Материя во Вселенной. Материя, вещество, поле, частицы

Тема лекции: Физика материи.
определение
Материя - существующее в пространстве осязаемое и неосязаемое содержание,

заполняющее собой (занимающее) место в пространстве, обладающее физическими свойствами.
Проще говоря - материя это всё то, что существует (присутствует) в пространстве, вне зависимости от собственной природы, включая осязаемое и неосязаемое. Всё это материя.

Что в связи с этим надо понимать:
Надо четко понимать - что материей является, а что материей не является.
Не все, о чем люди имеют представление, является материей.
Материей не является само пространство, а только то, что в нем расположено.

Это первая важная для понимания позиция.
Вторая, важная для понимания позиция это то что
материей не являются информация и абстракции.
И применительно к информации материальным может быть только носитель информации, а не сама информация.
То есть материя отдельно, пространство отдельно, и отдельно информация, все фантазии, образы, мыслеформы и глюки – все это отдельно. Они материей не являются.
Мы не сможем приснившейся дедушке гантелей разбить бабушкин телевизор.

Исходя из определение материи как «существующее в пространстве, обладающее свойствами содержание»), мы легко можем отличать материальное от нематериального, например, чем настоящий материальный (существующий в реальности) пингвин отличается от воображаемого нематериального (несуществующего в реальности).

Настоящий пингвин обладает физическими свойствами, заполняет собой место в пространстве и имеет протяженность. Воображаемый пингвин наоборот, реальных свойств не имеет, не заполняет собой место в пространстве и присутствует не в пространстве, а в воображении индивидуума, причем лишь в виртуальном виде, например, в виде некого образа.
Место дислокации воображаемого пингвина, не реальный мир, не пространство, а абстрактный «мир» - воображение.
И плечи свои такой пингвин расправляет не в пространстве, а в воображении индивидуума.
И мы не сможем обнаружить в мозгу человека ни само воображение, ни ту лужицу где плещется воображаемый пингвин.
При желании мы можем попытаться обозначить в пространстве габариты воображаемого пингвина, но мы не можем заполнить выбранное место воображаемым пингвином.
У воображаемого пингвина нет невымышленных свойств.
Воображаемый пингвин не пропечется в духовке и мы даже не сможем заготовить такого пингвина на зиму тем более отобрать его у Обамы.

Мы не сможем облить воображаемого пингвина краской, или закидать яйцами. Краска к нему не прилипнет, а от яиц он легко увернётся .

То есть по наличию либо отсутствию физических свойств - человек может отличать воображаемое от действительного.
далее
Реальная физическая материя проявляет различные свойства и мы в соответствии с общими признаками можем разделить материю на категории.
Согласно свойствам прерывности-непрерывности (по другому дискретности), материя делится на дискретную и недискретную формы

Недискретная (непрерывная) материя в природе представлена в виде поля
Дискретная (прерывная, зернистая) материя в природе представлена в виде частиц.
Частицы, в свою очередь находятся в одном из двух состояний:
-либо ведут себя непосредственно как частицы передвигаются в пространстве со скоростью близкой к скорости света
- либо группируются в вещество.
То есть более детально по признаку сгруппированности - можно разделить материю более детально и выделить три основные категории.
Вещество, частицы, поле.

Первая позиция это частицы сгруппировавшиеся в вещество,
Вторая позиция - свободные частицы (не сгруппировавшиеся в вещество)
и третья позиция поле.
И материя в природе проявляет себя и как вещество и как частицы и как поле.
------
И опять же надлежит хорошо помнить, что материей является только, то что обладает свойствами.
Необладающая свойствами неведомая «чавойта» не является материей.
Если какая-то материя существует, но до сих пор не обнаружена,
то при обнаружении она сообразно своим свойствам угодит в одну из категорий
либо вещество, либо свободные частицы, либо поле.
рассмотрим по пунктам.
Что такое вещество.
Вещество - вид материи обладающий массой покоя.
Всё что имеет массу покоя это вещество. Вода (жидкость)- это вещество. Газ это вещество.
И все предметы в нашем осязаемом мире состоят из вещества, не важно шифер это или бабушкин дирижабль - всё это в конечном итоге состоит из частиц и все это вещество.

С осознанием того, что такое вещество обычно трудностей не возникает и как правило, все в состоянии понимать, что такое вещество.
Далее.
позиция - поле.
Поле это нечто материальное, но невещественное. И не все сразу способны уразуметь (осознать, понять) как материальное может быть невещественным.
На самом деле все довольно просто.
Ученые изначально определились, что считать материальным-
Материальное - это все то, что находится в пространстве и обладает свойствами.
Вот у нас есть 100% того, что находится в пространстве - это материя
и часть её проявляет такие - то свойства.

