8

Лекция 6 Материя

Понятие материи

Эволюция представлений о материи

• Натурфилософия

• Классическая механика

• Электродинамика

• Квантовая механика

концепций движения в естественных науках

концепций пространства и времени

Концепции дальнодействия и близкодействия

Дискретность и непрерывность материи

Фундаментальные закономерности существования и развития Природы

Структурные уровни организации мироздания

Понятие материи

Гносеологический аспект Материя есть философская категория для обозначения всей объективной реальности, с помощью которой решается основной вопрос философии. Важнейший признак и свойство материи ее быть объективной реальностью.

Онтологический аспект. Материя - научное понятие, с помощью которого исследуются конкретные формы, состояния, свойства, основные характеристики предметов, явлений, процессов природы. Знания о материи опираются на данные физики, химии, биологии и т.п.

Свойства материи: всеобщность, неуничтожимость, неисчерпаемость,

Эволюция представлений о материи

Натурфилософия

I.Концепция созерцательного материализма:

материя есть конкретное вещество (земля, вода, воздух, огонь) Фалес (625-547 гг. до н.э.).

Гераклит (540-480 гг. до н.э.) и др.

П. Концепция атомистического материализма: материя состоит из атомов и пустоты.

Демокрит (460-371 гг. до н.э

Классическая механика.

Концепция дискретного строения материи: материя есть субстанция, состоящая из отдельных частиц - атомов или корпускул. Атомы абсолютно прочны, неделимы, непроницаемы, характеризуются наличием массы и веса. И. Ньютон (1643-1727 гг.)

Электродинамика

Концепция континуального непрерывного) строения материи: материя существует в двух видах - вещество и поле. Они строго разделены и их превращение друг в друга невозможно. Главным является поле, а значит основным свойством материи является непрерывность в противовес дискретности. Д.Максвелл (1831-1879 гг.)

Квантовая механика

Концепция корпускулярно-волнового дуализма: материя как физическая реальность едина и нет пропасти между веществом и полем. Поле, подобно веществу, обладает корпускулярными свойствами, а частицы вещества, подобно полю, - волновыми, т.е. каждый элемент материи обладает свойствами волны и частицы.

М.Планк (1858-1947 гг.) В. Гейзенберг (1901-1976 гг.) Э. Шредингер (1887-1961 гг.) Н.Бор ( 1885-1962 гг.)

Материя как физическая реальность.

• Основные виды материи, вещество, поле.

• Основные формы существования материи

пространство и время.

Материальное единство мира. Единство пространства и времени выражается в совместном изменении их характеристик в зависимости от концентрации материальных масс и их движения

Способ существования материи движение.

Развитие представлений о движении. В науке исторически сложилось две концепции в понимании движения:

Диалектическая концепция Движение есть способ существования материи. Это означает, что вне движения нельзя даже мысленно представить себе ни один материальный объект. Все, что мы можем сказать об объекте, в конечном итоге сводится к раскрытию присущих ему движений.

Метафизическая концепция.

Метафизический субстанциализм:

Объект значит нечто сам по себе, вне присущих ему движений. Движение - нечто внешнее налагающееся на объект. Абсолютизация субстанции

Идеалистический релятивизм:

Отрицание субстанции вообще. Провозглашение чистого движения, существующего без носителя. Абсолютизация движения

Взаимосвязь основных форм движения материи

Диалектический взгляд:1. Низшие формы входят в высшие, но высшая форма не простая сумма низших, а новое качество

Метафизические взгляды:

1. Высшие формы сводимы к низшим.

2. При изучении высших форм движения не учитывают действия в них низших.

Движение - Развитие

Движение - любое изменение вообще, независимо от его характера, направления и результатов

Основные формы движения

1. Механическая

2. Физическая

3. Химическая

4. Биологическая

5. Социальная

Развитие - особый вид изменения, являющийся необратимым и обязательно включающий в себя качественные преобразования.

Развитие характеризуется.

1. Направленностью

2. Поступательностью

3. Преемственностью

4. Моментами повторяемости

5. Отрицанием старого и появлением нового

6. Развитие есть процесс

Развитие представлений о пространстве и времени.

В науке исторически сложилось две концепции в понимании пространства и времени. Субстанцианальная концепция Реляционная коицепция.

