Практическое занятие №3
ВВЕДЕНИЕ В ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ
Цель занятия – рассмотрение естественно-научного смысла понятия «материи», ее фундаментальных характеристик, разновидностей материальных объектов, составляющих Мироздание и разницу в их структуре и свойствах, а также закономерности, определяющие их положение в материалистической системе Мироздания.
Рекомендации при подготовке к занятию
Вопросы которые необходимо изучить:
- материя, ее фундаментальные характеристики и их определения;
- основные разновидности материальных объектов, составляющих систему Мироздания, их характерные отличительные свойства и причины этого;
- раскройте смысл закона сохранения материи при переходе от низших к высшим уровням структурной ее организации;
- пространственно-временные характеристики материи;
- свойства пространства и времени;
- движение материи и ее разновидности;
- взаимодействие материальных объектов и его разновидности.
Приложения
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫЕДИНСТВА ПРИРОДЫОБЪЕКТОВ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ИХ МНОГООБРАЗИЯ
Для ответа на вопросы о фундаментальных основах единства природы объектов Мироздания и причин их многообразия как основного условия создания системы их объединяющей необходимо системно и последовательно разобраться с современным понятием «материи», ее характеристиками, свойствами, формами существования и разновидностями вещественных форм и производных материальных тел, объектов и систем.
1. Материя, ее фундаментальные характеристики
и формы существования
Естественные науки начали изучение Мироздания и свое развитие
с наиболее простых и непосредственно воспринимаемых человеком вещественных материальных объектов окружающих человека в мире Земли, включая объекты ближнего космоса. Далее они перешли далее к изучению микро- или макроскопических основ организации вещественной материи (как в сторону исследования составных, или дифференциальных, от исходных, так и в сторону производных, или интегральных, форм материи), выходящих за пределы обычного человеческого восприятия и несоизмеримых с объектами повседневного опыта.
В древней Греции были заложены 2 противоположные гипотезы строения материальных объектов. [11, с. 108]. По первой (Аристотель 384-322 до н.э.) - вещество делится на мелкие частицы и нет предела его делимости, то есть вещество непрерывно в своем делении на составляющие элементы. Эта гипотеза заложила начала концепции непрерывности или континуальности структурной организации материи. Другая гипотеза (Левкипп – 5 в. до н.э., его ученик – Демокрит и далее философ-материалист Эпикур предполагала, что вещество состоит из мельчайших частиц – атомов. Она вылилась в концепцию атомизма или дискретного строения материи: атомы плюс «пустота» (Материалисты древней Греции / под ред. М.А.Дынника. М.: Гос. изд. полит. литературы, 1955. 240 с.).
Реальность существования атомов была доказана лишь в середине-конце 19 века (Жан Перрен при наблюдении броуновского движения).
А затем была показана делимость и атома.
Фундаментальное же обоснование материального единства природы явлений и объектов Мироздания, включая вскрытие причин ее дуализма или двойственности было заложено в начале 20 века.
Развитие науки к началу 21 века привело к тому, что философское понятие «материи», через результаты изучения ее форм и разновидностей превратилось в наиболее важнейшее естественно-научное понятие, характеризуемое конкретными физическими, химическими, механическими, биологическими и другими характеристиками, определяющими его практическое использование в разных дисциплинах [1-10].
1.1. Две основные формы материи, определяющие корпускулярно-континуальное единство природы и многообразие объектов
Мироздания
Согласно современным достижениям естественных наук материю нужно рассматривать уже не как философскую категорию, а как объективно существующую реальность в виде соответствующих форм, объектов или их совокупности в виде систем различного уровня вплоть до макросистемы Мирозданья, характеризуемую массой и энергией, а также комплексом свойств, определяемых структурными особенностями их корпускулярно-континуальной природы. Или в сокращенном варианте материя это объективно существующую реальность, характеризуемая массой и энергией. Масса и энергия, в свою очередь, определяют пространство, занимаемое конкретным видом материи и время его жизни в виде индивидуального уровня материи и вещества, а также их взаимопревращений в зависимости от окружающих условий или соответствующих воздействий [1-4].
