Материя все что существует
Материя и энергия: ложная дихотомия
Как учёный и специалист, пишущий на научные темы, я испытываю раздражение от такой терминологии, не потому, что она абсолютно неправильная, а потому, что такие разговоры вводят в заблуждение людей, не занимающихся наукой. Для физиков она мало что означает. Эти поэтические эпитеты относятся к тому, что чётко определено в математике и экспериментах, и двусмысленные определения просто коротко выражают длинные точные фразы. Но тех, кто не является экспертом, это очень запутывает, поскольку в каждом из контекстов используется своё определение материи, и своё значение слова «энергия» – иногда даже архаичное или просто неправильное. И любой из способов подразумевает, что всё существующее может быть либо материей, либо энергией – а это не так. На самом деле материя и энергия вообще относятся к разным категориям – это как говорить в одном предложении о яблоках и орангутангах, или о небесах и червях, или о птицах и пляжных мячах.
На этом сайте я постараюсь быть более точным, чтобы помочь читателю избежать путаницы, возникающей из такого способа выражаться.
Вкратце
Поскольку статья длинная, я надеюсь, что она будет информативной и просветит всех, кто любит углубляться в детали. А тут я просуммирую всё, что в ней говорится:
• Материя и энергия не принадлежат к одному классу понятий и не должны образовывать в представлении человека какую-то пару.
• Материя – термин неоднозначный. Для неё существует несколько разных определений, использующихся как в научной литературе, так и в научно-популярной. Каждое определение охватывает определённое подмножество частиц. То есть, материя – это всегда какое-то вещество, но какое именно – зависит от контекста.
• Энергия – термин однозначный (по крайней мере, в физике). Но энергия – это не вещество. Это то, что есть у вещества.
• Термин «тёмная энергия» вносит путаницу, поскольку это не только энергия. Это и не вещество. Какое-то вещество может частично отвечать за её присутствие, но детали нам неизвестны.
• Фотоны не нужно называть «энергией», или «чистой энергией». Все частицы – это возмущение полей, и у них есть энергия. Фотоны ничем особенным не выделяются. Фотоны – это вещество, а энергия – нет.
• Всё вещество Вселенной состоит из полей (простейших составляющих Вселенной) и их частиц. Это точка зрения относится ко времени после 1973 года.
Что такое материя (и энергия)?
Для начала определимся с терминами.
«Материя» – ужасно многозначный термин. Для него нет универсального определения, не зависящего от контекста. В различных местах используются как минимум три определения. Материей могут называть:
1. Атомы, основные строительные блоки того, что мы воспринимаем, как «материал» – стол, воздух, камень, кожа, апельсиновый сок – и те частицы, из которых состоят сами атомы, включая электроны, а также протоны и нейтроны, составляющие ядро атома.
2. Элементарные «материальные частицы» природы: электроны, мюоны, тау, три типа нейтрино, шесть типов кварков – все типы частиц, не переносящих взаимодействия (т.е. кроме фотонов, глюонов, гравитонов, W и Z). Интересно, что частица Хиггса не желает укладываться в эту удобное разделение на частицы материи и частицы взаимодействий, потому, что эта классификация изначально немного искусственная.
3. Классы частиц, которые можно встретить во Вселенной, и которые в среднем двигаются медленнее света.
По любому из этих определений электроны будут относиться к материи (хотя по третьему определению они не были материей в ранние периоды истории Вселенной, когда она была гораздо горячее). По второму определению мюоны – это тоже материя, как и нейтрино, хотя из них не состоит никакой обычный материал. По третьему определению некоторые нейтрино могут быть материей, а могут и не быть, а тёмная материя однозначно будет материей, даже если окажется, что она состоит из нового типа частиц, переносящих взаимодействия. Мне очень жаль, что эти определения настолько запутаны, но если вы хотите знать, что означает «материя» в различных книгах и статьях, вам нужно разобраться в разных способах использования этого термина.
Аннигиляция частиц и античастиц – это не превращение материи в энергию
Рассмотрим такое представление, как «материя и антиматерия, аннигилирующие в чистую энергию». Проще говоря, это неправда, по нескольким причинам.
Чуть выше я дал вам три разных определения материи. Рассказывая про аннигиляцию частиц и античастиц, докладчик может иметь в виду первое или второе из них. Я хочу обсудить аннигиляцию электрона и антиэлектрона (или позитрона), или аннигиляцию мюона и антимюона. Детали этого процесса описаны в статье про аннигиляцию частиц и античастиц.
Что имеется в виду под «чистой энергией»? Чаще всего так описывают фотоны, и обычно – в контексте электрона и позитрона (или другой массивной частицы и античастицы). Но так делать очень плохо. Энергия – это то, чем обладают фотоны, а не то, чем они являются. У меня есть рос и вес – но это не означает, что я – это рост и вес.
