Корпускулярно-волновая концепция материи. Структурные уровни организации материи в рамках современной физики

Мы в изложении физических концепций познания мира будем опираться на объём знаний по физике, полученных Вами в среднем (полном) общем образовании, расширяя их концептуально в рамках релятивистской, квантово-полевой и современной физических исследовательских программ.

Квантово-полевая физическая исследовательская программа опирается на корпускулярно-волновой дуализм материи, выраженный в двойственной природе микрочастиц: корпускула-волна в формулах М. Планка и Луи де Бройля ( и , где – постоянная Планка; W – энергия микрочастицы; w - циклическая частота; – импульс микрочастицы; – волновой вектор, направленный вдоль направления скорости микрочастицы, λ – длина волны.) и обуславливающий двойственность существования материи в форме вещества и фундаментальных полей взаимодействия. В квантово-полевой физической исследовательской программе была установлена дискретность материи в рамках структурных уровней вещества и фундаментальных полей взаимодействия, что подчёркивает особую роль физической структурной организации материи (см. схему 20) в моделировании и познании Мира.

Схема 20. Физическая структурная организация материи.

МАТЕРИЯ
Вещество	Фундаментальные поля взаимодействия
Гипермир – гипотетическое представление о множественности мегамиров.	Экспериментально не доказано
Мегамир – мир мегаобъектов и мегасостояний больших космических масштабов и скоростей. Мегаобъекты и мегасистемы: метагалактики, галактики, звезды, планетные системы, планеты, спутники планет, астероиды, кометы, диффузная материя.	Доминирует гравитационное поле взаимодействия. Кванты поля – гравитоны плюс гравитино (?). Пространство измеряется в астрономических единицах, световых годах и парсеках; время – в миллионах и миллиардах лет.
Макромир – мир макрообъектов и макросостояний, размерность которых соотносима с масштабами жизни на Земле. Примеры макрообъектов и макросистем: геосферы, города, машины, приборы, физико-химические, геологические, биологические макросистемы.	Доминирует электромагнитное поле взаимодействия. Кванты поля – фотоны. Пространство измеряется в нм, мм, см, м и км; время в секундах (с), минутах (мин.), часах и годах.
Микромир – мир микрообъектов и микросостояний, мир предельно малых измеренных экспериментально масштабов. Пространственные характеристики исчисляются от 10-10 до 10-18 м, а время от бесконечности до 10-24 с. Микрообъекты и микросистемы : молекулы, атомы, ядра атомов, элементарные частицы, в том числе и кванты полей взаимодействия, «физический» вакуум.	Доминируют: слабое взаимодействия, ответственное за взаимодействие элементарных частиц при их взаимопревращениях. Ярко проявляются в b-- и b+- распадах; кванты поля: тяжелые промежуточные бозоны; сильное поле взаимодействия, ответственное за взаимодействие кварков и андронов, кванты поля: глюоны и p-мезоны; электромагнитное поле взаимодействия ответственное за существование атомов и молекул
Гипомир – гипотетический мир в микромире, идущий еще от Планка. Гипообъекты и гипосистемы: планкеон, «пузырьковая» сингулярность, «физический» вакуум.	Пространство и время дискретны: квантуются в рамках представления о модели планкеона: ℓпл.~10-35 м, tпл.~10-44 с, r пл.~1096 кг/м3, W пл.~ 1019 ГэВ.

Гипотетические модели гипермира и гипомира, предложенные К. Х. Рахматулиным, в определенной степени пересекаются, если в качестве основного фундаментального объекта Природы принять физический вакуум как совокупность фундаментальных полей взаимодействия в низшем энергетическом состоянии. Структура вакуума (модель А. Линде), в этих условиях задается размером, временем, плотностью и энергией Планкеона («пространственно-временная пена»). Квантовые флуктуации плотности и размеров приводят к тому, что расширяющие «пузыри» становятся неравноправными: в «кипящей» большой Вселенной появляется мини-Вселенная (а возможно и не одна – вставка наша), раздувающаяся с огромной скоростью. Это одна из естественнонаучных концепций происхождения Вселенной (см.: А.Д. Линде. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. – М.: Мир, 1990).

В модели гипомира в последнее время все чаще используют и теорию струн, которую один из ее разработчиков Д. Гросс считает единственной работоспособной теорией в масштабах шкалы Планка, в основе которой лежат фундаментальные размеры физических констант: скорости света м/с, кванта действия Дж×с и гравитационной постоянной Ньютона м³/кг×с², из которых и вытекают определения длины, энергии и времени планкеона в этих фундаментальных единицах. Теория струн представляет собой теорию нового типа, идея которой в том, что струна может принимать множество различных конфигураций и представляет собой значительно более усложненный объект, нежели частица-точка. Может статься, что все наблюдаемые нами частицы – суть просто различные гармоники, различные моды колебаний одной и той же струны. Именно такой подход постулируется теорией струн и считается, что теория струн обладает потенциальной возможностью стать объединяющей теорией всех взаимодействий и структурных уровней материи, то есть сможет объяснить ряд явлений в гипомире и микромире.

Применительно к макромиру и мегамиру подходы, основанные на теории струн, носят пока спекулятивный характер. Однако, по мнению американского физика, лауреата Нобелевской премии Д. Гросса, существенных успехов теория струн как в теоретических, так и в экспериментальных исследованиях природы мира достигнет уже в наступившем XXI-м веке.

Итак, современная физическая исследовательская программа – единая теория поля в поисках теорий Великого объединения всех фундаментальных взаимодействий все время развивается, хотя и встречает на своем пути становления и развития целый ряд сложностей и трудностей.

Так, например, главная проблема в теории струн – это проблема типологии пространства-времени, которая в теории струн может непрерывным образом изменяться. Многие теоретики струн внутренне согласны с Эдвардом Уитменом, сказавшим, что пространство – время обречено, т.е. на смену концепции пространственно-временных отношений должна появиться новая концепция, в которой пространство и время – не первичные, а скорее производные понятия. Главная тактика – надо понять, как зарождается, подобно пространству, время. Как отмечает Д. Гросс, мы не знаем как, и это, крупный камень преткновения на пути разгадки тайн теории струн. Свои тайны таят и другие теории Великого объединения взаимодействий. Вообще тайн природы Мира хватит на много поколений землян как в рамках физики, так и в других естественных наук.