Корпускулярна і континуальна концепції опису природи

Одним з найбільш важливих і суттєвих питань як філософії, так і природознавства є проблема матерії. Уявлення про будову матерії знаходять своє вираження в боротьбі двох концепцій: переривчастості (дискретності) - корпускулярна концепція, і безперервності (континуальності) - континуальна концепція. З ними тісно пов'язані проблеми взаємодії матеріальних об'єктів, які проявлялися як концепція дальнодії (передача дії без фізичного середовища) та концепція блізкодействія (передача дії від точки до точки).
Концепція переривчастості була створена І. Ньютоном Підхід Ньютона визначив вихідне положення атомізму, який грунтувався на визнанні дальнодіючих сил.
У натурфілософії, докладно виділяється матеріалістична спрямованість видатних мислителів давнини. Атомізм, основу якого представляла проблема матерії: згадується у вченні про частки, створеному Анаксагором у V ст. до н. е., знайшов своє відображення в працях видатних представників атомізму давнину Демокріта і Левкіппа. З вихору атомів, за Демокріту, утворюються як окремі тіла, так і незліченні світи; послідовниками цих навчань були Епікур і Лукрецій. Давньогрецький поет і філософ Лукрецій, популяризатор вчення Епікура, створив дидактичну поему «Про природу речей», - єдиний повністю збережений систематичний виклад матеріалістичної філософії давнини. Філософія Епікура стала вищим етапом розвитку атомістичного матеріалізму і завершенням матеріалістичних поглядів давньогрецької філософії.
Загальна тенденція атомістики виражалася у прагненні звести все різноманіття властивостей матеріальних об'єктів до обмеженого числа вихідних об'єктивних властивостей і закономірностей елементарних матеріальних частинок.
Основоположними ознаками атомістики були: незмінність атомів (тобто несотворімость і незнищенність матерії); протиставлення атомів порожньому простору (визнання об'єктивності простору та руху).
Класична механіка XVII-XVIII ст. з'явилася подальшою розробкою атомістики. І. Ньютон у 1672 - 1676 рр.. поширив атомістики на світлові явища і створив корпускулярну теорію світла. Світ він вважав потоком корпускул (часток), однак на різних етапах розглядав і можливість існування хвильових властивостей світла, зокрема, у 1675 р. зробив спробу створити компромісну корпускулярно-хвильову природу світла. За своїм світоглядом І. Ньютон був другим після Р. Декарта великим представником механістичного матеріалізму в природознавстві XVII-XVIII ст. Р. Декарт прагнув побудувати загальну картину природи, в якій всі явища природи пояснювалися як результат руху великих і малих часток, утворених з єдиної матерії.
Недоліки механістичної атомістики:
відсутність достовірного експериментального матеріалу;
не була достатньо обгрунтованою природничо теорією;
атоми розглядалися як частки, позбавлені можливості перетворення;
єдиною формою руху приймалося механічний рух;
прагнула всі явища природи розглядати як модифікацію механічного руху.
Нищівного удару по принципам механіцизму було завдано відкриттями XIX-XX ст.: Відкриттям рентгенівських променів і радіоактивного випромінювання в 1896 р. А. Беккерелем і дослідженням його в 1898 р. П. Кюрі і М. Склодовської-Кюрі. Радіоактивний розпад показав, що радіоактивність не пов'язана з зовнішніми, механічними впливами, а визначається внутрішніми процесами, що проявляються у вигляді статистичних закономірностей; створенням теорії електромагнітного поля Дж. Максвеллом (1860-1865 рр..), Відкриття явища електромагнітної індукції М. Фарадеєм (1831 р .). Ньютонівська теорія дальнодії його схема світу панували до початку XX ст. М. Фарадей і Дж. Максвелл вперше виявили її непридатність і непридатність до електромагнітних явищ; експериментальним доказом подільності атомів і відкриттям електрона англійським фізиком Дж. Дж. Томсоном (1897 р.), за що він був удостоєний Нобелівської премії в 1906 р. У 1903 р. їм була запропонована одна з перших моделей атома, згідно з якою атом представляв собою позитивно заряджену сферу з вкрапленими в неї електронами (подібно булці з родзинками). У 1911 р. англійський фізик Е. Резерфорд, проводив досліди з розсіювання альфа-частинок атомами різних елементів, встановив наявність у атомі щільного ядра діаметром близько 10-12 см, зарядженого позитивно, і запропонував для пояснення цих експериментів планетарну модель атома. Модель підпорядковувалася класичної механіки (рух ядра і електронів) та класичної електродинаміки (взаємодія частинок). Електрони в цій моделі, подібно планет Сонячної системи, оберталися навколо ядра. Стан атомів в класичній фізиці визначається завданням координати і швидкості його складових часток, тобто можна отримати миттєвий знімок його будови. Однак це суперечило експериментальним даним.
