Корпускулярная и континуальная концепции в описании природы

СОДЕРЖАНИЕ В ведение 3 1. АТОМИЗМ ДРЕВНОСТИ 4 2. МЕХАНИСТИЧЕСКИЙ АТОМИЗМ 5 3. СОКРУШИТЕЛЬНЫЙ УДАР ПО ПРИНЦИПАМ МЕХАНИЦИЗМ А 6 4. ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ БОЛЕЕ ВЫСОКОГО УРО ВНЯ РАЗВИТИЯ АТОМИЗМА 7 5. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМА 9 6. СУЩЕСТВЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ АТОМИЗМА XX в. 9 7. КОНТИНУАЛЬНАЯ КОНЦЕПЦИЯ 10 8. КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ 11 8.1. Корпускулярно-волновой дуализм света и веще ства. 11 8.2. Соотношения неопределенностей Гейзенберга 13 8.3. Основные понятия и принципы КПКМ 15 9.К ОРПУСКУЛЯРНАЯ И ВОЛНОВАЯ КОНЦЕПЦИИ СВЕТА 18 10. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ 21 Заключение 24 Список литературы 26 Введение Одним из наиболее важных и существенных вопросов как филосо фии, так и естествознания является проблема материи. Представления о стр оении материи находят свое выражение в борьбе двух концепций: прерывнос ти (дискретности) — корпускулярная концепция, и непрерывности (континуа льности) — континуальная концепция. С ними тесно связаны проблемы взаим одействия материальных объектов, которые проявлялись как концепция да льнодействия (передача действия без физической среды) и концепция близк одействия (передача действия от точки к точке). Концепция прерывности была создана И. Ньютоном Подход Ньютона определил исходное положение атомиз ма, который основывался на признании дальнодействующих сил. В истории физики наиболее плодотворной и важной д ля понимания явлений природы бы ла концепция атомизма, согласно которой материя имеет прерывистое, дискретное строение, т. е. состоит из м ельчайших частиц — атомов. До ко нца XIX в. в соответствии с концепцией атомизма считалось, что материя состоит из отдельных неделимых час тиц — атомов. С точки зрения современного атомизма, электроны — "атомы" электричества, фотоны — "атомы" света и т. д. Концепция атомизма, впервые предложенная древнегреческим философом Левкиппом в V в. до н. э., развитая ег о учеником Демокритом и затем др евнегреческим философом-материалистом Эпикуром (341— 270 до н. э.) из апечатленная в замечательной поэме "О п рироде вещей" римского поэта и фи лософа Лукреция Кара (I в. до н. э.), вплоть до нашего столетия оставалось умозрительной гипотезой, хотя и под тверждаемой косвенно некоторыми экспериментальными доказательствами (например, броуновски м движением, законом Авогадро и д р.). Многие ведущие физики и химики даже в конце XIX в. не верили в реальность существования атомов. К тому же многие экспериментальные результаты химии и рассчитанные в соответствии с кинетической теорией газов данные утверждали другое понятие для мельчайших частиц — молекулы. Реальное существование молекул было окончательно подтверждено в 1906 г . опытами французского физика Жана Перрена (1870— 1942) по изучению закономерностей броуновского Движени я. В современном представлении молекула — наименьшая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами и состоящая из атомов, соединенных между собой хими ческими связями. Число атомов в м олекуле составляет от двух (Н2, О2, НF, КСI) до сотен и тысяч (некоторые витамины, гормоны и белки). Атомы инертн ых газов часто называют одноатомными молекулами. Если молекула состоит из тысяч и более повторяющ ихся единиц(одинаковых или близких по строению групп атомов), ее называю т макромолекулой. Атом — составная часть молекулы, в переводе с греческого означает "неделимый". Действительно, вплот ь до конца XIX в.неделимость атома не вызывала серьезных возражений. Однако физические опыты конца XIX и начал а XX столетий не только подвергли сомнению неделимость атома, но и доказали существование его структуры . В своих опытах в 1897 г. английский физик Джозеф Джон Томсон (1856— 1940) откры л электрон, названный позднее атомом электричества. Электрон, как хорошо известно, входит в соста в электронной оболочки атомов. В 1898 г. Томсон определил заряд электро на, а в 1903 г.предложил одну из первых м оделей атома. 1. АТОМИЗМ ДРЕВНОСТИ В натурфилософии выделяется материалистическая направленность выдающихся мыслителей древности. Атомизм, основу которог о предст авляла проблема материи, упомина ется в учении о частицах, созданном Анаксагором в V в. до н. э; нашел свое отражение в трудах видных предс тавителей атомизма древности Демокрита и Левкиппа. Из вихря атомов, по Д емокриту, образуются как отдельные тела, так и бесчисленные миры; последователями этих учений были Эпикур и Лукреций. Древнегреческий по эт и философ Лукреций, популяризатор учения Эпикура, создал дидактическ ую поэму «О природе вещей», — единственное полностью сохранившееся сис тематическое изложение материалистической философии древности. Филос офия Эпикура явилась высшим этапом развития атомистического материали зма и завершением материалистических воззрений древнегреческой филос офии. Общая тенденция атомистики выражалась в стремлении свести все многооб разие свойств материальных объектов к ограниченному числу исходных об ъективных свойств и закономерностей элементарных материальных частиц. Основополагающими признаками атомистики явились: неизменность атомов (т.