SlideShare a Scribd company logo
1 of 227
Download to read offline
_____________________________________________
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Брянский государственный технический университет
_____________________________________________________________
В.И.ПОПКОВ
ФИЗИКА
В СИСТЕМЕ НАУК
Утверждено редакционно-издательским советом
в качестве учебного пособия
Брянск
2010
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
УДК 53
Попков, В.И. Физика в системе наук [Текст] +
[Электронный ресурс]: учеб. пособие для студен-
тов очной формы обучения всех специальностей /
В.И.Попков. – Брянск: БГТУ, 2010. – 227 с.
ISBN 978-5-89838-542-2
Рассмотрены предмет, структура, методы физи-
ческой науки, связь физики с другими науками и
техникой, нерешенные проблемы физики.
Учебное пособие предназначено для студентов
всех специальностей и направлений, изучающих
физику, а также может быть полезно аспирантам,
изучающим философию и историю науки.
Научный редактор: к. ф.-м. наук доцент М.Ю.Некрасова
Рецензенты: кафедра физики Брянской государственной
инженерно-технологической академии;
д-р техн. наук профессор В.А.Погонышев
ISBN 978-5-89838-542-2 © Брянский государственный
технический университет, 2010
© Попков В.И., 2010
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3
Per aspera ad astra
Предисловие
В настоящее время наука и ее влияние на тех-
нику и технологию являются основными факторами
развития общества. Достижения науки привели к
созданию атомной энергетики, аэрокосмической
техники, микроэлектроники, компьютерных техно-
логий и многого другого. Наука стала производи-
тельной силой, определяющей развитие цивилиза-
ции, переход к постиндустриальному обществу. В
этом процессе, называемом научно-техническим
прогрессом, ведущую роль, несомненно, играет
физика.
В последние годы особую актуальность приоб-
рели физические явления и процессы, связанные с
получением, передачей, преобразованием и ис-
пользованием различных видов энергии, созданием
новых материалов. Физические методы исследова-
ния широко применяются в биофизике, молекуляр-
ной биологии, химии, медицине, геологии. Кванто-
вая механика и теория относительности, которые в
период их создания казались слишком абстрактны-
ми и далекими от практики, стали обычными рабо-
чими теориями, широко применяемыми в инженер-
ной практике.
Подчеркивая ведущую роль физики в ХХ веке,
член-корреспондент РАН Н.В.Карлов писал:
«Вне всяких сомнений, ХХ век был ве-
ком физики, люди именно этой науки со-
здали ХХ век таким, каким он, как некая
цельность, вошел в историю человечества
и занял в ней свое славное место… Ни один
мало-мальски серьезный культурологиче-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4
ский дискурс, претендующий на выявление
культурной, в широком смысле слова
«культура», доминанты ХХ века, не обхо-
дится без совершенно справедливых рас-
суждений о роли фундаментальной науки
вообще и физики в особенности в создании
того облика этого века, который мы
наблюдаем как в философской отстранен-
ности, так и в жизненной повседневности.
Физика в ХХ веке – это не только осново-
полагающая наука, формирующая миро-
восприятие деятельного человека. Она не
только снабдила человечество знанием
природы вещей и умением это знание ис-
пользовать. Она построила надежное
научное основание развитию инженерного
искусства, химии и биологии, материало-
ведения и энергетики, дала мощный им-
пульс математике и обеспечила в начале
XXI века триумфальное шествие науки о
живом и информатики».
Роль физики и других естественных наук в раз-
витии общества продолжает возрастать. При ин-
тенсивном развитии новых сложных процессов и
технологий физика все чаще выступает по отноше-
нию к технологии не только как ее естественно-
научное обоснование, но и как повседневный ра-
бочий инструмент. Растет насыщенность производ-
ства физическими методами контроля, расширяют-
ся масштабы использования в технике и техноло-
гиях новых физических эффектов и явлений, нано-
технологий. Увеличение наукоемкости приближает
инженерные теории к физическим. Поэтому изуче-
ние физики является объективной необходимостью
для людей самых разных профессий. Овладение
физикой способствует пониманию широкого круга
явлений и путей практического применения физи-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5
ческих законов, формирует научное мировоззре-
ние, позволяет творчески подходить к решению
самых разнообразных производственных задач.
Основная цель предлагаемой книги состоит в
том, чтобы раскрыть предмет и структуру физики,
ее связь с другими науками и техникой, ознакомить
с методами исследования физических явлений, по-
казать место физики в системе естественных наук,
роль физики как фундамента естествознания в
формировании научной картины мира и ее влияние
на научно-технический прогресс.
Предмет физики
Физика, как и другие естественные науки, изу-
чает объективные закономерности окружающего
нас материального мира. Физика – наука, изучаю-
щая простейшие и вместе с тем наиболее общие
свойства и формы движения материи и их взаим-
ные превращения. Вследствие этой общности не
существует явлений природы, не имеющих физиче-
ских свойств или сторон. Формы материи, движе-
ния и взаимодействия, составляющие предмет фи-
зики, встречаются в любых материальных систе-
мах, поэтому понятия физики и ее законы лежат в
основе всего естествознания. В определении физи-
ки два ключевых понятия: материя и движение.
Материя и движение
Материя есть философская категория для обо-
значения объективной реальности, которая дана
человеку в его ощущениях, которая копируется,
фотографируется, отображается нашими ощущени-
ями, существуя независимо от них. В определении
материи следует обратить внимание на два важных
момента. Во-первых, материя существует объек-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6
тивно, т.е. независимо от нас. Во-вторых, она ко-
пируется, отображается нашими ощущениями, т.е.
познаваема. Материя – причина, содержание и но-
ситель всего многообразия материального мира. С
точки зрения философского материализма, материя
первична, а все другие формы бытия есть ее по-
рождение; весь мир – движущаяся материя в ее
бесконечно разнообразных проявлениях.
В настоящее время известны два вида материи:
вещество и поле. В последнее время в отдельный
вид материи стали выделять физический вакуум.
Вещество – вид материи, обладающей, в отличие
от физического поля, массой покоя. Вещество – со-
вокупность дискретных образований, слагающихся
из элементарных частиц, масса покоя которых не
равна нулю (в основном из протонов, нейтронов и
электронов), атомов, молекул и построенных из
них тел. Материя в виде вещества имеет опреде-
ленную форму, размеры, пространственную лока-
лизацию.
Поле как физическая реальность (т.е. как вид
материи) в науку было введено М.Фарадеем. До
Фарадея электрическое, магнитное и гравитацион-
ное взаимодействия рассматривались как взаимо-
действия на расстоянии, между взаимодействую-
щими телами была пустота. Фарадей предположил,
что физические тела взаимодействуют друг с дру-
гом через соответствующие физические поля, за-
полняющие пространство между взаимодействую-
щими телами. В классической физике вещество и
поле противопоставляются друг другу как два вида
материи, у первого из которых структура дискрет-
на, а у второго – непрерывна. Поля (электромаг-
нитные, гравитационные и др.) заполняют про-
странство непрерывным образом. Введение поня-
тия поля покончило с действиями на расстоянии и
силами, которые действуют мгновенно. По мнению
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7
А.Эйнштейна, идея поля была самой оригинальной
идеей Фарадея, самым великим открытием со вре-
мен Ньютона. О сложной связи между веществом и
полем А.Эйнштейн и Л.Инфельд в книге «Эволюция
физики», вышедшей в 1938 г., писали:
«Мы имеем две реальности: вещество и
поле. Несомненно, что в настоящее время
мы не можем представить себе всю физи-
ку, построенной на понятии вещества, как
это делали физики в начале девятнадцато-
го столетия. В настоящее время мы прини-
маем оба понятия. Можем ли мы считать
вещество и поле двумя различными, не-
сходными реальностями? Пусть дана ма-
ленькая частица вещества; мы могли бы
наивно представить себе, что имеется
определенная поверхность частицы, за
пределами которой ее уже нет, а появляет-
ся ее поле тяготения. В нашей картине об-
ласть, в которой справедливы законы по-
ля, резко отделена от области, в которой
находится вещество частицы. Но что же
является физическим критерием, разли-
чающим вещество и поле? Раньше, когда
мы не знали теории относительности, мы
пытались бы ответить на этот вопрос сле-
дующим образом: вещество имеет массу, в
то время как поле ее не имеет. Поле пред-
ставляет энергию, вещество представляет
массу. Но мы уже знаем, что такой ответ в
свете новых знаний недостаточен. Из тео-
рии относительности мы знаем, что веще-
ство представляет собой огромные запасы
энергии и что энергия представляет веще-
ство. Мы не можем таким путем провести
качественное различие между веществом и
полем, так как различие между массой и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8
энергией не качественное. Гораздо боль-
шая часть энергии сосредоточена в веще-
стве, но поле, окружающее частицу, также
представляет собой энергию, хотя и в
несравненно меньшем количестве. Поэто-
му мы могли бы сказать: вещество – там,
где концентрация энергии велика, поле –
там, где концентрация энергии мала. Но
если это так, то различие между веществом
и полем скорее количественное, чем каче-
ственное. Нет смысла рассматривать веще-
ство и поле как два качества, совершенно
отличные друг от друга. Мы не можем
представить себе резкую границу, разде-
ляющую поле и вещество. Те же трудности
вырастают для заряда и его поля. Кажется
невозможным дать ясный качественный
критерий, позволяющий провести разли-
чие между веществом и полем, между за-
рядом и полем…
Мы не можем построить физику на ос-
нове только одного понятия – вещества. Но
деление на вещество и поле, после при-
знания эквивалентности массы и энергии,
есть нечто искусственное и неясно опреде-
ленное».
В классической физике вещество и поле проти-
вопоставлялись друг другу как два разных вида
материи, у первого из которых структура дискрет-
на, а у второго – непрерывна. Квантовая физика,
которая ввела идею двойственной, корпускулярно-
волновой природы любого микрообъекта, привела
к нивелированию противопоставления вещества и
поля. Выявление взаимосвязи вещества и поля
привело к углублению представлений о структуре
материи. На субатомном уровне (т.е. на уровне
элементарных частиц) различие вещества и поля
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9
становится относительным. С точки зрения кванто-
вой теории поля, понятия частицы (вещества) и
поля, которые раньше относились к различным фи-
зическим объектам, сливаются в единое понятие
квантового поля как особой формы существования
материи. Совершенно новым свойством стала дис-
кретность, квантованность поля. Поля утрачивают
чисто непрерывный характер, им необходимо соот-
ветствуют дискретные образования – кванты поля.
А элементарные частицы выступают как кванты со-
ответствующих полей. Частица лишь особое состо-
яние поля, квант поля. Неправомерно на субатом-
ном уровне различать вещество и поле по наличию
или отсутствию массы покоя, так как различные
поля обладают массой покоя. В современной физи-
ке поля и частицы выступают как две неразрывно
связанные стороны микромира, как выражение
единства корпускулярных (дискретных) и волно-
вых (непрерывных) свойств микрообъектов. Выяв-
ление тесной взаимосвязи вещества и поля приве-
ло к углублению наших представлений о структуре
материи.
Физический вакуум в квантовой теории поля─
это наинизшее энергетическое состояние всех
квантованных полей, обладающее минимальной
энергией и нулевыми в среднем значениями им-
пульса, момента импульса, электрического заряда,
спина и др., форма материи, лишенная вещества и
излучения. Физический вакуум, с точки зрения
современной физики и космологии, – фундамен-
тальное и исходное состояние материи, свойства
которого определяют собой все остальные свойства
и проявления материи. В физическом вакууме су-
ществуют флуктуации его энергии. Фактически ва-
куум представляет собой плотно заполненное про-
странство из пар виртуальных частиц и античастиц,
непрерывно создаваемых и разрушаемых. Любое
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10
состояние материи может быть получено из физи-
ческого вакуума действием оператора рождения
частиц.
В середине 60-х годов ХХ в. Э.Глинер предпо-
ложил, что в начале расширения нашей Вселенной
материя находилась в состоянии физического ва-
куума. Возбужденное состояние такого вакуума
способно создать огромное отрицательное давле-
ние, гигантскую силу космического отталкивания.
Вакуумная материя создает гравитационное от-
талкивание вместо гравитационного притяжения.
Именно гравитационное отталкивание и послужило
причиной первотолчка, который вызвал безудерж-
ное и стремительное раздувание Вселенной с ги-
гантскими начальными скоростями расширения ма-
терии.
Полученные в последнее время космологиче-
ские данные требуют кардинального дополнения
современных представлений о структуре материи и
фундаментальных взаимодействиях элементарных
частиц. Лишь 4% массы Вселенной приходится на
понятное нам «обычное» вещество, которое назы-
вают барионной материей. Остальные 96% – это
некие субстанции: темная материя (23%) и темная
энергия (73%).
Помимо обычного вещества, во Вселенной име-
ется другой тип вещества – темная материя. Обна-
ружение темной материи (т.е. материи, не излуча-
ющей свет и не наблюдаемой телескопами) имеет
фундаментальное значение для космологии, аст-
рофизики и физики элементарных частиц. Иссле-
дователи оказались (в очередной раз в истории
развития науки) перед фактом, заключающимся в
том, что известный мир, о котором, казалось бы,
известно все или почти все, в действительности со-
ставляет лишь малую часть пока еще непознанной
Вселенной.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11
Впервые предположение о существовании тем-
ной материи было высказано в 1933 г. астрономом
Ф.Цвикки на основе результатов исследований га-
лактических кластеров (скоплений галактик).
Ф.Цвикки обратил внимание на то, что масса скоп-
ления галактик в созвездии Волосы Вероники (кла-
стер Coma), определяемая по оптической светимо-
сти скопления и по скорости вращения периферий-
ных галактик в этом скоплении, зависящей от их
расстояния до центра скопления, не соответствуют
друг другу. Масса, которая получается из измере-
ний скорости вращения галактик, во много раз
больше массы, измеряемой по светимости. Цвикки
высказал предположение, что для удержания га-
лактик в составе кластера силами гравитации
необходимо большое количество невидимой мате-
рии. Он ввел в обиход понятие темной (не светя-
щейся) материи. С этих пор на основе широкого
круга самосогласованных астрофизических и кос-
мологических данных было получено множество
разнообразных и неоспоримых свидетельств суще-
ствования темной материи.
Темная материя сродни обычному веществу.
Она способна собираться в сгустки (размером с га-
лактику) и участвует в гравитационных взаимодей-
ствиях. Измерения, проведенные с несколькими
сотнями спиральных галактик, показывают, что все
эти галактики «погружены» в массивное гало из
темной материи. Анализ результатов гравитацион-
ного линзирования показал, что диаметр темного
гало галактик может превосходить видимый диа-
метр более чем на порядок. Скорее всего, темная
материя состоит из новых, не открытых еще в зем-
ных условиях частиц. Эти частицы должны быть
электрически нейтральны и участвовать только в
слабом взаимодействии, подобно нейтрино, но
иметь большую массу. По одной из гипотез канди-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12
датами на роль таких частиц считаются гипотети-
ческие тяжелые и очень тяжелые нейтрино –
нейтралино с массой в десятки ГэВ. Если нейтра-
лино составляют значительную массу Вселенной,
их поток в Метагалактике должен быть огромным.
Наша Солнечная система движется в море нейтра-
лино со скоростью 220 км/с. Через каждый квад-
ратный метр поверхности ежесекундно должно
проноситься примерно 109
нейтралино. Сейчас в
различных странах мира около 20 эксперименталь-
ных групп заняты поиском частиц темной материи,
в т.ч. и нейтралино.
Одной из популярных категорий кандидатов на
роль частиц темной материи являются гипотетиче-
ские частицы – вимпы (название образовано от ан-
глийской аббревиатуры WIMPs – Weakly Interacting
Massive Particles – слабовзаимодействующие мас-
сивные частицы), которые по предположению были
рождены в первые мгновения после Большого
взрыва, когда температура среды была чрезвычай-
но велика и могли рождаться сверхмассивные ча-
стицы. К настоящему времени эти частицы остыли
и представляют собой отдельные сгустки. Предла-
гается также новый класс небарионной холодной
темной материи: сверхслабовзаимодействующие
массивные частицы ─ супервимпы, или свимпы
(SuperWIMPs).
Многочисленные астрономические наблюдения
последних лет достаточно определенно указывают
на то, что преобладающей составляющей совре-
менной Вселенной является экзотическая темная
энергия с практически однородным распределени-
ем плотности и отрицательным давлением. Темная
энергия – гораздо более странная субстанция, чем
темная материя. Она не собирается в сгустки в га-
лактиках и скоплениях галактик, а равномерно
распределена во Вселенной.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
13
Темная энергия носит явно выраженный неве-
щественный характер, но именно она доминирует
во Вселенной. Ее нельзя наблюдать по гравитаци-
онным эффектам, создаваемым отдельными объек-
тами, но она влияет на общее расширение Метага-
лактики. Наблюдения показывают, что в последние
миллиарды лет Метагалактика расширяется с уско-
рением, тогда как обычная материя (в том числе
темная) приводила бы к замедлению расширения
под воздействием гравитации. Следовательно, тем-
ная энергия проявляет дальнодействующие свой-
ства антигравитации. Плотность темной энергии
