რა სახის მატერია იცით ფიზიკა? მატერია და სუბსტანცია: მნიშვნელობა და როგორ განსხვავდებიან ისინი

კონცეფცია " მატერია”ეს არის ზოგადი ფილოსოფიური კატეგორია, რომელიც ზოგჯერ ცდილობენ გაავრცელონ ყველაფერზე, განსაკუთრებით მე-20 საუკუნეში მატერიალიზმის აღზევების გამო. მატერიის კონცეფციისადმი ეს მიდგომა, რომელიც ხშირად მისტიკური მნიშვნელობითაა დაჯილდოებული, საკმაოდ დიდ გავლენას ახდენს ფიზიკაზე. უარყოფითი გავლენა. ხშირად შეგხვდებათ ისეთი საკითხების განხილვა, როგორიცაა აზრების მატერიალურობა, საგნების მიერ ჩრდილების მატერიალურობა, დროის მატერიალურობა, მატერიის არსებობა სუფთა მატერიის სახით, მატერიის დაბადება ენერგიიდან, მატერიალური ბუნება. სხვა რადიაციის და ა.შ.

დარგობრივი ფიზიკა ძალიან კატეგორიულია ასეთ მისტიკურ-ფილოსოფიურ საკითხებში. გაბატონებული იდეებისგან განსხვავებით, რომ ყველაფერი, რაც რეალურად არსებობს, არის მატერიალური, მატერია გაგებულია, როგორც საგნების ძალიან ვიწრო სპექტრი. კერძოდ, ძირითადი, როგორიცაა პროტონი და ელექტრონი და მათგან შემდგარი ნივთიერება. ყველაფერი დანარჩენი საველე ფიზიკაში განიხილება არამატერიალურად, რაც თავიდან აიცილებს თანამედროვე ფიზიკის თანდაყოლილ ბევრ პრობლემას და ლოგიკურ წინააღმდეგობებს.

მაგალითად, ერთ-ერთი რეალურად არსებული, მაგრამ არა მატერიალური ერთეული განიხილება ან, ტრადიციულ ენაზე, . ისინი არ შედგება ცნობილი ელემენტარული ნაწილაკები, არ ემორჩილება მატერიალური საგნების კანონებს და არ გააჩნია ისეთი მატერიალური მახასიათებლები, როგორიცაა ან. საველე გარემოს ან ველებს აქვს საკუთარი მახასიათებლები, მაგალითად, და ემორჩილება საკუთარ კანონებს და წარმოადგენს ფიზიკის ცალკეულ სფეროს.

ფიზიკური შესწავლის კიდევ ერთი საგანი, რომელიც არ უნდა აგვერიოს მატერიასთან არის. მაგალითად, ზამბარზე დატვირთვა შეიძლება იყოს მატერიალური, მაგრამ მისი რხევები არის პროცესი, რომელსაც საერთო არაფერი აქვს მატერიასთან. თავად დატვირთვას შეიძლება ჰქონდეს მატერიალური მახასიათებლები, მაგალითად, მასა, ხოლო რხევის პროცესს, როგორც ასეთს, არ აქვს მასა, მაგრამ შეიძლება ხასიათდებოდეს ისეთი რაოდენობით, როგორიცაა პერიოდი ან სიხშირე.

ანალოგიით, ითვლება, რომ, მაგალითად, არ არის მატერიალური. სინათლე არის ელექტრომაგნიტური ველის ან, არა მატერიის, რხევითი პროცესი. შესაბამისად, არასწორია ისეთი მატერიალური თვისებების მიკუთვნება, როგორიც არის სინათლე სინათლეს, ან მის მიმართ გამოვიყენოთ დამატების წესი, რომელიც მოქმედებს მხოლოდ მატერიალურ სხეულებზე.

ამრიგად, საველე გარემოში (სინათლე) არეულობის გავრცელების სიჩქარე არ არის დამოკიდებული ამ დარღვევების წყაროს სიჩქარეზე, ისევე როგორც წყალზე წრეების გავრცელების სიჩქარე არ არის დამოკიდებული ქვის ფრენის სიჩქარეზე. გამოიწვია მათი ჩამოყალიბება. თუმცა, ღრმა ფილოსოფიურმა შეცდომამ, რომელიც დაკავშირებულია სინათლის კანონების გამოყენების მცდელობებთან, რომლებიც მოქმედებს მხოლოდ მატერიალური სხეულებისთვის და, კერძოდ, სიჩქარის დამატების კანონმა, გამოიწვია მე-19 საუკუნის დასასრული- XX საუკუნეა ფიზიკაში უზარმაზარი დაბნეულობა. ეს მოითხოვდა, ნაცვლად მარტივი და გამჭვირვალე სამეცნიერო ლოგიკის, გამრუდების, დროის დამახინჯებისა და მრავალი სხვა ფორმალური ტექნიკის გამოყენება დამაბნეველი და ხშირად ურთიერთგამომრიცხავი თეორიების ფარგლებში.