е. несотворимость и неуничтожимость материи); противопоставление атомов пустому пространству (признание объективно сти пространства и движения). 2. МЕХАНИСТИЧЕСКИЙ АТОМИЗМ Классическая механика XVII— XVIII вв. явилась дальнейше й разработкой атомистики. И. Ньютон в 1672— 1676 гг. распространил атомистику н а световые явления и создал корпускулярную теорию света. Свет он считал потоком корпускул (частиц), однако на разных этапах рассматривал и возмо жность существования волновых свойств света, в частности, в 1675 г. предпринял попытку создать компромиссн ую корпускулярно-волновую природу света. По своему мировоззрению И. Ньют он был вторым после Р. Декарта великим представителем механистического материализма в естествознании XVII— XVIII вв. Р. Декарт стремился построить об щую картину природы, в которой все явления природы объяснялись как резул ьтат движения больших и малых частиц, образованных из единой материи. Недостатки механистической атомистики: отсутствие достоверного экспериментального материала; не являлась достаточно обоснованной естественнонаучной теорией; атомы рассматривались как частицы, лишенные возможности превращения; единственной формой движения принималось механическое движение; стремилась все явления природы рассматривать как модификацию механич еского движения. 3. СОКРУШИТЕЛЬНЫЙ УДАР ПО ПРИНЦИПАМ МЕХАНИЦИЗМА Сокрушительный удар по принципам механицизма бы л нанесен открытиями XIX— XX вв.: открытием рентгеновских лучей и радиоактивного излучения в 1896 г. А. Беккерелем и исследованием его в 1898 г. П. Кюри и М. Склодовской-Кюри. Рад иоактивный распад показал, что радиоактивность не связана с внешними, ме ханическими воздействиями, а определяется внутренними процессами, про являющимися в виде статистических закономерностей; созданием теории электромагнитного поля Дж. Максвеллом (1860-1865 гг.); открытием явления электромагнитной индукции М. Фарадеем ( 1831 г.). Ньютоновская теория дальнодействия и его сх ема мира господствовали до начала XX в. М. Фарадей и Дж. Максвелл впервые обн аружили ее непригодность и неприменимость к электромагнитным явлениям ; экспериментальным доказательством делимости атомов и открытием элект рона английским физиком Дж. Дж. Томсоном ( 1897 г.), за что он был удостоен Нобелевской премии в 1906 г. В 1903 г. им была предложена одна из первых моделей атома, согласно которой атом пред ставлял собой положительно заряженную сферу с вкрапленными в нее элект ронами (п добно булке с изюмом). В 1911 г. английский физик Э. Резерфорд, проводил пыты по рассеянию альфа-частиц а томами различных элементов, установил наличие в атоме плотного ядра диа метром около 10— 12 см, заряженного положительно, и предложил для объяснени я этих экспериментов планетарную модель атома. Модель подчинялась клас сической механике (движение ядра и электронов) и классической электроди намике (взаимодействие частиц). Электроны в этой модели, подобно планета м Солнечной системы, вращались вокруг ядра. Состояние атомов в классичес кой физике определяется заданием координаты и скорости его составных ч астиц, т. е. можно получить мгновенный снимок его строения. Однако это прот иворечило экспериментальным данным. 4. ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ БОЛЕЕ ВЫСОКОГО УРОВНЯ Р АЗВИТИЯ АТОМИЗМА Противоречия между существовавшими представлен иями классической физики и экспериментальными данными, полученными Э. Р езерфордом, были решены в 1913 г. датск им ученым Н. Бором, который сделал вывод о необходимости принятия принци пиально новой теории — квантовой — для построения модели атома. Примен имость квантовых представлений и разработка квантовой теории Н. Бором с оздали возможность систематизировать и объяснить огромный эксперимен тальный материал. Постулаты Бора правильно отражали закономерности дв ижения частиц и давали возможность подойти к раскрытию внутренних проц ессов атома. Однако у теории Бора были недостатки: 1. Постулаты Бора являлись гениальной догадкой. 2. Рассматривая орбиты, Бор пользовался методами классической физики, а о бъяснял излучение с квантовой точки зрения, т. е. использовал как классич еские, так и квантовые представления. 3. Постулаты были промежуточной фазой между классической и квантовой мех аникой, которая была сформирована в 20-х гг. XX в. Значение теории Бора: показала неправомерность абсолютизации классических принципов в физи ке; вскрыла ограниченность ньютоновских представлений; убедила научный мир в том, что господствующая физическая теория дает пр иблизительное, относительно верное описание явлений действительности и в процессе развития науки будет неизменно обогащаться, уточняться, пол нее отражать действительность, способствуя созданию более последовате льных фундаментальных теорий. Это не означает, что отжившая теория теряет всякую научную ценность. Воз никшая новая теория определяет границы применимости старой теории, т. е. указывает рамки ее применимости, использования и получения значительн ого научного эффекта. Все это относится к теории Бора, так как она создала предпосылки для созд ания нового, более высокого уровня развития атомизма — квантовой теори и атомных процессов. 