остается постоянной с течением времени, тогда как
плотность обычной энергии обратно пропорцио-
нальна объему Метагалактики. Вероятно, темная
энергия – это особый вид материи, давление кото-
рой отрицательно и численно в точности равно
плотности энергии. По словам академика
В.А.Рубакова, открытия, сделанные в области кос-
мологии, являются прямым свидетельством непол-
ноты современных представлений об элементарных
частицах и фундаментальных взаимодействиях. В
частности, в рамках существующей теории – Стан-
дартной модели физики элементарных частиц – не-
возможно объяснить наличие темной материи во
Вселенной и тот факт, что в ней имеется вещество,
а антивещество отсутствует. Природа темной энер-
гии – это главная загадка фундаментальной физи-
ки ХХI века. Перед наукой стоит задача определить
природу темной энергии и объяснить ее доминиру-
ющую роль во Вселенной. Имеются веские основа-
ния ожидать, что несоответствие между физикой
частиц и космологией найдет свое разрешение в
результате экспериментов на Большом адроном
коллайдере.
Материю нельзя противопоставлять конкретным
вещам как некоторое первоначало, из которого все
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
14
формируется. Не существует первичной субстан-
ции, из которой затем формируются вещи; материя
существует только в виде бесконечного разнообра-
зия конкретных объектов. Вещи не состоят из ма-
терии, а являются конкретными формами ее прояв-
ления. При этом все материальные объекты обла-
дают внутренней упорядоченностью, которая про-
является в закономерном движении и взаимодей-
ствии элементов. Существуют различные структур-
ные уровни организации материи, каждый из кото-
рых имеет своего носителя и свою систему законо-
мерностей. Материальное единство мира проявля-
ется в том, что все уровни материи взаимодейству-
ют и переходят друг в друга.
Итак, материя обладает следующими свойства-
ми:
- материя объективна, то есть существует вне
нашего сознания;
- материя существует в многообразии конкрет-
ных объектов;
- существует материальное единство мира как
взаимосвязь и взаимозависимость всех уровней ма-
терии, а также наличие ее универсальных свойств
и законов;
- материя несотворима и неуничтожима, суще-
ствуют законы сохранения, изменение материи
всегда связано с устойчивостью некоторых ее
свойств;
- материя находится в состоянии непрерывного
движения, материя не существует без движения,
т.е. без взаимодействия вещей и процессов;
- движение материи происходит в пространстве
и во времени;
- материя способна к саморазвитию, т.е.
усложнению структуры без вмешательства извне;
- материя познаваема;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
15
- все известные материальные объекты и про-
цессы подчинены принципу причинности, т.е. име-
ют свои причины и порождают следствия.
Движение - способ существования материи, ее
всеобщий атрибут. Движение, с точки зрения фи-
лософии, есть всякое изменение вообще, развитие
вообще, взаимодействие материальных объектов.
Ф.Энгельс так определял понятие движения:
«Движение, рассматриваемое в самом
общем смысле слова, т.е. понимаемое как
форма бытия материи, как внутренне при-
сущий материи атрибут, обнимает собою
все происходящие во Вселенной измене-
ния и процессы, начиная от простейшего
перемещения и кончая мышлением».
Движение – неотъемлемое свойство материи,
оно несотворимо и неуничтожимо, как и сама мате-
рия. Материя не косное вещество, к которому
нужно прикладывать движение извне, а основа и
носитель движения.
Долгое время движение понималось как пере-
мещение материальных тел, как изменение их про-
странственного положения. Все остальные процес-
сы пытались объяснить перемещением отдельных
частей тел относительно друг друга (механицизм в
науке). Но уже в ХIХ веке выяснилось, что химиче-
ские реакции, электромагнитные и оптические яв-
ления нельзя свести к механическому движению и
объяснить законами классической механики.
Движение материи многообразно по своим про-
явлениям и существует в различных формах. Вы-
деляют три основные группы форм движения мате-
рии: неорганическая природа, органическая при-
рода и общество.
К формам движения материи в неорганической
природе относятся механическое движение – пере-
мещение тел в пространстве; движение элементар-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
16
ных частиц и полей – электромагнитные, гравита-
ционные, сильные и слабые взаимодействия, про-
цессы превращения элементарных частиц и др.;
движения и превращения атомов и молекул, вклю-
чающее в себя химическую форму движения мате-
рии; изменения в структуре макроскопических тел
– тепловые процессы, изменение агрегатных со-
стояний, звуковые колебания и др.; геологические
формы движения материи; изменение космических
систем различных размеров: планет, звезд, галак-
тик и их скоплений.
В настоящее время выделяют следующие струк-
турные уровни неживой природы:
- Вселенная;
- Метагалактика;
- скопления галактик;
- галактики;
- звездные скопления;
- космические тела (звезды, планеты и т.д.);
- макротела;
- молекулы;
- атомы;
- элементарные частицы;
- кварки.
Возможно, что существуют уровни больших или
меньших масштабов, но современной наукой они
еще не идентифицированы. Размеры материальных
объектов, изучаемых современной наукой, лежат в
диапазоне от 10-15
м до 1010
световых лет. Каждому
структурному уровню соответствует своя форма
движения, но они взаимосвязаны и находятся в по-
стоянном взаимодействии. Каждой форме движе-
ния присущи свой носитель, своя область распро-
странения и свои законы.
Формы движения материи в живой природе: со-
вокупность жизненных процессов в организмах и в
надорганизменных системах: обмен веществ, про-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
17
цессы отражения, саморегуляции, управления и
воспроизводства, различные отношения в биоцено-
зах и других экологических системах, взаимодей-
ствие всей биосферы с природными системами
Земли и с обществом. Выделяют следующие струк-
турные уровни живой природы:
- Биосферный уровень – наивысший уровень
организации жизни, охватывающий все явления
жизни на планете. Биосфера включает всю сово-
купность живых организмов Земли, в том числе и
человека, вместе с окружающей их природной сре-
дой. Биотический обмен веществ объединяет все
структурные уровни организации жизни в одну си-
стему. Биосфера является единой экологической
системой. На биосферном уровне происходит кру-
говорот веществ и превращение энергии, связан-
ные с жизнедеятельностью всех живых организмов,
обитающих на Земле.
- Биогеоценозный уровень. Биогеоценоз (эко-
система) – сложная динамическая система, пред-
ставляющая собой совокупность биотических и
абиотических элементов, связанных между собой
обменом веществ, энергии и информации. Биогео-
ценозы – это участки Земли с определенными при-
родно-климатическими условиями (геоценозы) и
связанные с ними биоценозы, представляющие
единый природный взаимообусловленный комплекс
с динамичными обратными связями. Биогеоценоз
представляет собой устойчивую систему, которая
может существовать на протяжении длительного
времени в состоянии динамического равновесия.
Нарушение динамического равновесия между эле-
ментами биогеоценоза приводит к экологической
катастрофе.
- Биоценозный уровень. Биоценоз – совокуп-
ность всех организмов, населяющих участок среды
с однородными условиями жизни; совокупность
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
18
популяций, сообщество микроорганизмов, живот-
ных и растений, обитающих на определенной тер-
ритории. В биоценозе продукты жизнедеятельности
одних организмов являются условием существова-
ния других организмов. Обычно биоценозы состоят
из нескольких популяций.
- Популяционно-видовой уровень (популяция -
совокупность особей одного вида, занимающих
определенную территорию, свободно скрещиваю-
щихся между собой и частично или полностью изо-
лированных от других особей своего вида).
- Организменный и органотканевый уровень.
- Клеточный уровень.
- Молекулярный (доклеточный) уровень (бел-
ки и нуклеиновые кислоты).
Общественные формы движения материи вклю-
чают в себя многообразные проявления деятельно-
сти людей, все высшие формы отражения и целе-
направленного преобразования действительности:
развитие производительных сил и производствен-
ных отношений, классовые, национальные, госу-
дарственные отношения и др. В социально органи-
зованной форме материи можно выделить следую-
щие структурные уровни:
- человек (отдельный индивид);
- семья;
- группа;
- коллективы разных уровней;
- социальные группы (классы, страты);
- этносы;
- нации;
- расы;
- государства;
- союзы государств;
- человечество в целом.
Высшие формы движения материи исторически
возникают на основе относительно низших и вклю-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
19
чают их в себя в преобразованном виде – в соот-
ветствии со структурой и законами развития более
сложной системы. Между ними существуют един-
ство и взаимное влияние. Однако высшие формы
движения качественно отличны от низших и несво-
димы к ним. Раскрытие взаимоотношения между
формами движения материи играет важную роль в
понимании единства мира, в познании сущности
сложных явлений природы и общества. Общие за-
коны движения были сформулированы Гегелем:
переход количественных изменений в качествен-
ные, борьба противоположностей, отрицание отри-
цания. Движение внутренне противоречиво, оно
представляет собой сочетание движения и покоя,
изменения и устойчивости. Устойчивость проявля-
ется всегда: как бы ни изменился объект, он со-
храняет какие-либо характеристики (это следует
хотя бы из законов сохранения). Покой – это дви-
жение, не нарушающее качественной специфики
объекта. Покой всегда относителен, абсолютный
покой невозможен.
Различные формы движения материи изучают
различные науки: физика, химия, биология, со-
циология и т.д. Физика – наука о наиболее общих
свойствах и формах движения материи и их взаим-
ных превращениях. Физика изучает механическое,
тепловое, электромагнитное движение, атомные и
внутриатомные явления и др. Любая материальная
система есть прежде всего физическая система,
поэтому физические формы движения материи
входят как составная часть в более сложные фор-
мы движения материи. Все остальные естественные
науки должны учитывать физические закономерно-
сти, лежащие в основе изучаемых ими явлений:
законы сохранения и превращения энергии, начала
термодинамики и др. Кроме того, все естественные
науки широко используют физические методы ис-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
20
следования. Поэтому физика считается основой со-
временного естествознания.
Формы движения материи взаимосвязаны, по-
этому существует взаимосвязь между науками,
изучающими различные формы движения материи.
Итак, свойства движения таковы:
- движение объективно (т.е. существует в ре-
альности, а не в наших представлениях о ней);
- движение всеобще (т.е. все движется);
- движение – неотъемлемое свойство материи,
возникает из самой материи;
- движение неуничтожимо количественно (оно
не прекращается) и качественно (каждая форма
движения может превращаться в другую), прекра-
щение одних форм движения есть возникновение
новых его форм;
- движение абсолютно (в то время как покой
относителен);
- движение имеет определенные формы, кото-
рые подчиняются своим законам, но могут перехо-
дить одна в другую.
Пространство и время
Материя существует и движется во времени и
пространстве, которые являются формами суще-
ствования (бытия) материи, ее атрибутами. Про-
странство есть форма бытия материи, характери-
зующая ее протяженность, структурность, сосуще-
ствование и взаимодействие элементов во всех ма-
териальных системах. Можно сказать, что про-
странство – форма координации одновременно су-
ществующих объектов, выражает порядок сосуще-
ствования отдельных материальных объектов. Вре-
мя – форма бытия материи, выражающая длитель-
ность ее существования, последовательность сме-
ны состояний в изменении и развитии всех матери-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
21
альных систем. Время – форма координации сме-
няющих друг друга объектов, отражает порядок
смены явлений. Порядок сосуществования объек-
тов образует структуру пространства, порядок сме-
ны этих состояний образует структуру времени.
Пространство и время неразрывно связаны между
собой, их единство проявляется в движении и раз-
витии материи.
Пространство и время являются основными по-
нятиями всех разделов физики. Они играют глав-
ную роль на эмпирическом уровне физического по-
знания: непосредственное содержание результатов
наблюдений и экспериментов состоит в фиксации
пространственно-временных совпадений. Про-
странство и время служат также одними из важ-
нейших средств конструирования теоретических
моделей, интерпретирующих экспериментальные
данные. Пространство и время имеют решающее
значение для построения научной картины мира,
обеспечивая отождествление и различение отдель-
ных фрагментов материальной действительности. В
физике свойства пространства и времени делят на
метрические (протяженность, длительность) и то-
пологические (размерность, непрерывность и связ-
ность пространства и времени, порядок и направ-
ление времени).
В механической картине мира, созданной
И.Ньютоном, пространство и время носили абсо-
лютный характер. В «Математических началах
натуральной философии» И.Ньютон дал следующие
определения свойств времени и пространства:
«I. Абсолютное, истинное математиче-
ское время само по себе и по самой своей
сущности, без всякого отношения к чему-
либо, протекает равномерно и иначе назы-
вается длительностью.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
22
II. Абсолютное пространство по самой
своей сущности, безотносительно к чему
бы то ни было внешнему, остается всегда
одинаковым и неподвижным.
Согласно И.Ньютону, абсолютное пространство
и время представляли собой самостоятельные сущ-
ности, которые не зависели ни друг от друга, ни от
находящихся в них материальных объектов и про-
текающих в них процессов. Абсолютное простран-
ство Ньютона выполняет функцию вместилища ма-
терии, местопребывания материальных объектов и
систем. По Ньютону пространство неизменно и
неподвижно, не зависит от материальных тел и их
движения; время абсолютно и течет везде одина-
ково.
Ньютон отличает абсолютные, истинные, мате-
матические пространство и время от относитель-
ных, обыкновенных пространства и времени, кото-
рые он допускал для обыденной жизни, определяя
их следующим образом:
«…Относительное, кажущееся, или
обыденное время есть или точная, или из-
менчивая, постигаемая чувствами, внеш-
няя, совершаемая при посредстве какого-
либо движения мера продолжительности,
употребляемая в обыденной жизни вместо
истинного, математического времени, как-
то: час, день, месяц, год…
…Относительное пространство есть его
мера или какая-либо ограниченная по-
движная часть, которая определяется
нашими чувствами по положению его от-
носительно некоторых тел и которое в
обыденной жизни принимается за про-
странство неподвижное: так, например,
протяжение пространств подземного воз-
духа или надземного, определяемых по их
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
23
положению относительно Земли. По виду и
величине абсолютное и относительное
пространства одинаковы, но численно не
всегда остаются одинаковыми».
Классическая физика считала, что Вселенная в
пространственном отношении бесконечна, что про-
странство Вселенной обладает евклидовой геомет-
рией (т.е. трехмерно, однородно и изотропно).
Пространственные свойства материальных тел в
классической механике абсолютны, т.е. не зависят
от системы отсчета, скорости движения тела, вре-
мени, длительности бытия предметов, их матери-
ального взаимодействия с другими окружающими
предметами.
Свойства пространства, по современным пред-
ставлениям (без учета релятивистских эффектов),
таковы:
- объективность, т.е. независимость от созна-
ния человека;
- всеобщность – не существует материи без
пространства;
- однородность – все точки пространства обла-
дают одинаковыми свойствами (параллельный пе-
ренос не изменяет законов природы);
- изотропность – все направления в простран-
стве обладают одинаковыми свойствами (поворот
на любой угол не изменяет законов природы);
- непрерывность – между двумя точками про-
странства, как бы близко они ни находились, все-
гда можно найти третью;
- связность – между точками пространства нет
разрывов;
- трехмерность – каждая точка пространства
однозначно определяется тремя координатами, все
материальные процессы и взаимодействия реали-
зуются лишь в пространстве трех измерений.
Свойства времени таковы:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
24
- объективность;
- всеобщность;
- необратимость – причинно-следственные от-
ношения асимметричны, время всегда направлено
от прошлого к будущему;
- одномерность;
- связность;
- однородность – явления, протекающие в оди-
наковых условиях, но в разные моменты времени,
протекают одинаково;
- непрерывность – между двумя моментами
времени всегда можно выделить третий.
Почти все реальные процессы в природе явля-
ются необратимыми: это и затухание маятника, и
эволюция звезды, и человеческая жизнь. Необра-
тимость процессов в природе как бы задает
направление на оси времени от «прошлого» к «бу-
дущему». Это свойство времени английский физик
и астроном А. Эддингтон образно назвал «стрелой
времени». По поводу необратимости времени
И.Пригожин писал:
« Итак, мы приходим к выводу, что
нарушенная временная симметрия являет-
ся существенным элементом нашего пони-
мания природы…Стрела времени не проти-
вопоставляет человека природе. Наоборот,
она свидетельствует о том, что человек яв-
ляется неотъемлемой составной частью
эволюционирующей Вселенной…
Время – не только существенная
компонента нашего внутреннего опыта и
ключ к пониманию истории человечества
как на уровне отдельной личности, так и на
уровне общества. Время – это ключ к по-
ниманию природы».
Современной теорией свойств пространства и
времени является теория относительности – специ-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
25
альная и общая, развитые А.Эйнштейном. Специ-
альная теория относительности выявила зависи-