Термин «чистая энергия» – смесь поэзии, краткого описания и мусора. Поскольку у фотонов нет массы, у них нет энергии массы, поэтому их энергия – это «чисто энергия движения». Но это не то же самое, что сказать: «Фотон – это ‘чистая энергия’», что в строгой физике, что в представлении дилетанта. Фотоны – это частицы, такие же, как электроны. И те, и другие – это рябь соответствующих полей, и у обоих есть энергия. У аннигилировавших электрона и позитрона тоже есть энергия – столько же энергии, сколько будет у фотонов, в которые они аннигилировали, поскольку энергия сохраняется (общее количество энергии не изменяется при аннигиляции).
Более того, процесс превращения мюона и антимюона в два фотона происходит точно так же и случается почти с такой же вероятностью, как процесс превращения мюона и антимюона в электрон и позитрон, то есть аннигиляцию материи и антиматерии в другой тип материи и антиматерии. Неважно, какими словами выражаться, всё равно нельзя сказать, что материя и антиматерия всегда аннигилируют во что-то, что можно было бы даже приближённо называть «энергией»; существуют другие возможности.
Поэтому я не использую в статьях выражения «материя и энергия», говоря об аннигиляции. Я просто называю процесс его именем:
частица 1 + античастица 1 → частица 2 + античастица 2
При такой терминологии понятно, почему мюон и антимюон аннигилируют в два фотона, или в электрон и позитрон, или в нейтрино и антинейтрино одинаковым способом. Это всё процессы одного класса. Не нужно создавать несуществующей классификации, запутывающей универсальность процесса аннигиляции частицы/античастицы.
В общем и целом, материя и энергия – это ещё не всё
Почему люди иногда говорят о «материи и энергии», будто всё вокруг – это либо материя, либо энергия? Не знаю, в каком контексте изобрели это выражение. Язык отражает историю, и часто медленно реагирует на новую информацию. Часть проблемы в том, что с 1900 по 1980 происходили огромные изменения в физических концепциях, связанных с миром и с тем, из чего он состоит. Сейчас этот процесс почти остановился. В течение моей карьеры он был удивительно стабильным.
Наше текущее представление о физическом мире сформировалось благодаря широкому кругу экспериментов и открытий, случившихся в 1950-е, 60-е и 70-е. Но предыдущие способы мышления и рассуждения по поводу физики частиц не вымирали вплоть до 1980-х и 90-х, когда я учился и был молодым учёным. И неудивительно – у людей, выросших со старыми представлениями, уходит много времени на то, чтобы перестроится на новые, а некоторые так и не перестраиваются. Новому видению требуется время для того, чтобы оформиться и разобраться со всеми мелкими недостатками.
Сегодня, говоря о мире в контексте современной точки зрения, в первую очередь нужно говорить о «полях и их частицах». Поля – основные составляющие мира, согласно современной доминирующей парадигме. Поля кажутся нам более фундаментальными, чем частицы, поскольку элементарной частицы без поля не бывает, а поле без частицы – бывает. Но получается так, что у каждого из известных нам полей есть известная нам частица.
Что же общего у «полей и частиц» с «материей и энергией»? Мало чего. Некоторые поля и частицы вы могли бы назвать «материей», но какие из них – материя, а какие – нет, зависит от используемого вами определения материи. Но у всех полей и частиц может быть энергия, при этом они энергией не являются.
Частицы материи и частицы взаимодействий
В своих статьях я разделяю известные частицы на «частицы материи» и «частицы взаимодействий». Мне это не нравится, поскольку такое разделение искусственно. Пока что оно работает; частицы взаимодействий и их античастицы ассоциируются с четырьмя известными нам на сегодня взаимодействиями в природе, а частицы материи и их античастицы – это всё остальное. Во многих случаях такое разделение удобно. Но на Большом адронном коллайдере мы можем открыть частицы, не укладывающиеся в эти категории, и даже с частицей Хиггса есть определённые проблемы.
Существует совсем другое разделение, имеющее смысл: то, что я называю частицами материи, это фермионы, а то, что я называю частицами взаимодействий – это бозоны. Но и это может поменяться после новых открытий.
На самом деле всё сводится к тому, что все частицы в природе – это просто частицы, некоторые из которых служат античастицами друг другу, и не существует уникального способа поделить их на классы. Я использую слова «материя» и «взаимодействие», поскольку это звучит не так абстрактно, как «фермионы» и «бозоны» – но возможно, что я пожалею об этом, поскольку мы можем обнаружить частицы, нарушающие это разделение.
Материя и энергия во Вселенной
Ещё одно место, где мы встречаем эти слова – это история и свойства космоса в целом. Мы читаем про материю, излучение, тёмную материю и тёмную энергию. Использование этих слов космологами отличается от ожидаемого – и на самом деле у них есть два-три разных значения, зависящих от контекста.
Материя и антиматерия: говорящие о них люди имеют в виду первое определение из трёх. Они обычно говорят о превалировании материи над антиматерией во Вселенной – о том, что частиц, составляющих обычное вещество (электронов, протонов и нейтронов) гораздо больше, чем их античастиц.
