52

2.Механическая энергия и тепловая энергия – это только две из многих форм энергии. Все, что может быть превращено в какую-либо из этих форм, есть тоже форма энергии.

3.Возможны два качественно различных способа передачи энергии от одного макроскопического тела к другому – в форме работы и в форме теплоты (путем теплообмена). При этом макроскопическое тело рассматривается как огромная совокупность микрочастиц. При взаимодействии незначительного числа отдельных микрочастиц эти понятия неприменимы; в таких случаях можно говорить лишь о процессе совершения работы.

4.Передача энергии путем теплообмена между телами обусловлена различием температур этих тел. Энергия, получаемая телом в форме теплоты, может непосредственно пойти только на увеличение его внутренней энергии.

5.Всеми явлениями природы управляет закон сохранения и превращения энергии: энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую.

Динамические и статистические закономерности в природе

Квантовая механика и квантовая физика в основном сформировались в первые два десятилетия XX в. усилиями М. Планка, А. Эйнштейна, Н. Бора, Л. де Бройля, В. Гейзенберга, Э. Шрёдингера и других ученых (Солопов, 1998). Динамическое, однозначное, с указанием точной траектории описание движения классической механикой отрицается здесь вероятностно-статистической картиной взаимодействий. Непрерывность обмена энергией в макромире заменяется строгой порционностью излучений в мире элементарных частиц. В квантовой физике качественно изменились представления о структуре, простоте и сложности микрочастиц, о роли приборов в их познании и т.д.

До конца XIX в. мельчайшей структурной единицей материи считались атомы химических элементов. Открытие Д.И. Менделеевым в 1869 г. периодического закона подтолкнуло ученых к выводу о существовании более мелких частиц, свойства которых обусловливают свойства атомов, в том числе и периодический закон их взаимосвязи. В 1897 г. английский физик Дж. Томсон открыл электрон – первую элементарную частицу. В 1932 г. после открытия нейтрона картина строения вещества казалась в общих чертах окончательно выясненной. Известных к тому времени частиц (протона, нейтрона и электрона) полностью хватало для того, чтобы объяснить строение и свойства всех веществ. Протоны и нейтроны, взаимодействуя друг с другом посредством особых ядерных сил (радиус действия 1013 см), образуют атомные ядра, внешнюю оболочку атомов составляют электроны, притягивающиеся к ядру дальнодействующими кулоновскими силами (одно из проявлений электромагнитного взаимодействия).

Открытие нового структурного уровня строения материи и квантовых законов движения электронов заложило основы физики твердого тела. Были поняты строение металлов, диэлектриков, полупроводников, их термодинамические, электрические и магнитные свойства. Открылись пути целенаправленного поиска новых материалов с необходимыми свойствами, пути создания новых производств, новых технологий. Большие успехи были достигнуты в результате применения квантовой механики к ядерным явлениям. Квантовая механика и ядерная физика объяснили, что источником

53

колоссальной энергии звезд являются ядерные реакции синтеза, протекающие при звездных температурах в десятки и сотни миллионов градусов.

Плодотворным оказалось применение квантовой механики к физическим полям. Была построена квантовая теория электромагнитного поля – квантовая электродинамика, объяснившая много новых явлений. Свое место в ряду элементарных частиц занял фотон – частица электромагнитного поля, не имеющая массы покоя. Синтез квантовой механики и специальной теории относительности привел к предсказанию античастиц. Оказалось, что у каждой частицы должен быть как бы свой «двойник» – другая частица с той же массой, но с противоположным электрическим или каким-либо другим зарядом. Английский физик П.А. Дирак, основатель релятивистской квантовой теории поля, предсказал существование позитрона и возможность превращения фотона в пару электрон-позитрон и обратно. Позитрон – античастица электрона – экспериментально был открыт в 1934 г.

Замечательным подтверждением незыблемости закона сохранения энергии и предсказательной силы теоретической мысли явилось открытие нейтрино. Экспериментально было установлено, что при радиоактивном -распаде из атомного ядра испускаются электроны (или позитроны), обладающие различной энергией. Чтобы согласовать этот факт с законом сохранения энергии, швейцарский физик-теоретик В. Паули предположил, что одновременно с электроном (или позитроном) ядро испускает еще какую-то электрически нейтральную частицу, которая и уносит недостающую часть энергии. Она и была названа «нейтрино». Эта частица вылетает из ядра вместе с позитроном, а в случае испускания электрона из ядра вылетает «антинейтрино».

Вслучае испускания электрона ( е) и антинейтрино ( ve) при -распаде

происходит превращение нейтрона (п) в протон (р): п—>р+ е + ve. В случае испускания позитрона (е+) и нейтрино (vе) протон превращается в нейтрон: p->n+e++v.

