Текст книги "Мир вокруг нас"
Автор книги: Этэрнус
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 22 страниц)
Ньютон и представление о силе
Ньютон – известен как первооткрыватель т. н. силы всемирного тяготения. Ньютон, однако, лишь описал эту дальнодействующую силу, при помощи формул, но не объяснил её механизма (сославшись на недостаточность фактов, чтобы показать конкретные причины данной силы (что впоследствии, привело в т. ч. к представлению, что объекты воздействуют друг на друга через пустоту)). Другие учёные, однако, не могли смириться с этим, и нашли атомистический механизм возникновения силы всемирного тяготения. Как и любые классические объяснения, оно оказалось очень простым. Рассмотрим его:
1) вообразим два объекта в космосе, расположенных на некотором расстоянии друг от друга: представлялось, что они окружены эфиром, неделимые частицы которого (атомы) – пребывают в беспорядочных, вечных (т. е. неуничтожимых) движениях;
2) двигаясь во всех направлениях (хаотично), частицы эфира – ударяются, с некоторой силой, в частицы (атомы), составляющие эти объекты;
3) объекты, в некоторой мере – заслоняют друг друга от ударов эфирных частиц, и получается, что давление эфира на внешние стороны объектов – будет несколько выше, чем давление на внутренние стороны, а значит, возникает сила, толкающая объекты друг к другу.
Т. о. был найден (вернее, изобретён) механизм силы всемирного тяготения (дальнодействующей силы). Дополнив этим объяснением механику Ньютона, получили теорию, рассматривавшую всемирное тяготение исчерпывающе, на то время.
Эфирное объяснение гравитации – показало, что эта дальнодействующая сила (т. е. действующая без непосредственного соприкосновения объектов) – тоже имеет в своей основе близкодействие (т. е. соприкосновение), как и все другие силы (т. е. объекты гравитационно взаимодействуют – не через пустоту, а через соприкосновения с частицами (атомами) эфира).
Эфирное объяснение, будучи наглядным и, в принципе, единственно возможным объяснением гравитации в классическое время, порождало ряд проблем (вопросов): например, оно – не объясняет, почему вращение планет вокруг Солнца и вокруг своей оси – всё ещё существует, а не затормозилось трением об эфир (т. н. эфирным ветром, который должен существовать при движении сквозь эфир). Часть учёных, поэтому – остались верны объяснению гравитации, как силы действующей через пустоту, т. е. стали на сторону т. н. теории дальнодействия.
Другие – стали на сторону эфирного объяснения, т. е. теории близкодействия.
Обе эти теории – имели слабые места, и т. о. уже содержали зёрна зреющей скорой революции в представлениях (т. е. возникновения неклассических представлений).
В связи с близкодействием и дальнодействием, возникло также двоякое суждение о скорости распространения гравитации (в эфирном объяснении, она распространяется не мгновенно). Также, эти две теории – привели к различным способам объяснения сути солнечного света: одни представляли его состоящим из неких частиц (очень лёгких атомов, корпускул), а другие – считали свет волнами, распространяющимися в эфире как среде.
(Забегая вперёд, мы знаем, что удивительным решением этого противоречия оказался корпускулярно-волновой дуализм света, открытый уже в неклассическое время).
В целом, классические объяснения гравитации, солнечного света, и чего бы то ни было ещё – намного, «в миллион раз», проще, чем объяснение этих же вещей и явлений на последующем, неклассическом этапе, где, например, частицы – это никоим образом не твёрдые шарики, т. к. оказываются вовсе лишены геометрической формы и поверхностей, размеров, наглядно невообразимы, обладают корпускулярно-волновым дуализмом и т. д. (но не будем забегать вперёд).
Развитие науки, со временем, показало ограниченность атомизма, вскрыло заключённые в нём противоречия.