мость пространственных и временных характери-
стик объектов от скорости их движения относи-
тельно определенной системы отсчета и объедини-
ла пространство и время в единый четырехмерный
пространственно-временной континуум – простран-
ство-время. Правда, пространственные релятивист-
ские эффекты имеют существенные значения толь-
ко при скоростях тел, близких к скорости света в
вакууме. Специальная теория относительности со-
хранила представление об евклидовом характере
физического пространства. Общая теория относи-
тельности привела к отказу от этих представлений.
Общая теория относительности вскрыла зави-
симость метрических характеристик пространства-
времени от распределения гравитационных масс,
приводящих к искривлению пространства-времени.
Эйнштейн в общей теории относительности отка-
зался от плоского псевдоевклидова пространства и
перешел к более общей концепции – искривленно-
му четырехмерному пространству Римана. При этом
он фактически свел гравитацию к геометрии про-
странства. В соответствии с таким подходом пустое
пространство, т.е. пространство, в котором отсут-
ствует гравитационное поле, просто не существует.
Пространство-время проявляется лишь как струк-
турное свойство гравитационного поля; последнее
равносильно искривлению пространства-времени.
В свою очередь, это искривление определяет зако-
ны движения материи. Таким образом, согласно
ОТО, гравитация – это искривление пространства-
времени. Уравнения гравитационного поля Эйн-
штейна связывают характеристики пространства-
времени с распределением и движением материи.
(Отметим, что в соответствии с принципом Маха
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
26
все законы физики определяются распределением
материи во Вселенной).
По форме уравнения ОТО не похожи на урав-
нения динамики Ньютона. В частности, эйнштей-
новский закон гравитации фактически сводится к
математическому описанию движения свободного
тела в искривленном четырехмерном пространстве-
времени, заданном с помощью криволинейной си-
стемы координат. Параметры, характеризующие
кривизну такого пространства, определяются гра-
витационным полем, а траекторией движения сво-
бодного тела (в том числе и светового луча) явля-
ется не евклидова прямая, а искривленная линия
(геодезическая). В то же время уравнения ОТО пе-
реходят в уравнения Ньютона в предельном случае
малых скоростей и слабых квазистатических грави-
тационных полей. В этом случае четырехмерное
пространство-время становится квазиплоским.
В рамках ОТО были предсказаны три эффекта:
отклонение светового луча в поле солнечного тяго-
тения, гравитационное красное смещение спек-
тральных линий, медленное аномальное движение
перигелия Меркурия. Эти эффекты были подтвер-
ждены экспериментально. В настоящее время по-
сле открытия квазаров, пульсаров, реликтового из-
лучения, рентгеновских звезд и др. общая теория
относительности необходима для изучения и пони-
мания фундаментальных свойств Вселенной.
Тесное переплетение свойств пространства и
времени со свойствами гравитации в ОТО привело
Эйнштейна к идее, что на более глубоком уровне
существует связь пространства-времени и с други-
ми фундаментальными физическими полями, т.е. к
программе геометризации физики, которой он по-
святил последние 30 лет своей жизни. Однако его
попытки создать единую теорию поля не были
успешными.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
27
В общей теории относительности от характера
распределения масс зависят такие фундаменталь-
ные свойства пространства-времени, как конеч-
ность и бесконечность, которые тоже обнаружили
свою относительность. Построенная на основе об-
щей теории относительности современная космоло-
гия утверждает конечный, но безграничный харак-
тер пространства Вселенной, изменяемость про-
странственных свойств Вселенной в связи с ее
расширением, неоднородность и анизотропность
физического пространства, его неевклидов харак-
тер.
Таким образом, пространство и время – неотъ-
емлемые, объективные свойства любых материаль-
ных объектов и систем. По поводу зависимости
свойств пространства и времени от материальных
объектов и процессов А.Эйнштейн писал:
«Прежде считали, что если все матери-
альные тела исчезнут из Вселенной, время
и пространство сохранятся. Согласно же
теории относительности, время и простран-
ство исчезнут вместе с телами».
Пространству свойственна относительная пре-
рывность, проявляющаяся в раздельном существо-
вании материальных объектов и систем, имеющих
определенные размеры и границы, в существова-
нии многообразия структурных уровней материи с
различными пространственными отношениями.
Новым шагом в развитии представлений о про-
странстве стала гипотеза о дискретном, квантовом
характере реального пространства в результате
применения идей квантовой механики к теории
гравитации и космологии. Определена минимально
возможная длина кванта пространства – 10-35
м
(так называемая планковская длина). Рассматри-
вается вопрос о дискретности, квантовании време-
ни. По этому поводу В.Гейзенберг писал:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
28
«…в предельно малых пространствен-
но-временных областях, порядок величи-
ны которых тот же, что и у элементарных
частиц, пространство и время странным
образом исчезают, а именно: для столь ма-
лых времен уже нельзя правильно опре-
делить сами понятия «раньше» и «поз-
же». Разумеется, пространственно-
временная структура в целом нисколько не
меняется, однако приходится считаться с
возможностью, что в экспериментах с про-
цессами, протекающими в крайне малых
пространственно-временных областях, об-
наружится, что некоторые из них протека-
ют в направлении времени, как бы обрат-
ным тому, которое соответствует их кау-
зальной последовательности».
Существуют альтернативные исследовательские
программы, в которых предлагаются иные кон-
струкции времени и пространства. Так, в исследо-
вательской программе Е.А.Милна, являющейся аль-
тернативой общей теории относительности Эйн-
штейна, первостепенное значение придается вре-
мени по сравнению с пространством. Понятие вре-
мени считается первичным, а понятие пространства
– производным от него.
Н.А.Козырев в своей причинной механике пред-
ложил гипотезу о субстанциональной природе вре-
мени. В рамках этой гипотезы он обнаружил влия-
ние земных и космических необратимых процессов
на вес покоящихся и вращающихся тел, на некото-
рые свойства вещества (плотность, упругость,
электропроводность и др.). Действующий фактор
необратимых процессов он связал с активными
свойствами времени, с причинностью.
В программе геометродинамики, развиваемой
Дж. Уилером, физические явления выводятся из
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
29
свойств пространства-времени. Геометродинамика
включает в себя построение из геометрии про-
странства-времени эквивалентов массы, заряда,
электромагнитного поля. В этой теории частица
выступает как чисто геометрическое понятие. Мас-
са, время, длина, электромагнитные поля и т.д. яв-
ляются объектами чистой геометрии. По мнению
Дж.Уилера:
«В мире нет ничего, кроме пустого ис-
кривленного пространства. Материя, заряд,
электромагнитные и другие физические те-
ла являются лишь проявлением искрив-
ленности пространства. Физика есть гео-
метрия. Все физические понятия должны
быть представлены с помощью пустого,
различным образом искривленного про-
странства, без каких либо добавлений к
нему».
В современной физике и математике широко
применяются абстрактные (концептуальные) мно-
гомерные пространства, которые образуются путем
добавления к трем пространственным координатам
времени и других параметров, учет взаимной связи
и изменения которых необходим для более полного
описания процессов. Например, достаточно после-
довательная квантовая теория суперструн Грина-
Шварца сформулирована непротиворечивым обра-
зом в десятимерном пространстве-времени Минков-
ского. Однако не следует отождествлять эти кон-
цептуальные пространства, вводимые как способ
описания систем, с реальным пространством, кото-
рое всегда трехмерно и характеризует протяжен-
ность и структурность материи, сосуществование и
взаимодействие элементов в различных системах.
Однородность и изотропность пространства и
однородность времени называются свойствами
симметрии пространства и времени. Из свойств
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
30
симметрии пространства и времени следует сим-
метрия (инвариантность) физических законов по
отношению к следующим непрерывным преобразо-
ваниям пространства-времени: перенос (сдвиг) или
поворот системы как целого в пространстве; изме-
нение начала отсчета времени (сдвиг во времени).
При этих преобразованиях законы, устанавливаю-
щие соотношения между величинами, характери-
зующими физическую систему, не меняются. Дру-
гими словами, поведение изолированной механи-
ческой системы не зависит от того, какой момент
времени принят за начало отсчета, в каком месте
пространства помещено начало координат и как
ориентированы в пространстве оси координат.
В 1918 г. немецкий математик Э.Нётер сформу-
лировала теорему, согласно которой для физиче-
ской системы, движение которой описывается не-
которым дифференциальным уравнением, каждому
непрерывному преобразованию пространства и
времени соответствует определенный закон сохра-
нения. Таким образом, была установлена взаимо-
связь свойств симметрии пространства и времени с
законами сохранения. Закон сохранения импульса
вытекает из однородности пространства, закон со-
хранения энергии – из однородности времени, за-
кон сохранения момента импульса – из изотропно-
сти пространства.
Материальное единство мира
Материальное единство мира – принцип, утвер-
ждающий общность и взаимосвязь всех явлений
мира, отражаемых в человеческом сознании. Мате-
риальное единство мира проявляется во взаимной
связи всех структурных уровней материи, во взаи-
мосвязи явлений микро – и мегамира.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
31
Материальное единство мира предполагает суб-
станциональное единство мира (материя – суб-
станция всех процессов и явлений мира); атрибу-
тивное единство мира (любая часть мира обладает
всеми свойствами материи); генетическое единство
мира (все формы материи имеют общее происхож-
дение); номологическое единство мира (все про-
цессы в мире подчиняются одним всеобщим зако-
нам). О субстанциональном единстве мира извест-
ный американский физик-теоретик Р.Фейнман пи-
сал:
«…как это ни удивительно – вся мате-
рия одинакова. Известно, что материя, из
которой сделаны звезды, такая же, как и
материя, из которой сделана Земля. Харак-
тер света, испускаемого звездами, дает
нам, так сказать, отпечатки пальцев, по ко-
торым можно решить, что там атомы того
же типа, что и на Земле. Оказывается, и
живая, и неживая природа образуется из
атомов одинакового типа. Лягушки сдела-
ны из того же материала, что и камни, но
только материал этот по-разному исполь-
зован. Все это упрощает нашу задачу. У нас
есть атомы – и ничего больше, а атомы од-
нотипны, и однотипны повсюду».
Материальное единство мира находит свое вы-
ражение в наличии у материи комплекса универ-
сальных свойств и диалектических законов струк-
турной организации, изменения и развития. К чис-
лу универсальных свойств материи относятся ее
несотворимость и неуничтожимость, вечность су-
ществования во времени и пространстве, законо-
мерное саморазвитие, проявляющееся в различных
формах, превращение одних состояний в другие.
Несотворимость и неуничтожимость материи
означают, что нет и не может быть никаких спосо-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
32
бов и средств, с помощью которых можно было бы
прекратить ее существование или сотворить ее из
«ничего», что не было и не будет времени, когда
материя не существовала или не будет существо-
вать. Признание несотворимости и неуничтожимо-
сти материи и форм ее существования полностью
исключают любую постановку вопроса о сотворе-
нии мира какой-то высшей, стоящей над миром си-
лой. Несотворимость и неуничтожимость материи
означает, что любые процессы, происходящие в
мире, никогда своим содержанием не имеют ни со-
творения, ни уничтожения движущейся материи.
Происходят лишь процессы преобразования,
структурной перестройки, модификации ранее су-
ществовавших состояний движущейся материи в
новые ее состояния в определенных, но разнооб-
разных пространственно-временных формах. Мате-
рия находится в состоянии вечного изменения, вы-
зываемого наличием внутренних противоречий, но
при всех изменениях, превращениях одних форм
материи в другие она неизменно остается, сохра-
няется как объективная реальность, существующая
вне и независимо от нашего сознания.
Свое всестороннее выражение в природе прин-
цип несотворимости и неуничтожимости материи и
ее атрибутов, свойств находит в физических зако-
нах сохранения. Физика открывает все новые и но-
вые явления, подтверждающие незыблемость все-
общего закона сохранения и превращения материи
и ее атрибутов, растет число частных законов со-
хранения отдельных характеристик физических
форм движения материи. С законами сохранения
связано введение в физику новых фундаменталь-
ных идей, имеющих принципиальное значение.
Одним из аспектов законов сохранения является их
связь с принципами симметрии. Законы сохранения
энергии, импульса и момента импульса связаны со
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
33
свойствами симметрии пространства и времени. За-
коны сохранения служат пробным камнем любой
физической теории. Непротиворечивость теории
этим законам служит убедительным аргументом в
ее пользу и является важнейшим критерием ее ис-
тинности. Поэтому в современных физических тео-
риях большую роль играет идея сохранения спе-
цифических для данной теории величин, причем
часто поиски этих величин являются важнейшей
частью теории. В истории науки известны случаи,
когда применение законов сохранения позволило
получить новые научные результаты. Так, опира-
ясь на законы сохранения энергии и импульса,
В.Паули предсказал существование новой элемен-
тарной частицы – нейтрино.
Одна из характерных особенностей законов со-
хранения состоит в том, что они могут проявляться
в форме ограничений или даже категорических за-
претов, выражающих невозможность прохождения
тех или иных процессов в определенных условиях.
Часто, когда исследователи сталкиваются с прин-
ципиальной невозможностью каких-либо процес-
сов, в итоге приходят к открытию новой сохраня-
ющейся величины. Об этой роли законов М.Борн
писал:
«Каждый закон природы устанавли-
вает в известном смысле предел; то, что
ему противоречит, недостижимо. Такое по-
ложение вещей оказалось в известной сте-
пени обратимым: если опыт наталкивается
на препятствие, которое он не может пре-
одолеть, несмотря на большое усилие, то,
как говорят, это препятствие является от-
правным пунктом для нового позитивного
знания, для познания нового закона при-
роды».
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
34
Таким образом, в законах сохранения находит
свое отражение важнейший материалистический
принцип неуничтожимости материи и движения,
взаимосвязь между различными формами движу-
щейся материи и специфика превращения одних
форм материи и движения в другие.
Развитие знаний о микро- и мегамире постоянно
приводит к открытию новых структурных элемен-
тов материи и связей между ними, вызывает необ-
ходимость создания новых научных понятий для их
выражения. При этом в процессе познания раскры-
ваются специфические черты различных областей
материального мира и конкретные формы его ма-
териального единства. Одним из универсальных
свойств материи является ее неисчерпаемость.
Неисчерпаемость материи философами понима-
ется двояко. С онтологической точки зрения неис-
черпаемость материи рассматривается как неис-
черпаемость, бесконечность самого материального
мира, его структурных элементов и их взаимодей-
ствий, как беспредельность делимости материи.
Универсальное взаимодействие всех разнообраз-
ных видов и состояний материи, их взаимная обу-
словленность и взаимопревращаемость – основа
множественности связей между ними, многообра-
зия и неисчерпаемости различных уровней и струк-
тур материального мира. Материя бесконечна в том
смысле, что каждый ее объект бесконечен по своим
свойствам. В.И.Ленин писал: «Электрон также
неисчерпаем, как и атом, природа бесконеч-
на». Открытие новых элементарных частиц, квар-
ков, новых объектов и свойств мегамира убеди-
тельно подтверждают тезис о неисчерпаемости ма-
терии.
С гносеологической (теоретико-познаватель-
ной) точки зрения принцип неисчерпаемости за-
ключается в признании бесконечности процесса
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
35
познания, движения к абсолютной истине через
познание относительных истин, обусловленных
уровнем развития науки и общественной практики.
Р.Фейнман писал:
«Каждый шаг в изучении природы –
это всегда только приближение к истине,
вернее, к тому, что мы считаем истиной.
Все, что мы изучаем, – это какое-то при-
ближение, ибо мы знаем, что не все зако-
ны еще знаем».
Аналогичную мысль высказывал А.Эйнштейн:
«Наука не является и никогда не будет
являться законченной книгой. Каждый
важный успех приносит новые вопросы.
Всякое развитие обнаруживает со време-
нем все новые и более глубокие трудно-
сти».
Важное значение для понимания материального
единства мира имеет установленный физиками
следующий факт: существующий набор числовых
значений фундаментальных постоянных (гравита-
ционная постоянная, постоянная Планка, скорость
света в вакууме, заряд электрона и др.) необходим
для существования основных устойчивых связан-
ных состояний материи, т.е. всей живой и неживой
природы в известных нам формах. Изменение ка-
кой-либо фундаментальной постоянной при неиз-
менности остальных приведет к невозможности су-
ществования основных устойчивых связанных со-
стояний: ядер, атомов, звезд и галактик.
Структура физики
В соответствии с многообразием исследуемых
форм движения материи физика подразделяется на
ряд дисциплин, или разделов, в той или иной мере
связанных друг с другом. Деление физики на от-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие
559.физика в системе наук  учебное пособие

