Сравнительная характеристика вещества и поля кратко

Обновлено: 06.07.2024

Механистический взгляд на природу, которым характеризовалось классическое естествознание, оказался необычайно плодотворным. Вслед за ньютоновской механикой были созданы гидродинамика, термодинамика, теория упругости и множество других дисциплин, где наука достигла больших успехов. Однако оставались две области, в которых механистической теорией мало что можно было описать и объяснить. Этими областями были свет и электричество.

Пытаясь объяснить свет с помощью своей механики Ньютон говорил, что он представляет собой поток маленьких частиц или, как часто говорят в науке, корпускул (лат. corpusculum – маленькая частица), которые несутся от источника света, взаимодействуют между собой по механическим законам и вызывают ощущение света, попадая в человеческий глаз. Однако такое объяснение не было вполне удовлетворительным: ведь мы знаем, что два луча света свободно проходят друг через друга, а если бы это были два потока частиц, как считал Ньютон, то они сталкивались бы, и как-то изменяли направление своего движения, отклонялись бы или ломались. Мы же не наблюдаем никаких возмущений при прохождении одного луча через другой, значит свет – это не поток корпускул, а что-то другое. Что?

На этот вопрос попытался ответить нидерландский ученый 17 в. Христиан Гюйгенс. Вполне возможно, говорит он, что свет – это не движение частиц. Представьте себе волны на поверхности воды. Нам кажется, что они движутся, но на самом деле никакого движения не происходит. Просто на неподвижной поверхности воды одна ее часть поднимается, а другая опускается, что и создает эффект волны и видимость ее движения. На самом же деле происходит не движение воды, а колебание (вверх-вниз) ее поверхности. Возможно, что тоже самое происходит и со светом, предположил Гюйгенс. Все пространство заполнено невидимым светоносным веществом – эфиром, который сам никуда не движется, но может колебаться, как и водная поверхность. Колебания этого эфира и вызывают свет, который, таким образом, представляет собой не движение частиц, а волны эфира. Ньютоновское представление о свете получило название корпускулярного, а теория Гюйгенса стала называться волновой.

Но и против волновой теории имелись возражения. Как известно, волны обтекают препятствия, а луч света, распространяясь по прямой линии, обтекать препятствия не может. Если на пути луча поместить непрозрачное тело с резкой границей, то его тень будет иметь резкую границу. Однако при более тонком наблюдении с использованием увеличительных линз обнаружилось, что на границах резких теней можно разглядеть участки освещенности, которые выглядят, как перемежающиеся светлые и темные полоски. Это явление было названо дифракцией света (лат. difractus – разломанный, или рассеянный, разбросанный). Оно показало, что свет все же огибает препятствия, как и водяные волны, хотя мы этого не можем наблюдать невооруженным глазом. Открытие дифракции подтвердило идею Гюйгенса о том, что свет имеет не корпускулярную, а волновую природу. Однако авторитет Ньютона был настолько велик, что его корпускулярная теория все же стала господствующей даже несмотря на ее малые возможности что-либо объяснить относительно света. В науке, как и в любом другом виде духовной деятельности, все новое не сразу заменяет собой старое каким бы хорошим это новое ни было. Более того, если одни идеи высказал авторитетный (то есть – всем известный и всеми уважаемый) человек, а другие, которые намного лучше первых, высказал какой-нибудь неизвестный деятель, как правило, все доверяют более первому, чем второму.

Волновая теория света была выдвинута вновь в 19 веке английским ученым Томасом Юнгом. Он дал объяснение явлению, при котором свет, добавленный к свету, не обязательно дает более сильный свет, но может давать более слабый и даже темноту. Это явление было названо интерференцией света (лат. inter – между и ferens – переносящий). Оно заключается в том, что при наложении друг на друга двух волн таким образом, что гребень одной из них совмещается со впадиной другой, они уничтожают друг друга. Вот почему при добавлении света к свету может возникать темнота. Интерференция подтвердила волновую теорию света.

Другой областью природы, где механистическое объяснение оказалось неэффективным, было электричество или – область электромагнитных явлений.

