kse

Все элементарные частицы обладают одновременно и корпускулярными, и волновыми свойствами, а закономерности их движения, изучаемые квантовой физикой, отличаются от закономерностей движения макротел, описанных в классической физике.

Это происходит потому, что на микроуровне поля не являются абсолютно континуальными (непрерывными), т.к. они представляются состоящими из квантов, которые можно рассматривать в качестве частиц, обладающих одновременно и корпускулярными, и волновыми характеристиками. Т.о., частицы вещества неотделимы от создаваемых ими полей, а каждое из полей вносит свой «вклад» в структуру частиц, обусловливая их свойства.

В пограничных областях существует непрерывный переход полей и частиц вещества. Т.е., если рассматривать структуру вещества, то во всех системах внутреннее пространство будет выражать протяженность этих полей и частиц.

Первая элементарная частица (электрон) была открыта на рубеже XIX — XX столетий. В настоящее время их насчитывается более 350 разновидностей.

Все элементарные частицы в зависимости от времени жизни подразделяются на три

группы:

1.Стабильные или устойчивые. К ним относятся частицы, которые существуют сравнительно долго. Это электрон, протон, фотон, нейтрино. Так, время жизни электрона больше 5 .1021 лет, протона 2 .1030 лет.

2.Квазистабильные или малоустойчивые. К ним относится нейтрон, время жизни которого составляет около 1000 сек.

3.Резонансные или крайне неустойчивые. К ним относятся каоны и лямбдагипероны, а также целая группа (семейство) «очарованных» и гравитоны.

У всех элементарных частиц есть античастицы, отличающиеся противоположными знаками электрического заряда и магнитного момента. Для электрона — это позитрон, для протона — антипротон и т.д.

О существовании таких частиц впервые объявил английский физик П. Дирак. Он создал теорию, из которой следовало, что в природе должна существовать частица с массой, равной массе электрона, но заряженная положительно. Такая частица (позитрон) и была обнаружена первой экспериментально в 1932 г. К. Андерсоном.

Свойства античастиц аналогичны свойствам обычных частиц. Из античастиц могут образовываться устойчивые атомные ядра, атомы, молекулы и антивещество. Его иногда неправильно называют антиматерией, в то время как в действительности антивещество представляет собой особую форму материи как объективной реальности. Пока антивещество не обнаружено даже в космосе, поэтому существование «антимира» (т.е. галактик из антивещества) остается проблематичным.

Доказано, что все элементарные частицы участвуют в 4-х типах взаимодействий: сильном, слабом, электромагнитном и гравитационном (подробнее об этом см. в теме 2.3.).

По типам взаимодействий все элементарные частицы классифицируются на 3

группы:

1.Адроны (от греч. — большой, сильный). Это тяжелые частицы. Они участвуют во всех типах взаимодействий, но характеризуются особенно сильным взаимодействием. Мир адронов включает более 300 частиц, большинство их нестабильно.

2.Лептоны (от греч. — мелкий, легкий). Это легкие частицы. Они участвуют в слабых, электромагнитных, гравитационных взаимодействиях, но никогда не участвуют в сильных. Известно 12 лептонов: электрон, позитрон, мюон, 3 типа нейтрино и еще 6 антицастиц.

3.Фотоны (частицы с нулевой массой покоя). Они участвуют только в электромагнитном взаимодействии, поэтому не могут быть отнесены ни к первой, ни ко второй группам. С 70-х гг. XX в. развивается представление, что фотоны входят в одну группу с очень массивными частицами. Эти частицы называются промежуточными

31

векторными бозонами. Они ответственны на слабое взаимодействие и пока на опыте не наблюдаемы.

Элементарным частицам присущи следующие общие свойства:

1.Тождественность (неразличимость) частиц данного типа, например, электронов, протонов и др.

2.Способность существовать в свободном состоянии достаточно большой промежуток времени (больше характерного ядерного времени 10 -23 сек.). Но частицы могут быть и весьма устойчивы, и существовать неопределенно долго.

3.Обладание некоторыми физическими характеристиками (массой покоя, спином), сохраняющимися при взаимодействиях частиц.