Суперечності між існуючими уявленнями класичної фізики та експериментальними даними, отриманими Е. Резерфордом, були вирішені в 1913 р. датським ученим Н. Бором, який зробив висновок про необхідність прийняття принципово нової теорії - квантової - для побудови моделі атома. Застосовність квантових уявлень і розробка квантової теорії Н. Бором створили можливість систематизувати і пояснити величезний експериментальний матеріал. Постулати Бора правильно відображали закономірності руху частинок і давали можливість підійти до розкриття внутрішніх процесів атома. Однак у теорії Бора були недоліки:
1. Постулати Бора були геніальною здогадкою.
2. Розглядаючи орбіти, Бор користувався методами класичної фізики, а пояснював випромінювання з квантової точки зору, тобто використовував як класичні, так і квантові уявлення.
3. Постулати були проміжної фазою між класичною і квантовою механікою, яка була сформована в 20-х рр.. XX ст.
Значення теорії Бора:
показала неправомірність абсолютизації класичних принципів у фізиці;
розкрила обмеженість ньютонівських уявлень;
переконала науковий світ у тому, що панівна фізична теорія дає приблизне, щодо вірний опис явищ дійсності і в процесі розвитку науки буде незмінно збагачуватися, уточнюватися, повніше відображати дійсність, сприяючи створенню більш послідовних фундаментальних теорій.
Це не означає, що віджила теорія втрачає будь-яку наукову цінність. Виникла нова теорія визначає межі застосовності старої теорії, тобто вказує рамки її застосування, використання та отримання значного наукового ефекту.
Все це відноситься до теорії Бора, так як вона створила передумови для створення нового, більш високого рівня розвитку атомізму - квантової теорії атомних процесів.
Квантова теорія будови атома - це певний розділ квантової механіки, що пояснює різноманітність властивостей найдрібніших частинок речовини. Основоположники її - австрійський фізик-теоретик Е. Шредінгер, французький фізик Л. де Бройль і німецький фізик-теоретик В. Гейзенберг - показали наявність у мікрочастинок ряду нових особливостей, які визначали характер сучасного атомізму:
корпускулярно-хвильової природи елементарних частинок;
те, що хвильові характеристики - це різні прояви єдиного матеріального освіти. Дослідження Л. де Бройля показали, що квантово-механічна природа є у всіх видів матерії. Класична механіка виключала можливість дифракції електрона, протона, нейтрона, а експериментальні дані підтвердили гіпотезу де Бройля і визначили новий підхід до розуміння процесів мікросвіту.
Абсолютно новими виявилися і властивості об'єктів сучасної атомістики. Прийняті в класичній механіці поняття, що характеризують положення частинки в просторі і її рух, втрачають тепер будь-який сенс. У класичній фізиці траєкторія давала можливість описати шлях, вона могла бути представлена ​​у вигляді лінії. У сучасному атомізму частки не мають траєкторії: можна лише вказати область простору, в якому є певна ймовірність знайти частку.
До істотних особливостей атомізму XX ст. можна віднести наступні:
1. Стан частинки не може бути визначено класичними поняттями.
2. Вводиться хвильова функція, що дає повне квантово-механічне опис фізичного стану частинки.
3. Виявляється загальна взаімопревращаемость елементарних частинок, обгрунтована величезним експериментальним матеріалом, яка виражає взаємний зв'язок і взаємоперетворення об'єктів мікросвіту і свідчить про якісне різноманітті форм матерії та їх взаємообумовленості.
