ПРИРОДА МАТЕРИИ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ КОРПУСКУЛЯРНАЯ И КОНТИНУАЛЬНАЯ

ПРИРОДА МАТЕРИИ, ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ: КОРПУСКУЛЯРНАЯ И КОНТИНУАЛЬНАЯ КОНЦЕПЦИИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ профессор КОЗЛОВ ВИКТОР КОНСТАНТИНОВИЧ

«Через пространство и время все обозначено числом три, и троичность есть наиболее общая характеристика бытия» Павел Флоренский (1882 -1943)

КАТЕГОРИИ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ПРИРОДЕ МАТЕРИИ

ЭТАПЫ ПОЗНАНИЯ ЧЕЛОВЕКОМ ПРИРОДЫ Этап натурфилософии древних культур, античности и эпохи Возрождения. l l Аналитический этап. l Синтетический этап. Этап принципиально новой натурфилософии l (позитивный путь развития науки Постмодерна ? )

ЭВОЛЮЦИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О МАТЕРИИ l В эпоху первых атомистических концепций античности материя понималась как субстанция, основа всего сущего в мире. Из материи «построены» все другие тела во Вселенной. Атомизм Левкиппа , Демокрита (V-IV в. до н. э) - это классическое выражение такого понимания материи. l Платоном (427 -347 гг. до н. э. ) представление о материи использовалось для обозначения субстрата вещей, противостоящего их идее. l Аристотель (384 -322 гг. до н. э. ) признавал объективное существование материи. Материя вечна, несотворима и неуничтожима. l В средневековой философии (до XVII в. н. э. ) в материи видели проявление принципа множества и индивидуалзации. l Томас Гоббс (1588 -1689 гг. ) определял материю как тело (субстанцию), рассматриваемое в отношении его формы (акциденции). Сущностью материи является ее протяженность. Гоббс мыслил реально существующую материю как «вторую материю» , или конкретный субстрат вещей определенного вида. «Первая материя» , это – материя вообще, общая для всех вещей.

ТВОРЕЦ ПЕРВОЙ РЕВОЛЮЦИИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ

ЭВОЛЮЦИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О МАТЕРИИ l Джон Локк (1632 -1704 гг. ) считал, что материя есть протяженная плотная субстанция, однако это - мыслимое нами нечто, нечто такое, что является носителем первичных качеств (акциденций) протяженности и плотности. l Джорж Беркли (1685 -1753 гг. ) отрицал существование материи. l Поль Гольбах (1723 -1789 гг. ) считал, что материей является всё то, что действует на наши органы чувств. Невозможность чувственного восприятия объектов микромира заставила обратиться к математическим моделям. Возникло представление об «исчезновении материи» , о победе идеализма. l Материализм традиционно связан с механически-вещественным пониманием материи. В наибольшей степени это отражено в доктрине марксизма-ленинизма (XIX-XX в. н. э. )

МАТЕРИЯ ПРЕДСТАВЛЕНА НА СЛЕДУЮЩИХ УРОВНЯХ l Мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей. l Макромир – мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыт. l Микромир – мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых человеком микрообъектов.

Мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет.

Макромир – мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время – в секундах, минутах, часах, годах.

Микромир – мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых человеком микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10 -8 до 10 -6 см, а время жизни – от бесконечности до 10 -24 сек.

МАТЕРИЯ КАК ОБЪЕКТИВНАЯ ФОРМА СУЩЕГО Атрибуты материи, или всеобщие формы её бытия: l l движение, пространство, l время. Движение, пространство, время не могут существовать вне материи. Не может быть и материальных объектов, которые не обладали бы пространственно-временными характеристиками (свойствами).

ВИДЫ МАТЕРИИ В ФИЗИКЕ В современной физике различают три вида материи: l вещество, l l поле, физический вакуум.