Если бы свойств никаких не было - это бы не являлось материей.
Свойства проявляет – значит это одна из форм материи,
При этом, по фактическим проявлениям поле не соответствует определению вещества в частности у поля отсутствует масса.
И совокупно получается, что по своим свойствам поле материально но не вещественно.
Чтобы понять, что такое поле, надо представить себе физику без поля.
Летят навстречу друг другу два кирпича.
Чем соприкасаются два кирпича?
По внешнему контуру соприкасаются атомами.
Анимашка олег
Давайте рассмотрим как там атомы взаимодействуют и как это будет выглядеть без поля:
Летят на встречу друг другу два атома,
протоны настрополили, электроны распушили, сейчас случится большой бабах

А поле с собой атомы не взяли, зацепиться друг за друга было нечем, так насквозь и проскочили.

Никакого столкновения эти атомы и не заметили, не могли заметить.
Каков совокупный объем составляющих атом дискретных объектов?
Сколько там в этом атоме мяска? Сколько там того, чего можно пощупать и какой объем оно занимает? Иногда атомы рисуют очень мясистыми. Иногда не очень.

Но если рассматривать подробнее, то между частицами есть расстояние, и каждый меньший элемент, в свою очередь опять же планетарен, а значит дискретная материя опять же занимает незначительную часть от общего объема. И это все стремится практически к нулю.

То есть изображать надлежит не мясистый атом, а тощенький.

Давайте смоделируем атом без поля.
А чтобы было наглядно, возьмем пол эскадрильи обычного размера мух и пусть они летят над московской кольцевой дорогой, прямо над машинами по большому кругу.

А в центре, в районе арбата пусть скачет главная такая протонная мушильда, а остальные мухи пусть вокруг неё главной по кольцу летают не приближаясь.
Мы получили вполне пристойную мушиную модель атома без полей.
А теперь давайте где ни будь в Лапландии разместим вторую такую же мушиную модель атома и начнем обе эти модели друг к другу приближать.
Пусть они по взрослому, летят друг на друга.
Какова вероятность, что при сближении моделей этих двух атомов они друг за друга зацепится?
И чем они зацепятся?
Жужжания много, а поля вообще нет.
Даже если какие-то две мухи друг другу точно в лоб попадут – то и в этом случае они не смогут зацепиться. Второй атом это тоже планетарная система, практически пустота.
Вероятность зацепа никакая. Цепляться без поля нечем.
Два атома при таких условиях свободно пролетают сквозь друг друга.
При такой геометрии без поля это один сплошной сквозняк.
Мы бы в принципе не смогли бы столкнуть никакие две элементарные частицы если бы у них не было поля.
Кирпичи бы сквозь друг друга замечательно пролетали.
Вот собственно, какую роль играет поле.
Без поля мы в принципе не имеем возможности взаимодействия ни на макро ни на микро уровне.
Идём дальше:
Каковы свойства поля?
Поле не имеет ни внутренней ни наружной дискретности.
То есть не имеет разрывов, а так же не имеет внешних границ как таковых.

Понять геометрию поля можно из графика распределения воздействия на расширяющуюся сферу:

График стремится к нулю но не обнуляется. Как бы далеко мы не удалялись от источника поля
Поле ослабевает но не исчезнет. Границы у поля как таковой нет.
Кроме того поле упруго.
(Магнит)
Поле фундаментально упруго, недискретно и не обладает массой.
Определение поля:
Поле – особый не обладающий массой вид материи, представляет собой непрерывный объект, расположенный в пространстве, в каждой точке которого на частицу действуют определенные по величине и направлению уравновешенные либо неуравновешенные силы.
И опять же мы не забываем, что это давно известная информация
и в рамках физической концепции вещество и поле традиционно противопоставляются друг другу как два вида материи, у первого из которых структура дискретна, а у второго- непрерывна.

Заглубимся в матчасть:
Первое что надо понимать, это то, что вся вселенная на макроуровне равномерно заполнена вещественной материей, а значит, равномерно заполнена полем.

В силовом плане это самое мощное из существующих физических явлений и носит оно гравитационную природу. Совокупное гравитационное поле.
Анимашка олег 2 старс
Все физические взаимодействия, в том числе каждая связь в каждом в атоме вашего тела определяется этим полем.
Гравитационное поле фундаментально, а все остальные поля это частные локальные явления на этом базовом гравитационном поле.
Представьте, что здесь бы были миллиарды резинок а мы обрезали всего одну. И это бы было аналогом вторичного поля, например электромагнитного поля.
Частное возмущение на базовом поле.
И когда мы рассматриваем поле любого магнита – это тоже вторичное поле - незначительное возмущение на базовом гравитационном поле имеющем колоссальный потенциал.
В определенном смысле гравитационное поле и есть тот самый эфир или по другому - «физический вакуум», который все ищут и не могут найти. Но это единый недискретный некорпускулярный объект.
Силы возникают в каждой точке пространства заполненного полем и никаких пробелов там нет.

Следующая позиция частицы.
Частица - материальный дискретный микрообъект.
В чем основные различия между частицами и полем.
Частицы дискретны (каждая из них представляет самостоятельный объект сложного внутреннего строения),
Этим они отличаются от поля которое недискретно не имеет внутренней дискретности (не имеет разрывов), а так же поле, не имеет внешних границ как таковых.

