Главная > Документ


3.4. ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ БОЛЕЕ ВЫСОКОГО УРОВНЯ РАЗВИТИЯ АТОМИЗМА

Противоречия между существовавшими представлениями классической физики и экспериментальными данными, полученными Э. Резерфордом, были решены в 1913 г. датским ученым Н. Бором, который сделал вывод о необходимости принятия принципиально новой теории — квантовой — для построения модели атома. Применимость квантовых представлений и разработка квантовой теории Н. Бором создали возможность систематизировать и объяснить огромный экспериментальный материал. Постулаты Бора правильно отражали закономерности движения частиц и давали возможность подойти к раскрытию внутренних процессов атома. Однако у теории Бора были недостатки:

1. Постулаты Бора являлись гениальной догадкой.

2. Рассматривая орбиты, Бор пользовался методами классической физики, а объяснял излучение с квантовой точки зрения, т. е. использовал как классические, так и квантовые представления.

3. Постулаты были промежуточной фазой между классической и квантовой механикой, которая была сформирована в 20-х гг. XX в.

Значение теории Бора:

? показала неправомерность абсолютизации классических принципов в физике;

? вскрыла ограниченность ньютоновских представлений;

? убедила научный мир в том, что господствующая физическая теория дает приблизительное, относительно верное описание явлений действительности и в процессе развития науки будет неизменно обогащаться, уточняться, полнее отражать действительность, способствуя созданию более последовательных фундаментальных теорий.

Это не означает, что отжившая теория теряет всякую научную ценность. Возникшая новая теория определяет границы применимости старой теории, т. е. указывает рамки ее применимости, использования и получения значительного научного эффекта.

Все это относится к теории Бора, так как она создала предпосылки для создания нового, более высокого уровня развития атомизма — квантовой теории атомных процессов.

3.5. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМА

Квантовая теория строения атома — это определенный раздел квантовой механики, объясняющий разнообразие свойств мельчайших частиц вещества. Основоположники ее — австрийский физик-теоретик Э. Шредин-гер, французский физик Л. де Бройль и немецкий физик-теоретик В. Гейзенберг — показали наличие у микрочастиц ряда новых особенностей, которые определяли характер современного атомизма:

? корпускулярно-волновой природы элементарных частиц;

? то, что волновые характеристики — это различные проявления единого материального образования. Исследования Л. де Бройля показали, что квантово-

механическая природа есть у всех видов материи. Классическая механика исключала возможность дифракции электрона, протона, нейтрона, а экспериментальные данные подтвердили гипотезу де Бройля и определили новый подход к пониманию процессов микромира.

Совершенно новыми оказались и свойства объектов современной атомистики. Принятые в классической механике понятия, характеризующие положение частицы в пространстве и ее движение, теряют теперь всякий смысл. В классической физике траектория давала возможность описать путь, она могла быть представлена в виде линии. В современном атомизме частицы не имеют траектории: можно лишь указать область пространства, в котором имеется определенная вероятность обнаружить частицу.

3.6. СУЩЕСТВЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ АТОМИЗМА XX в.

К существенным особенностям атомизма XX в. можно отнести следующие:

1. Состояние частицы не может быть определено классическими понятиями.

2. Вводится волновая функция, дающая полное кванто-во-механическое описание физического состояния частицы.

3. Обнаруживается всеобщая взаимопревращаемость элементарных частиц, обоснованная огромным экспериментальным материалом, которая выражает взаимную связь и взаимопревращение объектов микромира и свидетельствует о качественном многообразии форм материи и их взаимообусловленности.

Таким образом, открытие квантово-механических свойств привело к переосмыслению соотношения дискретности и непрерывности.

3.7. КОНТИНУАЛЬНАЯ КОНЦЕПЦИЯ

Сложившиеся к началу XIX в. представления о строении материи были односторонними и не давали возможности объяснить ряд экспериментальных факторов. Разработанная М. Фарадеем и Дж. Максвеллом в XIX в. теория электромагнитного поля показала, что признанная концепция не может быть единственной для объяснения структуры материи. В своих работах М. Фарадей и Дж. Максвелл показали, что поле — это самостоятельная физическая реальность.

Таким образом, в науке произошла определенная переоценка основополагающих принципов, в результате которой обоснованное И. Ньютоном дальнодействие заменялось близкодействием, а вместо представлений о дискретности выдвигалась идея непрерывности, получившая свое выражение в электромагнитных полях.

Вся обстановка в науке в начале XX в. складывалась так, что представления о дискретности и непрерывности материи получили свое четкое выражение в двух видах материи: веществе и поле, различие между которыми явно фиксировалось на уровне явлений микромира. Однако дальнейшее развитие науки в 20-е гг. показало, что такое противопоставление является весьма условным.

