24.09.2015 Тема 3

1. Материя и вещество. Темная материя и физический вакуум.

По современным представлениям, окружающий нас МЕГАМИР состоит из “видимой” и “невидимой” или “темной” материи .

Тёмная материя Вселенной – это форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним. Это свойство данной формы вещества делает невозможным её прямое наблюдение. Однако присутствие тёмной материи возможно обнаружить по косвенным эффектам

Считается, что темная материя занимает огромную часть Вселенной – гораздо большую, чем привычная наблюдаемая субстанция. По данным Принстонского университета, с помощью орбитального зонда WMAP установлено, что обычного вещества во Вселенной содержится всего лишь около 5%.

Темная материя - это материя, которую невозможно наблюдать в телескоп, которая не отражает лучи света и не излучает фотоны в известных диапазонах электромагнитного спектра. Фактически получается, что существует иной тип непосредственно не обнаруживаемой массы, из которого построена большая часть Вселенной.

Одним из доказательств наличия тёмной материи во Вселенной считают данные, полученные на космическом телескопе «Хаббл» по методике гравитационного линзирования (оптического искажения изображений удаленных объектов). Принадлежность к тёмной материи по этой методике подтверждается наличием оптических искажений излучения (подобно оптическим искажениям при наличии линзы) от более далёких галактик, которые находятся на одной линии с Землей за массивными звёздными системами. По характеру этих искажений становится возможным вычисление распределения и величины массы невидимых объектов.

Однако исследования некоторых зарубежных научных центров, проведенные в 2012 г., связанные с изучением движения более 400 звёзд, расположенных на расстояниях до 13 000 световых лет от Солнца, не выявили наличия тёмной материи в пространстве Солнечной системы. Темная материя и темная энергия проявляют себя на уровне космических процессов и для масштабов Земли они не особо актуальны.

Успокоившись последним, вернемся к “обычной” материи.

2. Материя и вещество – соотношение понятий.

Прежде всего, остановимся на том, что широко известный термин “материя” применяется в технической литературе не всегда корректно. То, что мы видим, измеряем или изучаем – это не материя, а вещество.

С целью установления некоторой определенности в понятиях материи и вещества рассмотрим далее три известных определения.

”Материя – это все многообразие предметов, которые, существуя независимо и вне человека, доступны ему с помощью органов чувств” [П. Гольбах, французский философ].

“Материя — это философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них”. [В.И. Ленин, “Материализм и эмпириокритицизм”, 1909 г.].

“Материя – это философская категория для обозначения объективной реальности, которая отображается нашими ощущениями, существуя объективно, независимо от них” [Энциклопедическое определение].

Все три определения связывают наличие материи с чувственным восприятием человека. Однако сенсорный аппарат человека выделяет лишь незначительную долю информации (по излучениям – менее 5%) из окружающего нас мира. Так, мы видим только узкую часть оптического излучения, при этом объективно существующие радиоактивное и радиочастотное излучения вообще не наблюдаются. Диапазон слухового восприятия у всех людей различается, но он также ограничен верхней границей в районе ~ 20 кГц.

Обратим внимание на тот факт, что в приведенных выше формулировках говорится о материи как об основе всех вещей и явлений, а не о самих вещах и явлениях, при этом категории материи и вещества четко не разделяются.

Попытки использовать в основе мироздания какую либо известную вещественную частицу ни к чему не привели, такой "первокирпичик" до сих пор не найден.

Физические представления о микромире показывают, что никакая из известных в настоящее время микрочастиц не может претендовать на фундаментальность и выступать в качестве основы мироздания.

Поэтому для объяснения свойств загадочной субстанции – материи привлекаются различные гипотезы.

1. Первая гипотеза - идея дискретности и структурирования, присущая макро- и микромиру, сохраняется и в субмикромире.