Применительно к частицам надлежит понимать, что бытующее в науке разделение материи на категории не совсем строгое.
В литературе порой допускаются нестрогие некорректные трактовки.

Свободные частицы обладающие массой по современной научной моде относятся в самостоятельную категорию, а частицы не обладающие массой покоя в ряде случаев нестрого трактуются как поле.
И в этом месте для многих наступает недоразумение известное как корпускулярно волновой дуализм.
Причины этого мыслительного явления мы уже отдельно объясняли (в разделе корпускулярно волновой дуализм). Повторно останавливаться не будем.
В этом месте достаточно напомнить, что в научном смысле и частицы и поле и волна это по прежнему, самостоятельные понятия.
И это требование первого закона логики, который гласит:
«…иметь не одно значение - значит не иметь ни одного значения; если же у слов нет значений, тогда утрачена всякая возможность рассуждать друг с другом, а в действительности - и с самим собой; ибо невозможно ничего мыслить, если не мыслить что-нибудь одно».
Либо поле, либо частица.

Кирпич это материя, кирпич состоит из той части материи которую принято называть веществом
Но это еще не все.
Имеется связка вещества (а значит и любого кирпича) с полем. Каждый кирпич находится в совокупном вселенском поле.

И кроме того каждый кирпич имеет собственное поле.
Если говорить упрощая, мы можем назвать это поле полем кирпича, можем назвать гравитационным полем кирпича.

В природе нет ни одного кирпича, не окруженного собственным полем.
поле сопутствует каждому кирпичу.
Вся вещественная материя в природе имеет поле.
И в этом плане необходимо понимать, что в природе не существует вещества не имеющего своего частного поля.
И любой материальный объект в фундаментальном физическом смысле представляет из себя совокупность вещества и поля.
И это поле распределено равномерно во все стороны от вещества и по мере удаления от вещества это поле ослабевает.

То есть фундаментально у каждого объекта обладающего массой есть своё поле и кроме того все массы вселенной в совокупности формируют единое гравитационное поле вселенной.
Теперь давайте поймем: где кирпич, а где его частное поле. Частное поле привязано к кирпичу.
Если мы разделим кирпич на части и разведем эти части в стороны, то и частное поле кирпича тоже будет разделено и разнесено в стороны.
(ломаем кирпич)
Частное поле кирпича разделено и разнесено в стороны.

Теперь давайте рассмотрим, что общего между частицами связанными в рамках вещества и между несвязанными, свободными частицами.
Пример.
К чему приведет планомерное расщепление кирпича, деление кирпича
Планомерное разрушение так называемых внутренних связей кирпича.
Все без исключения внутренние связи кирпича определяются извне, со стороны базового поля. Совокупное вселенское поле создает в пространстве колоссальное напряжение, которое и определяет все внутренние связи в вещественных объектах.
Чем глубже мы расщепляем кирпич, чем меньше будет фракция, тем больше частиц будут становиться несвязанными веществом, эти частицы отделятся от кирпича и начнут перемещаться со скоростью близкой к скорости света.
Если продолжить расщепление, то все фрагменты расщепятся, высвободятся до уровня несвязанных частиц и под влиянием внешнего поля начнут перемещаться со скоростью близкой к скорости света по всем свободным направлениям.
То есть, если полностью расщепить кирпич, до уровня частиц, то кирпич умчится со скоростью света во всех свободных направлениях.
И если бы внешнего поля вообще бы не было, то кирпич бы сделал то же самое, но с гораздо большей скоростью, со скоростью превышающей скорость света (но это предмет отдельного разговора, а так же вопросы массы и так называемого нейтрино).
Для общего понимания давайте рассмотрим какая ситуация бы имела место для незаполненной веществом вселенной.
Пустая вселенная и один кирпич.
Казалось бы, да как мы это узнаем?
Но самом деле, знаем мы это абсолютно точно, потому что вариантов приложения сил к телу всего два: притяжение и отталкивание.
И так же мы знаем, что на силах прямого притяжения материя существовать не может в принципе, это технически невозможно, потому что неминуемо приводит к лавинообразному процессу обвала в материи в одну точку.
Те кто этого ещё не знает, может посмотреть доказательную часть по ссылке, либо посмотреть фильм «Равновесие в физике».
Продолжим:
Единственный возможный вариант для существования материи в пространстве это взаимное отталкивание, которое при достаточном насыщении вселенной материей приводит к комплексному приталкиванию масс друг к другу.
Тяготение это комплексное приталкивание.
Так что же будет происходить с кирпичом во вселенной не заполненной материей?
(Абсолютно пустая вселенная и один кирпич).
При таком сценарии внутренние связи кирпича обеспечить в принципе не чем. Внешнего поля, внешних сил, внешнего приталкивания нет. Все вещество кирпича без вариантов полностью расщепится и разлетится во всех направлениях, соответственно рассеется и поле кирпича.
Никакое существование никакого вещественного физического тела в таких условиях невозможно.
Во вселенной же заполненной телами, массами картина иная.
Массы «создали» общее поле,
на макроуровне вселенная заполнилась равномерно, ковер галактик.
Это поле обеспечило внутренние связи в каждом кирпиче.
И мы видим, что в реальной вселенной материя не распадается на частицы и не разлетается.