საველე ფიზიკა ასევე არ განიხილავს ადამიანის მიერ შექმნილ ხელოვნურ ლოგიკურ ცნებებს მატერიალურად აღსაწერად ფიზიკური მოვლენებიდა . ეს მოიცავს, მაგალითად, სივრცისა და დროის ცნებებს, რომლებიც მათი აზრით მხოლოდ აბსოლუტური სახელმძღვანელოა, მაგრამ არ შეუძლიათ გავლენა მოახდინონ ფენომენებზე და პროცესებზე, ისევე როგორც მათზე არ შეიძლება გავლენა იქონიოს. იგივე ცნებები მოიცავს , რომელიც სხვა არაფერია თუ არა მატერიალური ობიექტების მოძრაობის დამახასიათებელი რიცხვი. თუმცა, ეს რიცხვი არ არის მატერიალური არსი, ვერაფერს შობს და ვერც რაღაც პროცესების პროცესში იბადება. საველე ფიზიკა ყველა ასეთ მანიპულაციას თანამედროვე ფიზიკის თანდაყოლილი ენერგიით, სივრცითა და დროით მისტიკურად მიიჩნევს და სერიოზულად არ განიხილავს მათ.

ყოველივე ზემოაღნიშნული შეიძლება შეჯამდეს შემდეგნაირად. მე-20 საუკუნეში ფიზიკა მოექცა მატერიალიზმის აღზევების მავნე გავლენის ქვეშ, რის შედეგადაც ისინი ჩქარობდნენ გამოეცხადებინათ ყველაფერი მატერიალური თუ მატერიალური. თუმცა, ამან მხოლოდ მისტიკის გარიჟრაჟი გამოიწვია თანამედროვე ფიზიკური თეორიების ფარგლებში. დარგობრივი ფიზიკა ამტკიცებს, რომ ობიექტურად არსებული გარკვეული ფიზიკური ერთეულების ობიექტური განხილვისთვის, არ უნდა მოხდეს მათი იდენტიფიცირება მატერიასთან და ავტომატურად გავრცელდეს მათზე მატერიალური სხეულების მიმართ მოქმედი მახასიათებლები და კანონები. მატერიას ნაწილაკებისა და ფიზიკური სხეულების გაგებით არის მხოლოდ ფიზიკური პრობლემების ერთ-ერთი კლასი, რომელსაც აქვს საკუთარი ფიზიკური მახასიათებლები და კანონები, მაგრამ ჩვენს სამყაროში ასევე არსებობს განსხვავებული ხასიათის ფიზიკური არსებები.

ცნებები, როგორიცაა მატერია და სუბსტანცია, მიეკუთვნება ფუნდამენტურ კატეგორიებს მეცნიერული ცოდნასამყარო და ურთიერთდაკავშირებულია. თუმცა, არსებითად, ეს არის ორი სრულიად განსხვავებული ტერმინი, რომელიც შეიცავს ზოგად წარმოდგენას სამყაროს თანამედროვე ხედვის შესახებ. მათ შორის განსხვავებების ამოცნობის შემდეგ, თქვენ შეგიძლიათ მკაფიოდ განსაზღვროთ საზღვარი და საკმაოდ კონკრეტულად წარმოადგინოთ თითოეული კონცეფციის არსი, მაშინ როდესაც მნიშვნელოვანია ურთიერთობის შენარჩუნება, გამოკლებით ზოგადი მახასიათებლები, რომლებიც ამ კატეგორიების წინააღმდეგობრივი აღქმის შედეგია, რაც მხოლოდ საზღვრებს აბნევს და არსს აშორებს.

მატერიის არსი

ფილოსოფიური მეცნიერება მატერიას განიხილავს როგორც გარკვეულ სუბსტანციას, რომელიც დევს სამყაროს ყველა მატერიალური ნივთისა და ფენომენის საფუძველში.ანუ მატერიის თავად განსაზღვრება მომდინარეობს მის არასტანდარტული შეხედულებიდან, რომელიც სცილდება ჩვეულებრივ გაგებას. "ბაზის" გარკვეული კონცეფცია იქმნება ყველაფრისთვის, რასაც რეალურ სამყაროში ვხვდებით.

ეს მიდგომა ხდება მატერიისა და სუბსტანციის კატეგორიების შერწყმის მიზეზიც, ამ ტერმინების განმსაზღვრელი ნიშნები იძენს საკმაოდ მსგავს მახასიათებლებს და ზოგ შემთხვევაში შეიძლება გაიგივდეს კიდეც, რის გამოც ისინი; ნამდვილი მნიშვნელობაგაურკვეველი ხდება.

მაგალითად, არსებობს მატერიის საკმაოდ გავრცელებული განმარტება, რომელშიც ის ხასიათდება კატეგორიად ობიექტური რეალობა, რომელიც ადამიანის გონებაში შეგრძნებებით აისახება და აბსოლუტურად დამოუკიდებლად არსებობს. ფაქტობრივად, ეს თვისება მატერიას უნდა მივაწეროთ, ვინაიდან ის არ არის ყველა ნივთისა და ფენომენის საფუძვლის ნიშანი, მხოლოდ არსებობის დამოუკიდებლობა შეიძლება აღიარებული იყოს სწორ მახასიათებელად.

და ეს მხოლოდ ერთია იმ მრავალი წინააღმდეგობიდან, რომელიც არსებობს მატერიის სხვადასხვა განმარტებებში. თითქმის ნებისმიერ შემთხვევაში, ავტორები ცნობილი გამონათქვამებიმატერიის აღწერილობაში აჩვენეს ყველაფრის დაფარვის შეუძლებლობა ფიზიკური თვისებები, და როცა ცდილობდნენ ყველაფრის ფიზიკამდე დაყვანას, ფორმულირება კიდევ უფრო ბუნდოვანი გახდა და კვლავ მიბმული გახდა ადამიანის შეგრძნებებთან, რაც მატერიისთვის უფრო დამახასიათებელია.

ძნელია გამოვყო მატერიის ერთი, ყველაზე ზუსტი განმარტება ყველა შესაძლოდან. თუ რამდენიმე მათგანს მაინც შევადარებთ, შეგიძლიათ იპოვოთ მრავალი წინააღმდეგობა, როგორც თავად თეორიებში, ასევე მათ შორის.

