Концепції макросвіту класичної фізики і концепції мікросвіту сучасної науки

Маммедов А.Б., Баширов Р.І., Бакинський Державний Університет, Азербайджан.

Класичні фізичні концепції про структуру і закономірності макросвіту.

В вивчення природи можна розрізняти два етапи: донаукових і науковий етапи.

донаукових або натурфілософські етап охоплює період починаючи від античного періоду до встановлення експериментального природознавства XVI-XVIIвека. Уявлення про природі в цей період мали суто натурфілософські характер, що спостерігаються природні явища пояснювалися на основі змонтованих розумовим шляхом філософських принципів. Найбільшим досягненням природознавства в цей період з'явилось, що вважалася діскретівной концепцією будови матерії, вчення античного атомізму. Згідно з цим вченням, всі тіла формуються з вважаються самими маленькими частками матерії атомів. Згідно античному атомізму який надав первинну теоретичну модель атома, атоми є невидимими, неподільними і непроникними мікрочастками, відрізняються один від одного тільки кількісними відносинами - формою, розмірами, ладом.

Античний атомізм, який пояснював ціле як механічну сукупність формують його частин, з'явився перший теоретичної програмою. [1]  Вихідними поняттями атомізму були атом і вакуум. Згідно творцю цього вчення Демокріту, вакуум необхідний для пояснення механічного розміщення тіл в просторі та їх деформації (стиснення, подовження та інші) під впливом зовнішніх сил. Атомізму пояснював сутність протікання природних процесів механічним взаємовпливом атомів, їх тяжінням і відвернути.

Механічна програма пояснення природи, вперше висунута в античному атомізму, реалізувалася в класичній механіці, що поклала початок вивченню природи науковим способом.

Сучасні наукові уявлення про структурні рівнях формування матерії слід починати з концепції класичної фізики про вивчення мікросвіту, яка зародилася в результаті критичного дослідження уявлень класичної механіки, які застосовуються тільки в мікросвіті.

Формування наукових уявлень про будову матерії відноситься до XVI століття, до періоду закладення Г. Галілеєм основи механічної картини світу. Галілей не тільки обгрунтував геліоцентричну систему М. Коперника, відкрив закони інерції руху і вільного падіння, він також розробив новий методологічний спосіб описи природи - науково-теоретичний метод. Сутність цього методу полягає в тому, що, відібравши цілий ряд фізичних і геометричних характеристик природи, Галілей перетворив їх на предмет наукового дослідження. Відбір окремих характеристик об'єкта надав можливість створення теоретичних моделей і перевірку їх на основі наукового експерименту. Сформульована Галілеєм методологічна концепція відіграла вирішальну роль у затвердження класичного природознавства.

Спираючись на дослідження Галілея, І. Ньютон розробив механічну наукову теорію руху земних і небесних тіл по одним і тим же законам, розглядаючи природу як складну систему. Розробки Ньютона і його послідовників послужили основою для створення дискретної (корпускулярної) моделі реальності в рамках механічної картини світу. Тут матерія розглядається як матеріальна субстанція, сформована з окремих атомів або корпускуляров, властивості маси і ваги приписуються неподільним, незмінним, непроникнення атомів.

Ньютон сформулював важливу характеристику світу - тривимірний простір, що знаходиться в обов'язково незмінному і довговічному спокої евклідовой геометрії. Це простір однорідний і изотропно. Причина однорідності простору полягала в незмінності геометричних властивостей у всіх точках, причиною ізотропності - незмінність цих властивостей у всіх напрямках. Ньютон, відокремивши час від матеріальних процесів, також абсолютизував його та ототожнював його з однією з метричних характеристик часу - тривалістю. В поглядах Ньютона едіномерное абсолютна час, що описується, як равноскоростное протягом нематеріальної субстанції від минулого до сьогодення, має безперервної структурою, однорідне, изотропно, нескінченно й універсально. Ньютон пояснював однорідність часу коваріантівностью законів руху щодо перетворень Галілея, ізотропності - коваріантівностью законів руху щодо тимчасової інверсії.

