ИЕРАРХИЯ УРОВНЕЙ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ И ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ВО ВСЕЛЕННОЙ

Попытки разобраться в законах, управляющих миром, привели к разделению этого мира на три уровня.

Со времен Галилея и Ньютона многие исследователи полагали, что законы, открытые при изучении макрообъектов и подтвержденные экспериментально обязательно обобщаются на всю Вселенную. Но на практике оказалось все далеко не так. Например, в рамках мегамира справедлива не геометрия Евклида, известная всем из школьной геометрии, а геометрия Римана, в которой, в частности, сумма углов треугольника не равна 180⁰, а две параллельные прямые обязательно пересекутся.

Еще проблематичнее обстоят дела в микромире. Микромир – это не просто мир очень маленьких объектов. Это мир, в котором по каким – то, до сих пор до конца не выясненным причинам, практически перестают работать многие классические законы природы, известные нам по школьным учебникам (в частности, третий закон Ньютона о равенстве действия и противодействия, второе и особенно третье начало термодинамики в их классической формулировке).

Микромир – это мир объектов природы, характер поведения которых не укладывается в рамки рационализма нашего образного представления об их поведении. Вся мистика микромира в основном исходит из отсутствия должного понимания нами явлений природы. Из наиболее ярких несоответствий можно привести следующие:

1. Дуализм (двойственность) – наличие у объекта минимум двух взаимоисключающих друг друга свойств. Прежде всего, это дуализм света и элементарных частиц – возможность одновременного представления их в виде частиц и в виде волны.

2. Неопределенность. В реальной жизни мы привыкли, что любой объект микромира занимает определенное положение в пространстве и движется с определенной скоростью. В микромире это утверждение несправедливо. Оказывается природа «придумала» удивительные правила (известные в физике как соотношение неопределенности В.Гейзенберга), не разрешающие определять одновременно без погрешностей эти значения для элементарных частиц, какими бы точными приборами мы не обладали.

Существует еще одна разновидность неопределенности в Микромире. Суть ее заключается в том, что любой наблюдатель обязательно вносит искажения в поведение объектов микромира. В результате оказывается, что мир, который мы наблюдаем, ведет себя совершенно не так, как вел бы, если бы мы отказались от наблюдения за ним. Последнее связано с дискретностью строения мира (его квантовостью), а именно, с существованием предела деления, как вещества Вселенной, так и пространства, и времени, на любое количество более мелких составных частей (порций).

3. Взаимопревращаемость частиц. Это свойство принципиально отличает микромир от привычного для нас окружающего мира. Мы привыкли, что из куска стали можно сделать кружку, подставку для утюга и т.д.. Но мы уверены в том, что как бы не менялся внешний облик изделия, любой анализ обнаружить внутри именно сталь, а не дерево или медь. И в кусочке алмаза и графита, мы обнаружим одни и те же атомы углерода.

В микромире это далеко не так. Постоянство внутреннего содержания здесь большая редкость, проявляющаяся только на уровне макрообъектов. такое поведение объектов Микромира не позволяет полностью предсказать их поведение. Можно лишь, исходя из имеющихся данных, подсчитать вероятность того или иного исхода.

В результате экспериментально накопленного материала человечество согласилось с тем, что существуют определенные кирпичики мироздания, которые не допускают дальнейшего разделения на составные части без принципиального изменения свойств объекта. Мы можем налить любое количество воды в стакан, но прекрасно осознаем, что существует минимальная ее порция, равная одной молекуле. Дальнейшее уменьшение порции вещества означает, что мы будем иметь дело не с водой, а с газообразными ее составляющими – водородом и кислородом, не имеющими со свойствами воды практически ничего общего.

В таком представлении окружающего мира заложена определенная идея атомизма, причем в каждом разделе науки имеются свои атомы. В химии это атомы химического элемента, в биологии клетка. Однако в отличие от истинного, исходного понимания слова атом (неделимый), чаще всего под этим термином стали понимать некую малую структурную единицу материи (в общем случае имеющую внутреннее строение), сохраняющую определенный набор свойств, но позволяющие разделить ее на некие составляющие части. Физики пришли к твердому убеждению, что предел делимости вещества на составные части должен существовать. Так родился принципиально новый раздел физики – квантовая физика, опирающаяся, прежде всего, не на привычную математику с непрерывными дифференцируемыми функциями, а на дискретную математику и теорию групп.