მატერიის დასახასიათებლად სუბსტანციის მახასიათებლების მინიჭების გარეშე, საკმარისია განვსაზღვროთ როგორც უწყვეტი ნივთიერება, რომელიც საფუძვლად უდევს ყოფას.

რა არის ნივთიერება

ნივთიერება, ისევე როგორც მატერია, არის ერთ-ერთი მთავარი მონაწილე ყველაფერში, რაც ხდება რეალურ სამყაროში. პირველი, რაც მატერიას სუბსტანციისგან ჰყოფს, არის მისი წარმოებულობა.

მატერია უფრო განზოგადებული ცნებაა, რაღაც პირველადი საფუძვლის მსგავსი, საიდანაც შეიძლება ცალკე წარმოებულის იზოლირება - სუბსტანცია.

ნივთიერების კიდევ ერთი ფუნდამენტური თვისება, რომელიც განსაზღვრავს მის არსს, არის დისკრეტულობა. ნივთიერება შეიძლება იყოს ცალკე კომპონენტი, რაც უარყოფს უწყვეტობის შესაძლებლობას. უფრო მეტიც, ის შეიძლება შეიცავდეს ობიექტთა გარკვეულ რაოდენობას, დაყოფილი იერარქიის სხვადასხვა დონეზე.

ამ კატეგორიას უფრო პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს ყველა მეცნიერებაში, ვიდრე მატერია და უმეტეს შემთხვევაში წარმოადგენს ცალკე ობიექტს შესწავლისა და ექსპერიმენტისთვის, როგორც რეალურ, ისე თეორიულს, ხოლო მატერია შეიძლება ჩაითვალოს ექსკლუზიურად, როგორც გონებრივი ექსპერიმენტების ობიექტი.

სპეციფიკა- ეს ნივთიერების ყველაზე აშკარა განმასხვავებელი თვისებაა. იგი საკმაოდ დეტალურად იყოფა სტრუქტურულ დონეებად, ელექტრონიდან მაკროსკოპულ სხეულებამდე და გეოლოგიურ სისტემებამდე, ამიტომ გაცილებით ადვილია განსაზღვრა და განხილვა ფილოსოფიური კონცეფციის თვალსაზრისით.

მიღებული ნივთიერების სტატუსი არ გამორიცხავს ნივთიერების სტრუქტურაში მატერიის არსებობის შესაძლებლობას. ვინაიდან მატერია ყველაფრის საფუძველია, ეს ნიშნავს, რომ ის აუცილებლად იქნება წარმოდგენილი მის წარმოებულში, რაც აშკარად ხაზს უსვამს საზღვრებს ამ ორ ცნებას შორის.

საბოლოო შედარება

ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, შეგვიძლია შევაჯამოთ ძირითადი განსხვავებები ნივთიერებასა და მატერიას შორის, რომლებიც შეუფერხებლად გამომდინარეობს ურთიერთდაკავშირებული კატეგორიების არსიდან.
მატერია არის სამყაროს საგნებისა და ფენომენების ფუნდამენტური საფუძველი, ხოლო მატერია მისი წარმოებული.
ნივთიერება არის ცალკეული ერთეული, რომელიც შეიძლება დაიყოს მის შემადგენელ ნაწილებად მიღწევების მიხედვით მეცნიერული პროგრესი. დღეს მატერიის ზუსტი განმარტება არ არსებობს და ამ კატეგორიის მნიშვნელობის გადმოცემის ყველა მცდელობას აქვს მრავალი შინაგანი წინააღმდეგობა, ისევე როგორც თავად განმარტებებს შორის.
მატერიას განსაკუთრებული უწყვეტობა ახასიათებს, მატერიას კი საპირისპირო ხარისხი - დისკრეტულობა.
მატერია არის განუყოფელი ნაწილინივთიერებები, ხოლო თავად მატერია განუყოფელია, რადგან ის არის სამყაროს ფუნდამენტური პრინციპი.

სწორედ ამ ორი ცნების საზღვარზეა მიღებული ყველა სახის კანონი და თეორია, რომლებიც სხვადასხვაგვარად ვლინდება მატერიალურ სამყაროში, ამიტომ ძალიან მნიშვნელოვანია მათი სწორად გამიჯვნა და ძირითადი განსხვავებების ხაზგასმა.

აბსოლუტური რაოდენობის შესწავლის ფუნდამენტური ელემენტია საბუნებისმეტყველო მეცნიერებებიარის მატერია. ამ სტატიაში განვიხილავთ მატერიას, მის მოძრაობის ფორმებს და თვისებებს.

რა არის მატერია?

მრავალი საუკუნის განმავლობაში მატერიის კონცეფცია შეიცვალა და გაუმჯობესდა. ამრიგად, ძველი ბერძენი ფილოსოფოსი პლატონი მას განიხილავდა როგორც საგნების სუბსტრატს, რომელიც ეწინააღმდეგება მათ იდეას. არისტოტელემ თქვა, რომ ეს არის რაღაც მარადიული, რომლის არც შექმნა და არც განადგურება შეუძლებელია. მოგვიანებით, ფილოსოფოსებმა დემოკრიტემ და ლეუკიპუსმა მისცეს მატერიის განმარტება, როგორც გარკვეული ფუნდამენტური სუბსტანცია, რომლისგანაც შედგება ჩვენი სამყაროსა და სამყაროს ყველა სხეული.