3.8. КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ

В 1900 г. М. Планк показал, что энергия излучения или поглощения электромагнитных волн не может иметь произвольные значения, а кратна энергии кванта, т.е. волновой процесс приобретает окраску дискретности. Идея Планка о дискретной природе света получили свое подтверждение в области фотоэффекта. Де Бройль открыл примерно в это же время у частиц волновые свойства (дифракция электрона).

Таким образом, частицы неотделимы от создаваемых ими полей и каждое поле вносит свой вклад в структуру частиц, обуславливая их свойства. В этой неразрывной связи частиц и полей можно видеть одно из наиболее важных проявлений единства прерывности и непрерывности в структуре материи.

Для характеристики прерывного и непрерывного в структуре материи следует также упомянуть единство корпускулярных и волновых свойств всех частиц и фотонов. Единство корпускулярных и волновых свойств материальных объектов представляет собой одно из фундаментальных противоречий современной физики и конкретизируется в процессе дальнейшего познания микроявлений. Изучение процессов макромира показали, что прерывность и непрерывность существуют в виде единого взаимосвязанного процесса. При определенных условиях макромира микрообъект может трансформироваться в частицу или поле и проявлять соответствующие им свойства.

3.9. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ

В соответствии с достижениями квантовой физики основополагающим понятием современного атомизма является понятие элементарной частицы, но им присущи такие свойства, которые не имели ничего общего с атомизмом древности.

Развитие физики микромира показало неисчерпаемость свойств элементарных частиц и их взаимодействий. Все частицы, имеющие достаточно большую энергию, способны к взаимопревращениям, но при соблюдении ряда законов сохранения. Число известных элементарных частиц постоянно растет и превышает уже 300 разновидностей, включая неустойчивые резонансные состояния. Важнейшим свойством частицы является ее масса покоя. По этому свойству частицы делятся на 4 группы:

1. Легкие частицы — лептоны (фотон, электрон, позитрон). Фотоны не имеют массы покоя.

2. Частицы средней массы — мезоны (мю-мезон, пи-мезон).

3. Тяжелые частицы — барионы. К ним относятся нуклоны — составные части ядра: протоны и нейтроны. Протон — самый легкий барион.

4. Сверхтяжелые — гипероны. Устойчивых разновидностей немного:

? фотоны (кванты электромагнитного излучения);

? гравитоны (гипотетические кванты гравитационного поля);

? электроны;

? позитроны (античастицы электронов);

? протоны и антипротоны;

? нейтроны;

? нейтрино — самая загадочная из всех элементарных частиц.

Нейтрино было открыто в 1956 г., тогда как название его было дано в 1933 г. Э. Ферми, а гипотезу о его существовании высказал в 1930 г. швейцарский физик В. Паули. Нейтрино играет большую роль в космических процессах во всей эволюции материи во Вселенной. Время их жизни практически бесконечно. По подсчетам ученых, нейтрино уносят значительную долю излучаемой звездами энергии. Наше Солнце теряет за счет излучения нейтрино примерно 7% энергии, на каждый квадратный сантиметр Земли перпендикулярно солнечным лучам ежесекундно падает примерно 300 миллионов нейтрино. Однако они не регистрируются нашими органами чувств и приборами ввиду их слабого взаимодействия с веществом. Дальнейшая судьба этого излучения неизвестна, но, очевидно, нейтрино должно вновь включиться в круговорот материи в природе. Скорость распространения нейтрино равна скорости света в вакууме.

Особенностью элементарных частиц является то, что большинство из них могут возникать при столкновении с другими частицами достаточно высокой энергии: протон большой энергии превращается в нейтрон с испусканием пи-мезона. При этом элементарные частицы распадаются на другие: нейтрон — на электрон, протон и антинейтрино, а нейтральный пи-мезон — на два фотона. Пи-мезоны, таким образом, являются квантами ядерного поля, объединяющими нуклоны и ядра.

В ходе развития науки открываются все новые свойства элементарных частиц. Взаимная обусловленносто свойств частиц свидетельствует о сложной их природе, наличии многогранных связей и отношений. В зависимости от специфики элементарной частицы может появиться тот или иной вид взаимодействия: сильное, электромагнитное, слабое. Сильное взаимодействие обуславливается ядерными силами, оно обеспечивает устойчивость атомных ядер. Электромагнитные взаимодействия, слабые взаимодействия — в процессах распада нейтронов, радиоактивных ядер и предполагают участие в этих взаимодействиях нейтрино. Слабые взаимодействия в 1010—1012 раз слабее сильных. Этот вид взаимодействий в настоящее время достаточно хорошо изучен.

