ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИКИ

Философское и физическое понимание материи

Физика как наука изучает простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материального мира. Вследствие этой общности физика и ее законы лежат в основе всего естествознания, она является основой эволюции научных картин мира, способствует синтезу естественно-научного и гуманитарного знания.

Философские проблемы физики включают в себя онтологические, логико-гносеологические и методологические основания. Специфика методов физического познания связана со структурностью, системностью и функциональными особенностями реальности.

Онтологические проблемы физики включают в себя изучение и выявление общих свойств и законов структурной организации и развития различных типов природно-материальных систем и предполагают рассмотрение ряда важнейших понятий и принципов.

В философском понимании мира понятие материи является одним из основных, ибо все его мировоззренческое содержание связано с раскрытием всеобщих свойств, законов, структурных отношений, движения и развития материи во всех ее формах — как природных, так и социальных.

В физике понятие материи — также центральное, поскольку физика изучает основные свойства вещества и поля, типы фундаментальных взаимодействий, законы движения различных систем (простые механические системы, системы с обратной связью, самоорганизующиеся системы) и т.д. Эти свойства и законы определенным образом проявляются в технических, биологических и социальных системах, в силу чего физика широко используется для объяснения происходящих в них процессов. Все это сближает философское понимание материи и физическое учение о ее строении и свойствах.

Всеобщими атрибутами материи выступают: движение, пространство, время, структурность, системная организация и способность к саморазвитию, единство прерывности и непрерывности, а также ряд других свойств, находящих выражение в действии универсальных диалектических законов изменения и развития. Материя и ее атрибуты несотворимы и неуничтожимы, существуют вечно и бесконечно многообразны по формам своих проявлений. Все явления в мире детерминированы естественными материальными связями и взаимодействиями, причинными отношениями и объективными законами природы.

Физика также исходит из признания неразрывного единства материи, движения, пространства и времени. Все пространственно-временные свойства систем зависят от скорости их движения и структурных отношений в более общих системах, их масс и гравитационных потенциалов.

Материя неисчерпаема по своей структуре, но на разных структурных уровнях проявляются различные формы движения и законы взаимодействия. Они отражаются в дифференцирующихся физических теориях, каждая из которых несводима к другим теориям и имеет определенные границы применимости. Вместе с тем между различными структурными уровнями существует тесная взаимосвязь и обусловленность, проявляющаяся во взаимной превращаемости различных форм материи и движения, наличии общих атрибутов, законов сохранения и движения. Это единство физика пытается отразить через разработку единой теории различных элементарных частиц и полей [2].

Сегодня известно несколько сотен элементарных частиц. Некоторые из них «живут» очень короткое время, быстро превращаясь в другие частицы. Часть элементарных частиц оказались неожиданно тяжелыми — даже тяжелее отдельных атомов. У большинства элементарных частиц есть античастицы, отличающиеся противоположными знаками электрического заряда и магнитного момента: для электронов — позитроны, для протонов — антипротоны, для нейтронов — антинейтроны и т.д.

Многообразие микромира предполагает его единство через взаимопревращаемость частиц и полей. При этом частицам присуща масса покоя, тогда как электромагнитные и гравитационные поля и их кванты не имеют массы покоя, хотя обладают энергией, импульсом и другими свойствами. Поле и вещество нельзя противопоставлять друг другу. Если рассматривать структуру вещества, то во всех системах внутреннее пространство будет «занято» полями, точнее, пространство будет выражать протяженность этих полей и частиц. Но на долю собственно частиц вещества приходится ничтожная часть объема системы. Вместе с тем частицы вещества нельзя представлять в виде каких-то микроскопических шариков с абсолютно резкими границами. Частицы неотделимы от различных полей и не существует абсолютно резкой границы, где кончается собственно частица и начинается ее внешнее поле. В пограничной области существует непрерывный взаимопереход полей и частиц. Так, протоны и нейтроны постоянно окружены облаком виртуальных пи-мезонов, входящих в их структуру; электроны, позитроны и другие заряженные частицы неразрывно связаны с электромагнитным полем.

Единство прерывного и непрерывного в структуре материи выражается через единство корпускулярных и волновых свойств всех частиц, т.е. все микрочастицы материи обладают и корпускулярными, и волновыми свойствами. В зависимости от конкретных условий они проявляют себя либо как частица, либо как волна. Идея корпускулярно-волнового дуализма, выдвинутая Луи де Бройлем (1892—1987) в 1924 г., позволила построить теорию, охватывающую свойства материи и света в их единстве. Кванты света становились при этом особым моментом всеобщего строения микромира.

Развитие физики микромира в последние десятилетия показало неисчерпаемость свойств элементарных частиц и их взаимодействий. Все частицы, имеющие достаточно большую энергию, способны при взаимодействиях друг с другом к различным взаимопревращениям .