მატერიის თანამედროვე კონცეფცია მისცა ვ.ი. ლენინმა, რომლის მიხედვითაც ის არის დამოუკიდებელი და დამოუკიდებელი ობიექტური კატეგორია, რომელიც გამოხატულია ადამიანის აღქმით, შეგრძნებებით, ასევე შესაძლებელია მისი კოპირება და გადაღება.

მატერიის ატრიბუტები

მატერიის ძირითადი მახასიათებლები სამია:

სივრცე.
დრო.
მოძრაობა.

პირველი ორი განსხვავდება მეტროლოგიური თვისებებით, ანუ მათი რაოდენობრივი გაზომვა შესაძლებელია სპეციალური ინსტრუმენტებით. სივრცე იზომება მეტრებში და მის წარმოებულებში, დრო კი საათებში, წუთებში, წამებში, ასევე დღეებში, თვეებში, წლებში და ა.შ. დროს ასევე აქვს სხვა, არანაკლებ მნიშვნელოვანი თვისება - შეუქცევადობა. შეუძლებელია ნებისმიერ საწყის დროში დაბრუნება. დროის ვექტორს ყოველთვის აქვს ცალმხრივი მიმართულება და მოძრაობს წარსულიდან მომავალზე. დროისგან განსხვავებით სივრცე უფრო მეტია რთული კონცეფციადა აქვს სამგანზომილებიანი გაზომვა(სიმაღლე, სიგრძე, სიგანე). ამრიგად, ყველა სახის მატერიას შეუძლია სივრცეში გადაადგილება გარკვეული პერიოდის განმავლობაში.

მატერიის მოძრაობის ფორმები

ყველაფერი, რაც ჩვენს გარშემოა, მოძრაობს სივრცეში და ურთიერთქმედებს ერთმანეთთან. მოძრაობა ხდება განუწყვეტლივ და არის მთავარი თვისება, რომელსაც აქვს ყველა სახის მატერია. იმავდროულად, ეს პროცესი შეიძლება მოხდეს არა მხოლოდ რამდენიმე ობიექტის ურთიერთქმედების დროს, არამედ თავად ნივთიერების შიგნითაც, რამაც გამოიწვია მისი ცვლილებები. განასხვავებენ მატერიის მოძრაობის შემდეგ ფორმებს:

მექანიკური არის ობიექტების მოძრაობა სივრცეში (ტოტიდან ჩამოვარდნილი ვაშლი, კურდღლის გაშვება).

ფიზიკური - ხდება მაშინ, როდესაც სხეული ცვლის თავის მახასიათებლებს (მაგ. ფიზიკური მდგომარეობა). მაგალითები: თოვლი დნება, წყალი აორთქლდება და ა.შ.
ქიმიური - მოდიფიკაცია ქიმიური შემადგენლობანივთიერებები (ლითონის კოროზია, გლუკოზის დაჟანგვა)
ბიოლოგიური - ადგილი აქვს ცოცხალ ორგანიზმებში და ახასიათებს ვეგეტატიურ ზრდას, ნივთიერებათა ცვლას, გამრავლებას და ა.შ.

სოციალური ფორმა – პროცესები სოციალური ინტერაქცია: კომუნიკაცია, შეხვედრების ჩატარება, არჩევნები და ა.შ.
გეოლოგიური - ახასიათებს მატერიის მოძრაობას შიგნით დედამიწის ქერქიდა პლანეტის ინტერიერი: ბირთვი, მანტია.

მატერიის ყველა ზემოთ ჩამოთვლილი ფორმა ურთიერთდაკავშირებულია, ავსებენ და ურთიერთშემცვლელნი არიან. მათ არ შეუძლიათ დამოუკიდებლად არსებობა და არ არიან თვითკმარი.

მატერიის თვისებები

უძველესი და თანამედროვე მეცნიერებამატერიას მრავალი თვისება მიაკუთვნა. ყველაზე გავრცელებული და აშკარაა მოძრაობა, მაგრამ არსებობს სხვა უნივერსალური თვისებები:

იგი შეუქმნელი და ურღვევია. ეს თვისება ნიშნავს, რომ ნებისმიერი სხეული ან სუბსტანცია არსებობს გარკვეული დროის განმავლობაში, ვითარდება და წყვეტს არსებობას, როგორც თავდაპირველი ობიექტი, მაგრამ მატერია არ წყვეტს არსებობას, არამედ უბრალოდ იქცევა სხვა ფორმებად.
ის მარადიული და უსასრულოა სივრცეში.
მუდმივი მოძრაობა, ტრანსფორმაცია, მოდიფიკაცია.
წინასწარ განსაზღვრა, დამოკიდებულება გამომწვევ ფაქტორებსა და მიზეზებზე. ეს თვისება არის მატერიის წარმოშობის ერთგვარი ახსნა გარკვეული ფენომენების შედეგად.

მატერიის ძირითადი ტიპები

თანამედროვე მეცნიერები გამოყოფენ სამს ფუნდამენტური ტიპებისაკითხი:

ნივთიერება, რომელსაც აქვს გარკვეული მასა მოსვენებულ მდგომარეობაში, ყველაზე გავრცელებული ტიპია. ის შეიძლება შედგებოდეს ნაწილაკებისგან, მოლეკულებისგან, ატომებისგან, ასევე მათი ნაერთებისგან, რომლებიც ქმნიან ფიზიკურ სხეულს.
ფიზიკური ველი არის სპეციალური მატერიალური ნივთიერება, რომელიც შექმნილია ობიექტების (ნივთიერებების) ურთიერთქმედების უზრუნველსაყოფად.
ფიზიკური ვაკუუმი არის მატერიალური გარემო, რომელსაც აქვს ენერგიის ყველაზე დაბალი დონე.