Материя и излучение: такое разделение подразумевает третье определение из списка. У Вселенной есть температура. Сначала она была очень горячей, а потом постепенно остывала, и теперь она находится на отметке в 2,7 градуса выше абсолютного нуля. Если у вас есть газ (или плазма) из частиц при заданной температуре T, и вы меряете энергии этих частиц, вы обнаружите, что средняя энергия движения частицы будет k T, где k – знаменитая константа Больцмана. В этом смысле, материя – это любая частица, чья энергия массы mc 2 больше средней энергии движения kT. У таких частиц скорость будет гораздо меньше скорости света. Излучение – это любая частица, чья энергия массы мала по сравнению с kT, и, следовательно, она движется со скоростью, близкой к световой.
Получается, что в этом контексте то, что является, а что – не является материей, зависит от температуры, и, следовательно, от времени! В ранней Вселенной, в которой температуры составляли триллионы градусов и больше, электрон был тем, что космологи посчитали бы излучением. Сегодня в холодной Вселенной электрон попадает в категорию материи. В современной Вселенной, согласно этому определению, по меньшей мере, два из трёх типов нейтрино – это материя, а может, и все три. Но в ранней Вселенной все три нейтрино были излучением. Фотоны всегда были и будут излучением, поскольку они безмассовые.
Что такое тёмная материя? Исходя из изучения движений звёзд и других техник, мы можем сказать, что большая часть массы галактик заключается в чём-то, что не светится, и на доказательства того, что за это не отвечают известные нам частицы, ведущие себя обычным образом, было потрачено много сил. Для объяснения этого эффекта было предложено множество теорий, и многие из них были опровергнуты (обычно путём наблюдения за внешним видом и поведением галактик). Из оставшихся теорий одна из ведущих говорит о том, что тёмная материя состоит из тяжёлых частиц неизвестного типа. Но больше о них мы ничего не знаем. Эксперименты могут дать нам новую информацию, хотя это не гарантировано. Отмечу: может оказаться, что нет смысла говорить о тёмных античастицах, поскольку частицы тёмной материи, как фотоны или Z-частицы, могут оказаться своими собственными античастицами.
А тёмная энергия? Недавно было открыто, что Вселенная расширяется с ускорением, а не с замедлением, как это было в ранние годы. Предположительно, за это отвечает то, что называется «тёмной энергией», но на самом деле это не энергия. Как любит говорить мой коллега Шон Кэррол, это напряжение, а не энергия – комбинация давления и плотности энергии. Почему же её называют энергией? Частично – из-за связей с общественностью. Тёмная энергия круто звучит. Тёмное напряжение звучит странно, как и любое другое более-менее подходящее слово. В каком-то смысле это безобидная вещь. Учёные знают, о чём идёт речь, и терминология не доставляет проблем с технической стороны. Большей части публики всё равно, о чём идёт речь, поэтому можно сказать, что с нетехнической стороны проблемы тоже нет. Но если вам действительно захочется в этом разобраться, важно понимать, что тёмная энергия – это не тёмная форма энергии, но нечто более тонкое. Более того, как и энергия, тёмная энергия – это не объект и не набор объектов, а свойство, которым могут обладать поля или комбинации полей пространства-времени. Нам пока неизвестно, что отвечает за тёмную энергию, о существовании которой мы судим по ускоряющейся Вселенной. И до того, как мы это узнаем, может пройти немало времени.
Кстати, знаете ли вы, что имеют в виду астрономы под «металлами»? Не то, что вы думаете…
Как была сотворена из ничего наша материя
«Невозможность признания, что великий и дивный мир с нами самими, как сознательными существами, возник случайно, мне кажется главным доказательством существования Бога!»
Чарльз Дарвин
Наша Вселенная расширяется с ускорением.
Причём это расширение происходит не абы как, а подчинено определённой логике. Это расширение, а также само существование материи, подчинено системе 4-х фундаментальных взаимодействий: гравитационному, электромагнитному, сильному и слабому, которые между собой очень точно отрегулированы.
Будь они чуть хуже отрегулированы, жизнь, а то и вообще существование вселенной было бы невозможным.
По поводу скорости расширения нашей Вселенной астроном Бернард Ловелл высказался так: «Если бы Вселенная расширялась на одну триллионную быстрее, то к настоящему времени во Вселенной исчезла бы вся материя… А если бы расширение происходило на одну триллионную медленнее, то уже приблизительно в первый миллиард лет существования Вселенной, гравитационные силы заставили бы её сжаться».
Что такое антропный принцип?
АП появился в современной науке, когда в результате исследований структуры Вселенной было обнаружено, что существует так называемая «тонкая подстройка» фундаментальных физических констант, т.е. что даже при небольшом изменении их численного значения Вселенная становится совершенно другой, непригодной для существования в ней человека и известных ему форм жизни.
Мир удивительно настроен на человека, если не сказать подстроен под него.
К началу XIX века утверждение о том, что Вселенная не имела начала, то есть, не имела и Творца, широко распространилась в научных и светских кругах. Карл Маркс и Фридрих Энгельс активно разрабатывали эту идею и развили ее в учение диалектического материализма, которое, получив, наконец-то, «научное обоснование», все более набирало влияние в кругах интеллигенции, и к XX веку было уже широко распространено во всей Европе.
Со временем утверждение «извечности существования Вселенной» стало одним из краеугольных тезисов атеизма, ведь если Вселенная не была сотворена и возникла случайно, то, следовательно, она не была создана Богом. Приведем цитату из книги одного из ярых сторонников идеи материализма Георга Политцера, который в начале XX века писал о невозможности существования Бога в своей книге «Принципы зарождения философии».
