Современная наука о строении и свойствах материи

При самом общем подходе выделяют следующие основные формы материи:

1. Неорганическую (система неживой природы).

2. Органическую (все биологические системы).

3. Социально организованную (человек, различные виды общественных систем).

Система неживой природы – элементарные частицы (включая античастицы), атомные ядра, атомы, молекулы, макроскопические тела,

Земля, Солнце, Галактика, Метагалактика, граница и структура которой еще не установлены и т. д.

Система живой природы - молекулы ДНК и РНК как носители наследственности, комплексы белковых молекул, клетки, ткани, организм в целом. Сюда относятся семейства организмов, различные популяции животных и вся биосфера.

Социально организованная система - человек, семья, различные коллективы (производственные, научные и др.), государство, общество в целом.

Из биологических и социальных систем материи нам известны только те, которые представлены на Земле. Хотя не исключено, что в других планетных системах бесконечной Вселенной, там, где есть благоприятные условия, также может быть высокоорганизованная жизнь. Возможен и разум. По крайней мере, этого теоретически никто исключить не может.

Все три указанные формы материи можно классифицировать и по структурным признакам. Это, прежде всего - вещество, совокупность микро- и макротел, обладающих определенной массой покоя. Оно включает в себя: элементарные частицы, ядра, молекулы, живые организмы, землю и т. д. (Вещество с «античастицами» - аннигилирует, превращаясь в фотоны, кванты электромагнитного поля. Правильно говорить: не «антиматерия», а «вещество, состоящее из античастиц»).

К невещественным формам материи относятся электромагнитное поле, кванты, которые никогда не бывают в состоянии покоя. Есть много теоретических данных в пользу того, чтобы считать гравитационное поле особой формой материи. Невещественные формы материи не обладают конечной массой покоя, они имеют лишь массу движения.

Только современная наука ответила на вопрос о природе материи, занимавший умы еще древних философов: «Материя - текуча, как вода, или сыпуча, как песок?». По современным представлениям материя выступает в единстве прерывных (дискретных) и непрерывных (волновых) свойств. Внутренняя противоречивость лежит уже в основе материи, ибо каждая элементарная частица существует как единство корпускулярных и волновых свойств. То есть установлено, что материя может существовать в форме вещества и поля. Определение Лебедевым величины светового давления впервые подтвердило мысль о материальной природе света. Поле стали рассматривать как физическую реальность. Современной физике известны электромагнитные поля, передающие взаимодействие между ними, нуклонные поля, возникающие между протонами и нейтронами, мезонные поля и т. д. Поля передают взаимодействия между частицами вещества. В изучении полей большое значение имела гипотеза М. Планка о квантах. Кванты света, фотоны стали рассматриваться как реальные физические объекты.

Было установлено, что частицы подчиняются специфическим закономерностям и, прежде всего, соотношению неопределенностей. Невозможно измерить координату и импульс микрочастицы одновременно. Этот эффект объясняется двойственной природой микрообъектов.

Таким образом, наряду с материальной точкой и ее движением появилась нового рода физическая реальность, а именно поле. Исходя из механических представлений, сначала пытались рассмотреть поле как некоторое механическое состояние (движения или напряжения) гипотетической среды (эфира), заполняющей пространство. Но, несмотря на настойчивые попытки, такая механическая трактовка не увенчалась успехом, и потому постепенно привыкли рассматривать «электромагнитное поле» как последний, не сводимый ни к чему другому структурный элемент физической реальности. Это изменение понятия реальности является наиболее глубоким и плодотворным из всех тех, которые испытала физика после Ньютона.

Каковы же свойства поля?

1. Поля порождаются наличием частиц.

2. Нет локализации в пространстве. Нет границ, хотя действие может быть столь малым, что в практических расчетах им можно пренебречь.

3. Суперпозиция. Накладывание одного поля на другое.

4. Поле сплошь заполняет ту область, в которой оно находится.

5. Поле имеет квантовую природу.

6. Распространение осуществляется со скоростью света в вакууме.

7. Поле не обладает массой покоя. Оно характеризуется динамической массой, сопоставимой с энергией.

Современная физика отказалась от представления об атоме как о пределе делимости материи. Сейчас известно уже несколько десятков элементарных частиц и более 300 резонансов. Все элементарные частицы делят на 3 большие группы: мезоны, лептоны, гипероны. Ядро обладает сложным строением. Оно состоит из протонов и нейтронов. Количество электронов и протонов в ядрах различных элементов различно. Число протонов равно порядковому номеру элемента, а число нейтронов равно разнице между атомным весом и порядковым номером элемента. Изучаются внутриядерные силы. Ученые могут осуществить два типа реакций - распад атомных ядер и синтез тяжелых ядер из легких.