ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕМЕНТАРНОСТЬ?
I. ПРОБЛЕМА ЭЛЕМЕНТАРНОСТИ В ИСТОРИИ ФИЛОСОФИИ И НАУКЕ.
Чтобы приступить к обсуждению проблемы, проясним вначале смысл термина «элементарный». Этот происходит от латинского слова «elementum – стихия, первоначальное вещество, составная часть сложного целого» [1]. Этот термин точнее всего переводится на русский язык словом «простой». Понятие «простой» противоположно понятию «сложный». «Сложный» - термин, который становится понятным, если увидеть, что он происходит от глагола «сложить». То есть «сложный» - это такой, который сам состоит из других частей, сложен из них, более простых по отношению к нему. Значит «абсолютно простой», элементарный – это такой, который ни из чего другого не состоит, и соответственно, ни на что другое не делится. Сравним с понятием «простое число» в математике: «натуральное число, большее единицы, не имеющее других делителей, кроме себя и единицы» [1]. То есть простое число не делится ни на какое другое число кроме себя и единицы.
Исторически люди стремились к отысканию таких основ своих знаний, которые были бы незыблемы, то есть были бы вечными и неизменными. В нашем изменчивом мире, где «всё течёт», где «в одну и ту же реку нельзя войти дважды», хотелось бы иметь нечто надёжное, которое пребывает таким, как оно сейчас – всегда. Всё остальное может меняться, деградировать или развиваться, однако эти основы должны «как египетские пирамиды» стоять всегда там же и оставаться такими же. Логично предположить (это вытекает из самого определения «элементарный»), что всё остальное состоит из различных комбинаций вечного и неизменного, а изменения этого остального – не элементарного – сводится к изменению комбинаций, «сцеплений» этих вечных и неизменных элементов. Так считал, например, древнегреческий философ Демокрит. Это он ввёл в философию и науку термин «атом», что переводится как «неделимый» [2].
Почему элементарное не может меняться или развиваться? Разберём этот вопрос чуть подробнее. Само понятие «развитие» не такое уж простое. Например, в энциклопедии оно определяется так: «необратимое, направленное закономерное изменение материи и сознания, их универсальное свойство; в результате развития возникает новое качественное состояние объекта, его состава и структуры. Выделяют прогрессивную, восходящую линию развития и регрессивную» [1]. Если остановиться на таком уровне определений, то будет непонятно, почему для элементарного, простого развитие невозможно. Ведь если материя состоит из элементов, а развитие - универсальное свойство материи, то развиваться должно ВСЁ! Иначе это свойство уже не универсальное. Получаем противоречие в логике построения системы понятий.
Выдающийся психолог Л.С. Выготский говорил, что для того, чтобы заметить противоречие в утверждении, нужно, чтобы оно было ВКЛЮЧЕНО В СИСТЕМУ ПОНЯТИЙ. [3]. Бессистемные утверждения, характерные для многих псевдонаучных систем познания, именно тем и плохи, что в них незаметно, как одни утверждения вступают в противоречия с другими.
Поэтому попробуем несколько иной подход к понятию «развитие». Само слово «развитие» (РАЗ – ВИТИЕ) означает разворачивание, обособление чего-то уже «свитого» внутри какой-либо системы. Например, в зерне уже заложены все видовые признаки колоса, они там «свиты». По мере развития растения, при благоприятных внешних условиях, все эти признаки постепенно разворачиваются, проявляются, становятся наблюдаемыми в развитых частях растения.
Другие примеры можно привести из физики. Например, так называемое регрессивное развитие – это развитие, которое происходит с потерей уровня сложности и неоднородности. Такому развитию подвержена любая система тел, если её замкнуть и предоставить самую себе. Согласно второму началу термодинамики такая система начнёт эволюционировать в сторону термодинамического равновесия.
То есть выравняются:
1)температура всех тел (исчезнет неоднородность температуры);
2)придут в равновесие все обменные процессы (например, в системе "жидкость и её
пары" такие процессы, как испарение и конденсация станут уравновешенными);
3)постепенно выравняется состав… и т.п.
Система, в конце концов, придёт к полному застою и отсутствию развития. Но всё это характерно для системы тел, то есть множества взаимодействующих между собой тел. Если тело элементарно и не может состоять ни из чего другого, более простого, то никакая эволюция для него становится невозможной. Развития нет, так как нет ничего «свитого» внутри, деградации нет, поскольку таковая возможна только для множества тел. Значит, РАЗВИТИЕ не есть универсальное свойство материи, оно характерно ЛИШЬ ДЛЯ СИСТЕМ, но не для самих «первокирпичиков» материи – истинно элементарных частиц, объектов, если таковые имеются.
