Вещества и поле – классические образы материального мира

Введение
Актуальность, цели и задачи настоящего курсового исследования будут обусловлены следующими положениями.
Вопрос о том, как устроен мир, является одним из тех, которые причисляются к разряду вечных. На протяжении всей истории человеческого общества он заставляет пытливую мысль задумываться над тем, что же лежит в основе строения и организации мира внешнего и мира внутреннего.
Не существует человека – как человека разумного – без стремления познать и понять мир. И поэтому уже с самых первых минут своей истории он пытается не только разобраться в ближайшем окружении, но и заглянуть в глубь встречаемых им явлений; не только найти объяснение тому или иному факту, но и построить целостную систему взглядов, единую теорию, объясняющую сущность мира. Именно отсюда берет истоки самая общая из всех наук – философия, которая призвана находить ответы на самые глобальные, самые общие вопросы человеческого бытия.
Философы разных времен и народов предлагали свои самые разнообразные, порой противоречащие друг другу теории, с помощью которых, на их взгляд, человек мог бы разобраться в сущности происходящего в мире. Эти теории либо дополнялись, либо отвергались представителями прикладных наук в зависимости от степени соответствия встречаемым в реальной жизни явлениям и накопленным знаниям о них; при этом количество накопленных знаний постоянно увеличивалось, что приводило, в свою очередь, к построению новых теорий и философских концепций. И процесс этот продолжается непрерывно до сих пор.
С определенного момента философские теории стали укладываться в два основных направления: идеализм и материализм. Два направления, принципиально отличных друг от друга и принципиально несовместимых друг с другом. Одно направление, как известно, считает основой мира духовную сущность, другое – материальную, ставя выбираемую из двух упомянутых сущностей в доминирующее положение относительно другой. Идеализм считает материю порождаемой духом, материализм – наоборот.
Но при всем глубочайшем различии двух направлений тем не менее между ними существует чрезвычайно важное сходство: оба направления признают единство бытия, единство природы этого бытия, признают глубокую связь всех существующих явлений и приходят к выводу о существовании некоей субстанции, лежащей в основе всего: духа – в идеализме и материи – в материализме. Вполне естественно, что в конце концов усилия исследователей оказались направлены на поиски именно этой субстанции – от ее сущности и зависела теперь судьба философских направлений.
До недавнего времени поиски духовной субстанции, которая могла бы являться основой всего сущего – по мнению представителей идеалистического направления, велись лишь умозрительным путем теоретических построений и заканчивались, как правило, признанием принципиальной невозможности экспериментального подтверждения ее существования в силу невозможности ее познания. А это неизбежно возводило искомую сущность в ранг сверхъестественной, иррациональной (говоря другими словами – трансцендентной). Естественно, что все подобные изыскания не имеют ничего общего со строгим научным подходом, невозможным без экспериментальных исследований и опирающимся на познаваемость предмета.
Лишь в последнее время в этом направлении появились некоторые сдвиги: привлечение пристального внимания ученых к так называемым аномальным явлениям позволило экспериментально и достоверно зафиксировать влияние сознания человека на материальные объекты – влияние, не объяснимое с точки зрения известных материальных сил. При этом такая обнаруженная в этих явлениях (и также экспериментально зафиксированная) сущность, как биополе, оказалась настолько близка по характеристикам к феноменам, которые традиционно признавались присущими духовному миру, что сразу же начала трактоваться идеалистически настроенными философами в качестве подтверждения реальности духовной субстанции и ее первичности. [Свидерский В. И., Кармин А. С. Конечное и бесконечное. – М.: Наука, 1996, стр. 32.]
Однако даже современные теории, выстраиваемые философами-идеалистами на базе вывода о духовности биополя, так или иначе приводят к какой-либо форме трансцендентной духовной сущности, имеющей сверхъестественную непознаваемую природу. [Корсаков В. К. О формировании новой физической картины мира на основе планкеонной гипотезы // Философия науки, М., 1995, № 1 (1), стр. 47.]
Значительно больших успехов в поисках первоосновы добилось материалистическое направление исследований, которое проникло к настоящему времени глубоко внутрь вещества и поля и показало неразрывную связь всех уровней материального мира, связь микромира с мегакосмосом.
К сожалению, широкий круг читателей сейчас обладает в лучшем случае лишь самыми общими представлениями об исследованиях в этой области. Но раз мы ведем речь о глубоком единстве всего реально существующего (материального и духовного) мира и хотим доказать это единство на базе экспериментальных данных, нам не обойтись без использования накопленного опыта. Поэтому возникает необходимость обрисовать на общедоступном языке сложившуюся к настоящему времени теорию строения материального мира – хотя бы в самых общих чертах.
Кроме того, отметим, забегая вперед, что ученые в качестве побочного результата своих исследований обнаружили целый ряд явлений на микроуровне, которые можно достаточно однозначно связать с существованием духовной субстанции...