4.Способность элементарных частиц превращаться в другие элементарные частицы. 5.Элементарность не исключает сложного внутреннего строения частицы, о чем в

настоящее время известно довольно мало. Так, до сих пор ученые не могут объяснить размеров электрона и его устойчивости. Эксперименты последних лет дают определенное указание на сложность структуры протона и нейтрона.

2.1.4. Кварковая модель структуры адронов.

Исследования частиц при больших энергиях взаимодействия привели к успешному открытию, а затем и развитию кварковой модели структуры адронов. Первоначальный вариант модели был разработан Д. Цвейгом и М. Гелл - Манном в 1964 г.

Кварки — гипотетические фундаментальные частицы, из которых, как предполагают, состоят адроны. Кварки встречаются 6 видов или «ароматов». «Ароматы» кварков имеют следующие названия: верхний, нижний, очарованный, стройный, истинный, прелестный. Свойства кварков с различными «ароматами» различны.

Каждый кварк может находиться в одном из трех «цветовых» состояний, которые условно называют «красным», «синим», «зеленым».

Цвет — это степень свободы. Как полагают, у кварков существует внутренняя степень свободы, из-за которой кварки одного «аромата» могут отличаться друг от друга.

У каждого кварка есть свой антикварк. Кварки существуют парами — дублетами. Пара кварк — антикварк бесцветна, потому что цвет каждого антикварка считается дополнительным цвету кварка.

В современной физике микромира Кварки выступают как предельная ступень дробления адронной материи. Они бесструктурны и по совокупности известных свойств хорошо вписываются в представление об истинно элементарных частицах.

Однако в последнее время кварки стали представлять как сложные объекты, построенные из субкварков или преонов (первочастиц). Эксперимент же пока не дает никаких указаний на существование преонов.

Кварки не только необычны сами по себе, но они необычным образом взаимодействуют друг с другом. Это взаимодействие является сильным и осуществляется через обмен глюонами.

Термин «глюоны» — происходит от английского слова «клей». Глюоны — гипотетические электрически нейтральные частицы. В современной теории сильного взаимодействия предполагается существование 8 глюонов, обладающих характеристикой «цвет»

Обмен глюонами между кварками меняет «цвет» кварков, но оставляет неизменными все остальные их физические характеристики. Т.к. глюоны обладают «цветом», они могут непосредственно взаимодействовать друг с другом путем порождения и поглощения глюонного поля.

По-видимому, кварковая модель структуры адронов постоянно уточняется. Уже сегодня разрабатывается новая модель — модель кваркового мешка.. Разработка этой модели

— попытка учесть динамику кварков в духе современной квантовой хромодинамики (или теории взаимодействия цветных кварков и глюонов).

32

Вэтой модели вводится представление о двух фазах адронного вещества. Первая фаза — вакуум квантовой хромодинамики, который содержит конденсат глюонных и кварковых полей. Предполагается, что в вакууме невозможно распределение свободных кварков и глюонов.

Вторая фаза соответствует области внутри адрона. Адрон представляется как пузырь, который удерживается внутренним движением почти свободных кварков и глюонов от схлопывания из-за внешнего давления вакуума.

Вмодели кваркового мешка удается рассмотреть в согласии с опытом многие характеристики адронов. Так доказано, что увеличение расстояния между кварками внутри адронов приводит к резкому возрастанию связывающих сил. Поэтому в отличие от ранее известных элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов) Кварки пока не обнаружены в свободном состоянии. Они оказываются как бы запертыми внутри адронов.

Есть предположение, что выделить кварки в свободном состоянии невозможно, потому что с увеличением расстояний между кварками сила взаимодействия между ними не убывает, а, напротив, неограниченно возрастает, что исключает их существование вне структуры элементарных частиц. Но в эксперименте их можно прозондировать: при столкновении частиц больших энергий внутри адронов обнаруживаются несколько своеобразных центров, на которых происходит рассеяние частиц и которые физики отождествляют с кварками.

Т.о., кварки и лептоны выступают в качестве базисных объектов в системе элементарных частиц. Они являются главным строительным материалом для вещества нашего мира, поскольку ядра атомов существуют благодаря взаимодействию кварков.

