МЕНЮ

Представление о физической материи

В данной статье на основе онтологического понятия материи даётся анализ и определение понятия физической материи, имеющей решающее значение для вывода теоретической физики из кризиса ХХ века.

Введение. Как известно [1], на рубеже XIX и XX в.в. разразился великий кризис классической физики. Открытия конца XIX в. — рентгеновских лучей (1895), естественной радиоактивности (Беккерель, 1896), электрона (Дж. Томсон, 1897), радия (Пьер и Мария Кюри, 1898), квантового характера излучения (Планк, 1900) были началом революции в науке. Были разрушены ранее господствовавшие представления о неизменности химических элементов, о безструктурности атома, о независимости движения от материальных масс, о непрерывности излучения. Начиная с этого момента, стали быстро множиться новые и новые экспериментальные данные, говорящие о существовании микромира. Для его описания нельзя было применять те основные понятия, принципы и законы, которые вырабатывались физикой XIX века при изучении макротел.

Современная официальная физика считает, что кризис разрешился появлением теории относительности, квантовой механики, Большого взрыва и других подобных теорий, противоречащих логике [2].

Тем самым выход из великого кризиса физики, казалось бы, был найден. И всё же до сих пор остаётся сомнение, была ли квантово-релятивисткая физика единственно возможным выходом из кризиса. Более того, в настоящее время в квантовой физике и в теории относительности выявляется всё больше проблем и противоречий, таких как индетерминизм в явлениях природы, расходимости и бесконечности при анализе структуры электрона и теплового спектра, обнаружение сверхсветовых скоростей, нераскрытая и противоречивая структура ядер и элементарных частиц. Поэтому складывается впечатление, что квантово-релятивисткая физика не устранила кризис, но лишь отсрочила его, посредством формальных согласующих приёмов, устранивших противоречия лишь поверхностно, внешне, но сохранив их в латентной форме. А сами корни противоречий, приведших к кризису, не были вскрыты [3].

Разрешение кризиса требовало создания новой картины мира, для чего были необходимы новые логико-гносеологические принципы. Формулировка этих принципов должна была начаться с пересмотров критериев материальности, которые не замыкались бы на поисках какого-то первоначала мира, и учитывали бы новые физические реальности. Кризис в физике привёл к новому пониманию представлений о материи, движении, пространства и времени и возникновению диалектического материализма, давшего новое универсальное определение понятию материи: «Материя есть философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отражается нашими ощущениями, существуя независимо от них» [4] . Отсюда вытекают следующие свойства материи: объективность, неисчерпаемость, познаваемость, несотворимость и неуничтожимость.

Из выше изложенного следует, что материя как объективная реальность существует не как некий материал, из которого строятся все конкретные вещи, а отражает бесчисленное множество вещей, их свойств и отношений, что предполагает существование многообразных видов материи, которые в современной науке трактуются как уровни её структурной организации. Таким образом, диалектический материализм покончил с прежней натурфилософией, определив материальную субстанцию как нечто, находящееся вне отдельных вещей, а равным образом и некий предельно общий для всех вещей признак, свойства которого можно было бы зафиксировать как что-то конкретное, осязаемое, но в то же время принадлежащее всем без исключения телам в бесконечности Вселенной.

Определение физической материи. Диалектический материализм утверждает, что материя не является чем-то неизменным, но находится в состоянии непрерывного изменения, развития — движения, понимаемого в общем, философском смысле этого слова. «Движение есть форма бытия материи. Нигде и никогда не бывало и не может быть материи без движения?»[5] . Движущуюся материю можно познавать, лишь, рассматривая частные, конкретные формы материи и её движения, причём эти частные формы материи и её движения следует рассматривать не изолированно, но в их взаимосвязи [6].

Соответственно многообразию явлений природы существует и множество различных видов движения материи. Но среди этого многообразия можно выделить несколько основных форм движения [7] , каждая из которых охватывает более или менее широкий круг явлений, родственных в определенном отношении. Неразрывность материи и движения выражается не только в том, что материя не может быть без движения, но также в том, что между каждой из форм движения и теми материальными объектами, способом существования которых они являются, имеется вполне определенное соответствие, определенная внутренняя связь.

Это значит, что каждой форме движения материи ставится в соответствие одна форма материи и наоборот.

Простейшей формой движения материи является физическая [7], которой соответствует физическая материя.

Понятие материи в физике — центральное, поскольку физика изучает основные свойства вещества, типы фундаментальных взаимодействий, законы движения различных систем (простые механические системы, системы с обратной связью, самоорганизующиеся системы) и т.д. Эти свойства и законы определенным образом проявляются в технических, биологических и социальных системах, в силу чего физика широко используется для объяснения происходящих в них процессов. Все это сближает философское понимание материи и физическое учение о ее строении и свойствах.