ნივთიერება

სუბსტანცია არის მატერიის სახეობა, რომლის მთავარი თვისებაა დისკრეტულობა, ანუ უწყვეტობა, შეზღუდულობა. მისი სტრუქტურა მოიცავს პაწაწინა ნაწილაკებს პროტონების, ელექტრონების და ნეიტრონების სახით, რომლებიც ქმნიან ატომს. ატომები გაერთიანდებიან მოლეკულებად და წარმოქმნიან მატერიას, რაც თავის მხრივ ქმნის ფიზიკურ სხეულს ან თხევად ნივთიერებას.

ნებისმიერ ნივთიერებას აქვს მთელი რიგი ინდივიდუალური მახასიათებლები, რომლებიც განასხვავებს მას სხვებისგან: მასა, სიმკვრივე, დუღილის და დნობის წერტილები, სტრუქტურა. ბროლის გისოსი. გარკვეულ პირობებში შესაძლებელია სხვადასხვა ნივთიერებების შერწყმა და შერევა. ბუნებაში, ისინი გვხვდება აგრეგაციის სამ მდგომარეობაში: მყარი, თხევადი და აირისებრი. ამ შემთხვევაში აგრეგაციის სპეციფიკური მდგომარეობა შეესაბამება მხოლოდ ნივთიერების შემცველობის პირობებს და მოლეკულური ურთიერთქმედების ინტენსივობას, მაგრამ არ არის მისი ინდივიდუალური მახასიათებლები. ამრიგად, წყალმა სხვადასხვა ტემპერატურაზე შეიძლება მიიღოს თხევადი, მყარი და აირისებრი ფორმები.

ფიზიკური ველი

ფიზიკური მატერიის ტიპები ასევე მოიცავს ისეთ კომპონენტს, როგორიცაა ფიზიკური ველი. ის წარმოადგენს გარკვეულ სისტემას, რომელშიც მატერიალური სხეულები ურთიერთქმედებენ. ველი არ არის დამოუკიდებელი ობიექტი, არამედ არის ნაწილაკების სპეციფიკური თვისებების მატარებელი, რომლებიც ქმნიან მას. ამრიგად, ერთი ნაწილაკიდან გამოთავისუფლებული იმპულსი, მაგრამ არ შეიწოვება მეორეს მიერ, ველის ნაწილია.

ფიზიკური ველები არის მატერიის რეალური არამატერიალური ფორმები, რომლებსაც აქვთ უწყვეტობის თვისება. ისინი შეიძლება დაიყოს სხვადასხვა კრიტერიუმების მიხედვით:

ველის წარმომქმნელი მუხტის მიხედვით განასხვავებენ ელექტრულ, მაგნიტურ და გრავიტაციულ ველებს.
მუხტების მოძრაობის ხასიათის მიხედვით: დინამიური ველი, სტატისტიკური (შეიცავს ერთმანეთთან შედარებით უმოძრაო ნაწილაკებს).
მიერ ფიზიკური ბუნება: მაკრო- და მიკროველები (შექმნილი ცალკეული დამუხტული ნაწილაკების მოძრაობით).
არსებობის გარემოდან გამომდინარე: გარე (რომელიც გარს აკრავს დამუხტულ ნაწილაკებს), შიდა (ველი ნივთიერების შიგნით), ჭეშმარიტი (გარე და შიდა ველების მთლიანი ღირებულება).

ფიზიკური ვაკუუმი

მე-20 საუკუნეში ტერმინი „ფიზიკური ვაკუუმი“ გამოჩნდა ფიზიკაში, როგორც კომპრომისი მატერიალისტებსა და იდეალისტებს შორის გარკვეული ფენომენების ასახსნელად. პირველი მას მატერიალურ თვისებებს მიაწერდა, მეორე კი ამტკიცებდა, რომ ვაკუუმი სხვა არაფერია, თუ არა სიცარიელე. თანამედროვე ფიზიკამ უარყო იდეალისტების მოსაზრებები და დაამტკიცა, რომ ვაკუუმი არის მატერიალური საშუალება, რომელსაც ასევე უწოდებენ კვანტურ ველს. მასში ნაწილაკების რაოდენობა ნულის ტოლია, რაც, თუმცა, ხელს არ უშლის ნაწილაკების ხანმოკლე გაჩენას შუალედურ ფაზებში. კვანტურ თეორიაში ფიზიკური ვაკუუმის ენერგეტიკული დონე პირობითად მიიღება მინიმალური, ანუ ნულის ტოლი. თუმცა, ექსპერიმენტულად დადასტურდა, რომ ენერგეტიკულ ველს შეუძლია მიიღოს როგორც უარყოფითი, ასევე დადებითი მუხტი. არსებობს ჰიპოთეზა, რომ სამყარო წარმოიშვა ზუსტად აღგზნებული ფიზიკური ვაკუუმის პირობებში.

ფიზიკური ვაკუუმის სტრუქტურა ჯერ კიდევ არ არის ბოლომდე შესწავლილი, თუმცა ცნობილია მისი მრავალი თვისება. დირაკის ხვრელების თეორიის მიხედვით, კვანტური ველი შედგება მოძრავი კვანტებისგან იდენტური მუხტით, რომელთა შემადგენლობა ტალღის ნაკადების სახით მოძრაობს.