Важно, что в составе атомного ядра имеются только протоны и нейтроны. В атомном ядре нет ни электронов и позитронов, ни нейтрино и антинейтрино. Эти частицы и античастицы рождаются, возникают в самом процессе превращения нейтрона в протон и обратно. Этот процесс можно сравнить с испусканием фотонов электромагнитного поля при переходе атомов из одного электронного состояния в другое.

Вклассической физике вплоть до второй половины XIX в. под материей обычно понималось вещество. Электродинамикой Максвелла положено основание физическому учению о поле как особой форме материи. Но вещество и поле рассматривались отделенными друг от друга. Квантовая механика впервые позволила установить связь вещества и поля. Экспериментальное открытие в 1927 г. дифракции электронов доказало, что микрочастицы вещества и поля имеют двуединую природу – одновременно корпускулярную дискретную и волновую непрерывную.

Вквантовой механике корпускулярные и волновые понятия теряют свою «классическую» независимость. В настоящее время описание природы осуществляется на основе не только корпускулярной, но и континуальной концепции. Континуальная концепция - изменяющаяся материя во времени при сохранении преемственности изначального содержания.

Движение микрообъектов лишь приближенно может трактоваться в одних случаях как движение «классических» частиц, а в других случаях как распространение «классических» волн. Поэтому при описании явлений атомного масштаба нельзя отвлекаться от тех физических условий, в которых они наблюдаются. Квантовым величинам присущ характер относительности к средствам наблюдения, что и делает их

отличными от классических величин, которые безотносительны к средствам

54

наблюдения. Понятие и термин «относительность к средствам наблюдения» ввел впервые наш соотечественник академик В.А. Фок.

Из основных положений квантовой механики вытекает «соотношение неопределенностей», установленное В. Гейзенбергом: р х q h, где р – импульс частицы, q - ее координаты, h - постоянная Планка, р - неопределенность в определении импульса, q - неопределенность в определении координаты. При точном определении импульса р = 0, а q = , т.е. координата становится неопределенной. И наоборот.

Для объяснения соотношения неопределенностей H. Бор выдвинул «принцип дополнительности», противопоставив его принципу причинности. При использовании прибора, позволяющего точно измерить координаты частиц, импульс может быть любым и, следовательно, причинная связь отсутствует. Применяя приборы другого класса, можно точно измерить импульс, а координаты становятся произвольными. В этом случае процесс, по H. Бору, совершается якобы вне пространства и времени, т.е. следует говорить либо о причинности, либо о пространстве и времени, но не о том и другом вместе.

В. Гейзенберг выдвинул принцип «неконтролируемого взаимодействия» частицы с прибором. Неопределенность в значении импульса и координаты, якобы, обусловлена тем, что взаимодействие частицы и прибора может быть познано лишь до некоторого предела, за которым принципиально невозможно познать объективные процессы микромира.

Борьбу против индетерминизма в квантовой физике против отрицания объективных причинных, закономерных связей в микромире вели П. Ланжевен, М.Лауэ, Л. де Бройль, М. Планк, А. Эйнштейн, советские физики С.И. Вавилов, В.А. Фок, Д.И. Блохинцев и другие. Они показывают, что соотношение неопределенностей свидетельствует лишь об ограниченной возможности применения понятий классической механики при описании «расплывшихся», одновременно дискретных и волновых объектов, какими являются электроны и другие микрочастицы.

Следует различать истинные научные положения квантовой физики (материалистические), в данном случае соотношение неопределенностей, и ложные философско-мировоззренческие трактовки идеалистического толка, которые всегда препятствовали развитию научных исследований.

Законы сохранения энергии в макроскопических процессах

Открытие закона сохранения энергии способствовало развитию двух качественно различных, но взаимно дополняющих методов исследования тепловых явлении и свойств макросистем: термодинамического и статистического (молекулярнокинетического). Первый из них лежит в основе термодинамики, второй – молекулярной физики.

Термодинамика представляет собой науку о тепловых явлениях, в которой не учитывается молекулярное строение тел. В термодинамике тепловые явления описываются с помощью величин, регистрируемых приборами, не реагирующими на воздействие отдельных молекул (термометр, манометр и др.). Все законы термодинамики относятся к телам, число молекул которых огромно. Такие тела называют макроскопическими. Они образуют макросистемы. Газ в баллоне, вода в стакане, песчинка, камень, стальной стержень и т.п. – все это примеры макросистем.

55

Все тепловые процессы обычно связаны с передачей и превращением энергии, описание которых и составляет одну из важнейших задач термодинамики. Термодинамика базируется в основном на двух фундаментальных законах: первом и втором началах термодинамики.

