Корпускулярная и континуальная концепции описания природы. Квантово-волновой дуализм

   Вся обстановка  в науке в начале XX в. складывалась  так, что представления о дискретности  и непрерывности материи получили  свое четкое выражение в двух  видах материи: веществе и поле, различие между которыми явно  фиксировалось на уровне явлений  микромира. Однако дальнейшее  развитие науки в 20-е гг. показало, что такое противопоставление  является весьма условным.

8. Корпускулярно-волновой  дуализм

В 1900 г. М. Планк показал, что  энергия излучения или поглощения электромагнитных волн не может иметь  произвольные значения, а кратна энергии  кванта, т.е. волновой процесс приобретает окраску дискретности. Идея Планка о дискретной природе света получили свое подтверждение в области фотоэффекта. Де Бройль открыл примерно в это же время у частиц волновые свойства (дифракция электрона).

Таким образом, частицы неотделимы от создаваемых ими полей и каждое поле вносит свой вклад в структуру частиц, обуславливая их свойства. В этой неразрывной связи частиц и полей можно видеть одно из наиболее важных проявлений единства прерывности и непрерывности в структуре материи.

Для характеристики прерывного и непрерывного в структуре материи  следует также упомянуть единство корпускулярных и волновых свойств всех частиц и фотонов. Единство корпускулярных и волновых свойств материальных объектов представляет собой одно из фундаментальных противоречий современной физики и конкретизируется в процессе дальнейшего познания микроявлений. Изучение процессов макромира показали, что прерывность и непрерывность существуют в виде единого взаимосвязанного процесса. При определенных условиях макромира микрообъект может трансформироваться в частицу или поле и проявлять соответствующие им свойства.

9. Элементарные  частицы

В соответствии с достижениями квантовой физики основополагающим понятием современного атомизма является понятие элементарной частицы, но им присущи такие свойства, которые  не имели ничего общего с атомизмом  древности.

Развитие физики микромира  показало неисчерпаемость свойств  элементарных частиц и их взаимодействий. Все частицы, имеющие достаточно большую энергию, способны к взаимопревращениям, но при соблюдении ряда законов сохранения. Число известных элементарных частиц постоянно растет и превышает  уже 300 разновидностей, включая неустойчивые резонансные состояния. Важнейшим  свойством частицы является ее масса  покоя.

По этому свойству частицы  делятся на 4 группы:

1. Легкие частицы – лептоны (фотон, электрон, позитрон). Фотоны не имеют массы покоя.
2. Частицы средней массы – мезоны (мю-мезон, пи-мезон).
3. Тяжелые частицы – барионы. К ним относятся нуклоны – составные части ядра: протоны и нейтроны. Протон – самый легкий барион.
4. Сверхтяжелые – гипероны. Устойчивых разновидностей немного:

• фотоны (кванты электромагнитного излучения);

• гравитоны (гипотетические кванты гравитационного поля);
• электроны;
• позитроны (античастицы электронов);
• протоны и антипротоны;
• нейтроны;
• нейтрино – самая загадочная из всех элементарных частиц.

Нейтрино было открыто  в 1956 г., тогда как название его  было дано в 1933 г. Э. Ферми, а гипотезу о его существовании высказал в 1930 г. швейцарский физик В. Паули. Нейтрино играет большую роль в космических  процессах во всей эволюции материи  во Вселенной. Время их жизни практически  бесконечно. По подсчетам ученых, нейтрино уносят значительную долю излучаемой звездами энергии. Наше Солнце теряет за счет излучения нейтрино примерно 7% энергии, на каждый квадратный сантиметр  Земли перпендикулярно солнечным  лучам ежесекундно падает примерно 300 миллионов нейтрино. Однако они  не регистрируются нашими органами чувств и приборами ввиду их слабого  взаимодействия с веществом. Дальнейшая судьба этого излучения неизвестна, но, очевидно, нейтрино должно вновь  включиться в круговорот материи  в природе. Скорость распространения  нейтрино равна скорости света в  вакууме.