5. КВАНТОВАЯ ТЕОРИ Я СТРОЕНИЯ АТОМА Квантовая теория строения атома — это определен ный раздел квантовой механики, объясняющий разнообразие свойств мельч айших частиц вещества. Основоположники ее — австрийский физик-теорети к Э. Шредингер, французский физик Л. де Бройль и немецкий физик-теоретик В. Гейзенберг — показали наличие у микрочастиц ряда новых особенностей, к оторые определяли характер современного атомизма: корпускулярно-волновой природы элементарных частиц; то, что волновые характеристики — это различные проявления единого мат ериального образования. Исследования Л. де Бройля показали, что квантово - механическая природа есть у всех видов материи. Классическая механика и сключала возможность дифракции электрона, протона, нейтрона, а эксперим ентальные данные подтвердили гипотезу де Бройля и определили новый под ход к пониманию процессов микромира. Совершенно новыми оказались и свойства объектов современной атомистик и. Принятые в классической механике понятия, характеризующие положение частицы в пространстве и ее движение, теряют теперь всякий смысл. В класс ической физике траектория давала возможность описать путь, она могла бы ть представлена в виде линии. В современном атомизме частицы не имеют тр аектории: можно лишь указать область пространства, в котором имеется опр еделенная вероятность обнаружить частицу. 6. СУЩЕСТВЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ АТОМИЗМА XX в. К существенным особенностям атомизма XX в. можно от нести следующие: 1. Состояние частицы не может быть определено классическими понятиями. 2. Вводится волновая функция, дающая полное кванто-во-механическое описа ние физического состояния частицы. 3. Обнаруживается всеобщая взаимопревращаемость элементарных частиц, о боснованная огромным экспериментальным материалом, которая выражает в заимную связь и взаимопревращение объектов микромира и свидетельствуе т о качественном многообразии форм материи и их взаимообусловленности. Таким образом, открытие квантово-механических свойств привело к переос мыслению соотношения дискретности и непрерывности. 7. КОНТИНУАЛЬНАЯ КОНЦЕПЦИЯ Сложившиеся к началу XIX в. представления о строении материи были односторонними и не давали возможности объяснить ряд эксп ериментальных факторов. Разработанная М. Фарадеем и Дж. Максвеллом в XIX в. т еория электромагнитного поля показала, что признанная концепция не мож ет быть единственной для объяснения структуры материи. В своих работах М . Фарадей и Дж. Максвелл показали, что поле — это самостоятельная физичес кая реальность. Таким образом, в науке произошла определенная переоценка основополага ющих принципов, в результате которой обоснованное И. Ньютоном дальнодей ствие заменялось близкодействием, а вместо представлений о дискретнос ти выдвигалась идея непрерывности, получившая свое выражение в электро магнитных полях. Вся обстановка в науке в начале XX в. складывалась так, что представления о дискретности и непрерывности материи получили свое четкое выражение в двух видах материи: веществе и поле, различие между которыми явно фиксир овалось на уровне явлений микромира. Однако дальнейшее развитие науки в 20-е гг. показало, что такое противопоставление является весьма условным. 8. КОРПУСКУЛЯРНО - ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ В 1900 г. М. Планк показал, что энергия излучения или поглощения электромагнитных волн не может иметь произвольные значения, а кратна энергии кванта, т.е. волновой процесс приобретает окраску дискретности. Идея Планка о дискретной при роде света получили свое подтверждение в области фотоэффекта. Де Бройль открыл примерно в это же время у частиц волновые свойства (дифракция эле ктрона). Таким образом, частицы неотделимы от создаваемых ими полей и каждое поле вносит свой вклад в структуру частиц, обуславливая их свойства. В этой не разрывной связи частиц и полей можно видеть одно из наиболее важных проя влений единства прерывности и непрерывности в структуре материи. Для характеристики прерывного и непрерывного в структуре материи след ует также упомянуть единство корпускулярных и волновых свойств всех ча стиц и фотонов. Единство корпускулярных и волновых свойств материальны х объектов представляет собой одно из фундаментальных противоречий со временной физики и конкретизируется в процессе дальнейшего познания м икроявлений. Изучение процессов макромира показали, что прерывность и н епрерывность существуют в виде единого взаимосвязанного процесса. При определенных условиях макромира микрообъект может трансформироватьс я в частицу или поле и проявлять соответствующие им свойства. 