Вопросами устройства материального мира занимается довольно много естественных наук, среди которых и химия, и биология, и геология, и астрономия. Но основной наукой, исследующей вопрос строения материи как таковой (а следовательно, и всего материального мира в целом), по праву считается физика. Именно физика к настоящему времени проникла в самую глубь основы окружающего нас мира. И именно физика во второй половине ХХ столетия со всей неоспоримостью доказала единство всего материального мира. [Корсаков В. К. О формировании новой физической картины мира на основе планкеонной гипотезы // Философия науки, М., 1995, № 1 (1), стр. 36.]
1. Теоретические основы изучения и развития идей и образов вещества и поля естественными науками
Физики пришли к выводу, что видимые нами макромир и мегамир являются такими, какими они есть потому, что на уровне микромира мы имеем строго определенный набор кирпичиков – элементарных частиц, из которых и состоят все макрообъекты. При этом взаимосвязь форм материи наиболее четко проявляется именно на глубоком квантовом уровне: малейшие отличия каких-либо основных характеристик той или иной элементарной частицы от имеющихся в реальности могло бы привести к глобальным переменам в наблюдаемой Вселенной. То есть материальный мир вокруг нас настолько связан с основными свойствами кирпичиков, что если бы эти кирпичики обладали другими свойствами, то по другому выглядела бы и Вселенная. И поэтому основное внимание физиков в настоящее время направлено на исследование именно микромира.
Другим обнаруженным проявлением единства материального мира является дуальность микромира, т.е. проявление частицами волновых свойств и наличие у волн корпускулярных свойств. В микромире теряет смысл деление материи на вещество и поле, так как и то, и другое проявляют на этом уровне свойства друг друга (поэтому физики говорят о квантованном поле, а не о поле обычном; о частицах, а не о веществе). При этом, если образно представить взаимодействие объектов микромира в виде частичек вещества, как бы склеенных неким клеем-полем, то на уровне, например, глюонов вообще не оказывается разницы между веществом и клеем.
Глюоны – хотя это типичные бозоны и выполняют роль клея в кварковых структурах, они, вместе с тем, могут сами рождать новые глюоны, которые склеивают их между собой. Получается, что четкой границы между свойствами бозонных и фермионных частиц, между веществом и клеем, все же нет (В. Барашенков).
Идея единой природы вещества и поля и активные исследования в этой области привели к появлению в обиходе физиков такого термина, как суперстринг, который и обозначил искомую первичную материальную субстанцию, лежащую в основе всего известного материального мира. Свойства этой субстанции оказываются в значительной мере отличными от свойств так называемых элементарных частиц, хотя и являются тесно взаимосвязанными: из свойств субстанции выводятся свойства всех элементарных частиц и их составляющих.
Чтобы попытаться хоть как-то наглядно представить себе это отличие свойств, можно провести следующую образную аналогию. Изучая строение вещества, мы видим, что оно состоит из различных частиц, которые как бы связаны между собой жгутами соответствующего поля. На каждом уровне строения вещества свои частицы и свое поле взаимодействия между ними. Атомы в молекуле удерживаются между собой жгутами сил химической связи; сами атомы, состоящие из ядер и электронов, сохраняют свою целостность благодаря наличию атомарных сил; ядра атомов состоят из протонов и нейтронов, удерживаемых друг с другом внутриядерными силами и т.д., и т.п. Везде мы видим наличие концевых частичек с жгутами силового поля между ними (как бы гантель с ручкой в виде пружины, которая может при достаточном усилии разорваться).Такая картина наблюдается даже на уровне кварков, из которых состоят все элементарные частицы. Однако далее это однообразие уже нарушается.
Исследуя кварки как составные части элементарных частиц, физики пришли к выводу, что если углубляться в строение материи и посмотреть, из чего состоят сами кварки, то обнаружится, что в дальнейшем наличие частиц на концах жгутов-пружинок не является необходимым. Оказывается, что кварки состоят просто из неких квантов поля, названных стрингами (по-английски пружинка, струна).
Стринги –могут существовать и без концевых супермалых частичек, сами по себе – как независимые хромосомы мира… Стринги могут разрываться и слипаться, рождая дочерние и внучатые стринги. При этом образуются замкнутые струнные кольца и более сложные переплетающиеся фигуры…В них могут возбуждаться колебания – различные полевые 'обертоны' ...эти 'обертоны' отделяются от колеблющейся струны и распространяются в виде волн в окружающем вакууме. Каждая несет с собой квант энергии, порцию электрического заряда, странности и других свойств – в общем, ведет себя как элементарная частица (В. Барашенков. За пределами теории Эйнштейна – многомерные миры).
