4.1. Фундаментальные взаимодействия в Природе

(Материя, масса, энергия, пространство, время, информация)

«История философии науки может представить много примеров тех преимуществ, которые можно извлечь из заранее принятой гипотезы, и тех ошибок, которым мы подвержены, полагая, что она соответствует истинному объяснению природы».

(Лаплас)

4.1.1. Вещество, материя, масса.

«Я предпочитаю то, что можно увидеть, услышать и изучить».

(Гераклит)

Внастоящей главе, рассмотрим фундаментальные взаимодействия в Природе. Взаимодействия, благодаря которым, Природа самоорганизуется и эволюционирует. Начнём с материи, массы, тесно связанных с энергий. Естественные науки, самые продвинутые, в изучении окружающего нас мира. Но от этого, не уменьшается количество вопросов и проблем, терзающих учёных.

Для рассмотрения и раскрытия интересующих нас вопросов, вспомним не­которые законы и положения классической и современной физики. Выводы, к которым мы придём, должны основываться на объективной реальности нашего мира, на законах и принципах, не вызывающих сомнения у современной науки и, безусловно, ею признанных.

Итак, материя, в философии - это категория, характеризующая объектив­ную реальность, независимо от человеческого восприятия. Физика, под материей, понимает все виды существования вещества.

Природа триедина. Наряду с материей, активное участие в творении принимает энергия и информация. На их взаимодействиях, на свойствах пространства-времени, остановимся подробнее. Нас интересуют многие естественнонаучные проблемы, о точки зрения, организации и эволюции систем.

Упорядоченность и усложнение структур организованной материи – систем, не означает совсем, что окружающий мир, структурируется и совершенствуется равномерно, повсеместно и поступательно. Наоборот, наука утверждает что возникновение упорядоченности в системе, под воздействием надсистемы (внешних сил), вызывает беспорядок в большей системе, в окружающей среде. Но, хаос внесённый в большую систему, обязательно, повышает "порядок", в меньшей системе. Если следовать такой логике, то Вселенная, как сверхсистема, должна деградировать, а не эволюционировать. Эволюцию, усложнение, прогрессивную структуризацию, совершенствование Природы, Космоса, можно объяснить только влиянием внешнего фактора, способного влиять на энтропию

Влияние, этого внешнего фактора, реализуется через фундаментальные взаимодействия, не только материально-энергетического и пространственного характера, но и информационно-энтропийные процессы.

Итак, масса. Это слово, похоже, звучит, на многих европейских языках. Происходит от латинского «massa», означающего, первоначально, кусок теста или пасты. Латинское слово, - произведено от греческого«маzа», обозначающего "ячменное зерно». В физике употребляется с начала 17 ст.

Над сущностью этого фундаментального понятия, задумывались, практи­чески все, великие мыслители.

Аристотель в «Метафизике» пишет: «Под материей я разумею то, что само по себе, не обозначается, ни как определённое по существу, ни как определённое по количеству, ни как обладающее, каким-либо из других свойств, которыми бывает, определено сущее».

Учёные, долго, считали такое определение туманным, примитивным и ошибочным. Но, современная наука приходит к выводу, что Аристотель, возможно, более прав, чем его потомки.

Ньютон в "Математических началах натуральной философии» пишет: "Количество материи /масса/, есть мера таковой, устанавливаемая пропорциональноплотности и объёму её."

А в своей "Оптике" он замечает: "Бог, в состоянии сотворить частицы материи, различных размеров и фигур, и в нескольких отно­шениях к пространству и, возможно, различных плотностей и сил."

Оригинальное понятие массы, определил Лейбниц. В апреле 1669 г., он пишет: "Первоначальная материя представляем собой саму массу, в которой нет ничего, кроме протяжённости и антитипии, или непроницаемости."

Для Ньютона масса была носителем силы инерции, а количество материи, было пропорционально этой силе. Кант полностью отвергает ньютоновское понятие силы инерции, несмотря на прославленное имя того, кто ввёл это понятие.

По-своему понимали массу и материю Лавуазье, Эйлер, Мах. Масса по опре­делению известного советского физика Иоффе является "мерой количества ма­терии". Насколько усложнилось понятие в наше время, проиллюстрируем примером.

В январе 1958 г. на Международном симпозиуме, состоявшемся в Калифорнийском университете, Ганс Гермес дал такое определение:

Масса:

aхх_o= dt_sV_tV_yV_yоV_vV_vоV(Gxy۸Gx_oy۸GSyy_o۸Vel_Svty۸Vel_Sv_oty_o۸aIvI=

= (Iv_oI)۷(Gxx_o۸α= 1)

На нетехническом языке, это будет звучать: " Масса х, вapaз больше, чем массах_о,означает, что существует системаS, мгновениеt, и мгновенные точечные массыуиу_о, генетически тождественные, соответственноХ, Х_о, ско­рости которых, непосредственно перед столкновением,UиU_о, находятся в отно­шенииIU_оI:IUI=а. Если,хих_о,генетически тождественны, то отношение масс равно единице".

Всё равно, непонятно? И не удивительно. Не будем гнаться за изысками определений, всё усложняющейся, физики. Постараемся следовать во всём прин­ципу "бритвы Оккама" - отсекать всё чрезмерно и неоправданно усложнённое.

Классическая физика, на стороне Ньютона, давно, и не разочаровалась в нём. Принятое ею определение массы звучит так:

«Массой называется скалярная величина, являющаяся мерой инертности тел в поступательном движении. Масса m материальной точки равна отношению модулей векторов её веса Р и ускоре­ния свободного падения g:

m = Р/g»

Ньютоновская механика, строго говоря, различает три рода массы:

1.Инертнуюмассу, которая определяется, на основании второго закона движения Ньютона, через её противодействие независимой от массы, силе.