Третья классическая картина Мира
Постепенно выяснялись несовершенства в описании окружающего Мира посредством атомистических представлений. Атомизм – вызывает массу вопросов: например, если атомы – это неделимые точечные объекты, то как они могут различаться по весу (объёму), а тем более иметь шероховатые поверхности? Кроме того, чтобы объяснить прочность объектов на разрыв, (простых) шероховатостей – мало, и пришлось добавить крючочки на поверхности атомов, благодаря которым, атомы могли бы сцепливаться (а иначе, прочность – не объяснить). Но крючочки и неровности – очень сильно намекают уже на делимость атомов.
В общем, все эти парадоксы и противоречия – постепенно привели к возникновению и распространению третьей классической картины Мира, основанной на идее бесконечной делимости материи (атомов). Действительно, ведь представляя себе неделимый объект – мы можем мысленно разделить его на две половины. Объект, обладающий объёмом (атом), и не являющийся точкой – логика делает, с необходимостью, делимым.
Возникло (в Новое Время) представление о бесконечной делимости материи, которое не отменило крючочков на атомах, но показало, что атомы – должны быть делимы. Это сняло также и вопрос о сущности пустоты: пустота (небытие) – оказалась несуществующей, а материя – стала заполняющей всё вокруг, из-за своей бесконечной делимости.
Просуществовала эта картина Мира, основанная на бесконечной делимости – до 19-го века (до неклассических представлений).
В рамках такой картины Мира – возникли новые вопросы, новые парадоксы, показавшие, что она не может дать окончательного понимания явлений, происходящих в окружающем Мире: Так, если в Мире нет пустоты (из-за бесконечной делимости материи), то как же возможно движение? (Этот парадокс – был решён уже в рамках радикально новых, неклассических представлений).
В том же, 19-м веке, неожиданно случилась «катастрофа», способствовавшая краху всех классических представлений в целом: идея эфира, долгое время блестяще объяснявшая механизм гравитации и волновые свойства света, достигла в 19-м веке своего полного краха, т. к. были открыты, не объяснимые эфиром, явления (электромагнитные), а потом, многочисленными экспериментами – было доказано, что никакого эфира (как всепроникающей газообразной среды) в реальном Мире – не существует (т. к. было обнаружено отсутствие эфирного ветра).
Классические теории – перестали соответствовать новым (научным) фактам: раз никакого эфира в реальности – не оказалось, то и эфирные объяснения механизма гравитации и сущности света (волны в эфире) – стали неприемлемыми. В то же время, оставшееся пока нетронутым, действие сил через пустоту – уже не могло удовлетворить учёных, равно как и полное противоречий, представление о корпускулярном устройстве света (в то время как свет проявлял волновые свойства, и требовал среды, которой (т. е. эфира) – не оказалось). Это было шоком для учёных и философов, и потерей понимания Мира для всего человечества. Классическая картина Мира – рушилась.
Потребовались совершенно новые представления, новые подходы. И оказались они – радикально необычными, что позволило назвать формирующуюся новую картину Мира – неклассической. Уже на первом этапе её развития, в возникшей первой из неклассических научно-философских дисциплин – теории поля, крючочки на поверхности атомов – стали не нужны, и было найдено, почему отсутствие пустоты не препятствует движению объектов…
НЕКЛАССИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА
Причина, позволившая человечеству завершить классический, и перейти на новый, неклассический этап развития представлений о Мире – во многом была связана с открытием нового уровня вещества, в корне не похожего ни на один известный: это – уровень элементарных частиц и (физического) вакуума, не подчинявшийся классическим законам, и недоступный для классического понимания. Изучение этого уровня – принесло множество научных фактов (наблюдений), не поддававшихся объяснению в рамках старых, классических представлений.
Пришлось создать вместо них (вернее, в дополнение к ним) – совершенно новые, неклассические теории, способные более глубоко описывать окружающий Мир.
В новых представлениях (неклассических), вакуум – оказался не пустотой (или эфиром), а стал совокупностью полей (а в дальнейшем – искривлённым пространством-временем), и оказался обладающим энергией, что было ранее немыслимо.