«Вселенная не является сотворенной кем-либо. Если бы она была сотворена, то тогда она должна была быть сотворенной Богом в определенный момент времени из Небытия. Для того чтобы принять утверждение о сотворенности Вселенной нам, прежде всего, потребуется признать, что было время, когда Вселенной не существовало, а потом она была сотворена Богом из Небытия. Но это признание неприемлемо с точки зрения науки».
Политцер выразил в этом утверждении мнение всех материалистов того времени, которые полагали, что наука работает на них и вскоре их вера будет подтверждена фактами. Однако очень скоро наука доказала то, во что так упорно не желали верить материалисты, выраженное словами Политцера «если бы она была сотворена, то … нам потребуется признать, что было время, когда Вселенной не существовало, а потом она была сотворена Богом из Небытия». Наука доказала, что Вселенная имела строго определенный миг начала бытия.
На сегодняшний день атеисты находятся в абсолютном тупике перед лицом научных фактов. Вот лишь один из примеров их реакции на факты теории Большого Взрыва, опубликованный в 1989 году в одном из самых известных органов пропаганды атеизма, в журнале «Нейчур» («Nature») его главным редактором Джоном Мэддоксом. В статье, озаглавленной «Долой Большой Взрыв» Мэддокс писал, что «теория Большого Взрыва неприемлема с точки зрения философии, ибо иначе вместе с принятием фактов Большого Взрыва мы даем мощнейшую поддержку идеям богословов о Божественной сотворенности жизни на Земле»
Более того, он предсказывал, что теория Большого Взрыва не просуществует и десяти лет. Однако, несмотря на надежды материалистов, выраженные Мэддоксом, теория Большого Взрыва получала все новые доказательства со стороны современной науки, множество открытий неоспоримо подтверждали правоту теории.
Некоторые материалисты ведут себя логичнее перед лицом этих фактов. К примеру, известный английский физик-материалист Х. Р. Липсон «пусть и не желая того», но признает сотворение Вселенной как научный факт:
«Мне кажется, что после всего открытого наукой мы должны идти дальше и признать, что единственным логичным объяснением возникновения жизни может быть лишь сотворение. Я знаю, что это сложно сделать и мне и многим ученым-физикам, таким же материалистам, как и я, но если экспериментальная наука подтверждает эти факты, мы не можем отрицать ее только лишь из – а того, что она нам не нравится».
В результате современная астрономия пришла к осознанию следующего факта: материя и время были сотворены Всевышним Создателем, не зависящим от этих двух категорий и обладающим Беспредельной Волей и Разумом. Всевышний Создатель, сотворивший нашу Вселенную – есть Великий Бог, Господь всех миров.
Применительно к человеческому обществу и его бытию можно сказать, что общественное бытие отображается на общественном сознании и таким образом определяет его, но именно отображение всеобщего Духа на последнем приводит в движение и то, и другое. Это отображение значительно шире того, что может быть описано в рамках развития производительных сил и производственных отношений, поскольку являет собой этику бытия человечества в целом. Из этого следует, что нельзя построить свободное, справедливое и процветающее общество аморальными средствами. Ускорение темпа исторического развития общества происходит благодаря тому, что чем адекватней это отображение, тем более появляется возможностей у человечества в отображении всеобщего Духа на общественное сознание.»
Великий ученый Ньютон, открывший законы движения небесных тел, как бы разоблачивший величайшую тайну мироздания, был верующим человеком и занимался богословием. Когда он произносил имя Божие, то всякий раз благоговейно вставал и снимал шляпу.
Великий Паскаль, гений математики, один из творцов новой физики, был не просто верующим, но и одним из величайших религиозных мыслителей Европы. Паскаль сказал: “Все противоречия, которые более всего, по-видимому, хотят удалить меня от позиции религии, более всего и привели к ней”.
Великий основатель всей современной бактериологии, мыслитель, глубже других проникший в тайну органической жизни – Пастер говорит: “Чем более я занимаюсь изучением природы, тем более останавливаюсь в благоговейном изумлении перед делами Творца”.
Даже Дарвин, учение которого было, потом использовано полуучеными для опровержения веры в Бога, был всю свою жизнь очень верующим человеком и в течение многих лет был церковным старостой в своем приходе. Он никогда не думал, что его учение может противоречить вере в Бога. После того, как Дарвин изложил свое учение об эволюционном развитии животного мира, его спросили, где начало цепи развития животного мира, где первое звено его? Дарвин ответил: “Оно приковано к Престолу Всевышнего”.
Великий геолог Ляйель, пишет: ” При всяком исследовании мы открываем яснейшие доказательства предусмотрительности, силы и мудрости творческого разума Бога” Ученый историк Мюллер заявляет: “Только с познанием Господа и по основательному изучению Нового Завета я стал понимать смысл истории”
С уважением, Любомир
Признают теперь ДАЖЕ современные материалисты (!!) и то, что идеальное вполне преспокойно может существовать и вне головы человека.