2.Активную гравитационнуюмассу, определяемую как материальный источник гравитационного поля или, как массу, которая индуцирует гравитацию.

3.Пассивную гравитационнуюмассу, определяемую как материальный объект гравитационного притяжения, или как массу, склонную к восприятию гравитации. Традиционная классическая механика, провозглашает универсальную пропорциона­льность, для всех трёх родов массы. Пропорциональность инертной массы тела, его пассивной гравитационной массе, впервые была сформулирована Ньютоном, на основе его экспериментов с маятниками, и экспериментально подтверждена, со всё возрастающей точностью, Весселем, Этвешем, Пекаром, Саутернсом, Зееманом, и другими.

Для простоты, активную и пассивную гравитационные массы объединим в гравитационную массу, величину определяющую меру гравитационного взаимодей­ствия, рассматриваемого тела, с другими телами.

Закон всемирного тяготения говорит, что любой объект на расстоянии rот своего центра масс создаёт гравитационное ускорение:

а_G=Gm/r²

где G- гравитационная постоянная, аm- масса. В системе СИ:

G= 6,67.10^-11 _Нм²/кг²

Учёных долго волновал вопрос: эквивалентны ли они? Опыты ставил ещё Ньютон.

В опытах физиков В. В. Брагинского и В. И. Панова, эквивалентность этих масс, доказана с точностью до 10^-12_.

Масса тела зависит от его скорости:

m= (вставить со стр. 115)

Из общей теории относительности: m= Е/с²следует, что если масса покоя равнаm_о, то в ней заключена энергия: Е₀= м_ос².

Следует отметитъ, что любая система, стремится перейти в состояние с минимумом энергии, выделив, при этом, избыток имеющейся энергии. Это всеобщий за­кон Природы. Сжатая пружина, всегда, будет стремиться распрямиться, а камень, всегда, будет скатываться с горы, выделяя энергию, чтобы прийти к состоянию, с минимумом энергии. У системы, обладающей запасом энергии, всегда есть стремле­ние от неё избавиться /возбуждённая система/. Система, стремится перейти, в наинизшее энергетическое состояние. На языке физики - это системе "энергетически выгодно". Помешать системе освободиться от энергии, может, только наложенный Природой Запрет. Этим стремлением систем и объясняется рост энтропии.

Чтобы замедлить или остановить рост энтропии, достаточно наложить запрет, на сброс энергии системой.

Сбрасывая энергию, система избавляется от активной кинетической энергии, как собственной так и полученной извне. Потенциальная же энергия, это основа основ системы. Живые системы могут расходовать, в экстремальных ситуациях, по­тенциальную энергию. Для этого существуют определённые механизмы.

Переход системы из возбуждённого в спокойное состояние происходит двумя путями. Первый - активная энергия, передаётся менее активному объекту /при остывании горячего тела/, или в окружающую среду. Т.е., происходит закономерный рост энтропии - система переходит в равновесное состояние с окружающей средой, энергия равномерно распространяется в окружающей среде.

Но, есть и другой путь. Если на систему наложен запрет, на передачу активной энергии, то система, вынуждена, переводить активную энергию, в пассивное состояние, - в потенциальную энергию. Активная энергия в разумных системах, расходуется на структуризацию, создание и расширение тезауруса. Или же, систе­мы обращают её в массу, в материальную структуру. Происходит рост массы си­стемы. Масса, накапливаясь, может, при определённых условиях, достичь критического значения.

Критическая масса материи, величина огромная. Чтобы её получить, нужно, массу сжатьдо размеров гравитационного радиуса. Для Земли, например, её массу надо сжать, до размеров 1 см., (по радиусу), а массу Солнца, до 3 км. При такой плотности, масса сама начинает сжиматься и проваливаться к центру. Объект превращается в "чёрную дыру".

Некоторые учёные предполагают, что в системе "Вселенная", расширение, постепенно, сменится сжатием, возвращаясь в состояние сингулярности, в котором она была до Большого Взрыва. Весь вопрос в том, достигнет ли масса Вселенной, при сжатии, критической массы. Если не достигнет, то её ждёт холодная смерть, если достигнет - горячая. Мнения разделились, исследования продолжаются...

Теория расширяющейся Вселенной, всесторонне обоснована. Теория А.Фридмана, объясняющая расширение и сжатие Вселенной, утверждает, что если во Вселенной, достаточно много материи, так, что средняя плотность, всех её видов, больше, некоторого, критического значения, то искривлённость пространства, вызванная тяготением этой материи, подобна искривлённости сферы. Наблюдения показали, что пространство, вблизи Солнца, действительно, несколько искривлено и его геометрия, отличается от геометрии Евклида.

Но, даже вдали от больших скоплений вещества, нельзя приписывать простран­ству, евклидову метрику. Неевклидовость пространственного фона, наличие у пространства кривизны, отличной от нуля, определяет, относительные размеры частей пространства, в каждый момент "мирового" времени, поскольку эти размеры, свя­заны с кривизной. Однако, сама кривизна "мира", зависит от средних значений плотности и давления, которые, в свою очередь, должны зависеть от взаимодействия нашей мировой системы, с другими вселенными. В последние годы, ряд исследователей приходит к выводу, что расширение известной части Вселенной, на самом деле, неоднородно и анизотропно. Мировое прострадство-время, в действи­тельности, неоднородно /по большому счёту/. Данные свидетельствуют об анизотропности "мирового" пространства-времени. Это, очень важное обстоятельство, к которому мы ещё вернёмся. Теория неоднородной и анизотропной Вселенной, даёт иную картину развития систем окружающего нас мира, нежели прежние тра­диционные модели.