More Related Content

What's hot

основные масштабные факторы микро , макро-, мегамира
основные масштабные факторы микро , макро-, мегамираосновные масштабные факторы микро , макро-, мегамира
основные масштабные факторы микро , макро-, мегамираAlina Yanchuk
 
тема 1. введение в физику
тема 1. введение в физикутема 1. введение в физику
тема 1. введение в физикуsalimaader
 
лекции1 и енкм
лекции1 и енкмлекции1 и енкм
лекции1 и енкмIvan2133
 
7 f b_2015_ru
7 f b_2015_ru7 f b_2015_ru
7 f b_2015_ru7klnew
 
1что изучает физика
 1что изучает физика 1что изучает физика
1что изучает физикаmakasya
 
история и методология биологии
история и методология биологииистория и методология биологии
история и методология биологииИван Иванов
 

What's hot (10)

основные масштабные факторы микро , макро-, мегамира
основные масштабные факторы микро , макро-, мегамираосновные масштабные факторы микро , макро-, мегамира
основные масштабные факторы микро , макро-, мегамира
 
тема 1. введение в физику
тема 1. введение в физикутема 1. введение в физику
тема 1. введение в физику
 
11 e g
11 e g11 e g
11 e g
 
лекции1 и енкм
лекции1 и енкмлекции1 и енкм
лекции1 и енкм
 
7 f b_2015_ru
7 f b_2015_ru7 f b_2015_ru
7 f b_2015_ru
 
1что изучает физика
 1что изучает физика 1что изучает физика
1что изучает физика
 
311
311311
311
 
311
311311
311
 
теория бутлерова
теория бутлерова теория бутлерова
теория бутлерова
 
история и методология биологии
история и методология биологииистория и методология биологии
история и методология биологии
 

Viewers also liked

Cytori jpm jan 2015 v10 final tg
Cytori jpm jan 2015 v10 final tgCytori jpm jan 2015 v10 final tg
Cytori jpm jan 2015 v10 final tgcytoriIR
 
CompTIA Network+ ce certificate
CompTIA Network+ ce certificateCompTIA Network+ ce certificate
CompTIA Network+ ce certificateMicheal Willoughby
 
Untitled Presentation
Untitled PresentationUntitled Presentation
Untitled Presentationariel3269
 
Rbs – rutherford backscattering spectrometry
Rbs – rutherford backscattering spectrometryRbs – rutherford backscattering spectrometry
Rbs – rutherford backscattering spectrometryPelagia Tsintari
 
565.пространство финансовых отношений в регионе понятия, характеристика, проб...
565.пространство финансовых отношений в регионе понятия, характеристика, проб...565.пространство финансовых отношений в регионе понятия, характеристика, проб...
565.пространство финансовых отношений в регионе понятия, характеристика, проб...efwd2ws2qws2qsdw
 
Cytori corp feb 2016 final
Cytori corp feb 2016 finalCytori corp feb 2016 final
Cytori corp feb 2016 finalcytoriIR
 
561.рынок зерна его формирование и развитие в регионе
561.рынок зерна  его формирование и развитие в регионе561.рынок зерна  его формирование и развитие в регионе
561.рынок зерна его формирование и развитие в регионеefwd2ws2qws2qsdw
 
位置情報サービス: 技術と研究、地方での応用から将来展望まで(大阪市大ゲストレクチャー)
位置情報サービス: 技術と研究、地方での応用から将来展望まで(大阪市大ゲストレクチャー)位置情報サービス: 技術と研究、地方での応用から将来展望まで(大阪市大ゲストレクチャー)
位置情報サービス: 技術と研究、地方での応用から将来展望まで(大阪市大ゲストレクチャー)Masaki Ito
 
Cell therapies in heart failure thet don't work
Cell therapies in heart failure thet don't workCell therapies in heart failure thet don't work
Cell therapies in heart failure thet don't workdrucsamal
 
IT x 家事育児:ルンバと息子を仲良くさせる
IT x 家事育児:ルンバと息子を仲良くさせるIT x 家事育児:ルンバと息子を仲良くさせる
IT x 家事育児:ルンバと息子を仲良くさせるKinuko Yasuda
 
IT業界におけるコミュニティ活動の大切さ
IT業界におけるコミュニティ活動の大切さIT業界におけるコミュニティ活動の大切さ
IT業界におけるコミュニティ活動の大切さ法林浩之
 

Viewers also liked (14)

Cytori jpm jan 2015 v10 final tg
Cytori jpm jan 2015 v10 final tgCytori jpm jan 2015 v10 final tg
Cytori jpm jan 2015 v10 final tg
 
CompTIA Network+ ce certificate
CompTIA Network+ ce certificateCompTIA Network+ ce certificate
CompTIA Network+ ce certificate
 
Untitled Presentation
Untitled PresentationUntitled Presentation
Untitled Presentation
 
Ahkam e-Shariat
Ahkam e-ShariatAhkam e-Shariat
Ahkam e-Shariat
 
Rbs – rutherford backscattering spectrometry
Rbs – rutherford backscattering spectrometryRbs – rutherford backscattering spectrometry
Rbs – rutherford backscattering spectrometry
 
565.пространство финансовых отношений в регионе понятия, характеристика, проб...
565.пространство финансовых отношений в регионе понятия, характеристика, проб...565.пространство финансовых отношений в регионе понятия, характеристика, проб...
565.пространство финансовых отношений в регионе понятия, характеристика, проб...
 
Cytori corp feb 2016 final
Cytori corp feb 2016 finalCytori corp feb 2016 final
Cytori corp feb 2016 final
 
561.рынок зерна его формирование и развитие в регионе
561.рынок зерна  его формирование и развитие в регионе561.рынок зерна  его формирование и развитие в регионе
561.рынок зерна его формирование и развитие в регионе
 
Kelas 2a
Kelas 2aKelas 2a
Kelas 2a
 
CYTX Phacilitate Cell & Gene Therapy Forum
CYTX Phacilitate Cell & Gene Therapy ForumCYTX Phacilitate Cell & Gene Therapy Forum
CYTX Phacilitate Cell & Gene Therapy Forum
 
位置情報サービス: 技術と研究、地方での応用から将来展望まで(大阪市大ゲストレクチャー)
位置情報サービス: 技術と研究、地方での応用から将来展望まで(大阪市大ゲストレクチャー)位置情報サービス: 技術と研究、地方での応用から将来展望まで(大阪市大ゲストレクチャー)
位置情報サービス: 技術と研究、地方での応用から将来展望まで(大阪市大ゲストレクチャー)
 
Cell therapies in heart failure thet don't work
Cell therapies in heart failure thet don't workCell therapies in heart failure thet don't work
Cell therapies in heart failure thet don't work
 
IT x 家事育児:ルンバと息子を仲良くさせる
IT x 家事育児:ルンバと息子を仲良くさせるIT x 家事育児:ルンバと息子を仲良くさせる
IT x 家事育児:ルンバと息子を仲良くさせる
 
IT業界におけるコミュニティ活動の大切さ
IT業界におけるコミュニティ活動の大切さIT業界におけるコミュニティ活動の大切さ
IT業界におけるコミュニティ活動の大切さ
 

Similar to 559.физика в системе наук учебное пособие

Лекция "Физика и методы научного познания"
Лекция "Физика и методы научного познания" Лекция "Физика и методы научного познания"
Лекция "Физика и методы научного познания" Oleksii Voronkin
 
Введение в физику звука. ФИЗИКА И МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ
Введение в физику звука. ФИЗИКА И МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯВведение в физику звука. ФИЗИКА И МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ
Введение в физику звука. ФИЗИКА И МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯOleksii Voronkin
 
691.концепции современного естествознания биологическая картина мира учебное...
691.концепции современного естествознания биологическая картина мира  учебное...691.концепции современного естествознания биологическая картина мира  учебное...
691.концепции современного естествознания биологическая картина мира учебное...ivanov1566353422
 
691.концепции современного естествознания биологическая картина мира учебное...
691.концепции современного естествознания биологическая картина мира  учебное...691.концепции современного естествознания биологическая картина мира  учебное...
691.концепции современного естествознания биологическая картина мира учебное...efwd2ws2qws2qsdw
 
10 биол балан_вервес_2010_рус
10 биол балан_вервес_2010_рус10 биол балан_вервес_2010_рус
10 биол балан_вервес_2010_русAira_Roo
 
10 b b_r
10 b b_r10 b b_r
10 b b_r4book
 
10 биол балан_вервес_2010_рус
10 биол балан_вервес_2010_рус10 биол балан_вервес_2010_рус
10 биол балан_вервес_2010_русAira_Roo
 
514.мегамир учебное пособие
514.мегамир  учебное пособие514.мегамир  учебное пособие
514.мегамир учебное пособиеivanov15548
 
10 b b_r
10 b b_r10 b b_r
10 b b_rUA1011
 
10 биол балан_вервес_2010_укр
10 биол балан_вервес_2010_укр10 биол балан_вервес_2010_укр
10 биол балан_вервес_2010_укрAira_Roo
 
Portfel.in.ua 12 bio_balan
Portfel.in.ua 12 bio_balanPortfel.in.ua 12 bio_balan
Portfel.in.ua 12 bio_balanportfel
 
Biologiya 10-klas-balan-verves-polishhuk
Biologiya 10-klas-balan-verves-polishhukBiologiya 10-klas-balan-verves-polishhuk
Biologiya 10-klas-balan-verves-polishhukfreegdz
 
Portfel.in.ua 44 bio_balan_rus
Portfel.in.ua 44 bio_balan_rusPortfel.in.ua 44 bio_balan_rus
Portfel.in.ua 44 bio_balan_rusportfel
 
40Конспект интегрированного урока "Природоведение + физика" в 5 классе
40Конспект интегрированного урока "Природоведение + физика" в 5 классе40Конспект интегрированного урока "Природоведение + физика" в 5 классе
40Конспект интегрированного урока "Природоведение + физика" в 5 классеKirrrr123
 
482.введение в логику и методологию естественных наук учебное пособие
482.введение в логику и методологию естественных наук  учебное пособие482.введение в логику и методологию естественных наук  учебное пособие
482.введение в логику и методологию естественных наук учебное пособиеivanov15548
 
9 f b_r
9 f b_r9 f b_r
9 f b_rRanoUA
 
Підручник Физика 9 класс Божинова Ф.Я.
Підручник Физика 9 класс Божинова Ф.Я.Підручник Физика 9 класс Божинова Ф.Я.
Підручник Физика 9 класс Божинова Ф.Я.oleg379
 

Similar to 559.физика в системе наук учебное пособие (20)

Лекция "Физика и методы научного познания"
Лекция "Физика и методы научного познания" Лекция "Физика и методы научного познания"
Лекция "Физика и методы научного познания"
 
Введение в физику звука. ФИЗИКА И МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ
Введение в физику звука. ФИЗИКА И МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯВведение в физику звука. ФИЗИКА И МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ
Введение в физику звука. ФИЗИКА И МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ
 
691.концепции современного естествознания биологическая картина мира учебное...
691.концепции современного естествознания биологическая картина мира  учебное...691.концепции современного естествознания биологическая картина мира  учебное...
691.концепции современного естествознания биологическая картина мира учебное...
 
