Понятие вещество и физические поля в современной науке

 

Содержание 

Введение

1. Понятие вещество и его внутренняя энергия;
2. Понятие физическое поле;
3. Современные научные методы изучения вещества и поля.

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Вопрос о том, как устроен  мир, является одним из тех, которые  причисляются к разряду вечных. На протяжении всей истории человеческого  общества он заставляет пытливую мысль  задумываться над тем, что же лежит  в основе строения и организации  мира внешнего и мира внутреннего.

Не существует человека –  как человека разумного – без  стремления познать и понять мир. И поэтому уже с самых первых минут своей истории он пытается не только разобраться в ближайшем окружении, но и заглянуть вглубь встречаемых им явлений; не только найти объяснение тому или иному факту, но и построить целостную систему взглядов, единую теорию, объясняющую сущность мира. Именно отсюда берет истоки самая общая из всех наук – философия, которая призвана находить ответы на самые глобальные, самые общие вопросы человеческого бытия.

Философы разных времен и  народов предлагали свои самые разнообразные, порой противоречащие друг другу  теории, с помощью которых, на их взгляд, человек мог бы разобраться  в сущности происходящего в мире. Эти теории либо дополнялись, либо отвергались  представителями прикладных наук в  зависимости от степени соответствия встречаемым в реальной жизни  явлениям и накопленным знаниям  о них; при этом количество накопленных  знаний постоянно увеличивалось, что  приводило, в свою очередь, к построению новых теорий и философских концепций. И процесс этот продолжается непрерывно до сих пор.

С определенного момента  философские теории стали укладываться в два основных направления: идеализм и материализм. Два направления, принципиально отличных друг от друга  и принципиально несовместимых друг с другом. Одно направление, как известно, считает основой мира духовную сущность, другое – материальную, ставя выбираемую из двух упомянутых сущностей в доминирующее положение относительно другой. Идеализм считает материю порождаемой духом, материализм – наоборот.

Но при всем глубочайшем  различии двух направлений, тем не менее, между ними существует чрезвычайно важное сходство: оба направления признают единство бытия, единство природы этого бытия, признают глубокую связь всех существующих явлений и приходят к выводу о существовании некоей субстанции, лежащей в основе всего: духа – в идеализме и материи – в материализме. Вполне естественно, что, в конце концов, усилия исследователей оказались направлены на поиски именно этой субстанции – от ее сущности и зависела теперь судьба философских направлений.

До недавнего времени  поиски духовной субстанции, которая  могла бы являться основой всего  сущего – по мнению представителей идеалистического направления, велись лишь умозрительным путем теоретических  построений и заканчивались, как  правило, признанием принципиальной невозможности  экспериментального подтверждения  ее существования в силу невозможности  ее познания. А это неизбежно возводило  искомую сущность в ранг сверхъестественной, иррациональной (говоря другими словами – трансцендентной). Естественно, что все подобные изыскания не имеют ничего общего со строгим научным подходом, невозможным без экспериментальных исследований и опирающимся на познаваемость предмета.

Лишь в последнее время  в этом направлении появились  некоторые сдвиги: привлечение пристального внимания ученых к так называемым аномальным явлениям позволило экспериментально и достоверно зафиксировать влияние  сознания человека на материальные объекты  – влияние, не объяснимое с точки  зрения известных материальных сил. При этом такая обнаруженная в  этих явлениях (и также экспериментально зафиксированная) сущность, как биополе, оказалась настолько близка по характеристикам  к феноменам, которые традиционно  признавались присущими духовному  миру, что сразу же начала трактоваться идеалистически настроенными философами в качестве подтверждения реальности духовной субстанции и ее первичности. [7]

Однако даже современные  теории, выстраиваемые философами-идеалистами  на базе вывода о духовности биополя, так или иначе, приводят к какой-либо форме трансцендентной духовной сущности, имеющей сверхъестественную непознаваемую природу. [4]

Значительно больших успехов в поисках первоосновы добилось материалистическое направление исследований, которое проникло к настоящему времени глубоко внутрь вещества и поля и показало неразрывную связь всех уровней материального мира, связь микромира с мегакосмосом.

К сожалению, широкий круг читателей сейчас обладает в лучшем случае лишь самыми общими представлениями  об исследованиях в этой области. Но раз мы ведем речь о глубоком единстве всего реально существующего (материального и духовного) мира и хотим доказать это единство на базе экспериментальных данных, нам не обойтись без использования  накопленного опыта. Поэтому возникает  необходимость обрисовать на общедоступном  языке сложившуюся к настоящему времени теорию строения материального мира – хотя бы в самых общих чертах.

Кроме того, отметим, забегая  вперед, что ученые в качестве побочного  результата своих исследований обнаружили целый ряд явлений на микроуровне, которые можно достаточно однозначно связать с существованием духовной субстанции...

Вопросами устройства материального  мира занимается довольно много естественных наук, среди которых и химия, и  биология, и геология, и астрономия. Но основной наукой, исследующей вопрос строения материи как таковой (а следовательно, и всего материального мира в целом), по праву считается физика. Именно физика к настоящему времени проникла в самую глубь основы окружающего нас мира. И именно физика во второй половине ХХ столетия со всей неоспоримостью доказала единство всего материального мира. [4]

 

 

 

 

 

 

 

1. Понятие вещество и его внутренняя энергия

Под понятием вещество в  современной физической науке принято  подразумевать как элементы периодической системы, либо их соединения, поскольку и первое, и второе имеют постоянный химический состав при наличии внешних условий воздействия на них. Любое вещество может находиться в жидком, твердом или газообразном состоянии. Совокупность данных элементов и их соединений во всех присущих им агрегатных состояниях образуют материю. Любое выбранное вещество и взаимодействующее с ним соседнее вещество (вещества) представляют систему.

