Поле и вещество

      Характеризуя единство прерывного и непрерывного в структуре материи, следует также упомянуть единство  корпускулярных и волновых свойств всех частиц вещества. Обладая относительной дискретностью, микрообъекты при взаимодействиях и движении могут проявлять волновые свойства, способность к дифракции и интерференции, они характеризуются длиной волны, обратно пропорциональной их массе и скорости a = h/mv   , где h  - постоянная Планка, одна из двух универсальных физических констант (вторая - скорость света в вакууме) Это соотношение устанавливает взаимосвязь корпускулярного параметра частицы - массы - с волновым параметром  этой же частицы - длиной волны.

    С дискретной точки зрения строение материи  можно представить в виде такой  структуры, которая предполагает возможность  ее конечного деления на все уменьшающиеся  отдельные части, начиная от молекул  и атомов и кончая элементарными  частицами и кварками.

    С точки зрения непрерывности материя  представляется в виде определенной целостности и единства. Наглядным  образом такой непрерывности  является любая сплошная среда, которая  заполняет определенное пространство. Свойства такой среды, например жидкости, изменяются от одной точки к другой непрерывно, без перерыва постепенности и скачков. На примере электромагнитного поля мы убедились, что силовое воздействие такого поля передается от близлежащей предшествующей точки к последующей, т.е. непрерывно.

    В классической теории существовало явное противопоставление дискретности и непрерывности, когда исключалось всякое их взаимодействие при изучении вещества и поля. В современной же физике, как мы убедимся в дальнейшем, именно взаимосвязь и взаимодействие дискретности и непрерывности, корпускулярных и волновых свойств материи при исследовании свойств и закономерностей движения ее мельчайших частиц служит основой адекватного описания изучаемых явлений и процессов. Таким микрочастицам материи присущ корпускулярно-волновой дуализм, т.е. они одновременно обладают как свойствами корпускул (вещества), так и волн (поля).

    Подобное  представление совершенно чуждо  классической физике, в которой дискретный и корпускулярный подход применялся при изучении одних явлений, а  непрерывный и полевой — при исследовании других. Более того, мы знаем теперь, что механистическая трактовка явлений электричества и магнетизма основывалась в конечном счете на дискретной и корпускулярной их интерпретации, когда они рассматривались как особые субстанции, т.е. когда отождествлялись с разновидностью вещества.

    Более универсальный подход к единому  объяснению всех физических явлений  с точки зрения единой теории поля был выдвинут в качестве грандиозной  программы создателем теории относительности  А. Эйнштейном, но так и остался нереализованным. Основные его идеи станут понятными после того, как мы познакомимся с теорией относительности.

    Диалектическое  взаимодействие дискретности и непрерывности  находит свое яркое воплощение в  современных квантовых теориях  полей. Действительно, взаимодействие в квантовой теории электромагнитного поля происходит в результате взаимного обмена фотонами, квантами этого поля. То же самое можно сказать о гравитационном поле, где такое взаимодействие осуществляется с помощью гравитонов, гипотетических частиц такого поля. Частицы, или кванты, поля в каждой точке пространства создают поле сил, которое оказывает свое воздействие на другие частицы.

    Само  же поле в истории физики интерпретировалось по-разному. В первых представлениях об электромагнетизме поле рассматривалось чисто механически, а именно как натяжение силовых линий между зарядами, а в оптике как упругое колебание особой, все проникающей среды — мирового эфира. После отказа от такого допущения сначала в теории электромагнитного поля, а затем в теории относительности на роль своеобразного эфира в современной физике претендует, по-видимому, физический вакуум. В квантовой теории поля он рассматривается как низшее энергетическое состояние квантованных полей, в котором отсутствуют какие-либо реальные частицы. Однако возможность виртуальных процессов в вакууме приводит к определенным эффектам при взаимодействии его с реальными частицами. В квантовой теории поля понятие физического вакуума считается основным, поскольку его свойствами определяются свойства всех других состояний системы.

