Ãîñóäàðñòâåííûé êîìèòåò Ðîññèéñêîé Ôåäåðàöèè ïî âûñøåìó îáðàçîâàíèþ
Òàìáîâñêèé ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò
Ôàêóëüòåò ÀÕÏ
Ðåôåðàò
ïî äèñöèïëèíå:
Êîíöåïöèÿ ñîâðåìåííîãî åñòåñòâîçíàíèÿ.
Âûïîëíèëà:
ñòóäåíòêà ãð. Ë11:
ßõîíòîâà Þ.À.
Ïðåïîäàâàòåëü:
Èñàåâà Î.Â.
ã. Òàìáîâ - 1996
ÐÅÔÅÐÀÒ
íà òåìó:
“Ìèð äèñêðåòíûõ îáúåêòîâ - ôèçèêà ÷àñòèö. Ìîäåëü ÷àñòèöû (êîðïóñêóëà). Îò ôèçèêè Àðèñòîòåëÿ äî ôèçèêè Íüþòîíà.”
1. Ìèð äèñêðåòíûõ îáúåêòîâ - ôèçèêà ÷àñòèö.
 ôèçèêå è õèìèè äèñêðåòíîñòü îçíà÷àåò çåðíèñòîñòü ñòðîåíèÿ ìàòåðèè, åå àòîìèñòè÷íîñòü.
Ïîíÿòèå äèñêðåòíîñòè ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ íà âñå îêðóæàþùåå íàñ, áóäü òî ïðåäìåòû, âåùåñòâà, æèâûå îðãàíèçìû èëè ïðîñòðàíñòâî.
Ä è ñ ê ð å ò í î ñ ò ü (îò ëàòèíñêîãî discretus- ðàçäåëåííûé, ïðåðûâèñòûé), ïðåðûâíîñòü; ïðîòèâîïîñòàâëÿåòñÿ íåïðåðûâíîñòè. Íàïðèìåð, äèñêðåòíîå èçìåíåíèå êàêîé-ëèáî âåëè÷èíû âî âðåìåíè - ýòî èçìåíåíèå, ïðîèñõîäÿùåå ÷åðåç îïðåäåëåííûå ïðîìåæóòêè âðåìåíè (ñêà÷êàìè); ñèñòåìà öåëûõ ÷èñåë (â ïðîòèâîïîëîæíîñòü ñèñòåìå äåéñòâèòåëüíûõ ÷èñåë) ÿâëÿåòñÿ äèñêðåòíîé [2].
Ïðåðûâíîñòü îçíà÷àåò «çåðíèñòîñòü», äèñêðåòíîñòü ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííîãî ñòðîåíèÿ è ñîñòîÿíèÿ ìàòåðèè, ñîñòàâëÿþùèõ åå ýëåìåíòîâ, âèäîâ è ôîðì ñóùåñòâîâàíèÿ, ïðîöåññà äâèæåíèÿ, ðàçâèòèÿ. Îíà îñíîâûâàåòñÿ íà äåëèìîñòè, à òàêæå íà îòíîñèòåëüíî ñàìîñòîÿòåëüíîì ñóùåñòâîâàíèè ñîñòàâëÿþùèõ åå óñòîé÷èâûõ ýëåìåíòîâ, êà÷åñòâåííî îïðåäåëåííûõ ñòðóêòóð, íàïðèìåð, ýëåêòðîííûõ ÷àñòèö, ÿäåð, àòîìîâ, ìîëåêóë, êðèñòàëëîâ, îðãàíèçìîâ, ïëàíåò è ò. ä. [1].
Èçó÷àÿ ìíîãèå âåùåñòâà - æèäêèå, òâåðäûå è ãàçîîáðàçíûå, - õèìèêè îáíàðóæèëè, ÷òî íåêîòîðûå èç íèõ ìîæíî ðàçëîæèòü íà áîëåå ïðîñòûå. Ñóùåñòâóþò, îäíàêî, è òàêèå âåùåñòâà - èõ íàçûâàþò õèìè÷åñêèìè ýëåìåíòàìè, - êîòîðûå ðàçëîæåíèþ íå ïîäëåæàò. Õèìèêè îòêðûëè áîëåå 100 ýëåìåíòîâ, îêîëî 20 èç íèõ âñòðå÷àþòñÿ â æèâûõ îðãàíèçìàõ.