Каждому веществу присущ набор  специфических свойств — объективных характеристик, которые определяют индивидуальность конкретного вещества и тем самым позволяют отличить его от всех других веществ. К наиболее характерным физико-химическим свойствам относятся константы — плотность, температура плавления, температура кипения, термодинамические характеристики, параметры кристаллической структуры. К основным характеристикам вещества принадлежат его химические свойства.

Вещество характеризуется  массой. Однако пониманием внутренней энергии вещества U не может служить энергия его массы. Поддается измерению лишь изменение внутренней энергии. В современной физике принято считать, что, поскольку существует само вещество, то существует и его внутренняя энергия, и изменение этой энергии.

При постоянном давлении, когда  температура системы повышается или понижается, внутренняя энергия вещества соответственно увеличивается или уменьшается.

Энергия, поступившая вследствие изменения температуры от вещества в среду или наоборот, называется теплотой q.

При постоянной температуре, когда давление системы повышается или понижается, внутренняя энергия вещества изменяется так же, как и в случае изменения температуры: при повышении – увеличивается, при понижении – уменьшается.

Энергия, переданная веществу при сжатии называется работой сжатия, отданная при расширении – работой расширения (w).

Энергия вещества может также  изменяться и при постоянном давлении и при

постоянной температуре  системы, находясь в гомогенной фазе с другими

веществами того же агрегатного  состояния.

При быстром нагревании и  следующем за ним быстром охлаждении вещества можно получить стекло.

Атом является для элемента наименьшей единицей массы, энергия  которой

изменяется. Разновидностей атомов насчитывается около ста. При разделении

элементов на части каждая из них состоит из целого количества атомов. При

делении веществ, состоящих из нескольких элементов, каждая часть будет

содержать конечное целое  число молекул.

И энергия, и материя не возникают из ничего и не исчезают в ничто. Количество атомов материи, как носителя энергии, постоянно при любых физических или химических процессах.

Проследить данную закономерность можно на изолированной системе  веществ, не имеющей возможности энергообмена с другими системами. Энергия такой системы всегда будет постоянна, несмотря на то, что энергия каждого из веществ, ее составляющих, будет изменяться. Отсюда следует, что закон сохранения энергии относится не к отдельному веществу, но к системе, в которую оно входит. В отдельном веществе действует лишь закон сохранения материи.

В процессах изобарического и изотермического изменения  или растворения

вещества вещество как  таковое сохраняется. При химических реакциях сохраняются атомы исходных веществ

Открытие в 1842-м году закона сохранения энергии, согласно которому энергия не возникает и не исчезает, а претерпевает только превращения при химическом или физическом изменении веществ, окончательно отвергло идею perpetuum mobile.

Однако математик Гиббс  в 1876 году вводит понятие энтальпии:

                             H = U + PV, (1)                            

где U – внутренняя энергия вещества, P – внешнее давление, а V – объем вещества. Произведение давления на объем имеет размерность энергии, таким образом, уравнение Гиббса вполне корректно, и с его помощью можно описать возникновение энергии из ничто. Тем не менее, внутреннюю энергию вещества, эквивалентную его массе,                      

                         U = mc²  (2)                        

нельзя повысить путем  обычного умножения внешнего давления на объем, даже

если при этом мы выходим  на соразмерную энергии величину. Произведение

давления на объем лишь вносит ошибку в расчеты, поэтому  понятие энтальпии

серьезно в термодинамике  не рассматривается.

Индивидуальные вещества и смеси:

В химии принято разделять все объекты изучения на индивидуальные вещества (иначе — соединения) и их смеси. Под индивидуальным веществом понимают абстрактное понятие, обозначающее набор атомов, связанных друг с другом по определённому закону. Граница между индивидуальным веществом и смесью веществ довольно расплывчата, так как существуют вещества непостоянного состава, для которых, вообще говоря, нельзя предложить точной формулы. Кроме того, индивидуальное вещество остаётся абстракцией в силу того, что практически достижима лишь конечная чистота вещества. Это значит, что любой конкретный, реально существующий образец представляет собой смесь веществ, пусть и с подавляющим преобладанием одного из них. Несмотря на кажущуюся надуманность этого ограничения, зачастую чистота вещества играет ключевую роль в его свойствах. Так, знаменитая прочность титана проявляется только после того, как он очищен от кислорода определённого предела (менее сотых долей процента).

Неорганические  вещества:

• Соли
• Кислоты
• Основания
• Оксиды

Органические вещества:

• Амиды
• Амины
• Кетоны и альдегиды
• Кислоты и ангидриды
• Нитрилы
• Сероорганические соединения
• Спирты
• Углеводороды
• Замещенные углеводороды
• Простые эфиры
• Сложные эфиры
• Аминокислоты
• Тривиальные названия неорганических соединений

Агрегатные состояния

Основная статья: Агрегатные состояния

Все химические вещества в  принципе могут существовать в трёх агрегатных состояниях — твёрдом, жидком и газообразном. Так, лёд, жидкая вода и водяной пар — это твёрдое, жидкое и газообразное состояния  одного и того же химического вещества — воды H2O. Твёрдая, жидкая и газообразная формы не являются индивидуальными  характеристиками химических веществ, а соответствуют лишь различным, зависящим от внешних физических условий состояниям существования  химических веществ. Поэтому нельзя приписывать воде только признак  жидкости, кислороду — признак  газа, а хлориду натрия — признак  твёрдого состояния. Каждое из этих (и  всех других веществ) при изменении  условий может перейти в любое  другое из трёх агрегатных состояний.