Поле и вещество

Содержание 

Введение                                                                                                                                        3

1. Структурность  и системность материи                                                                                  4

2. Поле и вещество                                                                                                                        6

Заключение                                                                                                                                    9

Список используемой литературы                                                                                             10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

    На  пороге ХХ в. наука подошла к тому, чем всегда занималась мифология - к вопросу о происхождении мира и материи.

    Важнейшей задачей современного естествознания является создание естественнонаучной картины мира. В процессе ее создания возникает вопрос о происхождении  и изменении различных материальных продуктов и явлений, об их количественных, качественных характеристиках.

      Материя - это бесконечное множество  всех существующих в мире объектов  и систем, субстрат любых свойств,  связей, отношений и форм движения. Материя включает в себя не только все непосредственно наблюдаемые объекты и тела природы, но и все те, которые в принципе могут быть познаны в будущем на основе совершенствования средств наблюдения и эксперимента. Весь окружающий нас мир представляет собой движущуюся материю в её бесконечно разнообразных формах и проявлениях, со всеми её свойствами, связями и отношениями. 

    Представления о материи в основном развивались  в рамках материализма, но к данному  понятию обращались и представители  иных философских направлений. В  античности решение проблемы субстанции осуществлялось в рамках натурфилософского подхода. Натурфилософия ставила задачу выявления единого закона, управляющего эмпирически удостоверенным многообразием какого-то фрагмента бытия, при этом менялся только уровень обобщений. По этой же причине материя изначально сближалась с веществом.

    В современной науке в основе представлений  о строении материального мира лежит  системный подход, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета и т. д. может  быть рассмотрен как система - сложное образование включающее составные части, элементы и связи между ними. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Структурность и  системность материи 

    Важнейшими  атрибутами материи являются структурность  и системность. Они выражают упорядоченность существования материи и те конкретные формы, в которых она проявляется. Под структурой материи обычно понимается ее строение в микромире, существование в виде молекул, атомов, элементарных частиц и т. д. Это связанно с тем, что человек, являясь микроскопическим существом, привык к соответствующим масштабам, поэтому понятие строения материи ассоциируется, как правило, с микрообъектами. Но если рассматривать материю в целом, то понятие структуры материи будет охватывать также различные макроскопические тела, все космические системы мегамира. С этой точки зрения структура материи проявляется в существовании бесконечного многообразия целостных систем, тесно связанных между собой. Из всего многообразия форм объективной реальности (то есть материи), эмпирически доступной для наблюдения является конечная область материального мира, которая простирается от 10^-15 см до 10²⁸ см (около 20 млрд. световых лет), а во времени - до 2*10¹⁰  лет. В этих доступных нам масштабах структурность материи проявляется в ее системной организации, существовании в виде множества иерархически взаимосвязанных систем: Метагалактика, отдельная галактика, звездная система, планета, отдельные тела, молекулы, атомы, элементарные частицы.

    Наряду  со структурностью неотъемлемым свойством материи является ее системность. Система - это внутренне (или внешне) упорядоченное множество взаимосвязанных элементов, определенная целостность, проявляющая себя как нечто единое по отношению к другим объектам  или внешним условиям. Во всех целостных системах связь между элементами является  более устойчивой, упорядоченной и внутренне необходимой, чем связь каждого из элементов с окружающей средой. В неживой природе множество объектов будет целостной системой только в том случае, если энергия связи между ними больше их суммарной кинетической энергии совместно с энергией внешних воздействий, направленных на разрушение системы. В противном случае система не возникнет или распадется. Энергия внутренних связей - это общая энергия, которую нужно было бы приложить последовательно к каждому из элементов, чтобы удалить его из системы на большое расстояние, то есть “растащить” систему. Поскольку эта энергия не возникает из ничего, стабильность и целостность систем оказывается косвенно обусловленной действием закона сохранения энергии.

    Внутренняя  энергия связи может иметь  различное значение в зависимости  от характера сил, объединяющих тела в системы. С переходом от космических  систем к макроскопическим телам, молекулам  и атомам к гравитационным силам  добавляются электромагнитные, намного более мощные, чем первые. В атомных ядрах действуют еще более мощные ядерные силы. Чем меньше размеры материальных систем, тем более прочно связаны между собой их элементы. При переходе к элементарным частицам энергия внутренних связей возрастает еще больше и оказывается сопоставимой с их собственной энергией.

    Именно  на уровне микромира физика ищет сегодня  ответы на вопросы, из чего состоит  материя? Есть ли конкретный предел делимости  материи? - вопросы, издавна волновавшие  человечество.

    Долгое  время атом считался конечным пределом делимости материи, а так же тем  элементарным “кирпичиком” вещества, из которого сложены все предметы и явления нашего мира. Но уже  к началу ХХ в. выяснилось, что это  не так. Был открыт электрон, а затем  другие элементарные частицы, число которых постоянно возрастает и на сегодняшний день превысило 300 разновидностей. У большинства элементарных частиц есть античастицы, отличающиеся противоположными знаками электрического заряда и магнитного момента: для электронов - позитроны, для протона - антипротон, для нейтрона - антинейтрон и т. д. Все другие свойства античастиц аналогичны свойствам обычных частиц. Из них могут образовываться устойчивые атомные ядра, атомы, молекулы и антивещество, подчиняющееся тем же законам движения, что и обычное вещество. При соприкосновении вещества с антивеществом происходит процесс аннигиляции - превращения частиц и античастиц в фотоны и мезоны больших энергий.