Ïðåäñòàâèì ñåáå, ÷òî ìû äðîáèì êóñî÷åê ãðàôèòà íà âñå áîëåå ìåëêèå êóñî÷êè, ïîêà íå äîéäåì äî ìåëü÷àéøèõ ÷àñòèö, åùå ñîõðàíÿþùèõ ñâîè ñâîéñòâà, ïðèñóùèå óãëåðîäó. Òàêàÿ ÷àñòèöà åñòü àòîì óãëåðîäà. Àòîì - ýòî åäèíèöà âåùåñòâà.
Íî è àòîìû íå ýëåìåíòàðíû.  ÕÕ âåêå ó÷åíûå äîêàçàëè äèñêðåòíîñòü àòîìà. Ñòðîèòåëüíûõ ìàòåðèàëîâ ó ïðèðîäû íå 100, à âñåãî 3. Àòîìû ñîñòîÿò èç ýëåêòðîíîâ, ïðîòîíîâ è íåéòðîíîâ, êîòîðûå ñåãîäíÿ ïðèíÿòî ñ÷èòàòü ýëåìåíòàðíûìè.
Íà ñåãîäíÿøíèé äåíü ïîäâåðæåíî ñîìíåíèþ ïîíÿòèå î íåäåëèìîñòè ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö. Âîçìîæíî, â áóäóùåì ìû óçíàåì îá èõ äèñêðåòíîñòè. Óæå ïðåäëîæåíà ìîäåëü, ñîãëàñíî êîòîðîé ìíîãèå ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû, õîòÿ è íå âñå, ïîñòðîåíû ëèøü èç íåñêîëüêèõ ðàçëè÷íûõ ôóíäàìåíòàëüíûõ ÷àñòèö [3].
Òåîðèþ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö íåëüçÿ ñ÷èòàòü çàêîí÷åííîé. Åå ñîñòîÿíèå íàïîìèíàåò ñîñòîÿíèå òåîðèè Áîðà äî âîçíèêíîâåíèÿ êâàíòîâîé ìåõàíèêè [7].
Ôèçèêè çàíèìàþòñÿ èçó÷åíèåì ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö è ÿâëåíèé, çàêîíîìåðíîñòåé ìèêðîìèðà, ïðîíèêàÿ â óëüòðàìàëûå ñóáàòîìíûå ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûå îáëàñòè, âïëîòü äî 10-15 ñì è äî 10-27 ñåê.
Ñîãëàñíî òåîðåòè÷åñêèì ïðåäïîëîæåíèÿì ó÷åíûõ, îêðóæàþùåå íàñ ïðîñòðàíñòâî íà ÷ðåçâû÷àéíî ìàëûõ ðàññòîÿíèÿõ îáëàäàåò íåîáûêíîâåííî ñëîæíîé ìåëêîçåðíèñòîé ñòðóêòóðîé ñ ôàíòàñòè÷åñêîé ïëîòíîñòüþ ýíåðãèè.  êàæäîì êóáè÷åñêîì ìèêðîìåòðå ýòîé ñðåäû ñîäåðæèòñÿ òàêîå êîëè÷åñòâî ýíåðãèè, êîòîðîãî âïîëíå äîñòàòî÷íî äëÿ îáðàçîâàíèÿ ìíîãèõ òðèëëèîíîâ ãàëàêòèê [4].
Ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî â âàêóóìå, â ëþáîé òî÷êå ïðîñòðàíñòâà ñóùåñòâóþò «íåðîæäåííûå» ÷àñòèöû è ïîëÿ àáñîëþòíî âñåõ âîçìîæíûõ âèäîâ. Íî èõ ýíåðãèÿ íåäîñòàòî÷íî âåëèêà, ÷òîáû îíè ìîãëè ïîÿâèòüñÿ â âèäå ðåàëüíûõ ÷àñòèö. Íàëè÷èå áåñêîíå÷íîãî ìíîæåñòâà ïîäîáíûõ ñêðûòûõ ÷àñòèö ïîëó÷èëî íàçâàíèå íóëåâûõ êîëåáàíèé âàêóóìà.  ÷àñòíîñòè, â âàêóóìå âî âñåõ íàïðàâëåíèÿõ äâèæóòñÿ ôîòîíû âñåõ âîçìîæíûõ ýíåðãèé è ÷àñòîò. Íî òàê êàê ýòè ÷àñòèöû ëåòÿò âî âñåõ íàïðàâëåíèÿõ, òî èõ ïîòîêè âçàèìíî óðàâíîâåøèâàþò äðóã äðóãà, è ìû íè÷åãî íå îùóùàåì.
 òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà îäíîðîäíîñòü ïîòîêà ñêðûòûõ ÷àñòèö íàðóøàåòñÿ, è â êàêîì-òî íàïðàâëåíèè òàêèõ ÷àñòèö äâèæåòñÿ áîëüøå, ÷åì â ïðîòèâîïîëîæíîì, íóëåâûå êîëåáàíèÿ â âàêóóìå íà÷èíàþò ñåáÿ ïðîÿâëÿòü [4].
 ôèçèêå ìèêðîìèðà ïî îäíîé èç ñèñòåìàòèê íà îñíîâå âåñüìà îáùèõ òåîðåòè÷åñêèõ ñîîáðàæåíèé âñå ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû äåëÿòñÿ íà 3 êëàññà: I êëàññ âêëþ÷àåò â ñåáÿ ôîòîí - ïîðöèþ ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ, II - ýëåêòðîí è íåéòðèíî, III êëàññ - àíäðîíû - ñàìûé ìíîãî÷èñëåííûé (èõ èçâåñòíî ñåé÷àñ íåñêîëüêî ñîòåí). Ê ýòîìó êëàññó îòíîñÿòñÿ, â ÷àñòíîñòè, ïðîòîí, íåéòðîí è ìåçîí - ÷àñòèöû ñ ìàññàìè ïðîìåæóòî÷íûìè ìåæäó ìàññîé ýëåêòðîíà è ìàññîé ïðîòîíà. Çíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü àäðîíîâ - íåñòàáèëüíûå ÷àñòèöû ñ î÷åíü êîðîòêèì âðåìåíåì æèçíè. Îñîáî êîðîòêî æèâóùèå ÷àñòèöû ïîëó÷èëè íàçâàíèå ðåçîíàíñîâ [4].
Ñðåäè íèõ èìåþòñÿ ÷àñòèöû, ìàññû êîòîðûõ â íåñêîëüêî ðàç ïðåâîñõîäÿò ìàññó ïðîòîíà. È åñòü ïðåäïîëîæåíèå, ñîãëàñíî êîòîðîìó «ñïåêòð ìàññ» ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö âîîáùå ïðîñòèðàåòñÿ äî áåñêîíå÷íîñòè. Åñëè ïîäîáíîå ïðåäïîëîæåíèå ñïðàâåäëèâî, òî ýòî çíà÷èò, ÷òî ïðè îïðåäåëåííûõ óñëîâèÿõ â óëüòðàìàëûõ ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûõ îáëàñòÿõ ìîãóò ðîæäàòüñÿ ìàêðîñêîïè÷åñêèå è äàæå êîñìè÷åñêèå îáúåêòû.
Âî âñÿêîì ñëó÷àå ñîâðåìåííàÿ òåîðèÿ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö òàêóþ âîçìîæíîñòü äîïóñêàåò.
Ñîãëàñíî îäíîé èç ãèïîòåç Âñåëåííàÿ, âûéäÿ èç èñõîäíîãî ñîñòîÿíèÿ, ïîíà÷àëó áûëà âîîáùå ïóñòîé, à âñå âåùåñòâî è èçëó÷åíèå âîçíèêëè èç âàêóóìà ëèøü â ïðîöåññå åå äàëüíåéøåé ýâîëþöèè.
Ìåòàãàëàêòèêà îáðàçîâàëàñü â ðåçóëüòàòå ðàñïàäà ñâåðõòÿæåëîãî ñóïåðàäðîíà ñ ìàññîé 1056 ã. Ýòî è áûë òîò «ïåðâîàòîì», òîò ñâåðõïëîòíûé ñãóñòîê ìàòåðèè, êîòîðûé äàë íà÷àëî íàáëþäàåìîé Âñåëåííîé. Åãî ðàñïàä íà áîëåå ìåëêèå àäðîíû ïðèâåë ê îáðàçîâàíèþ ïðîòîñêîïëåíèé ãàëàêòèê, à ïîñëåäóþùèå ðàñïàäû íà àäðîíû ñ åùå ìåíüøèìè ìàññàìè - ê îáðàçîâàíèþ ãàëàêòèê [4].