II. ИЗ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ВЗГЛЯДОВ НА ЭЛЕМЕНТАРНОЕ.
Не зря слово "элементарный" происходит от латинского слова, означающего стихии. Многие древние философы полагали, что в основе всего в мире лежат несколько простых стихий (например, стихии: воздуха, воды, огня, земли). Даже слова «психрос» - влажный и «психея» - душа имеют близкое звучание, так как древние греки считали, что в основе души человека лежит стихия воды.
Доказательством этому они считали выделение слёз, когда душа скорбит или сильно радуется. Избыток души вытекал при этом, по их мнению, через глаза [4]. Китайские философы добавляли еще одну, пятую стихию – стихию «дерева». Всё это считалось неделимым на что-то ещё более простое.
Аристотель в своей «Физике» критиковал взгляды атомистов Анаксагора, Левкипа и Демокрита. Он справедливо указывал (и это хорошо подтверждено современной физикой), что их воззрения приводят к понятию «пустоты», которое логически противоречиво. После Аристотеля учение об атомах снова становится популярным у римлян. В частности, к нему примыкали такие древние мыслители, как Эпикур и Лукреций.
III. ПОНЯТИЕ ЭЛЕМЕНТАРНОСТИ КАК ЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА.
Рассмотрим некоторые логические аспекты понятия элементарности. Вернее всего сделать это с помощью понятий математики, ибо в ней лучше всего определён логический характер мышления. Начнём с геометрии, как с наиболее древней из математических наук. В современной геометрии элементарным считается такой объект как ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ТОЧКА.
Как возникает понятие «геометрической точки», в результате какого процесса абстрагирования? Иногда точку определяют просто как объект, не имеющий размеров. Но для абстракции нужен первичный образ. Если говорить о предмете без размеров, или исчезающе малых размеров, то и образ исчезает совсем. Мы же на чертежах ставим точку довольно существенным пятнышком, а если надо, то выделяем и пожирней. Бесконечно малый размер – это не есть главное логическое содержание понятия «точка». В математике известно, что НА ЛЮБОМ ОТРЕЗКЕ СУЩЕСТВУЕТ
БЕСКОНЕЧНОЕ МНОЖЕСТВО ТОЧЕК.
Главным логическим содержанием понятия «точка» является его бесструктурность, то есть по сути – элементарность. Точка не может содержать структурных, составляющих её элементов, отсюда с необходимостью вытекает отсутствие у неё размера. Ибо для определения размера нужно выделить края, и от края до края провести измерение (хотя бы и всего лишь мысленно), а края – это уже элементы структуры. Таким образом, в геометрии точка – это и есть элементарный объект, объект, в котором ничего нельзя выделить по его логическому определению. Она ни из чего более простого не состоит.
В алгебре простейшим объектом называют элемент, который обозначается как ЕДИНИЧНЫЙ (единица в множестве натуральных чисел, единичный вектор, единичная матрица). Единица по логике не должна быть разложима ни на что другое, более простое. Наличие дробей говорит только о логической рекурсии в область, где роль единицы принимают на себя более «мелкие» составляющие, а сама единица оказывается составной. Единица же по названию и, соответственно, по смыслу нечто ЕДИНОЕ, неразложимое ни на что более простое.
Появление дробей нужно только потому, что необходимо для логической «обработки» известных в любом исследовании процессов. Эти процессы заключаются в том, что исследователь должен так или иначе принять что-то за элемент, исходную точку, даже если у него есть подозрение, что этот «элемент» сам является составным, ибо если он сразу пойдёт по пути «раскалывания», анализа всё более глубокого, то он рискует ни на чём не остановиться, а попасть в плен дурной бесконечной дискурсии непрерывного разложения исходного материала исследования.
Тогда и его исследование рискует не начаться вовсе. Он должен сказать себе и другим: вот это мы примем в нашем исследовании за первоначало, за простое и неразложимое, проследим за его действием и комбинациями и т.п. На следующем этапе и это «неразложимое» может оказаться не простым, а сложным, структурным, но все выводы предыдущей теории этим не будут отменяться. Просто нужно будет сделать оговорку, что данная теория справедлива лишь в том приближении, в тех случаях, когда вот это-то можно считать простым и неразложимым,(это ведёт себя как простое и неразложимое). На следующем этапе и понадобятся дроби. А пока единица будет самым простым элементарным объектом логики и алгебры.