Традиционно под энергией понимают действие (способность совершать работу) или общую количественную меру различных форм движения материи (механическую потенциальную или механическую, химическую, тепловую, электрическую, ядерную и т.д.). Причем превращение одной формы энергии, в другую является фундаментальным межуровневым (универсальным или всеобщим) законом сохранения энергии (и видимо материи в целом) Мироздания. Однако, по мнению автора данной работы, современное определение энергии можно уточнить и конкретизировать следующим образом: энергия это работа, которую нужно затратить или сила которую нужно преодолеть для разрушения связи элементов, составляющих данную материальную систему. То есть, это мера взаимодействия элементов, составляющих конкретный материальный объект или их совокупности в рамках соответствующей системы. Например, ядерных сил между элементарными частицами в атоме, химических связей между ядрами или атомными остовами в молекуле, отдельных молекул между собой, гравитационное взаимодействие между планетами в Солнечной системе и т.д. При этом любая материальная система является целостной и устойчивой только в том случае, если энергия связи между элементами ее составляющими больше кинетической энергии каждого из них [11.c.115]. При этом для каждого материального уровня величина этой энергии зависит от специфики ее природы и типа связи элементов составляющих данную систему. Например, длительное существование Солнечной Системы определяется устойчивым равновесием между энергией гравитационной связи планет и Солнца ее составляющих, а также инерционно-центробежными, тепловыми и конечно электромагнитными силами взаимодействия этих элементов.
Под массой тела традиционно понимают меру инерции, определяемой как отношение силы к ускорению, которое она сообщает данному телу. Однако, исходя из методологии, развиваемой в данной монографии, под массой будем понимать количество или вес данного материального объекта (частицы, тела и т.д.) как совокупности масс элементов его составляющих..
В зависимости от того, какая составляющая в характеристике материи преобладает, она существует в двух основных крайних формах: поле и вещество. Однако каждый реально существующий материальный объект (разновидность вещества, живое и неживое материальное тело и т.д.) обязательно характеризуется обеими формами этими, а его свойства определяются совокупным вкладом этих двух форм. Только с разным их вкладом или соотношением поля и вещества как двух структурных компонент, определяющих специфику и отличия структуры и свойств конкретных объектов и явлений и одновременно фундаментальное единство их природы в единой системе Мироздания. Например, практические свойства магнитных металлических материалов определяются, прежде всего, магнитной составляющей - полем, а не их вещественной компонентой, в виде дискретной химической (металлической) формой материи.
Поле – это форма существования материи, которая характеризуется, прежде всего, энергией, а не массой, хотя и обладает последней. В результате, важнейшей ее характеристикой является континуальность, то есть непрерывность в пространстве.
Отметим,что в настоящее время в физике принято считать [11.c.108], что и не только вещество, но и поле имеет дискретную структуру. Даже пространство и время, согласно квантовой теории поля, в сверхмалых масштабах образуют хаотически меняющуюся пространственно-временную среду с ячейками размером 10-35м. и временем 10-43с.
Но так как они настолько малы, а их массу так сложно оценить, что их можно не учитывать при описании объектов, из которых они состоят, считая пространство и время практически непрерывными.
Следствиемсуществования у поля такой характеристики как континуальность или непрерывность можно считать объективное появление понятия «пространства», как материалистической категории. Оно определяет размерные (объемные) характеристики конкретных материальных тел, а также является «пустотой» (по Демокриту) или «вместилищем» дискретных веществ и материальных форм в виде бесконечного пространства Вселенной в котором располагаются отдельные материальные тела (люди, планеты, звезды, созвездия и т.д.), характеризуемые свойством дискретности.
Вещество характеризуется в первую очередь собственной массой (покоя), а, следовательно - дискретностью (прерывностью в пространстве), соответственно, существует в виде индивидуальных частиц. Хотя естественно характеризуется и энергией связи элементов его образующих
В 1905 году физик А. Эйнштейн показал, что между массой (m) тела (вещества) и его энергией (E) существует следующая связь:
E = m c 2 (1)
где с - скорость света в вакууме.
