Объектами изучения физической науки являются материя, ее свойства и структурные формы, из которых складывается окружающий нас мир. Согласно представлениям современной физики существует два вида материи: вещество и поле . Вещество - вид материи, состоящей из фундаментальных частиц, обладающих массой. Мельчайшая частица вещества, обладающая всеми его свойствами, – молекула – состоит из атомов. Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. А из чего состоят атомы? Всякий атом состоит из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов (рис. 21.1).
 |
Размер электрона до
В свою очередь, ядра состоят из протонов и нейтронов.
Можно задать следующий вопрос. А из чего состоят протоны и нейтроны? Ответ известен - из кварков. А электрон? Современные средства изучения структуры частиц не позволяют ответить на этот вопрос.
Поле как физическая реальность (т. е. вид материи) было впервые введено М. Фарадеем. Он предположил, что взаимодействие между физическими телами осуществляется через особый вид материи, который получил название поля.
Всякое физическое поле обеспечивает определенный вид взаимодействия между частицами вещества. В природе обнаружено четыре основных вида взаимодействия: электромагнитное, гравитационное, сильное и слабое.
Электромагнитное взаимодействие наблюдается между заряженными частицами. При этом возможно притяжение и отталкивание.
Гравитационное взаимодействие, основным проявлением которого является закон всемирного тяготения, выражается в притяжении тел.
Сильное взаимодействие - это взаимодействие между адронами. Радиус его действия порядка 
м, т. е. порядка размеров ядра атома.
Наконец, последнее взаимодействие - это слабое взаимодействие, посредством которого реагирует с веществом такая неуловимая частица, как нейтрино. В полете сквозь космическое пространство, столкнувшись с Землей, она прошивает ее насквозь. Примером процесса, в котором проявляется слабое взаимодействие, является бета-распад нейтрона.
Все поля имеют массу, равную нулю. Особенностью поля является проницаемость для других полей и вещества. Поле подчиняется принципу суперпозиции. Поля одного и того же вида при наложении могут усиливать или ослаблять друг друга, что невозможно для вещества.
Классические частицы (материальные точки) и непрерывные физические поля - вот те элементы, из которых составлялась физическая картина мира в классической теории. Однако такая двойственная картина строения материи оказалась недолговечной: вещество и поле объединяются в единое понятие квантового поля. Всякая частица теперь - это квант поля, особое состояние поля. В квантовой теории поля нет принципиального различия между вакуумом и частицей, различие между ними - это различие между двумя состояниями одной и той же физической реальности. Квантовая теория поля наглядно показывает, почему невозможно пространство без материи: "пустота" – это всего лишь особое состояние материи, а пространство - это форма существования материи.
Таким образом, деление материи на поле и вещество как на два вида материи является условным и оправдано в рамках классической физики.
Понятие «Материя » является общефилософской категорией, которую порой пытаются распространить на все подряд, особенно из-за расцвета материализма в XX веке. Такой подход к понятию материя, нередко наделенный мистическим смыслом, оказывает на физику, скорее, негативное влияние. Нередко можно встретиться с обсуждением таких вопросов, как материальность мыслей, материальность отбрасываемых объектами теней, материальность и времени, существование материи в виде чистой , рождение материи из энергии, материальный характер и других излучений и так далее.
Полевая физика в подобных мистико-философских вопросах очень категорична. В противовес бытующим представлениям, что материально все реально существующее, в под материей понимается очень узкий круг вещей. А именно, базовые , такие как протон и электрон, и состоящее из них вещество. Все остальное в полевой физике считается нематериальным, что позволяет избежать очень многих проблем и логических противоречий, свойственных современной физике.
Например, одной из реально существующих, но не материальных сущностей считается или если говорить традиционным языком - . Они не состоят из известных элементарных частиц, не подчиняется законам материальных объектов, и не обладает такими материальными характеристиками как или . Полевой среде или полям присущи свои характеристики, например, и , подчиняется своим законам и представляет собой отдельную область физики.
Другой предмет физического изучения, которые не следует путать с материей - это . Например, материальным может быть груз на пружине, а его колебания - это процесс, не имеющий никакого отношения к материи. Материальными характеристиками, например массой, может обладать сам груз, а колебательный процесс как таковой не имеет массы, но может характеризоваться такими величинами, как период или частота.
По аналогии в считается, что например , не является материальным. Свет - это колебательный процесс электромагнитного поля или , а не материя. Следовательно, неверно приписывать свету такие материальные свойства как , или применять к нему правило сложения , справедливое только для материальных тел.