8.1. Корпускулярно-волновой дуализм света и веществ а. В истории развития учения о свете сменяли друг дру га корпускулярная теория света (Ньютон) и волновая (Р. Гук, Ч. Гюйгенс, Т. Юнг, Ж. Френель), представлявшая свет как механическую волну. В 70-х годах после у тверждения теории Максвелла под светом стали понимать электромагнитну ю волну. В начале 20-го века на основе экспериментов было неопровержимо доказано, ч то свет обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Было т акже обнаружено, что в проявлении этих свойств существуют вполне опреде ленные закономерности: чем меньше длина волны, тем сильнее проявляются к орпускулярные свойства света. В 1924 г. французский физик Л. де Бройль выдвинул смелую гипотезу: корпускулярно-волновой дуализм имеет универ сальный характер, т.е. все частицы, имеющие конечный импульс Р, обладают во лновыми свойствами. Так в физике появилась знаменитая формула де Бройля , где m – масса частицы, V – ее скорость, h – постоянная Планка. В настоящее время волновые свойства микрочастиц находят широкое приме нение, например, в электронном микроскопе. Современные электронные микр оскопы позволяют видеть молекулы и даже атомы вещества (увеличение в 105-106 р аз). При проявлении у микрообъекта корпускулярных свойств его волновые сво йства существуют как потенциальная возможность, способная при определ енных условиях перейти в действительность (диалектическое единство ко рпускулярных и волновых свойств материи). По современным представлениям квантовый объект – это не частица, не вол на, и даже не то и не другое одновременно. Квантовый объект – это нечто тр етье, не равное простой сумме свойств частицы и волны. Для выражения свой ства квантового объекта у нас в языке просто нет соответствующих поняти й. Но, поскольку сведения о микрообъекте, о его характеристиках мы получа ем в результате взаимодействия его с прибором (макрообъектом), то и описы вать этот микрообъект приходится в классических понятиях, т.е. используя понятия волны и частицы. Принцип дополнительности. Итак, из сказанного выше следует, что корпуску лярные и волновые свойства микрообъекта являются несовместимыми в отн ошении их одновременного проявления, однако они в равной мере характери зуют объект, т.е. дополняют друг друга. Эта идея была высказана Н. Бором и по ложена им в основу важнейшего методологического принципа современной науки, охватывающего в настоящее время не только физические науки, но и в се естествознание – принципа дополнительности (1927). Суть принципа дополн ительности по Н. Бору сводится к следующему: как бы далеко не выходили явл ения за рамки классического физического объяснения, все опытные данные должны описываться при помощи классических понятий. Для полного описан ия квантово-механических явлений необходимо применять два взаимоисклю чающих (дополнительных) набора классических понятий, совокупность кото рых дает наиболее полную информацию об этих явлениях как о целостных. Важно отметить, что идея дополнительности рассматривалась Бором как вы ходящая за рамки чисто физического познания. Он считал (и эта точка зрени я разделяется в настоящее время), что интерпретация квантовой механики « имеет далеко идущую аналогию с общими трудностями образования человеч еских понятий, возникающих из разделения «субъекта и объекта». Принцип дополнительности, как общий принцип познания может быть сформу лирован следующим образом: всякое истинное явление природы не может быт ь определено однозначно с помощью слов нашего языка и требует для своего определения, по крайней мере, двух взаимоисключающих дополнительных по нятий. К числу таких явлений относятся, например, квантовые явления, жизн ь, психика и др. Бор, в частности, видел необходимость применения принципа дополнительности в биологии, что обусловлено чрезвычайно сложным стро ением и функциями живых организмов, которые обеспечивают им практическ и неисчерпаемые скрытые возможности. 8.2. Соотношения неопределенностей Гейзенберга Двойственная природа микрочастиц поставила наук у перед вопросом о границах применимости понятий классической физики в микромире. В классической механике всякая частица движется по определе нной траектории и всегда имеет вполне определенные (точные) значения коо рдинаты, импульса, энергии. По-другому обстоит дело с микрочастицей. Микр очастица, обладая волновыми свойствами, не имеет траектории, а значит, не может иметь одновременно определенных (точных) значений координаты и им пульса. Другими словами, мы можем говорить о значениях координаты и импу льса микрочастицы только с некоторой степенью приближения. Меру этой не определенности (неточности) в значениях координаты и импульса, энергии и времени нашел в 1927 г. В Гейзенберг. Он показал, что эти неопределенности (неточности) удовлетворяют следующим соотношениям: DXЧDPXіh; DYЧDPYіh; DZЧDPZіh; DWЧDtіh. Эти неравенства называются соотношениями неопре деленностей Гейзенберга. Таким образом, если мы знаем положение X импульс Р микрочастицы (например, электрона в атоме) с погрешностями DX и DPX, то эта погрешность не может быть м еньше, чем h. Этот предел мал, поскольку мала сама h – постоянная Планка, но он существует, и это фундаментальный закон природы. Важно заметить, что э та неопределенность не связана с несовершенством наших приборов. Речь о том, что принципиально нельзя определить одновременно координату и имп ульс частицы точнее, чем это допускает соотношение неопределенностей. Э того нельзя сделать точно, так же как нельзя превысить скорость света, до стичь абсолютного нуля температур, поднять себя за волосы, вернуть вчера шний день. Из соотношения неопределенностей видно, что с увеличением массы частиц ы ограничения, накладываемые им уменьшаются. Например, для пылинки m=10-13кг, координата которой получена с точностью до ее размеров, т.