ТОП 10:

Субстанциональная интерпретация



Выше было показано, как близко Гейзенберг подошёл к идеалистическому пониманию реальности: волновые функции являются математическим, т.е. идеалистическим представлением материи. Однако остаётся неразрешённым вопрос о том, как соотносятся идеальная и вещественная, т.е. наблюдаемая, стороны нашего мира.

Платон, как известно, учил, что наш мир является несовершенным отражением совершенного мира идей. Аристотель также утверждал наличие у каждой вещи идеального начала, согласно которому происходит становление материи. Это идеальное начало он называл «энтелехия». Однако энтелехии Аристотеля вне материи не существуют, в то время как мир идей Платона существует и вне вечного материального мира.

Для выяснения этого вопроса рассмотрим субстанциональную интерпретацию вектора состояния, изложенную Э. А. Тайновым. Предлагая понятие субстанции, обладающей внутренним единством природы, целостностью, автономностью (неподчинённостью внешним законам), активностью, он утверждает, что материя не обладает свойством субстанции. Для Тайнова «законы природы имеют своим референтом сущности объектов, духовную субстанцию, а не материю, не сами материальные объекты». Сами по себе материальные частицы не могут выступать как единое целое, мгновенно обмениваться информацией о состоянии и вступать в силовое взаимодействие. Это означает, что «законы природы относятся не к самим материальным объектам, а к тому таинственному интеллигентному агенту, который знает всё об объектах и законах природы и обладает необходимыми свойствами, позволяющими ему справиться с этой бесконечно сложной задачей. Этот агент со свойством автономности представляет собой не что иное, как духовную субстанцию, и она есть сущность материальных объектов».

Рассматривая физические свойства вектора состояния, Тайнов приходит к выводу: «Сопоставление этих свойств с определением субстанции показывает, что этот референт представляет собой некую ненаблюдаемую субстанцию». Действительно, как было указано выше, вектор состояния является ненаблюдаемой величиной (наблюдается только его усреднённое значение), существующей вне времени и пространства и оказывает силовое воздействие на частицы (волна-пилот Бомовской интерпретации). Это означает, пишет Тайнов, называя вектор состояния субстанцией, что «эта субстанция не имеет бытия в пространстве-времени, а является сверхвременной и сверхпространственной нематериальной субстанцией, управляющей пространственно-временным поведением материальных объектов».

Итак, волновая функция является референтом духовной субстанции, сущности материальных объектов. Эта субстанция «вероятностно управляет материальными объектами в пространстве-времени, располагая полной и конкретной информацией об их возможном поведении и оказывая на них активное силовое воздействие».

На основании субстанциональной интерпретации достаточно просто можно объяснить вероятностный характер квантовых явлений. «В субстанциональной интерпретации, – пишет Тайнов, - сосуществование вектора состояния и пучка траекторий в теории вполне естественно, поскольку референт вектора состояния, субстанция-пастырь, и частица сосуществуют и имеют каждая свой онтологический статус».

Субстанциональная интерпретация "рассеивает" корпускулярно-волновой дуализм классической физики: «есть событие частиц с их корпускулярными свойствами и интеллигенций с "волновыми" свойствами (о чём можно говорить лишь весьма условно). Материальные частицы существуют реально в пространстве-времени и принадлежат реальному бытию. Интеллигенции бытуют вне пространства-времени и принадлежат духовному бытию – они лишь проявляют свою активность в пространстве и времени».

Краткие выводы

Подведём некоторые итоги. Постигая природу материи, физика впервые натолкнулась не невыразимость открытой ею реальности на повседневный язык понятий. Эта реальность может быть осмыслена лишь метафизически. Осмысление квантовой механики происходило в русле и терминах античной философии, представленной в трудах Платона и Аристотеля. Вкратце перечислим основные положения метафизического осмысления достижений квантовой механики.

