Материал:

Физическая картина явления и его математическое описание являются дополнительными. Создание физической картины требует пренебрежения деталями и не ведет к математической точности. И наоборот, попытка точного математического описания явления затрудняет его понимание.

Наука - это только один из способов изучения окружающего мира; другой, дополнительный способ, воплощенный в искусстве. Совместное существование искусства и науки - одна из иллюстраций принципа дополнительности. Стержень науки - логика и опыт; основа искусства - интуиция и прозрения. Они не противоречат, а дополняют друг друга: настоящая наука подобна искусства - точно так же, как настоящее искусство всегда включает в себя элементы науки. В высших своих проявлениях они неразличимы и неразделимы, как свойства "волна-частица" в атоме. Они отражают различные дополнительные стороны человеческого опыта и лишь взятые вместе дают нам полное представление о мире. Мы только не знаем, к сожалению, "соотношение неопределенностей" для сопряженной пары понятий «наука-искусство", а потому и степень убыточности при одностороннем восприятии жизни.

Эта аналогия, как и любая аналогия, и неполна, и нестрогая. Она только помогает почувствовать единство и противоречивость всей системы человеческих знаний.

На вопрос "Что является дополнительным к понятию истины?" Бор ответил: "Ясность".

Мир элементарных частиц

Во второй половине XX в. физики, имели дело с изучением фундаментальной структуры материи, получили поистине удивительные результаты. Было открыто много новых субатомных частиц. их обычно называют элементарными частицами, но далеко не все среди них есть действительно элементарными. Многие из них, в свою очередь, состоят из еще более элементарных частиц.

Новые частицы, как правило, открывают в реакциях рассеяния уже известных частиц. Для этого сталкивают частицы с как можно большими энергиями, а затем исследуют продукты их взаимодействия и фрагменты, на которые распались вновь частицы. До 50-х pp. основным источником первичных частиц были космические лучи, а в наше время - ускорители, которые создают интенсивные пучки частиц с высокими энергиями.

Мир субатомных частиц поистине разнообразен. Среди них и "кирпичики", из которых построена вещество: протоны и нейтроны, составляющие атомные ядра, а также электроны, вращающиеся вокруг ядер. Но есть и такие частицы, которые в веществе, что нас окружает, практически не встречаются - резонансы. Время их жизни - маленькие доли секунды. По истечении этого чрезвычайно короткого промежутка времени они распадаются на обычные частицы. Таких нестабильных частиц с коротким периодом существования очень много: их известно уже более трехсот.

В 50-70-е pp. физики были фактически озадачены многочисленностью, риноманитнистю и необычностью недавно открытых субатомных частиц. Если в конце 40-х pp. было известно 15 элементарных частиц, то в конце 70-х pp. их было около четырехсот. Совершенно непонятно, для чего столько частиц. Есть элементарные частицы хаотическими и случайными обломками материи или, возможно, по взаимодействиями этих частиц скрывается четкий порядок, указывает на существование фундаментальной структуры субъядерными мира? Развитие физики в последующие десятилетия показал, что такая структура, несомненно, существует. Мира субатомных частиц присущи объективные закономерности и глубокий структурный порядок. В основе этого порядка - фундаментальные физические взаимодействия.

Фундаментальные физические взаимодействия

Гравитация

В своей повседневной жизни человек сталкивается с большим количеством сил, действующих на тела: сила ветра или потока воды; давление воздуха; мощный выброс химических веществ, которые вызывают взрыв; мускульная сила человека; вес предметов; давление квантов света; притяжения и отталкивания электрических зарядов; сейсмические волны, вызывающие подчас катастрофические разрушения; вулканические извержения, которые приводили к гибели цивилизаций; и т.д. Одни силы действуют непосредственно при контакте с телом, другие, например гравитация, действуют на расстоянии, через пространство. Но, как выяснилось в результате развития естествознания, несмотря на такое большое разнообразие, все действующие в природе силы можно свести к четырем фундаментальным взаимодействиям. Именно эти взаимодействия в конечном итоге ответственность за все изменения в мире, именно они являются источником всех материальных преобразований тел, процессов. Каждая из четырех фундаментальных взаимодействий подобная трех других и в то же время имеет свои отличия. Изучение свойств фундаментальных взаимодействий является главной задачей современной физики.