При этом данное уравнение связывают [11.c.158], не просто с энергией любого материального тела, а с энергией Eсв связи элементов ядра. Причем обычно рассматривают удельную энергию связи (среднюю энергию связи, приходящуюся наодин нуклон), зависящую от массового числа А и чем она больше, тем устойчивей ядро. Для легких ядер (А менее 12) с увеличением А их Eсв резко возрастает до 6-7 МэВ (1 МэВ равен 106 эВ). Например, для изотопа тяжелого элемента урана-238 она достигает 7,6 МэВ. Для сравнения отметим, что энергия связи валентных электронов в атомах составляет 10 эВ, то есть в 106 раз меньше ядерной энергии. Отметим также, что масса ядра всегда меньше суммы масс составляющих его нуклонов (протонов и нейтронов), а эта разность называется дефектом массы Δ m. Что связывают с тем, что при образовании ядра выделяется энергия, а при разделении ядра ее нужно затратить. Данный эффект демонстрирует взаимосвязь превращений вещества, сопровождающихся явлением (законом) сохранения массы-энергии и переходом одной формы вещества в другую (пол в вещество и наоборот).
Видимо тот же эффект, но в меньших масштабах должен наблюдаться и при химических превращениях веществ экзо-и эндотермического характера, а также биологических и т.д.
И вот здесь возникает один из главных фундаментальных вопросов современного естествознания (подчеркиваю – не философии, не физики, не химии, не биологии и т.д.), а именно естествознания: а какова же все-таки «субординация» в отношении таких важнейших характеристик материи как масса и энергия в смысле вклада в законы Мироздания. Например, Ю.Г. Кубарев [12] предполагая, что «поле представляет энергию, а вещество массу», отмечает, что это разделение, согласно теории относительности А. Эйнштейна, носит качественное различие. И при этом отмечает: «корректнее говорить, что большая часть энергии сосредоточена в веществе, а меньшая в поле»?, а поэтому различие между этими 2-мя формами «скорее количественное, чем качественное». А с другой стороны мы говорим, что поле, характеризуется прежде всего энергией, а вещество массой. Следует в этом разобраться внимательней. Согласно соотношению между массой и энергией А. Эйнштейна (Е=mc2), энергия ΔЕ, выделяемая при образовании системы частиц [13], уменьшает массу системы на величину Δm=ΔЕ/с2 и, таким образом масса вновь образовавшейся системы оказывается меньше, чем сумма масс исходных образующих ее частиц до объединения. Самым наглядным и известным примером, иллюстрирующим правильность этого утверждения служит физико-химическое превращение индивидуального атома (физического вещества) в индивидуальное химическое вещество: двух атомов водорода (Н) в молекулу водорода (Н2). При образовании новой химической системы имеет место снижение общей энергии по сравнению с суммарной энергией 2-х индивидуальных атомов и вновь образовавшееся вещество обладает меньшей реакционной способностью и большей устойчивостью в нормальных условиях. Видимо при этом происходит и частичная потеря массы по сравнению с чисто механической суммой 2-х атомных масс исходных веществ, что сопровождается и потерей исходными атомными частицами своей индивидуальности. Атомы, согласно теории химического строения вещества А.М. Бутлерова, меняют свою структуру и превращаются в химические элементы в виде атомных остовов (или ядер), связанных химической связью (в виде обобществленных электронов). То есть действительно, часть массовой компоненты исходных атомных частиц, переходит в энергетическую, которая затем выделяется из вновь образовавшейся химической системы.
В результате, естественным образом напрашивается следующий фундаментальный вывод (а может быть и закон?), связанный с парадигмой многоуровневой организации материи или, по сути, с системой естествознания, определяющий закономерности сохранения материи путем превращения энергии в массу и наоборот при переходе (в ряду ультра-, микро-, макро-
и мегамиров) от более простых к более сложным материальным объектам.
При последовательном образовании из исходных материальных
образований (кварков и элементарных частиц) более сложных систем и материальных тел логично увеличивается их суммарная масса (с соответствующей потерей части массы за счет выделения избыточной энергии) и уменьшается удельная энергия внутриструктурного взаимодействия элементов, составляющих данный материальный объект.
То есть, при переходе с низших к высшим уровням структурной организации материи увеличивается их масса и уменьшается энергия взаимодействия элементов макроструктурного уровня их организации, определяя периодичность качественного скачка превращения одного уровня
в другой.