    Таким образом, с развитием физики представления  о веществе и поле в корне изменились. Прежнее их противопоставление в  классической физике уступило место  пониманию их взаимосвязи и взаимодействия в современной физике. С одной стороны, вещество рассматривается как определенная дискретная система взаимодействующих элементарных частиц. С другой стороны, поле как непрерывная целостность состоит из квантов поля, которые обмениваются друг с другом энергией и тем самым обеспечивают существование и движение самой системы.

    Как поле, так и вещество обладают определенными  физическими параметрами. Под полем  в физике понимают специфическую  форму распределения материи  в пространстве и времени: в каждой точке пространства-времени существует определенное числовое значение параметра,   характеризующего эту материю. Например, движущееся поле (волна) описывается длиной волны, фазой, амплитудой и их изменениями во времени и пространстве. Другая ипостась материи - частицы - характеризуются иным набором параметров: спин, заряд, масса покоя, время жизни и ряд квантовых чисел.

    Важнейшей характеристикой частицы служит спин, собственный момент количества движения. В классической механике такая величина характеризует вращение тела, например, волчка. Но буквальный перенос этого понятия на макрочастицу теряет смысл, поскольку элементарные частицы невозможно представить вращающимися крохотными волчками. В физике спин интерпретируется как внутренняя степень свободы частицы, обеспечивающая ей дополнительное физическое состояние. В отличие от классического момента количества движения, который может принимать любые значения в их непрерывной последовательности, спин принимает только положительные дискретные значения, пропорциональные постоянной Планка.  Коэффициент пропорциональности называется спиновым квантовым числом, у одних частиц он имеет целочисленное значение (0, 1, 2...), а у других - полуцелые значения (1/2, 3/2...).

    Свойства  и поведение частиц существенно  зависят от того, целое или полуцелое значение имеет их спин. Исходя из этого значения, можно систематизировать и классифицировать данные об элементарных частицах. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Заключение 

    Таким образом, с развитием физики представления о веществе и поле в корне изменились. Прежнее их противопоставление в классической физике уступило место пониманию их взаимосвязи и взаимодействия в современной физике. С одной стороны, вещество рассматривается как определенная дискретная система взаимодействующих элементарных частиц. С другой стороны, поле как непрерывная целостность состоит из квантов поля, которые обмениваются друг с другом энергией и тем самым обеспечивают существование и движение самой системы.

    Как поле, так и вещество обладают определенными  физическими параметрами. Под полем  в физике понимают специфическую форму распределения материи в пространстве и времени: в каждой точке пространства-времени существует определенное числовое значение параметра,   характеризующего эту материю. Например, движущееся поле (волна) описывается длиной волны, фазой, амплитудой и их изменениями во времени и пространстве. Другая ипостась материи - частицы - характеризуются иным набором параметров: спин, заряд, масса покоя, время жизни и ряд квантовых чисел.

    Человеческое  познание структурной организации  материи относительно и изменчиво, зависит от постоянно расширяющихся возможностей эксперимента, наблюдений и научных теорий. Современной науке известны следующие типы материальных систем и соответствующие им структурные уровни материи.: элементарные частицы и поля (электромагнитное, гравитационное и другие); атомы, молекулы, макроскопические тела различных размеров, геологические системы, Земля и другие планеты, звёзды, внутригалактические системы (диффузные туманности, звёздные скопления и другие), Галактика системы галактик, Метагалактика, границы и структура которой пока ещё не установлены. Современные границы познания структуры материи. простираются от 10^-14 см до 10²⁸ см (примерно 13 млрд. световых лет); но и внутри этого диапазона может существовать множество ещё неизвестных видов материи 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Список  используемой литературы 

1. Горелов А. А. Концепции современного естествознания. М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2002 – 512с.
2. Грушевицкая Т. Г., Садохин А. П. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие – М.: 1998 – 383 с.
3. Данилова В.С., Кожевников Н.Н. Основные концепции современного естествознания: М: Аспект Пресс, 2000 – 256 с.