Материя, энергия, информация – фундаментальные категории современной науки
Мате́рия (от лат. materia — вещество, от лат. mater — мать, матерь) — фундаментальное физическое понятие, связанное с любыми объектами, существующими в природе, о которых можно судить благодаря ощущениям.
Физика описывает материю как нечто, существующее в пространстве и во времени (в пространстве-времени) — представление, идущее от Ньютона (пространство — вместилище вещей, время — событий); либо как нечто, само задающее свойства пространства и времени — представление, идущее от Лейбница и, в дальнейшем, нашедшее выражение в общей теории относительности Эйнштейна. Изменения во времени, происходящие с различными формами материи, составляют физические явления. Основной задачей физики является описание свойств тех или иных видов материи и ее взаимодействия.
Материя несотворима, неуничтожима, вечна и бесконечна.
Типы материальных систем, известные современной науке:
1) элементарные частицы
2) поля
3) атомы
4) молекулы
5) макроскопические тела
6) геологические системы
7) и т.д.
Этим и другим материальным системам соответствуют структурные уровни организации материи (материя структурирована и систематизирована).
Атрибут — неотъемлемое свойство материи.
1) Структурность материи проявляется в существовании бесконечно многообразных материальных образований, каждое из которых представляет собой специфические единичные вещь, процесс, которые локализованы в пространстве и времени: Вселенная, галактика, звезда, планета, молекула, атом, элементарная частица и др. Вместе с тем они тесно взаимосвязаны между собой, так как одни материальные образования являются составными частями других, то есть входят в их структуру в качестве элементов.
2) Системностьматерии появляется во взаимосвязи вещей и процессов, в регулярном пересечении структурных уровней организации материального мира, в постоянном нарушении автономии, «параллелизма» микро- , макро- и мегамиров, живого и неживого. Основная проблема здесь заключается в нерешенности вопроса перехода от неживой природы к живой в едином эволюционном процессе.
Неотъемлемое свойство материи — движение.
Движение материи — любые изменения, происходящие с материальными объектами в результате их взаимодействия.
Материя не существует в бесформенном состоянии, из нее образуется сложная иерархическая система материальных объектов различных масштабов и сложностей.
Для естествоиспытателей представляет интерес не материя или движение вообще, а конкретные виды материи и движения.
В современном естествознании различают 3 вида материи:
1. Вещество— основной вид материи, обладающий массой. К вещественным объектам относятся элементарные частицы, атомы, молекулы, многочисленные образовавшиеся из них материальные объекты.
2. Физическое поле — особый вид материи, который обеспечивает физическое взаимодействие материальных объектов и систем.
Физические поля:
* Электромагнитное и гравитационное
* Поле ядерных сил
* Волновые (квантовые) поля
Источник физических полей — элементарные частицы. Направление для электромагнитного поля — источник, заряженные частицы
Физические поля, которые создаются частицами, переносят взаимодействие между этими частицами с конечной скоростью.
Квантовые теории — взаимодействие обусловлено обменом квантами поля между частицами.
3. Физический вакуум — низшее энергетическое состояние квантового поля. Этот термин введен в квантовой теории поля для объяснения некоторых микропроцессов.
Среднее число частиц (квантов поля) вакууме равно нулю, однако в нем могут рождаться виртуальные частицы, то есть частицы в промежуточном состоянии, существующие короткое время. Виртуальные частицы влияют на физические процессы.
Принято считать, что не только вещество, но и поле и вакуум имеют дискретную структуру. Согласно квантовой теории поле, пространство и время в очень малых масштабах образуют пространственно-временную среду с ячейками. Квантовые ячейки настолько малы (10-35—10-33 ), что их можно не учитывать при описании свойств электромагнитных частиц, считая пространство и время непрерывными.
Вещество воспринимается как непрерывная сплошная среда. Для анализа и описания свойств такого вещества в большинстве случаев учитывается только его непрерывность. Однако, то же вещество при объяснении тепловых явлений, химических связей, электромагнитных излучений рассматривается как дискретная среда, которая состоит из взаимодействующих между собой атомов и молекул.
Дискретность и непрерывность присущи физическому полю, но при решении многих физических задач принято считать гравитационное, электромагнитное и другие поля непрерывными. Однако в квантовой теории поля предполагается, что физические поля дискретны, следовательно, для одних и тех же видов материи характерна прерывность и непрерывность.
Для классического описания природных явлений достаточно учитывать непрерывные свойства материи, а для характеристики различных микропроцессов — дискретные.
Непрерывность и дискретность — неотъемлемые свойства материи.