2.1.5. Краткая характеристика физического вакуума и виртуальных частиц Элементарный уровень организации материи включает наряду с элементарными

частицами еще и такой необычный физический объект, как физический вакуум. Физический вакуум — низшее энергетическое состояние материи или точнее

квантового поля. Современная физика показала, что вакуум содержит «минимальные» электромагнитные и электронно-позитронные поля, и их колебания оказывают влияние на атомы.

Выяснилось, что физический вакуум способен скачком перестраивать свою структуру. Такие переходы от одного состояния к другому, связанные с резким изменением характеристик системы, в физике называется фазовым (известным примером служат переходы воды в пар и лед). Физический вакуум тоже оказался способным к фазовым скачкам. И еще одно: в нем постоянно происходят сложные процессы, связанные с непрерывным появлением и исчезновением так называемых «виртуальных частиц».

Дело в том, что энергия может переходить в поле, а поле — в частицы. В этом отношении вакуум похож на диэлектрик, а рождение частиц напоминает пробой диэлектрика в сильных полях.

Виртуальные частицы — это частицы в промежуточных состояниях, это своеобразные потенции соответствующих типов элементарных частиц, их «вакуумные корни». Это частицы, готовые к рождению, но не рождающиеся, возникающие и исчезающие в очень короткие промежутки времени.

При определенных условиях виртуальные частицы могут вырваться из вакуума, превращаясь в «нормальные» элементарные частицы, которые живут относительно независимо от породившей их среды и могут взаимодействовать с ней.

Вообще же, согласно квантовой теории поля, взаимодействие частиц осуществляется благодаря их обмену различными виртуальными частицами. Так, протоны и нейтроны постоянно окружены облаком виртуальных пи-мезонов, входящих в их структуру. Поэтому при электронно-магнитных взаимодействиях заряженных частиц излучаются виртуальные фотоны, а при ядерных взаимодействиях — виртуальные мезоны. Виртуальные частицы имеют те же квантовые числа, что и обычные частицы, но они отличаются от обычных

33

частиц тем, что для них не выполняется соотношение специальной теории относительности между энергией, импульсом и массой покоя.

Элементарным частицам присущи следующие общие свойства:

1.Тождественность (неразличимость) частиц данного типа, например, электронов, протонов и др.

2.Способность существовать в свободном состоянии достаточно большой промежуток времени (больше характерного ядерного времени 10 -23 сек.). Но частицы могут быть и весьма устойчивы, и существовать неопределенно долго.

3.Обладание некоторыми физическими характеристиками (массой покоя, спином), сохраняющимися при взаимодействиях частиц.

4.Способность элементарных частиц превращаться в другие элементарные частицы. 5.Элементарность не исключает сложного внутреннего строения частицы, о чем в

настоящее время известно довольно мало. Так, до сих пор ученые не могут объяснить размеров электрона и его устойчивости. Эксперименты последних лет дают определенное указание на сложность структуры протона и нейтрона.

Контрольные вопросы

1.Что такое материя с точки зрения современной физики?

2.Какие виды материи Вам известны? Дайте им краткое определение. 3.В чем отличие физической материи от физической реальности?

4.В чем проявляется структурность и системность физической материи?

5.Как Вы понимаете иерархическую организацию материи в микро-, макро- и мегамирах? Чем отличаются эти миры?

6.Что означает понятие «корпускулярно-волновой дуализм»?

7.Какое содержание вкладывается в понятие «элементарные частицы»?

8.Что представляют собой адроны, лептоны, фотоны, промежуточные векторные бозоны?

9.Чем занимается квантовая хромодинамика?

10.В чем сущность кварковой модели структуры адронов?

11.Что такое физический вакуум?

12.Что представляют собой виртуальные частицы?

Литература

1.Ахиезер А.И., Рекало М.П. Современная физическая картина мира. — М., 1980. 2.Коккедэ Я. Теория кварков /Пер. с англ. — М., 1971.

3.Физика микромира (маленькая энциклопедия).— М., 1990. 4.Физическая энциклопедия. — М., 1990.

5.Физический энциклопедический словарь. — М., 1984.

Контрольные задания по теме 2.1.

№1. Дайте определения материи: а) с точки зрения философии; б) с точки зрения физики. Укажите сходства и отличия в этих понятиях.

№2. Изобразите в виде схемы системность физической материи.

№3. Свяжите между собой понятия «кварки», «физическая материя», «физическая реальность».

№4.Выберите правильный ответ.

