4. Развитие представлений о материи

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

1. Главной целью древнегреческих философов было найти первопри­чину порядка в мире, выявить общие принципы, лежащие в основе всего сущего, рационально объяснить мир (более подробно см. в основных сведе­ниях к теме 3).

2. Триумф ньютоновской механики значительно укрепил позиции сто­ронников корпускулярной структуры материи. И хотя эмпирических дока­зательств «зернистости» газов, жидкостей, твердых тел, световых пучков в то время не существовало, сама идея считать все объекты природы состоя­щими из взаимодействующих материальных точек была слишком привле­кательной, чтобы ею не воспользоваться. Ведь тогда достаточно задать на­чальное состояние всех этих материальных точек и решить соответствую­щие уравнения движения, чтобы объяснить наблюдаемые в природе явления и предсказать их эволюцию (детерминизм Лапласа). Корпускулярный под­ход оказался чрезвычайно плодотворным в различных областях естество­знания. Прежде всего, это, конечно, относится к ньютоновской механике материальных точек. Очень эффективной оказалась и основанная на корпус­кулярных представлениях молекулярно-кинетическая теория вещества, в рамках которой были интерпретированы законы термодинамики. Правда, механистический подход в чистом виде оказался здесь неприменимым, так как проследить за движением 10²³ материальных точек, находящихся в од­ном моле вещества, не под силу даже современному компьютеру. Однако если интересоваться только усредненным вкладом хаотически движущихся материальных точек в непосредственно измеряемые макроскопические ве­личины (например, давление газа на стенку сосуда), то теоретические и экс­периментальные результаты прекрасно согласовывались.

3. В 1860-1865 гг. последователь Фарадея Дж. К. Максвелл показал, что электричество и магнетизм не просто тесно связаны друг с другом, а во-пер­вых, представляют собой единое электромагнитное поле, в котором, во-вто­рых, могут распространяться волны электромагнитных колебаний, в опре-

деленном частотном диапазоне воспринимаемые как свет. Электромагнит­ная теория Максвелла легла в основу электромагнитной картины мира, в соответствии с которой материя существует в двух формах: вещество (кор­пускулярный подход) и поле (континуальный подход). Триумфом такого под­хода стала классическая электродинамика, созданная Г. А. Лоренцем, кото­рая блестяще описала практически все известные к тому времени электриче­ские и оптические свойства вещества.

4.4. В современной естественнонаучной картине мира наиболее глубокий уровень материи представляют собой элементарные частицы-фермионы и бозоны (причем последние являются частицами-переносчиками фундамен­тального физического взаимодействия) и физический вакуум.

ПРИМЕРЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ

Задание 4.1 (выберите варианты, ответа согласно указанной последова­тельности).

Расположите представления о материи в порядке их возникновения:

Варианты ответа:

3. Существует несколько качественно различных форм материи, но рез­кой грани между ними нет.

1. Материя — мельчайшие, неделимые, бесструктурные атомы, двигаю­щиеся в пустоте.

2. Материя — совокупность мельчайших корпускул — неделимых, непро­ницаемых атомов, которые движутся по законам классической механики.

Обоснование ответа. В Древней Греции существовали два противопо­ложных подхода к вопросу о структуре материи: корпускулярный и конти­нуальный. Корпускулярный подход (Левкипп, Демокрит) утверждал, что материя — это мельчайшие, неделимые, бесструктурные атомы, двигающие­ся в пустоте. Этот подход воспринял и И. Ньютон, создавший классическую механику. Именно по законам этой механики движутся корпускулы Ньюто­на. В дальнейшем, в XIX в., в связи с утверждением концепции близкодей-ствия электромагнитное и гравитационное поля стали считаться формами существования материи. В неклассической физике после появления концеп­ции корпускулярно-волнового дуализма грань между качественно различ­ными формами материи — веществом и полем — стала стираться.

Правильной является последовательность: 1) материя — мельчайшие, не­делимые, бесструктурные атомы, двигающиеся в пустоте; 2) материя — сово­купность мельчайших корпускул — неделимых, непроницаемых атомов, ко­торые движутся по законам классической механики; 3) существует несколь­ко качественно различных форм материи, но резкой грани между ними нет.

Задание 4.2 (выберите варианты ответа согласно указанной последова­тельности).

Расположите представления о материи в порядке их возникновения:

Варианты ответа:

1. Все вещества состоят из четырех стихий, смешанных в определенной пропорции.

