Корпускулярная и континуальная концепции описания природы

Как известно, первый период становления естествознания относится к VII — IV вв. до н. э., к греческой натурфилософии.

В течение этого периода вырабатываются общие точки зрения на окружающий мир, ставятся вопросы о природе материи и духа, о развитии материального мира и о законах этого развития, о природе пространства и времени, о природе движения, о природе света.

Возникают также такие натурфилософские концепции, как атомистика Левкиппа–Демокрита и натурфилософия Аристотеля.

Демокрит и Аристотель, по сути, обобщили античную натурфилософию и сформулировали две принципиально различные концепции взглядов на строение материи и развитие материального мира: так называемые корпускулярную (Демокрит) и континуальную (Аристотель) концепции описания природы.

По Демокриту, материя состоит из вещества; вещество состоит из атомов-корпускул и пустоты; атомы находятся в постоянном движении; атомы вечны, неизменны, неделимы и отличаются друг от друга лишь величиной и формой.

Демокрит считал, что движение присуще материи. Звук, теплота, свет — это субстанции, которые излучаются телами в виде частиц — корпускул.

По Аристотелю, мир материален, но объективно существуют конкретные вещи (предметы), а материя — некая субстанция, из которой при определенных условиях могут возникнуть те или иные предметы.

Реальные тела можно дробить непрерывно, до бесконечности. Синонимом непрерывности является слово “континуальность”. По Аристотелю, материя непрерывна (континуальна) и “природа не терпит пустоты”.

Следует также отметить, что он первым стал рассматривать механическое движение тел в пространстве и во времени, а свет, например, представлял как движение в виде волн через некую среду — эфир.

Выдвинутые две концепции природы материи, по существу, определили всю дальнейшую историю развития науки более чем на двухтысячелетний период, вплоть до ХХ в. нашего времени. Развивая свою концепцию, Аристотель конкретизировал механизм образования различных веществ. Он считал, что в основе материальных вещей лежит непрерывная первоматерия, ее количество в природе неизменно.

Первоматерии присущи четыре основных качества. Это тепло и холод, сухость и влажность. Разнообразие веществ зависит от сочетания этих качеств в различных пропорциях. Комбинируя качества попарно, Аристотель приходит к четырем элементам — земле, воде, огню и воздуху. Этот взгляд Аристотеля оказал большое влияние на развитие естествознания на более чем тысячелетний период, и в дальнейшем по-своему получил развитие в алхимии.

Напротив, учение Демокрита далеко опередило взгляды современников и вначале не получило понимания и только впоследствии, в результате развития научного естествознания, через много веков было признано.

К XVII в. стало очевидно, что главные цели алхимии — получение золота и “философского камня” — оказались недостижимыми. Становилось ясно, что существует некоторый предел возможных взаимопревращений веществ.

Постепенно наука освобождается от влияния учения Аристотеля, и начинает возрождаться античный атомизм Демокрита. Особенно важную роль здесь сыграли труды французского мыслителя П. Гассенди.

Однако потребовалось еще около 100 лет, чтобы ученые окончательно избавились от Аристотелева представления о строении вещества и вышли на путь атомистического понимания явлений природы.

Затем, на рубеже XVIII и XIX вв. был открыт целый ряд важнейших законов химии, которые полностью утвердили атомно-молекулярную концепцию строения вещества. Среди них закон постоянства состава (закон Пруста), закон кратных отношений (Дальтон), закон простых объемных отношений (Гей-Люссак) и закон Авогадро. Т

аким образом, к середине XIX в. атомно-молекулярный взгляд на природу материи получил полное признание. Этим подводился итог развитию представлений того времени о природе вещества.

По-иному шла история развития представлений о природе света и оптических явлениях. Напомним, что Аристотель считал, что свет представляет собой движение волн, распространяющихся в некоторой непрерывной среде — эфире.

Однако в дальнейшем И. Ньютон, бывший, как и большинство ученых того времени, сторонником атомно-корпускулярной концепции строения вещества, предположил, что свет представляет собой поток частиц-корпускул, движущихся прямолинейно. Такая точка зрения, в частности, хорошо объясняла законы геометрической оптики.

Однако при изучении других оптических явлений накапливались такие факты и явления, которые, напротив, легко было объяснить, если считать, что свет — это волновое движение через некоторое необычное вещество — эфир (интерференция, дифракция, поляризация, дисперсия света).

Во второй половине XIX в. точку в вопросе о природе света поставил Дж. Максвелл, который, создав теорию электромагнетизма, доказал, что свет представляет собой электромагнитное поле, распространяющееся в виде волн.

То есть была открыта новая материальная субстанция — поле, свойства и законы движения которой, согласно развитой Максвеллом электродинамике, соответствовали в большей мере континуальной, непрерывной концепции Аристотеля.

Таким образом, к концу XIX в. сложилась следующая ситуация в изучении природы материи. Материя предстала в виде двух форм — вещественной и полевой, с существенно разными свойствами, первая из которых находит объяснение в рамках корпускулярной концепции, а вторая — напротив, в рамках континуальной концепции.

А начало ХХ в. принесло столько неожиданностей в изучении вещества и полей, что полностью изменило представления о природе материи. Вначале это относилось к световым, электромагнитным явлениям: к излучению абсолютно черного тела и фотоэффекту.

Как известно, М. Планку для объяснения излучения абсолютно черного тела в 1900 г. и А. Эйнштейну для объяснения фотоэффекта в 1905 г. пришлось допустить, что свет в ряде случаев ведет себя как поток отдельных частиц — фотонов (корпускул), а не как волна.

Так возникло представление о корпускулярно-волновом дуализме при рассмотрении электромагнитного поля.

Причем при больших длинах волн электромагнитного излучения в большей мере проявляются непрерывные (континуальные) волновые свойства света, при малых длинах волн дискретные (корпускулярные), квантовые свойства. Так, физика начала ХХ в. открыла диалектическое единство двух классических противоположностей — частиц и волн.

После установления такого удивительного факта французский ученый Луи де Бройль, опираясь на законы симметрии в природе, в 1923 г. выдвинул совершенно радикальную идею — идею распространения принципа корпускулярно-волнового дуализма света также и на все вещественные частицы (имеющие массу покоя) микромира — электроны, протоны и т. д.

То есть де Бройль предположил, что любые частицы вещественной материи наряду с корпускулярными свойствами (масса, импульс, энергия) обладают также волновыми.

Вскоре гипотеза де Бройля нашла замечательное экспериментальное подтверждение. Клинтон Дэвиссон (1881–1958 гг.) и Лестер Джермер (1896–1971 гг.) открыли дифракцию электронов на кристаллах, т. е. доказали существование волновых свойств у частиц — электронов.

А в дальнейшем дифракционные (волновые) явления были обнаружены и при изучении других атомных частиц. Оказалось, что наличие волновых свойств микрочастиц-корпускул — это универсальное явление, общее свойство материи.

Заключая раздел, можно сказать, что обе сформулированные еще древними греками концепции взглядов на природу материи, несмотря на кажущиеся противоречия между ними, оказались справедливыми, но только отражающими две разные стороны единой материи.