Особенности и современное состояние физического понятия материи отражено в работе [8]: “Физическое понятие материи довольно существенно отличается от онтологического понятия. Оно складывается со становлением экспериментального естествознания 17 в. под влиянием как философских представлений, так и ради нужд эксперимента. Для Галилея первичные качества материи — это ее арифметические (исчислимость), геометрические (форма, величина, положение, касание) и кинематические (подвижность) свойства. Кеплер усматривает в материи две изначальных, диалектически противопоставленных силы: силу движения и силу инерции. В классической ньютоновской механике основные свойства материи — это инерция (инертная масса), способность сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, и тяжесть — способность тяжелых масс взаимно притягиваться по закону гравитации. Материи противопоставляется энергия — (-)способность совершать механическую работу, или проявлять силу в движении. Другие признаки материи: сохранение массы во всех физических и химических процессах; тождество инертной и тяжелой массы, отличие материи от пространства и времени.

Уже у Лейбница и Канта материя оказывается полностью сводимой к проявлениям силы. У Канта она зависима от пространства и времени как первичных форм чувственности. К нач. 20 в. понятие материи как носителя массы, отличного от силы и энергии, с одной стороны, от пространства и времени, с другой, — расшатывается. В частности, напр., сам процесс взвешивания, сведение массы к весу, устраняет барьер между инертностью как признаком вещества и силой. Уже второй закон Ньютона определяет массу через соотношение силы и ускорения. Открытие неевклидовых геометрий поставило вопрос об их физическом смысле и сделало проблематичным физическое понятие пространства. Кроме того, предпринимались попытки объяснить массу как чисто электромагнитно-индуктивный эффект, причем масса должна рассматриваться в этом случае как величина, зависимая от скорости. Наконец, теория относительности Эйнштейна поставила массу в окончательную зависимость от скорости. Масса и энергия в формуле Ε = mс2 эквивалентны друг другу и взаимозаменимы. Закон сохранения действителен теперь лишь применительно к “сумме” массы и энергии, т. н. “массэнергии”. В то же время пространство, или пространственно-временной континуум, утрачивает “онтологичекое” отличие от материи. И то, и другое рассматриваются теперь как различные аспекты той же реальности и, в конечном счете, отождествляются. В современной физике не сохранилось ни одного из классических определений материи. Однако как философия, так и физика предпочитают обходить это ставшее неопределенным и темным понятие, заменяя его другими — пространство-время, хаос, система и др.”

С позиций философии и физики начала ХХI в. со всей очевидностью просматривается теоретический разрыв в определениях между онтологическим представлением понятия материи (см. выше) и ее представлении в конкретных видах наук. ”Развитие диалектического материализма вширь привело к тому, что отчетливо обозначилось отставание в разработке ядра этой философии — учения о материи — от общего объема научных знаний. В этом отставании видится одна из причин кризисных явлений в физике.“ [9]

В настоящее время современная наука предполагает существование трех форм физической материи[10]: вещество, поле (в классическом смысле) , материальные объекты неясной физической природы.

Наличие множества форм физической материи противоречит выше приведенному утверждению: одна форма движения материи — одна форма материи. Для устранения этого противоречия проведем анализ форм физической материи по критерию их материальности.

Вещество в физике [11] понимается, как правило, как вид материи, состоящий из фермионов или содержащий фермионы наряду с бозонами; обладает массой покоя, в отличие от некоторых типов полей, как например электромагнитное. Обычно (при сравнительно низких температурах и плотностях) вещество состоит из частиц, среди которых чаще всего встречаются электроны, протоны и нейтроны. Последние два образуют атомные ядра, а все вместе — атомы (атомное вещество), из которых — молекулы, кристаллы и т. д.

Каждому веществу присущ набор специфических свойств — объективных характеристик, которые определяют индивидуальность конкретного вещества и тем самым позволяют отличить его от всех других веществ. К наиболее характерным физико-химическим свойствам относятся константы — плотность,температура плавления, температура кипения, термодинамические характеристики, параметры кристаллической структуры. К основным характеристикам вещества принадлежат его химические свойства.

Вещество существует в трёх агрегатных состояниях — твёрдом, жидком и газообразном [12].

Поле в физике [13] — физический объект, классически описываемый математическим скалярным, векторным,тензорным, спинорным полем (или некоторой совокупностью таких математических полей), подчиняющимся динамическим уравнениям (уравнениям движения, называемым в этом случае уравнениями поля или полевыми уравнениями — обычно это дифференциальные уравнения в частных производных).