Ньютон розглядав рух як переміщення в просторі, що відбувається по всій протяжності безперервної траєкторії на основі законів механіки, і висунув припущення про те, що фізичні процеси можуть співвідноситися з переміщенням під впливом сил тяжіння, що вважаються силами впливу на далекі відстані, які притаманні матеріальних точок.

Французька вчений і філософ Р. Декарт, виступаючи зі своєю дуалістичної концепцією про відносно матерії і мислення, обгрунтовував механічне пояснення природи філософської стороною і показав, що можна об'єктивно пояснити світ, не беручи до уваги людини-спостерігача. Звучна в такт з ньютонівських поглядами ця віра відіграла велику роль у спрямованості розвитку природничих наук у цей період.

В відміну від натурфілософії механічний підхід до опису природи виявився надзвичайно продуктивним. Слідом за механікою Галілея-Ньютона оформилися інші області фізики, супроводжувані небувалими досягненнями, в тому числі гідродинаміка, теорія пружності, механічна теорія тепла, молекулярно-кінетична теорія і цілий ряд інших теорій. Однак у цей період залишалися дві області, які не могли бути пояснені в рамках механічної картини світу - оптика та електромагнітні явища.

Основи оптики розробив Ньютон. Він висунув корпускулярну теорію світла і відкрив явище дисперсії світла. Відповідно до логіки свого вчення Ньютон вважав світло потоком матеріальних частинок-корпускуляров і припускав, що кожен світиться предмет випромінює дрібні частинки, які рухаються згідно із законами механіки і потрапляючи на очі породжують відчуття зору. На основі теорії Ньютона було дано пояснення законам відображення і заломлення світла.

Голландська вчений Х. Хуігенс спробував пояснити оптичні явища принципово іншим шляхом - на основі сформульованої ним же теорії хвилі. Теорія хвилі світла з метою створення аналогії між механічною хвилею, яка поширюється на поверхні води, і що розповсюджується в повітрі світлом висувала подання про заповнення ефіром всього простору вважається середовищем пружності. Згідно цим поданням світло розглядається як поширення хвиль ефіру в середовищі і передбачається, що кожна точка ефіру, коливаючись у вертикальному напрямку, створює картину хвилі, яка змінює своє місце від одного миті до іншого в просторі коливання всіх його точок. Х. Хуігенс, виходячи з теорії хвилі, з успіхом пояснив також відбиття і заломлення світла. Однак, у цей період був відомий один факт, спрямований проти теорії Хуігенса. Фізикам було відомо, що механічна хвиля може подолати що з'явилися на її шляху перешкоду. Хоча промінь світла, що поширюється прямолінійно, не може подолати перешкоду, досліди показали, що позаду непрозорого тіла, на який спрямований промінь світла, що утворюється його тінь з різкими межами. Однак виявлене незабаром явище дифракції світла поклало край усім сумнівам в теорії Хуігенса. Таким чином, вплив Ньютона в цей період було настільки велике, що не дивлячись на те, що його корпускулярна теорія не змогла пояснити явище дифракції, вона була беззаперечно прийнята.

Теорія хвилі світла на початку XIX століття була знову висунута англійським фізиком Т. Юнгом і французьким вченим О. Д. Френеля. Т. Юнг на основі теорії хвилі зумів пояснити явище інтерференції, тобто явище підсилення або ослаблення один одним під взаємне порядку когерентних хвиль світла, що зустрічаються в будь-якій точці простору. Відповідно до теорії хвилі посилення або послаблення один одним когерентних хвиль світла залежить від збігу один з одним опуклостей або западин зустрічаються хвиль.

Явище інтерференції дифракції пояснювалися тільки в рамках теорії хвилі і не знаходили ніякого свого пояснення в рамках нової теорії світла.