Вот их робкие рассуждения и частичные запоздалые признания на этот счет:
«Следует отметить, что термин «объективная реальность» в определении и означает материю, существующую реально и независимо от человека. Выше отмечалось, что объективно от человека и его сознания может существовать и идеальное. Вместе с тем, организм человека не во всем существует объективно, то есть независимо от него и его сознания. Зависимость организма человека от него самого весьма существенна по регуляции, мотивации, поддержанию нормального функционирования и другим параметрам. Идеальными признаками могут обладать другие материальные явления, особенно в культуре общества. Идеальное может признаваться и как независимое от человека объективное идеальное. В таком смысле термин «объективная реальность» может охватывать как материальную реальность (материю), так и объективно идеальное.»
Одним словом, прежний советский диамат развенчан современной наукой.
А большинство его пожилых приверженцев устремились на старости лет к Богу в храмы.
Те же, кто так и не поверили в наличие у материи сверхразумного Создателя, Творца всего сущего, из-за несоответствия их ветхих мифов о вечности материи современным строгими точным научным данным массово страдают неврозами и депрессиями.
Главную причину современной эпидемии неврозов и депрессий очень хорошо раскрыла и показала известный психолог кандидат психологических наук Марина Лебедь.
Сейчас Вы прочтете (опубликованную с согласия Марины) горькую правду-матку о главных причинах современного массового неблагополучия с пограничными расстройствами психики.
Вот перед Вами те самые мудрые пронзительные строки уважаемой Марины Лебедь:
«Метафизический страх перед смертью существует, его незримая власть над психикой огромна. Из всех критических ситуаций самыми патогенными являются те, в которых человек сталкивается со смертью. Такими ситуациями могут быть неизлечимые болезни, потеря близких родственников, участие в войне. Однако, даже вне подобных ситуаций, каждый погруженный в повседневные дела человек в глубине души знает, что победа над физической смертью иллюзия.
Негативные последствия атеистического мировоззрения колоссальны, но его разрушительные силы оценить сложно: кто считал количество людей страдающих депрессией, вызванной страхом смерти, кто считал суициды, совершенные именно по этой причине?
Человечество нуждается в новых, подлинно гуманистических мировоззренческих ориентирах, допускающих присутствие Высшего начала в Мироздании и Вечного начала в человеческой душе. Только такая система взглядов на мир дарует человеку глубокий оптимизм и веру в вечное существование его бессмертной души.»
Глава II. «Материя»
Содержание главы второй раздела второго:
• Понятие материи
• Современная наука о строении материи
• Движение
• Пространство и время
Выделив главные сферы бытия (природу, общество, сознание), мы неявно полагаем, что многообразие явлений, событий, процессов, входящих в эти сферы, объединено некоторой общей основой. Вместе с тем возникает вопрос: имеется ли нечто объединяющее между собой сами эти сферы; иначе говоря, можно ли говорить о единстве всего бесконечного разнообразия мира?
1. Понятие материи
В многовековой истории развития материалистического мировоззрения можно выделить два основных, хотя и взаимосвязанных, но все-таки достаточно четко различающихся между собой подхода к определению понятия материи. Один из них, получивший широкое распространение уже в Новое время, идет по линии определения понятия материи в контексте того, как оно относится к сознанию. Французские материалисты эпохи Просвещения (П. Гольбах, К. А. Гельвеций и др.) выработали понимание материи как всего многообразия предметов, которые, существуя независимо от человека, доступны ему с помощью органов чувств. Как писал П. Гольбах, материя «есть все то, что воздействует каким-нибудь образом на наши чувства».
2. Современная наука о строении материи
Содержание:
• Уровни организации неживой природы
• Строение материи на биологическом и социальном уровнях
В основе современных научных представлений о строении материи лежит идея ее сложной системной организации. Любой объект материального мира может быть рассмотрен в качестве системы, то есть особой целостности, которая характеризуется наличием элементов и связей между ними.
Уровни организации неживой природы. Все виды материи связаны между собой генетически, то есть каждый из них развивается из другого. Строение материи можно представить как определенную иерархию этих уровней.
Согласно современным научным взглядам, глубинные структуры материального мира представлены объектами элементарного уровня. Это прежде всего элементарные частицы. За исключением электрона, исследования которого начались еще в XIX веке, все остальные были обнаружены в XX столетии. Их свойства оказались весьма необычными, резко отличающимися от свойств макротел, с которыми мы сталкиваемся в повседневном опыте. Все элементарные частицы обладают одновременно и корпускулярными, и волновыми свойствами, а закономерности их движения, изучаемые квантовой физикой, отличаются от закономерностей движения макротел, описанных в классической физике.
Первым большим успехом на этом пути было открытие кварковой структуры адронов. Кварки оказались весьма экзотическими объектами не только потому, что у них дробный электрический заряд (1/3 или 2/3 от заряда электрона, принимаемого за 1). Само взаимодействие кварков, осуществляемое благодаря обмену глюонами, таково, что увеличение расстояния между кварками внутри адронов приводит к резкому возрастанию связывающих их сил. Поэтому в отличие от ранее известных элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов и др.) кварки пока не обнаружены в свободном состоянии. Они оказываются как бы запертыми внутри адронов. Но в эксперименте их можно прозондировать: при столкновении частиц больших энергий внутри адронов обнаруживается несколько своеобразных центров, на которых происходит рассеяние частиц и которые физика отождествляет с кварками.