Область применения термодинамики значительно шире, чем молекулярнокинетической теории, ибо нет таких областей физики, химии, биологии, в которых нельзя было бы пользоваться термодинамическими методами. Однако, с другой стороны, термодинамический метод несколько ограничен: термодинамика не дает информации о микроскопическом строении вещества, о механизме явлений, а лишь устанавливает связи между макроскопическими свойствами вещества.

Основа термодинамического метода – определение состояния термодинамической системы, представляющей собой совокупность макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией, как между собой, так и с другими телами (внешней средой). Состояние системы задается термодинамическими параметрами (параметрами системы), характеризующими ее свойства. Обычно в качестве параметров состояния выбирают температуру, давление и удельный объем (объем единицы массы).

Температура - физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. В соответствии с решением XI Генеральной конференции по мерам и весам (1960 г.) в настоящее время рекомендовано применять только две температурные шкалы – термодинамическую и Международную практическую, градуированные соответственно в Кельвинах (К) и градусах Цельсия (°С). Анализ показывает, что 0 К (абсолютный нуль) недостижим, хотя приближение к нему сколь угодно близко возможно.

Любое изменение в термодинамической системе, связанное с изменением хотя бы одного его термодинамического параметра, называется термодинамическим процессом. Макроскопическая система находится в термодинамическом равновесии, если ее

состояние с течением времени не меняется (предполагается, что внешние условия рассматриваемой системы при этом не изменяются).

Одновременно с созданием термодинамических методов исследования развивались

икорпускулярные представления тепловых свойств макросистем, в соответствии с которыми ставилась задача объяснения всех процессов, происходящих с макросистемами, на основе предположения о том, что вещество состоит из атомов или молекул, движение которых подчиняется законам Ньютона.

Кконцу XIX в. была создана последовательная теория поведения больших общностей атомов и молекул – молекулярно-кинетическая теория, или

статистическая механика. Многочисленными опытами была доказана справедливость этой теории.

Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются результатом совокупного действия огромного числа молекул. Поведение громадного числа молекул анализируется с помощью статистического метода, который основан на том, что свойства макроскопической системы в конечном результате определяются свойствами частиц систем, особенностями их движения и усредненными значениями кинетических

идинамических характеристик этих частиц (скорости, энергии, давления и т.д.). Например, температура тела определяется скоростью беспорядочного движения его молекул, но так как в любой момент времени разные молекулы имеют различные скорости, то она может быть выражена только через среднее значение скорости движения молекул. Нельзя говорить о температуре одной молекулы. Макроскопические характеристики тел имеют физический смысл лишь в случае большого числа молекул.

56

После создания молекулярной физики термодинамика не утратила своего значения. Она помогает понять многие явления и с успехом применяется при расчетах многих важных механических устройств. Общие законы термодинамики справедливы для всех веществ, независимо от их внутреннего строения.

Однако при расчете различных процессов с помощью термодинамики многие физические параметры, например теплоемкости тел, необходимо определять экспериментально. Статистические же методы позволяют на основе данных о строении вещества определить эти параметры. Но количественная теория твердого и особенно жидкого состояния вещества очень сложна. Поэтому в ряде случаев простые расчеты, основанные на законах термодинамики, оказываются незаменимы.

Внастоящее время в науке и технике широко используются как термодинамические, так и статистические методы описания свойств микросистемы.

Воснове молекулярно-кинетических представлений о строении и свойствах макросистем лежат три положения:

• любое тело – твердое, жидкое или газообразное – состоит из большого числа весьма малых частиц – молекул (атомы можно рассматривать как одноатомные молекулы);

• молекулы всякого вещества находятся в беспорядочном, хаотическом, не имеющем какого-либо преимущественного направления движении;

• интенсивность движения молекул зависит от температуры вещества.

Тепловые процессы связаны со строением вещества и его внутренней структурой. Например, нагревание кусочка парафина на несколько десятков градусов превращает его в жидкость, а такое же нагревание металлического стержня заметно не влияет на него. Такое различное действие нагревания связано с различием во внутреннем строении этих веществ. Поэтому исследование тепловых явлений можно использовать для выяснения общей картины строения вещества. И, наоборот, определенные представления о строении вещества помогают понять физическую сущность тепловых явлений, дать им глубокое наглядное истолкование.

Свойства и поведение макросистем, начиная от разреженных газов верхних слоев атмосферы и кончая твердыми телами на Земле, а также сверхтвердыми ядрами планет

извезд, определяются движением и взаимодействием друг с другом частиц, из которых состоят все тела: молекул, атомов, элементарных частиц.