691.концепции современного естествознания биологическая картина мира учебное...
691.концепции современного естествознания биологическая картина мира  учебное...691.концепции современного естествознания биологическая картина мира  учебное...
691.концепции современного естествознания биологическая картина мира учебное...
 
10 биол балан_вервес_2010_рус
10 биол балан_вервес_2010_рус10 биол балан_вервес_2010_рус
10 биол балан_вервес_2010_рус
 
10 b b_r
10 b b_r10 b b_r
10 b b_r
 
10 биол балан_вервес_2010_рус
10 биол балан_вервес_2010_рус10 биол балан_вервес_2010_рус
10 биол балан_вервес_2010_рус
 
514.мегамир учебное пособие
514.мегамир  учебное пособие514.мегамир  учебное пособие
514.мегамир учебное пособие
 
10 b b_r
10 b b_r10 b b_r
10 b b_r
 
10 биол балан_вервес_2010_укр
10 биол балан_вервес_2010_укр10 биол балан_вервес_2010_укр
10 биол балан_вервес_2010_укр
 
Portfel.in.ua 12 bio_balan
Portfel.in.ua 12 bio_balanPortfel.in.ua 12 bio_balan
Portfel.in.ua 12 bio_balan
 
Biologiya 10-klas-balan-verves-polishhuk
Biologiya 10-klas-balan-verves-polishhukBiologiya 10-klas-balan-verves-polishhuk
Biologiya 10-klas-balan-verves-polishhuk
 
10
1010
10
 
Portfel.in.ua 44 bio_balan_rus
Portfel.in.ua 44 bio_balan_rusPortfel.in.ua 44 bio_balan_rus
Portfel.in.ua 44 bio_balan_rus
 
ысыкппыи
ысыкппыиысыкппыи
ысыкппыи
 
40Конспект интегрированного урока "Природоведение + физика" в 5 классе
40Конспект интегрированного урока "Природоведение + физика" в 5 классе40Конспект интегрированного урока "Природоведение + физика" в 5 классе
40Конспект интегрированного урока "Природоведение + физика" в 5 классе
 
482.введение в логику и методологию естественных наук учебное пособие
482.введение в логику и методологию естественных наук  учебное пособие482.введение в логику и методологию естественных наук  учебное пособие
482.введение в логику и методологию естественных наук учебное пособие
 
мйфмвм
мйфмвммйфмвм
мйфмвм
 
9 f b_r
9 f b_r9 f b_r
9 f b_r
 
Підручник Физика 9 класс Божинова Ф.Я.
Підручник Физика 9 класс Божинова Ф.Я.Підручник Физика 9 класс Божинова Ф.Я.
Підручник Физика 9 класс Божинова Ф.Я.
 

More from efwd2ws2qws2qsdw

720.экология образование туризм подготовка кадров
720.экология образование туризм подготовка кадров720.экология образование туризм подготовка кадров
720.экология образование туризм подготовка кадровefwd2ws2qws2qsdw
 
719.буддийская и светская этика формирование мировоззрения
719.буддийская и светская этика формирование мировоззрения719.буддийская и светская этика формирование мировоззрения
719.буддийская и светская этика формирование мировоззренияefwd2ws2qws2qsdw
 
718.детская сибириада «спорт — искусство – интеллект»
718.детская сибириада «спорт — искусство – интеллект»718.детская сибириада «спорт — искусство – интеллект»
718.детская сибириада «спорт — искусство – интеллект»efwd2ws2qws2qsdw
 
717.история философии хрестоматия
717.история философии  хрестоматия717.история философии  хрестоматия
717.история философии хрестоматияefwd2ws2qws2qsdw
 
716.psychology in basketball officiating handbook for basketball referees
716.psychology in basketball officiating handbook for basketball referees716.psychology in basketball officiating handbook for basketball referees
716.psychology in basketball officiating handbook for basketball refereesefwd2ws2qws2qsdw
 
715.сборник качественных задач общая педагогика
715.сборник качественных задач общая педагогика715.сборник качественных задач общая педагогика
715.сборник качественных задач общая педагогикаefwd2ws2qws2qsdw
 
714.северная провинция трансформация социальных институтов монография
714.северная провинция трансформация социальных  институтов монография714.северная провинция трансформация социальных  институтов монография
714.северная провинция трансформация социальных институтов монографияefwd2ws2qws2qsdw
 
713.концертные пьесы для русского народного оркестра [ноты] вып 3 партитура
713.концертные пьесы для русского народного оркестра [ноты] вып 3 партитура713.концертные пьесы для русского народного оркестра [ноты] вып 3 партитура
713.концертные пьесы для русского народного оркестра [ноты] вып 3 партитураefwd2ws2qws2qsdw
 
712.психология эмоционального интеллекта теория, диагностика, практика
712.психология эмоционального интеллекта теория, диагностика, практика712.психология эмоционального интеллекта теория, диагностика, практика
712.психология эмоционального интеллекта теория, диагностика, практикаefwd2ws2qws2qsdw
 
711.дистанционное обучение в высшей школе социально экономический и организац...
711.дистанционное обучение в высшей школе социально экономический и организац...711.дистанционное обучение в высшей школе социально экономический и организац...
711.дистанционное обучение в высшей школе социально экономический и организац...efwd2ws2qws2qsdw
 
710.seducing the masses an introduction to advertising world
710.seducing the masses an introduction to advertising world710.seducing the masses an introduction to advertising world
710.seducing the masses an introduction to advertising worldefwd2ws2qws2qsdw
 
709.моделирование и анализ транспортных протоколов в информационных сетях мон...
709.моделирование и анализ транспортных протоколов в информационных сетях мон...709.моделирование и анализ транспортных протоколов в информационных сетях мон...
709.моделирование и анализ транспортных протоколов в информационных сетях мон...efwd2ws2qws2qsdw
 
708.методическое пособие по дисциплине «информатика» ч3 работа с microsoft of...
708.методическое пособие по дисциплине «информатика» ч3 работа с microsoft of...708.методическое пособие по дисциплине «информатика» ч3 работа с microsoft of...
708.методическое пособие по дисциплине «информатика» ч3 работа с microsoft of...efwd2ws2qws2qsdw
 
707.избранные вопросы обучения геометрии (дистанционные курсы) [текст] учебно...
707.избранные вопросы обучения геометрии (дистанционные курсы) [текст] учебно...707.избранные вопросы обучения геометрии (дистанционные курсы) [текст] учебно...
707.избранные вопросы обучения геометрии (дистанционные курсы) [текст] учебно...efwd2ws2qws2qsdw
 
706.моделирование нагрузочно измерительных устройств с полыми немагнитными ро...
706.моделирование нагрузочно измерительных устройств с полыми немагнитными ро...706.моделирование нагрузочно измерительных устройств с полыми немагнитными ро...
706.моделирование нагрузочно измерительных устройств с полыми немагнитными ро...efwd2ws2qws2qsdw
 
705.под часами альманах кн2
705.под часами  альманах  кн2705.под часами  альманах  кн2
705.под часами альманах кн2efwd2ws2qws2qsdw
 
704.методические основы подготовки судей по баскетболу учебно методическое п...
704.методические основы подготовки судей по баскетболу  учебно методическое п...704.методические основы подготовки судей по баскетболу  учебно методическое п...
704.методические основы подготовки судей по баскетболу учебно методическое п...efwd2ws2qws2qsdw
 
703.правоведение учебник гриф рао
703.правоведение учебник гриф рао703.правоведение учебник гриф рао
703.правоведение учебник гриф раоefwd2ws2qws2qsdw
 
702.взаимное страхование в российской федерации экономико организационные асп...
702.взаимное страхование в российской федерации экономико организационные асп...702.взаимное страхование в российской федерации экономико организационные асп...
702.взаимное страхование в российской федерации экономико организационные асп...efwd2ws2qws2qsdw
 
701.историческое краеведение накопление и развитие краеведческих знаний в рос...
701.историческое краеведение накопление и развитие краеведческих знаний в рос...701.историческое краеведение накопление и развитие краеведческих знаний в рос...
701.историческое краеведение накопление и развитие краеведческих знаний в рос...efwd2ws2qws2qsdw
 

More from efwd2ws2qws2qsdw (20)

720.экология образование туризм подготовка кадров
720.экология образование туризм подготовка кадров720.экология образование туризм подготовка кадров
720.экология образование туризм подготовка кадров
 
719.буддийская и светская этика формирование мировоззрения
719.буддийская и светская этика формирование мировоззрения719.буддийская и светская этика формирование мировоззрения
719.буддийская и светская этика формирование мировоззрения
 
718.детская сибириада «спорт — искусство – интеллект»
718.детская сибириада «спорт — искусство – интеллект»718.детская сибириада «спорт — искусство – интеллект»
718.детская сибириада «спорт — искусство – интеллект»
 
717.история философии хрестоматия
717.история философии  хрестоматия717.история философии  хрестоматия
717.история философии хрестоматия
 
716.psychology in basketball officiating handbook for basketball referees
716.psychology in basketball officiating handbook for basketball referees716.psychology in basketball officiating handbook for basketball referees
716.psychology in basketball officiating handbook for basketball referees
 
715.сборник качественных задач общая педагогика
715.сборник качественных задач общая педагогика715.сборник качественных задач общая педагогика
715.сборник качественных задач общая педагогика
 
714.северная провинция трансформация социальных институтов монография
714.северная провинция трансформация социальных  институтов монография714.северная провинция трансформация социальных  институтов монография
714.северная провинция трансформация социальных институтов монография
 
713.концертные пьесы для русского народного оркестра [ноты] вып 3 партитура
713.концертные пьесы для русского народного оркестра [ноты] вып 3 партитура713.концертные пьесы для русского народного оркестра [ноты] вып 3 партитура
713.концертные пьесы для русского народного оркестра [ноты] вып 3 партитура
 
712.психология эмоционального интеллекта теория, диагностика, практика
712.психология эмоционального интеллекта теория, диагностика, практика712.психология эмоционального интеллекта теория, диагностика, практика
712.психология эмоционального интеллекта теория, диагностика, практика
 
711.дистанционное обучение в высшей школе социально экономический и организац...
711.дистанционное обучение в высшей школе социально экономический и организац...711.дистанционное обучение в высшей школе социально экономический и организац...
711.дистанционное обучение в высшей школе социально экономический и организац...
 
710.seducing the masses an introduction to advertising world
710.seducing the masses an introduction to advertising world710.seducing the masses an introduction to advertising world
710.seducing the masses an introduction to advertising world
 
709.моделирование и анализ транспортных протоколов в информационных сетях мон...
709.моделирование и анализ транспортных протоколов в информационных сетях мон...709.моделирование и анализ транспортных протоколов в информационных сетях мон...
709.моделирование и анализ транспортных протоколов в информационных сетях мон...
 
708.методическое пособие по дисциплине «информатика» ч3 работа с microsoft of...
708.методическое пособие по дисциплине «информатика» ч3 работа с microsoft of...708.методическое пособие по дисциплине «информатика» ч3 работа с microsoft of...
708.методическое пособие по дисциплине «информатика» ч3 работа с microsoft of...
 
707.избранные вопросы обучения геометрии (дистанционные курсы) [текст] учебно...
707.избранные вопросы обучения геометрии (дистанционные курсы) [текст] учебно...707.избранные вопросы обучения геометрии (дистанционные курсы) [текст] учебно...
707.избранные вопросы обучения геометрии (дистанционные курсы) [текст] учебно...
 
706.моделирование нагрузочно измерительных устройств с полыми немагнитными ро...
706.моделирование нагрузочно измерительных устройств с полыми немагнитными ро...706.моделирование нагрузочно измерительных устройств с полыми немагнитными ро...
706.моделирование нагрузочно измерительных устройств с полыми немагнитными ро...
 
705.под часами альманах кн2
705.под часами  альманах  кн2705.под часами  альманах  кн2
705.под часами альманах кн2
 
704.методические основы подготовки судей по баскетболу учебно методическое п...
704.методические основы подготовки судей по баскетболу  учебно методическое п...704.методические основы подготовки судей по баскетболу  учебно методическое п...
704.методические основы подготовки судей по баскетболу учебно методическое п...
 
703.правоведение учебник гриф рао
703.правоведение учебник гриф рао703.правоведение учебник гриф рао
703.правоведение учебник гриф рао
 
702.взаимное страхование в российской федерации экономико организационные асп...
702.взаимное страхование в российской федерации экономико организационные асп...702.взаимное страхование в российской федерации экономико организационные асп...
702.взаимное страхование в российской федерации экономико организационные асп...
 
701.историческое краеведение накопление и развитие краеведческих знаний в рос...
701.историческое краеведение накопление и развитие краеведческих знаний в рос...701.историческое краеведение накопление и развитие краеведческих знаний в рос...
701.историческое краеведение накопление и развитие краеведческих знаний в рос...
 