ФИЗИЧЕСКИЙ ВАКУУМ l Физический вакуум – самое низшее энергетическое состояние квантового поля. Среднее число частиц в вакууме равно нулю. Там существуют виртуальные частицы со временем жизни 10 -18 с. Вакуум «кипит» этими частицами, но они обладают очень низкой энергией. l Одной из особенностей вакуума является наличие в нем полей с энергией, равной нулю и без реальных частиц (электромагнитное поле без фотонов, пионное поле без пи-мезонов, электронно-позитронное поле без электронов и позитронов).

ФИЗИЧЕСКИЙ ВАКУУМ Физический вакуум проявляется только при достаточно большой энергии - виртуальные частицы начинают взаимодействовать с реальными частицами. l l Физический вакуум является основой Вселенной.

l Поле – особое состояние среды, в каждой точке которой заданы параметры, характеризующие состояние вещества. Эти параметры непрерывно и плавно меняются от точки к точке. l l Поле является материальным фактором, который приводит к взаимодействию тел. В макромире поле противоположно веществу (не имеет массы, непрерывно /не дискретно/). l В микромире нет раздельно поля и вещества, там присутствует корпускулярно-волновой дуализм.

l l l Поле должно колебаться. Наличие колебаний неотъемлемое свойство поля. В физике считается, что при колебаниях рождаются и исчезают кванты. Колеблется электромагнитное поле – рождаются и пропадают фотоны, колеблется пионное поле – появляются и исчезают пимезоны Колебания в вакууме часто называют нулевыми потому, что там нет частиц.

l l Состояние материального объекта характеризуется физическими величинами, или параметрами состояния: координаты, энергия, температура, масса, спин, энтропия, состав. Переход от одного состояния к другому есть движение материи.

ФОРМЫ ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИИ (УРОВНИ ЕЕ СУЩЕСТВОВАНИЯ) ◄ механическая, ◄физическая, ◄ химическая, ◄ биологическая, ◄ социальная Фридрих Энгельс

ФОРМЫ ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИИ Формы движения материи — основные типы движения и взаимодействия материальных объектов, выражающие их целостные изменения. Эти формы представлены: l в неорганической (неживой) природе, l l в живой природе, в социуме (в сообществе людей).

ФОРМЫ ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИИ В НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ПРИРОДЕ l перемещение тел в пространстве, движение элементарных частиц и полей — электромагнитные, гравитационные, сильные и слабые физические взаимодействия, процессы превращения элементарных частиц, l l движение и превращение атомов и молекул, включающее в себя химические реакции, изменения в структуре макроскопических тел — тепловые процессы, изменение агрегатных состояний, звуковые колебания, l геологические процессы (процессы, происходящие в геосфере Земли), l l изменение космических систем различных размеров: планет, звезд, галактик и их скоплений.

ФОРМЫ ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИИ В ЖИВОЙ ПРИРОДЕ l l саморегуляция, управление и воспроизводство в биоценозах и других экологических системах, l l обмен веществ, взаимодействие всей биосферы с природными системами Земли, внутриорганизменные биологические процессы (направлены на обеспечение сохранения организмов, поддержание стабильности внутренней среды в меняющихся условиях существования), l надорганизменные процессы (выражают отношения между представителями различных видов в экосистемах и определяют их численность, зону распространения, или ареал; направленность эволюции).

ФОРМЫ ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИИ В СОЦИУМЕ l многообразные проявления сознательной деятельности людей, l все высшие формы отражения целенаправленного преобразования действительности.

