Нау́чно-техни́ческая революция

 Наиболее убедительное  подтверждение существования волновых  свойств материи было получено  в результате открытия (наблюдения) дифракции электронов в эксперименте, поставленном в 1927 году американскими  физиками Клинтоном Дэвиссоном (1881-1958) и ЛестеромДжермером (1896-1971). Быстрые  электроны, проходя сквозь очень  тонкие пластинки металла, вели  себя подобно свету, проходящему  мимо малых отверстий или узких  щелей. Другими словами, распределение  электронов, отражавшихся от пластинки  и летевших лишь по некоторым  избранным направлениям, было таким  же, как если бы на пластинку  падал пучок цвета с длиной  волны, равной длине волны электрона,  вычисленной по формуле де Бройля.

 Экспериментально подтвержденная  гипотеза де Бройля превратилась  в принципиальную основу, пожалуй,  наиболее широкой физической  теории — квантовой механики. У объектов микромира, рассматриваемых  с ее позиций, обнаружились  такие свойства, которые совершенно  не имеют аналогий в привычном  нам мире. Прежде всего — это  корпускулярно-волновая двойственность, или дуализм элементарных частиц (это и корпускулы и волны  одновременно, а точнее — диалектическое  единство свойств тех и других). Движение микрочастиц в пространстве  и времени нельзя отождествлять  с механическим движением макрообъекта. Например, положение элементарной  частицы в пространстве в каждый  момент времени не может быть  определено с помощью системы  координат, как для привычных  нам тел окружающего мира. Движение  микрочастиц подчиняется законам квантовой механики.

 Об абсолютной непригодности  законов классической механики  в микромире свидетельствует,  например, установленное видным  немецким физиком Вернером Гейзенбергом (1901-1976) соотношение неопределенностей:  если известно место положения  частицы в пространстве, то остается  неизвестным импульс (количество  движения), и наоборот. Это одно  из фундаментальных положений  квантовой механики. С точки зрения  классической механики и просто  «здравого смысла», принцип неопределенности  представляется абсурдным. Нам  трудно представить себе, как  все это может быть «на самом деле».

 По этому поводу  известный американский физик  Ричард Фейнман писал следующее:  «Раз поведение атомов так  не похоже на наш обыденный  опыт, то к нему очень трудно  привыкнуть. И новичку в науке,  и опытному физику — всем  оно кажется своеобразным и  туманным. Даже большие ученые  не понимают его настолько,  как им хотелось бы, и это  совершенно естественно, потому  что весь непосредственный опыт  человека, вся его интуиция —  все прилагается к крупным  телам. Мы знаем, что будет  с большим предметом; но именно  так мельчайшие тельца не поступают.  Поэтому, изучая их, приходится  прибегать кразличного рода абстракциям,  напрягать воображение и не  пытаться связывать их с нашим непосредственным опытом».

 Все вышеизложенные  революционные открытия в физике  перевернули ранее существующие  взгляды на мир. Исчезла убежденность  в универсальности законов классической  механики, ибо разрушились прежние  представления о неделимости  атома, о постоянстве массы,  о неизменности химических элементов  и т. д. Теперь уже вряд  ли можно найти физика, который  считал бы, что все проблемы  его науки можно решить с  помощью механических понятий  и уравнений. Рождение и развитие  атомной физики, таким образом,  окончательно сокрушило прежнюю механистическую картину мира.

 Вместе с этим закончился  прежний, классический этап в  развитии естествознания, характерный  для эпохи Нового времени. Наступил  новый этап неклассического естествознания XX века, характеризующийся, в частности,  новыми, квантово-релятивистскими представлениями  о физической реальности.

II.АТОМИЗМ

История человечества –  яркое подтверждение диалектических идей непрерывного развития. Не так  давно величайшей мечтой алхимиков  и чернокнижников Тёмных веков было получение золота из воздуха. Для  современной науки этот процесс  являет не мечту, а инженерную задачу, нетривиальную, но реализуемую. Ключом к этому рукотворному чуду является концепция атомизма. Сейчас каждый школьник чётко представляет себе атомы - бесконечно малые, но бесконечно важные кирпичики, составляющие основу окружающего  мира. Одновременно разнообразные, но имеющие, несомненно, общую природу, атомы наиболее чётко соотносятся  с категорией, характеризующей основу сущего, – материей. Невидимые поодиночке, но способные сформировать сверхпрочные сплавы или невесомые газы, атомы  дают нам стройную и удобную систему  научного мировоззрения. Но так было, разумеется, не всегда.