ფიზიკური მეცნიერების შესწავლის ობიექტებია მატერია, მისი თვისებები და სტრუქტურული ფორმები, რომლებიც ქმნიან ჩვენს გარშემო არსებულ სამყაროს. თანამედროვე ფიზიკის ცნებების მიხედვით არსებობს ორი სახის მატერია: სუბსტანცია და ველი. ნივთიერება არის მატერიის ტიპი, რომელიც შედგება ფუნდამენტური ნაწილაკებისგან, რომლებსაც აქვთ მასა. ნივთიერების უმცირესი ნაწილაკი, რომელსაც აქვს ყველა მისი თვისება - მოლეკულა - შედგება ატომებისგან. მაგალითად, წყლის მოლეკულა შედგება ორი წყალბადის ატომისა და ერთი ჟანგბადის ატომისგან. რისგან შედგება ატომები? ყოველი ატომი შედგება დადებითად დამუხტული ბირთვისაგან და მის გარშემო მოძრავი უარყოფითად დამუხტული ელექტრონებისაგან (ნახ. 21.1).

ელექტრონის ზომა მდე

თავის მხრივ, ბირთვები შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან.

შეგიძლიათ დასვათ შემდეგი შეკითხვა. რისგან შედგება პროტონები და ნეიტრონები? პასუხი ცნობილია - კვარკებიდან. რაც შეეხება ელექტრონს? თანამედროვე საშუალებებინაწილაკების სტრუქტურის კვლევები ამ კითხვაზე პასუხის გაცემის საშუალებას არ გვაძლევს.

ველი, როგორც ფიზიკური რეალობა (ანუ მატერიის ტიპი) პირველად შემოიღო მ.ფარადეიმ. მან თქვა, რომ ფიზიკურ სხეულებს შორის ურთიერთქმედება ხდება სპეციალური ტიპის მატერიის მეშვეობით, რომელსაც ველი ეწოდება.

ყოველი ფიზიკური ველი უზრუნველყოფს გარკვეული ტიპის ურთიერთქმედებას მატერიის ნაწილაკებს შორის. ნაპოვნია ბუნებაში ურთიერთქმედების ოთხი ძირითადი ტიპი: ელექტრომაგნიტური, გრავიტაციული, ძლიერი და სუსტი.

დამუხტულ ნაწილაკებს შორის შეინიშნება ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება. ამ შემთხვევაში შესაძლებელია მიზიდულობა და მოგერიება.

გრავიტაციული ურთიერთქმედება, რომლის მთავარი გამოვლინება კანონია უნივერსალური გრავიტაცია, გამოიხატება სხეულების მიზიდულობაში.

ძლიერი ძალა არის ჰადრონებს შორის ურთიერთქმედება. მისი მოქმედების რადიუსი არის m-ის რიგის, ანუ ატომის ბირთვის ზომის რიგის მიხედვით.

და ბოლოს, ბოლო ურთიერთქმედება არის სუსტი ურთიერთქმედება, რომლის მეშვეობითაც ისეთი გაუგებარი ნაწილაკი, როგორიც ნეიტრინოა, რეაგირებს მატერიასთან. კოსმოსში ფრენისას, დედამიწასთან შეჯახებისას, ის ხვრევს მას პირდაპირ. პროცესის მაგალითი, რომელშიც სუსტი ურთიერთქმედება ვლინდება, არის ნეიტრონის ბეტა დაშლა.

ყველა ველს აქვს ნულის ტოლი მასა. ველის თვისებაა მისი გამტარიანობა სხვა ველებისა და ნივთიერებების მიმართ. ველი ემორჩილება სუპერპოზიციის პრინციპს. ერთიდაიგივე ტიპის ველებს ზედდადგმისას შეუძლიათ ერთმანეთის გაძლიერება ან შესუსტება, რაც მატერიისთვის შეუძლებელია.

კლასიკური ნაწილაკები ( მატერიალური ქულები) და უწყვეტი ფიზიკური ველები - ეს ის ელემენტებია, საიდანაც შედგენილია სამყაროს ფიზიკური სურათი კლასიკური თეორია. თუმცა, მატერიის სტრუქტურის ასეთი ორმაგი სურათი ხანმოკლე აღმოჩნდა: მატერია და ველი გაერთიანებულია კვანტური ველის ერთ კონცეფციაში. ახლა ყველა ნაწილაკი არის ველის კვანტი, ველის განსაკუთრებული მდგომარეობა. ველის კვანტურ თეორიაში არ არსებობს ფუნდამენტური განსხვავება ვაკუუმსა და ნაწილაკს შორის, განსხვავება მათ შორის არის განსხვავება ერთი და იგივე ფიზიკური რეალობის ორ მდგომარეობას შორის. კვანტური თეორიასფეროებში ნათლად ჩანს, რატომ არის სივრცე მატერიის გარეშე შეუძლებელია: „სიცარიელე“ მხოლოდ მატერიის განსაკუთრებული მდგომარეობაა, სივრცე კი მატერიის არსებობის ფორმაა.

ამრიგად, მატერიის დაყოფა ველად და სუბსტანციად, როგორც მატერიის ორ ტიპად, პირობითია და გამართლებულია კლასიკური ფიზიკის ფარგლებში.

ჩვენ არ შეგვიძლია დავაკვირდეთ ჩვენი სამყაროს უმეტეს ნაწილს - სამყაროს მასის 95% არის ბნელი მატერია და ბნელი ენერგია. რისგან შედგება ბნელი მატერია, ჯერჯერობით უცნობია, მაგრამ არსებობს ვარაუდი, რომ ეს შეიძლება იყოს აქსიონები, ელემენტარული ნაწილაკები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან დროის სიმეტრიის შენარჩუნებაზე.