Квазистабильные частицы – это а) устойчивые частицы; б) малоустойчивые, распадающиеся за счет электромагнитных и слабых взаимодействий; в) крайне неустойчивые.

№5. Изобразите в виде схемы иерархическую организацию материи: а) в космосе; б)

вмикромире.

№6. Изобразите современную классификацию элементарных частиц таблицей.

34

№7. Какому понятию соответствует следующее определение: «Частицы в промежуточных состояниях, готовые к рождению, но не рождающиеся; возникающие и исчезающие в очень короткие промежутки времени».

№8. К какому типу элементарных частиц относятся каоны, лямбда и пр. подобные

частицы.

№9. Самостоятельно изучите вопрос «Квантовая хромодинамика: проблемы и перспективы». Используйте дополнительную литературу:

1. Индурайн Ф. Квантовая хромодинамика: введение в теорию кварков и глюонов /

Пер. с англ. — М., 1986.

2. Коккеде Я. Теория кварков / Пер. с англ. — М., 1971. 3.Физческий энциклопедический словарь. — М., 1984. 4. Физическая энциклопедия. — М., 1990.

ТЕМА 2.2. РАЗВИТИЕ КОНЦЕПЦИИ АТОМИЗМА

2.2.1.Формирование представления о дискретности материи от античности до XX

века.

Концепция атомизма — это представление о том, что физическая материя имеет прерывистое, дискретное строение, т.е. состоит из мельчайших частиц атомов. Американский физик-теоретик Р. Фейнман в 60-е гг. XX столетия рассуждал, утверждая: «Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными и к грядущим поколениям перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленное из наименьшего числа слов, принесло бы наибольшую информацию?

Я считаю, что это — атомная гипотеза о том, что все тела состоят из атомов — маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому. В одной этой фразе содержится невероятное количество информации о мире, стоит лишь приложить к ней немного воображения чуть соображения».

Впервые о существовании атомов заявил Левкипп (V в. до н. э.). Продолжил развитие этих представлений и создал теорию атомизма ученик Левкиппа — Демокрит.

Демокрит считал, что атомы — это бытие, небытие – пустое пространство. Атомы — неделимые, совершенно плотные, не воспринимаемые чувствами, (вследствие своей, как правило, малой величины) самостоятельные частицы. Атомы различны по Атомы вечные и неизмененные, поэтому они никогда не возникают и никогда не погибают. Они бывают самой разнообразной формы (шарообразные, выпуклые, вогнутые, крючкообразные и т.д.) и различны по размерам. Т.к. они невидимы, их можно только мыслить.

В процессе движения в пустоте атомы сталкиваются друг с другом и сцепляются. Сцепление большого количества атомов составляет вещи. Возникновение и уничтожение вещей объясняются сложением и разделением атомов; изменение вещей – изменением порядка и положения (поворота) атомов. Если атомы вечны и неизменны, то вещи преходящи и изменчивы.

Т.о., античный атомизм был первой теоретической программой объяснения целого как суммы его отдельных составляющих. Исходными началами выступали атомы и пустота. Сущность протекания природных процессов объяснялась на основе механического взаимодействия атомов, их притяжения и отталкивания. Атомизм Демокрита соединил в себе рациональные моменты двух противоположенных учений мыслителей древности. С одной стороны, мир вещей текуч, изменчив; с другой стороны, мир атомов, из которых состоят вещи, неизменен, вечен.

Впоследствии атомистическая теория была отвергнута такими великими философами, как Платон, Сократ и Аристотель. Возрождена была атомистическая теория

35

через два с половиной века Эпикуром, чье учение изложил в своей философской поэме великий римский поэт-мыслитель Лукреций Кар.

Всредние века атомизм ассоциировался с эпикурейским атеизмом и рассматривался католической церковью как ересь. В эти времена физические представления об атомах и пустоте казались нелепой фантазией.

Механистическая программа описания природы, впервые выдвинутая в античном атомизме, полно реализовалась в классической механике в XVI — XVIII вв. В рамках механической картины мира, связанной более всего с именем И. Ньютона, сложилась дискретная (корпускулярная) модель реальности. Материя рассматривалась как вещественная субстанция, состоящая из отдельных частиц атомов или корпускул (атомы прочны, неделимы, имеют массу и вес, непроницаемы).