Кварки и лептоны выступают в качестве базисных объектов в системе элементарных частиц. Они являются главным строительным материалом для вещества нашего мира, поскольку ядра атомов существуют благодаря взаимодействию кварков, а формирование электронных оболочек вокруг ядра приводит к образованию атомов.
Современная физика пока еще не создала единой теории элементарных частиц, на пути к ней сделаны лишь первые, но существенные шаги. Выявление общих глубинных структур частиц, участвующих в сильных взаимодеиствиях, и установление единства слабого и электромагнитного взаимодействий стимулировали разработку идеи объединения сильных, электрослабых и гравитационных взаимодействий в рамках единой теории. Иными словами, речь уже идет об исследовании субэлементарного уровня организации материи, о выяснении единой природы всех элементарных частиц. По-видимому, именно в закономерностях этого уровня скрыты основные тайны нашей Вселенной, предопределившие особенности ее эволюции. Вообще для современной науки характерно, что чем глубже она проникает в микромир, тем больше возможностей открывается для понимания крупномасштабной структуры Вселенной. Последняя не является вечной и неизменной, а представляет собой результат развития материи, своеобразную реализацию тех потенциальных возможностей, которые были заложены в глубинах микромира.
Первые шаги по пути исследования субэлементарного уровня материи привели к принципиально новым идеям о качественном многообразии вакуума. Выяснилось, что физический вакуум способен скачком перестраивать свою структуру. Такие переходы из одного состояния к другому, связанные с резким изменением характеристик системы, в физике называют фазовыми (известным их примером служат переходы воды в пар и лед). Физический вакуум тоже оказался способным к фазовым скачкам.
Эти новые идеи современной физики микромира послужили опорой необычных представлений о развитии нашей астрономической Вселенной, о ее возникновении путем взрыва, связанного с массовым рождением элементарных частиц в результате одного из фазовых переходов вакуума. Взаимодействие объектов субэлементарного уровня и возникающих на их основе элементарных частиц служит фундаментом для образования более сложных материальных систем. Из элементарных частиц строятся атомы, которые являются качественно специфическим видом материи.
Элементарные частицы, ядра атомов, ионы (атомы, потерявшие часть электронов на электронных оболочках) могут образовать особое состояние материи, подобие газа, которое называется плазмой. Огромные плазменные тела, стянутые электромагнитными, гравитационными полями, образуют звезды, представляющие особый уровень организации материи. В их недрах протекают ядерные реакции, в ходе которых одни частицы превращаются в другие, и за счет этого звезды постоянно излучают энергию.
Огромные скопления звезд, планетных систем, межзвездной пыли и газа, взаимодействующих между собой, образуют особые объекты, которые называют галактиками. Земля принадлежит к одной из таких галактик, которая представляет собой гигантскую эллипсовидную спиралеобразную систему. Основная масса звезд, относящихся к нашей галактике, сосредоточена в диске размером 100 тыс. световых лет по диаметру и толщиной в 1500 световых лет (напомним, что скорость света около 300 тыс. км/с). Наше Солнце находится на окраине галактики и вращается вокруг ее ядра, делая полный оборот за 200 млн лет (так называемый галактический год).
Ядро галактики, состоящее из очень плотного скопления звезд, разогретого межзвездного газа и пыли, а возможно, и включающее гипотетические сверхплотные тела, мы непосредственно наблюдать не можем. Солнце движется в настоящее время в той части галактического пространства, где ядро закрыто от Земли обширной пылевой туманностью. Через несколько миллионов лет Земля выйдет из-за этого «экрана», и тогда она будет подвержена излучениям, идущим от ядра. Сейчас ядро нашей галактики спокойное; оно излучает постоянный поток энергии. Но в принципе ядра галактик могут быть и активными, способными к выбросам за короткий промежуток времени (за несколько месяцев и даже недель) чрезвычайно больших количеств энергии. Не исключено, что ядро нашей галактики через определенные (хотя и весьма длительные) промежутки времени тоже может проявлять взрывную активность. Возможно, что если бы в периоды взрывных процессов Земля не была экранирована пылевыми туманностями, а была открыта, то излучения ядра влияли бы на состояние и развитие жизни на ней. Важно осознавать, что и земная жизнь, и человечество как ее часть зависят от организации космоса. Поэтому знание принципов его организации необходимо для понимания и происхождения земной жизни и наших взаимодействий с природой.
Люди являются частью сферы жизни на Земле. Благодаря постоянно увеличивающемуся производственному воздействию на окружающую среду они могут внести и (чем дальше, тем больше) вносят возмущения в динамику биосферы. На современном этапе эти возмущения становятся столь существенными, что начинают грозить необратимым вырождением биосферы. Знание ее законов, понимание своего места в ее динамике является ныне одним из условий самого человеческого существования и поэтому обретает огромную мировоззренческую ценность.
