Атомистическая концепция строения мира
Содержание
Введение
1. Дайте анализ развития идей атомизма в истории науки
2. Изложите суть современной теории атомизма
3. Дайте анализ квантовой модели атома. Объясните роль элементарных частиц и физического вакуума в строении атома
Список литературы
1. Дайте анализ развития идей атомизма в истории науки
История понятия «атом» и идей атомизма имеет древние корни. Истоки материализма и понятия атома относятся к 6 веку до нашей эры, где в системах вайшешики и близкой к ней ньяе, основанных на атомарной системе существования, предполагалось, что вселенная сформирована вечными атомами. Считалось, что взаимодействие атомов осуществляется благодаря творческой и разрушительной воле Высшего существа. При этом Вайшешика считает, что вечными составляющими вселенной являются атомы четырех типов, которые представляют собой элементы локаяты (от др.-инд. «лока» - весь мир), представляющие собой четыре материальные элемента: землю, воду, огонь и воздух. Кроме того, основополагающими вселенной являются пять субстанций, а именно: время, пространство, ум, душа и направление. Они неизменны, вечны и неразрушимы. Система вайшешика предполагала, что сочетание элементов и пропорций, в которых они соединяются, определяют свойства предметов, разума и органов чувств. Последние являются единственным инструментом познания вселенной, так как способны воспринимать предметы, состоящие из тех же элементов, что и сами органы чувств. Однако существовала и невечная часть вселенной, которая подвергалась уничтожению во времени и пространстве. Невечными считались два объединённых атома, которые могли быть снова разделены. Они не могут быть восприняты. Так же как единичный атом, но могут быть познаны через логический вывод. Комбинация трех двоек (триада) представляет сбой воспринимаемый объект. Объединение триад приводит к образованию больших объектов.
Параллельно развивалась натурфилософия в Древней Греции, где также задавались вопросом из чего состоит мир. Существовало множество школ, каждая из которых выдвигала свои первоисточники вселенной.
Атомарная концепция для толкования бытия впервые была обоснована Левкиппом, учителем Демокрита (500 - 440 до нашей эры), который ввел в мироздание понятие небытия и пустоты. Бытие представляется им бесконечным числом неделимых дискретных атомов, являющихся основой мира (от древнего греческого atomos, означающего «неделимый, нерассекаемый»). При этом атомы имеют форму, порядок и положение и находятся в постоянном движении в пустоте.
Идеи своего учителя в дальнейшем развил Демокрит (460-370 до нашей эры), который перенял многие учения ранней Греции, используя в своих рассуждениях их затруднения, а не их достижения (например апории Зенона), дополнив и осмыслив их, что привело к коренному перелому в развитии древнегреческой философии.
Бытие, выдвинутое элиатами, понимается Демокритом как Вселенная, представляющая всю совокупность вещей. Бытие множественно и состоит из бесконечного числа неделимых, однородных и неизменных атомов, которые находятся в постоянном движении в пустоте. Таким образом, в мировоззрении Демокрита бытие представляется как движущаяся материя, состоящая из множества атомов, а небытие - пустотой. Атомы, находящиеся в постоянном движении, соединяются и создают вещь, а их разъединение приводит к разрушению вещи.
Свойства предметов определяются свойствами атомов, так как последние отличаются друг от друга по своему объему и фигуре. Величина атома влияла на тяжесть предмета. Наиболее легкими считались самые мелкие и гладкие шаровидные атомы огня, которые составляли воздух, а также душа человека.
Атомы чувственно не воспринимаемы за счет своего малого размера, а также за счет отсутствия чувственных качеств - цвета, запаха, вкуса и др. Число атомов бесконечно, так же как их конфигураций, что обусловливает бесконечную разность в направлениях и скоростях их движений приводит к их столкновениям. Таким образом, все строение вселенной и ее образование строго детерминировано и обусловлено постоянным движением материи, а не творением Бога. То есть учение атомизма опровергало религиозно-мифологические и метафорически-умозрительные представления о надприродном мире, о вмешательстве богов.
Таким образом, картина мира, созданная Демокритом, представляет собой ярко выраженный материализм, который базируется на логике и диалектике.
В дальнейшем идеи Демокрита нашли отражение в трудах Эпикура (341-270 до н.э.), который продолжает идею о вечности и неразрушимости материи и основных законов ее организации, идеи о существовании атомов и пустоты. Он говорит о том, что Вселенная состоит из тел и пространства. Пространство у Эпикура представлено пустотой, при отсутствии которой телам и вещам «не было бы где быть и через что двигаться». Эпикур считал, что вселенная безгранична, так же как и число атомов, в отличие от различия их форм. Атомы движутся непрерывно в течение вечности. Все свойства атомов, их взаимодействие и поведение в «пустоте» полностью соответствуют выводам Демокрита. Эпикур разработал теорию о колебании траектории падения атомов в результате чего он не только объясняет как происходит столкновение атомов с последующим образованием сложных тел, но и обосновывает свое учение о свободе, согласно которому, человек может сам строить свою судьбу, так как несмотря на существование законов Вселенной, в ней есть место для случайности. Эпикур призывает не бояться богов, не оказывающих на этот мир воздействия. Также не следует бояться смерти, так как материальная душа рассеется вместе с погибшим телом. Целью любого человека должна стать земная жизнь, где необходимо довольствоваться малым и искать наслаждение внутри себя. Таким образом, применение физической концепции для обоснования этической модели привело к созданию эффективной нравственной концепции.