Субстанцианальная концепция Пространство и время - нечто самостоятельно существующее наряду с материей, как ее пустые вместилища.

Пространство - чистая протяженность.

Время - чистая длительность, в которые как бы «погружены», «помещены» материальные объекты (Демокрит - И. Ньютон)

Реляционная коицепция Пространство и время не особые субстанциальные сущности, а формы существования материальных объектов.

Пространство выражает сосуществование объектов.

Время - последовательность их состояний (Аристотель - Г. Лейбниц)

общая характеристика пространства и времени

Пространство и время - общие формы координации материальных объектов и их состояний

Пространство - это совокупность отношений, выражающих координацию сосуществующих объектов, их расположение друг относительно друга и относительную величину (расстояние и ориентация).

Пространство:

• трехмерно;

• однородно (равноправие всех его точек);

• изотропно (равноправие всех его направлений)

Время - совокупность отношений, выражающих координацию сменяющих друг друга состоянии (явлений), их последовательность и длительность

Время:

• одномерно;

• однородно (равноправие всех моментов времени);

• необратимо

Всеобщие свойства;

объективность пространства и времени;

всеобщность пространства и времени;

Концепции дальнодействия и близкодействия

Утверждению понятия поля в значительной мере способствовало стремление осознать дальнодействующий характер электрических сил и сил тяготения. Сразу же после открытия И. Ньютоном закона всемирного тяготения, а затем, примерно через сто лет, и закона Кулона, описывающего взаимодействие заряженных тел, возникли вопросы в большей степени философского содержания: почему физические тела, обладающие массой, действуют друг на друга на расстояниях, даже на огромных, через пустое пространство, и почему заряженные тела взаимодействуют даже через электрически нейтральную среду? До введения понятия поля не было удовлетворительных ответов на данные вопросы.

Долгое время считалось, что взаимодействие между телами может осуществляться непосредственно через пустое пространство, которое не принимает участия в передаче взаимодействия, и передача взаимодействия происходит мгновенно. Такое предположение составляет сущность концепции дальнодействия. Сам И. Ньютон признавал невероятность и даже невозможность подобного рода взаимодействий тел.

Основоположник концепции дальнодействия — французский математик физик и философ Рене Декарт. Многие ученые придерживались этой концепции вплоть до конца XIX в.

Экспериментальные исследования электромагнитных явлений показали несоответствие концепции дальнодействия физическому опыту. Кроме того, она находится в противоречии с постулатом специальной теории относительности, в соответствии с которым скорость передачи взаимодействий тел ограничена и не должна превышать скорость света в вакууме.

Было доказано, что взаимодействие электрически заряженных тел осуществляется не мгновенно и перемещение одной заряженной частицы приводит к изменению сил, действующих на другие частицы, не в тот же момент, а лишь спустя конечное время. Каждая электрически заряженная частица создает электромагнитное поле, действующее на другие заряженные частицы, т. е. взаимодействие передается через Посредника" — электромагнитное поле. Скорость распространения электромагнитного поля равна скорости света в пустоте — примерно 300 000 км/с. Это и составляет сущность новой концепции — концепции близкодействия, которая распространяется не только на электромагнитное, но и на другие виды взаимодействий. Согласно концепции близкодействия, взаимодействие между телами осуществляется посредством тех или иных полей (например, тяготение — посредством гравитационного поля), непрерывно распределенных в пространстве.

Дискретность и непрерывность материи

Что же такое физическое поле? Можно ли представить его наглядно с помощью простых, доступных нашему пониманию образов? Как оно соотносится с представлениями о частицах вещества?

Самое простое представление о поле дает сплошная среда, например вода, заполняющая некоторую область пространства (или же вообще все пространство). Эта среда может иметь в разных точках, например, различную плотность или температуру, по-разному двигаться. Именно конкретное физическое свойство среды, разное в разных точках и доступное для измерений, физически определяет поле. В связи с этим различают поле температур, поле скоростей, силовое поле и т. д.

Математически поле определяется тем, что в каждой точке пространства, где оно имеется, задается некоторая пространственная функция: скалярная, векторная, тензорная или другая, которая в общем случае может изменяться со временем.