    Можно констатировать, что современная  физика довольно неплохо изучила  процессы, протекающие в микромире, систематизировав эти знания и представив их в таких теориях, как квантовая механика, квантовая электродинамика, квантовая хромодинамика. Об основах этих теорий, отражающий современный уровень знаний о строении материи, и необходимо поговорить.

Структура материи: ее элементы и уровни

    Элементами  структуры материи являются:

1. неживая природа;

2. живая природа;

3. социум (общество).

    Каждый  элемент материи имеет несколько  уровней.

    Уровнями  неживой природы являются:

- субмикроэлементарный (кварки, глюоны, суперструны – мельчайшие единицы материи, меньше, чем атом);

- икроэлементарный (адроны, состоящие из кварков, электроны);

- ядерный (ядро атома);

- атомарный (атомы);

- молекулярный (молекулы);

- уровень единичных вещей;

- уровень макротел;

- уровень планет;

- уровень систем планет;

- уровень галактик;

- уровень систем галактик;

- уровень метагалактик;

- уровень Вселенной, мира в целом.

    К уровням живой природы относятся:

- доклеточный (ДНК, РНК, белки);

- клеточный (клетка);

- уровень многоклеточных организмов;

- уровень видов;

- уровень популяций;

- биоценозы;

- уровень биосферы в целом.

    К уровням социума относятся:

- отдельный индивид;

- семья;

- группа;

- коллективы разных уровней;

- социальные группы (классы, страты);

- этносы;

- нации;

- расы;

- отдельные общества;

- государства;

- союзы государств;

- человечество в целом. 

2. Поле и вещество 

    Введение  понятия электромагнитного поля расширило научное представление  о формах материи, изучаемых в  физике. Классическая, ньютоновская физика имела дело только с одной единственной формой физической материи — веществом, которое было построено из материальных частиц и представляло собой систему таких частиц, в качестве которых рассматривались либо материальные точки (механика), либо атомы (учение о теплоте).

    Если  главной характеристикой вещества является масса, так как именно она  фигурирует в основном законе механики       F = mа, то в электродинамике основным является понятие энергии поля. Другими  словами, при изучении движения в  механике в первую очередь обращают внимание на перемещение тел, обладающих массой, а при исследовании электромагнитного поля — на распространение электромагнитных волн в пространстве с течением времени. Другим отличием вещества от поля является также характер передачи воздействий. В механике такое воздействие передается с помощью силы, причем оно может быть осуществлено в принципе на какое угодно расстояние, в то время как в электродинамике энергетическое воздействие поля передается от одной точки к другой.

    Наконец, нельзя не отметить также тот немаловажный факт, что, после того как источник электромагнитных волн прекращает свое действие, возникшие электромагнитные волны продолжают распространяться в пространстве. Выходит, что электромагнитные волны могут существовать автономно, без непосредственной связи с источником энергии.

    Исторически подход к изучению природы с точки  зрения вещества и связанной с  ним массы нашел отчетливое выражение  в механистической картине мира, которая пыталась объяснить другие, немеханические явления с помощью понятий и принципов механики. В его основе лежит представление о дискретной природе вещества, которое в механике рассматривалось как система материальных частиц, а в других науках — совокупность атомов или молекул. Таким образом, дискретность можно рассматривать как конечную делимость материи на отдельные, все уменьшающиеся части. Еще античные греки поняли, что такая делимость не может продолжаться бесконечно, ибо тогда исчезнет сама материя. Поэтому они выдвинули предположение, что последними неделимыми частицами материи являются атомы.

    В литературе часто основные формы  материи подразделяют на поле и вещество. Такое деление имеет некоторый  смысл, но оно ограничено. Под веществом  имеют в виду различные частицы и тела, которым присуща масса покоя, тогда как поля и их кванты массы покоя не имеют, хотя обладают энергией, импульсом и множеством других свойств. Но поле и вещество нельзя противопоставлять друг другу. Если рассматривать структуру вещества, то во всех системах внутреннее пространство будет “занято” полями, на долю собственно частиц приходится ничтожная часть общего объема системы (примерно 10^-36 – 10^-40 объема), то есть поля входят в структуру вещества. В свою очередь, квантами полей выступают частицы, относящиеся к веществу. В этой неразрывной взаимосвязи частиц и полей можно видеть одно из важнейших проявлений единства прерывности и непрерывности в структуре материи.

    Частицы обладают относительной прерывностью и локализованностью в пространстве, тогда как поля непрерывно распределены в нем. При этом поля не являются абсолютно континуальными средами. При излучении и поглощении они проявляются относительно дискретно - в виде квантов: фотонов, мезонов и др. Кванты полей взаимодействуют с частицами вещества как дискретные образования. Частицы вещества также нельзя представлять в виде каких - то микроскопических шариков с абсолютно резкими гранями. Частицы неотделимы от полей, и не существует абсолютно резкой границы, где кончается собственно частица и начинается ее внешнее поле. В пограничной области существует непрерывный взаимопереход полей и частиц.