10. Принципы научного познания. Относительность истины.

сформулируем кратко три основных принципа научного познания действительности.

1. Причинность. Первое и достаточно емкое определение причинности содержится в высказывании

В современном понимании причинность означает связь между отдельными состояниями видов и форм материи в процессе ее движения и развития. Возникновение любых объектов и систем, а также изменение их свойств во времени имеют свои основания в предшествующих состояниях материи; эти основания называются причинами, а вызываемые ими изменения - следствиями.

2. Критерий истины. Естественно-научная истина проверяется (доказывается) только практикой: наблюдениями, опытами, экспериментами, производственной деятельностью. Если научная теория подтверждена практикой, то она истинна. Естественно-научные теории проверяются экспериментом, связанным с наблюдениями, измерениями и математической обработкой получаемых результатов. Подчеркивая важность измерений, выдающийся ученый Д.И. Менделеев (1834- 1907) писал:

Наука началась тогда, когда люди научились мерить; точная наука немыслима без меры.

3. Относительность научного знания. Научное знание (понятия, идеи, концепции, модели, теории, выводы из них и т.п.) всегда относительно и ограничено.

Задача ученого - установить границы соответствия знания действительности - интервал адекватности. Например, классическая механика - механика Галилея- Ньютона - описывает движение макроскопических тел, скорости которых малы по сравнению со скоростью света в вакууме. Один из существенных признаков относительности естественно-научных знаний вытекает из ее подтверждения экспериментом, в большинстве случаев основанном на измерениях, а измерений абсолютно точных не бывает, и в этой связи задача ученого указать интервал неточности. При совершенствовании процедуры измерений и модернизации измерительных приборов повышается точность измерений, тем самым сужается интервал неточности; при этом непременно результаты эксперимента приближаются к абсолютной истине. Однако подтверждение экспериментом научных теорий не означает абсолютной истины: научные теории развиваются, обогащаются, уточняются, некоторые их положения заменяются новыми, и сама практика и способы сопоставления через практику научных теорий с действительностью постоянно развиваются, совершенствуются.

11.Уровни строения вещества. Иерархия структур.

12. Фундаментальные взаимодействия в природе. Силы макромира.

Все известные современной науке силы сводятся к четырем типам взаимодействий, которые называются фундаментальными: гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное. Теория гравитации И. Ньютона, ос­нову которой составляет закон всемирного тяготения, стала од­ной из составляющих классической механики. Закон всемирно­го тяготения гласит: между двумя телами существует сила притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. Силы гравитации — это силы притяжения. Гра­витационная сила действует на очень больших расстояниях, ее интенсивность с увеличением расстояния убывает, но не исчеза­ет полностью. Считается, что переносчиком гравитационного взаимодействия является гипотетическая частица гравитон. Электромагнитное взаимодействие. Первой единой теорией электромагнитного поля выступила концепция Дж. Максвелла. Электромагнитные взаимодействия суще­ствуют только между заряженными частицами: электрическое поле — между двумя покоящимися заряженными частицами, маг­нитное — между двумя движущимися заряженными частицами. Электромагнитные силы могут быть как силами притяжения, так и силами отталкивания. Одноименно заряженные частицы оттал­киваются, разноименно — притягиваются. Переносчиками этого типа взаимодействия являются фотоны. В результате слабых взаимодействий нейтроны, входящие в состав атомного ядра, распадаются на три типа частиц: положительно заряженные протоны, отрицательно заряженные электроны и нейтральные нейтрино. Переносчиками слабого взаимодей­ствия являются бозоны. Сильное взаимодействие удерживает протоны в ядре атома, не позволяя им разле­теться под действием электромагнитных сил отталкивания. Сильное взаимодействие ответственно за образование атомных ядер, в нем участвуют только тяжелые частицы: протоны и нейтроны. Ядерные взаимодействия не зависят от заряда частиц, перенос­чиками этого типа взаимодействий являются глюоны. Примером сильного взаимодействия выступают термоядерные реакции на Солнце и других звездах. Принцип сильного взаимо­действия использован при создании водородного оружия.

К середине ХХ века экспериментальная база для проведения исследований микромира была в основном создана и начался планомерной штурм глубинной структуры вещества. Результаты этого штурма оказались во многом неожиданными и привели к совершенно новому взгляду на природу материи.

Во-первых, почти сразу было обнаружено несколько сотен различных элементарных частиц, и число их продолжает расти. Это вызвало недоумение и даже разочарование ученых. Ведь трудно поверить, что Природа заложила в свой фундамент столь разнообразную первооснову. Возник вопрос: действительно ли обнаруженные частицы являются элементарными? Довольно скоро стало ясно, что число "истинно элементарных" частиц гораздо меньше.