Примеры движения материи в более широком смысловом контексте: ● механическое движение, ● колебательное и волновое движение, ● тепловое движение, ● процессы переноса вещества (диффузия, теплопроводность), ● фазовые переходы вещества (вода, пар, лед), ● радиоактивный распад некоторых элементов, ● химические и ядерные реакции, ● эволюция живых организмов, ● метаболизм веществ у живых организмов.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ Живая природа и соответствующая ей биологическая форма движения материи обладает своим специфическим, присущим лишь ей пространством и временем. Качественная специфика этого вида материи определяется: l l ◄ наличием обмена веществ, ◄ саморазвитием, ◄ саморегуляцией, ◄ способностью к самовоспроизведению. В наиболее общей философской форме эти признаки применительно к живому характеризуют его самодвижение. Движение, выступая сущностью пространства и времени, определяющим образом воздействуют на характер этих форм. l Специфика пространственных и временных отношений в живой природе определяется тем обстоятельством, что l «живая природа сама формирует свое пространство и свое время; имеет место самопростирание и самопрохождение (времени) аналогично ее самодвижению» .

Еще в тридцатые годы академик В. И. Вернадский писал о том, что пространственная организация живых систем уступает по сложности временной организации.

«Биологическое пространство характеризуется качественно новыми пространственными формами и строениями, видами симметрии, невозможными для затвердевшего (окристаллизованного) вещества, проявлениями правизны и левизны в живом веществе — на молекулярном и морфологическом уровне живых организмов, по-видимому, не совместимом с эвклидовым типом пространства, наличием в симметрии организмов кривых линий и поверхностей, резким обособлением пространства организмов от окружающей среды и их ростом» Ю. А. Урманцев, Ю. П. Трусов

ОТЛИЧИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОСТРАНСТВ ОТ ФИЗИЧЕСКИХ l l l «неэвклидовость» , новые виды симметрии, наличие в биологическом пространстве кривых линий и поверхностей, обособленность биологического пространства от окружающей среды. «биологических пространств, вероятно, не одно, а множество, возможно, бесконечное множество, причем одни из них переходят в другие. В настоящее время ни одна из существующих геометрий не в состоянии описать всех особенностей биологических пространств.

ФОРМЫ БИОЛОГИЧЕСКОГО ВРЕМЕНИ l l биологическое время, или время организмов, проявляется в трех основных формах: время существования особи, под которым понимается период ее индивидуального функционирования; время смены поколений, понимаемое как время существования вида; время смены форм жизни одновременно со сменой поколений, рассматриваемое как время существования жизни на нашей планете. В. И. Вернадский

МОДЕЛЬ СИСТЕМНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ В ТРЕХ ВАРИАНТАХ ПРОЧТЕНИЯ Д УХ ИНФОРМАЦИЯ РЕГУЛЯЦИЯ Д УША ЭНЕРГИЯ МЕТАБОЛИЗМ Т ЕЛО МАТЕРИЯ МОРФОЛОГИЯ СОВРЕМЕННАЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ СОВРЕМЕННАЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ ДРЕВНЯЯ ХОЛИСТИЧЕСКАЯ

ВТОРАЯ ГЛОБАЛЬНАЯ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ Переход от геоцентризма к гелиоцентризму и полицентризму - учению о множественности звездных миров Вместо частного учения о непосредственно наблюдаемой солнечной планетной системе возникло общее учение о потенциально бесконечном иерархическом звездном мире, с действующим в нем законом всемирного тяготения Ньютона. Эта революция свершилась в эпоху Возрождения, на рубеже XV- XVI веков и связывается с именем Николая Коперника (1473 -1543 гг. ). l

ПРОСТОЕ (МЕХАНИЧЕСКОЕ) ДВИЖЕНИЕ И ЕГО ПАРАМЕТРЫ Исторически первым приложением методов науки к исследованию проблем реального физического мира стало изучение простых (механических) движений. Для характеристики движения вводится набор измеряемых параметров движения: ● траектория (s), ● скорость (v), ● ускорение (a), ● масса (m), ● сила (F), ● импульс (p), ● энергия (E). В законах механики Ньютона эти параметры четко описывают разнообразные изменения состояния дискретных объектов природы. Примеры движений: движущиеся атомы, электрический ток как направленное движение электронов, движение планет вокруг Солнца, перемещение любых объектов в пространстве.