559.физика в системе наук учебное пособие

  • 1. _____________________________________________ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Брянский государственный технический университет _____________________________________________________________ В.И.ПОПКОВ ФИЗИКА В СИСТЕМЕ НАУК Утверждено редакционно-издательским советом в качестве учебного пособия Брянск 2010 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 2. 2 УДК 53 Попков, В.И. Физика в системе наук [Текст] + [Электронный ресурс]: учеб. пособие для студен- тов очной формы обучения всех специальностей / В.И.Попков. – Брянск: БГТУ, 2010. – 227 с. ISBN 978-5-89838-542-2 Рассмотрены предмет, структура, методы физи- ческой науки, связь физики с другими науками и техникой, нерешенные проблемы физики. Учебное пособие предназначено для студентов всех специальностей и направлений, изучающих физику, а также может быть полезно аспирантам, изучающим философию и историю науки. Научный редактор: к. ф.-м. наук доцент М.Ю.Некрасова Рецензенты: кафедра физики Брянской государственной инженерно-технологической академии; д-р техн. наук профессор В.А.Погонышев ISBN 978-5-89838-542-2 © Брянский государственный технический университет, 2010 © Попков В.И., 2010 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 3. 3 Per aspera ad astra Предисловие В настоящее время наука и ее влияние на тех- нику и технологию являются основными факторами развития общества. Достижения науки привели к созданию атомной энергетики, аэрокосмической техники, микроэлектроники, компьютерных техно- логий и многого другого. Наука стала производи- тельной силой, определяющей развитие цивилиза- ции, переход к постиндустриальному обществу. В этом процессе, называемом научно-техническим прогрессом, ведущую роль, несомненно, играет физика. В последние годы особую актуальность приоб- рели физические явления и процессы, связанные с получением, передачей, преобразованием и ис- пользованием различных видов энергии, созданием новых материалов. Физические методы исследова- ния широко применяются в биофизике, молекуляр- ной биологии, химии, медицине, геологии. Кванто- вая механика и теория относительности, которые в период их создания казались слишком абстрактны- ми и далекими от практики, стали обычными рабо- чими теориями, широко применяемыми в инженер- ной практике. Подчеркивая ведущую роль физики в ХХ веке, член-корреспондент РАН Н.В.Карлов писал: «Вне всяких сомнений, ХХ век был ве- ком физики, люди именно этой науки со- здали ХХ век таким, каким он, как некая цельность, вошел в историю человечества и занял в ней свое славное место… Ни один мало-мальски серьезный культурологиче- Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 4. 4 ский дискурс, претендующий на выявление культурной, в широком смысле слова «культура», доминанты ХХ века, не обхо- дится без совершенно справедливых рас- суждений о роли фундаментальной науки вообще и физики в особенности в создании того облика этого века, который мы наблюдаем как в философской отстранен- ности, так и в жизненной повседневности. Физика в ХХ веке – это не только осново- полагающая наука, формирующая миро- восприятие деятельного человека. Она не только снабдила человечество знанием природы вещей и умением это знание ис- пользовать. Она построила надежное научное основание развитию инженерного искусства, химии и биологии, материало- ведения и энергетики, дала мощный им- пульс математике и обеспечила в начале XXI века триумфальное шествие науки о живом и информатики». Роль физики и других естественных наук в раз- витии общества продолжает возрастать. При ин- тенсивном развитии новых сложных процессов и технологий физика все чаще выступает по отноше- нию к технологии не только как ее естественно- научное обоснование, но и как повседневный ра- бочий инструмент. Растет насыщенность производ- ства физическими методами контроля, расширяют- ся масштабы использования в технике и техноло- гиях новых физических эффектов и явлений, нано- технологий. Увеличение наукоемкости приближает инженерные теории к физическим. Поэтому изуче- ние физики является объективной необходимостью для людей самых разных профессий. Овладение физикой способствует пониманию широкого круга явлений и путей практического применения физи- Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 5. 5 ческих законов, формирует научное мировоззре- ние, позволяет творчески подходить к решению самых разнообразных производственных задач. Основная цель предлагаемой книги состоит в том, чтобы раскрыть предмет и структуру физики, ее связь с другими науками и техникой, ознакомить с методами исследования физических явлений, по- казать место физики в системе естественных наук, роль физики как фундамента естествознания в формировании научной картины мира и ее влияние на научно-технический прогресс. Предмет физики Физика, как и другие естественные науки, изу- чает объективные закономерности окружающего нас материального мира. Физика – наука, изучаю- щая простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства и формы движения материи и их взаим- ные превращения. Вследствие этой общности не существует явлений природы, не имеющих физиче- ских свойств или сторон. Формы материи, движе- ния и взаимодействия, составляющие предмет фи- зики, встречаются в любых материальных систе- мах, поэтому понятия физики и ее законы лежат в основе всего естествознания. В определении физи- ки два ключевых понятия: материя и движение. Материя и движение Материя есть философская категория для обо- значения объективной реальности, которая дана человеку в его ощущениях, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущени- ями, существуя независимо от них. В определении материи следует обратить внимание на два важных момента. Во-первых, материя существует объек- Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 6. 6 тивно, т.е. независимо от нас. Во-вторых, она ко- пируется, отображается нашими ощущениями, т.е. познаваема. Материя – причина, содержание и но- ситель всего многообразия материального мира. С точки зрения философского материализма, материя первична, а все другие формы бытия есть ее по- рождение; весь мир – движущаяся материя в ее бесконечно разнообразных проявлениях. В настоящее время известны два вида материи: вещество и поле. В последнее время в отдельный вид материи стали выделять физический вакуум. Вещество – вид материи, обладающей, в отличие от физического поля, массой покоя. Вещество – со- вокупность дискретных образований, слагающихся из элементарных частиц, масса покоя которых не равна нулю (в основном из протонов, нейтронов и электронов), атомов, молекул и построенных из них тел. Материя в виде вещества имеет опреде- ленную форму, размеры, пространственную лока- лизацию. Поле как физическая реальность (т.е. как вид материи) в науку было введено М.Фарадеем. До Фарадея электрическое, магнитное и гравитацион- ное взаимодействия рассматривались как взаимо- действия на расстоянии, между взаимодействую- щими телами была пустота. Фарадей предположил, что физические тела взаимодействуют друг с дру- гом через соответствующие физические поля, за- полняющие пространство между взаимодействую- щими телами. В классической физике вещество и поле противопоставляются друг другу как два вида материи, у первого из которых структура дискрет- на, а у второго – непрерывна. Поля (электромаг- нитные, гравитационные и др.) заполняют про- странство непрерывным образом. Введение поня- тия поля покончило с действиями на расстоянии и силами, которые действуют мгновенно. По мнению Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 7. 7 А.Эйнштейна, идея поля была самой оригинальной идеей Фарадея, самым великим открытием со вре- мен Ньютона. О сложной связи между веществом и полем А.Эйнштейн и Л.Инфельд в книге «Эволюция физики», вышедшей в 1938 г., писали: «Мы имеем две реальности: вещество и поле. Несомненно, что в настоящее время мы не можем представить себе всю физи- ку, построенной на понятии вещества, как это делали физики в начале девятнадцато- го столетия. В настоящее время мы прини- маем оба понятия. Можем ли мы считать вещество и поле двумя различными, не- сходными реальностями? Пусть дана ма- ленькая частица вещества; мы могли бы наивно представить себе, что имеется определенная поверхность частицы, за пределами которой ее уже нет, а появляет- ся ее поле тяготения. В нашей картине об- ласть, в которой справедливы законы по- ля, резко отделена от области, в которой находится вещество частицы. Но что же является физическим критерием, разли- чающим вещество и поле? Раньше, когда мы не знали теории относительности, мы пытались бы ответить на этот вопрос сле- дующим образом: вещество имеет массу, в то время как поле ее не имеет. Поле пред- ставляет энергию, вещество представляет массу. Но мы уже знаем, что такой ответ в свете новых знаний недостаточен. Из тео- рии относительности мы знаем, что веще- ство представляет собой огромные запасы энергии и что энергия представляет веще- ство. Мы не можем таким путем провести качественное различие между веществом и полем, так как различие между массой и Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 8. 8 энергией не качественное. Гораздо боль- шая часть энергии сосредоточена в веще- стве, но поле, окружающее частицу, также представляет собой энергию, хотя и в несравненно меньшем количестве. Поэто- му мы могли бы сказать: вещество – там, где концентрация энергии велика, поле – там, где концентрация энергии мала. Но если это так, то различие между веществом и полем скорее количественное, чем каче- ственное. Нет смысла рассматривать веще- ство и поле как два качества, совершенно отличные друг от друга. Мы не можем представить себе резкую границу, разде- ляющую поле и вещество. Те же трудности вырастают для заряда и его поля. Кажется невозможным дать ясный качественный критерий, позволяющий провести разли- чие между веществом и полем, между за- рядом и полем… Мы не можем построить физику на ос- нове только одного понятия – вещества. Но деление на вещество и поле, после при- знания эквивалентности массы и энергии, есть нечто искусственное и неясно опреде- ленное». В классической физике вещество и поле проти- вопоставлялись друг другу как два разных вида материи, у первого из которых структура дискрет- на, а у второго – непрерывна. Квантовая физика, которая ввела идею двойственной, корпускулярно- волновой природы любого микрообъекта, привела к нивелированию противопоставления вещества и поля. Выявление взаимосвязи вещества и поля привело к углублению представлений о структуре материи. На субатомном уровне (т.е. на уровне элементарных частиц) различие вещества и поля Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 9. 9 становится относительным. С точки зрения кванто- вой теории поля, понятия частицы (вещества) и поля, которые раньше относились к различным фи- зическим объектам, сливаются в единое понятие квантового поля как особой формы существования материи. Совершенно новым свойством стала дис- кретность, квантованность поля. Поля утрачивают чисто непрерывный характер, им необходимо соот- ветствуют дискретные образования – кванты поля. А элементарные частицы выступают как кванты со- ответствующих полей. Частица лишь особое состо- яние поля, квант поля. Неправомерно на субатом- ном уровне различать вещество и поле по наличию или отсутствию массы покоя, так как различные поля обладают массой покоя. В современной физи- ке поля и частицы выступают как две неразрывно связанные стороны микромира, как выражение единства корпускулярных (дискретных) и волно- вых (непрерывных) свойств микрообъектов. Выяв- ление тесной взаимосвязи вещества и поля приве- ло к углублению наших представлений о структуре материи. Физический вакуум в квантовой теории поля─ это наинизшее энергетическое состояние всех квантованных полей, обладающее минимальной энергией и нулевыми в среднем значениями им- пульса, момента импульса, электрического заряда, спина и др., форма материи, лишенная вещества и излучения. Физический вакуум, с точки зрения современной физики и космологии, – фундамен- тальное и исходное состояние материи, свойства которого определяют собой все остальные свойства и проявления материи. В физическом вакууме су- ществуют флуктуации его энергии. Фактически ва- куум представляет собой плотно заполненное про- странство из пар виртуальных частиц и античастиц, непрерывно создаваемых и разрушаемых. Любое Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 10. 10 состояние материи может быть получено из физи- ческого вакуума действием оператора рождения частиц. В середине 60-х годов ХХ в. Э.Глинер предпо- ложил, что в начале расширения нашей Вселенной материя находилась в состоянии физического ва- куума. Возбужденное состояние такого вакуума способно создать огромное отрицательное давле- ние, гигантскую силу космического отталкивания. Вакуумная материя создает гравитационное от- талкивание вместо гравитационного притяжения. Именно гравитационное отталкивание и послужило причиной первотолчка, который вызвал безудерж- ное и стремительное раздувание Вселенной с ги- гантскими начальными скоростями расширения ма- терии. Полученные в последнее время космологиче- ские данные требуют кардинального дополнения современных представлений о структуре материи и фундаментальных взаимодействиях элементарных частиц. Лишь 4% массы Вселенной приходится на понятное нам «обычное» вещество, которое назы- вают барионной материей. Остальные 96% – это некие субстанции: темная материя (23%) и темная энергия (73%). Помимо обычного вещества, во Вселенной име- ется другой тип вещества – темная материя. Обна- ружение темной материи (т.е. материи, не излуча- ющей свет и не наблюдаемой телескопами) имеет фундаментальное значение для космологии, аст- рофизики и физики элементарных частиц. Иссле- дователи оказались (в очередной раз в истории развития науки) перед фактом, заключающимся в том, что известный мир, о котором, казалось бы, известно все или почти все, в действительности со- ставляет лишь малую часть пока еще непознанной Вселенной. Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 11. 11 Впервые предположение о существовании тем- ной материи было высказано в 1933 г. астрономом Ф.Цвикки на основе результатов исследований га- лактических кластеров (скоплений галактик). Ф.Цвикки обратил внимание на то, что масса скоп- ления галактик в созвездии Волосы Вероники (кла- стер Coma), определяемая по оптической светимо- сти скопления и по скорости вращения периферий- ных галактик в этом скоплении, зависящей от их расстояния до центра скопления, не соответствуют друг другу. Масса, которая получается из измере- ний скорости вращения галактик, во много раз больше массы, измеряемой по светимости. Цвикки высказал предположение, что для удержания га- лактик в составе кластера силами гравитации необходимо большое количество невидимой мате- рии. Он ввел в обиход понятие темной (не светя- щейся) материи. С этих пор на основе широкого круга самосогласованных астрофизических и кос- мологических данных было получено множество разнообразных и неоспоримых свидетельств суще- ствования темной материи. Темная материя сродни обычному веществу. Она способна собираться в сгустки (размером с га- лактику) и участвует в гравитационных взаимодей- ствиях. Измерения, проведенные с несколькими сотнями спиральных галактик, показывают, что все эти галактики «погружены» в массивное гало из темной материи. Анализ результатов гравитацион- ного линзирования показал, что диаметр темного гало галактик может превосходить видимый диа- метр более чем на порядок. Скорее всего, темная материя состоит из новых, не открытых еще в зем- ных условиях частиц. Эти частицы должны быть электрически нейтральны и участвовать только в слабом взаимодействии, подобно нейтрино, но иметь большую массу. По одной из гипотез канди- Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 12. 12 датами на роль таких частиц считаются гипотети- ческие тяжелые и очень тяжелые нейтрино – нейтралино с массой в десятки ГэВ. Если нейтра- лино составляют значительную массу Вселенной, их поток в Метагалактике должен быть огромным. Наша Солнечная система движется в море нейтра- лино со скоростью 220 км/с. Через каждый квад- ратный метр поверхности ежесекундно должно проноситься примерно 109 нейтралино. Сейчас в различных странах мира около 20 эксперименталь- ных групп заняты поиском частиц темной материи, в т.ч. и нейтралино. Одной из популярных категорий кандидатов на роль частиц темной материи являются гипотетиче- ские частицы – вимпы (название образовано от ан- глийской аббревиатуры WIMPs – Weakly Interacting Massive Particles – слабовзаимодействующие мас- сивные частицы), которые по предположению были рождены в первые мгновения после Большого взрыва, когда температура среды была чрезвычай- но велика и могли рождаться сверхмассивные ча- стицы. К настоящему времени эти частицы остыли и представляют собой отдельные сгустки. Предла- гается также новый класс небарионной холодной темной материи: сверхслабовзаимодействующие массивные частицы ─ супервимпы, или свимпы (SuperWIMPs). Многочисленные астрономические наблюдения последних лет достаточно определенно указывают на то, что преобладающей составляющей совре- менной Вселенной является экзотическая темная энергия с практически однородным распределени- ем плотности и отрицательным давлением. Темная энергия – гораздо более странная субстанция, чем темная материя. Она не собирается в сгустки в га- лактиках и скоплениях галактик, а равномерно распределена во Вселенной. Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 13. 13 Темная энергия носит явно выраженный неве- щественный характер, но именно она доминирует во Вселенной. Ее нельзя наблюдать по гравитаци- онным эффектам, создаваемым отдельными объек- тами, но она влияет на общее расширение Метага- лактики. Наблюдения показывают, что в последние миллиарды лет Метагалактика расширяется с уско- рением, тогда как обычная материя (в том числе темная) приводила бы к замедлению расширения под воздействием гравитации. Следовательно, тем- ная энергия проявляет дальнодействующие свой- ства антигравитации. Плотность темной энергии остается постоянной с течением времени, тогда как плотность обычной энергии обратно пропорцио- нальна объему Метагалактики. Вероятно, темная энергия – это особый вид материи, давление кото- рой отрицательно и численно в точности равно плотности энергии. По словам академика В.