1. Впервые научному познанию открылась субъективность человеческого познания. Квантовая механика показала невозможность объективного знания для человека, поскольку он сам является частью изучаемого им мира. Поэтому мышление человека и его терминологическая система находятся в тесной связи с окружающей реальностью, и, строго говоря, субъективны.

2. Мир на квантовом уровне представляется как единое целое, в котором части изменяют свои свойства, находясь в системе. Единство частей в целом проявляется в нелокальных казуальных связях между ними.

3. Волновая функция, или вектор состояния системы, несмотря на вероятный характер, наиболее полно описывает состояние квантовой системы на языке математики. Она является референтом, в нашем мире идеальной, духовной субстанции. Эта субстанция определяет единство мира как целого; объясняет дальнодействующие нелокальные связи между атомными объектами.

4. Материальные частицы представляются объективно существующими, но их бытие не автономно, поскольку они подчиняются идеальным законам бытия мира, интеллигенциям, или, на языке православной метафизики, логосам.

5. Вероятностный характер квантовых явлений указывает на отсутствие детерминизма на атомном уровне. Эта позволяет увидеть, что законы материи лежат вне её, в мире идеальном, духовном.

6. Дэвид Бом и Вернер Гейзенберг очень близко подошли к метафизическому пониманию бытия, излагаемому Православной Церковью учении о творении мира материального и оформлению его согласно с божественными идеями, логосами. Дэвид Бом предполагал существование волн вероятности более реальным, нежели существование частиц. Его волны вероятности оказывают силовое воздействие на частицы, управляют их поведением. Лишь только открытие метафизических свойств волновой функции заставило Бома отказаться от физического существования волн материи. Вернер Гейзенберг пришёл к выводу, что квантовые объекты имеют единое начало и определяются идеальными категориями, хотя и имеют автономное существование.

7. Как итог нужно отметить, что современное научное знание подошло к такой границе, где глубокое осмысление реальности невозможно без метафизики. Метафизика, основанная на догматах Православного учения о творении Богом мира из ничего Своим Словом, будет лучшим инструментом в построении непротиворечивой картины нашего тварного бытия.



Основными принципами квантовой механика являются принцип неопределенности В. Гейзенберга и принцип дополнительности Н. Бора.

Согласно принципу неопределенности невозможно одновременно точно определить местоположение частицы и ее импульс. Чем точнее определяется местоположение, или координата, частицы, тем более неопределенным становится ее импульс. И наоборот, чем точнее определен импульс, тем более неопределенным остается ее местоположение.

Проиллюстрировать этот принцип можно при помощи опыта Т. Юнга по интерференции. Этот опыт показывает, что при прохождении света через систему двух близкорасположенных малых отверстий в непрозрачном экране он ведет себя не как прямолинейно распространяющиеся частицы, а как взаимодействующие волны, в результате чего на поверхности, расположенной за экраном, возникает интерференционная картина в виде чередующихся светлых и темных полос. Если же оставить поочередно открытым только одно отверстие, то интерференционная картина распределения фотонов исчезает.

Проанализировать результаты этого опыта можно при помощи следующего мысленного эксперимента. Для того чтобы определить местоположение электрона, его надо осветить, т. е. направить на него фотон. В случае столкновения двух элементарных частиц мы сможем точно рассчитать координаты электрона (определяется место, где он был в момент столкновения). Однако вследствие столкновения электрон неизбежно изменит свою траекторию, так как в результате столкновения ему будет передан импульс от фотона. Поэтому если мы точно определим координату электрона, то одновременно мы лишимся знания о траектории его последующего движения. Мысленный эксперимент по столкновению электрона и фотона аналогичен закрытию одного из отверстий в опыте Юнга: столкновение с фотоном аналогично закрытию одного из отверстий в экране: в случае этого закрытия разрушается интерференционная картина или (что то же самое) траектория электрона становится неопределенной.

Значение принципа неопределенности. Соотношение неопределенности означает, что принципы и законы классической динамики Ньютона не могут использоваться для описания процессов с участием микрообъектов.