е. DX=10-6м, получаем DVX=1,0 Ч10-15 м/с. Эта неопределенн ость практически не будет сказываться ни при каких скоростях, с которыми может двигаться частица. Для макроскопических тел соотношение неопред еленностей не будет вносить никаких ограничений в возможность примени ть для них понятия координаты и скорости одновременно. Дело в том, что пос тоянная Планка в этих случаях может рассматриваться пренебрежимо мало й. Это приводит к тому, что квантовые свойства изучаемых объектов оказыв аются несущественными, а представления классической физики – полност ью справедливыми. Аналогично при скоростях, намного меньших скорости св ета, выводы теории относительности совпадают с выводами классической м еханики. Таким образом, классическая механика является предельным случаем кван товой механики и релятивистской механики. Это положение связано с так называемым принципом соответствия, имеющим важное философское и методологическое значение. Принцип соответствия может быть сформулирован следующим образом: Теории, справедливость которых была экспериментально установлена для определенной группы, с появлением новой теории не отбрасываются, а сохра няют свое значение для прежней области явлений, как предельная форма и ч астный случай новых теорий. 8.3. Основные понятия и принципы КПКМ Как и все предшествующие картины Мира, КПКМ предст авляет собой процесс дальнейшего развития и углубления наших знаний о с ущности физических явлений. Процесс становления и развития КПКМ продол жается и прошел уже ряд стадий, в частности: 1) утверждение корпускулярно-волновых представлений о материи; 2) изменение методологии познания и отношения к физической реальности; Пояснение: Ранее считалось, что устройство мира можно познавать, не вмеш иваясь в него, не влияя на протекающие в нем процессы, т.е. находясь как бы в не его, вне абсолютной физической реальности. Эйнштейн не включал в поня тие «физическая реальность» акт наблюдения, а Бор считал его важным элем ентом физической реальности. Картина реальности в квантовой механике с тановится как бы двуплановой: с одной стороны в нее входят характеристик и исследуемого объекта, а с другой – условия наблюдения. Таким образом, в КПКМ появляется принцип относительности к средствам наблюдения. Все рассмотренные ранее картины мира отличались своей трактовкой таки х фундаментальных понятий как пространство и время, движение, принцип пр ичинности, взаимодействия. Рассмотрим, как они представлены в КПКМ. Пространство и время. При рассмотрении МКМ подчеркивалось, что простран ство и время в ней абсолютны и независимы друг от друга. Для характеристи ки объекта в пространстве вводились три пространственные координаты (X,Y,Z), а для обозначения времени независимо от них вводилась одна временная координата t. В СТО и ЭМКМ они потеряли абсолютный и независимый характер . Появилось новое пространство-время как абсолютная характеристика чет ырехмерного Мира (пространственно-временного континуума Минковского). И новая величина – пространственно-временной интервал стал оставатьс я неизменным (инвариантным) при переходе от одной системы отсчета к друг ой. Причинность. В МКМ при описании объектов используется два класса поняти й: пространственно-временные, которые дают кинематическую картину движ ения и энергетически импульсные, которые дают динамическую (причинную) к артину. В МКМ и ЭМКМ они независимы. В КПКМ, в соответствии соотношением не определенностей они не могут применяться независимо друг от друга, они д ополняют друг друга. Таким образом, пространство, время и причинность ок азались относительными и зависимыми друг от друга. Независимость пространства, времени и причинности в МКМ позволяет гово рить о точной локализации объекта в пространстве, его траектории, об одн означной причинно-следственной связи (лапласовский детерминизм), об одн овременном, точном измерении координат и скорости, энергии и времени. В квантовой механике относительность пространства-времени и причиннос ти приводит к неопределенности координат и скорости в данный момент, к о тсутствию траектории движения микрообъекта. И если в классической физи ке вероятностным законам подчинялось поведение большого числа частиц, то в квантовой механике поведение каждой частицы подчиняется не динами ческим (детерминистским), а статистическим законам. Таким образом, причи нность в современной КПКМ имеет вероятностный характер (вероятностная причинность). Взаимодействие. Все многообразие взаимодействий подразделяется в совр еменной физической картине мира на 4 типа: сильное, электромагнитное, сла бое и гравитационное. По современным представлениям все взаимодействи я имеют обменную природу, т.