Гравитация первой из четырех фундаментальных взаимодействий стала предметом научного исследования. Создана в XVII в. ньютоновская теория гравитации (закон всемирного тяготения) позволила впервые осознать истинную роль гравитации как силы природы.

Гравитация имеет ряд особенностей, отличающих ее от других фундаментальных взаимодействий. Наиболее необычной особенностью гравитации является ее малая интенсивность. Гравитационное взаимодействие протона с электроном в 1 039 раз меньше силы их электрического взаимодействия. Если бы размеры атома водорода определялись гравитацией, а не взаимодействием между электрическими зарядами, то радиус ниже (ближайшей к ядру) орбиты электрона превышающий радиус доступной для наблюдения части Вселенной. Как может такая слабое взаимодействие быть господствующей силой во Вселенной?

Все дело во второй необычной черте гравитации - в ее универсальности. Ничто во Вселенной не может избежать гравитации. Каждая частица испытывает действия гравитации и сама является источником гравитации, вызывает гравитационное притяжение. Гравитация возрастает по мере образования все больших скоплений вещества. И хотя притяжения одного атома ничтожно малое, но совокупная сила притяжения со стороны всех атомов может быть значительной. Это проявляется и в повседневной жизни: мы ощущаем гравитацию потому, что все атомы Земли совместно привлекают нас. Зато в микромире роль гравитации очень незначительна. Никакие квантовые эффекты в гравитации пока не доступны для наблюдения.

Кроме того, гравитация - дальнодействующих сила природы. Это означает, что, хотя интенсивность гравитационного взаимодействия уменьшается с расстоянием, она распространяется в пространстве и может сказываться на очень удаленных от источника телах. В астрономическом масштабе гравитационное взаимодействие, как правило, играет главную роль. Благодаря силе дальнодействия гравитация удерживает Вселенную от распада на две части: она удерживает планеты на орбитах, звезды в галактиках, галактики в скоплениях, скопления в Метагалактике.

Сила гравитации, действующей между частицами, всегда является силой притяжения: она стремится сблизить частицы. Гравитационное отталкивание не выявлен.

Пока еще нет однозначного ответа на вопрос, что такое гравитация - некоторое поле, искривление лростору-времени или то и другое вместе. На этот счет существуют разные мнения и концепции. Поэтому нет и завершенной теории квантово-гравитационного взаимодействия.

Электромагнетизм

По величине электрические силы намного превосходят гравитационные, поэтому, в отличие от слабого гравитационного взаимодействия, электрические силы, действующие между телами обычных размеров, можно легко наблюдать. Электромагнетизм известный людям, с незапамятных времен (полярные сияния, вспышки молнии и др.).

В течение длительного времени электрические н магнитные процессы изучались независимо друг от других. Как мы уже знаем, решающий шаг в познании электромагнетизма сделал в середине XIX в. Дж. К. Максвелл, объединивший электричество и магнетизм в единую теорию электромагнетизма - первую единую теорию поля.

Существование электрона (единицы электрического заряда) было доказано в девяностые pp. XIX в. Но не все материальные частицы являются носителями электрического заряда. Электрически нейтральными являются, например, фотон и нейтрино. В нем отличие электричества от гравитации. Все материальные частицы создают гравитационное поле, тогда как электромагнитное поле связано только с заряженными частицами.