В цей період існувала інша галузь фізики, яка адекватно не вважалася з механічними законами - область електромагнітних явищ. Досліди англійського естествознателя М. Фарадея і теоретичні дослідження фізика К. Максвелла перевернули з ніг на голову існуючі уявлення про існування єдиного виду матерії - дискретного речовини і заклали основу електромагнітної картини світу. Данська естествознатель Х. Ерстед, який вивчав магнітне вплив електричного струму в 20-х роках минулого століття відкрив явище електромагнетизму. Тривають дослідження в цьому напрямку М. Фарадей довів на чутливих дослідах, що зміна магнітного поля, що проходить через замкнутий контур, породжує протягом індукції в цьому контурі. Це явище, яка відкрила новий період в історії фізики, одержало назву електромагнітної індукції. Він володіє талантом великого дослідника і широким уявою Фарадей на основі аналізу результатів реалізованих в життя фізичних дослідів висунув поняття «силові лінії» і з його допомогою дав точне опис мінливого від точки до точки впливу електричних сил в «силовому поле ». Спираючись на уявлення про силових лініях він незабаром висунув геніальну думка про те, що в природі існує родинний зв'язок між електрикою і світлом. Виходячи з ідеї єдності світла та електрики Фарадей в новій оптиці, яку він хотів створити і обгрунтувати експериментальним шляхом почав розглядати світ як коливання в силовому полі і в результаті прийшов до висновку про те, що вчення про електрику і оптика знаходяться у взаємній зв'язки один з одним і створюють єдину область.

К. Максвелл, доводять дослідження М. Фарадея в області електромагнетизму, підійшов до його ідеї про магнетизм і електриці з математичної точки зору і висловив її математичними формулами. У розумінні Фарадея поняття «силове поле» було тільки допоміжним математичним поняттям. К. Максвелл ж надав цьому поняттю фізичне значення і розглядав його як незалежну реальність. Він з цього приводу писав: «Електромагнітна область - частина простору, що містить і навколишнє що перебувають у стані електрики або магнетизму тіла ». [2]  Максвелл на основі об'єднання виявлених експериментальним шляхом законів електромагнітних явищ і явища електромагнітної індукції суто математичним способом створив систему диференціальних рівнянь, що описують електромагнітні процеси. Довший повний опис електромагнітних явищ в межах їх застосування Максвелл створив систему рівнянь точь-в-точь як система механіки Ньютона -- завершену, адекватну, зроблену з точки зору логіки. З цих рівнянь випливав висновок про те, що цілком можливе існування електромагнітного поля, «Не пов'язаного» ні з яким електричним зарядом. Згідно з диференціальних рівнянь Максвелла вихрові електричні та магнітні поля визначаються не їх зміною, а зміною іншого поля з часом: інтенсивність вихрового електричного поля визначається зміною з часом магнітного поля і навпаки, інтенсивність вихрового магнітного поля визначається тимчасовими змінами електричного поля .

Тому, якщо в будь-якій точці простору існує змінюються з часом магнітне поле, значить навколо цієї точки створюється змінне з часом (вихровий) електричне поле і навпаки. В результаті цього процесу відбувається постійна зміна векторів електричне та магнітного полів, вже не пов'язане з електричним зарядом і розглядається в просторі як окреме від нього незалежне існування. Теоретичні обчислення показали, що швидкість розсіювання електричного поля в просторі дорівнює швидкості хвилі за своєю природою є електромагнітними хвилями. Висунута в 1945 році М. Фарадеєм і обгрунтована в 1862 році К. Максвелом ідея про єдиний походження світла та електрики в 1888 році була підтверджена німецьким фізиком Г. Герцем експериментально. У дослідах між зарядженими кульками, виходили електромагнітні хвилі і ці хвилі, потрапляючи на виток кругового дроти, створюють у ньому струм. Герц, який вивчав відображення і інтерференцію електромагнітних хвиль, довів існування їх хвилеподібного процесу і виміряв довжину хвиль. Герц, вимірявши швидкість електромагнітних хвиль на основі швидкості коливань, помітив, що їх швидкість дорівнює швидкості світла. Досліди Герца безпосередньо затвердили істинність гіпотези Максвелла. Після дослідів Герца поняття «поле» в фізики стало не допоміжним математичним поєднанням, а було затверджено як об'єктивно існуюча фізична реальність. Таким чином, був виявлений новий вид поля, матеріал нової якості притаманний їй.

Таким чином, наприкінці XIX століття фізика прийшла до висновку про те, що матерія існує у двох формах: дискретне речовина і непрериваемое поле. [3]

Речовина - Вид матерії, що володіє спочиваючої масою або механічної масою. Речовина складається з атомів і існує в 7 агрегатних станах: тверде, рідке, газ, плазма, епіплазма, нейтрон, вакуум.