В рамках новых представлений, начиная с первой неклассической дисциплины – теории поля, выяснилось, что элементарные частицы и вакуум, в своём существовании – неразрывно связаны (о чём, подробнее – позже). Поэтому вакуум и элементарные частицы – всегда рассматриваются вместе, во всех научно-философских дисциплинах (теориях), слагающих неклассическую картину Мира.
Имеются следующие неклассические научно-философские теории (дисциплины):
1) теория поля,
2) квантовая механика,
3) теория относительности,
4) теория элементарных частиц.
Итак, всего четыре научно-философские дисциплины (теории), в рамках которых изучается глубочайший и невероятнейший, из ныне известных, уровень вещества Мироздания – уровень элементарных частиц и вакуума (а через него – меняются представления и о всех вышележащих уровнях вещества, и об устройстве Мироздания в целом).
Представления об окружающем Мире (Мироздании), став неклассическими, оказались лишёнными наглядности, и как следствие – крайне сложны для понимания.
Рождение неклассической эпохи – началось примерно в середине 19-го века, с открытия поля, вернее создания представления о поле (сперва – электромагнитном и гравитационном), и появления, соответственно, теории поля.
Теория поля – это первый, начальный этап развития неклассической картины Мира. Эта теория – как уже было сказано, впервые показала, что вакуум – не является ни пустотой, ни эфиром, а представляет собой особую, непрерывную субстанцию, в виде совокупности различных, безграничных в пространстве, полей, окружающих все частицы. Зародилось понятие физического вакуума, и частиц как объектов, неразрывно связанных с полями.
На рубеже 19-го – 20-го веков, плюс к теории поля – возникли ещё три подобные, неклассические теории (дисциплины): теория элементарных частиц (с открытия электрона, в 1897 году), квантовая механика (с 1900 года – с открытия квантовой природы света), и теория относительности Эйнштейна (с 1905 года, когда Эйнштейн опубликовал свою работу, известную как специальная теория относительности).
Каждая из четырёх вышеназванных научно-философских дисциплин, изучающих элементарные частицы и вакуум – состоит из научной (частные факты) и философской (их обобщения) части. Научная часть – включает результаты бесчисленных исследований, научных открытий, соответствующие математические формулы и т. п., т. е. описание всевозможных процессов и свойств уровня элементарных частиц и вакуума (а также их связи с объектами и явлениями макромира (включая строение звёзд, теорию Большого Взрыва и мн. др.)). Содержимое этого громадного количества работ (научных данных) – более-менее известно, естественно, лишь учёным в соответствующих областях (и то – ограниченно). Нас же – интересуют обобщения (т. е. философская часть), понимание общей картины каждой из четырёх неклассических дисциплин, и наиболее важные и общие идеи (выводы) в них, чтобы увидеть удивительную неклассическую картину Мироздания, рисуемую этими дисциплинами, перевернувшими людские представления.
В современности, неклассическая эпоха, впрочем, уже подошла к своему естественному завершению, т. к. появились более продвинутые, т. н. постнеклассические представления о Мире; последние – позволяют объяснять Мир вокруг на более глубоком уровне, чем на неклассическом этапе, причём делают это вновь наглядно и (относительно) просто, в отличие от неклассических теорий (рассмотрим это – несколько позже).
Сперва же – необходимо разобраться в неклассических (= ненаглядных, сложных) теориях, и понять неклассическую (= странную) картину Мироздания, безраздельно господствовавшую на протяжении примерно целого века.
Итак, разберём, по порядку, содержание четырёх неклассических дисциплин, в их применении к окружающему Миру, начиная с появившейся первой из них:
Теория поля
Теория поля – начала зарождаться примерно с середины 19-го века, и изначально была создана для объяснения электромагнитных явлений, механизм которых никак не удавалось объяснить с помощью эфира, как ни старались учёные. В то время (на протяжении 19-го века), существование эфира ещё не было окончательно опровергнуто экспериментально, но классически мыслящие учёные – испытывали большие сложности, ища эфирное объяснение электромагнетизму: они выдумывали и новые сорта эфирных частиц, и эфирные ветры и вихри, но результаты были неудовлетворительными. Как ни крутили эфир (наделяя его различными необычными свойствами), найти непротиворечивое и простое объяснение электрическим и магнитным явлениям, с помощью него – не удавалось.