Непосредственным доказательством существования хаотического движения молекул служит броуновское движение, которое заключается в том, что весьма малые (видимые только в микроскоп) взвешенные в жидкости частицы всегда находятся в состоянии непрерывного беспорядочного движения, не зависящего от внешних причин,

иоказывается проявлением внутреннего движения, совершаемого под влиянием беспорядочных ударов молекул.

Количественным воплощением молекулярно-кинетических представлений служат опытные газовые законы (Боиля-Мариотта, Гей-Люссака, Авогадро, Дальтона), уравнение Клапейрона-Менделеева (уравнение состояния), основное уравнение кинетической теории идеальных газов, закон Максвелла для распределения молекул и др.

Из основного уравнения молекулярно-кинетической теории вытекает важный вывод: средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы идеального газа прямо пропорциональна его термодинамической температуре и зависит только от нее. Термодинамическая температура – мера кинетической энергии поступательного движения идеального газа, а приведенная формула раскрывает молекулярно-кинетическое толкование температуры.

Вмолекулярно-кинетической теории пользуются идеализированной моделью идеального газа, согласно которой:

57

•собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда;

•между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия;

•столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.

Модель идеального газа можно использовать при изучении реальных газов, так как

вусловиях, близких к нормальным (например, кислород и гелий), а также при низких давлениях и высоких температурах они близки по своим свойствам к идеальному газу. Кроме того, внеся поправки, учитывающие собственный объем молекул газа и действующие молекулярные силы, можно перейти к теории реальных газов, из которой следует уравнение Ван-дер-Ваальса, описывающее состояние реального газа.

Первое положение молекулярно-кинетических представлений – любое тело состоит из большого числа весьма малых частиц-молекул – доказано многочисленными опытами, одновременно подтвердившими реальное существование молекул и атомов. Приведем некоторые цифры, показывающие, насколько малы размеры молекул и атомов и как много их содержится в каком-либо макроскопическом теле.

С помощью ионного микроскопа удалось показать, что диаметр атомов вольфрама составляет около 2 ангстрем (1 ангстрем равен 10-8 см). Размер молекулы водорода примерно того же порядка – примерно 2,3 ангстрема. Теперь понятно: при очень малых

размерах молекул число их в любом макроскопическом теле огромно. Несложный расчет показывает, что число молекул в капле воды составляет около 3 х 1022. Такой маленький объект, и такое колоссальное число молекул.

Принципы возрастания энтропии. Термодинамические законы

Энтропия – мера хаоса (беспорядка) в изолированной системе [7]. Принимает только положительные значения. В термодинамике известен принцип возрастания энтропии –стремление любой системы к состоянию термодинамического равновесия – состоянию с наименьшей упорядоченностью движения частиц (хаос).

Всякая термодинамическая система в любом состоянии обладает внутренней энергией – энергией теплового (поступательного, вращательного и колебательного) движения молекул и потенциальной энергией их взаимодействия. Энергия – природные силы различных форм движения материи.

Возможны два способа изменения внутренней энергии термодинамической системы при ее взаимодействии с внешними телами: путем совершения работы и путем теплообмена.

Известно, что в процессе превращения энергии выполняется закон сохранения энергии. Поскольку тепловое движение тоже механическое (только не направленное, а хаотическое), то при всех превращениях должен выполняться закон сохранения энергии не только внешних, но и внутренних движений. В этом заключается качественная формулировка закона сохранения энергии для термодинамической системы – первое начало термодинамики. Количественная его формулировка: количество теплоты, сообщенное телу, идет на увеличение его внутренней энергии и на совершение телом работы.

Из первого начала термодинамики следует важный вывод: невозможен вечный двигатель первого рода, т.е. такой двигатель, который совершал бы работу «из ничего», без внешнего источника энергии. При наличии внешнего источника часть энергии неизбежно переходит в энергию теплового, хаотического движения молекул, что и

58

является причиной невозможности полного превращения энергии внешнего источника в полезную работу.

Многочисленные опыты показывают, что все тепловые процессы необратимы в отличие от механического движения.

Если реализуется какой-либо термодинамический процесс, то обратный процесс, при котором проходятся те же тепловые состояния, но только в обратном направлении, практически невозможен. Другими словами, термодинамические процессы необратимы.

Приведем два характерных примера необратимых процессов. Если привести в соприкосновение два тела с различной температурой, то более нагретое тело будет отдавать тепло менее нагретому. Обратный процесс – самопроизвольный переход тепла от менее нагретого тела к более нагретому – никогда не произойдет. Столь же необратимым является и другой процесс – расширение газа в пустоту. Газ, находящийся в части сосуда, отдаленной от другой части перегородкой, заполняет весь сосуд после удаления перегородки. Газ никогда без постороннего вмешательства не соберется самопроизвольно в той же части сосуда, где он находился первоначально.