У большинства элементарных частиц есть античастицы, отличающиеся противоположными знаками электрических зарядов и магнитных моментов: антипротоны, антинейтроны и т.д. Из античастиц могут быть образованы устойчивые атомные ядра и антивещество, подчиняющееся тем же законам движения, что и обычное вещество. В больших количествах антивещество в космосе не обнаружено, поэтому существование «антимира», т.е. галактик из антивещества является проблематичным.

Таким образом, с каждым новым открытием строение микромира уточняется и оказывается все более сложным. Чем глубже мы уходим в него, тем больше новых свойств обнаруживает наука.

3.10. ВЫВОДЫ

1. Наука идет по пути дальнейшего познавания все новых свойств неисчерпаемости материального мира.

2. Современный атомизм обогащает и конкретизирует такие основные категории, как единство мира, неисчерпаемость материи, всеобщая взаимосвязь и взаимодействие материальных объектов и т.п.

ТЕМА 4. СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ. МИКРО-, МАКРО- И МЕГАМИРЫ

4.1. МАТЕРИЯ. ВСЕОБЩИЕ АТРИБУТЫ МАТЕРИИ

Слово «материя» многозначно. В быту им пользуются для обозначения той или иной ткани. Иногда придают иронический смысл, говоря о «высокой материи». Человека окружает множество различных вещей и процессов: животные и растения, машины и инструменты, химические соединения, произведения искусства, явления природы и т.д. Современная астрономия сообщает, что видимая Вселенная насчитывает сотни тысяч звезд, звездных туманностей и других небесных тел. У всех предметов и явлений, несмотря на их разнообразие, есть общая черта: все они существуют вне сознания человека и независимо от него, т.е. являются материальными. Люди открывают все новые и новые свойства природных тел и процессов, производят бесконечное множество несуществующих в природе вещей, следовательно, материя, как уже отмечалось выше, неисчерпаема.

Из свойств материальных объектов можно выделить всеобщие, универсальные, называемые атрибутами. К всеобщим атрибутам материи относятся: связь, взаимодействие, движение, пространство и время, структурность, системная организация, вечность во времени, структурная и пространственная бесконечность, способность к саморазвитию, отражение, единство прерывности и непрерывности, о котором говорилось выше.

Материя и ее атрибуты несотворимы и неуничтожимы, существуют вечно и бесконечно разнообразны по форме своих проявлений. 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 в мозгу человека и являются высшей формой отражения внешнего мира.

4.2. СТРУКТУРА И СИСТЕМНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МАТЕРИИ

Структурность и системная организация материи относятся к числу ее важнейших атрибутов, выражают упорядоченность существования материи и те конкретные формы, в которых она проявляется.

4.2.1. Структура материи

Под структурой материи обычно понимают ее строение в макромире, т.е. существование в виде молекул, атомов, элементарных частиц и т.д. Это связано с тем, что человек является макроскопическим существом и для него привычными являются макроскопические масштабы, поэтому понятие структуры ассоциируется обычно с различными микрообъектами.

Но если рассматривать материю в целом, то понятие структуры материи будет охватывать также макроскопические тела, все космические системы мегамира, причем в любых сколь угодно больших пространственно-временных масштабах. С этой точки зрения, понятие «структура» проявляется в том, что она существует в виде бесконечного многообразия целостных систем, тесно взаимосвязанных между собой, а также в упорядоченности строения каждой системы. Такая структура бесконечна в количественном и качественном отношениях.

4.2.2. Структурная бесконечность материи

Проявлениями структурной бесконечности материи выступают:

? неисчерпаемость объектов и процессов микромира;

? бесконечность пространства и времени;

? бесконечность изменений и развития процессов.

Из всего многообразия форм объективной реальности эмпирически доступной всегда остается лишь конечная область материального мира, которая ныне простирается в масштабах от 10-15 до 1028 см, а во времени — до 2х109 лет.

4.3. СИСТЕМНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КАК АТРИБУТ МАТЕРИИ

Структурность и системная организация материи относятся к числу важнейших ее атрибутов. Они выражают упорядоченность существования материи и те ее конкретные формы, в которых она проявляется.

Материальный мир един: мы подразумеваем, что все его части — от неодушевленных предметов до живых существ, от небесных тел до человека как члена общества — так или иначе связаны.

Системой является то, что определенным образом связано между собой и подчинено соответствующим законам.

Системы бывают объективно существующие и теоретические, или концептуальные, т.е. существующие лишь в сознании человека.

Система — это внутреннее или внешнее упорядоченное множество взаимосвязанных и взаимодействующих элементов.

Упорядоченность множества подразумевает наличие закономерных отношений между элементами системы, которое проявляется в виде законов структурной организации. Внутренняя упорядоченность имеется у всех природных систем, возникающих в результате взаимодействия тел и естественного саморазвития материи. Внешняя характерна для созданных человеком искусственных систем: технических, производственных, концептуальных и т.п.