Інший вид матерії - поле - це матеріальне середовище, що зв'язує тіла один з одним і переносить вплив з одного тіла на інше. Як приклади фізичних полів можна назвати гравітаційний (тяжіння) поле, електричне поле, магнітне поле, електромагнітне поле, поле ядерних сил, різні мезонскіе поля та інші.

Речовина макроскопічного рівня (прості тіла) і полі (гравітаційне поле, електромагнітне поле) в основному відрізняються такими особливостями. [4]  

1. Речовина і поле відрізняються спочиваючої масою. У випадку, коли частинки речовини мають що спочиває масою, частки поля володіють тільки рухається масою.

2. Речовина і поле відрізняються сутністю корпускуляров хвилі: речовина дискретно, сформовано з атомів; поле безперервно.

3. Речовина і поле відрізняються ступенем проникнення: речовина проникає мало, навпаки поле повністю проникає.

4. Речовина і поле відрізняються закономірностями руху. Швидкість руху частинок речовини різноманітна, у разі коли вони можуть перебувати в повному спокої і до придбання швидкості світла, частинки поля мають стабільну швидкість, у вакуумі їх швидкість дорівнює швидкості світла.

5. Речовина і поле відрізняються ступенем самостійності: Частинки речовини характеризуються кінцевою ступенем самостійності, частки ж поля - нескінченної ступенем самостійності.

6. Речовина і поле відрізняються ступенем концентрації маси та енергії: ця концентрація велика в речовині, і мала в поле.

Революційні відкриття, що відбулися у фізиці в кінці XIX - на початку ХХ століть довели, що фізична реальність стала єдиною, що між речовиною і полем не існує обов'язкової кордону, непереборного перешкоди: точь-в-точь як і речовина поле має властивість корпускулярної, речовина ж точь-в-точь як і поле має властивість хвильової.

Зародження та розвиток уявлень про кванта.

При переході від вивчення фізики макросвіту до вивчення мікросвіту докорінно змінилися уявлення класичної фізики про речовину і поле. Вивчаючи мікрочастинки, вчені натрапили на таку картину, яка здавалася парадоксальної з точки зору класичної фізики: один і той самий об'єкт демонструє і властивість хвильової та властивість корпускулярної. Це явище отримало назву корпускулярно-хвильового дуалізму.

Перший крок в області вивчення суперечливої природи частинок зробив німецький учений Макс Планк. Усе почалося з появи у фізиці в кінці XIX століття такий незлагодженості, як «ультрафіолетова катастрофа». Відповідно до розрахунків, вироблених на основі формул класичної електродинаміки, інтенсивність випромінювання тільки темних предметів безмежно збільшувалася. Це суперечило практиці. З дослідженняй, що проводяться по випромінюванню тепла, М. Планк прийшов до висновку про те, що в процесі випромінювання енергія випромінюється не в довільному кількості і безмежно, а неподільними порціями - квантами. [5]  Енергія кванти визначається числом коливань, що відповідають випромінюванню (V) і універсальної постійною, званої постійної Планка: E = hn. Як відзначав Планк, прихід у фізику ідеї кванта поки не можна пов'язувати зі створенням квантової теорії, однак 14 грудня 1900 -- дата появи формули квантової енергії, стала датою закладення основи цієї ж теорії, вдень зародження атомної фізики і початком нового періоду в природознавстві.

Першим фізиком, який зустрів відкриття впливу елементарного кванта з високим духовним піднесенням і розвинув його у творчості. Був А. Ейнштейн. Він у 1905 році, застосовуючи ідею квантитативних випромінювання і поглинання енергії під час теплового випромінювання до явищ випромінювання взагалі, заклав основу квантової теорії. Ейнштейн, застосовуючи гіпотезу Планка n світловим явищ прийшов до висновку про те, що необхідно прийняти корпускулярну структуру світла. Квантова теорія світла або теорія фотона Ейнштейна підтвердила, що поряд з тим, що світло є хвильовим явищем поширення у світовому просторі, він також має безперервною структурою. Світло можна розглядати як неподільні енергетичні порції, світлові кванти і фотони. Енергія фотонів визначається постійної Планка (h) і швидкістю відповідних коливань (n). Монохроматичний світло різних кольорів (червоний, жовтий, зелений, синій, фіолетовий та інші) складаються з світлових квантів різної енергії. Ідея Ейнштейна про світлові кванти надала можливість зрозуміти і наочно описати фотоелектричне явище, сутність якого полягає у відділенні електрона від світловий матерії. Експерименти показали, що існування фотоефекту визначається не інтенсивністю падаючої на метал світлової хвилі, а частотою світла. Якщо припустити, що кожен фотоелектронів відділяється одним фотоном, стає ясним, що ефект відбувається в тому випадку, коли енергія фотона стає достатньо великий, щоб розірвати взаємну зв'язок матерії і електрона.