Долгое время загадкой была и сама природа магнетизма. Как и электрические заряды, одноименные магнитные, полюса отталкиваются, а разноименные - притягиваются. В отличие от электрических зарядов, магнитные полюса встречаются не порознь, а только парами - северный полюс и южный. Хорошо известно, что в обычном магнитном стержне один конец действует как северный полюс, а другой - как южный. Еще с древнейших времен делались попытки получить с помощью разделения магнита лишь один изолированный магнитный полюс - монополь. Но все они заканчивались неудачей: при разрезании возникали два новых магниты, каждый из которых имел и северный, и южный полюса. Возможно, существование изолированных магнитных полюсов в природе исключено? Однозначного ответа на этот вопрос пока не существует. Некоторые современные теории допускают возможность существования монополя.

Электрическая и магнитная силы (как и гравитация) является дальнодействующих, их действие ощутимо на больших расстояниях от источника. Электромагнитное взаимодействие оказывается на всех уровнях материи - в мегамире, макромире и микромире. Как и гравитация, она подчиняется закону обратных квадратов.

Электромагнитное поле Земли простирается далеко в космическое пространство, мощное поле Солнца заполняет всю Солнечную систему; существуют и галактические электромагнитные поля. Электромагнитное взаимодействие определяет также структуру атомов и отвечает за подавляющее большинство физических и химических явлений и процессов (за исключением ядерных). К ней сводятся все обычные силы: силы упругости, трения, поверхностного натяжения, она определяет агрегатные состояния вещества, оптические явления и др.

Слабое взаимодействие

К выявлению существования слабого взаимодействия физика продвигалась медленно. Слабое взаимодействие ответственно за распад частиц; с ее проявлением столкнулись после открытия радиоактивности и исследования бета-распада.

В бета-распада оказалась в высшей степени странная особенность. Исследования приводили к выводу, что в этом распаде вроде нарушается один из фундаментальных законов физики - закон сохранения энергии. Казалось, что часть энергии исчезала. Чтобы "спасти" закон сохранения энергии, В. Паули предположил, что при бета-распаде вместе с электроном вылетает, унося с собой недостающую энергию, еще одна частица. Она нейтральна и обладает чрезвычайно высокой проникающей способностью, вследствие чего ее не удавалось слостерииаты. Э. Ферми назвал частицу-невидимку "нейтрино".

Но предсказания нейтрино - это только начало проблемы, ее постановка. Нужно было объяснить природу нейтрино, но здесь оставалось много загадочного. Дело в том, что электроны и нейтрино могли излучать только нестабильные ядра. Но было неоспоримо доказано, что внутри ядер нет таких частиц. Как же они возникали? Было высказано предположение, что электроны и нейтрино не существуют в ядре в "готовом виде", а каким-то образом образуются в процессе распада ядра. Дальнейшие исследования показали, что нейтроны, которые входят в состав ядра, предоставлены сами себе, через несколько минут розпалаються на протон, электрон и нейтрино, то есть вместо одной частицы появляется три новых. Анализ приводил к выводу, что известные силы не могут вызвать такой распад. Он, очевидно, шел какой-то другой, неведомой силой. Исследования показали, что этой силе соответствует некоторая слабое взаимодействие.

Слабое взаимодействие по величине значительно меньше всех взаимодействий, кроме гравитационного, и в системах, где она присутствует, эффекты слабого взаимодействия находятся в тени электромагнитной и сильного взаимодействий. Кроме того, слабое взаимодействие распространяется на очень незначительные расстояния. Радиус слабого взаимодействия луже малин. Слабое взаимодействие прекращается на расстоянии, превышающим 10, н м вол источника, и поэтому она не может влиять на макроскопические объекты, а ограничивается микромиром, субатомные частицы. Когда началось лавинообразное открытие большого количества и нестабильных субъядерных частиц, то оказалось, что большинство из них участвуют в слабом взаимодействии.

Источник: https://studbooks.net/7244/estestvoznanie/kontseptsii_sovremennogo_estestvoznaniya

Смотрите также:








ЦЕНОВАЯ ПОЛИТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРИМЕРЕ ООО «ДНС РИТЕЙЛ»
_archivetempпротивовоспалительные
_Роджерс Карл, Брак и его альтернативы