Сплошная среда может занимать значительные области пространства, свойства ее изменяются непрерывно — в сплошной среде нет резких границ. Этим поле и сплошная среда принципиально отличаются от физического тела с определенными границами. Идеальные образы очень маленьких тел (например, атомов или молекул) — материальные точки — не имеют размеров и границ, и они представляются на фоне другой среды — пустого пространства (вакуума) или пространства, заполненного какой-нибудь материальной средой.

В философском плане разделение мира на тела и частицы, с одной стороны, и сплошную среду, поле и пустое пространство — с другой, соответствует выделению двух крайних свойств мира — его дискретности и непрерывности.

Дискретность (или прерывность) означает — "зернистость", конечную делимость пространственно-временного строения и состояния предмета или объекта, его свойств и форм движения (скачки), тогда как непрерывность выражает единство, целостность и неделимость объекта, сам факт его устойчивого существования. Для непрерывного нет границ делимого.

В математике этим философским категориям соответствуют дискретное множество натуральных чисел и непрерывное множество (континуум) действительных чисел. Для точного проственно-временного описания свойств сплошной среды (и поля) был разработан специальный раздел математики.

В рамках классической физики дискретные и непрерывные свойства мира первоначально выступают как противоположные Друг другу, отдельные Независимые друг от друга, хотя в целом И дополняющие общее представление о мире. И только развитие концепции поля, главным образом для описания электромагнитных явлений, позволило понять их диалектическое единство. В современной квантовой теории это единство противоположностей дискретного и непрерывного нашло более глубокое физико-математическое обоснование в концепции корпускулярно-волнового дуализма.

, После появления квантовой теории поля представление о взаимодействии существенно изменилось. Согласно данной теории, любое поле является не непрерывным, а имеет дискретную структуру. Например, электромагнитное взаимодействие в квантовой теории поля является результатом обмена частиц фотонами — квантами электромагнитного поля, т. е. фотоны — переносчики этого поля. Аналогично другие виды взаимодействия возникают в результате обмена частиц квантами соответствующих полей. Например, в гравитационном взаимодействии, как, предполагается, принимают участие гравитоны (их существование пока экспериментально не подтверждено).Согласно полевой концепции, участвующие во взаимодействии частицы создают в каждой точке окружающего их пространства особое состояние — поле сил, проявляющееся в силовом воздействии на другие частицы, помещенные в какую-либо точку данного пространства. Первоначально выдвигалась механическая интерпретация поля как упругих напряжений гипотетической среды — "эфира.

Теория относительности, отвергнув "эфир" как особую упругую среду, вместе с тем придала фундаментальный смысл понятию поля как первичной физической реальности.

В современной квантовой физике на роль "эфира" может претендовать новый возможный вид материи — физический вакуум. Первые представления о нем дал один из создателей квантовой теории поля английский физик П. Дирак — так называемое "море Дирака". Хотя вакуум мы непосредственно не видим (он прозрачен для электромагнитных излучений и не оказывает никакого сопротивления движение материальных частиц и тел), но все же он может проявляться при взаимодействии с ним тех же частиц или электромагнитных волн (гамма-квантов), обладающих достаточной энергией. Если эта энергия превышает удвоенную энергию покоя, например, электрона, гамма-квант при наличии еще одной частицы (атомного ядра) может, сам, исчезнув, породить пару электрон-позитрон, как бы "вырванную" из вакуума.

В истории физики за последние 300 лет предложены по крайней мере четыре разные концепции "эфира": абсолютное пространство Ньютона, светоносный эфир Гюйгенса, гравитационный эфир Эйнштейна и физический вакуум Дирака. Насколько оправдается интуиция физиков о существовании в природе особой среды — физического вакуума, покажет только будущее

Фундаментальные закономерности существования и развития Природы

• Системность

• Самоорганизация

• Эволюционизм

• Историчность

Системность Система - упорядоченное множество взаимосвязанных элементов.иерархичное включение систем нижних уровней в системы более высоких уровней связывает каждый элемент любой системы со всеми элементами всех возможных систем (например: человек биосфера Земля Солнечная система -Галактика-Метагалактика и т.д.)

Самоорганизация. Способность материи к самоусложнению и созданию все более упорядоченных структур в процессе развития той или иной организации мироздания (например: формирование живого организма; динамика популяций; биосфера; рыночная экономика и т.д). Синергетика—теория самоорганизации