Во-вторых, подавляющее большинство элементарных частиц являются нестабильными, их время жизни ничтожно мало. При этом во всех известных сегодня реакциях эти частицы лишь переходят друг в друга и никакие более простые "куски" от них не отщепляются. Но самое удивительное заключается в том, что при таких взаимных превращениях уже не имеют места привычные для нас представления о части и целом, о простом и сложном. Например, протон, испустив достаточно массивный положительно заряженный мезон, становится нейтроном, который при определенных условиях может испустить отрицательно заряженный мезон и в свою очередь превратиться в... протон. На первый взгляд это противоречит здравому смыслу, так как нейтрон массивнее протона и, следовательно, не может быть его частью. Кроме того, протон в этой реакции оказывается как бы частью самого себя. Однако в микромире часть может оказаться не менее сложной и даже более массивной, чем целое. Это связано с тем, что говорить об отдельных частях любой системы можно только в том случае, когда связь этих частей друг с другом гораздо слабее, чем внутренняя связь самих частей. Например, в атомах и даже в атомных ядрах энергия связи отдельных компонентов (электронов и ядер - в атомах, нуклонов - в ядрах) значительно меньше, чем энергия покоя этих компонентов, и это позволяет нам говорить, что атом состоит из ядра и электронов, а атомное ядро - из нуклонов. В самих же нуклонах и других элементарных частицах энергия связи их "частей" сравнима или даже больше энергии покоя, так что "части" теряют свою индивидуальность, а утверждение о том, что какая-то частица состоит из других частиц становится весьма условным. Вообще идея механической делимости объектов в области микромира теряет смысл. Опыт показывает, что, являясь нестабильными, большинство элементарных частиц быстро распадается на несколько других, те в свою очередь также распадаются и конца этому процессу нет. Получается как бы единая крепко сплетенная сеть, где нет ни начала, ни конца и все частицы являются одновременно и элементарными, и сложными.

В-третьих, для объяснения поведения этих частиц известных к тому времени законов электромагнетизма и гравитации оказалось недостаточно и к ним пришлось добавить еще два специфических для микромира взаимодействия: сильное и слабое. Таким образом, в настоящее время известны четыре фундаментальных (т.е. не сводящихся друг к другу) взаимодействия, которые и определяют иерархию элементарных частиц. Рассмотрим эти взаимодействия в порядке уменьшения их "интенсивности".

Сильное взаимодействие имеет характер притяжения между большинством элементарных частиц, в частности, оно обеспечивает связь нуклонов (протонов и нейтронов) в атомных ядрах; проявляется только на очень малых расстояниях, сравнимых с размерами ядер (~ 10-13 см), т.е. является короткодействующим и на этих расстояниях существенно (более чем в сто раз) превосходит электромагнитное взаимодействие.

Электромагнитное взаимодействие обусловливает связь заряженных частиц в атомах и молекулах; осуществляется на значительных расстояниях, описывается известными законами электричества и магнетизма.

Слабое взаимодействие проявляется при распаде некоторых квазистабильных элементарных частиц (например, при b-распаде нейтрона: n0 ® p+ + e- +`ne, где p+ - протон, е- - электрон, `nе - электронное антинейтрино); осуществляется на очень малых расстояниях (~ 10-16 см); играет важную роль в термоядерных реакциях, поэтому активно участвует в эволюции звезд и других космических объектов.

Наконец, гравитационное взаимодействие является самым универсальным, так как осуществляется между всеми материальными объектами. Оно действует на очень больших расстояниях (как и электромагнитное), однако, в силу своей малости, играет несущественную роль в микромире вплоть до расстояний порядка 10-33 см (так называемая "планковская длина"). Ожидается, что на столь малых расстояниях гравитационное взаимодействие становится "равноправным" участником событий. С другой стороны, гравитация является основным фактором, определяющим поведение объектов мегамира.

Все эти взаимодействия в масштабах микромира имеют по своей природе квантовый характер. Это означает, что в соответствии с современными представлениями, каждое из них осуществляется путем обмена квантами соответствующего поля. Например, кванты электромагнитного поля - фотоны - представляют собой дискретные "порции" с энергией Е, пропорциональной частоте n колебаний этого поля: Е = hn, где h - постоянная Планка. Такой подход к описанию взаимодействий фактически представляет собой диалектические единство концепций близкодействия и дальнодействия. Действительно, наличие "посредника", "переносчика" взаимодействия напоминает нам о концепции близкодействия. В то же время обмен дискретными порциями энергии фактически "реанимирует" идею дальнодействия, лишая ее, правда, гипотезы о мгновенной скорости передачи взаимодействия.