Происхождение, развитие и виды материи

 

 

Реферат

по дисциплине:

«Концепции современного естествознания»

на тему:

«Происхождение, развитие и виды материи»

 

 

 

 

 

                                             

                                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                         2013 г

Содержание

 

I. Введение ………………………………………………………………….3

II. Основная часть

   1) Происхождение, развитие и виды материи………………………..4

   2) Кварки и их свойства………………………………………………..7

   3) Четыре состояния веществ. Что такое плазма?……………………8

   4) Почему атом, химический элемент и элементарные частицы так                                      называются?...................................................................................................9

   5) Отличие вещества от поля………………………………….………11

   6) Гравитационная и инертная массы. Их эквивалентность и отличии     друг от друга……………………………………………………….............11

III. Заключение………………………………………………………….…15

IV. Список литературы ……………………………………………….…..16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Материя - объективная реальность, данная человеку в его ощущениях, которые копируются, отображаются нашими ощущениями и существуют независимо  от них.

Нас окружает множество предметов, процессов, свойств и отношений. Некоторые свойства и состояния  вещей во всех превращениях сохраняются. Мыслители назвали их первоматерией. Одни философы считают, что все вещи состоят из жидкой материи (воды), другие - из огненной, третьи - из воды, огня, земли  и воздуха.

На этой основе возникли первые идеи о возникновении Солнечной системы и Земли, гипотезы о строении вещества.

Еще в V веке до н.э. возникла идея об атомном  строении вещества.

В конце XIX века выяснилось, что атом делим и состоит из элементарных частиц – ядер и электронов.    

Возникла необходимость в понимании связи материи, движения, пространства и времени.

Некоторые физики и философы считали, что материально лишь то, что вещественно.

Раньше масса считалась мерой  количества материи. Изменение массы  в связи с изменением скорости движения материи было истолковано так, будто материя исчезает и материализм терпит крах.

С точки зрения диалектики, материя  есть объективная реальность. Она  проявляется в бесчисленных свойствах: движение, пространство, время, отражение.

 

1. Происхождение, развитие и виды материи

Материя — это все то, что прямо или косвенно действует на органы чувств человека и другие объекты. Окружающий нас мир, все существующее вокруг нас представляет собой материю. Неотъемлемое свойство материи — движение. Движение материи — любые изменения, происходящие с материальными объектами в результате их взаимодействия. Материя не существует в бесформенном состоянии, из нее образуется сложная иерархическая система материальных объектов различных масштабов и сложностей. Для естествоиспытателей представляет интерес не материя или движение вообще, а конкретные виды материи и движения.

Вещи – конкретные формы проявления материи.

Пространство и время - всеобщие формы существования материи. Пространство - форма координации сосуществующих объектов, состояний материи. Время - форма координации сменяющихся объектов и их состояний.

Формы развития материи присущи  самым разным формам живой материи - микробам, насекомым и животным, что и является критерием их выявления. Но только люди, овладев познанием мира, научились эти формы развития материи создавать, осваивать и совершенствовать. Другое дело, что для осознанного применения таких знаний важно видеть эти формы как единую иерархию, а иначе этими формами люди оперируют случайно, по наитию или интуиции в отдельности. В мировоззренческой матрице ВНМС формы развития материи составляют иерархию по имени "Экономия", которая определяет одно из двух измерений этой матрицы. При этом в целом эта иерархия определяет области деятельности "человека", "организации" или "социума", а матрицаметодологической надстройки ВНМС позволяет формировать знания для прогресса человека и социума. Благодаря этому, легко понять роль современного государства в обеспечении прогресса человека и общества, хотя пока что многие науки развиваются фрагментарно, в отрыве друг от друга, поэтому их знания не составляют знаний о мире в целом. Современное общество крайне нуждается именно в единых, подлинных знаниях о мире в целом.