А.Рубакова, открытия, сделанные в области кос- мологии, являются прямым свидетельством непол- ноты современных представлений об элементарных частицах и фундаментальных взаимодействиях. В частности, в рамках существующей теории – Стан- дартной модели физики элементарных частиц – не- возможно объяснить наличие темной материи во Вселенной и тот факт, что в ней имеется вещество, а антивещество отсутствует. Природа темной энер- гии – это главная загадка фундаментальной физи- ки ХХI века. Перед наукой стоит задача определить природу темной энергии и объяснить ее доминиру- ющую роль во Вселенной. Имеются веские основа- ния ожидать, что несоответствие между физикой частиц и космологией найдет свое разрешение в результате экспериментов на Большом адроном коллайдере. Материю нельзя противопоставлять конкретным вещам как некоторое первоначало, из которого все Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 14. 14 формируется. Не существует первичной субстан- ции, из которой затем формируются вещи; материя существует только в виде бесконечного разнообра- зия конкретных объектов. Вещи не состоят из ма- терии, а являются конкретными формами ее прояв- ления. При этом все материальные объекты обла- дают внутренней упорядоченностью, которая про- является в закономерном движении и взаимодей- ствии элементов. Существуют различные структур- ные уровни организации материи, каждый из кото- рых имеет своего носителя и свою систему законо- мерностей. Материальное единство мира проявля- ется в том, что все уровни материи взаимодейству- ют и переходят друг в друга. Итак, материя обладает следующими свойства- ми: - материя объективна, то есть существует вне нашего сознания; - материя существует в многообразии конкрет- ных объектов; - существует материальное единство мира как взаимосвязь и взаимозависимость всех уровней ма- терии, а также наличие ее универсальных свойств и законов; - материя несотворима и неуничтожима, суще- ствуют законы сохранения, изменение материи всегда связано с устойчивостью некоторых ее свойств; - материя находится в состоянии непрерывного движения, материя не существует без движения, т.е. без взаимодействия вещей и процессов; - движение материи происходит в пространстве и во времени; - материя способна к саморазвитию, т.е. усложнению структуры без вмешательства извне; - материя познаваема; Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 15. 15 - все известные материальные объекты и про- цессы подчинены принципу причинности, т.е. име- ют свои причины и порождают следствия. Движение - способ существования материи, ее всеобщий атрибут. Движение, с точки зрения фи- лософии, есть всякое изменение вообще, развитие вообще, взаимодействие материальных объектов. Ф.Энгельс так определял понятие движения: «Движение, рассматриваемое в самом общем смысле слова, т.е. понимаемое как форма бытия материи, как внутренне при- сущий материи атрибут, обнимает собою все происходящие во Вселенной измене- ния и процессы, начиная от простейшего перемещения и кончая мышлением». Движение – неотъемлемое свойство материи, оно несотворимо и неуничтожимо, как и сама мате- рия. Материя не косное вещество, к которому нужно прикладывать движение извне, а основа и носитель движения. Долгое время движение понималось как пере- мещение материальных тел, как изменение их про- странственного положения. Все остальные процес- сы пытались объяснить перемещением отдельных частей тел относительно друг друга (механицизм в науке). Но уже в ХIХ веке выяснилось, что химиче- ские реакции, электромагнитные и оптические яв- ления нельзя свести к механическому движению и объяснить законами классической механики. Движение материи многообразно по своим про- явлениям и существует в различных формах. Вы- деляют три основные группы форм движения мате- рии: неорганическая природа, органическая при- рода и общество. К формам движения материи в неорганической природе относятся механическое движение – пере- мещение тел в пространстве; движение элементар- Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 16. 16 ных частиц и полей – электромагнитные, гравита- ционные, сильные и слабые взаимодействия, про- цессы превращения элементарных частиц и др.; движения и превращения атомов и молекул, вклю- чающее в себя химическую форму движения мате- рии; изменения в структуре макроскопических тел – тепловые процессы, изменение агрегатных со- стояний, звуковые колебания и др.; геологические формы движения материи; изменение космических систем различных размеров: планет, звезд, галак- тик и их скоплений. В настоящее время выделяют следующие струк- турные уровни неживой природы: - Вселенная; - Метагалактика; - скопления галактик; - галактики; - звездные скопления; - космические тела (звезды, планеты и т.д.); - макротела; - молекулы; - атомы; - элементарные частицы; - кварки. Возможно, что существуют уровни больших или меньших масштабов, но современной наукой они еще не идентифицированы. Размеры материальных объектов, изучаемых современной наукой, лежат в диапазоне от 10-15 м до 1010 световых лет. Каждому структурному уровню соответствует своя форма движения, но они взаимосвязаны и находятся в по- стоянном взаимодействии. Каждой форме движе- ния присущи свой носитель, своя область распро- странения и свои законы. Формы движения материи в живой природе: со- вокупность жизненных процессов в организмах и в надорганизменных системах: обмен веществ, про- Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 17. 17 цессы отражения, саморегуляции, управления и воспроизводства, различные отношения в биоцено- зах и других экологических системах, взаимодей- ствие всей биосферы с природными системами Земли и с обществом. Выделяют следующие струк- турные уровни живой природы: - Биосферный уровень – наивысший уровень организации жизни, охватывающий все явления жизни на планете. Биосфера включает всю сово- купность живых организмов Земли, в том числе и человека, вместе с окружающей их природной сре- дой. Биотический обмен веществ объединяет все структурные уровни организации жизни в одну си- стему. Биосфера является единой экологической системой. На биосферном уровне происходит кру- говорот веществ и превращение энергии, связан- ные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле. - Биогеоценозный уровень. Биогеоценоз (эко- система) – сложная динамическая система, пред- ставляющая собой совокупность биотических и абиотических элементов, связанных между собой обменом веществ, энергии и информации. Биогео- ценозы – это участки Земли с определенными при- родно-климатическими условиями (геоценозы) и связанные с ними биоценозы, представляющие единый природный взаимообусловленный комплекс с динамичными обратными связями. Биогеоценоз представляет собой устойчивую систему, которая может существовать на протяжении длительного времени в состоянии динамического равновесия. Нарушение динамического равновесия между эле- ментами биогеоценоза приводит к экологической катастрофе. - Биоценозный уровень. Биоценоз – совокуп- ность всех организмов, населяющих участок среды с однородными условиями жизни; совокупность Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 18. 18 популяций, сообщество микроорганизмов, живот- ных и растений, обитающих на определенной тер- ритории. В биоценозе продукты жизнедеятельности одних организмов являются условием существова- ния других организмов. Обычно биоценозы состоят из нескольких популяций. - Популяционно-видовой уровень (популяция - совокупность особей одного вида, занимающих определенную территорию, свободно скрещиваю- щихся между собой и частично или полностью изо- лированных от других особей своего вида). - Организменный и органотканевый уровень. - Клеточный уровень. - Молекулярный (доклеточный) уровень (бел- ки и нуклеиновые кислоты). Общественные формы движения материи вклю- чают в себя многообразные проявления деятельно- сти людей, все высшие формы отражения и целе- направленного преобразования действительности: развитие производительных сил и производствен- ных отношений, классовые, национальные, госу- дарственные отношения и др. В социально органи- зованной форме материи можно выделить следую- щие структурные уровни: - человек (отдельный индивид); - семья; - группа; - коллективы разных уровней; - социальные группы (классы, страты); - этносы; - нации; - расы; - государства; - союзы государств; - человечество в целом. Высшие формы движения материи исторически возникают на основе относительно низших и вклю- Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 19. 19 чают их в себя в преобразованном виде – в соот- ветствии со структурой и законами развития более сложной системы. Между ними существуют един- ство и взаимное влияние. Однако высшие формы движения качественно отличны от низших и несво- димы к ним. Раскрытие взаимоотношения между формами движения материи играет важную роль в понимании единства мира, в познании сущности сложных явлений природы и общества. Общие за- коны движения были сформулированы Гегелем: переход количественных изменений в качествен- ные, борьба противоположностей, отрицание отри- цания. Движение внутренне противоречиво, оно представляет собой сочетание движения и покоя, изменения и устойчивости. Устойчивость проявля- ется всегда: как бы ни изменился объект, он со- храняет какие-либо характеристики (это следует хотя бы из законов сохранения). Покой – это дви- жение, не нарушающее качественной специфики объекта. Покой всегда относителен, абсолютный покой невозможен. Различные формы движения материи изучают различные науки: физика, химия, биология, со- циология и т.д. Физика – наука о наиболее общих свойствах и формах движения материи и их взаим- ных превращениях. Физика изучает механическое, тепловое, электромагнитное движение, атомные и внутриатомные явления и др. Любая материальная система есть прежде всего физическая система, поэтому физические формы движения материи входят как составная часть в более сложные фор- мы движения материи. Все остальные естественные науки должны учитывать физические закономерно- сти, лежащие в основе изучаемых ими явлений: законы сохранения и превращения энергии, начала термодинамики и др. Кроме того, все естественные науки широко используют физические методы ис- Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 20. 20 следования. Поэтому физика считается основой со- временного естествознания. Формы движения материи взаимосвязаны, по- этому существует взаимосвязь между науками, изучающими различные формы движения материи. Итак, свойства движения таковы: - движение объективно (т.е. существует в ре- альности, а не в наших представлениях о ней); - движение всеобще (т.е. все движется); - движение – неотъемлемое свойство материи, возникает из самой материи; - движение неуничтожимо количественно (оно не прекращается) и качественно (каждая форма движения может превращаться в другую), прекра- щение одних форм движения есть возникновение новых его форм; - движение абсолютно (в то время как покой относителен); - движение имеет определенные формы, кото- рые подчиняются своим законам, но могут перехо- дить одна в другую. Пространство и время Материя существует и движется во времени и пространстве, которые являются формами суще- ствования (бытия) материи, ее атрибутами. Про- странство есть форма бытия материи, характери- зующая ее протяженность, структурность, сосуще- ствование и взаимодействие элементов во всех ма- териальных системах. Можно сказать, что про- странство – форма координации одновременно су- ществующих объектов, выражает порядок сосуще- ствования отдельных материальных объектов. Вре- мя – форма бытия материи, выражающая длитель- ность ее существования, последовательность сме- ны состояний в изменении и развитии всех матери- Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 21. 21 альных систем. Время – форма координации сме- няющих друг друга объектов, отражает порядок смены явлений. Порядок сосуществования объек- тов образует структуру пространства, порядок сме- ны этих состояний образует структуру времени. Пространство и время неразрывно связаны между собой, их единство проявляется в движении и раз- витии материи. Пространство и время являются основными по- нятиями всех разделов физики. Они играют глав- ную роль на эмпирическом уровне физического по- знания: непосредственное содержание результатов наблюдений и экспериментов состоит в фиксации пространственно-временных совпадений. Про- странство и время служат также одними из важ- нейших средств конструирования теоретических моделей, интерпретирующих экспериментальные данные. Пространство и время имеют решающее значение для построения научной картины мира, обеспечивая отождествление и различение отдель- ных фрагментов материальной действительности. В физике свойства пространства и времени делят на метрические (протяженность, длительность) и то- пологические (размерность, непрерывность и связ- ность пространства и времени, порядок и направ- ление времени). В механической картине мира, созданной И.Ньютоном, пространство и время носили абсо- лютный характер. В «Математических началах натуральной философии» И.Ньютон дал следующие определения свойств времени и пространства: «I. Абсолютное, истинное математиче- ское время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему- либо, протекает равномерно и иначе назы- вается длительностью. Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 22. 22 II. Абсолютное пространство по самой своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным. Согласно И.Ньютону, абсолютное пространство и время представляли собой самостоятельные сущ- ности, которые не зависели ни друг от друга, ни от находящихся в них материальных объектов и про- текающих в них процессов. Абсолютное простран- ство Ньютона выполняет функцию вместилища ма- терии, местопребывания материальных объектов и систем. По Ньютону пространство неизменно и неподвижно, не зависит от материальных тел и их движения; время абсолютно и течет везде одина- ково. Ньютон отличает абсолютные, истинные, мате- матические пространство и время от относитель- ных, обыкновенных пространства и времени, кото- рые он допускал для обыденной жизни, определяя их следующим образом: «…Относительное, кажущееся, или обыденное время есть или точная, или из- менчивая, постигаемая чувствами, внеш- няя, совершаемая при посредстве какого- либо движения мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного, математического времени, как- то: час, день, месяц, год… …Относительное пространство есть его мера или какая-либо ограниченная по- движная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его от- носительно некоторых тел и которое в обыденной жизни принимается за про- странство неподвижное: так, например, протяжение пространств подземного воз- духа или надземного, определяемых по их Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 23. 23 положению относительно Земли. По виду и величине абсолютное и относительное пространства одинаковы, но численно не всегда остаются одинаковыми». Классическая физика считала, что Вселенная в пространственном отношении бесконечна, что про- странство Вселенной обладает евклидовой геомет- рией (т.е. трехмерно, однородно и изотропно). Пространственные свойства материальных тел в классической механике абсолютны, т.е. не зависят от системы отсчета, скорости движения тела, вре- мени, длительности бытия предметов, их матери- ального взаимодействия с другими окружающими предметами. Свойства пространства, по современным пред- ставлениям (без учета релятивистских эффектов), таковы: - объективность, т.е. независимость от созна- ния человека; - всеобщность – не существует материи без пространства; - однородность – все точки пространства обла- дают одинаковыми свойствами (параллельный пе- ренос не изменяет законов природы); - изотропность – все направления в простран- стве обладают одинаковыми свойствами (поворот на любой угол не изменяет законов природы); - непрерывность – между двумя точками про- странства, как бы близко они ни находились, все- гда можно найти третью; - связность – между точками пространства нет разрывов; - трехмерность – каждая точка пространства однозначно определяется тремя координатами, все материальные процессы и взаимодействия реали- зуются лишь в пространстве трех измерений. Свойства времени таковы: Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 24. 24 - объективность; - всеобщность; - необратимость – причинно-следственные от- ношения асимметричны, время всегда направлено от прошлого к будущему; - одномерность; - связность; - однородность – явления, протекающие в оди- наковых условиях, но в разные моменты времени, протекают одинаково; - непрерывность – между двумя моментами времени всегда можно выделить третий. Почти все реальные процессы в природе явля- ются необратимыми: это и затухание маятника, и эволюция звезды, и человеческая жизнь. Необра- тимость процессов в природе как бы задает направление на оси времени от «прошлого» к «бу- дущему». Это свойство времени английский физик и астроном А. Эддингтон образно назвал «стрелой времени». По поводу необратимости времени И.Пригожин писал: « Итак, мы приходим к выводу, что нарушенная временная симметрия являет- ся существенным элементом нашего пони- мания природы…Стрела времени не проти- вопоставляет человека природе. Наоборот, она свидетельствует о том, что человек яв- ляется неотъемлемой составной частью эволюционирующей Вселенной… Время – не только существенная компонента нашего внутреннего опыта и ключ к пониманию истории человечества как на уровне отдельной личности, так и на уровне общества. Время – это ключ к по- ниманию природы». Современной теорией свойств пространства и времени является теория относительности – специ- Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 25. 25 альная и общая, развитые А.