Структурность и системность материи

Структурность и системность являются важнейшими атрибутами материи. Они выражают упорядоченность существования материи и те конкретные формы, в которых она проявляется. Под структурой материи понимают ее строение, существование в виде атомов, молекул, элементарных частиц и др. В понятие структуры материи включаются также различные макроскопические тела, все космические системы мегамира. Таким образом, материя в целом проявляется в существовании бесконечного многообразия систем, тесно связанных между собой. Из всего многообразия форм материи доступной для наблюдения конечная область материального мира, которая лежит в области от 10-15 см до 1020 см (примерно 20 млрд световых лет). Во времени эта область простирается до 2101 лет. В этих масштабах структурность материи осуществляется в виде множества иерархически связанных систем: Метагалактика, отдельная галактика, звездная система, планета, отдельные тела, молекулы, атомы, элементарные частицы.

Долгое время атом считали последним пределом делимости материи и тем кирпичиком, из которого сложены все предметы и явления нашего мира. Но уже к началу двадцатого века выяснилось, что это не так. Были открыты электрон, протон, нейтрон и другие элементарные частицы. Число открываемых элементарных частиц все более возрастает и сейчас их известно более 300. У большинства элементарных частиц известны античастицы, отличающиеся противоположными знаками заряда и магнитного момента: электрон - позитрон, протон - антипротон, нейтрон - антинейтрон, нейтрино - антинейтрино и т.д. Все другие свойства античастиц аналогичны свойствам обычных частиц.. Из них могут образовываться устойчивые атомные ядра , атомы, молекулы и антивещество, подчиняющееся тем же законам, что и обычное вещество. При соприкосновении вещества с антивеществом происходит аннигиляция: превращение частиц и античастиц в фотоны и мезоны больших энергий.Основные формы материи часто делят на вещество и поле. Такое деление имеет некоторый смысл, но оно ограничено. Под веществом понимают различные частицы и тела, которые обладают массой покоя. Поля обладают энергией, импульсом и множеством других свойств. В структуре вещества все внутреннее пространство «занято» полями. На долю собственно частиц приходится ничтожная часть общего объема системы- примерно 10-36 - 10-40 объема, т. е. поля входят в структуру вещества. В тоже время квантами полей выступают частицы, относящиеся к веществу. В этой неразрывной связи видно одно из важнейших проявлений единства прерывности и непрерывности в структуре материи. Частицы и поля дуалистичны. При этом поля не являются абсолютно континуальными средами, т.е. не являются сплошными материальными средами. При излучении и поглощении они проявляются относительно дискретно - в виде квантов, фотонов, мезонов и т.д. Кванты полей взаимодействуют с частицами вещества как дискретные образования. Микрочастицы вещества обладают двойственной природой: природой частицы и волны одновременно. Их волновые свойства описываются уравнением волны де Бройля  λ =h/p, где h - постоянная Планка, p=mv, m -масса частицы, v - скорость ее движения.

И поле, и вещество обладают определенными физическими параметрами. Так, волна описывается длиной, фазой, амплитудой и их изменениями во времени и пространстве. Частица характеризуется иным набором параметров: спин, заряд, масса покоя, время жизни и ряд квантовых чисел.

Важнейшей характеристикой микрочастицы является спин, собственный момент количества движения. В классической механике такая величина характеризует вращение тела. Но для микрочастиц такое определение теряет смысл, так как элементарные частицы невозможно представить вращающимися крохотными волчками. Для микрочастиц спин характеризует внутреннюю степень свободы, обеспечивающую ей дополнительное физическое состояние. В отличие от классического момента количества движения, который может принимать любые значения, спин квантуется, т.е. принимает определенные дискретные значения, пропорциональные постоянной Планка. Коэффициент пропорциональности называется спиновым квантовым числом. У одних частиц он имеет целочисленное значение (0,1,2 ), а у других - полуцелые значения (1/2, 3/2...).

ПРОСТРАНСТВО и ВРЕМЯ - основные формы существования материи и в этом проявляется их универсальность и всеобщность. Традиционно считается, что пространство трёхмерно. Это очень убедительно показано П.С.Эренфестом. Время имеет одно измерение. Пространство выражает порядок расположения одновременно существующих объектов. Время показывает последовательность существования сменяющих друг друга явлений - от прошлого к будущему. Развитие естествознания показало, что пространство и время не могут существовать независимо от материальных процессов и отдельно друг от друга. Пространство и время не просто связаны с движущейся материей. Движение материи - это сущность пространства и времени. Естествознание XVII-XIX вв., трактуя объективность пространства и времени, рассматривало их, вслед за Ньютоном, в отрыве друг от друга, как нечто самостоятельное, существующее совершенно независимо от материи и движения. В соответствии с атомистическими взглядами древних натурфилософов (Демокрит, Эпикур) естествоиспытатели почти вплоть до XX в. отождествляли пространство с пустотой, считая его абсолютным, всегда и повсюду одинаковым и неподвижным, а время - протекающим равномерно. Современная физика отбросила старые представления о времени как едином для всей бесконечной Вселенной и о пространстве как пустом вместилище тел.