Мы не можем утверждать, что такие  же формы не существуют в неживой  материи: она является "колыбелью жизни", а её сложные формы в истории Земли постепенно сформировали и материальные условия для появления и развития форм живой материи - наличие воды, углерода, кислорода, азота, фосфора и так далее. Поэтому наше понятие "форма развития материи" не содержит имени "живая". Формы развития материи обеспечивают сначала жизнь (Природа), а затем и прогресс человечества (Наука, Техника, Технология, Организация и Экономия).

В современном естествознании различают 3 вида материи:

1. Вещество — основной вид материи, обладающий массой. К вещественным объектам относятся элементарные частицы, атомы, молекулы, многочисленные образовавшиеся из них материальные объекты. В химии вещества подразделяются на простые (с атомами одного химического элемента) и сложные (химические соединения). Свойства вещества зависят от внешних условий и интенсивности взаимодействия атомов и молекул. Это и обуславливает различные агрегатные состояния вещества (твердое, жидкое, газообразное + плазма при сравнительно высокой температуре). Переход вещества из одного состояния в другое можно рассмотреть как один из видов движения материи.
2. Физическое поле — особый вид материи, который обеспечивает физическое взаимодействие материальных объектов и систем.

Физические поля:

• Электромагнитное и гравитационное
• Поле ядерных сил
• Волновые (квантовые) поля

      Источник физических полей — элементарные частицы. Направление для электромагнитного поля — источник, заряженные частицы. Физические поля, которые создаются частицами, переносят взаимодействие между этими частицами с конечной скоростью.

      Квантовые теории — взаимодействие обусловлено обменом квантами поля между частицами.

3. Физический вакуум — низшее энергетическое состояние квантового поля. Этот термин введен в квантовой теории поля для объяснения некоторых микропроцессов. Среднее число частиц (квантов поля) в вакууме равно нулю, однако в нем могут рождаться виртуальные частицы, то есть частицы в промежуточном состоянии, существующие короткое время. Виртуальные частицы влияют на физические процессы.

 

Принято считать, что не только вещество, но и поле и вакуум имеют дискретную структуру. Согласно квантовой теории поле, пространство и время в очень  малых масштабах образуют пространственно-временную  среду с ячейками. Квантовые ячейки настолько малы (10^-35–10^-33), что их можно не учитывать при описании свойств электромагнитных частиц, считая пространство и время непрерывными.

Вещество воспринимается как непрерывная сплошная среда.  Для анализа и описания свойств такого вещества в большинстве случаев учитывается только его непрерывность. Однако, то же вещество при объяснении тепловых явлений, химических связей, электромагнитных излучений рассматривается как дискретная среда, которая состоит из взаимодействующих между собой атомов и молекул.

Дискретность  и непрерывность присущи физическому полю, но при решении многих физических задач принято считать гравитационное, электромагнитное и другие поля непрерывными. Однако в квантовой теории поля предполагается, что физические поля дискретны, следовательно, для одних и тех же видов материи характерна прерывность и непрерывность.

Для классического описания природных  явлений достаточно учитывать непрерывные  свойства материи, а для характеристики различных микропроцессов — дискретные.

Непрерывность и  дискретность — неотъемлемые свойства материи.

 

2. Кварки и их свойства, дробный заряд.

      Кварк — элементарная частица в квантовой хромодинамике, рассматриваемая как составная часть адронов. Известно 6 разных видов кварков, для различия которых вводится такое понятие как «аромат». Для краткости кваркам присвоены следующие имена: u-кварк, d-кварк, c-кварк.

     Особенностью кварков является то, что они не наблюдаются в свободном состоянии. Это означает, что хотя они могут быть внутри адронов, но при распаде частиц кварки каким-то образом комбинируются так, что в результате в продуктах распада видны не кварки, а только какие-то элементарные частицы. Данную ситуацию описывают как конфайнмент, то есть удержание кварков внутри адронов.  Вследствие ненаблюдаемости кварков все их свойства определяются путём расчётов косвенным путём через свойства адронов.