Галилео Галилей (1564 -1642 гг. ). Известен как продолжатель учения Николая Коперника о гелиоцентрической картине мира.

Галилео Галилей СФОРМУЛИРОВАЛ: принцип инерции и понятие инерциальных систем l (т. е. движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга); l принцип относительности (на ускорения тел, явившиеся следствием их силового взаимодействия, относительное движение систем отсчета никакого влияния не оказывает, никакими механическими опытами невозможно установить, какая из систем движется); l понятие ускорения (скорости изменения скорости), как результата действия силы на тело, разграничил равномерное, неравномерное и ускоренное движения; l закон независимости действия сил (принцип суперпозиции).

Иоганн Кеплер (1571 -1630 гг. ) - немецкий астроном и математик, открывший законы движения планет. Известнейший астролог своего времени

Исаак Ньютон (1642 -1727 гг. ) - один из создателей классической физики. Фундаментальный научный труд «Математические начала натуральной философии» , в котором изложены закон всемирного тяготения и три закона механики, ставшие основой классической механики. Разработал дифференциальное и интегральное исчисление, теорию цвета и многие другие математические и физические теории.

Исаак Ньютон «Сэр Исаак Ньютон почти божественной силой своего ума впервые объяснил с помощью математического метода движение и формы планет, пути комет, приливы и отливы океана. Он первый исследовал разнообразие световых лучей и проистекающие отсюда особенности цветов, которых до того времени никто даже не подозревал. l Прилежный, проницательный и верный истолкователь природы, древностей и Священного Писания. Он прославил – в своем учении всемогущего Творца. l Требуемую Евангелием простоту он доказал своей жизнью. Пусть смертные радуются, что в их среде жило такое украшение человеческого рода» . l l - один из создателей классической механики.

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИИ l l несотворимость и неуничтожимость, вечность существования во времени и бесконечность в пространстве, материи всегда присущи движение и изменение, саморазвитие, превращение одних состояний в другие состояния, все явления связанные с материей обусловлены (детерминированы), причинность — зависимость явлений и предметов от структурных связей в материальных системах и внешних воздействий, от порождающих их причин и условий, l l Отражение — проявляется во всех процессах, но свойство отражения зависит от структуры взаимодействующих систем и характера внешних воздействий. Историческое развитие свойства отражения приводит к появлению высшей его формы — абстрактного мышления.

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ СУЩЕСТВОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ МАТЕРИИ (ЗАКОНЫ ДИАЛЕКТИКИ) Закон единства и борьбы противоположностей, l Закон перехода количественных изменений в качественные, l l Закон отрицания.

АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА У вещества имеется четыре агрегатных состояния: l твердое, l l жидкое, газообразное, l плазма

МАКРОМИР: ВЗАИМООТНОШЕНИЕ ВЕЩЕСТВО-ПОЛЕ В макромире поле противоположно веществу (не имеет массы, непрерывно). l

МАКРОМИР-МЕГАМИР: СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОСТРАНСТВЕ И ВРЕМЕНИ Трехмерное пространство и одномерное время превратились в относительные проявления четырехмерного пространственно-временного континуума. l Время течет по-разному для тех, кто движется с разной скоростью. Вблизи тяжелых предметов время замедляется, а при определенных обстоятельствах время может и совсем остановиться. l l

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРИРОДЕ КОСМИЧЕСКИХ СИЛ ВО ВСЕЛЕННОЙ Законы Евклидовой геометрии более не являются обязательными для устройства мира в масштабах Вселенной. l Планеты движутся по своим орбитам не потому, что их притягивает к Солнцу некая сила, действующая на расстоянии, а потому, что само пространство искривлено. l

ТРЕТЬЯ ГЛОБАЛЬНАЯ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ l l l Провозглашает принципиальный отказ от всякого центризма, какой-либо центр во Вселенной отрицается. Мировоззренческая революция связана с формулировкой теории относительности А. Эйнштейном, включающей релятивистскую (относительную) теорию пространства, времени и гравитации. Метагалактика - вся наша астрономическая наблюдаемая Вселенная как целое, стала описываться однородной и изотропной, безграничной релятивистской космологической моделью.