По существу этот принцип означает отказ от детерминированности и признание принципиальной роли случайности в процессах с участием микрообъектов. В классическом описании понятие случайности используется для описания поведения элементов статистических ансамблей и является лишь сознательной жертвой полноты описания во имя упрощения решения задачи. В микромире же точный прогноз поведения объектов, дающий значения его традиционных для классического описания параметров, вообще невозможен. По этому поводу до сих пор ведутся оживленные дискуссии: приверженцы классического детерминизма, не отрицая возможности использования уравнений квантовой механики для практических расчетов, видят в учитываемой ими случайности результат нашего неполного понимания законов, управляющих пока непредсказуемым для нас поведением микрообъектов. Приверженцем такого подхода был А. Эйнштейн. Являясь основоположником современного естествознания, отважившимся на пересмотр казавшихся незыблемыми позиций классического подхода, он не счел возможным отказаться от принципа детерминизма в естествознании. Позиция А. Эйнштейна и его сторонников по данному вопросу может быть сформулирована в хорошо известном и весьма образном высказывании о том, что очень трудно поверить в существование Бога, каждый раз бросающего кости для принятия решения о поведении микрообъектов. Однако до настоящего времени не обнаружено никаких экспериментальных фактов, которые указывают на существование внутренних механизмов, управляющих «случайным» поведением микрообъектов.

Следует подчеркнуть, что принцип неопределенности не связан с какими-то недостатками в конструировании измерительных приборов. Принципиально невозможно создать прибор, который одинаково точно измерил бы координату и импульс микрочастицы. Принцип неопределенности проявляется корпускулярно-волновым дуализмом природы.

Из принципа неопределенности также следует, что в квантовой механике отвергается постулируемая в классическом естествознании принципиальная возможность выполнения измерений и наблюдений объектов и происходящих с ними процессов, не влияющих на эволюцию изучаемой системы.

Принцип неопределенности является частным случаем более общего по отношению к нему принципа дополнительности. Из принципа дополнительности следует, что если в каком-либо эксперименте мы можем наблюдать одну сторону физического явления, то одновременно мы лишены возможности наблюдать дополнительную к первой сторону явления. Дополнительными свойствами, которые проявляются только в разных опытах, проведенных при взаимно исключающих условиях, могут быть положение и импульс частицы, волновой и корпускулярный характер вещества или излучения.

Важное значение в квантовой механике имеет принцип суперпозиции. Принцип суперпозиции (принцип наложения) — это допущение, согласно которому результирующий эффект представляет сумму эффектов, вызываемых каждым воздействующим явлением в отдельности. Одним из простейших примеров является правило параллелограмма, в соответствии с которым складываются две силы, действующие на тело. В микромире принцип суперпозиции — фундаментальный принцип, который наряду с принципом неопределенности составляет основу математического аппарата квантовой механики. В релятивистской квантовой механике, предполагающей взаимное превращение элементарных частиц, принцип суперпозиции должен быть дополнен принципом суперотбора. Например, при аннигиляции электрона и позитрона принцип суперпозиции дополняется принципом сохранения электрического заряда — до и после превращения сумма зарядов частиц должна быть постоянной. Поскольку заряды электрона и позитрона равны и взаимно противоположны, должна возникнуть незаряженная частица, каковой и является рождающийся в этом процессе аннигиляции фотон.


11. Структурные уровни организации материи на микроуровне. Развитие концепции строения атома (модель «изюминки в тесте», планетарная модель, постулаты Н. Бора и кантовая модель атома). Классификация элементарных частиц. Современные представления о мельчайших неделимых частицах мироздания (кварки).

 

Материя. структура и системная организация материи. Системная организация как атрибут материи. Структура материи. Структурные уровни организации материи. структурные уровни различных сфер.