Особенностью элементарных частиц является то, что большинство  из них могут возникать при  столкновении с другими частицами  достаточно высокой энергии: протон большой энергии превращается в  нейтрон с испусканием пи-мезона. При этом элементарные частицы распадаются  на другие: нейтрон – на электрон, протон и антинейтрино, а нейтральный пи-мезон – на два фотона. Пи-мезоны, таким образом, являются квантами ядерного поля, объединяющими нуклоны и ядра.

В ходе развития науки открываются  все новые свойства элементарных частиц. Взаимная обусловленность свойств частиц свидетельствует о сложной их природе, наличии многогранных связей и отношений. В зависимости от специфики элементарной частицы может появиться тот или иной вид взаимодействия: сильное, электромагнитное, слабое. Сильное взаимодействие обуславливается ядерными силами, оно обеспечивает устойчивость атомных ядер. Электромагнитные взаимодействия, слабые взаимодействия – в процессах распада нейтронов, радиоактивных ядер и предполагают участие в этих взаимодействиях нейтрино. Слабые взаимодействия в 1010—1012 раз слабее сильных. Этот вид взаимодействий в настоящее время достаточно хорошо изучен.

У большинства элементарных частиц есть античастицы, отличающиеся противоположными знаками электрических  зарядов и магнитных моментов: антипротоны, антинейтроны и т.д. Из античастиц могут быть образованы устойчивые атомные ядра и антивещество, подчиняющееся  тем же законам движения, что и  обычное вещество. В больших количествах  антивещество в космосе не обнаружено, поэтому существование «антимира», т.е. галактик из антивещества является проблематичным.

Таким образом, с каждым новым  открытием строение микромира уточняется и оказывается все более сложным. Чем глубже мы уходим в него, тем  больше новых свойств обнаруживает наука.

Заключение

Одним из наиболее важных и  существенных вопросов как философии, так и естествознания является проблема материи. Представления о строении материи находят свое выражение в борьбе двух концепций: прерывности (дискретности) – корпускулярная концепция, и непрерывности (континуальности) – континуальная концепция. Эти представления о структуре материи просуществовали фактически без существенных изменений до начала XX века, оставаясь двумя антиномиями, определяющими «поле битвы» крупнейших мыслителей.

Сложившиеся к началу XIX в. представления о строении материи были односторонними и не давали возможности объяснить ряд экспериментальных факторов. Разработанная М. Фарадеем и Дж. Максвеллом в XIX в. теория электромагнитного поля показала, что континуальная концепция не может быть единственной для объяснения структуры материи. В своих работах М. Фарадей и Дж. Максвелл показали, что поле – это самостоятельная физическая реальность.

Таким образом, в науке  произошла определенная переоценка основополагающих принципов, в результате которой обоснованное И. Ньютоном дальнодействие заменялось близкодействием, а вместо представлений о дискретности выдвигалась идея непрерывности, получившая свое выражение в электромагнитных полях.

Вся обстановка в науке  в начале XX в. складывалась так, что  представления о дискретности и  непрерывности материи получили свое четкое выражение в двух видах  материи: веществе и поле, различие между которыми явно фиксировалось  на уровне явлений микромира. Однако дальнейшее развитие науки в 20-е  гг. показало, что такое противопоставление является весьма условным.

Библиографический список

1. Ахундов М.Д. Концепции пространства и времени: истоки, эволюция, перспективы. - М. 1982.
2. Верин О.Г. Энергия, Вещество и поле / О.Г. Верин. - М.: Изд-во Контур, 2006. - 128 с.
3. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания / Т.Я. Дубнищева. - Новосибирск: Изд-во ЮКЭА, 1997. - 832 с.
4. Дягилев Ф.М. Концепции современного естествознания. - М.: Изд. ИЭМПЭ, 1998.
5. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: краткий курс: учеб. пособие для вузов. М.: Высшее образование, 2007 г.
6. Новоженов В.А. Концепции современного естествознания / В.А. Новоженов. - Барнаул: Изд-во Алтайского гос. ун-та, 2001. - 553 с.
7. Савельев И.В. Курс общей физики. - М., 1977.
8. Фейнман Р. Характер физических законов. - М., 1968.
9. Хорошавина С. Г. Концепции современного естествознания: Курс лекций / С.Г. Хорошавина. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2005. - 480 с.