Ìèêðîìèð è ìåãàêîñìîñ - äâå ñòîðîíû îäíîãî è òîãî æå ïðîöåññà, êîòîðûé ìû íàçûâàåì Âñåëåííîé. Ôèçèêà ìèêðîìèðà ïðîíèêëà â îáëàñòü ÿâëåíèé, êîòîðûå õàðàêòåðèçóþòñÿ ìàñøòàáàìè ïîðÿäêà 10-15 ñì, àñòðîôèçèêà èçó÷àåò îáúåêòû, äëÿ êîòîðûõ õàðàêòåðíû ðàññòîÿíèÿ âïëîòü äî 1028 ñì. Íî êàêèìè áû ãèãàíòñêèìè ðàçìåðàìè íè îáëàäàëà òà èëè èíàÿ êîñìè÷åñêàÿ ñèñòåìà, îíà â êîíå÷íîì èòîãå ñîñòîèò èç ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö.  òî æå âðåìÿ ìû ñàìè, êàê è âñå îêðóæàþùèå íàñ îáúåêòû, ÿâëÿåìñÿ ÷àñòüþ ìåãàêîñìîñà.
2. Ìîäåëü àòîìà (êîðïóñêóëà)
Ê î ð ï ó ñ ê ó ë à - îò ëàòèíñêîãî corpuskulum - ÷àñòèöà â êëàññè÷åñêîé íåêâàíòîâîé ôèçèêå.
Ïðåäïîëîæåíèå î òîì, ÷òî ëþáîå âåùåñòâî ñîñòîèò èç ìåëü÷àéøèõ íåäåëèìûõ ÷àñòèö - à ò î ì î â, áûëî âûñêàçàíî îêîëî 2500 ëåò íàçàä äðåâíåãðå÷åñêèìè ôèëîñîôàìè Ëåâêèïïîì è Äåìîêðèòîì â èõ àòîìèñòè÷åñêèõ ãèïîòåçàõ.
Ë å â ê è ï ï (5 âåê äî í. ý.) - äðåâíåãðå÷åñêèé ôèëîñîô-ìàòåðèàëèñò, îäèí èç ñîçäàòåëåé äðåâíåé àòîìèñòèêè. Ëåâêèïï áûë ó÷èòåëåì Äåìîêðèòà, ôèãóðà êîòîðîãî êàê ñîçäàòåëÿ çàâåðøåííîé ñèñòåìû àòîìèñòèêè ïîëíîñòüþ çàñëîíèëà åãî ó÷èòåëÿ. Ëåâêèïï äëÿ îáúÿñíåíèÿ ðàçíîîáðàçèÿ ïðåäìåòîâ óòâåðæäàåò ñóùåñòâîâàíèå îòíîñèòåëüíîãî íåáûòèÿ, òî åñòü íàëè÷èÿ ïóñòîòû,ïðîñòðàíñòâà, ïîëíîñòüþ ëèøåííîãî ìàòåðèè, êàê ñâîåîáðàçíîé àðåíû, íà êîòîðîé ðàçûãðûâàþòñÿ âñå ïðîèñõîäÿùèå â ïðèðîäå âåùåñòâåííûå ïðîöåññû. Ïóñòîòà ðàçäåëÿåò âñå ñóùåå íà ìíîæåñòâî ýëåìåíòîâ. Ñâîéñòâà ýòèõ ýëåìåíòîâ çàâèñÿò îò îãðàíè÷èâàþùåãî èõ ïóñòîãî ïðîñòðàíñòâà. Ðàçëè÷àþòñÿ îíè ïî âåëè÷èíå, ôèãóðå, äâèæåíèþ. Íî âñå ýëåìåíòû ìûñëÿòñÿ êàê îäíîðîäíûå, íåïðåðûâíûå è ïîòîìó íåäåëèìûå (atomoi). Ëåâêèïï ñ÷èòàåò äâèæåíèå âíóòðåííå ïðèñóùèì àòîìàì [2].