Материя

Понятие «материя» многозначно. Его используют для обозначения той или иной ткани. Иногда ему придают иронический смысл, говоря о «высокой материи». У всех предметов и явлений, окружающих человека (животных и растений, машин и инструментов, произведений искусства, явлений природы, звездных туманностей и других небесных тел и т.п.), несмотря на их разнообразие, есть общая черта: все они существуют вне сознания человека и независимо от него, т.е. являются материальными. Люди постоянно открывают все новые и новые свойства природных тел, производят множество не существующих в природе вещей, следовательно, материя неисчерпаема.

Материя несотворима и неуничтожима, существует вечно и бесконечно разнообразна по форме своих проявлений. Материальный мир един. Все его части – от неодушевленных предметов до живых существ, от небесных тел до человека как члена общества – так или иначе связаны. То есть все явления в мире обусловлены естественными материальными связями и взаимодействиями, причинными отношениями и законами природы. В этом смысле в мире нет ничего сверхъестественного и противостоящего материи. Человеческая психика и сознание тоже определяются материальными процессами, происходящими в мозгу человека, и являются высшей формой отражения внешнего мира.

Структура и системная организация материи. Системная организация как атрибут материи

Системность – характерная черта материальной действительности. Системой является то, что определенным образом связано между собой и подчинено соответствующим законам. В переводе с греческого система – это целое, составленное из частей, соединение. Системы бывают объективно существующие и теоретические, или концептуальные, т.е. существующие лишь в сознании человека. Система – это внутренне или внешнее упорядоченное множество взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. Она фиксирует преобладание в мире организованности над хаотичными изменениями. Все материальные объекты универсума обладают внутренне упорядоченной, системной организацией. Упорядоченность подразумевает наличие закономерных отношений между элементами системы, которое проявляется в виде законов структурной организации.

Структура материи

Структурность – это внутренняя расчлененность материального бытия. Внутренняя упорядоченность имеется у всех природных систем, возникающих в результате взаимодействия тел и естественного саморазвития материи. Внешняя – характерна для искусственных систем, созданных человеком: технических, производственных, концептуальных, информационных и т.п. Истоки идеи структурности универсума относятся к античной философии (атомистике Демокрита, Эпикура, Лукреция Кара).

Понятие структуры материи охватывает макроскопические тела, микроскопические тела, все космические системы. С этой точки зрения, понятие «структура» проявляется в том, что она существует в виде бесконечного многообразия целостных систем, тесно взаимосвязанных между собой, в упорядоченности строения каждой системы. Такая структура бесконечна в количественном и качественном отношении. Проявлениями структурной бесконечности материи выступают:

- неисчерпаемость объектов и процессов микромира;

- бесконечность пространства и времени;

- бесконечность изменений и развития процессов.

Эмпирически доступна для человека лишь конечная область материального мира: в масштабах от 10-15до 1028, а во времени – до 2*109 лет.

Структурные уровни организации материи

В современном естествознании эта структурированность материи оформилась в научно обоснованную концепцию системной организации материи. Структурные уровни материи образованы из какого-либо вида и характеризуются особым типом взаимодействия между составляющими их элементами. Критериям для выделения различных структурных уровней служат следующие признаки:

- пространственно-временные масштабы;

- совокупность важнейших свойств и законов изменения;

- степень относительной сложности, возникшей в процессе исторического развития материи в данной области мира.

Деление материи на структурные уровни носит относительный характер. В доступных пространственно-временных масштабах структурность материи проявляется в ее системной организации, существовании в виде множества иерархически взаимодействующих систем от элементарных частиц до Метагалактики. Каждая из сфер объективной действительности включает в себя ряд взаимосвязанных структурных уровней. Внутри этих уровней доминирующими являются координационные отношения, а между уровнями – субординационные.