Именно такой образ стринга служит дополнительным аргументом сторонников точки зрения, что элементарные частицы представляют из себя лишь сгустки поля. Но это тоже не является корректным выводом, так как при этом понимается поле со свойствами макрополя, что в принципе не соответствует действительности. Стринги представляют собой частицы квантованного поля, носящего дискретный (т.е. прерывный) характер, в то время как макрополе является сущностью непрерывной, и лишь к макрополю может быть применен термин "сгусток". Поэтому нельзя говорить о том, что вещество является сгустками поля или, наоборот, что поле является размазанным веществом. Ни одна из этих сущностей не является первичной по отношению к другой – они полностью равноправны. При этом обе сущности имеют единую глубинную природу, выражающуюся в том, что и вещество, и макрополе являются теми или иными комбинациями (если так можно выразиться) частичек материальной субстанции – стрингов. [Свидерский В. И., Кармин А. С. Конечное и бесконечное. – М.: Наука, 1996, стр. 117.]
Вывод о единстве материального мира привел физиков к идее о том, что должен существовать некий объединяющий принцип всех свойств материи.
Суть его должна состоять в описании небольшого числа фундаментальных свойств симметрии природы, эмпирически найденных несколько десятилетий назад, и, помимо свойств симметрии, этот закон должен заключать в себе принцип причинности, интерпретированный в смысле теории относительности.
На языке физиков-теоретиков объединяющий принцип выражается наличием единого поля, из свойств которого можно было бы получить все свойства материального мира.
Идеалом Эйнштейна была теория некоего единого поля, из которой как частный случай можно было бы вывести уравнения для всех известных нам частиц и действующих между ними сил.
На поиски такого единого поля и направлены в последнее время усилия физиков, которые постепенно объединяют между собой различные типы взаимодействия.
Одним из кульминационных моментов в развитии физики стало создание теории, объединяющей слабые и электромагнитные взаимодействия. Эта теория основывалась на принципах симметрии, связанных с распределением элементарных частиц по семействам.
В приведенной цитате термин "симметрия" нельзя понимать в общеупотребительном смысле. На языке физиков симметрия – это неизменность физических законов при определенной замене объектов, подчиняющихся этим законам. А неизменность физических законов подразумевает наличие единых математических уравнений (описывающих эти законы) для данных объектов. Например, формула, описывающая взаимодействие электрических зарядов (закон Кулона), абсолютно аналогична формуле гравитационного взаимодействия; только в одном случае в формуле стоят массы тел, а в другом – их заряды. Это – с точки зрения физики – говорит о симметрии гравитационного и электромагнитного взаимодействия, а также о их единой глубинной природе. [Шарыпов О. В. Об актуальности создания постнеклассической физики // Гуманитарные науки в Сибири, Новосибирск, 1998, № 1, стр. 16.]
Так вот, было обнаружено, что наблюдаемые симметрии в свойствах элементарных частиц однозначно связаны с определенными законами сохранения: электрического заряда, странности, спина и прочих характеристик частиц.
...Симметрии связаны с законами сохранения. В физике есть теорема о том, что каждой из них обязательно сопутствует некоторая сохраняющаяся величина.
Например, неизменность уравнений при вращении системы координат определяет закон сохранения углового момента (момента количества движения).
Отметим здесь, что термины "уравнения" и "вращение системы координат" представляют по сути своей некие математические абстракции, математические образы, то есть формы как таковые с точки зрения философии, а слова "закон сохранения углового момента" обозначают реальное свойство материального мира. Таким образом, в данном случае принцип симметрии определяет связь между формами (понятие, относящееся сугубо к миру духовному) и свойствами материального мира...
Выявленное в процессе исследования микромира единство природы вещества и поля имело для физиков одно важное следствие: должен был существовать такой вид симметрии, который позволил бы описывать поведение как элементарных частиц, так и квантов поля, т.е. система уравнений, описывающая поведение элементарных частиц и квантов поля, должна быть одна и та же; при перестановке бозонных (элементарных частиц) и фермионных частиц (квантов поля) физические законы должны оставаться неизменными. Эта симметрия получила название суперсимметрии. [Аранович П. А. Понятие фундаментальной длины и методологические проблемы современной физики. – Новосибирск: Изд-во НИИ МИОО Новосибирского гос. университета, 1998, стр. 172.]
По сути, теория суперсимметрии явилась той теорией, которая окончательно стерла грань между веществом и полем на микроуровне.
Многокомпонентная теория объединила кванты всех четырех известных нам полей взаимодействия – гравитационного, электромагнитного, сильного ядерного и слабого, ответственного за распады частиц и атомных ядер. Все они оказались близкими родственниками. Кроме того, в супермультиплет на равных вошли кварки, электроны и другие частицы – кирпичики. Получилась единая теория вещества и поля.
Поскольку результаты, полученные теорией суперсимметрии, пригодятся нам в дальнейшем, остановимся на них немного подробнее.