Задолго до появления классического естествознания люди заметили, что некоторые тела (например, кусочки янтаря), потертые о шерсть, временно способны притягивать к себе мелкие предметы, т. е. в течение некоторого срока обладают магнитными свойствами. Позже такие тела стали называть электрически заряженными, или наэлектризованными. Наверняка каждый в школьные годы, во время скучных уроков, развлекал себя любопытным экспериментом: когда к мелким кусочкам бумаги, лежащим на парте, подносится пластмассовая линейка, предварительно потертая об волосы (наэлектризованная), то происходит нечто удивительное – маленькие бумажки, как живые, подпрыгивают и налепляются на линейку.

Магнитную способность электрически заряженных тел невозможно объяснить механистически, ведь взаимодействие между наэлектризованным телом и мелкими предметами происходит через пустое (!) пространство, а механическое взаимодействие обязательно предполагает какой-то непосредственный контакт между объектами. Таким образом, вокруг физических тел, находящихся в электрическом состоянии существует особая среда, которую невозможно наблюдать зрительно или воспринимать с помощью осязания или других органов чувств, но которая фиксируется приборами и имеет определенные физические свойства. Причем эту среду никак нельзя назвать веществом. Она была названа полем или, правильнее, – электромагнитным полем. Английский ученый 19 века Майкл Фарадей предположил, что электричество и свет, одинаково не поддающиеся механистическому объяснению, возможно, имеют единую физическую природу: свет – это не что иное, как разновидность электромагнитного поля, а вернее, – его колебания. Или, говоря иначе, свет – это колебания (волны) не частиц вещества (корпускул), а особой невещественной (то есть – в которой нет никакого вещества) физической среды – поля.

Это предположение было теоретически обосновано в 60-е гг. 19 в. английским ученым Джеймсом Максвеллом и экспериментально подтверждено в 80-е гг. 19 в. немецким ученым Генрихом Герцем. Раньше и в науке, и в философии считалось, что материя – это вещество в различных его состояниях, что материя – это тела и частицы. В 19 веке было установлено, что материя – это не только вещество, а вернее, – что она может существовать не только в виде вещества, но еще – и в виде поля. Вещество и поле, таким образом, – это две различные формы материи. К такому выводу подошло классическое естествознание в эпоху своего расцвета. Оно также установило основные различия между ними.

1. Вещество – обладает корпускулярной природой, а поле – волновой, то есть вещество состоит из частиц (или тел) и поэтому прерывно (в нем есть промежутки или пустоты), а поле не из каких частиц не состоит и поэтому непрерывно.

2. Вещество обладает массой, а поле невесомо.

3. Вещество мало проницаемо (можно, например, пройти сквозь пар, но труднее пройти сквозь воду и совсем невозможно – сквозь каменную стену), а поле, наоборот, проницаемо полностью (оно повсюду нас окружает, а мы даже не замечаем его существования).

4. Скорость распространения поля равна скорости света – это самая большая из всех известных и возможных скоростей (300000 километров в секунду), а скорость движения частиц вещества в сотни раз меньше.

В 19 веке считалось, что вещество и поле – это два противоположных или взаимоисключающих вида материи. Однако в результате крупных открытий в физике в конце позапрошлого и начале прошлого столетий обнаружилось, что физический мир един, и нет пропасти между веществом и полем: поле, подобно веществу, обладает корпускулярными свойствами, а частицы вещества, подобно полю, – волновыми. Эту удивительную особенность материи назвали корпускулярно-волновым дуализмом. Термин дуализм происходит от латинского слова duo – два и обозначает одновременное наличие у чего-либо двух, как правило, противоположных и вроде бы несовместимых качеств.