Век 20-й очень часто  величают атомной эпохой, и для  этого есть веские основания. Человек, проникнув в тайны строения вещества, смог получить доступ к могучей энергии  и оружию сокрушительной силы. При  этом мы очень часто считаем это  открытие исключительным достижением  современной науки, игнорируя тот  факт, что самая величайшая идея, перед тем, как отразиться на экранах  мониторов и чертёжных листах, должна быть чётко представлена и  обоснована в сознании исследователя. Только смелые мысли предков открыли  человечеству путь к звёздам и  могуществу планетарного масштаба. Поэтому  физики-ядерщики должны с уважением  обратить свой взор на колыбель современной  европейской цивилизации – античную Грецию.

Путь развития философии  древних греков нельзя назвать простым  и однозначным. В противовес древневосточным  обществам, где философия прямо  вытекала из мифологического мировоззрения, эллины отвергли этот путь и двинулись  по своей дороге. Трудно определить, что именно определило эту специфику. Можно смело утверждать, что тесное взаимодействие с другими культурами, бурное экономическое развитие привели  к тому, что сложившиеся традиционные формы отношений между людьми перестали эффективно действовать. В попытке преодолеть этот кризис социум выдвигает принципиально  новую регуляторную систему - философское  знание. Философия с самого начала выполняет как мировоззренческую, так и теоретическую функцию, но всё же сохраняет связь с  религией и остаётся поначалу маргинальной сферой.

Ярчайшей спецификой греческой  философии, особенно в начальный  период ее развития, является протонаучность и стремление понять сущность природы, космоса, мира в целом. Первые греческие  философы - Фалес, Анаксимандр, Анаксимен, несколько позднее - представители  школы Пифагора, Гераклит, Эмпедокл и другие - размышляют о происхождении  мира, его строении, пытаются постигнуть его начала и причины. Не случайно их современники называли их "физиками", от греческого слова "фюзис" - природа. Направленность интереса ранних греческих  мыслителей определялась в первую очередь  характером древнегреческой мифологии, традиционных языческих верований  и культов. А греческая мифология  была религией природы, и одним из важнейших вопросов в ней был  вопрос о происхождении мира. Существенное различие между мифологией и философией состояло, однако, в том, что миф  повествовал, кто родил все сущее, а философ спрашивал, из чего оно  произошло. Традиционному хаосу  мудрецы противопоставляют новые  первоосновы – воду Фалеса, воздух Анаксимена, апейрон Анаксимандра. Эти первые образы были наивны, но гораздо  больше приблизились к рациональности, чем мифологические метафоры. Постепенно новая наука получила строгость  и чёткость, которую привнесла  математика пифагорейцев. Наука эта  привнесла в философию чёткость, доказательность и системный  подход, заложила основы логического  анализа действительности. Пифагорейцы  увидели в природе гармонию и  попытались охватить её математическим аппаратом. Их исторические наследники, элеаты, вплотную занялись проблемой  бытия. Значение их работ было столь  велико, что гении Новейшего времени  признали, что Парменид взорвал первую в Европе атомную бомбу.

Смею предположить, что  вторую бомбу взорвали именно философы-атомисты, которые оригинально разрешили  проблемы небытия и движения, мучившие их предшественников. Взорвали не потому, что их идеи вдохновят Резерфорда и Томсона, Эйнштейна и Оппенгеймера, но потому, что предложили гениальную идею, которая ознаменовала вершину  развития античной натурфилософии, которая  по сей день не утратила своей живейшей актуальности и вызывает множественные  споры. Конечно, радикальная теория, бросившая вызов сверхчувственному  и положившая начало многовековой борьбе идеализма и материализма, не могла  возникнуть из духовного вакуума. Поэтому  в работе я постараюсь проследить ранние предпосылки атомизма, его  расцвет, альтернативы, новоевропейское  возрождение в науке и философии. Что современное естествознание думает о делимости «неделимого» и есть ли будущее у великой  идеи прошлого? Или правы те, кто  считает чувственный мир порождением  высшего разума? На сложные вопросы  не может быть однозначных ответов, следовательно, мои выводы вовсе  не претендуют на истинность. Впрочем, любая истина является иллюзией, и  я предлагаю приступить к работе и перенестись на 3 тысячи лет  назад – к истокам рационального  понимания Универсума.

Атомизм Демокрита лучше  любой современной ему теории отвечал на вопросы своего времени. Это кульминация умственного  движения, направленного на рациональное познание мира и начавшегося в  Греции с деятельности ионийских  натурфилософов. Атомизм основывался  на результатах простых наблюдений и немногих экспериментах, его сила как теория - в максимальном соответствии этих наблюдениям. Философия Демокрита  прокладывала путь к будущей науке и философии.