В результате, постепенно нарастало недоверие к эфиру, и подготавливалась благоприятная почва для последующих радикальных изменений в представлениях о Мире. Переворотом – стало появление во второй половине 19-го века, и быстрое распространение теории, отбросившей эфир, и объяснившей электромагнетизм, используя совершенно новое понятие – поле. В разработке этой теории (теории поля), ведущую роль сыграли Фарадей и Максвелл.
Итак, рассмотрим сущность теории поля, в применении к окружающему Миру:
Возьмём обычный магнит: согласно теории поля, магнит притягивает к себе железные предметы не посредством силы, действующей через пустоту, и не за счёт ударений эфирных частиц, а за счёт того, что он окружён неким т. н. полем (магнитным), или создаёт поле. Сила, с которой магнит притягивает железные предметы – есть результат воздействия поля на эти предметы. Однако поле – это нечто иное, нежели сила. Поле – это особая, невидимая и наглядно невообразимая, субстанция (материеподобная).
Поле, в теории поля – отличается от обычной материи (атомов) своей непрерывностью, т. е. тем, что ни из чего не состоит (ни из каких частиц). Кроме того, поле лишено плотности (подобно пустоте), т. е. не является полноценной субстанцией, и больше похоже на пустоту, нежели на материю (как полноценную субстанцию). Но при этом, поле имеет энергию, напряжённость, и проявляется воздействием на объекты (т. е. значительно отличается от пустоты). А ещё, любое поле – обладает безграничной протяжённостью в пространстве.
Свойства поля, в общем – невероятно странные, и немыслимые с т. зр. классических представлений.
Почему поле завоевало популярность и общепризнанность? Лишь оно смогло объяснить, или скорее, описать научные факты, необъяснимые в классических представлениях. Однако будучи столь непривычным, странным и «нелогичным» понятием, поле, и теория поля – сталкивались с сопротивлением со стороны многих учёных. Неклассические представления (начиная с теории поля), вытесняли классические медленно, в атмосфере дискуссий сторонников нового и старого.
От классических представлений – отказаться было очень непросто, несмотря на разрывавшие их противоречия. Человечеству пришлось отказываться от простоты и наглядности, в т. ч. от простой и целостной, классической картины Мира, причём отказаться в пользу странных, сложных, и ненаглядных представлений.
Любой объект в окружающем Мире, в т. ч. любая частица вещества, согласно теории поля – связана с определёнными полями, которые окружают её и простираются вокруг на безграничные расстояния. С расстоянием – падает лишь напряжённость полей, т. е. сила их воздействия на предметы, но сами поля – безграничны.
Безграничная протяжённость полей – приводит к тому, что в каждой точке пространства Мироздания, одновременно присутствуют поля от всех объектов (в т. ч. всех частиц), имеющихся в окружающем Мире. Вакуум т. о. – «до отказа» заполнен бессчётным множеством всевозможных полей, и не может быть пустотой. Теперь ясно, почему он обладает энергией: её можно представить, для начала, как сумму энергий всех полей. Т. о. вакуум – не пуст, а представляет собой т. н. физический вакуум.
Основные свойства известных видов полей – одинаковы: любое поле – безгранично в пространстве, обладает энергией, характеризуется напряжённостью, непрерывностью, прозрачностью (бесплотностью), и неразрывной связью с каким-либо, соответствующим, материальным объектом (например, с элементарной частицей, планетой, магнитом и т. д.).
Любая вещь (как кусок обычной материи) и поле (как материеподобная субстанция) – неразрывно связаны друг с другом. У каждого объекта, существующего в Мироздании – имеется, как минимум, хотя бы одно поле (гравитационное), непрерывное и безграничное в пространстве.