ამისთვის ადამიანის ცნობიერებაწარსული და მომავალი საპირისპირო განზომილებებია: ჩვენ გვახსოვს პირველი, ველოდებით მეორეს. ფილმი, რომელიც დასასრულით იწყება, არარეალურად გვეჩვენება. ჩვენი წარსულიდან მომავლისკენ არის მიმართული.

როგორც ჩანს, დროის მიმართულება ურყევია. მაგრამ თუ ჩვენ გადავიღებთ ფილმს სუბატომურ ნაწილაკებზე, აღმოვაჩენთ, რომ მისი ასახული ვერსია საკმაოდ ზუსტად ასახავს რეალობას. ფიზიკის ფუნდამენტური კანონები, ზოგიერთი გამონაკლისის გარდა, მართალია დროის ნებისმიერი მიმართულებით: დროის ისარი მათთვის შექცევადია.

თუ ფორმალური ლოგიკის კანონებს მივყვებით, დროის უკუქცევა რადიკალურად უნდა შეიცვალოს ფიზიკური კანონები. მაგრამ სინამდვილეში ეს ასე არ არის. ამ ფენომენის აღსაწერად ფიზიკოსები იყენებენ ტერმინებს „T-ინვარიანტობა“ ან „T-სიმეტრია“.

განსხვავებით ფუნდამენტური კანონებიფიზიკოსები, ჩვენი ყოველდღიური ცხოვრებაარღვევს T-ინვარიანტობას. ეს აშკარა შეუსაბამობა მიგვიყვანს კითხვამდე: რატომ არის რეალური სამყარო „T-ასიმეტრიული“? შესაძლებელია თუ არა, რომ არსებობენ არსებები, რომლებიც ახალგაზრდულნი ხდებიან, სანამ ასაკი ვართ? და შეგვიძლია გამოვიყენოთ რაიმე ფიზიკური პროცესი დროის უკან დასაბრუნებლად?

სამწუხაროდ, მეცნიერებას ჯერ არ შეუძლია ზუსტი პასუხის გაცემა. მაგრამ ჩვენ შეგვიძლია გამოვიცნოთ საერთოდ რატომ არსებობს T-სიმეტრია. თანამედროვე ვერსია უფრო ღრმა და რთულია, ვიდრე 50 წლის წინანდელი ვარაუდები, მაგრამ მას ასევე აქვს ხვრელი. და თუ მეცნიერება გაერკვევა, ალბათ ჩვენ შევძლებთ გავიგოთ ბნელი მატერიის არსი - სამყაროს მატერიის უხილავი ნაწილი. მაგრამ ბნელი მატერიის შესახებ - ცოტა მოგვიანებით.

T-სიმეტრიის შესწავლის ისტორია 1956 წელს დაიწყო. იმ დროს მეცნიერებმა თ.დ. ლი და ს.ნ. იანგი ფიქრობდა P-ინვარიანტობის არსებობაზე, T-სიმეტრიის სივრცითი ანალოგი. თუ P-ინვარიანტობა არსებობდა, მაშინ მოვლენები შეიძლება აისახოს როგორც სარკეში. თუმცა, ლი და იანგის ექსპერიმენტების შედეგებმა აჩვენა, რომ P-ინვარიანტობა ჩნდება მხოლოდ გრავიტაციული, ელექტრომაგნიტური და ძლიერი ურთიერთქმედებებისთვის. ის არ არსებობდა სუსტი ურთიერთქმედებისთვის.

შემდეგ ფიზიკოსები სივრცითი სიმეტრიიდან დროებითზე გადავიდნენ ოწ. T-ინვარიანტობის არსებობა გარკვეული პერიოდის განმავლობაში აქსიომა იყო - სანამ 1964 წელს მეცნიერთა ჯგუფმა ჯეიმს კრონინისა და ვალენტინა ფიჩის ხელმძღვანელობით არ აღმოაჩინა სუსტი ეფექტი K-მეზონების დაშლაში, რომელიც არღვევს დროის სიმეტრიას. ამ აღმოჩენამ ფიზიკოსები გააოცა: როგორ შეიძლება T-სიმეტრია იყოს ზუსტიც და მიახლოებითიც? ეს პრობლემა მაკოტო კობაიაშიმ და ტოშიჰიდე მასკავამ მოაგვარეს. 1973 წელს მათ შესთავაზეს, რომ სავარაუდო T-ინვარიანტობა სხვა, უფრო ღრმა პრინციპების მხოლოდ შემთხვევითი შედეგია.

იმ დროისთვის, ნაწილაკების ფიზიკის სტანდარტული მოდელის მონახაზი გადაიზარდა მძლავრ, ემპირიულად წარმატებულ თეორიულ ჩარჩოში. იგი ეფუძნება ფარდობითობის თეორიას, კვანტურ მექანიკას და ერთგვაროვნების მათემატიკურ წესს. მაგრამ ამ იდეების დაკავშირება რთული იყო: ისინი ერთად ზღუდავენ ძირითადი ურთიერთქმედების შესაძლებლობებს.

კობაიაშიმ და მასკავამ განაცხადეს, რომ თუ ფიზიკა შემოიფარგლებოდა იმ დროს ცნობილი ნაწილაკების ორი ოჯახით, კვარკებითა და ლეპტონებით, მაშინ ყველა ურთიერთქმედება დაემორჩილებოდა T-სიმეტრიას. მაგრამ კრონინისა და ფიჩის აღმოჩენამ ნათელი მოჰფინა ნაწილაკების მესამე ჯგუფის არსებობას, რომლებიც არღვევენ T-სიმეტრიას. შემდგომში ეს ნაწილაკები რეალურად აღმოაჩინეს.