е. реализуются в результате обмена фундамент альными частицами – переносчиками взаимодействий. Каждое из взаимоде йствий характеризуется так называемой константой взаимодействия, кото рое определяет его сравнительную интенсивность, временем протекания и радиусом действия. Рассмотрим кратко эти взаимодействия. 1. Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в ядре. Константа взаимодействия равна приблизительно 100, радиус действия порядка 10-15, время протекания t ~10-23с. Частицы – переносчики - p-мезоны. 2. Электромагнитное взаимодействие: константа порядка 10-2, радиус взаимоде йствия не ограничен, время взаимодействия t ~ 10-20с. Оно реализуется между вс еми заряженными частицами. Частица-переносчик – фотон (g-квант). 3. Слабое взаимодействие связано со всеми видами b-распада, многие распады элементарных частиц и взаимодействие нейтрино с веществом. Константа в заимодействия порядка 10-13, t ~ 10-10с. Это взаимодействие, как и сильное, является короткодействующим: радиус взаимодействия r~10-18м. Частица – переносчик - в екторный бозон. 4. Гравитационное взаимодействие является универсальным, однако в микро мире учитывается, так как из всех взаимодействий является самым слабым и проявляется только при наличии достаточно больших масс. Его радиус дейс твия не ограничен, в ремя также не ограничено. Обменный характер гравита ционного взаимодействия до сих пор остается под вопросом, так как гипоте тическая фундаментальная частица гравитон пока не обнаружена. 9. КОРПУСКУЛЯРНАЯ И ВОЛНОВАЯ КОНЦЕ ПЦИИ СВЕТА Во второй половине XVII века были заложены основы физической оптики. Ф. Гримальди открывает явление дифрак ции света (огибание светом препятствий т.е. отклонение его от прямолинейного распространения) и выс казывает предположение о волно вой природе света. В опубликованном в 1690 г. "Трактате о свете" Х.Гюйгенс ом был сформирован принцип, согласно которому каждая точка пространства, которой достигла в данн ый момент распространяющаяся в олна, становится источником элементарных сферических волн, и на его основе вывел законы отражения и прел омления света. Гюйгенсом было установлено явление поляризации света - явление, происходящее с л учом света при его отражении, преломлении (особенно при двойном преломлении) и заключающееся в том, что ко лебательное движение во всех то чках луча происходит лишь в одной плоскости, проходящей через направление луча, тогда как в неполяризова нном луче колебания происходят по всем направлениям, перпендикулярно к лучу. Гюйгенс, разработав идею Гримальди о том, что свет распрос траняется не только прямолинейно с преломлением и отражением, а и с разбиением (дифракция), дал об ъяснение всем известным оптиче ским явлениям. Он утверждает, что световые волны распространяются в эфире, представляющем собой прони зывающую все тела тонкую матери ю. Но что есть волна? Волна обязательно движется в каком то носителе, в котором и происходят периодические колебания. Но при распространении волны, например, на поверхности воды, не происходит перемеще ния воды в направлении распрост ранения волны - при этом поверхность воды движется лишь вверх и вниз. Но волна при своем перемещении передает действие от одной точки к другой. Аналогич ным образом обстоит дело с распр остранением звуковой волны, но в этом случае волны распространяются в пространстве по всем направления м. О световых колебаниях можно судить по косвенным эффектам. Явление интерференции дает и свидете льство о волновой природе света. Примером интерференционного эффекта является появление окрашенных полос или колец, которые являются при растекании тонкого слоя нефти на поверхности воды. Свет в этом случае сн ачала отражается от верхней пов ерхности пленки, а затем от нижней. Поэтому колебания в световом луче, которые отражаются от нижней пове рхности пленки, отстают от колеб аний в луче, отраженном от ее поверхности, причем это отставание равно расстоянию, равному удвоенной т олщине пленки. Оба отраженных лу ча в этом случае интерферируют так, что если толщина пленки равна четверти длины волны, то второй луч отс тает от первого на половину волн ы. Наложение гребня волны, отраженной от другой поверхности, дает темноту. Белый свет в результате интерф еренции после отражения станов ится окрашенным. Ньютон сначала в своих докладах в Лондонском Королевском обществе и затем в "Оптике" (опубликованной в 1706 г.) изложил свою концепцию света. Следуя своему феноменологическ ому методу, Ньютон экспериментально исследовал явление дисперсии (разложение белого света при п омощи призмы в спектр), заложил о сновы оптической спектроскопии : он установил, что каждому