Эту ситуацию исторически можно проиллюстрировать на примере развития физики. Почему в механике проблема молекул и атомов не возникала так долго, от создания её Ньютоном в XVII веке, до конца XIX века? Потому что там простейшим объектом было физическое тело (ещё даже не материальная точка). Ведь что такое тело?
Этимологию слова «ТЕЛО» Павел Флоренский [5] возводит к слову «ЦЕЛО», «ЦЕЛОЕ». В славянских языках характерна игра глухих и звонких «т» и «ц». Что мы называем физическим телом? Обычно то, что движется как единое целое, что даже при существенных внешних воздействиях не теряет своей целостности, увеличивается или уменьшается как целое и т.п. То есть, по большому счёту, структура тела в этом случае - дело вторичное. То, что оно может состоять из частей, для него не является существенным, главным. На первый план выходит его БЕССТРУКТУРНОСТЬ, ЭЛЕМЕНТАРНОСТЬ.
ФИЗИЧЕСКОЕ ТЕЛО – главный объект механики именно в таком его бесструктурном, элементарном виде. Само механическое движение – самое простое их всех видов физических изменений – состоит именно в том, что тела перемещаются друг относительно друга, а их собственные изменения, перемена их состояний не имеет значения. Механика не рассматривает, меняется ли их температура, заряд, прочие характеристики по ходу механического взаимодействия и движения. Она от этих изменений отвлекается. Поэтому «физическое тело» есть элементарный объект механики. Тем более, если его размерами можно пренебречь. То есть главный объект механики – МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА.
НЬЮТОН создаёт основы своей механики в начале XVIII века, для чего был вынужден создать целый аппарат математических величин и операций: математический анализ. В это же время аналогичный аппарат, исходя из других потребностей, создаёт его гениальный современник ЛЕЙБНИЦ. Он тоже, являясь великим мыслителем, не обошёл проблему элементарности стороной. Им была создана так называемая «МОНАДОЛОГИЯ» - это наука о монадах, единых (слово «монада» от слова «моно» – «единый»). В ней были введены ЕДИНЫЕ и НЕДЕЛИМЫЕ ни на что более простое (т.е. не составные) ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ДУХОВНЫЕ СУЩНОСТИ, лежащие в основе всего, что мы наблюдаем, познаём, изучаем. Это учение долгое время не было востребовано, однако сейчас снова возникает интерес к этому философскому учению (см. «Роза Мира» Даниила Андреева [6]). Проблема элементарности по-прежнему актуальна в философии и религии.
IV. ПРОБЛЕМА АТОМОВ В ХИМИИ И ФИЗИКЕ.
В механике проблема элементарности надолго была снята. Однако она была актуальна в химии. Там при химических реакциях состояния и даже свойства тел резко менялись. Тела по ходу реакций растворялись, меняли цвет, плотность, переходили из твердого состояния в раствор или даже в газ (при горении), затем снова могли перейти из жидкого в твёрдое – выпасть в осадок и т.д. и т.п. Химики всё ещё в основном пользовались наследием алхимии и говорили о стихиях, их взаимодействии, превращениях одной в другую. Но древняя идея атомов уже витала в воздухе, и в начале XIX века француз Дальтон снова ввёл её в научный обиход [7]. Он предложил объяснение определённых пропорций вступления в реакции разных веществ отнести на счёт существования атомов, которые соединяются в определённые комбинации. Он даже подсчитал относительные массы некоторых элементов. Но он был хорошим теоретиком своего времени и не очень хорошим экспериментатором. Поэтому, только когда шведский учёный Аррениус перепроверил относительные массы атомов отдельных веществ, тогда и стало возможным говорить о плодотворности идеи атомов.
Но в физике идея атомов и молекул ещё почти до конца XIX века встречала твёрдую оппозицию, особенно в лице так называемых позитивистов. Когда Людвиг Больцман [8] разрабатывал теорию газов на основе молекулярного подхода, то позитивисты из Венского университета во главе с Махом жёстко критиковали его за «выдумки». Они говорили, что никто никогда не видел и не увидит молекулы, а потому говорить о них бессмысленно. Только теория броуновского движения, сформулированная Эйнштейном и опыты Перрена, её подтвердившие, дали учёным весомые аргументы в пользу существования молекул.
Кроме того, в 1897 году Дж. Томсоном был открыт в катодных лучах электрон. Были измерены относительная масса и заряд этой частицы. И Томсон стал искать «место» в природе для открытой им частицы. Он впервые предложил составную модель атома, то есть стал считать, что атом не является неделимым, как это следует из самого названия. Его модель атома включала некий положительный "флюид" - тонкую, очень неплотную заряженную положительным электрическим зарядом материю. Этот флюид имел форму шара, в который были вкраплены, как изюм в булочку, отдельные электроны. Поэтому его модель в шутку физики еще называли "булочка с изюмом".