Как особый уровень организации материи, человеческое общество существует благодаря деятельности людей и включает в качестве обязательного условия своего функционирования и развития их духовную жизнь. Взаимодействие с окружающей природой, осуществляемое человеком в его практике, представляет собой не просто потребление вещества природы, которое преобразуется человеческой деятельностью. Само это преобразование опирается на законы развития мира и может быть представлено как реализация маловероятных для естественной природной среды линий ее развития.
Большинство предметов и процессов искусственно созданной человеком «второй природы» не могут самопроизвольно возникать в нашей Метагалактике. Природа не создала ни колеса, ни автомобиля, ни ЭВМ, хотя какие-то, иногда отдаленные, их аналоги можно обнаружить среди объектов естественной природной среды. Самосборка автомобиля или счетной машины на полупроводниках в самой природе без человека неосуществима, но как воплощение в материал природы человеческих целей, как опредмечивание человеческого духа эти объекты обретают реальное бытие. Эволюция создаваемой человеком искусственной природной среды есть особая линия развития материи, возможная только в рамках человеческого общества.
Понимание истории человечества как особого этапа грандиозного развития материи ставит интереснейшие мировоззренческие проблемы возможности существования иных цивилизаций, путей их развития, космического будущего человечества. Эти проблемы имеют общекультурный смысл и обсуждаются в философии. Научное мировоззрение современной эпохи расширяет масштабы понимания человеческого бытия, а развитие научной картины мира дает новый и подчас неожиданный материал для философских размышлений над вечными мировоззренческими вопросами о месте человека в мире и о будущем человечества.
3. Движение
Содержание:
• Понятие движения. Связь движения и материи
• Основные типы движения
• Формы движения материи. Их качественная специфика и взаимосвязь
Понятие движения. Связь движения и материи. Существование любого материального объекта возможно только благодаря взаимодействию образующих его элементов. Так, атом существует лишь постольку, поскольку осуществляется определенное взаимодействие между ядром и электронами, образующими оболочку атома; живые организмы существуют только благодаря определенному взаимодействию составляющих их молекул, клеток и органов; общество существует благодаря обмену деятельностью между людьми, взаимодействию различных подсистем социального организма.
Кроме внутреннего взаимодействия между элементами и частями происходит и взаимодействие объектов с внешним окружением. Они могут включаться в более сложные системы, становиться их элементами. Например, ядра и электроны, входящие в атом, могут стать составными частями молекул, из молекул могут строиться макротела и т.д.
Материя не может существовать вне движения. Любой ее объект существует лишь благодаря тому, что в нем воспроизводятся определенные типы движения. При их уничтожении объект прекращает свое существование, переходит в другие объекты, которые, в свою очередь, характеризуются определенным набором типов и форм движения. Иначе говоря, движение внутренне присуще материи. Оно так же абсолютно, как абсолютна сама материя.
Однако всем, кто знаком хотя бы с общими принципами механики, ясно, что говорить о покое можно только по отношению к некоторой системе отсчета. Наш дом покоится относительно поверхности Земли, но он вращается вместе с Землей вокруг ее оси, перемещается вместе с Землей в пространстве относительно Солнца. Вместе с Землей и Солнцем он вращается вокруг центра нашей галактики, совершая движение относительно ее ядра со скоростью примерно 250 км/с. Наконец, вследствие расширения Вселенной вместе с нашей галактикой он может удаляться от других галактик. Таким образом, те предметы, которые мы называем покоящимися, на самом деле находятся в состоянии движения.
Американский философ С. Чейз как-то сказал: когда я вижу корову, гуляющую на лугу, то это вовсе не корова, а бешеная пляска электронов. В этой метафоре заключена некоторая правильная мысль, только надо помнить, что та структура и динамика электронов, которая образует клетки, в любом живом организме воспроизводится во времени. Благодаря этому «повторению во времени» способов и видов движения, образующих предмет, он существует как качественно специфический объект, отличный от других объектов. Таким образом, понятие покоя представляет собой обозначение тех состояний движения, которые обеспечивают стабильность предмета, сохранение его качества. Поэтому покой относителен, а движение абсолютно, оно есть неотъемлемое свойство, атрибут материи.
Другой философ античности, Кратил, довел этот тезис до крайней степени относительности, утверждая, что и один раз нельзя войти в одну и ту же реку вследствие ее постоянной изменчивости. Кратил полагал, что текучесть вещей не позволяет их даже назвать, поскольку они в момент наименования уже становятся другими. Поэтому, считал он, выделить вещь можно, только указывая на нее пальцем. Идеи относительности в понимании существования вещей не раз воспроизводились в истории философской мысли. В философии XX века они были основополагающим принципом в так называемой общей семантике. Одним из ее представителей и был упомянутый американский философ Чейз. Его рассуждения о предметах как «бешеной пляске электронов» поясняли так называемый принцип нетождественности, согласно которому любой предмет никогда не равен самому себе. И значит, обозначение словом индивидуальных объектов невозможно.
В подобных рассуждениях мы сталкиваемся с противопоставлением вещи и процесса, устойчивости и изменчивости.