თუმცა, ამბავი ამით არ მთავრდება. კობაიაშისა და მასკავას ჰიპოთეზაში ხარვეზი იყო. ჟერარდ ტ'ჰოფტმა აღმოაჩინა ურთიერთქმედების ახალი ტიპი, რომელიც არღვევს T-სიმეტრიას - და ეს სიურპრიზი იყო თეორიული ფიზიკოსებისთვის. T-სიმეტრიის დარღვევა ამ შემთხვევაში უფრო აშკარა იყო, ვიდრე კრონინსა და ფიჩში. თუმცა ბუნება ჯიუტად იგნორირებას უკეთებს ამ ხარვეზს – T-ინვარიანტობა მკაცრად არის დაცული.

T-სიმეტრიის ხელშეუხებლობის მხოლოდ ერთმა ახსნამ გაუძლო დროს. ეს არის რობერტო პეჩეის და ჰელენ ქუინის იდეა სტანდარტული მოდელის გაფართოების შესახებ განეიტრალებელი ველის მეშვეობით, რომლის ქცევა განსაკუთრებით მგრძნობიარეა ახალი t'Hooft ურთიერთქმედების მიმართ. თუ არსებობს ახალი ურთიერთქმედება, ნეიტრალიზაციის ველი არეგულირებს საკუთარ სიდიდეს ამ ურთიერთქმედების ეფექტის კომპენსაციის მიზნით. ასეთი განეიტრალებელი ველი, თურმე, ხურავს ჩვენს ხვრელს. განეიტრალებელი ველის მიერ წარმოქმნილ ნაწილაკებს აქსიონები ეწოდა.

თეორიის თანახმად, აქსიონები ძალიან მსუბუქი, ხანგრძლივი ნაწილაკებია, რომლებიც სუსტად ურთიერთქმედებენ მატერიასთან. მაგრამ ჩვენ არაფერი ვიცით მათი მასის შესახებ: ის მდგომარეობს ღირებულებების ფართო სპექტრში. იგივე პრობლემა იყო სხვა ნაწილაკებთან: ჰიგსის ბოზონთან, ხიბლი კვარკთან და ზედა კვარკთან - სანამ ამ ნაწილაკებს აღმოაჩენდნენ, თეორიამ იწინასწარმეტყველა ყველა მათი თვისება, გარდა მათი მასის ღირებულებისა. აღმოჩნდა, რომ აქსიონის ურთიერთქმედების ძალა მისი მასის პროპორციულია. ამიტომ აქსიონის მასის კლებასთან ერთად ის სულ უფრო და უფრო გაუგებარი ხდება.

ადრე ფიზიკოსები ყურადღებას ამახვილებდნენ მოდელებზე, რომლებშიც აქსიონი მჭიდროდ იყო დაკავშირებული ჰიგსის ბოზონთან. გარდა ამისა, ვარაუდობდნენ, რომ აქსიონის მასა უნდა იყოს 10 კევ-ის რიგით - ელექტრონის მასის ორმოცდამეათეედი. ექსპერიმენტების უმეტესობა, რომელზეც ადრე ვისაუბრეთ, სწორედ ასეთ აქსიონს ეძებდა - მაგრამ აღმოჩნდა, რომ ასეთი აქსიონები არ არსებობს. ამიტომ, მეცნიერებმა გადაწყვიტეს გადასულიყვნენ ბევრად უფრო დაბალ აქსიონურ მასებზე.

ასეთი აქსიონები პირველივე წუთებში უხვად უნდა წარმოებულიყო დიდი აფეთქება. თუ აქსიონები მართლაც არსებობს, მაშინ მათ უნდა შეავსონ სამყარო ეგრეთ წოდებული აქსიონის სითხის სახით. და ამ სითხემ უნდა მოახდინოს გავლენა სამყაროს საერთო მასის სიმკვრივეზე, რადგან აქსიონებს აქვთ მასა. აქსიონების მასა დაახლოებით ბნელი მატერიის მასის ტოლია - სინამდვილეში, იდუმალი ნივთიერება, რომელიც ავსებს სამყაროს 22%-ს, შეიძლება შედგებოდეს ამ ჰიპოთეტური ნაწილაკებისგან.

აქსიონების ექსპერიმენტული ძებნა რამდენიმე ფრონტზე გრძელდება. ორი ყველაზე პერსპექტიული ექსპერიმენტი მიზნად ისახავს აქსიონის სითხის პოვნას. ერთ-ერთი მათგანი, ADMX (Axion Dark Matter eXperiment), იყენებს სპეციალურ ულტრამგრძნობიარე ანტენებს ფონის აქსიონებად გადაქცევისთვის. ელექტრომაგნიტური პულსები. მეორე, CASPer (კოსმიური აქსიონის სპინის პრეცესიის ექსპერიმენტი), ეძებს მცირე რყევებს ბირთვული ტრიალების მოძრაობაში, რაც შეიძლება გამოწვეული იყოს აქსიონის სითხით. გარდა ამისა, ეს რთული ექსპერიმენტები გვპირდება დაფარავს შესაძლო აქსიონის მასების თითქმის მთელ დიაპაზონს. შესაძლოა, თუ ეს ექსპერიმენტები აქსიონების არსებობას დაამტკიცებს, გავიგებთ, რისგან შედგება სინამდვილეში ბნელი მატერია.