Структурные уровни различных сфер

Объективная действительность состоит их трех основных сфер: неорганическая природа, живая природа, общество. Эти уровни схематично представлены в табл.1:

При классификации неорганического типа материальной системы выделяют элементарные частицы и поля, атомные ядра, атомы, молекулы, макроскопические тела, геологические образования. Из них можно вычленить три структурных уровня:

мегамир – мир космоса (планеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики и неограниченные масштабы до 1028см);

макромир – устойчивых форм и соразмерных человеку величин (а также кристаллические комплексы молекул, организмы, сообщества организмов, т.е. макроскопические тела 10-6 –107см);

микромир – мир атомов и элементарных частиц, где неприменим принцип «состоит из» (область порядка 10-15см).

Таблица 1

Структурные уровни материи    
Неживая природа Живая природа  
Неорганическая природа Биологический уровень Социальный уровень
Субмикроэле-ментарный Биологический микромолекулярный (доклеточный) Индивид
Микроэлементарный Клеточный Семья
Ядерный Микроорганический Коллективы
Атомарный Многоклеточный Большие социальные группы (классы, нации)
Молекулярный Организм в целом Государство (гражданское общество)
Макроуровень Популяции (биотоп) Системы государств
Мегауровень (планеты, звездно-планетные системы, галактики) Биоценоз Человечество в целом
Метауровень (метагалактики) Биосфера Ноосфера

На разных структурных уровнях материи мы сталкиваемся с особенными проявлениями пространственно-временных отношений, различными видами движения. Микромир описывается законами квантовой механики. В макромире действуют законы классической механики. Мегамир – связан с законами теории относительности и релятивистской космологии.

Разные уровни материи характеризуются разными типами связей:

1. В масштабах 10-13 см – сильные взаимодействия, целостность ядра обеспечивается ядерными силами.

2. Целостность атомов, молекул, макротел обеспечивают электромагнитные силы.

3. В космических масштабах – гравитационные силы.

С увеличением размеров объектов уменьшается энергия взаимодействия. Чем меньше размеры материальных систем, тем более прочно связаны между собой их элементы.

Органика как тип материальной системы тоже имеет несколько уровней своей организации:

- доклеточный уровень включает в себя ДНК, РНК, нуклеиновые кислоты, белки;

- клеточный - самостоятельно существующие одноклеточные организмы;

- многоклеточный - органы и ткани, функциональные системы (нервная, кровеносная), организмы: растения и животные;

- организм в целом;

- популяции (биотоп) - сообщества особей одного вида, которые связаны общим генофондом (могут скрещиваться и воспроизводить себе подобных): стая волков в лесу, стая рыб в озере, муравейник, кустарник;

- биоценоз – совокупность популяций организмов, при которых продукты жизнедеятельности одних становятся условиями жизни и существования других организмов, населяющих участок суши или воды. Например, лес: популяции живущих в нем растений, а также животных, грибов, лишайников и микроорганизмов взаимодействуют между собой, образуя целостную систему;

- биосфера – глобальная система жизни, та часть географической среды (нижняя часть атмосферы, верхняя часть литосферы и гидросферы), которая является средой обитания живых организмов, обеспечивая необходимые для их выживания условия (температуру, почву и т.п.), образованная в результате взаимодействия биоценозов.

Общая основа жизни на биологическом уровне – органический метаболизм (обмен веществом, энергией, информацией с окружающей средой), которая проявляется на любом из выделенных подуровней:

- на уровне организмов обмен веществ означает ассимиляцию и диссимиляцию при посредстве внутриклеточных превращений;

- на уровне биоценоза он состоит из цепи превращений вещества, первоначально ассимилированного организмами-производителями при посредстве организмов-потребителей и организмов-разрушителей, относящихся к разным видам;

- на уровне биосферы происходит глобальный круговорот вещества и энергии при непосредственном участии факторов космического масштаба.