Всякая предоставленная самой себе система стремится перейти в состояние термодинамического равновесия, в котором тела покоятся друг относительно друга, обладая одинаковыми температурами и давлением. Достигнув этого состояния, система сама по себе из него не выходит. Значит все термодинамические процессы, приближающиеся к тепловому равновесию, необратимы.

Необратимы и все механические процессы, сопровождающиеся трением между телами. Трение вызывает замедление Движения тел, при котором кинетическая энергия переходит в тепло. Замедление эквивалентно приближению к состоянию равновесия, при котором движение отсутствует.

В системе тел. находящихся в термодинамическом равновесии, без внешнего вмешательства невозможны никакие реальные процессы. Следовательно, с помощью тел, находящихся в термодинамическом равновесии, невозможно совершить никакой работы, так как работа связана с механическим движением, т.е. с переходом тепловой энергии в кинетическую.

Утверждение о невозможности получения работы за счет энергии тел, находящихся в термодинамическом равновесии, составляет сущность второго начала

термодинамики.

Окружающая нас среда обладает значительными запасами тепловой энергии. Двигатель, работающий только за счет энергии находящихся в тепловом равновесии тел, был бы для практики вечным двигателем. Второе начало термодинамики исключает возможность создания такого вечного двигателя второго рода.

Молекулы газа стремятся к наиболее вероятному состоянию, т.е. состоянию с беспорядочным распределением молекул, при котором примерно одинаковое число молекул движется вверх и вниз, вправо и влево, при котором в каждом объеме находится примерно одинаковое число молекул, одинаковая доля быстрых и медленных молекул в верхней и нижней частях какого-либо сосуда. Любое отклонение от такого беспорядка, хаоса, т.е. от равномерного и беспорядочного перемешивания молекул по местам и скоростям, связана с уменьшением вероятности, или представляет собой менее вероятное событие. Напротив, явления, связанные с перемешиванием, с созданием хаоса из порядка, увеличивают вероятность состояния. Только при внешнем электромагнитном или гравитационном воздействии возможно рождение порядка из хаоса, при котором порядок вытесняет хаос [63]. В качестве примеров, демонстрирующих порядок, можно привести созданные природой минералы.

59

Закон, определяющий направление тепловых процессов, можно сформулировать как закон возрастания энтропии: для всех происходящих в замкнутой системе тепловых процессов энтропия системы возрастает, максимально возможное значение энтропии замкнутой системы достигается в тепловом равновесии.

Данное утверждение принято считать количественной формулировкой второго закона термодинамики, открытого Р.Ю. Клаузиусом (его молекулярно-кинетическое истолкование дано Л. Больцманом).

Идеальному случаю – полностью обратимому процессу замкнутой системы – соответствует не изменяющаяся энтропия. Все естественные процессы происходят так, что вероятность состояния возрастает, что означает переход от порядка к хаосу. Значит, энтропия характеризует меру хаоса, которая для всех естественных процессов при повышении температуры возрастает.

Химические процессы. Реакционная способность веществ

Взаимное соединение элементов не является произвольным. Опыт показывает, что некоторые элементы соединяются с другими, а некоторые – нет. Способность атомов связывать один или большее число атомов другого элемента называется валентностью. Электронная теория строения вещества говорит о том, что соединяться могут только такие элементы, атомы которых имеют незаполненные внешние электронные орбиты (валентные сферы), обладающие определенной валентностью и вследствие чего проявляющие неустойчивость.

Существует большое разнообразие типов химического взаимодействия веществ. Однако характерным для них является перестройка электронных оболочек связываемых атомов. В результате перестройки происходит обобществление электронов соединяемых элементов, а система в целом приходит в устойчивое положение. Межатомное взаимодействие, сопровождающееся перестройкой валентных электронных оболочек атомов и обобществлением электронов, называют химической, или ковалентной связью [37].

Число известных в природе и технике химических процессов очень велико. Одни из них, например, окисление бронзы на воздухе, протекают веками, другие – горение бензина – очень быстро. Разложение же взрывчатых веществ происходит в миллионные доли секунды. При промышленном производстве химических продуктов очень важно знать закономерности протекания реакций во времени, т.е. зависимость их скорости и выхода продуктов от температуры, давления, концентрации реагентов и примесей.

