Что относится к материи в физике
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].
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 = mс 2 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]
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.
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:
макромир – мир макрообъектов, соизмеримых с человеком и его опытом. Пространственные величины макрообъектов выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах (10 6 – 10 7 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 10 28 см), а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет.
Материя во Вселенной. Материя, вещество, поле, час
Это первая важная для понимания позиция.
Вторая, важная для понимания позиция это то что
материей не являются информация и абстракции.
И применительно к информации материальным может быть только носитель информации, а не сама информация.
То есть материя отдельно, пространство отдельно, и отдельно информация, все фантазии, образы, мыслеформы и глюки – все это отдельно. Они материей не являются.
Мы не сможем приснившейся дедушке гантелей разбить бабушкин телевизор.
Исходя из определение материи как «существующее в пространстве, обладающее свойствами содержание»), мы легко можем отличать материальное от нематериального, например, чем настоящий материальный (существующий в реальности) пингвин отличается от воображаемого нематериального (несуществующего в реальности).
Мы не сможем облить воображаемого пингвина краской, или закидать яйцами. Краска к нему не прилипнет, а от яиц он легко увернётся ;.
А поле с собой атомы не взяли, зацепиться друг за друга было нечем, так насквозь и проскочили.
Никакого столкновения эти атомы и не заметили, не могли заметить.
Каков совокупный объем составляющих атом дискретных объектов?
Сколько там в этом атоме мяска? Сколько там того, чего можно пощупать и какой объем оно занимает? Иногда атомы рисуют очень мясистыми. Иногда не очень.
Но если рассматривать подробнее, то между частицами есть расстояние, и каждый меньший элемент, в свою очередь опять же планетарен, а значит дискретная материя опять же занимает незначительную часть от общего объема. И это все стремится практически к нулю.
То есть изображать надлежит не мясистый атом, а тощенький.
Давайте смоделируем атом без поля.
А чтобы было наглядно, возьмем пол эскадрильи обычного размера мух и пусть они летят над московской кольцевой дорогой, прямо над машинами по большому кругу.
А в центре, в районе арбата пусть скачет главная такая протонная мушильда, а остальные мухи пусть вокруг неё главной по кольцу летают не приближаясь.
Мы получили вполне пристойную мушиную модель атома без полей.
А теперь давайте где ни будь в Лапландии разместим вторую такую же мушиную модель атома и начнем обе эти модели друг к другу приближать.
Пусть они по взрослому, летят друг на друга.
Какова вероятность, что при сближении моделей этих двух атомов они друг за друга зацепится?
И чем они зацепятся?
Жужжания много, а поля вообще нет.
Даже если какие-то две мухи друг другу точно в лоб попадут – то и в этом случае они не смогут зацепиться. Второй атом это тоже планетарная система, практически пустота.
Вероятность зацепа никакая. Цепляться без поля нечем.
Два атома при таких условиях свободно пролетают сквозь друг друга.
При такой геометрии без поля это один сплошной сквозняк.
Мы бы в принципе не смогли бы столкнуть никакие две элементарные частицы если бы у них не было поля.
Кирпичи бы сквозь друг друга замечательно пролетали.
Вот собственно, какую роль играет поле.
Без поля мы в принципе не имеем возможности взаимодействия ни на макро ни на микро уровне.
Идём дальше:
Каковы свойства поля?
Поле не имеет ни внутренней ни наружной дискретности.
То есть не имеет разрывов, а так же не имеет внешних границ как таковых.
Понять геометрию поля можно из графика распределения воздействия на расширяющуюся сферу:
График стремится к нулю но не обнуляется. Как бы далеко мы не удалялись от источника поля
Поле ослабевает но не исчезнет. Границы у поля как таковой нет.
Кроме того поле упруго.
(Магнит)
Поле фундаментально упруго, недискретно и не обладает массой.
Определение поля:
Поле – особый не обладающий массой вид материи, представляет собой непрерывный объект, расположенный в пространстве, в каждой точке которого на частицу действуют определенные по величине и направлению уравновешенные либо неуравновешенные силы.
И опять же мы не забываем, что это давно известная информация
и в рамках физической концепции вещество и поле традиционно противопоставляются друг другу как два вида материи, у первого из которых структура дискретна, а у второго— непрерывна.
Заглубимся в матчасть:
Первое что надо понимать, это то, что вся вселенная на макроуровне равномерно заполнена вещественной материей, а значит, равномерно заполнена полем.
Применительно к частицам надлежит понимать, что бытующее в науке разделение материи на категории не совсем строгое.
В литературе порой допускаются нестрогие некорректные трактовки.
Свободные частицы обладающие массой по современной научной моде относятся в самостоятельную категорию, а частицы не обладающие массой покоя в ряде случаев нестрого трактуются как поле.
И в этом месте для многих наступает недоразумение известное как корпускулярно волновой дуализм.
Причины этого мыслительного явления мы уже отдельно объясняли (в разделе корпускулярно волновой дуализм). Повторно останавливаться не будем.