Альберт Эйнштейн (1879 -1955 гг. ) Работал над проблемами космологии и единой теории поля. l l l Творец частной и общей теории относительности. Обосновал принципиально новое понимание физической сущности пространства и времени. Создал новую теорию гравитации взамен ньютоновской. l l Совместно с М. Планком заложил основы квантовой теории.

МИКРОМИР: ДУАЛИЗМ МАТЕРИИ - «ЧАСТИЦА-ВОЛНА» , «ВЕЩЕСТВО-ПОЛЕ» Субатомные феномены обнаруживают себя и как частицы (корпускулы вещества), и как волны поля, демонстрируя свою двойственную природу. l Одновременно вычислить местоположение частицы и измерить ее ускорение невозможно (принцип неопределенности). l Принцип неопределенности в корне подрывает и вытесняет собой лапласовский детерминизм. l Научные наблюдения и объяснения не могут двигаться дальше, не вникая в природу наблюдаемого объекта. Физический мир глазами физика XX века, напоминает не столько огромную машину, сколько необъятную мысль. l l

ХАРАКТЕРИСТИКА НОВЕЙШЕЙ РЕВОЛЮЦИИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ Толчком, или началом (первым этапом) новейшей (третьей) революции в естествознании, приведшей к появлению современной науки, был целый ряд ошеломляющих открытий в физике, разрушивших картину мира в рамках картезианско-ньютоновской космологии. открытие электромагнитных волн (Г. Герц), коротковолнового электромагнитного излучения (К. Рентген), явления радиоактивности (А. Беккерель), l Открытие электрона (Дж. Томсон) и явления светового давления (П. Н. Лебедев), l формулировка М. Планком представления о кванте, l создание теории относительности (А. Эйнштейн), l описание процесса радиоактивного распада некоторых химических элементов (Э. Резерфорд). l

ХАРАКТЕРИСТИКА НОВЕЙШЕЙ РЕВОЛЮЦИИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ В 1913 -1921 годах на основе представлений об атомном ядре, электронах и квантах Н. Бор создает модель атома, разработка которой ведется в соответствии с периодической системой элементов Д. И. Менделеева. Совокупность перечисленных феноменов, явлений и концепций для объяснения этих наблюдений – это тот базис, который обеспечил первый этап новейшей революции в физике и во всем естествознании. Этот этап сопровождался крушением прежних представлений: строении материи и ее свойствах, l формах движения и его закономерностях, l о пространстве и времени. Следствием оказался кризис физики и всего естествознания, проявились признаки более глубокого кризиса философских (метафизических оснований) классической науки. l

ХАРАКТЕРИСТИКА НОВЕЙШЕЙ РЕВОЛЮЦИИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ Второй этап новейшей революции в естествознании начался в середине 1920 -х годов и связан с созданием квантовой механики и ее сочетанием с теорией относительности в новой квантово-релятивистской физической картине мира. На исходе третьего десятилетия XX века практически все главнейшие постулаты, ранее выдвинутые наукой, оказались опровергнутыми: l представление об атомах как твердых, неделимых и раздельных "кирпичиках" материи, l представление о времени и пространстве как независимых абсолютах, l концепция строгой причинной обусловленности всех явлений в природе (детерминизм), l Представление о возможности объективного наблюдения за Природой. Потенциал отрицания ошеломлял: твердые атомы Ньютона, как выяснилось, почти целиком заполнены пустотой, а твердое вещество не является важнейшей природной субстанцией.