Таким образом, закон сохранения материи представляет собой факт постоянного изменения соотношения энергии и массы при переходе материальных объектов с одного уровня структурной организации на другой или превращения одного вещества или материального тела в другое.
То есть материя при изменении условий окружающей среды никуда не исчезает, а ввиду изменения соотношения энергетической и массовой компонент материальных систем происходит ее переход из одной разновидностив другую или другие.
Следует понимать, что структура любого материального объекта при переходе в ряду ультра-, микро-, макро- и мегамиров естественным образом усложняется. То есть, его структура всегда будет многоуровневой, так как каждый из предыдущих элементов (элементарная частица, атомная, химическая, геологическая или биологическая и т.д.) будет всегда вносить свой вклад в конечный (последний) макроуровень структурной организации соответствующего материального объекта и суммарную его характеристику. Причем, конкретное свойство материального объекта будет всегда связано, в большей степени, с каким либо одним из конкретных уровней его структурной организации.
Например, в структуре любого вещества и материала (табл.6) можно сегодня выделить следующие уровни: микро – (тонкая электронно-ядерная, молекулярная или кристаллическая атомно-остовная и затем наноструктура), мезо – и макроструктуры [9,14,15].Причем показано, что вклад разных уровней структурной организации вещества в конкретные свойства материалов различен, а конечные их свойства определяются совокупным вкладом этих уровней.
В начале 20-х гг. ХХ века физиками же было обнаружено, что волновые свойства присущи, в принципе, любым движущимся частицам вещества. Математически это выражается соотношением де Бройля: [11,16]
l = h / (m V), (2)
где h - постоянная Планка; V - скорость движения частицы (тела),
а mV - импульс частицы (p).
Соотношение (2) показывает, что для макрообъектов с большой массой и малыми скоростями движения длина их волны (l) будет пренебрежимо малой (l » 10-28-10-30 см). При этом для микрочастиц, движущихся с высокими скоростями, l может оказаться существенной. При этом кинетическая энергия движущегося тела равна половине произведения его массы на квадрат скорости. То есть волновые свойства вещественных форм материи зависят от их массы и скорости движения.
Поэтому можно предполагать, что чем больше масса частицы, тем меньше ее длина волны и, следовательно, вероятность перехода в полевую форму падает, а в вещественную возрастает. Формально из уравнения (2) следует, что повышение скорости движения частицы должно приводит к аналогичному эффекту. Однако такая количественная характеристика движения материальных тел как импульс (p), представляет собой произведение массы тела на его скорость. А из свойства однородности пространства следует закон сохранения импульса: импульс замкнутой системы постоянен, то есть не изменяется со временем. А отсюда уже можно полагать, что для замкнутой системы (например, атомной или молекулярной частицы, планеты и т.д.), этот закон выполняется лишь в случае, если с ростом одной его составляющей (m) уменьшается вторая (V) или наоборот? А если это так, то в замкнутой системе с ростом массы тела должна падать его скорость и, следовательно, уменьшаться l и его волновые свойства и наоборот?
С другой стороны (покажем ниже) с ростом массы тела падает энергия внутриструктурного взаимодействия элементов и наоборот. В результате, в ряду: молекула, атом, элементарная частица – имеет место естественное уменьшение массы (m) и размеров соответствующих частиц вещества (R), рост энергетики (E) внутриструктурной организации (или энергии связи элементов их структуры) и скоростей движения (V) с соответствующим ростом их волновых характеристик (l).
И, следовательно, в этом ряду закономерно меняется соотношение таких свойств перечисленных вещественных объектов, как непрерывность и дискретность. В итоге, на границе таких различных форм материи, как вещество и поле, лежат микрообъекты типа фотона и электрона, характеризуемые обычно двойственностью (дуализмом) своей природы. Фактически, поле («пустота», по Демокриту) и вещество - это две основных формы и первый (
) и второй (
) уровни фундаментального деления материи (рис. 4).
Именно эти закономерности, по-видимому, и определяют возможность перехода (превращения) двух форм материи друг в друга и корпускулярно-волновой дуализм материи в целом.
Третьей разновидностью материальных объектов Мироздания следует считать материальные тела как относительно большие по массе дискретных форм материи, представляющие собой «композиционные системы» на основе совокупности индивидуальных полей и веществ, типа тела человека и планеты Земля.