Что объясняла эта модель? Она объясняла два известных свойства атома:
1)его электронейтральность (сумма зарядов "флюида" и электронов была равна нулю);
2)его устойчивость (при отклонении от положений равновесия внутри атома на электроны начинала действовать возвращающая сила, таким образом они снова возвращались на место, если действие извне было не слишком сильным). [7]
Эта модель просуществовала до 1911 года. На её основе датский физик Х. Лоренц создал первую теорию взаимодействия электромагнитных волн и полей с веществом. Этой теорией до сих пор пользуются в некоторых простых случаях, так как она правильно объясняет, например, зависимость коэффициента преломления света от частоты.
Итак, после открытий Томсона стало ясно, что на роль элементарных частиц ни молекулы, ни даже атомы не годятся. Стало ясно, что они являются составными системами. Теперь в моделях физиков появилась первая частица, претендующая на роль элементарной – электрон. Она оказалась заряженной. Эти факты были большими неожиданностями для физиков. Что такое загадочный положительный «флюид» - вообще было непонятно. Но открытия в области элементарных частиц только начинались.
В 1911 году английский учёный Э. Резерфорд провёл опыты по проверке правильности модели атома. Он облучал тонкую золотую фольгу вылетающими при радиоактивном распаде альфа–частицами. Они имеют довольно высокую кинетическую энергию и сравнительно неплохую проницаемость по отношению к веществу. Эти опыты показали, что представление о входящем в состав атома очень разрежённом и равномерно распределённом положительно заряженном флюиде, не состоятельны. Дело в том, что в опытах Резерфорда некоторые из альфа–частиц «отскакивали» от тонкой золотой фольги. Такое никогда не могло бы произойти, если бы атом был устроен так, как это представлялось в модели Томсона. Только наличие очень маленького по размерам (примерно в несколько десятков тысяч раз меньше размеров самого атома) ядра, в котором сосредоточена почти вся его масса и весь положительный заряд, могли правильно объяснить результаты опытов Резерфорда. То есть существование атомного ядра с необходимостью вытекало из опытов Резерфорда.
Что это за ядро, элементарно ли оно или нет? Эти вопросы были ещё не разрешены. Но в 1919 году Резерфордом же был открыт протон, найдено отношение его массы к заряду. До того в начале ХХ века (1906-1916г.) была обнаружена элементарность электрического заряда в опытах Иоффе и Милликена. Проблема элементарности, таким образом, расширилась.
ПОЧЕМУ СУЩЕСТВУЕТ ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ НЕДЕЛИМЫЙ ЗАРЯД, а все другие заряды
наблюдаемых в нашем мире частиц оказываются только КРАТНЫМИ ЕМУ?
Этот вопрос до сих пор не имеет однозначного разрешения в современной физике. То есть ни у одной из огромного числа открытых и наблюдаемых экспериментально частиц не оказалось заряда, дробного по отношению к элементарному. Почему заряд упорно не желает делиться на дробный по отношению к элементарному, хотя делятся многие его носители? Здесь заключена очень важная загадка природы, о которой ещё будет сказано ниже. [7]
На этом можно завершить предысторию развития проблемы элементарности в физике и философии. Отметим лишь некоторые результаты. До ХХ века проблема элементарности являлась в основном проблемой умозрительной. То есть можно было выдвигать различные гипотезы, предлагать различные схемы и концепции, но реальных способов проверки этих схем не существовало. Были только весьма косвенные данные, на которые можно было опереться для обоснования той или иной гипотезы, но и только! Наука, человеческие исследования глубин материи ещё не доходили в те времена до таких границ, в которых проблема элементарности вставала бы в «полный рост» и была бы во многих отношениях проверяема.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
1) Советский энциклопедический словарь. Изд-во «Советская энциклопедия» 1984 г.
2) Дорфман Я. Г. Всемирная история физики с древнейших времен до конца XVIII
века. М. 1974 г.
3) Л.С. Выготский «Мышление и язык» М., «Педагогика» 1984г.
4) Турсунов А. «Человек и мироздание» М. 1986 г.
5) П. Флоренский «Столп и утверждение истины». М. 1992 г.
6) Д. Андреев «Роза Мира» М. 1991 г.
7) П.С. Кудрявцев «Курс истории физики». М. 1982 г.