Через 10 років після зародження тлумачення фотоелектричного ефекту в подібному розкладі він був підтверджений дослідами американського фізика Р. Е. Міллікена. Відкрите в 1923 році американським вченим А. Х. Комптоном явище ( »Ефект Комптона ») остаточно підтвердило квантову теорію. Загалом, квантова теорія світла - одна з теорій фізики, яка неодноразово була підтверджена дослідами. Однак таким чином хвильова природа світла була остаточно підтверджена дослідами з явищ інтерференції дифракції. У зв'язку з цим створилася така парадоксальна ситуація: стало відомо, що світло в один і той же час веде себе і як хвиля і як корпускуляр. У цьому випадку, фотон виступає як специфічний вид корпускуляра. Основна характеристика дискретності фотона, особлива порція енергії (E = hn) визначається характеристикою чисто хвилі - частотою (n). Як і всі великі природно-наукові відкриття квантова теорія світла придбала істотний світоглядний, теоретико-пізнавальний характер.

Подання про фононів-кванти електромагнітного поля стали великим подарунком розвитку квантової теорії. Тому А. Ейнштейн вважається одним з великих творців квантової теорії. Теорія Ейнштейна, розвиваючи погляди М. Планка, надала можливість датському вченому Н. Бору розробити нову модель атома.

Теорія атома, запропонована Бором.

В 1913 датський учений Нільс Бор, застосовуючи принцип квантитативних до вирішення проблем будови атома і характеристики спектра атома, усунув протиріччя в створеної Резерфордом моделі атома. Запропонована у 1911 році Резерфордом модель атома нагадувала сонячну систему: в центрі її було розташоване ядро, навколо нього по кругових орбітах оберталися електрони. Ядро було позитивно заряджена, електрони володіли негативним електричним зарядом. Сили тяжіння в Сонячній системі в атомі замінялися електричними силами. Позитивний електричний заряд ядра атома, який дорівнював порядковому номеру елемента в періодичної системи Менделєєва, врівноважує негативним електричним зарядом електронів. Тому атом був електрично нейтральним.

Аналіз планетарної моделі атома в рамках класичної електродинаміки містив два неможливих протиріччя. Перше з цих суперечностей полягало в тому, що електрони для того, щоб не втратити свою стійкість, повинні обертатися навколо ядра. Як відомо, круговий рух характеризується відцентровим прискоренням. Згідно законам класичної електродинаміки прискорено рухаються електрони повинні неодмінно випромінювати електромагнітну енергію. Однак у цьому випадку електрони за дуже короткий проміжок (10-8 секунди), витрачаючи свою енергію на випромінювання, повинні впасти на ядро. Це нам добре відомо з повсякденного досвіду. Якби електрони впали на ядро, тіло, що складається з них, наприклад що стоїть перед нами стіл, змінив би свої розміри в 10 тисяч разів.

Друге протиріччя планетарної моделі атома пов'язано з тим, що поступово наближається в результаті випромінювання до ядра електрон для безперервного зміни своєї частоти спектр випромінювання атома повинен бути цілим. Досвід же показує, що спектр випромінювання атома лінійний. Іншими словами, планетарна модель атома Резерфорда не уживаються з електродинаміки Максвелла.

Квантова теорія атома, яка могла б вирішувати обидва ці суперечності (так звана «Теорія Бора про будову атома») була висунута Н. Бором. Зміст цієї теорії формувалося з таких положень, об'єднаних в єдину, цілу ідею:

закономірності лінійного спектра атома водню;

ядерна модель атома, запропонована Резерфордом;

квантовий характер випромінювання і поглинання світла.

