Проблемы учения о взаимодействии и движении

 

Связь, взаимодействие и движение представляют собой важнейшие атрибуты материи, без которых невозможно её существование. Взаимодействие обусловливает объединение различных материальных элементов в системы, системную организацию материи. Взаимодействие представляет собой развёртывающийся во времени и пространстве процесс воздействия одних объектов на другие путём обмена материей и движением. Взаимодействие выступает как движение материи, а любое движение включает в себя различные виды взаимодействия.

Взаимодействие и движение являются формой существования материи. Для всякого объекта существовать - значит взаимодействовать, как-то проявлять себя по отношению к другим телам, находиться с ними в объективных отношениях. Именно взаимодействие и движение являются объективными критериями существования тел.

Следуя объективной логике развития природы, можно выделить несколь-ко форм движения: в неживой природе, в живой природе и в обществе. Физика занимается исследованием процессов, происходящих в неживой природе и являющихся фундаментом гораздо более сложных процессов, происходящих на более высоких уровнях организации материи.

Уровни организации микромира

В химии элементом называлась субстанция, которая не могла быть разложена или расщеплена какими угодно средствами, имевшимися в то время в распоряжении ученых: кипячением, сжиганием, растворением, смешиванием с другими веществами. Затем в физике появилось понятие атома (греч. — «недели­мый»), заимствованное у Демокрита, которым была названа мельчайшая единица материи, входящая в состав химического элемента. Химический элемент состоит из одинаковых атомов.

Потом выяснилось, что сам атом состоит из элементарных частиц. Установлено, что поперечник атома составляет 10^-8 см, а ядра — 10^-12 см. Масса протона больше массы электрона в 2000 раз. Плотность ядра 10¹⁴ г/см³. Превра­щение химических веществ друг в друга, о чем мечтали алхими­ки, возможно, но для этого нужно изменить атомное ядро, а это требует энергий, в миллионы раз превосходящих энергию хими­ческих процессов.

 

Элементарные частицы

В XX в. открыто огромное количество элементарных частиц и выявлены закономерности их взаимодействия.

Элементарные частицы – это частицы, входящие в состав прежде «неделимого» атома. К ним относят также и те частицы, которые получают при помощи мощных ускорителей частиц. Есть элементарные частицы, которые возникают при прохождении через атмосферу космических лучей, они существуют миллионные доли секунды, затем распадаются, превращаются в другие элементарные частицы или испускают энергию в форме излучения. К наиболее известным элементарным частицам относятся электрон, фотон, протон, нейтрон, нейтрино. В строгом смысле слова эле-ментарные частицы не должны содержать в себе какие-либо другие час-тицы.

Характеристиками элементарных частиц являются, кроме массы покоя, электрического заряда, спина, также такие специфические характеристики (квантовые числа), как барионный заряд, лептонный заряд, гиперзаряд, странность и т.п. Существует несколько групп элементарных частиц, различающихся по своим свойствам и характеру взаимодействия. Принято делить их на два больших класса:

Фермионы (в честь Э. Ферми) (спин равен ½) составляют вещество, бозоны (в честь Шатьендраната Бозе) (спин равен 1) переносят взаимодействие. В состав фермионов входят кварки, адроны (< греч. сильный), состоящие из кварков, л ептоны (< греч. легкий). А дроны – протоны, нейтроны, гипероны, мезоны (из них состоят ядра), Лептоны (электроны, нейтрино, мюоны) могут иметь электрический заряд, могут быть нейтральными. Заряженные лептоны могут, как и электроны вращаться вокруг ядер, образуя атомы. Лептоны, не имеющие заряда, могут проходить беспрепятственно через вещество (хоть через всю Землю) не взаимодействуя с ним. У каждой частицы есть античастица, отличающаяся только зарядом.

После установления сложной структуры многих элементарных частиц было введено понятие фундаментальных частиц, под которыми понимаются микрочастицы, внутреннюю структуру которой нельзя представить в виде объединения других свободной частиц. К фундаментальным частицам относятся фермионы (кварки и лептоны) и бозоны.

Между частицами существует четыре типа взаимодействия, каждое из которых переносится своим типом бозонов. Фотон, или квант света переносит электромагнитное взаимодействие. Глюоны осуществляют перенос сильных ядерных взаимодействий, связывающих кварки. Векторные бозоны переносят слабые взаимодействия, ответственные за некоторые распады частиц.

Немецкий физик П. Дирак предсказал в 1936 г. существова­ние античастиц с той же массой, что и частицы, но зарядом про­тивоположного знака. На ускорителях высоких энергий уже по­лучены позитроны (античастицы электронов) и антипротоны. При столкновении частица и античастица аннигилируют с вы­делением фотонов — безмассовых частиц света (вещество пере­ходит в излучение). В результате взаимодействия фотонов могут рождаться пары «частица — античастица».

Открытие все большего количества элементарных частиц подтвердило взаимопревращение вещества и энергии. Понятия «химический элемент» и «элементарная частица» свидетельствуют, что и то, и другое когда-то предполагалось простым и бесструктурным. Затем ученые перестали употреб­лять для каждого нового уровня одно и то же слово «элемент» (неделимый) и для следующего уровня взяли ничего конкретно не значащее слово из романа Джойса — «кварк».

Теоретически предсказанные кварки, главной особенностью которых является дробный заряд, были затем экспериментально найдены. По сообщениям американских ученых, в 1994 г. обнару­жен последний из шести разновидностей, самый тяжелый кварк.