ВXVIII в. много внес в развитие учения о корпускулах русский ученый М.В. Ломоносов, а английский физик Д. Дальтон фактически осуществил новый подход к атомистике: он попытался продвинуться в вопросе об относительных весах атомов, т.е. об их физических свойствах, опираясь на данные химических исследований.

Вначале XIX в. французский химик Ж. Перрен, изучая броуновское движение, реально подтвердил своими опытами существование молекул. Молекула — это наименьшая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами и состоящая из атомов, соединенных между собой химическими связями.

Вдальнейшем оказалось, что число атомов в молекуле составляет от двух до сотен и тысяч. Атомы инертных газов часто называют одноатомными молекулами. Если же молекула состоит из 1000 и более повторяющихся единиц (одинаковых или близких по строению групп атомов), такую молекулу называют макромолекулой.

В1871 г. на основе известных тогда атомных весов Д.И. Менделеев создает свою знаменитую периодическую систему и предсказывает существование атомов некоторых химических элементов. Атом в это время продолжает считаться неделимой частицей.

Но в конце XIX столетия Томсон открывает электрон, названный им атомом электричества. Он определяет заряд и массу электрона, и в начале XX в. предлагает одну из первых моделей атома. Его модель была основана на законах электричества.

Томсон считал, что внутри атома действуют только электромагнитные силы. Сначала он полагал, что электроны при движении должны излучать эллиптические волны, затем — что при большем числе электронов (более 8) они должны располагаться кольцами и число их в каждом кольце уменьшается с радиусом кольца. В радиоактивных атомах число электронов не позволяет им быть устойчивыми, они выбрасывают альфа-частицы, и устанавливается новая структура атома.

Затем стало понятно, что число электронов должно быть пропорционально атомному весу химического элемента, но экспериментальные данные были очень противоречивыми и,

вконце концов, модель атома Томсона (он работал над ней почти 15 лет) не устояла перед опытной проверкой и критикой.

В1902 г. появилась другая модель атома, предложенная Кельвиным и названная им моделью «пудинга с изюмом». По Кельвину положительный заряд атома распределен в достаточно большой области (возможно, сферической формы), а электроны вкраплены в него, как «изюм в пудинг». Но и эта модель не устояла перед экспериментальной проверкой.

2.2.2.Планетарная модель строения атома и постулаты Н. Бора.

К началу XX столетия на основании многих экспериментов было установлено, все вещества состоят из атомов, а сам атом представляет собой электрически нейтральную микроскопическую систему. В ее состав кроме ядра и электронов, входят протоны и нейтроны. Все эти частицы служат своего рода «кирпичиками», из которых состоит вещество, во всяком случае, в условиях, преобладающих на Земле.

36

Идея эта была сформулирована и экспериментально подтверждена Э. Резерфордом. Резерфордом Э. была предложена новая, так называемая планетарная модель строения атомов.

Э. Резерфорд предположил, что атом устроен подобно планетной системе. Как вокруг Солнца на больших расстояниях от него вращаются планеты, так и электроны в атоме вращаются вокруг ядра. Ядро содержит почти всю массу атома и имеет радиус порядка 10-15

см. Радиус круговой орбиты самого далекого от ядра электрона и есть радиус атома, он равен

10-10 см.

Э. Резерфорд считал, что обращающиеся вокруг ядра электроны обладают центростремительным ускорением, а ускоренно движущийся электрон должен излучать. Его расстояние до ядра должно непрерывно уменьшаться, а частота обращения непрерывно возрастать. Поэтому спектр атома должен быть непрерывным, а атом — неустойчивым, что противоречило действительности. Э. Резерфорд понимал эти противоречия, но не мог найти выхода из них, оставаясь в рамках классической физики.

В 1913 г. ученик Э. Резерфорда Н. Бор попытался объяснить устойчивость атома и вещества, а также загадку линейчатых спектров атомов, основываясь на планетарной модели строения атома, но введя постулаты, противоречащие классическим представлениям физики.

Н. Бор, сохранив силовые и энергетические характеристики движения электрона, сформулировал следующие ограничивающие его движение постулаты:

1.Атомная система может находиться только в особых стационарных состояниях, каждому и которых соответствует определенная энергия. В стационарном состоянии атом не излучает.