Исторически понятие поля было введено в научный обиход М. Фарадеем, а затем применено Дж. К. Максвеллом как математическое оформление теории, ставшей основой классической электродинамики. В настоящее время понятие поля как не имеет определения, так и не раскрыта его физическая сущность. Таким образом, утверждать о том, что поле это объективная реальность, существующая вне сознания не приходится. Достаточное и необходимое обоснование нематериальности поля приведено в работе [9]:”Более сложная ситуация возникла вокруг компоненты парадигмы, содержащей представление о материи как единой сущности. Ситуация обусловлена тем, что многие философы-материалисты, наблюдая разнообразие природных процессов и несводимость их в единую теорию, стали рассматривать материю как совокупность различных ее видов или форм. В этом случае казалось, что каждому объекту природы, кардинально отличающемуся от других объектов, можно сопоставить свой вид материи. Такой подход обеспечивал сосуществование идеалистической по своему генезису науки и материалистической философии, позволял вводить необходимые поправки в трактовку физических объектов и явлений. Поправки придавали метафизической науке материалистический оттенок. Так появилось представление о различных полях как видах материи и тезис “поле — вид материи” получил широкое распространение…                …тезис “поле — вид материи” оказался не только малоэффективным, но и продуцирующим непреодолимые трудности. Дело в том, что полей в физике довольно много. Следовательно, для описания полей надо привлекать множество различных видов материи. Поскольку же вид материи — это, прежде всего, особая материя, то наш мир должен был бы состоять из множества материй. В случае множества материй, мы наблюдали бы множество миров и говорить о едином мире и единстве природы не приходится.»

Материальные объекты неясной физической природы (Тёмная материя, Тёмная энергия). Эти объекты были введены в научный обиход для объяснения ряда астрофизических и космологических явлений.

Тёмная материя [14] в астрономии и космологии, а также в теоретической физике — гипотетическая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и напрямую не взаимодействует с ним. Это свойство данной формы вещества делает невозможным её прямое наблюдение. Вывод о существовании тёмной материи сделан на основании многочисленных, согласующихся друг с другом, но косвенных признаков поведения астрофизических объектов и по создаваемым ими гравитационным эффектам. Ожидается, что обнаружение природы тёмной материи поможет решить проблему скрытой массы, которая, в частности, заключается в аномально высокой скорости вращения внешних областей галактик.

Из выше изложенного можно сделать вывод, что физическая материя имеет единственную форму, которая тождественна понятию вещества. Однако, как известно [15], «вещественное» значение термина (термин «материя» происходит от лат. materia – вещество) удерживалось вплоть до XX века, когда произошла революция в физике, означавшая кризис одностороннего, основанного на обязательном чувственном восприятии, понимания материи, составлявшего суть концепции метафизического материализма. В философском отношении значение этой революции — разрушение последней цитадели метафизики – представления об атомах, как кирпичиках мироздания и переход на новый качественный уровень знаний о строении материи. Квантово-релятивистская физика, для которой электрон это безструктурная частица, фотон — безмассовая, а нейтрино — частица без электрического заряда и т. п., также ничего не смогла дать для развития представлений о физической материи.

В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит системный подход[16], согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм или галактика, может быть рассмотрен как сложное образование, включающее составные части, организованные в целостность. Очевидно, что решение проблемы представления физической материи невозможно без использования методологии системного анализа. В данной работе в качестве такой методологии используется общая теория систем Ю. Т. Урманцева (ОТС) [17], отличающаяся от других полнотой, достаточностью и алгоритмизируемостью процесса системного анализа.

Определение понятия физической материи проведено с использованием С-метода ОТС . В соответствии с С-методом построим систему материи.

Исходя из системного подхода к природе вся материя делится на два больших класса материальных систем — неживую и живую природу. В системе неживой природы структурными элементами являются: элементарные частицы, атомы, молекулы, поля, макроскопические тела, планеты и планетные системы, звезды и звездные системы, галактики, метагалактики и Вселенная в целом. Соответственно в живой природе основными элементами выступают белки и нуклеиновые кислоты, клетка, одноклеточные и многоклеточные организмы, органы и ткани, популяции, биоценозы, живое вещество планеты.

По основанию критерия материальности выделим множество первичных элементов, все многообразие которых представлено в виде объектов живой и неживой природы. В современной физике это многообразие объектов обычно распределяют в три группы: микромир, макромир и мегамир [18]. Микромир, макромир и мегамир тесно связаны между собой.

Наложим на эти элементы отношения взаимосвязи и взаимодействия.

На рубеже XX и XXI веков стало интенсивно развиваться новое научное направление, называемое уровневой физикой.[19] Основная ее идея заключается в том, что движущаяся материя имеет несколько структурных уровней и что каждому уровню структуры материи соответствуют свои материальные объекты, характеризуемые энергией, размер порядка которой соответствует только данному уровню. Из этого следует, что каждому уровню структуры материи соответствует своя среда. Различие между структурными уровнями заключается в различии свойств материальных объектов, заполняющих среду каждого уровня. При этом объекты конкретного структурного уровня материи состоят из объектов среды иерархически более высокого структурного уровня. И более высокие уровни вложены в более низкие уровни.