Таким чином, відкриття квантово-механічних властивостей призвело до переосмислення співвідношення дискретності та безперервності.
Сформовані до початку XIX ст. уявлення про будову матерії були односторонніми і не давали можливості пояснити ряд експериментальних факторів. Розроблена М. Фарадеєм і Дж. Максвеллом у XIX ст. теорія електромагнітного поля показала, що визнана концепція не може бути єдиною для пояснення структури матерії. У своїх роботах М. Фарадей і Дж. Максвелл показали, що поле - це самостійна фізична реальність.
Таким чином, у науці відбулася певна переоцінка основних принципів, в результаті якої обгрунтоване І. Ньютоном дальнодійність замінювалося блізкодействія, а замість уявлень про дискретності висувалася ідея безперервності, що отримала своє вираження в електромагнітних полях.
Вся обстановка в науці на початку XX ст. складалася так, що уявлення про дискретність і безперервності матерії отримали своє чітке вираження у двох видах матерії: речовині і поле, відмінність між якими явно фіксувалося на рівні явищ мікросвіту. Однак подальший розвиток науки в 20-і рр.. показало, що таке протиставлення є досить умовним.
У 1900 р. М. Планк показав, що енергія випромінювання або поглинання електромагнітних хвиль не може мати довільні значення, а кратна енергії кванта, тобто хвильовий процес набуває забарвлення дискретності. Ідея Планка про дискретну природу світла отримали своє підтвердження в області фотоефекту. Де Бройль відкрив приблизно в цей же час у часток хвильові властивості (дифракція електрона).
Таким чином, частки невіддільні від створюваних ними полів і кожне поле вносить свій внесок у структуру частинок, обумовлюючи їх властивості. У цій нерозривному зв'язку частинок і полів можна бачити одне з найбільш важливих проявів єдності перервності і безперервності в структурі матерії.
Для характеристики перериваної і безперервного в структурі матерії слід також згадати єдність корпускулярних і хвильових властивостей всіх частинок і фотонів. Єдність корпускулярних і хвильових властивостей матеріальних об'єктів являє собою одне з фундаментальних протиріч сучасної фізики і конкретизується в процесі подальшого пізнання мікроявленій. Вивчення процесів макросвіту показали, що переривчастість і безперервність існують у вигляді єдиного взаємопов'язаного процесу. За певних умов макросвіту мікрооб'єкт може трансформуватися в частку або поле і проявляти відповідні їм властивості.
У відповідності з досягненнями квантової фізики основоположним поняттям сучасного атомізму є поняття елементарної частинки, але їм притаманні такі властивості, які не мали нічого спільного з атомизмом давнини.
Розвиток фізики мікросвіту показало невичерпність властивостей елементарних частинок і їх взаємодій. Всі частинки, які мають досить велику енергію, здатні до взаємоперетворення, але при дотриманні ряду законів збереження. Число відомих елементарних частинок постійно зростає і перевищує вже 300 різновидів, включаючи нестійкі резонансні стану. Найважливішим властивістю частки є її маса спокою. За цій властивості частинки поділяються на 4 групи:
1. Легкі частки - лептони (фотон, електрон, позитрон). Фотони не мають маси спокою.
2. Частинки середньої маси - мезони (мю-мезон, пі-мезон).
3. Важкі частки - Ядерна фізика. До них відносяться нуклони - складові частини ядра: протони і нейтрони. Протон - найлегший баріонів.
4. Надважкі - гіперонів. Сталих різновидів небагато:
фотони (кванти електромагнітного випромінювання);
Гравітон (гіпотетичні кванти гравітаційного поля);
електрони;
позитрони (античастинки електронів);
протони і антипротони;
нейтрони;
нейтрино - найзагадковіша з усіх елементарних частинок.