1.2. Пространственно-временные характеристики материи
и объектов Мироздания. Свойства пространства и времени
Пространство и время являются всеобщими универсальными «формами» а, точнее характеристиками (существования) бытия и движения материи. Физические, химические и другие величины, движение материальных тел и их превращения связаны с измерением длин, площадей и объемов, а также длительностей протекания тех или иных процессов, то есть пространственно-временных характеристик материальных объектов. При этом нужно понимать принципиальную разницу между этими 2-мя характеристиками материи [11,17].
В ньютоновской концепции (до конца 19 века) и время и пространство [17, c.139] пространство считалось беконечным, плоским «прямолинейным» и описывалось геометрией Евклида: абсолютно пустое, однородное и изотропное. Это вместилище материальных тел, как независимая от них инерционная система. Время понималось абсолютным, однородным и равномерно текущим. Сегодня эти понятия понимаются иначе.
Пространствокрайне необходимо, прежде всего, для определения структурных особенностей организации материальных объектов, как характеристики раскрывающей в них взаимное расположение и связь составных частей (элементов) или внутреннее их устройство, а также устройство окружающего пространства или Мироздания в целом, в котором находится тот или иной объект. Свойства пространства — непрерывность, трехмерность, однородность и изотропность.
Время прежде всего важно для характеристики движения и превращения одних материальных объектов в другие (например, скорость реакции или движения автомобиля). Свойства времени – непрерывность,
одномерность, однородность и необратимость.
Пространство – это характеристика позволяющая, прежде всего, оценить структурные особенности материальных объектов или пространственное расположение элементов их составляющих (элементарных частиц в атоме, атомных остовов в молекуле, планет в солнечной системе и т.д.) а также положение самого материального объекта относительно других. По сути – пространство является объективной характеристикой, позволяющей реально оценить как структуру материальных объектов составляющих Мироздание, так и устройство Вселенной в целом.
Понятие пространства (как выражение порядка сосуществования материальных тел) гораздо сложнее понятия времени. Геометрия Эвклида - основная теория пространства, заложившая понимание его однородности и бесконечности. Оно трехмерно (то есть занимает определенный объем), обладает свойствами однородности (равноправность всех точек пространства) и изотропности (равноправность во всех направлениях), а время – только однородности. Хотя Ньютон ввел понятие абсолютного пространства, но реально пространство, как и время, всегда относительно. Из общей теории относительности следует, что свойства пространства зависят от свойств материальных объектов существующих в нем. Любой материальный объект искривляет пространство, которое описывается не геометрией Эвклида, а Лобачевского. Предполагается, что при очень большой его плотности это искривлении становится настолько существенным, что пространство замыкается само на себя (или локализуется), отделяя данное тело от остальной Вселенной, образуя черную дыру. А она поглощает материальные объекты и электромагнитное излучение, а на ее поверхности время как бы останавливается. Важным свойством пространства является трехмерность, то есть положение материального точки или тела характеризуется координатами X, Y и Z (хотя есть гипотезы и о многомерности пространства). Понятие однородности или равноправности всех точек или материальных объектов пространствакрайне важно для понимания индивидуальности и фундаментальной сущности (в смысле различий в их составе и типе связи элементов, структуре и свойствах) каждого из этих объектов.
Опираясь на понятие «пустоты» Демокрита можно полагать, что именно существование материи в виде поля и определяет появление пространства, в котором располагаются, движутся и взаимодействуют различные вещественные формы материи в виде элементарных частиц, атомов и их химических соединений вплоть до планет, созвездий и галактик. При этом понятно, что при переходе от дискретных вещественных форм материи к непрерывным полевым в рамках постепенного изменения (уменьшения) их размерно-массовых и увеличения энергетических параметров, объемно - пространственные характеристики будут, несомненно, возрастать и наоборот. То есть, при переходе от одних форм материи к другим в процессе их превращения и изменения размерно-массовых характеристик, пространство тоже меняет свою структуру и свойства, то есть может расширяться и сжиматься.