Дело лишь в том, что современный уровень науки и техники принципиально не позволяет обнаруживать столь малые объекты (объекты субмикромира), уж не говоря о работе с этими объектами. Иллюстрацией к этой методологической позиции служит известное выражение В. Ленина: “Электрон так же неисчерпаем, как и атом”.

В качестве примера можно привести не завершенную до конца международную исследовательскую работу по изучению характеристик бозона Хиггса, которому приписывают свойства переносчика массовых характеристик в мире элементарных частиц.

2. Вторая гипотеза - неизбежность принципиальных различий в характеристиках материи и вещества. Способность материи быть фундаментальной основой всех вещей и явлений требует, чтобы материя обладала уникальным качеством, отличным от свойств вещества.

Поскольку основным признаком вещества является его дискретность, материя должна обладать противоположным качеством – т.е. непрерывностью.

Исходя из сказанного, можно предположить, что материя – это непрерывная, сплошная бесструктурная среда, основные качества которой – отсутствие дискретности и меры. Может быть, некоторое прояснение этого тезиса состоит в том, что материя характеризуется полевыми, а не субстанциональными свойствами, присущими “грубым” структурным уровням вещества.

Отсюда следует, что материя не может быть дана в ощущениях. Ощущать можно вещественные, дискретные объекты, имеющие меру. Современные измерительные средства не могут “наблюдать” непрерывную и бесструктурную материю, поскольку они не ориентированы на ее особые свойства. Поэтому материя и не наблюдаема (уточним – на современном уровне развития науки и техники). Наблюдаемо лишь вторичное производное материи – вещество. Лишь его реализации даются в ощущениях.

Попробуем нарисовать приближенный аналог материи в более доступных терминах. Представим емкость, заполненную некой жидкостью. Нагреем жидкость и поднесем к ее поверхности охлажденное зеркало. Поверхность зеркала покроется (сначала) конденсатом (“запотеет”), представляющим собой микрокапли жидкости. При наличии хорошего технического обеспечения, можно количественно определить характеристику молекулярного уровня конденсата - запах, состав и др. В зависимости от свойств зеркала (температуры, используемого материала и др.) характеристика конденсируемой паро-газо-воздушной смеси будет изменяться. Уберем провоцирующий фактор - нагрев. Исчезнет ли описываемый процесс? Нет, уменьшится лишь его эффективность. Однако, учитывая полевые свойства субмикроуровня, на котором возможно продолжение взаимодействия, все равно можно говорить о множестве отдельных событий на границах взаимодействующих фаз – жидкости, воздуха и зеркала.

Вернемся к исходным терминам. Жидкость – это грубый аналог непрерывной материи. Последняя вместе с зеркалом образует материальную среду физического вакуума. Конденсат и паро-газо-воздушная смесь – это проявления родившихся из жидкости-материи реальных физических вещественных атомно-молекулярных структур.

Не надо искать в предложенной модели точного соответствия между материей и жидкостью - строгой научной физической модели материи нет. Дело не в этом. Дело в том, что полевые (!) свойства субъядерного уровня позволяют предположить возможность обменных процессов на границах фаз материя - вещество. Детали таких процессов на субъядерном уровне в подробностях пока неизвестны, но физико-химических аналогов на вещественном уровне – изобилие.

(Еще один пример – обмен дискретными зарядами в системе металл-раствор, выход ионов за пределы как бы “непрерывного” металла в “непрерывный” электролит приводит к поляризации пары и организации ионной среды, приводящей к образованию биопотенциалов).

В чем состоит фундаментальная взаимосвязь таких противоречивых сущностей? По каким законам происходят переходы непрерывного в дискретное и дискретного в непрерывное?

Большинство проблем физики остались нерешенными из-за отсутствия ответов на эти вопросы. По тем же причинам не было четкого разграничения между материей и веществом, а физика, именуя себя материалистической наукой, изучала преимущественно вещество и поле, т.е. проявления материи.

Рассуждения о биообъекте как о материальной вещественной субстанции приводят нас, таким образом, к анализу вещества (а не материи).