При внимательном анализе  в философии Демокрита можно  обнаружить зачатки почти всех основополагающих идей естествознания: мысль о единстве космоса и микрокосмоса, о человеке как космическом явлении, идеи единства пространства и времени, сохранения материи и энергии, принципа относительности, неопределенности, вероятности, генетической основы живых организмов, единства конечного и бесконечного, принцип  симметрии мироздания, предположении  о существовании фундаменте самого здания материи способности, схожей с ощущением. Эти идеи были потом  восприняты и переработаны философией Нового времени…

Атомистическая теория строения материи легла в основу всего  дальнейшего развития теоретического естествознания, а представлении  неделимости атома было остановлено  физикой только на пороге XX в., когда  она получила в свое распоряжение новые мощные экспериментальные  средства. Впрочем, неделим фотон, который  непрерывно движется в пространстве…

Много раз возникали и  теории происхождения жизни. В них  подтвердилось мнение, высказанное  Демокритом: живое возникает из неживого. В глубокой сущности живого, в молекуле ДНК кроется, как «на дне глубокого  колодца», тайна жизни, которая (как  у Демокрита) зависит от порядка  расположения частиц - нуклеотидов. Сознание же, как и любая информация, неотделимо от материи, оно отражает мир - об этом говорил материалист Демокрит.

Всеобъемлющие законы живой  и неживой природы - закон сохранения материи и закон причинности - были открыты уже в античности на уровне простого наблюдения и лежали в основе философии Демокрита. В  наше время они являются фундаментальными законами науки. И даже если победит  теория струн, никто не сможет отвергнуть заслуги великого учёного, который  бросил вызов догмам, пронзил мыслью время и шагнул в истинное бессмертие.

А́том (от др.-греч. ἄτομος — неделимый) — наименьшая химически неделимая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Атом состоит из атомного ядра и электронов. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называется ионом. Атомы классифицируются по количеству протонов и нейтронов в ядре: количество протонов определяет принадлежность атома некоторому химическому элементу, а число нейтронов — изотопу этого элемента.

Атомы различного вида в  разных количествах, связанные межатомными  связями, образуют молекулы.

Квантово-механическая модель атома

Современная модель атома  является развитием планетарной  модели. Согласно этой модели, ядро атома  состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов  и окружено отрицательно заряженными  электронами. Однако представления  квантовой механики не позволяют  считать, что электроны движутся вокруг ядра по сколько-нибудь определённым траекториям (неопределённость координаты электрона в атоме может быть сравнима с размерами самого атома).

Химические свойства атомов определяются конфигурацией электронной  оболочки и описываются квантовой  механикой. Положение атома в  таблице Менделеева определяется электрическим  зарядом его ядра (то есть количеством  протонов), в то время как количество нейтронов принципиально не влияет на химические свойства; при этом нейтронов  в ядре, как правило, больше, чем  протонов (см.: атомное ядро). Если атом находится в нейтральном состоянии, то количество электронов в нём равно  количеству протонов. Основная масса  атома сосредоточена в ядре, а  массовая доля электронов в общей  массе атома незначительна (несколько сотых процента массы ядра).

Массу атома принято измерять в атомных единицах массы, равных 1⁄12 от массы атома стабильного  изотопа углерода 12C.

Строение  атома

Субатомные частицы

Хотя слово атом в первоначальном значении обозначало частицу, которая  не делится на меньшие части, согласно научным представлениям он состоит  из более мелких частиц, называемых субатомными частицами. Атом состоит  из электронов, протонов, все атомы, кроме водорода-1, содержат также нейтроны.

Электрон является самой  лёгкой из составляющих атом частиц с  массой 9,11·10−31 кг, отрицательным зарядом  и размером, слишком малым для  измерения современными методами. Протоны обладают положительным зарядом и в 1836 раз тяжелее электрона (1,6726·10−27 кг). Нейтроны не обладают электрическим зарядом и в 1839 раз тяжелее электрона (1,6929·10−27 кг). При этом масса ядра меньше суммы масс составляющих его протонов и нейтронов из-за эффекта дефекта массы. Нейтроны и протоны имеют сравнимый размер, около 2,5·10−15 м, хотя размеры этих частиц определены плохо.

В стандартной модели элементарных частиц как протоны, так и нейтроны состоят из элементарных частиц, называемых кварками. Наряду с лептонами, кварки являются одной из основных составляющих материи. И первые и вторые являются фермионами. Существует шесть типов  кварков, каждый из которых имеет  дробный электрический заряд, равный +2⁄3 или −1⁄3 элементарного. Протоны  состоят из двух u-кварков и одного d-кварка, а нейтрон — из одного u-кварка и двух d-кварков. Это различие объясняет разницу в массах и  зарядах протона и нейтрона. Кварки связаны между собой сильными ядерными взаимодействиями, которые передаются глюонами.