и антинейтронов, а оболочка из позитронов.

Окружающий нас материальный мир можно разделить, во-первых, на микромир, макромир и мегамир , каждый из которых, в свою очередь, включает в себя различные уровни организации материального бытия:

- в неживой природе : 1)субмикроэлементарный уровень (кварки), 2) элементарный (электроны), 3) ядерный (ядро атома), 4)атомный, 5)молекулярный, 6)макроскопический, 7) планетарный, 8) космический.

- в живой природе : 1) биологические макромолекулы, 2)клеточный, 3) микроорганизменный, 4) уровень органов и тканей, 5) уровень организма, 6) популяционный, 7) биоценозный, 8) биосферный.

- в социальный: 1) человек (индивид), 2)семья, 3) коллективы, 4) социальные группы, 5)национальности, 6) этносы, 7) государства

Каждый из структурных уровней (и подуровней) материи возникает и существует на основе предыдущих, однако не сводится к ним как простая сумма элементов, поскольку обладает новыми качествами и подчиняется в своем функционировании и развитии иным закономерностям.

11.Движение, пространство, время как основные формы существования материи.

Движение – понятие, охватывающее в самом общем виде всякое изменение, превращение. Все существующее находится в постоянном стремлении к изменению, другому состоянию, но изменяется только то, что имеет относительную устойчивость и находится в относительном покое. Но без определенной степени устойчивости в мире ничего бы не существовало. Покой - понятие относительное, а движение - абсолютно. Но, движение обладает и свойствами относительности, т.к. изменения одного объекта можно зафиксировать лишь относительно другого объекта.

Еще в античности были 2 концепции:

1) Зенон - отрицание движения. Апории Зенона. Доказывал невозможность мыслить движение.

2) Гераклит – «Все течет!» все постоянно переходит из одного состояния в другое.

Энгельс предложил формы движения:

Механическое

Физическое

Химическое

Биологическое

Социальное

Типы движения материи:

1) Механическое (без изменения качества)

2) С изменением качества . Направленность бывает 3х видов:

Прогрессивное (от низшего к высшему)

Регрессивное (от высшего к низшему)

Горизонтальное (явление идиодаптации в биологии, изменения зависят от условий существования и не сопровождаются общим повышением организации и уровня жизнедеятельности. Н-р таблица менделеева, где изменения развертываются на одном горизонтальном структурном уровне организации материи)

Развитие подчинено ряду законов:

Закон перехода из одного качества в другое на основе количественных изменений

Закон единства и борьбы противоположностей

Закон отрицания отрицания

Как бы ни изменялся предмет, пока он существует, он сохраняет свою определенность. Река не перестает быть рекой из-за того, что она течет: бытие реки и заключается в ее течении. Обрести абсолютный покой значит перестать существовать. Все относительно покоящееся неизбежно причастно к какому либо движению. Покой всегда имеет только видимый и относительный характер. Тела могут покоиться только по отношению к какой-либо системе отсчета, условно принятой за неподвижную (Н-р мы неподвижны относит-но здания, Земли, но движемся по отношению к Солнцу)

Частные св-ва пространства:

-трехмерность (любые пространственные отношения можно описать тремя измерениями – длина, ширина, высота)

-обратимость (можно вернуться на то же место)

-протяженность

-изотропность (равноправность всех возможных направлений)

Частные св-ва времени:

-одномерность (достаточно одной координаты: минута, час, секунда)

-однонаправленность (нельзя вернуться в прошлое)

Общие св-ва пространства и времени:

Объективность (независимость от нашего сознания)

Бесконечность (во вселенной нет такого места, где бы отсутствовали пространство и время)

Абсолютность (т.е. бытие вне пространства такая же бессмыслица, как и бытие вне времени)

Относительность (т.е. представления человека о пространстве и времени относительны)

Единство непрерывности (отсутствие пустого пространства)

Единство прерывности (раздельное существование материальных объектов)

Виды пространства и времени:

-Реальное (объективные формы существования пр-ва и времени)

-Перцептуальное (субъективное восприятие человеком реального пространства и времени)

-Концептуальное (теоретическое моделирование пространства и времени)

Концепции происхождения пространства и времени:

1) Субстанциональная (Демокрит, Платон, Ньютон)

Пространство и время рассматриваются как абсолютные, наряду с материей в ранге субстанций. Существуют самостоятельно, независимо от материальных объектов и рассматриваются как чистая протяженность и чистая длительность.

2) Реляционная (Аристотель, Лейбниц, а в наше время Энштейн, Лобачевский)

Пространство и время это особое отнощение между объектами и самостоятельно и отдельно от них не существующие. Т.е. если для Ньютона доска занимает какое-то положение, то для Лейбница пространство и есть соотношение доски с окружающими ее предметами.

Из теории относительности следовали два важных в философском отношении вывода: во-первых, при скоростях, близких к скорости света, длины тел сокращаются примерно в два раза; во-вторых, темп течения процессов времени замедляется при скорости, близкой к световой, примерно в 40 раз. Теория относительности показала зависимость пространства (протяженности тел) и времени (темпа длительности протекания процессов) от скорости движущихся тел.

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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