В рамках биосферы начинает развиваться особый тип материальной системы, который образован благодаря способности особых популяций живых существ к труду – человеческое общество. Социальная действительность включает в себя подуровни: индивид, семья, группа, коллектив, социальная группа, классы, нации, государство, системы государств, общество в целом. Общество существует лишь благодаря деятельности людей. Структурный уровень социальной действительности находится между собой в неоднозначно-линейных связях между собой (например, уровень нации и уровень государства). Переплетение разных уровней структуры общества не означает отсутствия упорядоченности и структурированности общества. В обществе можно выделить фундаментальные структуры – главные сферы общественной жизни: материально-производственная, социальная, политическая, духовная и т.д., имеющие свои законы и структуры. Все они в определенном смысле субординированы, структурированы и обусловливают генетическое единство развития общества в целом.

Таким образом, любая из областей объективной действительности образуется из ряда специфических структурных уровней, которые находятся в строгой упорядоченности в составе той или иной области действительности. Переход от одной области к другой связан с усложнением и увеличением множества образованных факторов, обеспечивающих целостность систем, т.е. эволюция материальных систем происходит в направлении от простого к сложному, от низшего в высшему.

Внутри каждого из структурных уровней существуют отношения субординации (молекулярный уровень включает атомарный, а не наоборот). Всякая высшая форма возникает на основе низшей, включает ее в себя в снятом виде. Это означает, по существу, что специфика высших форм может быть познана только на основе анализа структур низших форм. И наоборот, сущность формы высшего порядка может быть познана только на основе содержания высшей по отношению к ней формы материи.

Закономерности новых уровней не сводимы к закономерностям уровней, на базе которых они возникли, и являются ведущими для данного уровня организации материи. Кроме того, неправомерен перенос свойств высших уровней материи на низшие. Каждый уровень материи обладает своей качественной спецификой. В высшем уровне материи низшие его формы представлены не в «чистом», а в синтезированном («снятом») виде. Например, нельзя перенести законы животного мира на общество, даже если на первый взгляд кажется, что в нем господствует «закон джунглей». Хотя жестокость человека может быть несравненно больше жестокости хищников, тем не менее хищникам незнакомы такие человеческие чувства, как любовь, сострадание.

С другой стороны, безосновательны попытки отыскания на низших уровнях элементов высших уровней. Например, мыслящий булыжник. Это – гипербола. Но были попытки ученых-биологов, в которых они пытались создать обезьянам «человеческие» условия, рассчитывая через сто-двести лет обнаружить в их потомстве антропоида (первобытного человека).

Структурные уровни материи взаимодействуют между собой как часть и целое. Взаимодействие части и целого состоит в том, что одно предполагает другое, они едины и друг без друга существовать не могут. Не бывает целого без части и нет частей вне целого. Часть приобретает свой смысл только благодаря целому, так же как и целое есть взаимодействие частей.

Во взаимодействии части и целого определяющая роль принадлежит целому. Однако это не означает, что части лишены своей специфики. Определяющая роль целого предполагает не пассивную, а активную роль частей, направленную на обеспечение нормальной жизни универсума как целого. Подчиняясь в общем системе целого, части сохраняют свою относительную самостоятельность и автономность. С одной стороны, они выступают как компоненты целого, а с другой - они сами являются своеобразными целостными структурами, системами. Например, факторами, обеспечивающими целостность систем в неживой природе, являются ядерные, электромагнитные и другие силы, в обществе – производственные отношения, политические, национальные и т.д.

Структурная организация, т.е. системность, является способом существования материи.

 

 

Гипотезу об атомах как неделимых частицах вещества была возрождена в естествознании и прежде всего в физике и химии для объяснения таких эмпирических законов, как законы Бойля — Мариотта и Гей-Люссака для идеальных газов, теплового расширения тел и различных химических законов. В самом деле, закон Бойля — Мариотта утверждает, что объем газа обратно пропорционален его давлению, но не объясняет почему. Аналогично этому при нагревании тела его размеры увеличиваются, но эмпирический закон теплового расширения не объясняет причину такого расширения.