Изучением скорости и особенностей протекания химических реакций занимается химическая кинетика. Основополагающим для химической кинетики является представление о том, что исходные вещества, вступающие в химическую реакцию, чрезвычайно редко непосредственно превращаются в ее продукты. В большинстве случаев реакция проходит ряд последовательных и параллельных стадий, на которых образуются и расходуются промежуточные вещества. Число последовательных стадий может быть очень велико – в цепных реакциях их десятки и сотни тысяч. Время жизни промежуточных веществ весьма разнообразно: одни вполне стабильны, другие существуют доли секунды. Изучение скорости протекания химических процессов показало, что химические реакции протекают тем быстрее, чем выше температура, давление и концентрация реагентов – в этом случае чаще происходит столкновение молекул реагирующих веществ, реакция идет быстрее.

На скорость некоторых химических реакций можно влиять присутствием небольшого количества определенных веществ, которые сами в реакции участия не

60

принимают. Вещества эти называются катализаторами. Катализаторы бывают положительными, ускоряющими реакцию, и отрицательными – замедляющими ее.

Каталитическое ускорение химической реакции называется катализом и является важнейшим приемом современной химической технологии (производство полимерных материалов, синтетического топлива и др.). Благодаря катализу существенно повысилась эффективность экономики химической промышленности, поскольку ускорение химических реакций заметно влияет на снижение издержек производства.

Тестовые задания к главе 3.

1.Какая из теорий строения материи отвечает современным представлениям 101) механистическая; 102) электромагнитная;

103) физическая (квантово-полевая).

2.Кто первый доказал, что элементарные частицы веществ обладают не только корпускулярными, но и волновыми свойствами

201) Де Бройль;

202) Д.Д.Иваненко;

203) Н.Бор.

3.Кто впервые объяснил природу ядерных сил и составил их основные характеристики

301) И.Е.Тамм и Д.Д.Иваненко; 302) Э.Резерфорд и Н.Бор; 303) Г.Н.Флеров и К.А.Петржак.

4.Под естественнонаучной картиной мира понимают:

401)систему псевдонаучных вымыслов существования связей между явлениями;

402)систему важнейших принципов и законов, лежащих в основе существования

материи;

403)догадки и произвольные логические построения.

5. Натурфилософия (умозрительное истолкование природы) представлена наиболее полно в труде античного ученого:

501)Анаксимена;

502)Анаксимандра;

503)Аристотеля.

61

Глава 4

ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ МАТЕРИАЛЬНОГО МИРА

Для понимания сущности законов развития материального мира рассмотрим понятие «закона» вообще. Закон выражает общие, относительно устойчивые и повторяющиеся связи реального мира, которые при наличии соответствующих условий определяют характер, направление и результат развития. Из определения следует, что одним из важнейших признаков закона является относительная устойчивость и постоянство выражаемых им отношений.

Устойчивость и постоянство связей, характеризующие закон, проявляются в его повторяемости при наличии соответствующих условий.

Различают законы природы и законы общества. Законы природы существуют более длительное время, чем законы общества. Изучив законы природы и различные условия, в которых они проявляются и действуют, человек получает возможность управлять естественными природными процессами. Познав законы развития общества, люди могут влиять на ход исторических событий.

4.1. Законы диалектики

Фридрих Энгельс в 1886 году издал свой труд под названием «Диалектика природы», который посвятил разработке важнейших проблем в развитии естественных наук. Изучение истории развития естествознания и философских подходов к объяснению существования материи, позволили ему обосновать существование ряда законов, которые были названы законами диалектики [ 103 ].

К ним относятся: закон единства и борьбы противоположностей; закон перехода количественных изменений в качественные; закон отрицания отрицания, закон о развитии материального мира по спирали. Законы диалектики конкретны, проявляются через частные законы развития конкретных процессов и явлений.

Закон перехода количественных изменений в качественные:

«Движение и изменение в природе и обществе представляют собой не только перемещение, но и количественный обмен энергией между телами, приводящие к качественным преобразованиям материи, ее развития, возникновения нового еще, не бывшего».

Всякий предмет, всякое явление на определенном этапе развития обязательно наделено определенными количественными значениями и качественными характеристиками. Стоит количественным изменениями выйти за пределы границ системы, как они превращаются в качественные. Такое превращение или переход от одного качества к другому принято называть скачком. Еще в древности греческие философы обратили внимание на то, что незначительные изменения до поры до времени остаются незаметными. Постепенно накапливаясь, они внезапно могут привести к качественно новому содержанию.

Например: мутация генов, постепенно накапливаясь, может привести к появлению совершенно нового вида; незаметно подкрадывается к человеку старость; коварна

62

граница перехода от простого употребления алкоголя и наркотика до развития наркомании и алкоголизма; постепенное загрязнение воздуха, водоемов, нарастая, достигает со временем катастрофического уровня.