Универсальная взаимопревращаемость частиц при больших энергиях взаимодействия свидетельствует о некоторой общности их структур, а также о возможности единых законов фундаментальных взаимодействий. Исследования в этом направлении привели к развитию кварковой модели структуры андронов (протонов, нейтронов, гиперонов, резонансов и мезонов). Кварки — это частицы, обладающие сложными свойствами — зарядом, «очарованием», «цветом». Кварки считаются «самыми элементарными» и могут соединяться друг с другом либо тройками, либо парами, либо кварк—антикварк. Из трех кварков состоят сравнительно тяжелые частицы — барионы. Более легкие пары кварк—антикварк образуют частицы, получившие название мезоны. Кварки скрепляются между собой сильным взаимодействием, переносчиками которого являются глюоны (они «склеивают» кварки в адроны) [ 1 ].

Кварки до сих пор не удалось выделить в свободном состоянии, и есть даже предположение, согласно которому это вообще невозможно, так как с увеличением расстояний между кварками сила взаимодействия между ними не убывает, а, напротив, неограниченно возрастает, что исключает их существование вне элементарных частиц. В экспериментальных исследованиях столкновений частиц во встречных пучках в ускорителях, где общая энергия столкновений достигает сотен миллиардов электрон-вольт, вместо кварков наблюдается рождение мощных струй элементарных частиц. При этом число частиц возрастает с увеличением энергии столкновений. Последнее говорит о том, что структура элементарных частиц выражает не только их внутренние связи, но и является функцией энергии их внешних взаимодействий. На основе кварковой модели были предсказаны новые частицы.

Связь, взаимодействие и движение — важнейшие атрибуты материи, без которых невозможно ее существование. Взаимодействие обусловливает объединение различных материальных элементов в системы, системную организацию материи. Все свойства тел производны от их взаимодействий, являются результатом их структурных связей между собой и отношений с внешней средой. Для всякого объекта существовать — значит взаимодействовать, как-то проявлять себя по отношению к другим телам. Наше познание материального мира осуществляется через раскрытие различных форм взаимодействия и движения тел.

К настоящему времени известны четыре вида фундаментальных взаимодействий:

О гравитационное — имеет универсальный характер и проявляется всегда как притяжение между всеми известными видами материи; является самым слабым из всех взаимодействий. В классической физике оно описывается известным законом тяготения Ньютона. В общей теории относительности гравитационное поле, создаваемое массами, связывается с кривизной пространственно-временного континуума. Гравитация вызывает «искривление» пространства и замедление хода времени, что сказывается на всех происходящих в системах процессах;

О электромагнитное — имеет также универсальный характер и существует между любыми телами. В отличие от гравитационного взаимодействия, которое всегда выступает в виде притяжения, электромагнитное взаимодействие может проявляться и как притяжение, и как отталкивание. Благодаря электромагнитным связям возникают атомы, молекулы и макроскопические тела. Электромагнитное взаимодействие в 100—1000 раз слабее сильного взаимодействия. Его переносчиками считаются фотоны (их масса покоя равна нулю);

• 0 слабое взаимодействие — всевозможные микропроцессы с излучением нейтрино и антинейтрино. Оно менее универсально, чем гравитационное и электромагнитное, и распространяется на очень незначительных расстояниях. Слабые взаимодействия ответственны за многие микропроцессы, характеризуют все виды бета-превра- щений, являются необходимой стороной термоядерных реакций в звездах;
• 0 сильное взаимодействие — обеспечивает связь протонов и нейтронов в ядрах атомов, кварков в нуклонах. Переносчиками сильного взаимодействия являются глюоны.

Эти четыре типа фундаментальных взаимодействий лежат в основе всех других известных форм движения материи, в том числе возникающих, например, в космических системах и макротелах при сверхвысоких давлениях и температурах. Любые сложные формы движения при их разложении на структурные составляющие обнаруживаются как сложные модификации данных фундаментальных взаимодействий [2].

Во второй половине XX в. внимание физиков сосредоточено на создании теории Великого объединения, раскрывающей с позиций квантово-релятивистских представлений сущность и основания единства четырех фундаментальных взаимодействий — электромагнитного, сильного, слабого и гравитационного. Эта задача одновременно является и задачей создания единой теории элементарных частиц (теории структуры материи).

Итак, понимание материи актуализирует обсуждение вопроса в плане: субстанциальном — возникновения вещей и процессов; субстратном — строения различных уровней мироздания и человека. Современная физика исследует различные типы материальных систем и их структурные уровни.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

• 1. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. М., 2010.
• 2. Рузавин Г.И. Философия науки. М., 2013.