U-кварк и d-кварк имеют наименьшие  массы среди кварков. При распадах  адронов, протекающих очень быстро, входящие в состав некоторых  адронов более массивные кварки  должны преобразовываться в конце концов в u-кварки и d-кварки. В семействе адронов только нуклоны, состоящие из u-кварков и d-кварков, имеют наибольшее время жизни, так что маломассивные кварки наиболее стабильны и распространены во вселенной. Для рождения новых адронов и массивных кварков требуются столкновения частиц с большой энергией, как это происходит в ускорителях частиц и при взаимодействии космических лучей с веществом.

  Свойства кварок.

        В силу неизвестных пока причин, кварки естественным образом группируются в три так называемые поколения. В каждом поколении один кварк обладает зарядом +2/3, а другой — −1/3. Подразделение на поколения распространяется также и на лептоны.

Кварки участвуют в сильных, слабых и электромагнитных взаимодействиях. Сильные взаимодействия (обмен глюоном) могут изменять цвет кварка, но не меняют его аромат. Слабые взаимодействия, наоборот, не меняют цвет, но могут менять аромат. Необычные свойства сильного взаимодействия приводят к тому, что одиночный кварк не может удалиться на какое-либо заметное расстояние от других кварков, а значит, кварки не могут наблюдаться в свободном виде (явление, получившее название конфайнмент). Разлететься могут лишь «бесцветные» комбинации кварков — адроны.

 

3. Четыре состояния веществ. Что такое плазма?

Твердое состояние  - агрегатное состояние ВЕЩЕСТВА, в котором вещество имеет относительно постоянную форму и объем. Силы, действующие между атомами или молекулами, достаточно сильны, чтобы удерживать их в определенных ячейках (вблизи которых они могут колебаться) и противостоять сжатию.

Жидкость — одно из агрегатных состояний вещества. Основным свойством жидкости, отличающим её от других агрегатных состояний, является способность неограниченно менять форму под действием механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём. Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом. Форма жидких тел может полностью или отчасти определяться тем, что их поверхность ведёт себя как упругая мембрана. Так, вода может собираться в капли. Но жидкость способна течь даже под своей неподвижной поверхностью, и это тоже означает несохранение формы (внутренних частей жидкого тела). Молекулы жидкости не имеют определённого положения, но в тоже время им недоступна полная свобода перемещений. Между ними существует притяжение, достаточно сильное, чтобы удержать их на близком расстоянии. Вещество в жидком состоянии существует в определённом интервале температур, ниже которого переходит в твердое состояние (происходит кристаллизация либо превращение в твердотельное аморфное состояние — стекло), выше — в газообразное (происходит испарение).

Газ - агрегатное состояние вещества, в котором его частицы не связаны или весьма слабо связаны силами взаимодействия и движутся свободно, заполняя весь предоставленный им объём.

Плазма— в физике и химии полностью или частично ионизированный газ, который может  быть как квазинейтральным, так и  неквазинейтральным. Плазма иногда называется четвёртым агрегатным состоянием вещества. Плазма обычно разделяется на идеальную и неидеальную, низкотемпературную и высокотемпературную, равновесную и неравновесную, при этом довольно часто холодная плазма бывает неравновесной, а горячая равновесной.

 

4. Почему атом, химический элемент и элементарные частицы так называются?

 

Понятие об атоме  как о наименьшей неделимой части материи было впервые сформулировано древнеиндийскими и древнегреческими философами. В XVII и XVIII веках химикам удалось экспериментально подтвердить эту идею, показав, что некоторые вещества не могут быть подвергнуты дальнейшему расщеплению на составляющие элементы с помощью химических методов. Однако в конце XIX — начале XX века физиками были открыты субатомные частицы и составная структура атома, и стало ясно, что атом в действительности не является «неделимым».

На международном съезде химиков в г. Карлсруэ (Германия) в 1860 г. были приняты определения понятий молекулы и атома. Атом — наименьшая частица химического элемента, входящая в состав простых и сложных веществ.