Понятие качество выражает специфику, своеобразие больших и малых групп предметов. Для установления качественных границ в природе используется метод классификации животного и растительного мира, технических устройств, профессий, наций и народностей.

Вместе с тем качественное разнообразие мира не является застывшим раз и навсегда, оно подвижно и по мере увеличения количественных изменений, изменяются и качественные характеристики природных систем.

Закон единства и борьбы противоположностей:

«В природе, обществе и мышлении постоянно происходит разделение систем на противоположные начала. Вместе с тем они представляют собой единство (противоположностей). Противоположности не просто существуют, а находятся в состоянии постоянного противоречия, борьбы между собой. Борьба противоположностей составляет внутренние содержание и является источником развития материального мира».

На этот закон обратил внимание древнегреческий ученый Гераклит (544 – 483 год до н.э.), который писал: «Все течет, все изменяется и оборачивается своей противоположностью».

Этот закон раскрывает источники, устанавливает действительные причины вечного движения и развитие материального мира. Обобщение повседневных жизненных наблюдений опытных фактов, полученных в различных науках показало, что явлениям действительности присущ полярный характер. В любом из них можно найти положительное и отрицательное. В математике – плюс и минус, вовлечение в степень и извлечение из корня, дифференцирование и интегрирование. В физике – положительные и отрицательные заряды, в механике – притяжение и отталкивание. В химии – анализ и синтез химических веществ. В биологии – ассимиляция и диссимиляция, наследственность и изменчивость, жизнь и смерть и т.д.

Противоположными называют такие свойства предметов, явлений и процессов, которые в шкалах (от и до) занимают самые крайние места.

Примеры противоположностей. Верх – низ, правое – левое, сухое – мокрое, частицы – античастицы. Под диалектическими противоположностями понимаются такие стороны, тенденции того или иного изменяющегося предмета, явления или процесса, которые одновременно взаимоисключают и взаимопредполагают друг друга. Диалектическим противоположностям присущи единство и взаимосвязь: Они взаимодополняют друг друга, взаимно проникают и взаимодействуют между собой. Отношения между диалектическими противоположностями всегда носят характер поступательного развития. Они способны переходить одна в другую, меняться местами и являются источником развития.

Прогресс общественного развития осуществляется на основе единства и борьбы противоположностей. Среди противоречий общественного развития большую роль играют противоречия в материальном производстве и, прежде всего, между производительными силами и производственными отношениями. Такова суть диалектического закона и борьбы противоположностей. В.И. Ленин закон единства и борьбы противоположностей назвал сутью, ядром диалектики.

63

Закон отрицания отрицания:

«Замена старого новым, отмирающего нарождающимся и есть развитие; а само преодоление старого новым, возникающим на основе старого и называется отрицанием».

Закон отрицания отрицания раскрывает общее направление, тенденцию развития материального мира. В любой области материальной действительности постоянно происходит процесс отмирания старого, отжившего свой век, и возникновение нового, передового. К. Маркс указывал, что ни в одной области не может происходить развитие, не отрицающее своих прежних форм существования. Например, развитие земной коры прошло через ряд геологических эпох. Причем каждая новая эпоха возникла на базе предыдущей.

В органическом мире каждый новый вид растения или животного, возникая на основе старого, является в то же время его отрицанием.

История общества также есть цепь отрицаний старых общественных порядков и замена их новыми: первобытного – рабовладельческим, рабовладельческого – феодальным, феодализма – капитализмом, а капитализма – социализмом. Отрицание присуще и развитию познания, науки. Каждая новая, более совершенная научная теория, преодолевает прежнюю уже устаревшую.

Закон о развитии материального мира по спирали:

В законах диалектики генеральной линией проходит идея о поступательности развития. В них, особенности в законе отрицания отрицания, охватываются не отдельные звенья, состояния или переходы, а спиралевидный процесс развития – по восходящей линии развития. Каждый виток спирали не есть простой возврат к пройденному, он ведет все выше и выше, служит началом нового витка, нового диалектического цикла в развитии. Развитие тем самым идет по пути восхождения. Поднимается на все более и более высокую ступень развития. При этом диалектические циклы, витки спирали выступают как взаимно обусловленные, органически связанные между собой этапы развития, как единый и вместе с тем качественно многообразный процесс.

Движение и изменение разнообразны, противоречивы. Процессам восхождения противостоят процессы нисхождения, прогрессивные тенденции неотделимы от регрессивных. Закономерность поступательного развития не исключает временных отклонений от основных тенденций поступательного движения вперед.

