МАТЕРИЯ В СОВРЕМЕННОЙ КАРТИНЕ МИРА. (продолжение темы Небесная механика,19 век.)

                                                        "То, что действует на наши чувства в виде вещества, есть на деле                                                           огромная концентрация энергии в сравнительно малом пространстве”.                                                                                                                                                          А.Эйнштейн

          Итак, в  конце 19 века  появляется  необходимость  в создании  новой естественнонаучной  Картины мира,  т .е. нового  обоснования  единства и целесообразности  мироустройства –  Космоса.

     К этому моменту природа в рамках рационального знания как бы “развалилась” на две несвязанные между собой составляющие, поведение одной из которых описывается  механикой  Ньютона, а  поведение другой –  электромагнитными уравнениями Максвелла.  Иначе говоря, нарушилась целостность мироздания, что противоречило  краеугольному положению естествознания о том, что мир – это  Космос(совершенный порядок).

     За восстановление целостности и гармонии мира в рамках рационального знания в начале 20 века берётся Альберт Эйнштейн, для которого  “совершенная структура всего сущего”,  являющаяся следствием  “предустановленной гармонии мира”.(См. файл 3 на сайте strukova-r-ju.ucoz.com).  была безусловной и неоспоримой.    Говоря более конкретно,  Эйнштейн ставит задачу найти некую связующую основу между  механикой Ньютона и электродинамикой  Максвелла,   объединить их. [«…мы можем положиться на Теорию относительности именно потому, что она  единым образом охватывает огромное множество явлений и сводит их к единому корню». — Так впоследствии в  беседе с   В. Паули охарактеризует Теорию относительности В. Гецйзенберг в своей книге Часть и целое на стр.33 ].

    Первый шаг в этом направлении был сделан в 1905 году, когда Эйнштейн в одной из своих статей (К электродинамике движущихся тел) предложил узаконить физические поля, как самостоятельную форму материи, не обладающую массой. Эта идея была воспринята как безумная и вызвала в основном глубокое неприятие. В самом деле, что же это за материя, которую никаким образом невозможно ощутить? Почему тогда она называется материей? Но Эйнштейн делает ещё более шокирующий шаг. В 1906 году он утверждает, что такая материя (не обладающая массой) не только существует,  но  именно  она  лежит в  основе вещества,  т.е.  является более фундаментальной.  Эту  идею  он  оформляет  в   Специальной теории относительности в виде своей знаменитой формулы

                                                            Е₀ = m₀С²

     В чём заключается глубокий смысл этой формулы? О каком поразительном принципе устройства природы она рассказывает? Запомните, пожалуйста, сущность этой формулы:

Масса – это лишь сгусток (энергетический паттерн) колоссального количества энергии в очень маленьком объёме.

     Таким образом, Эйнштейн возвращает миру целостность на самом глубинном уровне: оказывается,  вещество,   поведение которого описывается  ньютоновской механикой,  и  физические поля,  поведение которых  описывается  уравнениями Максвелла,   –   суть    одно и то же,   просто    разные  проявления   единой  субстанции!   Поистине,   “Всё есть одно”,   как  утверждал   великий древнегреческий  натурфилософ  Гераклит в 5 в. до н.э.    Важно отметить, что речь в этой формуле идёт  об энергии, о существовании которой тогда  невозможно  было даже  подозревать, об  энергии,  скрытой где-то в самых глубинах вещества.  Это теперь хорошо известно, что масса любого вещества определяется суммарным количеством протонов и нейтронов в ядрах всех тех атомов, из которых вещество состоит.

 Таким образом, именно протоны и нейтроны, как и другие элементарные частицы, являются теми сгустками энергии, которые обладают массой.

     Итак, согласно современной естественнонаучной Картине мира,

материя в природе  существует  в  форме  вещества (масса) и в форме физических полей(энергия), которые взаимопревращаемы в соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна.*

     Теперь мы должны познакомиться с природными процессами, которые протекают в соответствии с утверждением о взаимопревращении массы и энергии:

   • Звёзды – именно такие объекты. Они выбрасывают в космическое пространство  огромное количество энергии, а источником её является именно масса, сосредоточенная внутри ядер атомов, из которых состоит та или иная звезда. Запомним: звёзды всё время теряют часть своей массы (сосредоточенной внутри ядер атомов в протонах и нейтронах) на излучение.  Вот откуда и свет, и тепло, и ультрафиолет, излучаемые и нашим солнцем!

  • Радиоактивность. При радиоактивном распаде, например урана, часть ядерной массы также теряется на излучение энергии в виде гамма-квантов.

  • Аннигиляция – особый процесс, при котором, зачастую,  вся масса может переходить в энергию излучения. Подробнее об этом читайте в учебнике Физики, 11 класс, Мякишев, Буховцев, 2000г.

P.S.     Познакомимся в заключение с тем, как сам Эйнштейн излагал свою великую идею:

 “Мы не можем построить физику на основе только одного понятия – вещества. Но деление на вещество и поле, после признания эквивалентности массы и энергии, есть нечто искусственное и неясно определённое. <…..> То, что действует на наши чувства в виде вещества, есть на деле огромная концентрация энергии в сравнительно малом пространстве”.  А.Эйнштейн. «Поле и вещество» в книге Эволюция физики, стр.210.(См.список литературы, файл 18)

Дополним также представление о физических полях, взятое из БСЭ: "Поле - особая форма материи, физическая система, обладающая бесконечно большим числом степеней свободы .< ...> Специальная теория относительности, отвергнув эфир, придала фундаментальный смысл понятию поля, как первичной физической реальности ".

   *  На ближайших занятиях мы узнаем, что кроме вещества и физических полей в природе, согласно современным представлениям, существует такая форма материи, как вакуум(тёмная энергия). По этому вопросу см. файл "Теория большого взрыва" на сайте strukova-r-ju.ucoz.com.