Во-первых, претерпел изменение сам образ стринга: из струны он стал суперструной, особой конфигурацией материи в виде узкого пучка силовых линий поля. Обеспечить суперсимметрию оказалось возможным, лишь увеличив количество измерений струны. Суперстринги оказались десятимерными. (Отметим в скобках, что авторы теорий, пытавшихся объяснить т.н. аномальные явления с помощью существования у пространства-времени пятого или даже шестого измерения, явно поскромничали – здесь целых десять, хотя совершенно иных по свойствам.)
Конечно, человеку, не имевшему дело с математикой, использующей много измерений, чрезвычайно непросто понять десятимерность суперстрингов и десятимерность нашей Вселенной. Однако пугаться этого не следует, ведь можно использовать принцип образного представления, который широко используется теми же теоретиками экстрасенсорики и паранормальных явлений для иллюстрации своих построений.
В этих иллюстрациях человек и окружающие его предметы материального мира, являющиеся на самом деле четырехмерными (имеется ввиду существование в четырехмерном пространстве-времени), представляются в виде плоских фигур, расположенных в одной плоскости или на поверхности шара, а выход в пятое измерение тогда аналогичен выходу за рамки этой двумерной поверхности – как бы выход в пространство. И некоторые авторы считают, что явления, например, ясновидения и телепатии осуществляются через это пятое измерение...
Нарисованная картина действительно дает возможность представить себе, как может выглядеть, скажем, пятимерное пространство-время. Однако она же, помогая в объяснении (иногда довольно изящном) некоторых встречаемых явлений, порождает еще больший ряд вопросов, на которые не способна дать ответы.
Если Вселенная является пятимерной, то почему весь материальный мир создан убого четырехмерным?.. Вот здесь уже теоретики экстрасенсорики начинают громоздить друг на друга дополнительные предположения и домыслы. Одни, скажем, утверждают, что все предметы материального мира тоже являются пятимерными, и все, что мы видим, – лишь проекция реально-пятимерных объектов в наше четырехмерное пространство-время. Тогда совершенно непонятно, в чем же рациональное зерно того, что природа предоставила нам возможность восприятия лишь по ограниченному количеству измерений, поскольку существа с пятимерным восприятием были бы более приспособлены к жизни, чем нынешние. Ведь нельзя же объяснить (как это иногда делается) четырехмерное восприятие лишь эволюционной недоразвитостью – дескать, только усовершенствованный человек достигает возможности контакта с пятимерными объектами: по этой же логике хотя бы какие-то объекты нашего реального мира (пусть неживые) не имели бы и четырехмерности, и даже трехмерности, а этого на самом деле нет… [Корсаков В. К. О формировании новой физической картины мира на основе планкеонной гипотезы // Философия науки, М., 1995, № 1 (1), стр. 61.]
Теорий, пытающихся объяснить паранормальные явления на основе описанного многомерного подхода, довольно много, но все они не способны ответить на подобные вопросы. И причина кроется не в том, что неверен сам многомерный подход (ведь современная физика тоже пришла к многомерной Вселенной), а в том, что в самом восприятии многомерности этими теориями имеется принципиальная ошибка. [Свидерский В. И., Кармин А. С. Конечное и бесконечное. – М.: Наука, 1996, стр. 54.]
2. Физическое поле
Материя представляет собой непрерывно движущуюся энергетическую массу, которая представляется разнообразием своих форм. Это и химические вещества, к которым принадлежат все без исключения макроскопические тела и составляющие их частицы микромира – молекулы и атомы, это и различные физические поля: световое, тепловое, энергетическое поле материи, биополе органического мира, поле мышления и электромагнитное поле. Однако, несмотря на разнообразие форм, материя имеет только одну – дискретную энергетическую структуру.
Элементарные частицы атома находятся постоянно в беспрерывном сложном движении и представляют собой образования, состоящие из более мелких или, иначе, из очень тонких частиц, каждая из которых, в свою очередь, состоит из очень мелких или из очень тонких частиц. В живом организме и в воде очень тонкие частицы – это образования, которые состоят из сверхтонких частиц материи.
Каждая элементарная частица в результате своего движения беспрерывно излучает и поглощает тонкие частицы, а они – излучают и поглощают очень тонкие частицы. Притом при излучении каждая очень тонкая частица свободно проникает в промежутки между тонкими частицами, а тонкие частицы при излучении проникают в промежутки между элементарными частицами.
Беспрерывное излучение и поглощение более крупными частицами более мелких частиц, их сложное движение в определенной среде с проявлением энергетической силы и есть не что иное, как физическое поле. [Шарыпов О. В. Об актуальности создания постнеклассической физики // Гуманитарные науки в Сибири, Новосибирск, 1998, № 1, стр. 19.]

Продолжение работы в архиве