Собственно все.

Материя: вещество, частицы, поле.
И если бы не было поля, то не было бы ни каких взаимодействий между частицами, да и самих частиц привычном понимании тоже бы не было.
С вами был Виктор Катющик.
Следите за нашими публикациями.

1) Вещество – это физический вид материи, состоящий из частиц, которые имеют собственную массу (массу покоя)

2) Поле – материальное образование, которое связывает тела между собой и передает действие от тела к телу (электромагнитное, гравитационное, внутриядерное поля) Фотон не имеет массы покоя, ведь свет не покоится.

3) Антивещество – в-во, состоящее из античастиц. Структура антивещества: ядра атомов этого вида физической реальности должны существовать из антипротонов и антинейтронов, а оболочка из позитронов.

Окружающий нас материальный мир можно разделить, во-первых, на микромир, макромир и мегамир , каждый из которых, в свою очередь, включает в себя различные уровни организации материального бытия:

- в неживой природе : 1)субмикроэлементарный уровень (кварки), 2) элементарный (электроны), 3) ядерный (ядро атома), 4)атомный, 5)молекулярный, 6)макроскопический, 7) планетарный, 8) космический.

- в живой природе : 1) биологические макромолекулы, 2)клеточный, 3) микроорганизменный, 4) уровень органов и тканей, 5) уровень организма, 6) популяционный, 7) биоценозный, 8) биосферный.

- в социальный: 1) человек (индивид), 2)семья, 3) коллективы, 4) социальные группы, 5)национальности, 6) этносы, 7) государства

Каждый из структурных уровней (и подуровней) материи возникает и существует на основе предыдущих, однако не сводится к ним как простая сумма элементов, поскольку обладает новыми качествами и подчиняется в своем функционировании и развитии иным закономерностям.

11.Движение, пространство, время как основные формы существования материи.

Движение – понятие, охватывающее в самом общем виде всякое изменение, превращение. Все существующее находится в постоянном стремлении к изменению, другому состоянию, но изменяется только то, что имеет относительную устойчивость и находится в относительном покое. Но без определенной степени устойчивости в мире ничего бы не существовало. Покой - понятие относительное, а движение - абсолютно. Но, движение обладает и свойствами относительности, т.к. изменения одного объекта можно зафиксировать лишь относительно другого объекта.

Еще в античности были 2 концепции:

1) Зенон - отрицание движения. Апории Зенона. Доказывал невозможность мыслить движение.

2) Гераклит – «Все течет!» все постоянно переходит из одного состояния в другое.

Энгельс предложил формы движения:

Механическое

Физическое

Химическое

Биологическое

Социальное

Типы движения материи:

1) Механическое (без изменения качества)

2) С изменением качества . Направленность бывает 3х видов:

Прогрессивное (от низшего к высшему)

Регрессивное (от высшего к низшему)

Горизонтальное (явление идиодаптации в биологии, изменения зависят от условий существования и не сопровождаются общим повышением организации и уровня жизнедеятельности. Н-р таблица менделеева, где изменения развертываются на одном горизонтальном структурном уровне организации материи)

Развитие подчинено ряду законов:

Закон перехода из одного качества в другое на основе количественных изменений

Закон единства и борьбы противоположностей

Закон отрицания отрицания

Как бы ни изменялся предмет, пока он существует, он сохраняет свою определенность. Река не перестает быть рекой из-за того, что она течет: бытие реки и заключается в ее течении. Обрести абсолютный покой значит перестать существовать. Все относительно покоящееся неизбежно причастно к какому либо движению. Покой всегда имеет только видимый и относительный характер. Тела могут покоиться только по отношению к какой-либо системе отсчета, условно принятой за неподвижную (Н-р мы неподвижны относит-но здания, Земли, но движемся по отношению к Солнцу)

Частные св-ва пространства:

-трехмерность (любые пространственные отношения можно описать тремя измерениями – длина, ширина, высота)

-обратимость (можно вернуться на то же место)

-протяженность

-изотропность (равноправность всех возможных направлений)

Частные св-ва времени:

-одномерность (достаточно одной координаты: минута, час, секунда)

-однонаправленность (нельзя вернуться в прошлое)

Общие св-ва пространства и времени:

Объективность (независимость от нашего сознания)

Бесконечность (во вселенной нет такого места, где бы отсутствовали пространство и время)

Абсолютность (т.е. бытие вне пространства такая же бессмыслица, как и бытие вне времени)

Относительность (т.е. представления человека о пространстве и времени относительны)

Единство непрерывности (отсутствие пустого пространства)

Единство прерывности (раздельное существование материальных объектов)

Виды пространства и времени:

-Реальное (объективные формы существования пр-ва и времени)

-Перцептуальное (субъективное восприятие человеком реального пространства и времени)

-Концептуальное (теоретическое моделирование пространства и времени)

Концепции происхождения пространства и времени:

1) Субстанциональная (Демокрит, Платон, Ньютон)

Пространство и время рассматриваются как абсолютные, наряду с материей в ранге субстанций. Существуют самостоятельно, независимо от материальных объектов и рассматриваются как чистая протяженность и чистая длительность.