цвету соответствует определенная длина свет овой волны и определил их. Ньютон показал, что цвета создаются не призмой. а являются компонентами белого света. Он видел слабость волново й концепции в том, что она оказал ась не в состоянии объяснить явление дифракции света - огибание светом препятствий (это удастся сделать с позиции волновой концепции бо лее столетия позже Френелю). Ньютон же явление дифракции объяснял на основе полярности, присущей св етовому лучу. Другим не достатком волновой концепции было ее требование допустить существование эфира-среды, в которой распр остраняется свет. Тот факт, что д вижение планет и комет в небесном пространстве не встречает заметного сопротивления, которое обязате льно отразилось бы на правильно сти движения, позволил Ньютону существование такой среды подвергнуть сомнению. А если отбросить воз можность существования такой с реды, то гипотеза о распространении света через нее утрачивает смысл. (Критикуя волновую концепцию св ета, представляющую свет в виде р аспространяющихся в эфире механических волн, Ньютон не мог еще предположить, что световые волны могут иметь не механическую природу.) Устранение трудностей, стоящих перед волновой концепцией света, Ньютон видел на пути рассмотрения свет а как состоящего из корпускул - с воеобразных "малых тел" (атомов), которые могут взаимодействовать с частицами вещества. Такие тела, по ег о мнению, проходят через однородные среды "без загибания". Важно отметить, что, сравнивая волновую и корпускулярную концепцию све та, Ньютон не высказывается безоговорочно в пользу одной из них. Его высказывания многими исследователя ми его творчества трактуются ка к своеобразный синтез волновой и корпускулярных концепций (предвосхитивший гипотезу де Бройля, выска занную в 1924 г.). Открытие явление поляризации света убеждало Ньютона в справедливости корпускулярной концепции света . Исследование же интерференции приводило его к выводу о наличии своеобразной периодичности в свойств ах света. Последователи Ньютона представили Ньютона как безоговорочного сторон ника корпускулярной концепции света. Авторитет имени Ньютона, таким образом, в данном случае сыграл негативную роль - задержал развити е волновой теории света. 10 . ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ В соответствии с достижениями квантовой физики о сновополагающим понятием современного атомизма является понятие элем ентарной частицы, но им присущи такие свойства, которые не имели ничего о бщего с атомизмом древности. Развитие физики микромира показало неисчерпаемость свойств элементар ных частиц и их взаимодействий. Все частицы, имеющие достаточно большую энергию, способны к взаимопревращениям, но при соблюдении ряда законов с охранения. Число известных элементарных частиц постоянно растет и прев ышает уже 300 разновидностей, включая неустойчивые резонансные состояния . Важнейшим свойством частицы является ее масса покоя. По этому свойству частицы делятся на 4 группы: 1. Легкие частицы — лептоны (фотон, электрон, позитрон). Фотоны не имеют мас сы покоя. 2. Частицы средней массы — мезоны (мю-мезон, пи-мезон). 3. Тяжелые частицы — барионы. К ним относятся нуклоны — составные части я дра: протоны и нейтроны. Протон — самый легкий барион. 4. Сверхтяжелые — гипероны. Устойчивых разновидностей немного: фотоны (кванты электромагнитного излучения); гравитоны (гипотетические кванты гравитационного поля); электроны; позитроны (античастицы электронов); протоны и антипротоны; нейтроны; нейтрино — самая загадочная из всех элементарных частиц. Нейтрино было открыто в 1956 г., тогда к ак название его было дано в 1933 г. Э. Фер ми, а гипотезу о его существовании высказал в 1930 г. швейцарский физик В. Паули. Нейтрино играет большую роль в космических процессах во всей эволюции материи во Вселенной. Время их жи зни практически бесконечно. По подсчетам ученых, нейтрино уносят значит ельную долю излучаемой звездами энергии. Наше Солнце теряет за счет излу чения нейтрино примерно 7% энергии, на каждый квадратный сантиметр Земли перпендикулярно солнечным лучам ежесекундно падает примерно 300 миллион ов нейтрино. Однако они не регистрируются нашими органами чувств и прибо рами ввиду их слабого взаимодействия с веществом. Дальнейшая судьба это го излучения неизвестна, но, очевидно, нейтрино должно вновь включиться в круговорот материи в природе. Скорость распространения нейтрино равн а скорости света в вакууме. Особенностью элементарных частиц является то, что большинство из них мо гут возникать при столкновении с другими частицами достаточно высокой энергии: протон большой энергии превращается в нейтрон с испусканием пи- мезона. При этом элементарные частицы распадаются на другие: нейтрон — на электрон, протон и антинейтрино, а нейтральный пи-мезон — на два фотон а. Пи-мезоны, таким образом, являются квантами ядерного поля, объединяющи ми нуклоны и ядра. В ходе развития науки открываются все новые свойства элементарных част иц. Взаимная обусловленность свойств частиц свидетельствует