Химический элемент  — совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра и числом протонов, совпадающим с порядковым (атомным) номером в таблице Менделеева. Каждый химический элемент имеет свои название и символ, которые приводятся в Периодической системе элементов Дмитрия Ивановича Менделеева.

Слово «элемент» (лат. elementum) использовалось еще в античности (Цицероном, Овидием, Горацием) как часть чего-то (элемент речи, элемент образования и т. п.). В древности было распространено изречение «Как слова состоят из букв, так и тела — из элементов». Отсюда — вероятное происхождение этого слова: по названию ряда согласных букв в латинском алфавите: l, m, n, t («el» — «em» — «en» — «tum»).[4]

Близкое к современному пониманию понятие химического  элемента отражала новая система  химической философии, изложенная Робертом Бойлем в книге «Химик-скептик» (1661). Бойль указал, что ни четыре стихии Аристотеля, ни три принципа алхимиков не могут быть признаны в качестве элементов. Элементы, согласно Бойлю — практически неразложимые тела (вещества), состоящие из сходных однородных (состоящих из первоматерии) корпускул, из которых составлены все сложные тела и на которые они могут быть разложены. Корпускулы могут различаться формой, размером, массой. Корпускулы, из которых образованы тела, остаются неизменными при превращениях последних.

Элементарная  частица — собирательный термин, относящийся к микрообъектам  в субъядерном масштабе, которые  невозможно расщепить на составные  части.

Следует иметь  в виду, что некоторые элементарные частицы (электрон, фотон, кварки и т. д) на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичные фундаментальные частицы. Другие элементарные частицы (так называемые составные частицы — протон, нейтрон и т. д.) имеют сложную внутреннюю структуру, но, тем не менее, по современным представлениям, разделить их на части невозможно.

 

5. Отличие вещества от поля

Вещество состоит  из атомов и молекул. Характерной  особенностью вещества является его  делимость на независимые, самостоятельно существующие части.

Поле - особый вид  материи, отличный от вещества, обладающий единством и не поддающийся вследствие этого разбиению на самостоятельно существующие части. Поле заполняет все пространство и, в отличие от вещества, не имеет внутренних пустот, и обладает абсолютной плотностью.

• Поле (в классическом смысле)
• Электромагнитное поле
• Гравитационное поле
• Квантовые поля различной природы. Согласно современным представлениям квантовое поле является универсальной формой материи, к которой могут быть сведены как вещества, так и классические поля

 

 

6. Гравитационная и инертная массы. Их эквивалентность и отличие друг от друга.

В законах движения, ньютоновских и релятивистских, которые описывают  действие заданных сил, масса характеризует  сопротивляемость тела – его инерцию  – по отношению к силам, стремящимся  изменить его движение. В этом случае массу называют инертной. В ньютоновском же законе всемирного тяготения масса выступает как фактор, определяющий гравитационные силы, вызываемые данными телами, и здесь масса называется гравитационной. И нет оснований заранее предполагать, что эти массы связаны между собой. Иногда, чтобы подчеркнуть различие между ними, гравитационную массу даже называют гравитационным зарядом. Имеются, однако, очень точные экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что обе массы пропорциональны друг другу, причем коэффициент пропорциональности для всех известных веществ один и тот же (подбором удобной системы единиц он может быть сделан равным 1).

Одним из таких свидетельств, известным, по крайней мере, еще со времен Галилея, является факт одинаково быстрого падения всех тел (если пренебречь сопротивлением воздуха). Большой свинцовый груз сильнее притягивается Землей, чем маленький грузик, и все же он не падает с бóльшим ускорением, поскольку бóльшая сила компенсируется и бóльшей инерцией. Опять-таки свинцовый и стальной грузики, уравновешенные на весах и, следовательно, имеющие равные гравитационные массы, падают с одинаковым ускорением и потому имеют также равные инертные массы.

