Концептуальные основания физики

(Материал незавершен)

Концептуальные основания физики.

1. Представления о строении материального мира.

В своем историческом развитии наука органически наследует философские представления о материи как субстанциональной основе мира. Важнейшей своей задачей наука полагает изучение всех аспектов материальности мира, и, прежде всего, его строение (структуру, уровни, элементарные единицы). При этом само понятие материи является философским и составляет предмет философии, а формы, в которых существует материя и особенности устройства материального мира – это предмет конкретных естественных наук.

Философское понятие материи звучит следующим образом: «Материя есть философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется и отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них». Формы же, в которых проявляется эта ненаблюдаемая никогда никем «объективная реальность» многообразны и открыты для исследования.

Исходным принципом в оценке строения мира является в современной науке принцип системности. Самой универсальной системой, изучаемой наукой является само мироздание. Существуют различные основания, по которым наука выделяет различные предельные «элементы» этой системы.

Во-первых, выделяется два основных вида материи: вещество и поле. Вещество – однородный (гомогенный) вид материи, каждая частица которой имеет одинаковые свойства. Это – совокупность дискретных (прерывных) образований, обладающих массой покоя. Поле (физическое) – материальная структура, не обладающая массой покоя, особая среда передачи взаимодействия элементарных частиц. Это – система с бесконечным числом степеней свободы.

Во-вторых, по типу материальных систем в строении мира выделяется три области: микромир, макромир и мегамир. Их различение связано с: а) размерами систем, в них входящих; б) соотнесенностью с возможностями человеческого восприятия различных объектов; в) сутью и природой самих объектов.

а) Объекты микромира – это микроскопически малые тела, корпускулы, которые имеют исчезающе малые размеры. Микроразмерами называются дольные единицы, равные одной миллионной доле исходных единиц.  Микромир уходит от уровня молекулы в неживой природе и клетки в живой природе вглубь сложного мира элементарных частиц.

Макромир – это объекты и тела, имеющие обычные, доступные известным измерительным единицам размеры. Макромир простирается от тел и веществ до уровня биосферы.

Мегамир – это объекты гигантских размеров и расстояний. Мегаразмерами называют кратные единицы, по размеру равные 106 исходных единиц. Объекты микромира включают в себя космические тела, начиная от планет (и планетарных явлений) и кончая Метагалактикой и Вселенной.

б) Макромир доступен прямому наблюдению человека. Это все то, что мы можем изучать без применения, с одной стороны, микроскопа, а, с другой – телескопа. Микро- и мегамиры недоступны прямому наблюдению человека. Они исследуются только благодаря наличию специальных приборов. Поэтому и закономерности, описывающие эти типы материальных систем, не являются столь же очевидными и подтвержденными, как закономерности макромира. Они исследуются опосредовано и часто не поддаются полному пониманию.

в) Макроскопическими в физике называются тела, состоящие независимо от их агрегатного состояния из очень большого числа частиц. В этих условиях либо в принципе невозможно, либо явно неразумно подсчитывать характеристики всех элементарных частиц, из которых состоит макротело. Макроскопическое состояние (система) определяется значениями ее термодинамических параметров: давлением, температурой, объемом, энергией и др. Для определения макроскопического состояния однокомпонентной системы достаточно знать значение любых двух независимых параметров.

Микроскопическое состояние (или система) определяется в классической механике заданием координат и импульсом всех частей системы. В квантовой механике – это квантовое состояние системы, определяемое набором соответствующих квантовых чисел частиц. Микроскопическое тело – такое, которое обладает не только корпускулярным характером, но и волновым и полевым.

Тело мегамира – сверхплотное тело, полностью или частично плазменной природы, находящееся в состоянии лучистого равновесия. Лучистое равновесие – это динамическое равновесие, для которого характерен особый способ передачи энергии – излучение и поглощение, и при котором энергия электромагнитного излучения, попадающая в единицу времени в какой-либо объем вещества, равна количеству энергии, уносимой излучением из этого объема. Между телами, находящимися в состоянии лучистого равновесия, осуществляется лучистый перенос энергии.

Окружающий мир

Микромир                       Макромир                     Мегамир

Вакуум                             Макротела                      Планета

         Элементарные                     (вещество)                             Звезда