Для пояснения приведем пример: человек – это единое существо, но у него есть физическое тело или организм, как у любого животного, но также есть то, что мы часто называем душой (независимо от того, верим мы в существование бессмертной души или нет), то есть – психика, или разум, или мышление, или духовный мир. Физическое тело и мыслящий разум – это совершенно различные и даже противоположные объекты, однако человек невозможен без одновременного наличия того и другого. Следовательно, мы можем сказать, что он характеризуется дуальностью или – дуализмом тела и разума. Так и материя, по современным представлениям, характеризуется дуализмом корпускулярной и волновой природы. Однако в макромире волновые свойства, или проявления ничтожно малы, в силу чего их возможно не принимать в расчет, рассматривая макротела как объекты корпускулярной природы. Зато в микромире волновые свойства объектов становятся вполне сопоставимыми с их корпускулярными свойствами, т. е. корпускулярно-волновой дуализм, которым, в принципе, характеризуется материя, в полной мере проявляется только в микромире.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

6. Вещество без Идеи – ничто (Платон и Аристотель)

Вещество

Вещество Обобщение достижений науки XIX века явилось некоторой реабилитацией аристотелевского качественного движения. XX век подошел к аналогичной, столь же условной реабилитации аристотелевского субстанциального движения – порождения и уничтожения. Речь идет об

Вещество

§ 16. Вещество без Идеи – ничто (Платон и Аристотель)

ПОЛЕ БЕЗ МАТЕРИИ

Секрет трех фиников Питание: вещество, энергия, информация Наталья Аднорал, кандидат медицинских наук

Пища = вещество

Пища = вещество Лучше меньше, да лучше. Народная мудрость Из чего состоит вожделенный продукт? Из вещества – белков, жиров, углеводов, витаминов, микроэлементов и т. д. Для чего они нужны организму? Для построения собственных органов и тканей. Наш организм тоже состоит из

Пища = вещество + энергия

Пища = вещество + энергия Не хлеб питает наше естество, но Слово вечное, Жизнь, Дух внутри него. Силезиус Усвоение питательных веществ – процесс, требующий больших энергозатрат. Но ведь мы едим как раз для того, чтобы энергию получать? Верно, но бывает и наоборот: мы съедаем

Пища = вещество + энергия + информация

Пища = вещество + энергия + информация Плод – письмо, написанное Создателем. О. Айванхов Свежий, выросший под открытым небом продукт – это живое послание природы, способное рассказать нам о том, какие перемены происходят в природе именно сейчас – в конкретной точке

Поле боя

Поле боя Воинские искусства могут служить образной метафорой всей жизни, тем не менее Путь Мирного Воина редко связан со столкновениями с внешними противниками. Самые трудные битвы скрыты глубоко внутри души — в глубинах самих себя мы сражаемся со своими страхами,

4.1. Семантическое поле[131]

4.1. Семантическое поле[131] 4.1.1. Объективность субъективности Объективность любого познания обусловлена субъективностью исследователя. Если исследователь не будет точным, не будет и критерия истины. Любая вещь должна исходить из сокровенности разума.Предположение о

Глава 1 Поле

Глава 1 Поле Самое удивительное вознаграждение в ремесле социолога – возможность войти в жизнь других людей и приобрести опыт, на основе всех накопленных ими знаний. Pierre Bourdieu and Lo?c Wacquant, An Invitation to Reflexive Sociology. (Chicago,

Материя – философская категория для обозначения объективной реальности, отражаемой нашими ощущениями и существующей независимо от них. В классических представлениях естествознания различают два вида материи – вещество и поле.

Согласно теории корпускулярно-волнового дуализма свет – это поток частиц – квантов или фотонов, несущих определенные порции энергии и импульса, но в то же время свет – это волны электромагнитного поля, обладающие энергией и импульсом и распространяющиеся в пространстве со скоростью света.

В квантовой механике любой частице соответствует волна. А когда частиц много? С точки зрения квантовой механики можно было бы сопоставить каждой частице свое поле. Однако опыт свидетельствует о полной неразличимости тождественных частиц. Конечно, уэлектронов могут быть разные энергии и импульсы, но при одних и тех же параметрах электроны одинаковы.

Итак, если все частицы одинаковы, как волны в одной и той же среде, то, значит, эта среда, т. е. поле, является более фундаментальным понятием.