В дальнейшем, идеи атомизма были отодвинуты на второй план в связи с развитием христианской идеологии. И только в 16 веке при переходе к научному познанию происходит возрождение атомизма, который поддерживался в той или иной степени Джордано Бруно, Кавальери, Галилео Галилеем, рассматривавших проблему неделимого прежде всего в логико-математическом аспекте, а затем уже в аспекте физическом. В отличие от них Пьер Гассенди видел в атоме физическое тело и в вопросах изучения атомов он обращается непосредственно к древним атомистам, прежде всего к Эпикуру и Лукрецию. Прежде всего, Гассенди продолжает линию Эпикура о свойствах атома, основными из которых он считает величину, фигуру и тяжесть. По фигуре он делил атомы не только круглые и овальные, но и конические, шероховатые и даже мохнатые. Он считал, что величина атома определяет вес предмета, образованного в результате их столкновения. Различие величины говорило о том, что у атома всегда есть части, которые не могут отделиться друг от друга из-за абсолютной твердости атомов. Таким образом, атом у Гассенди - это не математическое неделимое, а мельчайшее физическое тело. В отличие от своих предшественников, Гассенди заявил, что атомы обладают энергией, благодаря которой они движутся или постоянно стремятся к движению.
Также Пьер Гассенди высказал идею, что из однородных неделимых частиц состоят химические элементы и впервые ввел понятие молекула. Антуан Лоран Лавуазье стал первым крупным учёным, который высказал идею, что химические элементы состоят из атомов. Таким образом, уже к концу XVIII века накопилось множество доказательств существования атомов. В последствии на протяжении XIX века господствовала концепция атома как «неделимого», в связи с невозможностью осуществления его деления химическими методами.
В XIX веке переворот в изучении элементарных частиц осуществил М. Планк. Он пришел к выводу, что в процессах излучения энергия может отдана или поглощена в известных неделимых порциях - квантах. В дальнейшем А. Эйнштейн в своих работах использовал открытие кванта при формировании своей теории о свете. В результате ученый заявил, что необходимо признать корпускулярную структуру света. Работы Эйнштейна подтвердили правильность материалистического взгляда на природу, и то, что со времен Демокрита и Эпикура пытались доказать многие исследователи своего времени.
Дальнейшие изучения привели к новым открытиям. В 1923 году открыт эффект Комптона, что опытно подтвердило волновую природу света. Однако выявилось, что свет ведет себя не только как волна, но и обладает корпускулярными свойствами. Л. де Бройль пошел дальше и заявил, что не только свет, но и вся материя, включая молекулы, атомы, электроны и протоны, обладает и волновыми, и корпускулярными свойствами. В 1927 году открыта дифракция электронов, а в дальнейшем и нейтронов, атомов и даже молекул. Затем последовало открытие новых элементарных частиц, предсказанных на основе системы формул развитой волновой механики.
В. Гейзенберг, установивший принцип неопределенности и Н. Бор, сформулировавший принцип дополнительности и выдвинувший свои знаменитые постулаты, показали, что классическая физика не может объяснить простые опыты, связанные со структурой атома. Это привело к развитию квантовой механики, где постулаты Н. Бора перестали понимать буквально. Это привело к становлению современного понимания атома.
2. Изложите суть современной теории атомизма
Изучение элементарных частиц способствовали дальнейшему развитию идей атомизма. В настоящее время выделяется двенадцать фундаментальных частиц и двенадцать античастиц. Шесть частиц: «верхний», «нижний», «очарованный», «странный», «истинный», «прелестный» кварки, другие шесть (лептоны): электрон, мюон, тау-частица и соответствующие им нейтрино (электронное, мюонное, тау-нейтрино). Указанные частицы группируются в три поколения, каждое из которых образует материю с различными свойствами. Обычное вещество состоит из частиц первого поколения. атомизм вакуум молекула квантовый
В современном понимании атом - это тяжелое ядро, представляющее собой сильно связанные глюонными полями протоны и нейтроны, и электронная оболочка. Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента в периодической таблице химических элементов Д.И. Менделеева. Протон имеет положительный электрический заряд, массу в 1836 раз больше массы электрона, размеры порядка 10-13 см. Нейтрон имеет нулевой электрический заряд и состоит из одного верхнего и одного нижнего кварков, а протон состоит из двух верхних кварков и одного нижнего. Их нельзя представить в виде твердого шарика, скорее, они напоминают облако с размытыми границами, состоящее из рождающихся и исчезающих виртуальных частиц.