2) Реляционная (Аристотель, Лейбниц, а в наше время Энштейн, Лобачевский)

Пространство и время это особое отнощение между объектами и самостоятельно и отдельно от них не существующие. Т.е. если для Ньютона доска занимает какое-то положение, то для Лейбница пространство и есть соотношение доски с окружающими ее предметами.

Из теории относительности следовали два важных в философском отношении вывода: во-первых, при скоростях, близких к скорости света, длины тел сокращаются примерно в два раза; во-вторых, темп течения процессов времени замедляется при скорости, близкой к световой, примерно в 40 раз. Теория относительности показала зависимость пространства (протяженности тел) и времени (темпа длительно­сти протекания процессов) от скорости движущихся тел.

Большинство людей могут легко назвать три классических состояния материи: жидкое, твердое и газообразное. Те, кто хотя бы немного интересовался физикой, добавят к этому списку плазму. Но на самом деле сегодня учёные существенно расширили список возможных состояний материи. Сегодня их, как минимум, десять.

1. Аморфные тела

Аморфное твердое вещество находится на полпути между этими двумя состояниями материи. Во время процесса, известного как витрификация, жидкость охлаждается и его вязкость повышается до такой степени, что она больше не течет подобно жидкости, но ее молекулы остаются неупорядоченными и не образуют кристаллическую структуру, как у нормального твердого вещества. Наиболее распространенным примером аморфного твердого вещества является стекло.

2. Сверхкритические флюиды

3. Вырожденное вещество

Известны два основных типа вырожденного вещества: электронно-вырожденное вещество и нейтронно-вырожденное вещество. Электронно-вырожденная материя существует в основном в звездах типа белый карлик, при условии, если масса звезды меньше в 1,44 раза, чем масса нашего Солнца. Если звезда массивнее этого предела (известного как предел Чандрасекара), она просто сколлапсируется в нейтронную звезду или черную дыру. А в черной дыре вещество преобразуется в нейтронно-вырожденную форму. Свободные нейтроны (не связанные в атомном ядре), как правило, имеют период полураспада 10,3 минуты, а в ядре нейтронной звезды нейтроны существуют вне ядра, образуя нейтронно-вырожденное вещество.

4. Сверхтекучее вещество

Также вещество в данном состоянии имеет очень странные свойства. Сверхтекучая жидкость, помещенная в пробирку, начинает ползти вверх по бокам пробирки, казалось бы, нарушая законы гравитации и поверхностного натяжения. При это жидкий гелий удержать невероятно сложно, поскольку он просачивается через малейшие поры. К примеру, из стандартного термоса, он "загадочно исчезнет" буквально за считанные минуты.

5. Конденсат Бозе-Эйнштейна

Бозон - частица с целым значением спина, а несколько бозонов могут принимать одинаковое квантовое состояние. К бозонам относятся любые частицы с зарядом энергии (например, фотоны). В 1920-х годах Альберт Эйнштейн, основываясь на работах индийского физика Бозе, предположил существование новой формы материи, основу которой составляют бозоны, охлажденные до температур, близких к абсолютному нулю. (меньше миллионной доли градуса выше абсолютного нуля).

Конденсаты Бозе-Эйнштейна очень похожи на сверхтекучее вещество, но имеют свои собственные уникальные свойства. Самым шокирующим является то, что БЭК может замедлить скорость света от его нормальной скорости в 300 000 метров в секунду. В 1998 году Гарвардский исследователь Лене Хау смог замедлить свет до всего лишь 60 километров в час, выстреливая лучом лазера сквозь сигарообразный образец БЭК. В ходе более позднего эксперимента, команда Хау смогла полностью остановить свет в БЭК.

6. Металл Яна-Теллера

Подобное вещество исследователям удалось успешно создать только в 2015 году. Если их эксперименты подтвердятся другими лабораториями, то это может изменить мир, поскольку метал Яна-Теллера обладают свойствами как изолятора, так и сверхпроводника одновременно. В металле, который был назван в честь эффекта Яна-Теллера, давление может преобразовывать геометрическую форму молекул в новые электронные конфигурации. Проще говоря, получившееся вещество может легко менять свое состояние на проводник, изолятор, металл и магнитный материал. Свойства подобного материала изменяются в зависимости от расстояния между атомами в кристаллической решетке. Расстояние же меняют с помощью давления, но не обычного механического, а химического.

7. Фотонная материя

8. Неупорядоченная гипероднородность

При попытках перевести вещество в новое состояние материи, ученые смотрят на структуру вещества, а также на его свойства. В 2003 году Сальваторе Торквато и Фрэнк Стиллинжер из Принстонского университета предложили новое состояние материи, названное неупорядоченной гипероднородностью. Что самое интересное, они открыли новое состояние вещества после внимательного изучения глаза цыпленка.