Ä å ì î ê ð è ò (460-370 äî í. ý.) - äðåâíåãðå÷åñêèé ôèëèñîô-ìàòåðèàëèñò, ñîçäàòåëü çàâåðøåííîé ñèñòåìû àòîìèñòèêè. Èñòîðè÷åñêîå ìåñòî ôèëîñîôèè Äåìîêðèòà îïðåäåëÿåòñÿ ïåðåõîäîì äðåâíåãðå÷åñêîé íàòóðôèëîñîôèè ê âûðàáîòêå ïîíÿòèÿ èíäèâèäóàëèçìà, èíäèâèäóàëüíîãî áûòèÿ. Ýòî íàøëî ñâîå îòðàæåíèå â èñõîäíîì ïîíÿòèè ôèëîñîôèè Äåìîêðèòà - ïîíÿòèè «à ò î ì à», êàê íåêîòîðîãî íåäåëèìîãî ìàòåðèàëüíîãî èíäèâèäóóìà (ãðå÷åñêîå atomos, êàê ëàòèíñêîå individuum îçíà÷àåò «íåäåëèìûé», êîòîðûé ïðèçíàåòñÿ íå âîçíèêàþùèì è íå ãèáíóùèì, íå ðàçðóøèìûì, íå ïîäâåðæåííûì êàêîìó-ëèáî âîçäåéñòâèþ èçâíå, ïîäëèííûì áûòèåì, ïðîòèâîñòîÿùèì ïóñòîòå êàê àáñîëþòíîìó íè÷òî. Àòîì òàêèì îáðàçîì ïðåâðàùàëñÿ ó Äåìîêðèòà ïðîñòî â ãåîìåòðè÷åñêîå òåëî, êîòîðîå òàêæå íåðàçðóøèìî, âå÷íî è íå èìååò êàêèõ-ëèáî ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ. Äåìîêðèò îòðèöàë áåñêîíå÷íóþ äåëèìîñòü ìàòåðèè. Àòîìû ðàçëè÷àþòñÿ ìåæäó ñîáîé òîëüêî ôîðìîé, ïîðÿäêîì âçàèìíîãî ñëåäîâàíèÿ, è ïîëîæåíèåì â ïóñòîì ïðîñòðàíñòâå, à òàêæå âåëè÷èíîé è çàâèñÿùåé îò âåëè÷èíû òÿæåñòüþ. Îíè èìåþò áåñêîíå÷íî ðàçíîîáðàçíûå ôîðìû ñ âïàäèíàìè èëè âûïóêëîñòÿìè. Äåìîêðèò íàçûâàåò àòîìû òàêæå «ôèãóðàìè» èëè «âèäèêàìè», èç ÷åãî ñëåäóåò, ÷òî àòîìû Äåìîêðèòà ÿâëÿþòñÿ ìàêñèìàëüíî ìàëûìè, äàëåå íåäåëèìûìè ôèãóðàìè èëè ñòàòóýòêàìè.  ñîâðåìåííîé íàóêå ìíîãî ñïîðèëè î òîì, ÿâëÿþòñÿ ëè àòîìû Äåìîêðèòà ôèçè÷åñêèìè èëè ãåîìåòðè÷åñêèìè òåëàìè, îäíàêî ñàì Äåìîêðèò åùå íå äîøåë äî ðàçëè÷åíèÿ ôèçèêè è ãåîìåòðèè. Èç ýòèõ àòîìîâ, äâèæóùèõñÿ â ðàçëè÷íûõ íàïðàâëåíèÿõ, èç èõ «âèõðÿ» ïî åñòåñòâåííîé íåîáõîäèìîñòè ïóòåì ñáëèæåíèÿ âçàèìíîïîäîáíûõ àòîìîâ îáðàçóþòñÿ êàê îòäåëüíûå öåëûå òåëà, òàê è âåñü ìèð; äâèæåíèå àòîìîâ âå÷íî, à ÷èñëî âîçíèêàþùèõ ìèðîâ áåñêîíå÷íî. Àòîìû äëÿ ÷åëîâåêà íåâèäèìû, à ÷åëîâå÷åñêèå îòíîøåíèÿ îáúÿñíÿþòñÿ èñò