В настоящее время важнейшими характеристиками элементарных частиц являются: квантовое число, масса, среднее время жизни, заряд, спин.
По массе покоя выделяется 3 группы элементарных частиц: фотоны, не имеющие массы покоя, лептоны, представляющие собой легкие частицы, состоящие из электрона и нейтрино, мезоны - средние по массе частицы и барионы - наиболее тяжелые частицы, состоящие из протонов, нейтронов, гиперонов и др.
По электрическому заряду частицы делятся на частицы, обладающие положительным, отрицательным и нулевым зарядом. При этом каждой частице, за исключением фотона и двух мезонов, соответствуют античастицы с противоположным зарядом.
По времени жизни частицы подразделяются на стабильные и нестабильные. Также частицы можно поделить на фермионы (кварки и лептоны) и бозоны (кванты полей). Остальные частицы являются условно элементарными, образующимися из кварков и квантов полей. Фермионы составляют вещество, бозоны переносят взаимодействие.
Таким образом, современная теория атомизма признает существование не только атома, но и других элементарных частиц.
3. Дайте анализ квантовой модели атома. Объясните роль элементарных частиц и физического вакуума в строении атома
Квантовая модель атома предполагает, что ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и нейтронов, не имеющих заряда. Также ядро окружено электронами, которые в свою очередь имеют отрицательный заряд. Квантовая механика опровергает возможность движения электронов вокруг ядра по каким- либо определенным траекториям. Кроме того, квантовая механика предполагает, что химические свойства атомов определяются конфигурацией их электронной оболочки, однако количество нейтронов в ядре не являет на химические свойства элемента. Если атом находится в нейтральном состоянии, то количество электронов в нём равно количеству протонов, а нейтронов в ядре обычно больше, чем протонов. Основная масса атома сосредоточена в ядре, а массовая доля электронов в общей массе атома незначительна.
Помимо атома материальной основой мира в настоящее время считается физический вакуум, представляющий собой среду, в который отсутствуют частицы вещества и поля.
Дирак видел вакуум как огромное количество электронов с отрицательной энергией, представляющих однородный фон, не влияющих на прохождение в нем электромагнитных процессов. Он считал, что отсутствие электронов с отрицательной энергией связано с тем, что они представляют собой сплошной невидимый фон. Когда в вакуум попадает фотон, электрон с отрицательной энергией может перейти в электрон с положительной энергией. Открытие в 1932 году позитрона привело к открытию античастиц, которые аннигилируют с элементарными частицами. В результате стало известно, что вакуум обладает сложной структурой, из которой могут рождаться пары: частица и античастица.
Вакуум обладает рядом особенностей: наличие в нем полей с энергией, равной нулю, и отсутствие реальных частиц. Для объяснения полей с нулевой энергией существует понятие виртуальной (возможной) частицы, обладающей малым сроком жизни, по отдельности не обнаруживаемой, но оказывающие суммарное воздействие на элементарные частицы. Она объясняет рождение и исчезновение частиц в вакууме. Реакции и взаимодействия элементарных частиц происходят благодаря вакуумному виртуальному фону, также подверженному влиянию элементарных частиц. при этом элементарные частицы сами же порождают виртуальные частицы. Электроны, например, постоянно испускают и тут же поглощают виртуальные фотоны.
В настоящее время признанной является концепция физического вакуума, Г.И. Шипова. Однако она подвержена дискуссиям, та как существует множество противников данного учения. Суть теории заключается в том, что пространство искривлено и закручено, а использование дополнительных угловых координат для описания полей кручения привело к распространению принципа относительности на физические поля. Уравнения, разработанные Г.И. Шиповым, после преобразований приводят к уравнениям и принципам детерминиованной квантовой теории.
Элементарные частицы в данной тории - это предельный случай образования при стремлении массы или заряда к постоянной величине. В основном состоянии абсолютный вакуум имеет нулевые средние значения момента импульса и других характеристик и в невозмущенном состоянии наблюдаем. Разные состояния вакуума возникают при его флуктуациях.
Если источник заряд, то его состояние это электромагнитное поле, если масса, то гравитационное поле, если спин, то это поле кручения.
В целом физический вакуум представляет собой источник материи и энергии, которые реализовались во Вселенной или все еще находящихся в скрытом состоянии.
Список литературы
1.Лысенко, В. Г. Атомизм вайшешиков и атомизм Демокрита (Опыт сравнительного анализа / Лысенко В. Г. // Древняя Индия. Историко-культурные связи. - М., 1982.
.Гернек, Ф. Пионеры атомного века. / Гернек, Ф . - М.: Прогресс, 1974.
. Гудков, Н.А. Идея «великого синтеза» в физике / Гудков, Н.А. - Киев, 1990.
. Пахомов, Б.Я. Становление современной физической картины мира / Пахомов Б.Я. - М., 1985.
. Фундаментальная структура материи; Под редакцией Дж.Малви - М., 1984.
.Девис, П. Супер сила / Девис, П. - М., 1989.
.Шипов, Г.И. Теория физического вакуума / Шипов Г.И. - М., 1993.