В соответствии с агрегатным состоянием вещества (твердое тело, жидкость, газ ), а также с его структурными уровнями организации образуем множество композиций системы.

На основании вышеизложенного дадим следующее определение.

Физическая материя это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих объектов живой и неживой природы, структурированных уровнями организации и находящихся в одном из агрегатных состояний.

На основе данного определения построим систему классификации физической материи.

В физической материи выделяются два больших класса материальных систем: системы неживой природы и системы живой природы. По другому критерию – масштабам представления – выделяют три основных структурных уровня материи:

микромир – мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16 см, а время жизни – от бесконечности до 10-24 секунды;

макромир – мир макрообъектов, соизмеримых с человеком и его опытом. Пространственные величины макрообъектов выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах (106 – 107 см), а время – в секундах, минутах, часах, годах, веках;

мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояния в котором измеряются астрономическими единицами, световыми годами и парсеками (до 1028 см), а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет.

По структурному уровню организации:

эфир;

элементарные частицы;

атомы;

молекулы;

макроскопические тела;

планеты и планетные системы;

звезды и звездные системы;

галактики;

метагалактика (наблюдаемая часть Вселенной);

Вселенная.

 

В соответствии с агрегатным состоянием вещества:

твердое тело,

жидкость,

газ.

 

Выводы. Основной  для решения кризисных проблем в физике, в частности, представление физической материи, является диалектический материализм, играющий важную методологическую и мировоззренческую роль в интеграции современных научных знаний в условиях научно-технической революции, в частности, давшее новое универсальное определение понятию материи.

Приведен анализ существующих видов материи и их соответствии онтологическому понятию материи.

На основе методологии системного анализа ОТС дано определение физической материи, устраняющее теоретический разрыв между онтологическим и физическим пониманием материи.

На основе методологии системного анализа ОТС предложен алгоритм классификации физической материи. Результат отражен в Таблице. Классификация физической материи.

Предложенная классификация физической материи является следствием закона композиции, который накладывает на физическую материю ряд ограничений, одним из которых является агрегатное состояние газ для всех структурных уровней организации материи. Это ограничение окончательно обосновывает нематериальность таких видов материи, как поле и материальные объекты неясной физической природы.

Таблица. Классификация физической материи.

1

Литература:

  1. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Классическая физика.
  2. http://arxiv.su/blogs/users/pkaravdin/63526/ Каравдин П. А. О ПРИЧИНЕ КРИЗИСА ФИЗИКИ.
  3. http://ritz-btr.narod.ru/index.html#O Семиков С. КРИЗИС КЛАССИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ НАЧАЛА XX ВЕКА: БЫЛА ЛИ НЕКЛАССИЧЕСКАЯ ФИЗИКА ВЫХОДОМ ИЗ НЕГО?
  4. Ленин В.И. Материализм и эмпириокритицизм. Полн. Собр. соч.. Т.18. С.131.
  5. Энгельс Ф., Анти-Дюринг, стр. 56—57, Госполитиздат, 1950.
  6. Фриш С.Э. Представление о массе и энергии в современной физике // УФН. — 1952. — Т. 48, вып. 10. 7.
  7. http://psylib.org.ua/books/konst01/index.htm Ф.В.Константинов и др. ДИАЛЕКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛИЗМ В кн.: Основы марксистской философии. 2-е изд., с. 69-294 М.: Политиздат, 1963.
  8. Бородай T. Ю. Новая философская энциклопедия: В 4 тт. М.: Мысль. Под редакцией В. С. Стёпина. 2001.
  9. Блинов В.Ф. Физика материи. Киев, 2009. – 422 с.
  10. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Материя_(физика).
  11. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Вещество.
  12. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Агрегатное состояние.
  13. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Поле (физика).
  14. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Темная материя.
  15. http://www.studfiles.ru/all-vuz/184/folder:4980/ философия. Революция в науке конца XIX– начала XX веков и ее значение в дальнейшем развитии современного материалистического взгляда на мир.
  16. http://www.enc-dic.com/enc_epist/Sistemn-podhod-665.html Системный подход. Энциклопедия эпистемологии и философия науки .
  17. http://www.sci.sha.ru Урманцев Ю.Т. ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМ: СОСТОЯНИЕ, ПРИЛОЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ.
  18. http://www.gumer.info/bibliotek_Buks/Science/guseihan/index.php Гусейханов М., Раджабов О. Концепции современного естествознания: Учебник. М. — 2007 .
  19. http://www.physicalsystems.org/ Коган И.Ш. Что такое материя, движение, среда, вещество?

Лямин В. С.,  Лямин Д. В.

г. Львов

1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звёзд6 звёзд7 звёзд8 звёзд9 звёзд10 звёзд (Еще не оценили)
Загрузка...


Вы можете оставить комментарий к записи