о сложной их природе, наличи и многогранных связей и отношений. В зависимости от специфики элементар ной частицы может появиться тот или иной вид взаимодействия: сильное, эл ектромагнитное, слабое. Сильное взаимодействие обуславливается ядерны ми силами, оно обеспечивает устойчивость атомных ядер. Электромагнитны е взаимодействия, слабые взаимодействия — в процессах распада нейтрон ов, радиоактивных ядер и предполагают участие в этих взаимодействиях не йтрино. Слабые взаимодействия в 1010— 1012 раз слабее сильных. Этот вид взаимо действий в настоящее время достаточно хорошо изучен. У большинства элементарных частиц есть античастицы, отличающиеся прот ивоположными знаками электрических зарядов и магнитных моментов: анти протоны, антинейтроны и т.д. Из античастиц могут быть образованы устойчи вые атомные ядра и антивещество, подчиняющееся тем же законам движения, что и обычное вещество. В больших количествах антивещество в космосе не обнаружено, поэтому существование «антимира», т.е. галактик из антивещес тва является проблематичным. Таким образом, с каждым новым открытием строение микромира уточняется и оказывается все более сложным. Чем глубже мы уходим в него, тем больше нов ых свойств обнаруживает наука. Заключение Наука идет по пути дальнейшего познавания все новых свойств неисчерпаемости мате риального мира. Современный атомизм обогащает и конкретизирует такие основные катего рии, как единство мира, неисчерпаемость материи, всеобщая взаимосвязь и взаимодействие материальных объектов и т.п. Как и все предшествующие картины Мира, КПКМ предст авляет собой процесс дальнейшего развития и углубления наших знаний о с ущности физических явлений. Процесс становления и развития КПКМ продол жается и прошел уже ряд стадий, в частности: 1) утверждение корпускулярно-волновых представлений о материи; 2) изменение методологии познания и отношения к физической реальности; Пространство и время. При рассмотрении МКМ подчеркивалось, что простран ство и время в ней абсолютны и независимы друг от друга. Для характеристи ки объекта в пространстве вводились три пространственные координаты (X,Y,Z), а для обозначения времени независимо от них вводилась одна временная координата t. В СТО и ЭМКМ они потеряли абсолютный и независимый характер . Появилось новое пространство-время как абсолютная характеристика чет ырехмерного Мира (пространственно-временного континуума Минковского). И новая величина – пространственно-временной интервал стал оставатьс я неизменным (инвариантным) при переходе от одной системы отсчета к друг ой. Причинность. В МКМ при описании объектов используется два класса поняти й: пространственно-временные, которые дают кинематическую картину движ ения и энергетически импульсные, которые дают динамическую (причинную) к артину. В МКМ и ЭМКМ они независимы. В КПКМ, в соответствии соотношением не определенностей они не могут применяться независимо друг от друга, они д ополняют друг друга. Таким образом, пространство, время и причинность ок азались относительными и зависимыми друг от друга. Независимость пространства, времени и причинности в МКМ позволяет гово рить о точной локализации объекта в пространстве, его траектории, об одн означной причинно-следственной связи (лапласовский детерминизм), об одн овременном, точном измерении координат и скорости, энергии и времени. В квантовой механике относительность пространства-времени и причиннос ти приводит к неопределенности координат и скорости в данный момент, к о тсутствию траектории движения микрообъекта. И если в классической физи ке вероятностным законам подчинялось поведение большого числа частиц, то в квантовой механике поведение каждой частицы подчиняется не динами ческим (детерминистским), а статистическим законам. Таким образом, причи нность в современной КПКМ имеет вероятностный характер (вероятностная причинность). Взаимодействие. Все многообразие взаимодействий подразделяется в совр еменной физической картине мира на 4 типа: сильное, электромагнитное, сла бое и гравитационное. По современным представлениям все взаимодействи я имеют обменную природу, т.е. реализуются в результате обмена фундамент альными частицами – переносчиками взаимодействий. Каждое из взаимоде йствий характеризуется так называемой константой взаимодействия, кото рое определяет его сравнительную интенсивность, временем протекания и радиусом действия. Список литературы 1. Дягилев Ф.М. К онцепции современного естествознания. - М.: Изд. ИЭМПЭ, 1998. 2. Дубнищева Т.Я.. Концепции современного естествознания. Новосибирск: Изд- во ЮКЭА, 1997. 3. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: краткий к урс: учеб. пособие для вузов . М.: Высшее образование, 2007 г . 4 . Ахундов М.Д. Кон цепции пространства и времени: истоки, эволюция, перспективы. - М. 1982. 5 . Савельев И.В. Ку рс общей физики. - М., 1977. 6 . Фейнман Р. Хара ктер физических законов. - М., 1968. 7. Хорошавина С. Г. Концепции современного естествознания: курс лекций / Изд. 4-е. — Ростов н/Д: Феникс, 2005. — 480 с.