Висунута Н. Бором для пояснення структури атома нова гіпотеза спиралася на три не уживаються з принципами класичної фізики постулату.

Перший постулат: у кожному атомі існує кілька стаціонарних станів електронів (стаціонарні орбіти). Електромагнітні хвилі, що рухаються по стаціонарних орбітах атома, не випромінюються, не поглинаються.

Другий постулат: атом тільки тоді випромінює чи поглинає порцію енергії, коли електрон переходить з одного стаціонарного стану в інший.

Третій постулат? Електрон рухається навколо ядра по таким круговим стаціонарним орбітах, на яких у момент імпульсу електрона постійна Планка повністю уподібнюється відносної 2p: .

де m, n, r - відповідно маса електрона, швидкість і радіус стаціонарної орбіти, по якою він рухається, n = 1,2,3 ... - цілі числа.

Ці постулати заклали початок нового періоду у вивченні властивостей і будови атома.

Перший постулат показав обмеженість класичної фізики, а в особливих випадках неприйнятність її законів до стаціонарних станів. Не так легко погодитися з ідеєю про випромінюванні енергії електронами на виразно відібраних орбітах. У цю ж хвилину виникає питання: «Чому?» Однак у зв'язку з тим, що цей постулат був адекватний результатами експериментів, фізики змушені були його прийняти. З другого постулату випливає висновок про те, що енергія атома випромінюється порціями. Перехід електрона з однієї орбіти на іншу обов'язково супроводжується цілими числами енергетичних квантів. Так, стан електронів в атомі характеризується 4 квантовими числами - головне, орбітальний, магнітне і орбітальний квантове число.

Головне квантове число (n) визначає енергію електрона в областях ядра, в складних атомах порядковий номер шару електронів. Орбітальний квантове число (l) характеризує корективи, що вноситься в енергію атома одночасним рухом атомів. Спіновое квантове число (s) визначає спеціальний механічний момент, що характеризує обертальний рух електронів.

Постулати Бора пояснювали стійкість атома: в стаціонарних станах електрон без існування зовнішніх причин не випромінює електромагнітну енергію. Тільки тепер стало зрозуміло, чому при незмінній оцінці станів атоми хімічних елементів не випромінюють електромагнітні хвилі.

Модель атома, запропонована Бором, не дивлячись на те, що дала точний опис атома водню, що складається з одного протона й одного електрона, і цей опис досить добре узгоджувалося з фактами досвіду, пізніше застосування цієї моделі до багатоелектронних атомах зіткнулося з певними труднощами. Як би точно не старалися теоретики описати рух і орбіту електронів в атомі, відмінність між теоретичними результатами і даними експериментів залишалося великим. Однак у ході розвитку квантової теорії стало ясно, що ці відмінності пов'язані в основному з властивістю хвильової у електронів. Хвильова довжина електрона, що рухається по круговій орбіті в атомі, входила до складу вимірювань атома і становила приблизно 10-8 см. Хоча рух частинок, властивих будь-якої системі, тільки в тому випадку можна досить точно описати як механічне рух матеріальної точки по замкнутої орбіті, коли хвильова довжина частинки в порівнянні з системою змін буде настільки мала, що не буде прийматися до уваги. Іншими словами, потрібно взяти до уваги, що електрон - не крапка, не міцний «шару», у нього є внутрішня структура, що може змінюватися в залежності від властивих йому станів. Однак у цьому випадку деталі внутрішньої структури електрона залишаються невідомими.

Тут стає ясним, що принципово не можливо уявити структуру атома на основі уявлень про орбітах імовірно точкових електронів, тому внутрішні орбіти атома стали ідеальними об'єктами, вони навіть не існують в дійсності. Згідно з їх хвильову природу електрони і їх електричний заряд нібито нерівномірно розподілені по атому і мають за часом в деяких точках малої, в інших - більшою щільністю електронів.