Оказалось, что клетки в сетчатке куриного глаза располагаются хаотично, но при этом равномерно. Вещество в подобном состоянии проявляет свойства жидкости и кристалла одновременно. Казалось бы, подобное возможно только в состоянии плазмы, но природа оказалась хитрее. Предполагается, что подобное открытие может помочь в разработке принципиально инновационных устройств для передачи света.

9. Струнно-сетевая жидкость

Еще в середине 90-х годов группа ученых заявила о возможности существования так называемых "квази-частиц", поскольку в ходе эксперимента электроны проходили между двумя полупроводниками. Это вызвало настоящий переполох, так как квазичастицы действовали так, как будто они имели дробный заряд, что считалось невозможным в физике. На основании этих данных команда предположила, что электрон не является фундаментальной частицей Вселенной, а также что существуют более фундаментальные частицы, которые люди еще не обнаружили. Их работа получила Нобелевскую премию, но позднее было обнаружено, что результаты были вызваны ошибкой в эксперименте.

Идея "квази-частиц" была опровергнута. Но некоторые исследователи не отказались от нее полностью. Вэнь Цзябао и Левин продолжили работу над "квази-частицами" и предположил существование нового состояния материи, известного как струнно-сетевая жидкость, основным свойством которой является квантовая запутанность. В своих работах, Вэнь Цзябао и Левин заявили, что космос заполнен струнными сетями запутанных субатомных частиц.

10. Кварко-глюонная плазма

В течение этого периода времени Вселенная полностью состояла из горячей кварко-глюонной плазмы. Кварко-глюонная плазма− состояние материи, в которой высвобожденные цветные кварки и глюоны образуют непрерывную среду (хромоплазму), а также могут распространяться в ней как квазисвободные частицы. Возникает так называемая "цветопроводимость", которая аналогична электропроводимости, возникающей в обычной электронно-ионной плазме.

Одним из недавних открытий является стала в созвездии Лебедя.

Большую часть нашего мира мы не можем пронаблюдать - 95% массы Вселенной составляют темная материя и темная энергия. Из чего состоит темная материя, пока не ясно - однако есть предположение, что это могут быть аксионы, элементарные частицы, ответственные за соблюдение временно́й симметрии.

Для человеческого сознания прошлое и будущее - противоположные измерения: о первом мы помним, второе мы ожидаем. Кино, запущенное с финала, кажется нам нереалистичным. Наша направлена от прошлого к будущему.

Кажется, что направление времени незыблемо. Но если бы мы сняли фильм о субатомных частицах, мы бы обнаружили, что его отраженная версия вполне точно отражает реальность. Фундаментальные законы физики , за некоторыми исключениями, выполняются в любом направлении времени: стрела времени для них обратима.

Если следовать законам формальной логики, обращение времени должно в корне менять физические законы. Но в реальности это не так. Чтобы описать это явление, физики используют термины «T-инвариантность» или «Т-симметрия».

В отличие от фундаментальных законов физики, наша повседневная жизнь нарушает Т-инвариантность. Это вопиющее несоответствие приводит нас к вопросу: почему реальный мир «Т-асимметричен»? Возможно ли существование неких созданий, которые молодеют, пока мы стареем? И можем ли мы с помощью какого-нибудь физического процесса повернуть время вспять?

К сожалению, дать точного ответа наука пока не может. Зато мы можем предположить, почему вообще существует Т-симметрия. Современная версия глубже и сложнее, чем предположения 50-летней давности, но и в ней есть лазейка. И если наука с ней разберется, возможно, мы сможем понять сущность темной материи – невидимой части вещества Вселенной. Но о темной материи — немного позже.

История изучения Т-симметрии началась в 1956 году. В то время ученые Т.Д. Ли и С.Н. Янг думали над существованием П-инвариантности , пространственного аналога Т-симметрии. Если бы П-инвариантность существовала, то события могли бы отражаться как в зеркале. Однако результаты экспериментов Ли и Янга показали, что П-инвариантность проявляется только для гравитационных, электромагнитных и сильных взаимодействий. Для слабых взаимодействий ее не существовало.

Тогда физики перешли от пространственной симметрии к временно́ й. Существование Т-инвариантности некоторое время было аксиомой - пока в 1964 году группа ученых под руководством Джеймса Кронина и Валентины Фитч не обнаружила слабый эффект в распаде К-мезонов , который нарушает симметрию времени. Это открытие взволновало физиков: как Т-симметрия может быть одновременно точной и приблизительной? Эту проблему решили Макото Кобаяси и Тосихидэ Маскава . В 1973 году они предположили , что приблизительная Т-инвариантность - лишь случайное следствие других, более глубоких принципов.

К тому времени наброски Стандартной модели физики элементарных частиц выросли в мощную, эмпирически успешную теоретическую базу. В её основу легла теория относительности, квантовая механика и математическое правило единообразия. Но связать эти идеи было сложно: вместе они ограничивают возможности базовых взаимодействий.

