Эфир как материальная среда электромагнитного поля
Ленин отмечал, что до революции в естествознании конца XIX и начала XX в. все исследования физических форм движения материи приводили естествоиспытателей к трем основным понятиям — «материя», «электричество», «эфир». Материя отождествлялась с веществом; эфир рассматривался как материальная среда электромагнитного поля.
К началу XX в. было отброшено представление об электромагнитном поле как состоянии эфира, и физика стала рассматривать электромагнитное поле как новый вид материи. С этого времени физические виды материи разделяются на вещество и поле.
Исторически сложившееся разделение неорганической природы на вещество и поле не случайно. Между этими двумя видами материи существует различие, грани. Сравним хотя бы^ в общих чертах вещество и электромагнитное поле. Прежде всего необходимо отметить, что все частицы вещества, и отличие, например, от фотона — частицы электромагнитного поля, обладают, кроме массы движения, массой покоя. Фотон не может находиться в покое. Частицы вещества могут иметь заряд или быть нейтральными. Фотон не обладает зарядом, хотя и является носителем электромагнитной энергии. Частицы вещества обладают конечным числом степеней свободы. Поле есть система с бесконечно большим числом степеней свободы. Можно было бы назвать и некоторые другие различия вещества и электромагнитного поля.
Общие свойства этих видов материи, как корпускулярные и волновые, масса и энергия, по-разному проявляются в частицах вещества и фотонах. Однако открытия физики в последние годы показали, с одной стороны, что качественное многообразие физических видов материи не сводится к двум: веществу и полю, а с другой,— что различие между этими видами материи относительно.
Единство всех физических видов материи и относительный характер граней, разделяющих их, проявляются в общности их важнейших свойств, таких, как масса, энергия, импульс, момент количества движения и др. Квантовая физика установила, что микрочастицы обладают одновременно корпускулярными и волновыми свойствами, способны превращаться друг в друга и подчиняются законам сохранения энергии, импульса, момента количества движения и др.
Специфические черты вещества и поля крайне относительны. Вещество объединяет целую группу качественно отличных друг от друга видов материи; к ним относятся «элементарные» частицы как входящие в атомную структуру, так и существующие вне атома. Например, электроны, протоны и нейтроны составляют структуру атома, но они же встречаются в природе и вне атома. В вещество входят и более сложные виды материи: химические атомы, молекулы, состоящие из атомов, кристаллы, живые клетки, организмы и т.д.
Открытия последних лет показали также, что в группе «вещество» грани относительны и условны. Новое здесь было внесено открытием античастиц.
Античастицы в обычном веществе не могут существовать длительное время. Позитроны, сталкиваясь с электронами, исчезают как частицы электронно-позитронного поля и превращаются в фотоны—частицы электромагнитного поля. Антипротоны, сталкиваясь с протонами, рождают несколько мезонов. Антинейтроны, встречаясь с обычными нейтронами, исчезают, породив другие микрочастицы. Если существуют антиатомы, то в той части Вселенной, которая нам известна; они недолговечны и, сталкиваясь с атомами обычного вещества, должны превращаться в фотоны или другие микрочастицы.
Физика последних лет установила новые виды полей. Кроме электромагнитного поля, известны электронно-позитронные, мезонные, нуклонные, гравитационные поля. Каждое из этих полей — неоднородная среда, представляющая качественное многообразие. Так, электромагнитное поле состоит из огромного количества квантов (фотонов). Фотоны различаются длиной волн, частотой колебаний: фотоны радиоволн, видимого света, рентгеновских лучей, гамма-лучей. Фотоны обладают различными свойствами в зависимости от массы и энергии. Например, фотоны большой энергии могут породить при столкновении с ядром или другой системой электрон и позитрон и даже протон и антипротон.
Но еще большее различие существует между разными видами полей. Частицы электронно-позитронного поля — электроны и позитроны, а также и мю-мезоны, в отличие от фотона, имеют массу покоя, электрический заряд, их спин равен; они подчиняются правилу, согласно которому в каждом квантовом состоянии может находиться только одна частица данного вида, т.е. статистике Ферми— Дирака. Электроны и позитроны ближе
к веществу, чем к полю.
Частицы мезонных полей (кроме мю-мезонов), так же как и частицы электронно-позитронного поля, имеют общие свойства с частицами вещества: массу покоя, скорость распространения, меньшую скорости света, и др. Они отличаются от электрона и позитрона тем, что могут иметь электрический заряд, а также быть нейтральными и подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна. Все поля могут существовать и в так называемом «нулевом» состоянии, при отсутствии квантов. Их называют тогда вакуумом электромагнитного, электропозитронного поля и т.д. Открытие новых элементарных частиц вещества и физических полей и их взаимопревращаемости доказывает материальность мира и его единство.