В этом месте достаточно напомнить, что в научном смысле и частицы и поле и волна это по прежнему, самостоятельные понятия.
И это требование первого закона логики, который гласит:
«…иметь не одно значение — значит не иметь ни одного значения; если же у слов нет значений, тогда утрачена всякая возможность рассуждать друг с другом, а в действительности — и с самим собой; ибо невозможно ничего мыслить, если не мыслить что-нибудь одно».
Либо поле, либо частица.
Далее:
Давайте рассмотрим какие взаимные связи присущи материи.
Кирпич это материя, кирпич состоит из той части материи которую принято называть веществом
Но это еще не все.
Имеется связка вещества (а значит и любого кирпича) с полем. Каждый кирпич находится в совокупном вселенском поле.
И кроме того каждый кирпич имеет собственное поле.
Если говорить упрощая, мы можем назвать это поле полем кирпича, можем назвать гравитационным полем кирпича.
В природе нет ни одного кирпича, не окруженного собственным полем.
поле сопутствует каждому кирпичу.
Вся вещественная материя в природе имеет поле.
И в этом плане необходимо понимать, что в природе не существует вещества не имеющего своего частного поля.
И любой материальный объект в фундаментальном физическом смысле представляет из себя совокупность вещества и поля.
И это поле распределено равномерно во все стороны от вещества и по мере удаления от вещества это поле ослабевает.
То есть фундаментально у каждого объекта обладающего массой есть своё поле и кроме того все массы вселенной в совокупности формируют единое гравитационное поле вселенной.
Теперь давайте поймем: где кирпич, а где его частное поле. Частное поле привязано к кирпичу.
Если мы разделим кирпич на части и разведем эти части в стороны, то и частное поле кирпича тоже будет разделено и разнесено в стороны.
(ломаем кирпич)
Частное поле кирпича разделено и разнесено в стороны.
Теперь давайте рассмотрим, что общего между частицами связанными в рамках вещества и между несвязанными, свободными частицами.
Пример.
К чему приведет планомерное расщепление кирпича, деление кирпича
Планомерное разрушение так называемых внутренних связей кирпича.
Все без исключения внутренние связи кирпича определяются извне, со стороны базового поля. Совокупное вселенское поле создает в пространстве колоссальное напряжение, которое и определяет все внутренние связи в вещественных объектах.
Чем глубже мы расщепляем кирпич, чем меньше будет фракция, тем больше частиц будут становиться несвязанными веществом, эти частицы отделятся от кирпича и начнут перемещаться со скоростью близкой к скорости света.
Если продолжить расщепление, то все фрагменты расщепятся, высвободятся до уровня несвязанных частиц и под влиянием внешнего поля начнут перемещаться со скоростью близкой к скорости света по всем свободным направлениям.
То есть, если полностью расщепить кирпич, до уровня частиц, то кирпич умчится со скоростью света во всех свободных направлениях.
И если бы внешнего поля вообще бы не было, то кирпич бы сделал то же самое, но с гораздо большей скоростью, со скоростью превышающей скорость света (но это предмет отдельного разговора, а так же вопросы массы и так называемого нейтрино).
Для общего понимания давайте рассмотрим какая ситуация бы имела место для незаполненной веществом вселенной.
Пустая вселенная и один кирпич.
Казалось бы, да как мы это узнаем?
Но самом деле, знаем мы это абсолютно точно, потому что вариантов приложения сил к телу всего два: притяжение и отталкивание.
И так же мы знаем, что на силах прямого притяжения материя существовать не может в принципе, это технически невозможно, потому что неминуемо приводит к лавинообразному процессу обвала в материи в одну точку.
Те кто этого ещё не знает, может посмотреть доказательную часть по ссылке, либо посмотреть фильм «Равновесие в физике».
Продолжим:
Единственный возможный вариант для существования материи в пространстве это взаимное отталкивание, которое при достаточном насыщении вселенной материей приводит к комплексному приталкиванию масс друг к другу.
Тяготение это комплексное приталкивание.
Так что же будет происходить с кирпичом во вселенной не заполненной материей?
(Абсолютно пустая вселенная и один кирпич).
При таком сценарии внутренние связи кирпича обеспечить в принципе не чем. Внешнего поля, внешних сил, внешнего приталкивания нет. Все вещество кирпича без вариантов полностью расщепится и разлетится во всех направлениях, соответственно рассеется и поле кирпича.
Никакое существование никакого вещественного физического тела в таких условиях невозможно.
Во вселенной же заполненной телами, массами картина иная.
Массы «создали» общее поле,
на макроуровне вселенная заполнилась равномерно, ковер галактик.
Это поле обеспечило внутренние связи в каждом кирпиче.
И мы видим, что в реальной вселенной материя не распадается на частицы и не разлетается.
Материя: вещество, частицы, поле.
И если бы не было поля, то не было бы ни каких взаимодействий между частицами, да и самих частиц привычном понимании тоже бы не было.
С вами был Виктор Катющик.
Следите за нашими публикациями.
Подписывайтесь на видеоканал.