2. Существуют две формы материи, обладающие противоположными свойствами, — вещество и физическое поле.

3. Между материей в форме гравитационного поля и геометрическими свойствами пространства-времени невозможно провести четкую грань.

Обоснование ответа. Первоначальные представления человека о струк­туре материи, характерные для философов Древней Греции, сводились к тому, что все в природе состоит из одного или нескольких первоначал. В частно­сти, в некоторых учениях утверждалось, что таких первоначал, или стихий, четыре: вода, земля, огонь и воздух. Бесконечное разнообразие природы обу­словлено различными сочетаниями этих стихий. К середине XIX в. естест­веннонаучная картина мира строилась на том, что существуют две формы материи, обладающие противоположными свойствами, — вещество и физи­ческое поле. В начале XX в. А. Эйнштейном была создана общая теория от­носительности (релятивистская теория гравитации), в которой между мате­рией в форме гравитационного поля и геометрическими свойствами простран­ства-времени невозможно провести четкую грань.

Правильной является последовательность: 1) все вещества состоят из четы­рех стихий, смешанных в определенной пропорции; 2) существуют две формы материи, обладающие противоположными свойствами, — вещество и физиче­ское поле; 3) между материей в форме гравитационного поля и геометриче­скими свойствами пространства—времени невозможно провести четкую грань.

Задание 4.3 (выберите один вариант ответа).

Корпускулярные представления о материи возникли ...

Варианты ответа:

1. В период становления квантовой механики.

2. В Древней Греции.

3. В период становления классической механики.

4. В Средние века.

Обоснование ответа. Корпускулярные представления о материи возник­ли в Древней Греции. Примером таких представлений является атомизм Левкиппа-Демокрита, в соответствии с которым все в природе состоит из неде­лимых атомов и пустоты.

Правильным является вариант ответа: 2) в Древней Греции.

Задание 4.4 (выберите один вариант ответа).

Дискретность в строении природы проявляется в(во)...

Варианты ответа:

1. Динамичности свойств и отношений, приводящих к скачкообразным изменениям.

2. Существующих в ней различных, ограниченных друг от друга телах, системах и явлениях.

3. Включении менее сложных систем в более сложные и высокоорганизо­ванные.

4. Несводимости закономерностей, происходящих в сложных системах, к закономерностям простых систем.

Обоснование ответа. Скачкообразные изменения в свойствах и поведе­нии объектов природы не являются атрибутом дискретности, так как, напри­мер, электромагнитное поле на границе раздела двух сред может испытывать скачкообразное изменение какого-либо параметра. Иерархичность строения, связанная с включением менее сложных систем в более сложные и высокоор­ганизованные, тоже не всегда свидетельствует о дискретности системы. То же самое относится к несводимости закономерностей, происходящих в сложных системах, к закономерностям простых систем. Единственным ответом, кото­рый может коррелировать с вопросом, является существование в природе раз­личных, ограниченных друг от друга тел, систем и явлений.

Правильным является вариант ответа: 2) существующих в ней различ­ных, ограниченных друг от друга телах, системах и явлениях.

Задание 4.5 {выберите один вариант ответа).

Форма организации материи, которую невозможно обнаружить посред­ством приборов (детектировать), называется ...

Варианты ответа:

1. Веществом.

2. Жизнью.

3. Физическим вакуумом.

4. Полем.

Обоснование ответа. Очевидно, и вещество, и поле (например, электро­магнитное), и жизненные процессы можно зарегистрировать с помощью тех или иных приборов. Что же касается физического вакуума, то о его сущест­вовании ученые «узнали» косвенным путем, пытаясь понять закономерно­сти поведения видимого мира. Например, к понятию физического вакуума приводит специальная теория относительности, закономерности микроми­ра, космологическая концепция Большого Взрыва (темная энергия). Однако непосредственно физический вакуум не может быть зарегистрирован.

Правильным является вариант ответа: 3) физическим вакуумом.

Задание 4.6 {выберите варианты согласно тексту задания).

Установите соответствие между физической картиной мира и видами материи, представленными в ней:

1. Современная картина мира.

2. Электромагнитная картина мира.

Варианты ответа: А. Вещество. Б. Вещество, физическое поле и физический вакуум. В. вещество, физическое поле.

Обоснование ответа. В основных сведениях приводится определение электромагнитной картины мира (см. п. 4.3). Поэтому однозначный ответ на вопрос задания: 1 — Б; 2 — В.

Правильным является соответствие: 1 — Б; 2 — В.