В общем виде, эти изменения характеристик пространства можно представить следующим образом: при переходе в системе Мироздания (рис. 10, 11) от 0 в макромире (размер человека) налево в микро- и ультрамикромиры, размерно-массовые и объемные характеристики вещественных форм материи закономерно уменьшаются, а энергетические растут, что в итоге на границе микро- и ультрамикромиров приводит к качественному скачку – вещество преобразуется в поле. А это приводит к преобразованию замкнутых микропространств отдельных вещественных частиц в непрерывное пространство, в виде совокупности полей в котором располагаются дискретные частицы вещества микро-, макро и других миров. При переходе направо от микромиров в макро- и мегамирах размерно-массовые и объемные характеристики вещественных форм материальных тел закономерно увеличиваются, то есть замкнутые микропространства этих объктов и систем (планет,созвездий и галактик) увеличиваются и становятся соизмеримыми по протяженности (стремление к бесконечности) с полевой формой материи. Что теоретически может привести к свертыванию пространства в целом (виде, например черных дыр). Правда,размеры планет (твердые тела) не могут расти бесконечно. Что подтверждает правильность гипотезы или важнейшего закона Мироздания, что с увеличением массы материального тела энергия взаимодействия элементов его оставляющих падает, ограничивая величину (размер или объем его пространства). Но далее эти макротела объединяются в материальные системы в виде созвездий и галактик, но уже соответствующими дальнодействующими силами – гравитационными, электромагнитными и т.д.
Итак, средой существования дискретных материальных объектов является материальное пространство, характеризуемое свойством непрерывности, позволяющее охарактеризовать их структуру и исследовать свойства. Для характеристики свойств материальных объектов, например их превращений и изменений, необходима такая характеристика как время. Пространство и время являются всеобщими универсальными формами (или характеристиками?) существования – бытия и движения материи.
Физические, химические и другие величины связаны с измерением конкретных длин и длительностей материальных объектов и их превращений, то есть пространственно-временных характеристик материальных объектов, а следовательно пространство и время объективно существуют.
Время выражает порядок смены состояний любого материального объекта или системы и является объективной характеристикой любого процесса и явления. Особое значение время имеет как характеристика динамических процессов. Из теории относительности следует, что при скорости близкой к скорости света в вакууме, время замедляется (релятивистское замедление времени). При сильном поле тяготения происходит гравитационное замедление времени. Время в отличие от пространства обладает свойством необратимости и одномерности (стрела времени), прошлое нельзя воспроизвести.Необратимость времени в макроскопических процессах находит свое воплощение в законе возрастания энтропии. В необратимых процессах энтропия как мера внутренней неупорядоченности возрастает. В обратимых процессах, она остается постоянной. Различают понятия биологического, психологического и социального пространства и времени. В.И. Вернадский специфику биологического пространства и отличительным признаком всего живого связывал с наличием асимметричности пространственной структуры органических молекул [11с.153].
Энтропия традиционно связывается с понятием порядка или беспорядка в структурной организации материальных объектов. Обычно порядок ассоциируется с определенной степенью симметрии системы, а переход в беспорядочное состояние нарушением данной симметрии. Если обратиться к молекулам или атомам, которые предоставлены сами себе, то под действием теплое движения наиболее вероятным их расположением будет беспорядочное. Можно привести и другие примеры макроскопических систем, самопроизвольно стремящиеся к беспорядку. Следовательно, беспорядок является наиболее вероятным равновесным состоянием системы, что согласуется с законом возрастания энтропии консервативных систем. Сама же энтропия системы становится мерой ее беспорядка.
Процесс установления порядка в системе в условиях самоорганизации связан с переходом состояния системы из неупорядоченной фазы или даже хаоса в упорядоченную структуру. Следовательно, порядок и хаос являются неотъемлемым признаком той или иной материальной системы и процесса ее самоорганизации и эволюции. При этом сами слова «порядок» и «xaoc», используемые в концепциях самоорганизации, обладают строгим смыслом. «Порядок» ассоциируется с диссипативными структурами, а «хаос» определяется как неустойчивое и случайное поведение системы.
