Корпускулярная и континуальная концепции постижения природы

Лекция 2. Физические концепции постижения природы

Становление естествознания относится к VII–IV вв. до н. э. и связано с греческой натурфилософией. В ней вырабатываются общие точки зрения на окружающий мир, ставятся вопросы о при­роде материи и духа, законах развития материального мира, о при­роде пространства и времени, движения и света. Возникают атомистика Левкиппа – Демокрита и натурфилософия Аристотеля, которые, по сути, обобщили античную натурфилософию и сформулировали две принципиально различные концепции взглядов на строение материи и развитие материального мира: так называемые корпускулярную (Демокрит) и континуальную (Аристотель).

По Демокриту материя состоит из вещества; вещество состоит из атомов-корпускул и пустоты; атомы находятся в постоянном движении; атомы вечны, неизменны, неделимы и отличаются друг от друга лишь величиной и формой.

По Аристотелю мир материален, объективно существуют кон­кретные вещи (предметы), а материя – некая субстанция, из которой при определенных условиях могут возникнуть те или иные предметы. Реальные тела можно дробить непрерывно, до бесконечности. Синонимом непрерывности является континуальность, т.е. материя непрерывна (континуальна) и «природа не терпит пустоты».

Две выдвинутые концепции на природу материи, по существу, определили всю дальнейшую историю развития естествознания, вплоть до XX в.

Корпускулярно-волновой дуализм. Аристотель считал, что свет – это движение волн, распространяющихся в некоторой непрерывной среде – эфире. Как считал И. Ньютон, свет представляет собой поток частиц – корпускул, движущихся прямолинейно. Такая точка зрения, хорошо объясняла законы геометрической оптики. Однако при изучении интерференции, дифракции, поляризации, дисперсии света, легко было объяснить, что свет – волновое движение через некоторое необычное ве­щество, лишенное массы, – эфир.

Во второй половине XIX в. точку в вопросе о природе света поставил Дж. Максвелл, который, создав теорию электромагнетизма, доказал, что свет представляет собой электромагнитное поле, распространяющееся в виде волн. Так была открыта новая материальная субстанция – поле, свойства и законы движения которой в соответствии с развитой Дж. Максвеллом электродинамикой соответствовали в большей мере континуальной, непрерывной концепции Аристотеля.

Таким образом, к концу XIX в. материя предстает в виде двух форм – вещественной и полевой – с существенно разными свойствами: вещественная находит объяснение в корпускулярной, а полевая – в континуальной концепции.

Начало XX в. ознаменовалось открытиями в изучении вещества и поля, полностью изменившими представления о природе материи. Для объяснения излучения абсолютно черного тела М. Планку в 1900 г. и фотоэффекта А. Эйнштейну в 1905 г. пришлось принять, что свет в ряде случаев ведет себя как поток отдельных частиц – фотонов (корпускул), а не как волна. При рассмотрении электромагнитного поля возникло представление о корпускулярно-волновом дуализме. Причем при больших длинах волн электромагнитного излучения в большей мере проявляются непрерывные (континуальные) волновые свойства света, а при малых (рентгеновские и γ-лучи) – дискретные (корпускулярные), квантовые свойства. Физика начала XX в. открыла диалектическое единство двух противоположностей – частиц и волн.

Луи де Бройль, опираясь на законы симметрии в природе, в 1923 г. выдвинул идею распространения принципа корпускулярно-волнового дуализма света на все вещественные частицы микромира, имеющие массу покоя, – электроны, протоны и т.д., и предположил, что любые частицы вещественной материи наряду с корпускулярными (массой, импульсом, энергией) обладают также волновыми свойствами.

Наконец, созданные в 20-е гг. XX в. новые фундаментальные кванто­вые теории микромира – квантовая механика и квантовая теория поля (квантовая электродинамика) – показали, что корпускулярно-волновой дуализм в микромире отражает глубинную взаимосвязь материальных субстанций — вещества и полей и свидетельствует о единстве материи, проявляясь во взаимодействии частиц и полей таким образом, что кванты полей при взаимодействии с веществом могут исчезать, образуя пары вещественных частиц (электрон – позитрон, протон – антипротон), точно так же, как и вещественные частицы, в результате аннигиляции могут превращаться в кванты полей.

2.2. Ваимодействие: близкодействие, дальнодействие

После открытия закона всемирного тяготения И. Ньютоном, а затем закона Кулона, описывающего взаимодействие электрических за­ряженных тел, возник вопрос, почему физические тела, обладающие массой, действуют друг на друга на больших расстояниях через пустое пространство и почему заряженные тела взаимодействуют между собой даже через электрически нейтральную среду.

До введения понятия «поле» на этот вопрос не было удовлетворительного ответа. Долгое время считалось, что взаимодействие между телами может непосредственно осуществляться через пустое про­странство, которое не принимает участия в передаче взаимодействий, и эта передача происходит мгновенно, т.е. с бесконечной скоростью. Такое предположение составляет сущность концепции дальнодействия, которую обосновал Р. Декарт.

Законы взаимодействия электрически заряженных тел допускали возможность их относительно простой проверки. Установлено, что взаимодействие электрических зарядов происходит не мгновенно. Каждая электрически заряженная частица создает электрическое поле, действующее на другие частицы не в тот же момент, а спустя некоторое время. Иными словами, взаимодействие передается через посредника – электромагнитное поле, а скорость распространения электромагнитного поля равна скорости света. Это составляет суть концепции близкодействия.

В настоящее время известно четыре типа фундаментальных взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное. Слабое взаимодействие отвечает за внутриядерное взаимодействие, приводящее, например, к распаду нейтрона с испусканием электронов (β-излучение), сильное взаимодействие – за внутринуклонные взаимодействия, оно удерживает кварки внутри нуклонов.

Дата добавления: 2014-01-03