2.При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитного излучения.

Постулаты Н. Бора объяснили устойчивость атома, а значит и вещества: находящиеся в стационарных состояниях электроны без внешней на то причины не излучают электромагнитной энергии. Поэтому каждой линии спектра соответствует переход электрона из одного состояния в другое.

Модель Н. Бора была первой квантовой моделью атома. Она представляла собой как бы пограничную полосу первого этапа развития современной физики. Введенные Н. Бором постулаты показали, что классическая физика не в состоянии объяснить даже самые простые опыты, связанные со структурой атома. Создалось впечатление, постулаты Н. Бора отражают какие-то новые, неизвестные свойства материи, но лишь частично. Поэтому они положили начало новой эпохе в развитии теории атома — созданию квантовой механики. За создание квантовой теории атома Н. Бор стал лауреатом Нобелевской премии по физике в 1922 г.

Бор описал строение атома водорода. Позднее выяснилось, что другие атомы с помощью этой модели описать очень трудно, порой невозможно. Чем подробнее физикитеоретики пытались описать движение электронов в атоме, определить их орбиты, тем большим было расхождение теоретических результатов с экспериментальными данными.

Выяснилось, атомную модель Н. Бора не следует понимать буквально. Процессы в атоме нельзя представить в виде механических моделей по аналогии с событиями в макромире. Микромир не позволяет привычным образом описывать поведение своих объектов, т.к. в нем теряется наглядность описания, связанная с двойственностью свойств или корпускулярно-волновым дуализмом частиц и волн.

Оказалось, что атом физиков-теоретиков все больше и больше становился абстрактно-ненаблюдаемой суммой уравнений. Ученые пришли к выводу, что электрон не точка и не твердый шарик, он обладает внутренней структурой, которая может изменяться в зависимости от его состояния. При этом детали внутренней структуры остаются неизвестными.

Следовательно, точно описать структуру атома на основании представления об орбитах точечных электронов принципиально невозможно, т.к. таких орбит в действительности не существует. Вследствие своей волновой природы электроны и их

37

заряды как бы размазаны по атому, однако, не равномерно, а таким образом, что в некоторых случаях усредненная плотность заряда больше, а в других меньше.

В первой четверти XX в. появилось квантово-механическое описание микромира, которое основывалось на соотношении неопределенностей В. Гейзенберга и принципе дополнительности Н. Бора.

Позднее в 1931 г. Г.А. Гамовым была предложена модель строения ядра в виде жидкой капли. Я.И. Френкель объяснил благодаря капельной модели ядра деление ядер урана. А в 1932 г. В.А. Амбарцумян и Д.Д. Иваненко высказали мысль, что ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Эта идея легла в основу современной теории строения атомных ядер. Однако проблема ядерных сил до сих пор не имеет решения.

2.2.3.Значение атомистической концепции в современном естествознании

В XX в. было открыто множество элементарных частиц, входящих в состав прежде «неделимого» атома. В дальнейшем было обнаружено, что элементарные частицы могут взаимно превращаться, т.е. они не являются «последними кирпичиками» мирозданья. Стало ясным, что число элементарных частиц не должно быть особенно большим.

По современным представлениям фундаментальные составляющие вещества — кварки и лептоны — группируются в поколения, включающие в себя два типа частиц каждого класса. По предварительным результатам, полученным на ускорителях, в природе существует не более 5 поколений фундаментальных частиц. Эти ограничения на число элементарных частиц дает и космология.

Итак, атомистическая концепция опирается на представление о дискретности строения материи, согласно которому объяснение свойств физического тела можно свести к свойствам составляющих его частиц. Исторически такими частицами считаются «неделимые» атомы, затем элементарные частицы, теперь кварки и субкварки (преоны).

Значение атомистической концепции в настоящее время заключается в том, что меняются подходы к изучению строения материи. Стало совершенно ясным, что целесообразно искать не сами последние фундаментальные частицы, а необходимо выявлять их внутренние связи для объяснения целостных свойств других материальных образований.

По-видимому, на объединении концепций атомизма и дискретности, непрерывности, целостности и системного подхода следует ждать дальнейшего прогресса в познании фундаментальных физических свойств материи.