4.4. СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ

Структурные уровни материи образованы из определенного множества объектов какого-либо класса и характеризуются особым типом взаимодействия между составляющими их элементами.

Критерием для выделения различных структурных уровней служат следующие признаки:

? пространственно-временные масштабы;

? совокупность важнейших свойств;

? специфические законы движения;

? степень относительной сложности, возникающей в процессе исторического развития материи в данной области мира;

? некоторые другие признаки.

4.4.1. Микро-, макро- и мегамиры

Известные в настоящее время структурные уровни материи могут быть выделены по вышеперечисленным признакам в следующие области.

1. Микромир. Сюда относятся:

? частицы элементарные и ядра атомов — область порядка 10-15 см;

? атомы и молекулы 10-8—10-7 см.

2. Макромир: макроскопические тела 10-6—107 см.

3. Мегамир: космические системы и неограниченные масштабы до 1028 см.

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. Если принять энергию гравитационного взаимодействия за единицу, то электромагнитное взаимодействие в атоме будет в 1039 больше, а взаимодействие между нуклонами — составляющими ядро

частицами — в 1041 раз больше. Чем меньше размеры материальных систем, тем более прочно связаны между собой их элементы.

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, начиная от элементарных частиц и кончая Метагалактикой.

Говоря о структурности — внутренней расчлененности материального бытия, можно отметить, что сколь бы ни был широк диапазон мировидения науки, он тесно связан с обнаружением все новых и новых структурных образований. Например, если раньше взгляд на Вселенную замыкался Галактикой, затем расширился до системы галактик, то теперь изучается Метагалактика как особая система со специфическими законами, внутренними и внешними взаимодействиями.

4.4.2. Структурные уровни различных сфер

В современной науке широко используется метод структурного анализа, при котором учитывается системность исследуемых объектов. Ведь структурность — это внутренняя расчлененность материального бытия, способ существования материи. Структурные уровни материи образованы из определенного множества объектов какого-либо вида и характеризуются особым способом взаимодействия между составляющими их элементами, применительно к трем основным сферам объективной действительности эти уровни выглядят следующим образом.

СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ МАТЕРИИ

п/п

Неорганическая природа

Живая природа

Общество

1

Субмикроэлементарный

Биологический макромоле-

кулярный

Индивид

2

Микроэлементарный

Клеточный

Семья

3

Ядерный

Микроорганический

Коллективы

4

Атомарный

Органы и ткани

Большие социальные группы (классы, нации)

5

Молекулярный

Организм в целом

Государство (гражданское общество)

6.

Макроуровень

Популяции

Системы государств

7

Мегауровень (планеты, звездно-планетные системы, галактики)

Биоценоз

Человечество в целом

8

Метауровень (метагалактики)

Биосфера

Ноосфера



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Серия «высшее образование» концепции современного

    Документ
    Серия «Высшееобразование» С. Г. Хорошавина КОНЦЕПЦИИСОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ КУРС ЛЕКЦИЙ ... курсу «Концепциисовременного естествознания» . . 464 Серия «Высшееобразование» Хорошавина Светлана Георгиевна Концепциисовременного естествознания КУРС ...
  2. Серия «высшее образование» организация работы с

    Список учебников
    серия «ВЫСШЕЕОБРАЗОВАНИЕ» Государственный Университет управления ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ С ДОКУМЕНТАМИ Учебник Рекомендовано Министерством образования ... но и другие современные средства обработки инфор­мации. Концепция СППР требует пересмотра ...
  3. Серия «ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ» М А Р К Е Т И Н Г КУРС ЛЕКЦИЙ Москва ИНФРА-М 1999

    Курс лекций
    Серия «ВЫСШЕЕОБРАЗОВАНИЕ» Л.Е.БАСОВСКИЙ М А Р К Е Т И Н Г КУРС ЛЕКЦИЙ Москва ИНФРА-М ... в середине» и стать убыточной. КОНЦЕПЦИЯ СТРАТЕГИЧЕСКИХ ХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ Современнаяконцепция стратегического планирования предусматривает при ...
  4. Высшее образование тенденции развития (3)

    Аннотированный список
    ... в Болонском процессе 16. Нечаев, В. Д. О концепциисовременного гуманитарного образования [Текст] / В. Д. Нечаев // Высш. образование в России. - 2011. - № 3. - С. ... высшегообразования (на примере США) [Текст] / С. В. Борзов // Вестн. Моск. ун-та. Сер ...
  5. Качество высшего образования концепции проблемы решения аннотированный список литературы самара 2009

    Аннотированный список
    ... ВЫСШЕГООБРАЗОВАНИЯ:КОНЦЕПЦИИ ... современный уровень развития высшегообразования, обеспечение и гарантирование качества высшегообразования , квалиметрию образования ... Самарского государственного технического университета. Сер.: Технические науки. — 2007 ...

Другие похожие документы..