ХАРАКТЕРИСТИКА НОВЕЙШЕЙ РЕВОЛЮЦИИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ Началом третьего этапа новейшей революции в естествознании можно считать: l Овладение атомной энергией (40 -е годы XX века), l проведение исследований, приведших к созданию электронно-вычислительных машин и зарождению кибернетики. l В этот же период усилилось влияние химических и биологических знаний на представления о картине мира, возник цикл наук о Земле. l С середины XX века наука окончательно слилась с техникой, приведя к современному научно-техническому прогрессу и изменению уклада жизни цивилизации. Квантово-релятивистская научная картина мира стала первым результатом новейшей революции в естествознании. Другим результатом научной революции стало утверждение неклассического стиля мышления.

СОВРЕМЕННЫЙ СТИЛЬ НАУЧНОГО МЫШЛЕНИЯ Стиль научного мышления – принятый в научной среде способ постановки научных проблем, аргументации и изложения научных результатов, проведения научных дискуссий. Стиль научного мышления регулирует вхождение новых идей в арсенал всеобщего знания, формирует соответствующий тип исследователя – от созерцателя к деятельному преобразователю Природы. l

Современную науку отличает повышение уровня абстрактности представлений, l утрата наглядности при характеристике явлений, что является следствием математизации науки и возможностей оперирования абстрактными и виртуальными структурами, лишенными наглядных прообразов. Изменились логические основания науки. Наука стала использовать такой логический аппарат, который наиболее приспособлен для фиксации деятельного подхода к анализу явлений действительности. l l Активно используются неклассические (неаристотелевские) многозначные логические приемы, имеет место отказ от использования таких классических логических приемов, как закон исключенного третьего.

АБСТРАКЦИЯ (от лат. abstractio — отвлечение, отделение) — процесс мысленного отвлечения одних свойств и отношений вещей и явлений от других. l l При абстрагировании пользуются приемом формирования образов реальности (представлений, понятий, суждений) посредством отвлечения и пополнения, т. е. путём использования лишь части из множества имеющихся сведений или же путем прибавления к этой части новой информации, не вытекающей из имеющихся сведений. l Результатом абстрагирования являются образы реальности. Отвлечением упрощают, а пополнением усложняют образ реальности, причём основой обоих актов могут быть весьма общие принципы и даже теории.

Процесс абстрагирования - это восхождение от чувственноконкретного к абстрактному, но это – лишь первая фаза мышления, продолжение этой фазы - восхождение от абстрактного к конкретному.

ПРИМЕР АБСТРАКЦИИ В ФИЗИКЕ l Обобщение законов движения на область электромагнитных явлений «переводит» фактор конечности скорости материальных взаимодействий из постороннего (для классической механики) в существенный (для релятивистской механики), чем одновременно уточняются и границы применимости абстракций классической механики, в частности границы ее использования и точности. l Отношения между абстракцией и опытом определяются не только характером моделей абстракции, но и метрической организацией опыта, поставляющего эти модели. l Экстраполяция абстракций на новые модели нередко сопровождается улучшением измерительной техники, а повышение точности измерений рано или поздно автоматически заставляет изменять границы экстраполяции.

ПРИМЕР АБСТРАКЦИИ В БИОЛОГИИ Представление о структуре нуклеиновых кислот, кодирующих синтез белков в живых организмах

Одним из главных итогов новейшей революции в науке стало развитие биосферного класса наук и новое отношение к феномену жизни: Жизнь не случайное явление во Вселенной, жизнь - это закономерный результат саморазвития материи, также закономерно приведший к возникновению разума. l Науки биосферного сектора естествознания: почвоведение, биогеохимия, биоценология, биогеография, изучают природные системы, в которых взаимодействуют компоненты неживой и живой природы, то есть реализуется взаимосвязь разнокачественных природных явлений. l В основе биосферных наук лежит естественноисторическая концепция, идея всеобщей связи в природе. Жизнь и живое понимаются как существенный элемент мира, активно участвующий в формировании мира и создавший мир в нынешнем виде. l

Туман рассеется и откроется истина уму пытливому …