Контрольные вопросы

1.В чем сущность концепции атомизма? 2.Кто впервые ввел в науку понятие «атом»? 3.В чем смысл античного атомизма?

4.Какое место отводилось атомизму в механистической программе описания природы?

5.Какие новые положения появились в концепции атомизма в XIX в.? 6.Какие Вы знаете модели строения атома?

7.В чем сущность модели строения атомов по Кельвину и Томсону?

8.Кто является автором планетарной модели строения атома? Охарактеризуйте эту

модель.

9.В чем смысл и значение постулатов Н. Бора?

10.Что такое атом с точки зрения квантовой физики XX в.?

11.Каково значение атомистической концепции в современном естествознании?

Литература

1.Зубов В.П. Развитие атомистических представлений до начала XIX в. — М., 1965. 2.Кудрявцев П.С. Курс истории физики. — М., 1974.

3.Рожанский Н.Д. Развитие естествознания в эпоху античности. — М., 1979. 4.Фрагменты ранних греческих философов. Ч. 1. От возникновения теокосмогоний

до возникновения атомистики. — М., 1989.

38

Но затем было доказано, что взаимодействие электрически заряженных тел осуществляется не мгновенно, и перемещение одной заряженной частицы приводит к изменению сил, действующих на другие частицы, не в тот же момент, а лишь спустя конечное время. Каждая электрически заряженная частица создает электромагнитное поле, действующее на другие частицы. Т.е., взаимодействие передается через «посредника» — электромагнитное поле. Скорость распространения электромагнитного поля равна скорости света в пустоте – 300 000 км / сек.

Так появилась новая концепция — концепция близкодействия. Ее суть сводится к тому, что взаимодействие между телами осуществляется посредством тех или иных полей, непрерывно распределяющихся в пространстве.

Т.о., все взаимодействия и движения являются формой существования материи. Для всякого объекта существовать, значит взаимодействовать, т.е. проявлять себя по отношению к другим объектам или телам. Во взаимодействии и движении тел можно видеть объективный «критерий» их существования, точнее, в этом выражается их существование.

2.3.2.Краткая характеристика форм движения и взаимодействия

Вначале XX столетия Ф. Энгельс классифицировал все формы движения на пять: механическое, физическое, химическое, биологическое и социальное (или общественное). При этом к физическому движению он относил теплоту, электромагнетизм, тяготение, изменение агрегатных состояний и др.

Внастоящее время представляется более правильным не ограничивать пятью видами количество основных форм движения, а выделить три различные группы форм движения: в неживой природе, в живой природе и в обществе.

Вкаждой из этих групп необходимо дифференцировать формы движения, несводимые друг к другу. Критериями для их разделения могут быть следующие признаки:

1.Тип материальных систем, целостные изменения которых выражает данная форма движения;

2.Наличие общих законов объединяющих совокупность процессов в данную форму движения;

3.Учет исторического развития материи от неорганических форм к биологическим и социальным, позволяющий расположить формы движения в их эволюционной последовательности.

Рассмотрим группу форм движения, характерную для неживой природы. Необходимо отметить, что в неживой природе принято выделять универсально распространенные формы движения, проявляющиеся на всех известных структурных уровнях материи и локальные, обнаруживающиеся лишь на определенных структурных уровнях.

Вгруппу универсальных форм движения входят: пространственные перемещения, гравитационные и электромагнитные взаимодействия. В группу локальных форм движения: сильные и слабые взаимодействия; взаимодействия в вакууме; физическая форма движения, проявляющаяся в виде теплоты, звука, изменений агрегатных состояний; термоядерные реакции в звездах; геологическая форма движения. Кратко охарактеризуем перечисленные формы движения и взаимодействия.

Пространственное перемещение — это всякое изменение положения тела и его элементов в пространстве, связанное и с изменением во времени. Сюда относится макромеханическое и квантово – механическое движения. Макромеханическое движение осуществляется обычно по определенной траектории; квантово - механическое является бестраекторным (т.к. движению элементарных частиц или распространению полей нельзя сопоставить какую – либо траекторию).

С современной точки зрения любое механическое движение обусловливается глубинными процессами взаимопревращения элементарных частиц, сложными переплетениями сильных, слабых, электромагнитных и гравитационных взаимодействий.

40