Обыденное человеческое мышление, как правило, расчленяет действительность на устойчивые вещи с жестко фиксированными границами и на процессы, которые рассматриваются как взаимодействие устойчивых вещей. Но философский анализ, опирающийся на научные данные, убеждает нас в том, что любая вещь есть тоже процесс. Когда даже о таких простых предметах, как стол, стул, дом, говорится, что они сохраняют свое качество, тождественны себе, то это не значит, что в них не происходят многообразные изменения. Ни положение электронов относительно ядер в молекулах древесины, из которой сделан стол, ни состояния протонов и нейтронов в ядрах не являются одними и теми же. Даже тогда, когда стол освещают солнечные лучи, в нем происходят изменения: фотоны, падающие на поверхность стола, выбивают электроны (так называемое явление фотоэффекта). Однако при всех подобных изменениях сохраняется, воспроизводится некоторый набор признаков, который позволяет говорить о столе как об определенном предмете, отличном от других предметов.
Большинство звезд проходит эту цепь превращений. Причем, если начальная масса звезды значительно больше солнечной, она может закончить свою эволюцию взрывом сверхновой и образованием остатка, в котором большая плотность вещества приведет к резкому возрастанию поля тяготения. При массе остатка, сравнимой с солнечной, возможно такое возрастание плотности под действием поля тяготения, при котором электроны будут вдавлены в протоны и возникнет очень маленькая звезда, всего в несколько десятков километров в диаметре, состоящая из нейтронов. Плотность вещества нейтронной звезды будет сравнима с плотностью атомного ядра. Такие звезды уже обнаружены (это так называемые пульсары). Если же в процессе взрывных сбрасываний вещества и исчерпания термоядерного горючего масса остатка звезды окажется более 2,5 солнечной массы, то ее дальнейшее уплотнение и возрастание вследствие этого поля тяготения могут привести к гравитационному коллапсированию звезды и образованию так называемой черной дыры. Вещество такой звезды будет падать к центру с возрастающей скоростью, но не превышающей скорость света. При околосветовых скоростях падения согласно теории относительности происходит замедление времени. Поэтому для внешнего наблюдателя время падения вещества к центру черной дыры будет постоянно увеличиваться по мере возрастания скорости падения, что обеспечивает стабильность черных дыр. Все эти экзотические превращения звезд являются примером развития в рамках уже сформировавшегося уровня организации материи в неживой природе.
Формы движения материи. Их качественная специфика и взаимосвязь. Соответственно иерархии форм материи существуют качественно разнообразные формы ее движения. Открывая новые уровни организации материи, наука соответственно обнаруживает и новые формы движения.
В новом свете предстала также проблема соотношения механического и физического движения. Раньше механические процессы рассматривались как генетическая основа физической формы движения. Наука XX века изменила эти представления. Она не только отказалась от концепции мирового эфира как механической среды, свойствами которой объясняются электромагнитные взаимодействия, но и вообще перестала рассматривать механическое движение как фундамент всех физических процессов. Скорее наоборот, механическое движение тел обусловливается глубинными процессами взаимопревращения элементарных частиц, сложными переплетениями сильных, слабых, электромагнитных и гравитационных взаимодействий. Механическое движение не связано с каким-либо отдельно взятым структурным уровнем организации материи. Это скорее аспект, некоторый срез, характеризующий взаимодействие нескольких таких уровней. Причем надо различать квантовомеханическое движение, характеризующее взаимодействие элементарных частиц и атомов, и макромеханическое движение макротел.
Современная наука внесла много нового и в понимание природы биологического движения. Были уточнены представления о ее первичных материальных носителях (кроме белковых молекул в качестве молекулярного носителя жизни были выделены ДНК и РНК). Сложилось представление о целостности биосферы как условии дифференциации и развертывания всех уровней организации живой материи и соответственно формирования различных подвидов биологической формы движения.
Будущий прогресс науки приведет, бесспорно, к открытию новых форм как материи, так и движения, уточнит и разовьет современные представления. Но уже сейчас можно прийти к выводу, что высшие формы движения материи нельзя свести, редуцировать целиком и полностью к низшим формам, скажем, нельзя описать биологические процессы, исходя только из физико-химических свойств, не учитывая качественную особенность биологического уровня организации, игнорируя процессы биоэволюции, естественного отбора и т.д. Точно так же развитие человеческого общества невозможно понять, опираясь только на биологические закономерности, не принимая во внимание особенности социального развития.
Но, критикуя механицизм и его различные проявления, нельзя забывать и об органической связи между различными уровнями организации материи, о том, что каждая высшая форма рождается из низшей и поэтому ее нельзя понять, если игнорировать эти ее генетические связи с низшей формой. Игнорирование генетических связей между качественно различными формами движения может привести к серьезному искажению истины при научном исследовании тех или иных объектов материальной действительности. Например, противопоставление сторонниками т.д. Лысенко биологического исследования методам физико-химического анализа явлений жизни, одностороннее преувеличение специфики биологического движения послужило одним из оснований для запретов на исследования в области генетики и нанесло в свое время большой ущерб биологической науке. Те же методологические изъяны характерны для концепций, резко противопоставляющих биологические и социальные стороны человеческого бытия.