Отношение гравитационной массы к инертной одинаково для различных тел. Впервые точные измерения, подтвердившие пропорциональность гравитационной и инертной масс, были выполнены Р.Этвешем с сотрудниками в начале 20 в. Спустя 70 лет Р.Дикке в Принстоне и В.Б.Брагинский в Москве еще больше повысили точность таких измерений. Весы, к которым подвешивались грузы из различных материалов, были столь чувствительны, что если бы отношение гравитационной массы к инертной для этих материалов было неодинаковым, то из-за гравитационного воздействия Солнца был бы зарегистрирован эффект, изменяющийся на протяжении суток в соответствии с вращением Земли вокруг своей оси. Но в пределах погрешности порядка 1*10^-12 такой эффект не был обнаружен.

Итак,    физический      закон,    установленный       Ньютоном:       сила    гравитационного взаимодействия  пропорциональна  их инертным массам, то есть инертная масса тела пропорциональна его гравитационной                                                                 массе. Единицы гравитационной массы   можно выбрать такими же, как и для инертной массы.

      Это  фундаментальный   физический  закон  - закон   эквивалентности  инертной  и   гравитационной  масс.

Таким  образом,  можно  сформулировать  обобщенный  закон  Галилея:  все  тела  при  свободном  падении  в  одном  и  том  же  гравитационном  поле  приобретают  одинаковое  ускорение .

Обобщенный закон Галилея соответствует  принципу эквивалентности инертной и  гравитационной масс. 

 

Принцип эквивалентности  сил инерции и сил гравитации.

Эквивалентность  инертной  и  гравитационной  масс  имеет  фундаментальное значение  для понимания природы тяготения. А. Эйнштейн обратил на это внимание и задавался вопросом: почему законы природы записываются  в одинаковой  форме   только  в специальных системах  отсчета (СО),  которые   движутся  равномерно  и  прямолинейно  относительно  друг  друга  –   т.е.  в инерциальных  СО  (ИСО).  Это понять  и объяснить достаточно трудно, поскольку реально выделить такую систему отсчета в реальном физическом  пространстве невозможно. Но классическая механика базируется как раз на существовании, хотя бы  в  принципе,  инерциальных  систем  отсчета.  По  мнению  Эйнштейна,  это  противоестественно,  физические  законы должны иметь одинаковую форму в любых системах отсчета.          В чем состоит недостаток неинерциальных СО? В них появляются не ньютоновы силы – силы инерции.  Эти силы пропорциональны инертной массе тела.

С   другой   стороны   в   ИСО   могут   действовать   гравитационные   силы,   которые   пропорциональны  гравитационной массе.   

Но  экспериментально  показано,  что  инертная  и  гравитационная  массы  эквивалентны,  следовательно, можно  сделать  вывод,  что  силы инерции эквивалентны  силам гравитации. Эти рассуждения пригодны как  для механики малых скоростей, так и для релятивистской механики.

 

Заключение

В данном реферате мы рассмотрели основные свойства материи, применение которых позволило несколько иначе интерпретировать некоторые физические явления, хотя и со значительным упрощением. Необходимо отметить, что более детальное развитие анализа происходящих явлений требует значительных затрат во времени, да и значительного запаса знаний, это требует подключения коллектива для работы в предлагаемом направлении. Вполне естественно, что изложенная точка зрения на физическую природу затрагиваемых явлений является субъективной, а поэтому не может претендовать на абсолютную истину, но я надеюсь, что некоторые из положений могут объяснить правильно часть физических явлений.

 

 

Список используемой литературы

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.: Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 2000.- 512 с.

2. Я.С. Яскевич Философия / Под  общ. ред. Я.С. Яскевич – Минск, 2006 – 308 с.

3. Калмыков В.Н. Философия: Учебное  пособие / В.Н. Калмыков – Мн.: Выш. шк., 2008. – 431 с.

4. Спиркин А.Г. Философия / Спиркин А.Г. 2-е изд. - М.: Гардарики, 2006. - 736 с.