А порядок как уровень дальней структурной симметрии, подобно дальнему порядку в расположении элементов в кристаллических структурах, в отличие от ближнего порядка их расположения в аморфных телах, характеризуемых беспорядком структуры. Причем важно отметить, что плотность упаковки структурных элементов в кристаллических телах намного выше (удельная плотность и масса растет), чем в аморфных, а энергия химической связи элементов меньше и материальной системы в целом меньше. Что еще раз подтверждает справедливость и универсальность закона сохранения энерго-массовых характеристик материи. При этом хаос, о котором идет речь в явлении самоорганизации, необходимо отличать от хаоса, возникающего в состоянии теплового равновесия.
Специальная теория на основании принципа относительности и постулате о предельной скорости передачи взаимодействий материальных объектов (~300000км/сек) объединила пространство и время в единый континуум: пространство – время [11с.107].
Понимание законов природных явлений облегчается с использованием принципа инвариантности относительно сдвигов в пространстве и во времени, то есть параллельных переносов начал координат и отсчета времени: смещение во времени и в пространстве не влияет на протекание физических (природных?) процессов [11с.118].Инвариантность структуры, свойств, формы материального объекта относительно его преобразований называется симметрией. Наглядный пример пространственной симметрии материальных систем - кристаллическая структура. Симметрия кристалла заключается в том, что его можно совместить с другим таким же кристаллом или самим собой путем поворотов, отражений, параллельных переносов и других преобразований. Симметрия макроструктуры кристалла обусловлена симметрией элементов его составляющих, то есть симметрией его микроструктуры. Из принципа инвариантности относительно сдвигов в пространстве и во времени следует симметрия их самих, называемая однородностью. Однородность пространства заключается в том, что при параллельном переносе в пространстве замкнутой системы тел как единого целого ее структура, физические свойства и законы движения не изменяются. То есть не зависят от выбора положения начала координат.
Для количественного описания движения материального тела используется понятие импульса. Импульс определяется как произведение массы тела на его скорость. Из свойства однородности пространства следует закон сохранения импульса: импульс замкнутой системы сохраняется, то есть не изменяется с течением времени. Считается, что данный закон является универсальным и фундаментальным, справедлив как для макрообъектов классической физики, так и для замкнутых систем микрочастиц, подчиняющиеся принципам квантовой механики [11с.118]..
Однородность времени означает инвариантность физических законов относительно выбора начала отсчета времени. Из однородности времени следует закон сохранения механической энергии: системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется, то есть не изменяется со временем. Консервативные силы характеризуются тем, что работа, совершаемая при перемещении тела из одного положения в другое, не зависит от траектории перемещении, а определяется его начальным или конечным положением. В диссипативных силах (сила трения и т.д.) механическая энергия постепенно уменьшается, за счет ее преобразования, например - в химическую. Все реальные системы в природе диссипативные[11с.118].
Материя и движение.
Наиболее важным свойством материи и материальных объектов Мироздания является движение, под которым в широком смысле будем понимать любое изменение их структуры или взаимного положения элементов (превращение), составляющих любую материальную систему приводящее к изменению их свойств. Сегодня различают большое разнообразие форм движения материи (механическую потенциальную или механическую, химическую, тепловую, электрическую, ядерную и т.д.), которые определяют возможность обмена энергией, веществ (материи), развитие и регресс, жизнь и смерть, эволюцию и другие процессы Мироздания. Движущей силой изменения и развития или самодвижения материальных объектов и Мироздания в целом является борьба противоположностей и взаимодействие самих единых по природе объектов, сформулированная в виде соответствующего всеобщего межуровневого фундаментального закона.
В свою очередь, закон перехода количественных изменений в качественные (опирающийся постулат о наличии определенных порогов или интервалов изменения в количественных массовых и других характеристиках для каждого материального уровня) определяет общий механизм движения или развития. А закон отрицания – отрицания (цикличность развития: объект – его противоположность – превращение этой противоположности в в свою противоположность) определяет направление, форму и результат этого движения и развития. При этом всегда выполняется главный закон материальных превращений, который подводит фундаментальную основу под вечность и бесконечность существовании материи и Мироздания: закон сохранения энергии - массы как двух противоположных характеристик единой материи. Он может быть сформулирован следующим образом: суммарная величина, характеризующая вклад массы и удельной энергии в конкретную материальную систему постоянна и при увеличении одной, другая пропорционально уменьшается и наоборот.