Кобаяси и Маскава заявили: если бы физика ограничивалась двумя известными на тот момент семействами частиц, кварками и лептонами, то все взаимодействия подчинялись бы Т-симметрии. Но открытие Кронина и Фитч пролило свет на существование третьей группы частиц, которые нарушают Т-симметрию. Впоследствии эти частицы действительно были найдены.

Однако история на этом не заканчивается. В гипотезе Кобаяси и Маскавы нашлась лазейка. Джерард т’Хоофт обнаружил новый вид взаимодействия , нарушающий Т-симметрию - и это стало сюрпризом для физиков-теоретиков. Нарушение Т-симметрии в данном случае было более очевидным, чем у Кронина и Фитч. Впрочем, природа упорно игнорирует эту лазейку - Т-инвариантность строго соблюдается.

Лишь одно объяснение незыблемости Т-симметрии прошло проверку временем. Это идея Роберто Печчеи и Хелен Квинн о расширении Стандартной модели через нейтрализующее поле, поведение которого особенно чувствительно к новому взаимодействию т’Хоофта. Если присутствует новое взаимодействие, нейтрализующее поле подстраивает собственную величину, чтобы компенсировать влияние этого взаимодействия. Такое нейтрализующее поле, получается, закрывает нашу лазейку. Частицы, производимые нейтрализующим полем, назвали аксионами.

Согласно теории, аксионы - это очень легкие, живущие долго частицы, которые слабо взаимодействуют с материей. Но мы не знаем ничего об их массе: она находится в большом промежутке значений. Та же проблема была с другими частицами: бозоном Хиггса, очарованным кварком и топ-кварком – до обнаружения каждой из этих частиц, теория предсказала все их свойства, кроме значения массы. Оказалось, что сила взаимодействия аксиона пропорциональна его массе. Поэтому по мере уменьшения значения массы аксиона, он становится все более неуловимым.

Раньше физики были сосредоточены на моделях, в которых аксион был тесно связан с бозоном Хиггса. Далее появилось предположение, что масса аксиона должна быть порядка 10 кэВ — одна пятидесятая массы электрона. Большинство экспериментов, о которых мы сказали ранее, искали именно такой аксион - однако выяснилось, что таких аксионов не существует. Поэтому ученые решили переключиться на гораздо меньшие значения масс аксионов.

Такие аксионы должны были в изобилии производиться в течение первых моментов Большого взрыва. Если аксионы действительно существуют, то они должны заполнять Вселенную в виде так называемой аксионной жидкости. И эта жидкость должна влиять на общую плотность массы Вселенной, так как аксионы имеют массу. Масса аксионов, согласно подсчетам, приблизительно равна массе темной материи — по сути, загадочная субстанция, заполняющая 22% Вселенной, может состоять из этих гипотетических частиц.

Экспериментальный поиск аксионов продолжается на нескольких фронтах. Два из самых многообещающих экспериментов нацелены на поиск аксионной жидкости. Один из них, ADMX (Axion Dark Matter eXperiment), использует специальные сверхчувствительные антенны для преобразования фоновых аксионов в электромагнитные импульсы. Другой, CASPEr (Cosmic Axion Spin Precession Experiment), ищет крошечные колебания в движении ядерных спинов, которые могут быть вызваны аксионной жидкостью. Помимо этого, эти сложные эксперименты обещают покрыть почти весь диапазон возможных масс аксиона. Возможно, если эти эксперименты докажут существование аксионов, мы поймем, из чего на самом деле состоит темная материя.

Основополагающим элементом изучения подавляющего количества естественных наук является материя. В этой статье мы рассмотрим материи, формы её движения и свойства.

Что такое материя?

На протяжении многих веков понятие материи менялось и совершенствовалось. Так, древнегреческий философ Платон видел её как субстрат вещей, который противостоит их идее. Аристотель же говорил, что это нечто вечное, что не может быть ни сотворено, ни уничтожено. Позже философы Демокрит и Левкипп дали определение материи как некой основополагающей субстанции, из которой состоят все тела в нашем мире и во Вселенной.

Современное понятие материи дал В. И. Ленин, согласно которому она является самостоятельной и независимой объективной категорией, выражаемой человеческим восприятием, ощущениями, она также может быть скопирована и сфотографирована.

Атрибуты материи

Главными характеристиками материи являются три признака:

• Пространство.
• Время.
• Движение.

Первые два отличаются метрологическими свойствами, то есть их можно количественно измерить специальными приборами. Пространство измеряется в метрах и его производных величинах, а время в часах, минутах, секундах, а также в сутках, месяцах, годах и т. д. У времени есть также другое, не менее важное свойство - необратимость. Нельзя вернуться на какую-либо исходную временную точку, вектор времени всегда имеет одностороннюю направленность и движется от прошлого к будущему. В отличие от времени, пространство - более сложное понятие и имеет трёхмерное измерение (высота, длина, ширина). Таким образом, все виды материи могут передвигаться в пространстве за определённый промежуток времени.