«Прогрессивный характер развития материального мира характеризуется не

как прямолинейное движение, а как чрезвычайно сложный спиралеобразный процесс с определенным повторением пройденных ступеней на более высоком уровне».

Спиралевидный характер развития присущ различным областям действительности: ярким проявлением этой особенности развития является периодический закон химических элементов, открытый Д.И. Менделеевым.

Спиралеобразное развитие имеет место и в общественной жизни. Поскольку новое, отрицая старое, сохраняет и развивает его положительные черты, развитие приобретает прогрессивный характер.

64

4.2. Категории диалектики

Категории материалистической диалектики являются тем переходным звеном, через которые законы диалектики входят сферу действительности конкретных наук и формируют понятия категории специальных наук.

В каждой науке вырабатываются критерии. В категориях конкретных наук обобщаются специфические стороны или процессы, происходящие в отдельных областях природы, общества и мышления.

Рассмотрим основные категории диалектики.

1. Единичное и общее

Категория единичного отражает характер существования отдельных элементов в системе.

Категория общего – существование элементов, связанных общими свойствами, общими источниками происхождения. Отдельное (единичное) богаче общего, ибо каждый отдельный элемент, помимо общих признаков, имеет свои индивидуальные (элементарные) свойства.

Вместе с тем целое (общее) имеет свои элементарные свойства, отсутствующие у его систем, подсистем. Общее формирует между отдельными элементами системы устойчивые функциональные связи. В этом и проявляется их диалектическое единство. Новое обычно возникает не сразу, а в форме единичных явлений, со временем усиливается, расширяется, совершенствуется и приводит к изменению всей системы.

2. Причина и следствие

Под причиной понимается явление, которое при определенных условиях обусловливает изменения. Следствием называется явление, возникшее в данной системе, либо вне ее под действием причины. Связь между причиной и следствием носит закономерный характер: данная причина всегда вызывает определенное следствие. Знание закономерностей причинно-следственной связи составляет основу научного познания.

По своему характеру причинные связи могут быть внутрисистемными и внешними по отношению к системе. Причины могут быть главными и неглавными. Главная причина определяет весь процесс в целом, она лежит в основе сущности явлений, а неглавная имеет вспомогательное значение, ускоряя либо замедляя течение процесса. Причина, породив следствие, или прекращает свое дальнейшее существование или сохраняется и продолжает оказывать дальнейшее воздействие на уже возникшее следствие, изменяя его дальше.

3. Необходимость и случайность

Под необходимостью диалектический материализм понимает факт закономерного развития события, вытекающего из внутреннего развития процессов в системе.

Случайностью называется явление, которое вытекает не из сущности и закономерного развития данного процесса, а из его внешних связей и отношений.

65

Необходимость связана с самой сущностью процесса, которым она обусловлена, а случайность является для процесса чем-то побочным, необязательным. Необходимость выступает как один из важнейших признаков закона, проявляясь в действии закона, обязательно пробивает себе дорогу и, в конечном итоге, осуществляется, несмотря ни на какие временные препятствия.

4. Возможность и действительность

Возможность – определенная предпосылка нового в развитии процессов и явлений и при соответствующих условиях может стать действительностью.

Действительность – уже реализованная или осуществленная возможность. Каждая возможность это определенный момент уже развивающейся действительности.

Процесс превращения возможностей в действительность и порождение действительностью новых возможностей бесконечен, как бесконечно развитие материального мира.

5. Содержание и форма

Любой процесс, явление или предмет представляют собой диалектическое единство системы, имеющей содержание и форму.

Содержание системы включает в себя всю совокупность признаков и процессов, вызванных развитием отдельных элементов и их групп (подсистем). Содержание системы имеет определенную организационную структуру.

Форма – способ существования, материи, выражение её содержания. Она неразрывно связана с содержанием. Например, производительные силы выступают, как содержание способа производственных отношений, а производственные отношения – как форма. Форма выражает определенное содержание, а содержание не всегда оформлено. Новое содержание приобретает новую форму. Форма и содержание противоположны и одновременно тесно связаны между собой. Ведущая роль принадлежит содержанию. Вместе с тем форма активно воздействует на содержание, ускоряя или замедляя его развитие.

6. Сущность и явление

Сущность – это категория диалектики, которая раскрывает внутренне содержание динамической системы.

Явление – внешнее проявление сущности. Категория сущности близка к категорию содержания, но в отличие от нее выделяет из содержания главное внутреннее содержание системы. Явление – внешне, менее устойчивая, чем сущность сторона процесса.

7. Самоорганизация

Самоорганизация – это процесс взаимодействия элементов, в результате которого происходит возникновение нового порядка или структуры в системе.