Так скорость распространения возмущений в полевой среде (света) не зависит от скорости источника этих возмущений, также как скорость распространения кругов на воде не зависит от скорости полета камня, который привел к их образованию. Однако глубокая философская ошибка, связанная с попытками применить к свету законы , справедливые только для материальных тел и, в частности, закон сложения скоростей, привела на рубеже XIX - XX веков к огромной путанице в физике. Это потребовало вместо простой и прозрачной научной логики использовать искривление , искажение времени и множество иных формальных приемов в рамках запутанных и нередко противоречивых теорий.
Полевая физика не считает материальными также искусственные логические понятия, созданные человеком для описания физических явлений и . К ним относятся, например, понятия пространства и времени, которые согласно являются лишь абсолютным ориентиром, но не могут влиять на явления и процессы, как и сами не могут подвергаться влиянию. К таким же понятиям относится и , которая не более чем число, характеризующее движение материальных объектов. Однако это число не является материальной сущностью, оно не может нечего рождать или рождаться в процессе каких-то процессов. Полевая физика считает все подобные манипуляции с энергией, пространством и временем, присущие современной физике, мистикой и не рассматривает их серьезно.
Все сказанное выше можно подытожить следующим образом. В XX веке физика попала под пагубное влияние расцвета материализма, в результате чего материей или материальным спешили объявить все подряд. Однако это привело лишь к рассвету мистики в рамках современных физических теорий. Полевая физика утверждает, что для объективного рассмотрения тех или иных физических сущностей, которые объективно существуют, не следует обязательно отождествлять их с материей и автоматически распространять на них характеристики и законы, применимые к материальным телам. Материя в смысле частиц и физических тел является лишь одним из классов физических задач, материи присущи свои физические характеристики и законы, однако в нашем Мире есть и физические сущности иной природы.
В окружающей нас природе встречаются самые разнообразные вещества: вода, песок, дерево, сталь, камень и т. п. По-другому все вещества часто называют материей. Материя может находиться в одном из трех состояний это твердое, жидкое и газообразное состояние. Хотя имеется и четвертое состояние – плазма (ионизированный газ). Но мы не будем углубляться в теорию.
Но при изучении электротехники, как и многих других наук, возникает вопрос о строении самого вещества . Не зная строения вещества, нельзя глубоко уяснить основных явлений электротехники, радиотехники, ядерной физики и др. Исследования строения вещества были начаты тысячи лет назад и продолжаются до сих пор. Ученые все глубже проникают в «тайны» строения вещества, используя их на благо человечества.
В природе встречаются простые и сложные вещества.
Простые вещества, называемые химическими элементами, является кирпичиком в «постройке» материи. То есть элемент не делится на более простые субстанции химическим путем. На сегодняшний день известно 118 элементов, хотя в природе существует 94 (24 получены искусственным путем). Все эти элементы вы можете наблюдать в Периодической системе Д. И. Менделеева.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Простым веществом называется такое вещество, которое не может быть химически разложено.
Сложное вещество или соединение - это комбинация более двух химических элементов, которая может быть разделена химическим способом. Примером здесь можно привести воду, которая состоит из кислорода и водорода.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Сложное вещество - это такое вещество, которое можно химическим путем разложить на составляющие его простые вещества.
Когда простые вещества входят в состав сложного, то они теряют свои характерные химические свойства. Вода, например, резко отличается по своим свойствам от газов водорода и кислорода, из которых она состоит.
Все вещества, простые и сложные, состоят из атомов и молекул. Что же значат все эти определения?
Молекула - эго наименьшая частица вещества, которую можно отделить от тела и которая обладает всеми свойствами, присущими данному телу.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Молекула – это комбинация двух и более атомов.
Молекула простого вещества состоит из одинаковых атомов. Примерами простых веществ могут служить: медь, железо, кислород и т. д.
Молекула сложного вещества состоит из нескольких различных по своему строению атомов. Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.
Молекулы любого вещества находятся в постоянном хаотическом движении. В зависимости от степени связи между молекулами мы различаем твердые, жидкие и газообразные вещества.
Наиболее тесную связь имеют молекулы твердого вещества, а наименее тесную - молекулы газообразного вещества.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Атом – это наименьшая элементарная частица, сохраняющая свойства элемента, в который она входит.
В атоме любого вещества количество электронов и протонов одинаковое, а значит, общий отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра. Эти заряды уравновешиваются, и сам атом никаких электрических свойств не проявляет, или, как говорят, электрически нейтрален.
Если атом (или молекула) по какой-либо причине потеряет несколько электронов (при столкновении с другими атомами, при нагревании и т. д.), то он окажется положительно заряженным. Такой атом (или молекула) называется положительным ионом.
Наоборот, если у атома (или молекулы) окажется избыток электронов, то он станет отрицательно заряженным. Отрицательно заряженный атом (или молекула) называется отрицательным ионом.
Разноименно заряженные ионы притягиваются друг к другу и образуют электрически нейтральную частицу вещества.