Итак, мы рассмотрели, в целом, общие свойства полей, = базовые представления теории поля. Рассмотрим теперь отличительные свойства каждого из видов полей, имеющихся в окружающем Мире (Мироздании), и определяющих его свойства (в отличие от других мирозданий, где могут быть совсем другие виды полей):
Поля 19-го века
Гравитационные, электрические и магнитные поля – это виды полей, ставшие известными ещё в 19-м веке.
В 20-м веке – были открыты ещё три новых вида полей: ядерные поля, слабые поля и глюонные поля.
В окружающем Мире, т. о. достоверно известно, как минимум, 3 + 3 = 6 видов полей.
К 21-му веку, стало общепринятым говорить ещё о двух новых видах полей, требующихся для описания окружающего Мира, – поле Хиггса и поле инфлатона. Их – будем рассматривать позже, в т. ч. в рамках постнеклассических представлений.
Пока же, рассмотрим неклассические представления (в рамках теории поля), о полях 19-го и 20-го века. Разберём их по порядку, начиная с полей 19-го века:
Магнитные поля
Магнитные явления (до того как назваться полями) – были известны ещё с древности, со времени, когда люди научились обрабатывать железо, и в результате стали известны магниты.
В Новое время, явление магнетизма – получило объяснение как некая дальнодействующая сила, действующая через пустоту (подобно ньютоновской гравитации).
В дальнейшем, были предприняты попытки найти механизм магнитных явлений. Для этого, естественно, пытались привлечь движения атомов эфира (как и при объяснении гравитации), однако без существенного успеха. Явление магнетизма, в связи с этим, в классической науке и философии, в целом, игнорировалось, как некое досадное исключение из правил, не находящее объяснений.
Объяснения нашлись в 19-м веке, с помощью введения понятия магнитного поля.
Общие свойства полей мы уже рассматривали, поэтому рассмотрим теперь частные свойства, присущие именно магнитному полю:
Магниты – могут притягиваться друг к другу или отталкиваться, в зависимости от того, какими полюсами их располагать друг к другу. Значит, существует положительный магнетизм (притяжение) и отрицательный (отталкивание), и в связи с этим, есть два условных заряда (полюса). Эти полюса – неразрывно связаны друг с другом, и не могут существовать отдельно: у магнита – всегда есть т. н. северный и южный полюса.
На уровне элементарных частиц, магнитное поле связано с положительным и отрицательным спинами элементарных частиц (что тоже не предполагает разделённости полюсов, т. к. поле обыкновенного магнита – оказывается состоящим из сонаправленных спинов частиц (электронов), как элементарных магнитов).
Спин – это т. н. квантовое число (свойство), или собственный момент движения элементарной частицы, не имеющий классических аналогов (хотя часто изображаемый, для удобства, как вращение частицы вокруг своей оси).
Каждая элементарная частица в нашем Мироздании (за редким исключением) – является элементарным магнитом, т. е. обладает своим магнитным полем. Поэтому число магнитов в Мироздании – сопоставимо с числом элементарных частиц, причём каждое существующее магнитное поле – безгранично в пространстве и считается (в теории поля) самостоятельным. Вакуум т. о. «до отказа» заполнен магнитными полями. А ведь существуют ещё и другие поля…
Электрические поля
С электрическими явлениями, люди знакомы издревле, хотя бы из наблюдения молний. Однако, проникновение в суть этих явлений – началось, в основном, лишь с 19-го века.
Известно, что в нашем Мире существует два типа электрических зарядов: положительные (+) и отрицательные (-). Положительным зарядом электрического поля – обладают, например, протоны, а отрицательным – электроны.
Положительные и отрицательные заряды – это лишь условные обозначения, придуманные для того, чтобы описать действие электрического поля, т. е. электрическое притяжение и отталкивание объектов: говорят, что противоположные заряды – притягиваются друг к другу, а одноимённые – отталкиваются.
Электрическое поле – свойственно практически всем видам элементарных частиц. (Электрического поля, однако, лишены, например, такие частицы как нейтрино, а в других частицах, даже если они имеют нулевой заряд, например, как нейтрон, заряды электрических полей (у кварков) – скомпенсированы, но не отсутствуют).