Очевидно, что для такого объяснения необходимо выйти за рамки наблюдаемых зависимостей, которые выражаются; в эмпирических законах, и обратиться к теоретическим гипотезам и законам. В отличие от эмпирических законов они содержат понятия и величины, относящиеся к ненаблюдаемым объектам. Именно такими объектами являются атомы, а также образованные из них молекулы. С помощью атомов и молекул в кинетической теории вещества убедительно объясняются все перечисленные и другие известные эмпирические законы. Действительно, чтобы ответить на вопрос: почему объем газа увеличивается вдвое, когда его давление уменьшается на столько же, мы представляем себе газ, состоящий из огромного числа атомов или молекул, движущихся беспорядочно в разных направлениях и с разной скоростью. Непосредственно наблюдаемое и измеряемое уменьшение давление газа мы истолковываем как увеличение свободного пробега составляющих его атомов и молекул, вследствие чего возрастает объем, занимаемый газом. Аналогично этому расширение тел при нагревании объясняют возрастанием средней скорости движущихся молекул.

Таким образом, свойства наблюдаемых нами тел и законов их поведения мы объясняем с помощью простых свойств невидимых атомов и молекул. При этом свойства, более сложных образований, какими являются молекулы, объясняются также с помощью атомов, так что атомы оказываются последними, далее неразложимыми частицами вещества, а точнее, химических элементов. Поэтому атом в химии обычно определяют как наименьшую часть или единицу химического элемента.

Объяснения, при которых свойства сложных веществ или тел пытаются свести к свойствам более простых их элементов или составных частей, называют редукционистскими. Такой способ анализа способствовал большому прогрессу в развитии естествознания. С его помощью удалось объяснить не только свойства многочисленных тел и явлений, но и эмпирических законов, которые управляют ими.

Однако попытка сведения всех многообразных и сложных свойств и закономерностей тел и явлений окружающего мира к более простым вряд ли могла считаться успешной, хотя бы потому, что на каждом уровне познания раскрывались новые границы и находились новые неделимые последние частицы материи. Вплоть до конца прошлого века такой частицей считался атом, но крупнейшие открытия в физике привели к отказу от такой точки зрения. Среди этих открытий следует отметить, во-первых, обнаружение явлений естественной радиоактивности таких химических элементов, как радий и уран. Оказалось, что эти элементы в естественных условиях испускают специфические радиоактивные лучи и в результате превращаются в другие химические элементы, а в конечном итоге — в свинец. Именно так истолковали радиоактивные превращения английские физики Эрнест Резерфорд (1871—1937) и Фредерик Содци (1877—1956). Отсюда непосредственно следовало, что атомы вовсе не являются неизменными, неделимыми и последними кирпичиками мироздания. Вскоре после радиоактивности была открыта мельчайшая частица электричества — электрон. В 1913 г. Э. Резерфорд, исследуя рассеяние ос-частиц атомами тяжелых элементов, показал, что основная часть массы атома сосредоточена в его центральной части — ядре, так как вдали от него α-частицы проходят беспрепятственно. Основываясь на этих экспериментах, он предложил планетарную модель атома, согласно которой вокруг массивного ядра вращаются по своим орбитам отрицательно заряженные электроны.

Впоследствии эта модель была значительно модифицирована известным датским физиком Нильсом Бором (1885—1962) и другими учеными. Оказалось, что электроны не могут вращаться по любым орбитам, а только по стационарным, ибо в противном случае они бы непрерывно излучали энергию и упали бы на ядро, и атом самопроизвольно разрушился. Ничего подобного, однако, не наблюдается, так как атомы являются весьма устойчивыми образованиями. Все эти и связанные с ними революционные открытия невозможно было понять и объяснить с точки зрения старой, классической физики, и поэтому в первое время немало ученых считали, что они не только подрывают материалистический взгляд на природу, но и отрицают объективное содержание физической науки. Если прежние понятия и принципы этой науки меняются, то, следовательно, в них не содержится никакой истины. Так восприняли новые открытия в физике некоторые ученые. Соответственно одна часть ученых стаяла рассматривать научные истины просто как условные соглашения, принимаемые в целях обобщения эмпирического материала, другая — как полезные инструменты для предсказаний, третья — как средства для "экономии мышления".