Формы движения материи

Всё, что нас окружает, передвигается в пространстве и взаимодействует друг с другом. Движение происходит непрерывно и является главным свойством, которым обладают все виды материи. Между тем этот процесс может протекать не только при взаимодействии нескольких объектов, но и внутри самого вещества, обуславливая его видоизменения. Различают следующие формы движения материи:

• Механическая - это перемещение предметов в пространстве (падение яблока с ветки, бег зайца).

• Физическая - возникает, когда тело изменяет свои характеристики (например, агрегатное состояние). Примеры: тает снег, испаряется вода и т. д.
• Химическая - видоизменение химического состава вещества (коррозия металла, окисление глюкозы)
• Биологическая - имеет место в живых организмах и характеризует вегетативный рост, обмен веществ, размножение и др.

• Социальная форма - процессы социального взаимодействия: общение, проведение собраний, выборов и т. д.
• Геологическая - характеризует движения материи в земной коре и недрах планеты: ядре, мантии.

Все вышеназванные формы материи взаимосвязаны, взаимодополняют и взаимозаменяют друг друга. Они не могут существовать самостоятельно и не являются самодостаточными.

Свойства материи

Древняя и современная наука приписывали материи множество свойств. Самое распространённое и очевидное - это движение, однако имеются и другие универсальные свойства:

• Она несотворима и неуничтожима. Это свойство означает, что любое тело или вещество какое-то время существует, развивается, перестаёт существовать как исходный объект, однако материя не прекращает своего существования, а просто превращается в другие формы.
• Она вечна и бесконечна в пространстве.
• Постоянное движение, преобразование, видоизменение.
• Предопределённость, зависимость от порождающих факторов и причин. Данное свойство является своего рода объяснением происхождения материи как следствия определённых явлений.

Основные виды материи

Современные ученые выделяют три фундаментальных вида материи:

• Вещество, обладающее определённой массой в состоянии покоя, представляет собой наиболее распространённый вид. Оно может состоять из частиц, молекул, атомов, а также их соединений, которые образуют физическое тело.
• Физическое поле - это особая материальная субстанция, которая призвана обеспечивать взаимодействие объектов (веществ).
• Физический вакуум - является материальной средой с наименьшим уровнем энергии.

Вещество

Вещество - вид материи, главным свойством которого является дискретность, то есть прерывистость, ограниченность. В его структуру входят мельчайшие частицы в виде протонов, электронов и нейтронов, из которых состоит атом. Атомы соединяются в молекулы, формируя вещество, которое, в свою очередь, образует физическое тело или текучую субстанцию.

Любое вещество обладает рядом индивидуальных характеристик, отличающих его от других: масса, плотность, температура кипения и плавления, структура кристаллической решётки. При определённых условиях разные вещества можно соединять и смешивать. В природе они встречаются в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. При этом конкретное агрегатное состояние лишь соответствует условиям содержания вещества и интенсивности молекулярного взаимодействия, но не является его индивидуальной характеристикой. Так, вода при разных температурах может принимать и жидкую, и твёрдую, и газообразную форму.

Физическое поле

Виды физической материи включают и такую компоненту, как физическое поле. Оно представляет собой некую систему, в которой материальные тела взаимодействуют. Поле является не самостоятельным объектом, а, скорее, носителем специфичных свойств образовавших его частиц. Таким образом, импульс, высвобожденный от одной частицы, но не поглощённый другой, является принадлежностью поля.

Физические поля - это реальные неосязаемые формы материи, обладающие свойством непрерывности. Их можно классифицировать по различным критериям:

1. В зависимости от полеобразующего заряда выделяют: электрическое, магнитное и гравитационное поля.
2. По характеру движения зарядов: динамическое поле, статистическое (содержит неподвижные относительно друг друга заряженные частицы).
3. По физической природе: макро- и микрополя (создаются движением отдельных заряженных частиц).
4. В зависимости от среды существования: внешнее (которое окружает заряженные частицы), внутреннее (поле внутри вещества), истинное (суммарное значение внешнего и внутреннего полей).

Физический вакуум

В XX веке в физике как компромисс между материалистами и идеалистами для объяснения некоторых явлений появился термин "физический вакуум". Первые приписывали ему материальные свойства, а вторые утверждали, что вакуум - это не что иное, как пустота. Современная физика опровергла суждения идеалистов и доказала, что вакуум - это материальная среда, также получившая название квантового поля. Число частиц в нём приравнивается к нулю, что, однако, не препятствует кратковременному возникновению частиц в промежуточных фазах. В квантовой теории уровень энергии физического вакуума условно принимается за минимальный, то есть равный нулю. Однако экспериментально доказано, что энергетическое поле может принимать как отрицательные, так и положительные заряды. Существует гипотеза, что Вселенная возникла именно в условиях возбуждённого физического вакуума.

До сих пор не до конца изучена структура физического вакуума, хотя и известны многие его свойства. Согласно дырочной теории Дирака, квантовое поле состоит из движущихся квантов с одинаковыми зарядами, неясным остаётся состав самих квантов, скопления которых перемещаются в виде волновых потоков.