Нейтрино було відкрито в 1956 р., тоді як назва його було дано в 1933 р. Е. Фермі, а гіпотезу про його існування висловив в 1930 р. швейцарський фізик В. Паулі. Нейтрино відіграє велику роль у космічних процесах у всій еволюції матерії у Всесвіті. Час їх життя практично нескінченно. За підрахунками вчених, нейтрино несуть значну частку випромінюваної зірками енергії. Наше Сонце втрачає за рахунок випромінювання нейтрино приблизно 7% енергії, на кожен квадратний сантиметр Землі перпендикулярно сонячним променям щомиті падає приблизно 300 мільйонів нейтрино. Однак вони не реєструються нашими органами чуття і приладами зважаючи на їх слабкої взаємодії з речовиною. Подальша доля цього випромінювання невідома, але, очевидно, нейтрино має знову включитися в круговорот матерії в природі. Швидкість поширення нейтрино дорівнює швидкості світла у вакуумі.
Особливістю елементарних частинок є те, що більшість з них можуть виникати при зіткненні з іншими частками досить високої енергії: протон великої енергії перетворюється в нейтрон з випусканням пі-мезона. При цьому елементарні частинки розпадаються на інші: нейтрон - на електрон, протон і антинейтрино, а нейтральний пі-мезон - на два фотони. Пі-мезони, таким чином, є квантами ядерної поля, що об'єднують нуклони і ядра.
У ході розвитку науки відкриваються все нові властивості елементарних частинок. Взаємна обумовленість властивостей частинок свідчить про складну їх природі, наявності багатогранних зв'язків і відносин. У залежності від специфіки елементарної частки може з'явитися той чи інший вид взаємодії: сильне, електромагнітне, слабке. Сильна взаємодія обумовлюється ядерними силами, воно забезпечує стійкість атомних ядер. Електромагнітні взаємодії, слабкі взаємодії - в процесах розпаду нейтронів, радіоактивних ядер і передбачають участь у цих взаємодіях нейтрино. Слабкі взаємодії в 1010-1012 разів слабкіше сильних. Цей вид взаємодій в даний час досить добре вивчений.
У більшості елементарних частинок є античастинки, що відрізняються протилежними знаками електричних зарядів і магнітних моментів: антипротони, Антинейтрон і т.д. З античастинок можуть бути утворені стійкі атомні ядра і антиречовину, що підкоряється тим же законам руху, що й звичайна речовина. У великих кількостях антиречовину в космосі не виявлено, тому існування «антисвіту», тобто галактик з антиречовини є проблематичним.
Таким чином, з кожним новим відкриттям будова мікросвіту уточнюється і виявляється все більш складним. Чим глибше ми йдемо у нього, тим більше нових властивостей виявляє наука.

Список використаних джерел
1. Моїсєєв М. Людина і ноосфера. - М.: Мол. гвардія, 1990.
2. Казначеєв В.П. Вчення В.І. Вернадського про біосферу та ноосферу. - К.: Наука, 1939.
3. Філософські проблеми природознавства / Под ред. С.Т. Мелюхин. - М.: Вищ. шк., 2007.
4. Соціальні аспекти екологічних проблем. - М.: Наука, 2004.
5. Мартинов А. Ісповедімий шлях. - М.: Прометей, 1989. - 166 с.
6. Кітановіч Б. Планета і цивілізація в небезпеці. - М.: Думка, 1985. -
7. Красилів В.А. Охорона природи, принципи, проблеми, пріоритети - М: Наука, 2002
8. Подобєдов І.С. Природні ресурси землі та охорона навколишнього середовища. - М.: Надра, 1982.
9. Нікітін Д.П., Новиков Ю.В. Навколишнє середовище і людина. - М.: Вищ. шк., 2003. - 415 с.
10. Кисельов М.М. Світогляд і екологія. - Київ.: Наукова думка, 1990.
11. Карнешов C.Х. Концепції сучасного природознавства. - М.: Культура і спорт, ЮНИТИ, 1997. - 520 с.
12. Концепції сучасного природознавства / / Підручник для вузів. - М.: Культура і спорт, ЮНИТИ, 1997. - 271 с.
13. Концепції сучасного природознавства / / Підручник для вузів. - Ростов н / Д: Фенікс, 1997. - 434 с.
14. Рузавін Т.М. Концепції сучасного природознавства. - М.: Культура і спорт, ЮНИТИ, 1997. - 320 с.