Опис розподілу щільності заряду електрона всередині атома дано у квантовій механіці: в деяких точках щільність заряду електрона досягає максимальної позначки. Крива, що об'єднує точки максимальних позначок щільності заряду електрона, формально називається орбітою електрона. Обчислена в теорії Бора траєкторія атома водню збіглася з кривою, що проходить через точки максимальних відміток середньої щільності заряду, що в свою чергу повністю відповідає експериментальними даними.

Теорія Бора ніби окреслює лінію кордону першого етапу розвитку сучасної фізики. Атомна теорія Бора на основі додавання невеликої кількості нових міркувань була останньою спробою описати структуру атома на основі класичної фізики. Постулати Бора показали, що класична фізика не здатна пояснити подібні результати найпростіших дослідів, пов'язаних з структурою атома. Чужі класичної фізики постулати Бора, порушивши її цілісність, у свою чергу змогли пояснити лише невелику область експериментальних даних. Тому, народжується уявлення про те, що постулати Бора, що відкрили нові, до цього часу невідомі науці властивості матерії, в той же час частково, не повністю відбивали їх. Теорія Бора, і його постулати які не могли бути застосовані до складних атомів, були безсилі у поясненні істотних явищ фізики також як дифракція і інтерференція не могли пояснити хвильові властивості світла і матерії. На багато питань, пов'язаних з структурою атома, були отримані відповіді тільки в результаті розвитку квантової механіки. Було з'ясовано, що Боровський модель атома не можна буквально розуміти такий, якою була раніше. Процеси атома неправильно було б наочно описувати в формах механічних моделей, створених за аналогією з явищами макросвіту. Незабаром стало відомо, що точно визначені для макросвіту уявлення про часу і простору непридатні для опису мікрофізіческіх явищ. Поступово фізики-теоретики перетворили атом у ще більш абстрактну систему -- сукупність неспостережний рівнянь.

Елементарні частки і проблема їх структурності.

Проблема структури матерії була однією з актуальних проблем, що завжди стоять у центрі уваги природознавства, особливо в передовій її області - фізики. Опукло відображаючи взаємозв'язок філософії і природознавства, ця проблема має не тільки філософське, але й практичне і виробничо-технічне значення. Для цього досить сказати, що формують важливий етап науково-технічної революції сучасні фізичні теорії, у тому числі квантова механіка і теорія елементарних частинок тісно пов'язані з відкриттям і використанням ядерної енергії, яка заклала основу «атомного століття».

Сучасна фізика завоювала великі досягнення в галузі вивчення будови і властивостей матерії. Проте, не дивлячись на це в області будови і властивостей матерії у природи багато ще не відкритих секретів. Проникаючи в глибини теоретичної пізнавальної матерії і виявляючи нові рівні її будови, ми все більше віримо цьому. Фізика на сучасному етапі свого розвитку вступила на такий повний наукових відкриттів шлях, який веде її вперед у напрямку ще більшого оволодіння силами людської природи. Однак фізика не відразу стала на цей шлях. Перш ніж завоювати певні досягнення на цьому шляху вона пройшла довгий і складний шлях розвитку, усунула за цей період натурфілософські метафізичні уявлення про будову і властивості матерії, притаманних однієї з епох.

Сучасне вчення про будову матерії почало зароджуватися на основі стійких практичних фактів, починаючи тільки в кінці XIX - на початку ХХ століть. Не зупиняючись на успіхи наукового пізнання, це вчення, яке збагачувалося і розвивалося, об'єднувало в собі органічно пов'язані один з одним чотири сторони: перш за все це вчення - атомістичне вчення, тому що згідно з цим вченням кожне тіло, кожна фізична область формується з мікрочастинок і мікрообластей, по-друге це вчення - статистичне вчення, тому що воно, грунтуючись на статистичні уявлення, визначає властивості та закономірності руху мікрооб'єктів, їх взаємні впливу і перетворення статистичними законами, по-третє, це вчення - квантова теорія, так властивості та закономірності руху мікрочастинок якісно відрізняються від визначаються класичної фізикою властивостей і закономірностей руху мікроскопічних тіл, нарешті, це вчення - релятивістське вчення, тому що в цієї теорії зв'язок простору, часу і матерії описується за допомогою релятивістської теорії - теорії відносності.