Таким образом, из относительности научных истин, из того что они неполно, не целиком верно, а лишь приблизительно отражают свойства и закономерности природы, был сделан совершенно ошибочный вывод, что они вообще не являются объективными истинами, т. е. знание, содержащееся в них, не зависит от человека. Все это породило кризис в физике в конце XIX— начале XX вв., выход из которого следовало искать в переходе от старых понятий и принципов классической физики, оказавшихся неадекватными для изучения свойств материи на атомном уровне, к новым понятиям и теориям, которые бы верно отражали эти свойства и закономерности.

Такой новой фундаментальной теорией, как мы видели, стала квантовая механика, которая ввела совершенно неизвестные для классической физики принципы дуализма волны и частицы, неопределенности (неточности) и дополнительности, а вместо универсальных законов прежней физики стала широко применять статистические законы и вероятностные методы исследования.

Дальнейшее развитие концепции атомизма

После того, когда физики установили, что атом не является последним кирпичиком мироздания и сам он построен из более простых, элементарных частиц, идея поиска таких частиц заняла главное место в их исследованиях. По-прежнему мысль физиков была устремлена на то, чтобы свести все многообразие сложных свойств тел и явлений природы к простым свойствам небольшого числа первичных, фундаментальных частиц, которые впоследствии были названы элементарными. В строгом смысле слова такие частицы не должны содержать в себе какие-либо другие элементы. Однако в обычном употреблении физики называют элементарными такие частицы, которые не являются атомами или атомными ядрами, за исключением протона и нейтрона. Наиболее известными элементарными частицами являются электрон, фотон, пи-мезоны, мюоны, тяжелые лептоны и нейтрино. Позже были открыты частицы с весьма экзотическими названиями: странные частицы, мезоны со скрытым "очарованием", "очарованные" частицы, ипсилион -частицы, разнообразные резонансные частицы и многие другие. Общее их число превышает 350. Поэтому вряд - ли все такие частицы можно назвать подлинно элементарными, не содержащими других элементов. Это убеждение усиливается в связи с гипотезой о существовании кварков, из которых, по предположению, построены все известные элементарные частицы. По-видимому, все частицы, которые в настоящее время считаются элементарными, являются специфическими формами существования материи, которые не объединены в ядра и атомы, вследствие чего их часто называют субъядерными частицами.

Исторически электрон был первой элементарной частицей, открытой еще в конце прошлого века известным, английским физиком Дж. Дж. Томсоном. В 1919 г. Э. Резерфорд, бомбардируя атомы α-частицами, открыл протоны. В начале века был открыт фофон, в 1932 г. такая необычная частица, как лишенный заряда нейтрон, спустя четыре года — первая античастица — позитрон, которая по массе равна электрону, но обладает положительным зарядом. В дальнейшем при исследовании космических лучей были обнаружены и другие частицы, в частности мюоны и разные типы мезонов.

С начала 50-х годов основным средством открытия и исследования элементарных частиц стали ускорители заряженных частиц. С их помощью удалось открыть такие античастицы, как антипротон и антинейтрон. С того времени физики стали выдвигать гипотезы о существовании антивещественного и даже антиматериального мира. В 1970 и 1980-е годы поток открытий новых элементарных частиц усилился, и ученые заговорили даже о семействах элементарных частиц, которые назвали "странными", “очарованными” и "красивыми".

Одна из характерных особенностей элементарных частиц состоит в том, что они имеют крайне незначительные массы и размеры. Масса большинства из них — порядка массы протона, т. е. 1,6 х 10-24 г, а размеры порядка 10-16 см.







Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.207.240.230 (0.018 с.)