Эйнштейном. Специ- альная теория относительности выявила зависи- мость пространственных и временных характери- стик объектов от скорости их движения относи- тельно определенной системы отсчета и объедини- ла пространство и время в единый четырехмерный пространственно-временной континуум – простран- ство-время. Правда, пространственные релятивист- ские эффекты имеют существенные значения толь- ко при скоростях тел, близких к скорости света в вакууме. Специальная теория относительности со- хранила представление об евклидовом характере физического пространства. Общая теория относи- тельности привела к отказу от этих представлений. Общая теория относительности вскрыла зави- симость метрических характеристик пространства- времени от распределения гравитационных масс, приводящих к искривлению пространства-времени. Эйнштейн в общей теории относительности отка- зался от плоского псевдоевклидова пространства и перешел к более общей концепции – искривленно- му четырехмерному пространству Римана. При этом он фактически свел гравитацию к геометрии про- странства. В соответствии с таким подходом пустое пространство, т.е. пространство, в котором отсут- ствует гравитационное поле, просто не существует. Пространство-время проявляется лишь как струк- турное свойство гравитационного поля; последнее равносильно искривлению пространства-времени. В свою очередь, это искривление определяет зако- ны движения материи. Таким образом, согласно ОТО, гравитация – это искривление пространства- времени. Уравнения гравитационного поля Эйн- штейна связывают характеристики пространства- времени с распределением и движением материи. (Отметим, что в соответствии с принципом Маха Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 26. 26 все законы физики определяются распределением материи во Вселенной). По форме уравнения ОТО не похожи на урав- нения динамики Ньютона. В частности, эйнштей- новский закон гравитации фактически сводится к математическому описанию движения свободного тела в искривленном четырехмерном пространстве- времени, заданном с помощью криволинейной си- стемы координат. Параметры, характеризующие кривизну такого пространства, определяются гра- витационным полем, а траекторией движения сво- бодного тела (в том числе и светового луча) явля- ется не евклидова прямая, а искривленная линия (геодезическая). В то же время уравнения ОТО пе- реходят в уравнения Ньютона в предельном случае малых скоростей и слабых квазистатических грави- тационных полей. В этом случае четырехмерное пространство-время становится квазиплоским. В рамках ОТО были предсказаны три эффекта: отклонение светового луча в поле солнечного тяго- тения, гравитационное красное смещение спек- тральных линий, медленное аномальное движение перигелия Меркурия. Эти эффекты были подтвер- ждены экспериментально. В настоящее время по- сле открытия квазаров, пульсаров, реликтового из- лучения, рентгеновских звезд и др. общая теория относительности необходима для изучения и пони- мания фундаментальных свойств Вселенной. Тесное переплетение свойств пространства и времени со свойствами гравитации в ОТО привело Эйнштейна к идее, что на более глубоком уровне существует связь пространства-времени и с други- ми фундаментальными физическими полями, т.е. к программе геометризации физики, которой он по- святил последние 30 лет своей жизни. Однако его попытки создать единую теорию поля не были успешными. Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 27. 27 В общей теории относительности от характера распределения масс зависят такие фундаменталь- ные свойства пространства-времени, как конеч- ность и бесконечность, которые тоже обнаружили свою относительность. Построенная на основе об- щей теории относительности современная космоло- гия утверждает конечный, но безграничный харак- тер пространства Вселенной, изменяемость про- странственных свойств Вселенной в связи с ее расширением, неоднородность и анизотропность физического пространства, его неевклидов харак- тер. Таким образом, пространство и время – неотъ- емлемые, объективные свойства любых материаль- ных объектов и систем. По поводу зависимости свойств пространства и времени от материальных объектов и процессов А.Эйнштейн писал: «Прежде считали, что если все матери- альные тела исчезнут из Вселенной, время и пространство сохранятся. Согласно же теории относительности, время и простран- ство исчезнут вместе с телами». Пространству свойственна относительная пре- рывность, проявляющаяся в раздельном существо- вании материальных объектов и систем, имеющих определенные размеры и границы, в существова- нии многообразия структурных уровней материи с различными пространственными отношениями. Новым шагом в развитии представлений о про- странстве стала гипотеза о дискретном, квантовом характере реального пространства в результате применения идей квантовой механики к теории гравитации и космологии. Определена минимально возможная длина кванта пространства – 10-35 м (так называемая планковская длина). Рассматри- вается вопрос о дискретности, квантовании време- ни. По этому поводу В.Гейзенберг писал: Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 28. 28 «…в предельно малых пространствен- но-временных областях, порядок величи- ны которых тот же, что и у элементарных частиц, пространство и время странным образом исчезают, а именно: для столь ма- лых времен уже нельзя правильно опре- делить сами понятия «раньше» и «поз- же». Разумеется, пространственно- временная структура в целом нисколько не меняется, однако приходится считаться с возможностью, что в экспериментах с про- цессами, протекающими в крайне малых пространственно-временных областях, об- наружится, что некоторые из них протека- ют в направлении времени, как бы обрат- ным тому, которое соответствует их кау- зальной последовательности». Существуют альтернативные исследовательские программы, в которых предлагаются иные кон- струкции времени и пространства. Так, в исследо- вательской программе Е.А.Милна, являющейся аль- тернативой общей теории относительности Эйн- штейна, первостепенное значение придается вре- мени по сравнению с пространством. Понятие вре- мени считается первичным, а понятие пространства – производным от него. Н.А.Козырев в своей причинной механике пред- ложил гипотезу о субстанциональной природе вре- мени. В рамках этой гипотезы он обнаружил влия- ние земных и космических необратимых процессов на вес покоящихся и вращающихся тел, на некото- рые свойства вещества (плотность, упругость, электропроводность и др.). Действующий фактор необратимых процессов он связал с активными свойствами времени, с причинностью. В программе геометродинамики, развиваемой Дж. Уилером, физические явления выводятся из Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 29. 29 свойств пространства-времени. Геометродинамика включает в себя построение из геометрии про- странства-времени эквивалентов массы, заряда, электромагнитного поля. В этой теории частица выступает как чисто геометрическое понятие. Мас- са, время, длина, электромагнитные поля и т.д. яв- ляются объектами чистой геометрии. По мнению Дж.Уилера: «В мире нет ничего, кроме пустого ис- кривленного пространства. Материя, заряд, электромагнитные и другие физические те- ла являются лишь проявлением искрив- ленности пространства. Физика есть гео- метрия. Все физические понятия должны быть представлены с помощью пустого, различным образом искривленного про- странства, без каких либо добавлений к нему». В современной физике и математике широко применяются абстрактные (концептуальные) мно- гомерные пространства, которые образуются путем добавления к трем пространственным координатам времени и других параметров, учет взаимной связи и изменения которых необходим для более полного описания процессов. Например, достаточно после- довательная квантовая теория суперструн Грина- Шварца сформулирована непротиворечивым обра- зом в десятимерном пространстве-времени Минков- ского. Однако не следует отождествлять эти кон- цептуальные пространства, вводимые как способ описания систем, с реальным пространством, кото- рое всегда трехмерно и характеризует протяжен- ность и структурность материи, сосуществование и взаимодействие элементов в различных системах. Однородность и изотропность пространства и однородность времени называются свойствами симметрии пространства и времени. Из свойств Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 30. 30 симметрии пространства и времени следует сим- метрия (инвариантность) физических законов по отношению к следующим непрерывным преобразо- ваниям пространства-времени: перенос (сдвиг) или поворот системы как целого в пространстве; изме- нение начала отсчета времени (сдвиг во времени). При этих преобразованиях законы, устанавливаю- щие соотношения между величинами, характери- зующими физическую систему, не меняются. Дру- гими словами, поведение изолированной механи- ческой системы не зависит от того, какой момент времени принят за начало отсчета, в каком месте пространства помещено начало координат и как ориентированы в пространстве оси координат. В 1918 г. немецкий математик Э.Нётер сформу- лировала теорему, согласно которой для физиче- ской системы, движение которой описывается не- которым дифференциальным уравнением, каждому непрерывному преобразованию пространства и времени соответствует определенный закон сохра- нения. Таким образом, была установлена взаимо- связь свойств симметрии пространства и времени с законами сохранения. Закон сохранения импульса вытекает из однородности пространства, закон со- хранения энергии – из однородности времени, за- кон сохранения момента импульса – из изотропно- сти пространства. Материальное единство мира Материальное единство мира – принцип, утвер- ждающий общность и взаимосвязь всех явлений мира, отражаемых в человеческом сознании. Мате- риальное единство мира проявляется во взаимной связи всех структурных уровней материи, во взаи- мосвязи явлений микро – и мегамира. Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 31. 31 Материальное единство мира предполагает суб- станциональное единство мира (материя – суб- станция всех процессов и явлений мира); атрибу- тивное единство мира (любая часть мира обладает всеми свойствами материи); генетическое единство мира (все формы материи имеют общее происхож- дение); номологическое единство мира (все про- цессы в мире подчиняются одним всеобщим зако- нам). О субстанциональном единстве мира извест- ный американский физик-теоретик Р.Фейнман пи- сал: «…как это ни удивительно – вся мате- рия одинакова. Известно, что материя, из которой сделаны звезды, такая же, как и материя, из которой сделана Земля. Харак- тер света, испускаемого звездами, дает нам, так сказать, отпечатки пальцев, по ко- торым можно решить, что там атомы того же типа, что и на Земле. Оказывается, и живая, и неживая природа образуется из атомов одинакового типа. Лягушки сдела- ны из того же материала, что и камни, но только материал этот по-разному исполь- зован. Все это упрощает нашу задачу. У нас есть атомы – и ничего больше, а атомы од- нотипны, и однотипны повсюду». Материальное единство мира находит свое вы- ражение в наличии у материи комплекса универ- сальных свойств и диалектических законов струк- турной организации, изменения и развития. К чис- лу универсальных свойств материи относятся ее несотворимость и неуничтожимость, вечность су- ществования во времени и пространстве, законо- мерное саморазвитие, проявляющееся в различных формах, превращение одних состояний в другие. Несотворимость и неуничтожимость материи означают, что нет и не может быть никаких спосо- Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 32. 32 бов и средств, с помощью которых можно было бы прекратить ее существование или сотворить ее из «ничего», что не было и не будет времени, когда материя не существовала или не будет существо- вать. Признание несотворимости и неуничтожимо- сти материи и форм ее существования полностью исключают любую постановку вопроса о сотворе- нии мира какой-то высшей, стоящей над миром си- лой. Несотворимость и неуничтожимость материи означает, что любые процессы, происходящие в мире, никогда своим содержанием не имеют ни со- творения, ни уничтожения движущейся материи. Происходят лишь процессы преобразования, структурной перестройки, модификации ранее су- ществовавших состояний движущейся материи в новые ее состояния в определенных, но разнооб- разных пространственно-временных формах. Мате- рия находится в состоянии вечного изменения, вы- зываемого наличием внутренних противоречий, но при всех изменениях, превращениях одних форм материи в другие она неизменно остается, сохра- няется как объективная реальность, существующая вне и независимо от нашего сознания. Свое всестороннее выражение в природе прин- цип несотворимости и неуничтожимости материи и ее атрибутов, свойств находит в физических зако- нах сохранения. Физика открывает все новые и но- вые явления, подтверждающие незыблемость все- общего закона сохранения и превращения материи и ее атрибутов, растет число частных законов со- хранения отдельных характеристик физических форм движения материи. С законами сохранения связано введение в физику новых фундаменталь- ных идей, имеющих принципиальное значение. Одним из аспектов законов сохранения является их связь с принципами симметрии. Законы сохранения энергии, импульса и момента импульса связаны со Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 33. 33 свойствами симметрии пространства и времени. За- коны сохранения служат пробным камнем любой физической теории. Непротиворечивость теории этим законам служит убедительным аргументом в ее пользу и является важнейшим критерием ее ис- тинности. Поэтому в современных физических тео- риях большую роль играет идея сохранения спе- цифических для данной теории величин, причем часто поиски этих величин являются важнейшей частью теории. В истории науки известны случаи, когда применение законов сохранения позволило получить новые научные результаты. Так, опира- ясь на законы сохранения энергии и импульса, В.Паули предсказал существование новой элемен- тарной частицы – нейтрино. Одна из характерных особенностей законов со- хранения состоит в том, что они могут проявляться в форме ограничений или даже категорических за- претов, выражающих невозможность прохождения тех или иных процессов в определенных условиях. Часто, когда исследователи сталкиваются с прин- ципиальной невозможностью каких-либо процес- сов, в итоге приходят к открытию новой сохраня- ющейся величины. Об этой роли законов М.Борн писал: «Каждый закон природы устанавли- вает в известном смысле предел; то, что ему противоречит, недостижимо. Такое по- ложение вещей оказалось в известной сте- пени обратимым: если опыт наталкивается на препятствие, которое он не может пре- одолеть, несмотря на большое усилие, то, как говорят, это препятствие является от- правным пунктом для нового позитивного знания, для познания нового закона при- роды». Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 34. 34 Таким образом, в законах сохранения находит свое отражение важнейший материалистический принцип неуничтожимости материи и движения, взаимосвязь между различными формами движу- щейся материи и специфика превращения одних форм материи и движения в другие. Развитие знаний о микро- и мегамире постоянно приводит к открытию новых структурных элемен- тов материи и связей между ними, вызывает необ- ходимость создания новых научных понятий для их выражения. При этом в процессе познания раскры- ваются специфические черты различных областей материального мира и конкретные формы его ма- териального единства. Одним из универсальных свойств материи является ее неисчерпаемость. Неисчерпаемость материи философами понима- ется двояко. С онтологической точки зрения неис- черпаемость материи рассматривается как неис- черпаемость, бесконечность самого материального мира, его структурных элементов и их взаимодей- ствий, как беспредельность делимости материи. Универсальное взаимодействие всех разнообраз- ных видов и состояний материи, их взаимная обу- словленность и взаимопревращаемость – основа множественности связей между ними, многообра- зия и неисчерпаемости различных уровней и струк- тур материального мира. Материя бесконечна в том смысле, что каждый ее объект бесконечен по своим свойствам. В.И.Ленин писал: «Электрон также неисчерпаем, как и атом, природа бесконеч- на». Открытие новых элементарных частиц, квар- ков, новых объектов и свойств мегамира убеди- тельно подтверждают тезис о неисчерпаемости ма- терии. С гносеологической (теоретико-познаватель- ной) точки зрения принцип неисчерпаемости за- ключается в признании бесконечности процесса Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  • 35. 35 познания, движения к абсолютной истине через познание относительных истин, обусловленных уровнем развития науки и общественной практики. Р.Фейнман писал: «Каждый шаг в изучении природы – это всегда только приближение к истине, вернее, к тому, что мы считаем истиной. Все, что мы изучаем, – это какое-то при- ближение, ибо мы знаем, что не все зако- ны еще знаем». Аналогичную мысль высказывал А.Эйнштейн: «Наука не является и никогда не будет являться законченной книгой. Каждый важный успех приносит новые вопросы. Всякое развитие обнаруживает со време- нем все новые и более глубокие трудно- сти». Важное значение для понимания материального единства мира имеет установленный физиками следующий факт: существующий набор числовых значений фундаментальных постоянных (гравита- ционная постоянная, постоянная Планка, скорость света в вакууме, заряд электрона и др.) необходим для существования основных устойчивых связан- ных состояний материи, т.е. всей живой и неживой природы в известных нам формах. Изменение ка- кой-либо фундаментальной постоянной при неиз- менности остальных приведет к невозможности су- ществования основных устойчивых связанных со- стояний: ядер, атомов, звезд и галактик. Структура физики В соответствии с многообразием исследуемых форм движения материи физика подразделяется на ряд дисциплин, или разделов, в той или иной мере связанных друг с другом. Деление физики на от- Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»