Не зупиняється на області пізнання будови і властивостей матерії розвивається людське пізнання виявило її складність будови і невичерпність властивостей і підтвердило це новими фактами. Найбільшим досягненням, завойованим в галузі вивчення будови матерії є перехід про рівня атома до рівня елементарних часток. Першою елементарною частинкою виявленої в кінці XIX століття, став електрон, у першій половині ХХ століття були виявлені фотон, протон, позитрон, нейтрон, нейтрино і інші елементарні частинки. В даний час елементарні частинки вважаються самими маленькими «елементарними» частинками серед мікрооб'єктів, що оточують атоми, молекули. Після Другої Світової війни завдяки використанню сучасної експериментальної техніки і в першу чергу сильних прискорювачів, що створюють умови високої енергії та гігантською швидкостей, було виявлено існування понад 300 елементарних частинок. [6]  Одна частина елементарних частинок була виявлена в експерименті, інша частина (резонанси, кварки, віртуальні частки) вважалися теоретичними.

Що висловлює поняття «елементарна частка» в сучасній фізиці? Перш ніж відповісти на це питання необхідно відзначити властиву природно-науковому поняттю сторону про те, що як і всі фізичні поняття, поняття «Елементарність» є відносним, на різних етапах розвитку наукового пізнання набуває різне значення. До середини 60-х років нашого століття уявлення про елементарні частинки нагадували один з видів поглядів на атоми, висловлених Демокрітом. Однак ці перші наївні уявлення про елементарних частіцах проіснували не довго: невдовзі було доведено, що незмінних, непроникних, безструктурні часток немає. Під впливом реальних фактів поняття «елементарність» піддалося зміні і взагалі все, що можна назвати «елементарною частинкою» взяло невизначений характер. В даний часом цілий ряд авторів справедливо відзначають, що поняття «елементарність» використовується в двох значеннях: з одного боку як синонім самого простого, з іншого боку як субатомальной частинки, тобто показник фундаментальності. Беручи до уваги кожні два значення, що виражаються поняттям «елементарна частка », ми можемо сказати з повним і широкому розумінні слова, як звані «Елементарними» частинками є такі матеріальні освіти, які складаються з інших відомих науці часток і у всіх процесах як єдине ціле знаходяться у взаємному впливі, які включають в себе характеризують їх фізичні величини - маса, заряд електрона, спін, парність, одиночні, ізотропної спін і інші початкові параметри, які не можуть бути теоретично вичисленими і можуть бути точно застосовані до фізичної теорії тільки експериментально. [7]

Фізика елементарних частинок - це, висловлюючись словами вченого академіка І. Б. Тамміна, основна область «ведуча сучасну фізику до передодня істотних змін і революційних переворотів ». Елементарні частинки образно уподібнили «невивченим планет ». Невипадково, що заслуговують на увагу відкриття фізики були зроблені після 60-х років саме в цій області. Для того, щоб скласти уявлення про досягнення в цій області, досить сказати, що за останні 25-30 років число елементарних частинок збільшилась від 35 до 340 і передбачається подальше збільшення цієї цифри в майбутньому. [8]  Особливо починаючи з 30-х років нашого століття крім раніше відомих електрона, фотона і протона були виявлено додатково багато нових частинок: нейтрон, позитрон, нейтрони різної маси і заряду (також нейтральні) мезони, гіперонів і так звані їх відповідні античастинки. Збільшення цифри що виражає число «елементарних» часток, показало втрату свого колишнього значення поняття «елементарність». Тому що всі ці частки не могли виконати функцію останніх «цеглинок» в світовому будинку. Знаходячись в такому становищі, елементарні частинки намагалися пояснити безліч і різноманітність, класифікувати з точки зору забезпечення розвитку, класифікувати з точки зору забезпечення розвитку досягнень наукового пізнання в цій області. Здійснення таких класифікацій пов'язано з описом властивостей і основних характеристик елементарних частинок.

В даний час визначено багатство властивостей відомих наук елементарних частинок. Причому у багатьох цих властивостей немає аналогів серед відомих властивостей макроскопічних об'єктів. [9]  Основні характеристики елементарних частинок, описаних абстрактним мовою математики, такі: маса, заряд, середній період існування, спін, ізотропні спін, одиночні, парність, лептіновий заряд, заряд Боріоні, взаємне вл