Поле определяется через силы, действующие на некоторый пробный объект (заряд, массу), помещенный в данную точку пространства. Пространство непрерывно. В каждой его точке эта сила имеет вполне определенное значение, считающееся характеристикой поля. При этом переход от точки к точке непрерывный и плавный. Важным свойством поля является непрерывность его характеристик. Именно непрерывность позволяет эффективно применять математические методы для описания физических характеристик разнообразных объектов. К настоящему времени известно несколько типов физических полей, соответствующих типам взаимодействий, – электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, волновые поля элементарных частиц.

С математической точки зрения поле – это произвольная функция или набор функций, координат и времени.

Поля могут быть постоянными и переменными. Например, электрическое и магнитное поля фотона являются переменными (они синусоидально зависят от координат и времени, т. е. изменяются по гармоническому закону), а магнитное поле Земли и электрическое поле в грозовой туче постоянные.

Вещество построено из электронов и нуклонов (протонов и нейтронов). Последние в свою очередь состоят из кварков. Различного рода взаимодействия между частицами вещества осуществляются полями. Кванты полей, переносящих электромагнитное взаимодействие, представляют собой фотоны, гравитационное взаимодействие – гравитоны, сильное взаимодействие – глюоны, слабое взаимодействие – векторные бозоны.

В классической физике вещество и поле абсолютно противопоставлялись друг другу как два вида материи, у первого из которых структура дискретна, а у второго – непрерывна. Открытие в квантовой теории двойственной корпускулярно-волновой природы микрообъектов нивелирует это противопоставление. На этой основе были строго разделены категории вещества и материи, на протяжении многих веков отождествлявшиеся в философии и науке, причем философское значение осталось за категорией материи, а понятие вещество сохранило научный смысл в физике и химии. В земных условиях для веществ известны четыре состояния: твердые тела, жидкости, газы, плазма.

Причём, нас окружает не просто поле, а энергия , которая существует в виде двух реальностей: вещества и поля. Причем, значительная часть энергии движения сосредоточена в веществе ( потенциальная энергия – минимальна), а в окружающем его поле эта энергия присутствует в гораздо меньшей концентрации (потенциальная энергия, наоборот, – максимальна).

Но если это так, то различие между веществом и полем скорее количественное, чем качественное. А это значит, что обе эти реальности должны подчиняться одним и тем же законам. И первым подтверждением этому служит тот факт, что в определении энергии поля и вещества обязательно присутствует масса.

Чтобы увеличить (в общем случае – изменить) количество энергии в любом ограниченном пространстве, необходима дополнительная энергия (попробуйте заставить двигаться груженую тележку или чугунный шар, которые, как и всё прочее, занимают определённое пространство).

Иными словами, любой пространственный сгусток энергии как бы сопротивляется изменению своей плотности. Эта сопротивляемость называется инертностью или просто – инерцией . Мерой этой инерции является масса. Значит, масса является всего лишь количественной мерой инертности соответствующего сгустка энергии .

Однако, нас интересует связь между веществом и полем. Чтобы её увидеть, проведём мысленный опыт.

Представим для начала твёрдое вещество любой формы и начнем подводить к нему энергию. Поглощая подводимую энергию, вещество будет нагреваться и, в некоторый момент, из твердого состояния превратится в жидкость.

Продолжая этот опыт, мы станем свидетелями, как вещество из жидкости превратится в газ. Когда температура (мы помним, что вещество, поглощая энергию, нагревается) достигнет достаточно высокого значения, все молекулы газа распадутся на отдельные атомы, а затем начнется процесс ионизации и газ превратится в четвертое состояние – плазму, состоящую из положительно заряженных ионов и свободных электронов, оторванных от атомов.

Итак, поглощаемая веществом энергия последовательно переводила его из одного состояния в другое (твердое, жидкое, газообразное, плазма).

Однако возникает естественный вопрос: а может ли вещество бесконечно поглощать энергию?

Первоначально наше вещество было реально ощутимо. В результате опыта оно поглотило дополнительную энергию. Но несоизмеримо увеличилось и занимаемое этой энергией пространство, в котором вещество как бы растворилось. Однако энергия и масса вещества не исчезли, они превратились в энергию и массу поля .

