Поле и вещество - два вида материи

Объектами изучения физической науки являются материя, ее свойства и структурные формы, из которых складывается окружающий нас мир. Согласно представлениям современной физики существует два вида материи: вещество и поле. Вещество - вид материи, состоящей из фундаментальных частиц, обладающих массой. Мельчайшая частица вещества, обладающая всеми его свойствами, – молекула – состоит из атомов. Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. А из чего состоят атомы? Всякий атом состоит из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов (рис. 21.1).

Размер электрона до

Рис. 21.1

В свою очередь, ядра состоят из протонов и нейтронов.

Можно задать следующий вопрос. А из чего состоят протоны и нейтроны? Ответ известен - из кварков. А электрон? Современные средства изучения структуры частиц не позволяют ответить на этот вопрос.

Поле как физическая реальность (т. е. вид материи) было впервые введено М. Фарадеем. Он предположил, что взаимодействие между физическими телами осуществляется через особый вид материи, который получил название поля.

Всякое физическое поле обеспечивает определенный вид взаимодействия между частицами вещества. В природе обнаружено четыре основных вида взаимодействия: электромагнитное, гравитационное, сильное и слабое.

Электромагнитное взаимодействие наблюдается между заряженными частицами. При этом возможно притяжение и отталкивание.

Гравитационное взаимодействие, основным проявлением которого является закон всемирного тяготения, выражается в притяжении тел.

Сильное взаимодействие - это взаимодействие между адронами. Радиус его действия порядка м, т. е. порядка размеров ядра атома.

Наконец, последнее взаимодействие - это слабое взаимодействие, посредством которого реагирует с веществом такая неуловимая частица, как нейтрино. В полете сквозь космическое пространство, столкнувшись с Землей, она прошивает ее насквозь. Примером процесса, в котором проявляется слабое взаимодействие, является бета-распад нейтрона.

Все поля имеют массу, равную нулю. Особенностью поля является проницаемость для других полей и вещества. Поле подчиняется принципу суперпозиции. Поля одного и того же вида при наложении могут усиливать или ослаблять друг друга, что невозможно для вещества.

Классические частицы (материальные точки) и непрерывные физические поля - вот те элементы, из которых составлялась физическая картина мира в классической теории. Однако такая двойственная картина строения материи оказалась недолговечной: вещество и поле объединяются в единое понятие квантового поля. Всякая частица теперь - это квант поля, особое состояние поля. В квантовой теории поля нет принципиального различия между вакуумом и частицей, различие между ними - это различие между двумя состояниями одной и той же физической реальности. Квантовая теория поля наглядно показывает, почему невозможно пространство без материи: "пустота" – это всего лишь особое состояние материи, а пространство - это форма существования материи.

Таким образом, деление материи на поле и вещество как на два вида материи является условным и оправдано в рамках классической физики.