Материя, движение, взаимодействие

Рассмотрение раздела следует начать с понятия материи. Материя – философская категория, служащая для обозначения объективной реальности, которая существует независимо от сознания и отражается в нем. Все, что окружает человека, это материя в самых разных формах ее проявления. Вся совокупность проявлений материи образует единую систему – Вселенную.

Представления о существующих видах материи исторически изменялись. В представлениях древних ученых материя могла быть только веществом. Многообразие веществ в природе объясняется взаимодействием мельчайших неделимых частиц – атомов, движущихся в пустоте. В этом положении оформлена основная идея атомистики – учения о дискретном, непрерывном строении материи (из атомов и других микрочастиц). Создание атомизма связывают с именами Левкиппа и Демокрита (V-IV века до н.э.). Одновременно с атомистической существовала континуальная программа Аристотеля: все сущее формируется из непрерывной бесконечно делимой материи, не оставляющей места пустоте.

В механистической картине мира, созданной Галилео, Кеплером, Декартом, Ньютоном существует единственный вид материи – вещество. С появлением в XIX в. открытий в области электродинамики (работы Ампера, Кулона, Ленца, Фарадея, Максвелла) ученые стали говорить о проявлении материи в виде полей: электрического, магнитного, электромагнитного. Вещество и поле рассматриваются как равноправные модификации материи, обладающие такими характеристиками, как энергия, масса, импульс. Частицам вещества приписываются такие свойства, как дискретность, конечность числа степеней свободы, в то время как поле характеризуется непрерывностью распространения в пространстве, бесконечным числом степеней свободы.

В современной ествественнонаучной картине мира понятие материи еще более расширилось. С развитием квантовой механики, описывающей процессы взаимодействия элементарных частиц, появилось понятие вакуума – наинизшим по энергии видом материи. Таким образом, сегодня ученые выделяют следующие основные виды материи:

– вещество – совокупность дискретных образований, обладающих массой покоя;

– поле – вид материи, характеризующийся пространственной непрерывностью;

– вакуум (пустота) – низшее энергетическое состояние квантового поля (среднее число квантов поля = 0), особая форма материи, способная при определенных условиях рождать виртуальные и вещественные частицы.

Следует понять, что характерной особенностью материи является возможность ее существования только в движении. При этом следует понимать, что движение – это не только механическое перемещение, а любое изменение состояния, объектов, явлений и процессов. Формы движения материи: механическое, физическое, химическое, биологическое, социальное движение. Многообразные конкретные проявления движения могут быть соотнесены с определенными материальными носителями, с конкретной областью распространения и своими специфическими законами.

В современной физической картине мира представление о движении кардинально поменялось, оно лишь стало частным случаем фундаментальных физических взаимодействий. Под взаимодействием понимается развертывающийся во времени и пространстве процесс воздействия одних объектов на другие путем обмена материей и движением.

Ранее, по Ньютону, взаимодействие между объектами осуществлялось в соответствии с принципом дальнодействия: мгновенном действии объектов друг на друга на любых расстояниях. Согласно современной концепции близкодействия, любое взаимодействие протекает с конечной скоростью, пределом которой является скорость света в вакууме, и нуждается в носителе передачи взаимодействия. В концепции близкодействия различают две модели: полевую и квантовую. Согласно полевой модели, взаимодействие осуществляется посредством некоторых физических полей. Их примерами могут служить гравитационное и электромагнитное поля. Согласно квантовой модели, взаимодействие между микрочастицами осуществляется путем обмена виртуальными частицами – переносчиками взаимодействия.

В настоящее время известны четыре типа фундаментальных взаимодействий, которые определяют структуру объектов во Вселенной и к которым сводятся все взаимодействия в природе: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

· Сильное взаимодействие (короткодействующее, радиус действия до 10^{-13 см}) – самое мощное из всех остальных – связывает между собой нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре, именно по этой причине ядра атомов являются весьма устойчивыми. Переносчиками являются глюоны.

· Электромагнитное взаимодействие (дальнодействующее, радиус не ограничен) определяет взаимодействие между электронами и ядрами атомов или молекул, взаимодействующие частицы имеют электрические заряды, проявляется в химических связях, силах упругости, трения. Согласно квантовой электродинамике, переносчиками электромагнитного взаимодействия являются кванты электромагнитного поля - фотоны. Это не имеющие массы частицы со спином 1, которые движутся со скоростью света.

· Слабое взаимодействие (короткодействующее, радиус действия меньше 10^{-15 см), в котором участвуют все элементарные частицы, обуславливает взаимодействие нейтрино с веществом. Переносчики слабого взаимодействия являются промежуточные бозоны} W⁺, W^-, Z⁰. Подобно фотонам и глюонам, они имеют спин равный 1, но, в отличие от последних, обладают массой. Новые частицы оказались чрезвычайно нестабильными - они распадаются примерно за 10^-24 с.

· Гравитационное взаимодействие – самое слабое, не учитывается в теории элементарных частиц, распространяется на все виды материи, имеет решающее значение, когда речь идет об очень больших массах. Проявляется оно в виде всемирного тяготения и управляет наиболее глобальными процессами во Вселенной, в частности обеспечивая строение и стабильность нашей Солнечной системы. Гравитационное взаимодействие проявляется посредством обмена гравитонами – это не имеющие массы частицы со спином равным 2, которые неспособны находиться в покое и распространяются со скоростью, равной скорости света в вакууме. Хотя гравитоны ищут давно, они пока не проявились непосредственно при эксперименте.