Если мы рассмотрим обратный процесс, то выясним, что поле, отдавая свою энергию, рождает элементарные частицы, из которых состоит плазма. Та, в свою очередь, теряя энергию, рождает атомы, из которых образуется газ и так далее.

Однако вновь возникает естественный вопрос: а может ли вещество бесконечно отдавать свою энергию?

Здравый смысл и теперь однозначно подсказывает, – нет. Значит, и этот опыт должен завершиться таким состоянием вещества, которое уже не может излучать энергию.

Что же это за состояние?

И всё, о чём мы здесь говорили, есть материя, ибо материально и вещество, и поле. Эти две материальные среды, конечно же, отличаются друг от друга, но их объединяет ЭНЕРГИЯ. Поэтому, именно энергия является основой всего сущего и проявляется в различных формах материи.

В современной российской науке и философии утвердился материалистический подход к проблеме бытия и материи, согласно которому материя есть объективная реальность и основа бытия, первопричина, а все иные формы бытия — дух, человек, общество — проявления материи и производны от нее. Элементами структуры материи являются: неживая природа, живая природа, социум (общество).

Современные естественно-научные представления о структуре материи базируются на следующих положениях: каждое материальное образование, отдельная вещь представляет собой единство вещества и поля.

Главное отличие вещества от поля заключается в том, что:

Вещество как форма материи

Рис. Типы классификации материи

Молекула может состоять из одного (у инертных газов) или нескольких атомов (у большинства химических элементов и их соединений). Кроме того, молекула может содержать атомы как одного (простые вещества; например, Н₂, N₂), так и нескольких различных (сложные вещества, такие, как Н₂O, H₂SO₄ и др.) химических элементов. Из простых веществ могут образовываться сложные, возможен и обратный процесс. Сложные вещества при определенных условиях могут превращаться друг в друга.

Атомы (греч. atontas — неделимый) — частица вещества очень малой массы, которая состоит из отрицательно заряженных частиц электронов и ядра, в состав которого входят нейтроны и положительно заряженные протоны. Существуют и иные элементарные частицы.

Современная наука добавила еще одно агрегатное состояние вещества. Это плазма (от греч. plasma — вылепленное, оформленное) — газ, который при нагревании или в результате электрического разряда приходит в особое состояние. Его молекулы (или атомы) оказываются не нейтральными, как при обычном состоянии газа, а заряженными. Газ становится ионизированным: в нем появляются ионы (заряженные положительно) и свободные электроны. Электроны и ионы плазмы взаимодействуют между собой на больших расстояниях, могут переносить электрический заряд.

Физические и магнитные поля

В качестве примеров могут служить поля гравитационные — создаваемые вокруг себя телами, обладающими массой (прежде всего большой массой; такие, как звезды, планеты). Результатом взаимодействия физических тел и одновременно проявлением гравитационных полей становятся силы притяжения. Они определяются массой взаимодействующих вещей и расстоянием между ними. Гравитационное поле тем сильнее, чем больше масса взаимодействующих сил и чем меньше расстояние между ними.

Другой пример — электромагнитное поле. Оно создается заряженными частицами, характеризуется напряженностью и потенциалом поля, представляет единство электрического и магнитного полей. Кроме того, выделяют поля ядерных сил, сильные и слабые взаимодействия, волновые поля.

Также считается, что могут существовать и определенным образом проявлять себя и свободные физические поля, т.е., действующие независимо от создавших их частиц. К таким полям относят электромагнитные волны. Это является дополнительным основанием рассматривать поля как особый вид материи.

Свойства физических нолей, закономерности, связанные с их возникновением, изменением продолжают активно изучаться естественными науками. Полученные знания используются в создании различных устройств и целых систем, играющих вес большую роль в жизни человека. Достаточно сказать об электроэнергии, о современных средствах массовой коммуникации, об информационных технологиях.

Таким образом, материя существует в виде вещества и поля. И это деление можно считать самой общей классификацией материи. Однако различного рода проявлений материи бесконечно много. Поэтому вопрос о возможных формах материи, а также о системе координат, в которой эти формы проявляются, представляется важным и требует отдельного рассмотрения.

Читайте также: