3. Вещество и энергия

Инертная масса (то есть, масса покоя,) является не чем иным, как скрытой энергией.

Альберт Эйнштейн

Научное познание истины о сути бытия является важнейшей задачей каждого человека, желающего приобрести подлинное счастье. Однако далеко не всем людям знакома научная терминология нашей эпохи. Поэтому ознакомим читателя с формулировкой некоторых основных терминов, принятых современной наукой.

Все окружающие нас вещи и предметы различаются множеством своих характеристик, таких как: размеры, длина, ширина, высота, объем, энергия, масса, масса покоя, вес и т. д.

Естественными науками понятие массы используется для оценки того количества физической реальности, которая содержится в том или ином объекте. Согласно теории относительности, с ростом скорости движения – масса тела увеличивается. Величина массы становится наименьшей тогда, когда тело находится в состоянии покоя. Такого рода минимальную массу тела принято называть массой покоя или инертной массой.

Вес – это сила, заставляющая тело падать на Землю (или на другую планету). Вес равен произведению массы покоя на ускорение свободного падения, которое различно на разных планетах. Например, ускорение свободно падающего тела на Земле равно 981 см/сек². Поэтому вес одного и того же физического тела на разных планетах будет различным, хотя его масса покоя остается неизменной во всех системах отсчета. Если вес выражается в кг, то масса должна быть выражена в кг×сек²/м. Однако для простоты рассуждения во многих случаях мы будем выражать в кг массу покоя, условно отождествляя ее тем самым с пропорциональным ей весом.

Весомой мы называем всякую категорию, у которой масса покоя не равна нулю. Весомое физическое тело не перестает быть весомым вообще от того, что ускорение его свободного падения в какой-то частной ситуации стало равно нулю. Если ускорение свободного падения где-то или когда-то становится равным нулю, то мы говорим, что весомое тело находится в состоянии невесомости. Поэтому невесомой мы называем только лишь такую категорию, у которой масса покоя равна нулю.

Всякий материал, обладающий весом и физическим объемом, мы называем веществом. Масса покоя есть величина, которая характеризует количество вещества, содержащегося в данном теле. Все окружающие нас тела, предметы и вещи построены из различных веществ. Например, письменный стол состоит из дерева с небольшим количеством металлических деталей. Окно состоит из стекла и пластмассовой рамы. Чай состоит из воды и сахара… Здесь древесина, стекло, пластмасса, вода, сахар и т. д. – имеют общее название: вещество.

Все предметы: молекулы, атомы, нуклоны и электроны обладают своими собственными размерами, весом и массой покоя и поэтому являются вещественными категориями.

Каждое вещество обязательно обладает весом, объемом, а также какими-то конкретными физическими и химическими свойствами, которые не изменяются от простого деления. Хотя всякая часть меньше целого, суммарный вес и суммарный объем всех частей всегда остаются равными соответственно весу и объему целого. Проще говоря, при простом делении вещество не перестает быть данным веществом.

Например, если мы распилим кусок дерева на несколько частей, то от этого древесина не перестанет быть древесиной, потому что она не изменит никаких своих физических и химических свойств. Если каждый полученный кусок дерева мы вновь распилим на несколько частей, то от этого древесина снова не перестанет быть древесиной. Однако, такого рода простые деления целого на части не могут продолжаться до фантастической бесконечности без изменения качества. Согласно диалектическому закону перехода количественных изменений в качественные изменения ([25], стр. 215-224), существует какое-то конкретное количество делений, при котором древесина перестает быть древесиной.

Другой пример: если мы разольем большой стакан воды по маленьким рюмкам, содержимое каждой рюмки разделим по каплям, а каждую каплю – на еще более мелкие капли, то от этого вода не перестанет быть водой. Однако такие простые деления воды на капли не могут продолжаться до фантастической бесконечности без изменения качества. Согласно диалектическому закону перехода количественных изменений в качественные изменения, существует какое-то конкретное количество делений, при котором вода перестает быть водой. Такую наимельчайшую частицу воды, которую невозможно разделить без того, чтобы вода перестала быть водой, мы называем молекулой воды. Если такую наимельчайшую частицу мы все же разделим на составные части, то вместо частицы воды образуются наимельчайшие частицы (молекулы) двух других веществ: водорода и кислорода, химические свойства которых существенно отличаются от химических свойств воды.

В приведенных выше примерах вещество не обладает каким-либо зарядом. Такие виды вещества, которые не обладают никаким зарядом, принято называть нейтральными. Наименьшую нейтральную частицу весомого и зримого вещества, при распаде которой вещество неизбежно изменяет свои химические и физические свойства, принято называть молекулой.

Атомы и молекулы электрически нейтральны. Однако в определенных условиях они могут быть разложены на положительно и отрицательно заряженные частицы – ионы. Ионами называются атомы или группы атомов, имеющие положительные или отрицательные заряды, обусловленные либо потерей ими части электронов, либо присоединением к ним лишних электронов. Любое твердое тело можно нагреть до такой степени, что оно превратится в жидкость. Любую жидкость можно нагреть до такой степени, что она превратится в газ.

Плазмой называется электропроводящий газ, нагретый до такой степени, что атомы расщепляются на положительно и отрицательно заряженные ионы. Наше Солнце и все светящиеся звезды состоят в основном из такой раскаленной водородно-гелиевой плазмы. Все то, что мы видим нынче на нашей Земле, когда-то тоже было плазмой. Но тогда возникает естественный вопрос: из чего состоит сама плазма? Точнее, из чего состоят протоны, нейтроны, электроны и все другие элементарные частицы? Об этом мы прговорим в следующей главе.

Объем и вес молекул настолько малы, что их невозможно увидеть простым (невооруженным) глазом. Молекула есть невидимая простым глазом частица зримого вещества. И если мы не можем увидеть молекулы нашими глазами, то это вовсе не означает, что их якобы нет. Молекулы существуют объективно и независимо от особенностей нашего зрения.

Молекулу нельзя разделить на составные части без изменения ее химических свойств. Но это вовсе не означает, что молекула якобы является неделимой частицей. «Большую» молекулу всегда можно расчленить на мелкие молекулы, а мелкие – на еще более мелкие молекулы и т. д. При таком делении молекул вещество не перестает быть веществом. Оно только лишь изменяет свои химические свойства, в результате чего одни виды веществ превращаются в другие.

Однако такого рода деления молекул на составные части не могут продолжаться до фантастической бесконечности без того, чтобы молекула перестала быть молекулой. Согласно диалектическому закону перехода количественных изменений в качественные изменения, существует конкретный предел, при котором молекула может раскалываться только лишь на свои весомые «строительные кирпичики», которые принято называть атомами.

Атом – это составная часть молекулы, которая представляет собой своеобразную микроскопическую модель колоссальной Солнечной системы (радиус атома в 10²³ раз меньше, чем радиус Солнечной системы). Если Солнечная система состоит из горячего центрального Солнца и движущихся вокруг него по орбите холодных планет, то миниатюрный атом состоит из центрального положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него по орбите отрицательно заряженных электронов. Алгебраическая сумма всех электрических зарядов атома всегда равна нулю, так что атом в целом является электрически нейтральной весомой частицей. Размеры атома порядка 10^-8 см, а размеры ядра 10^-12–10^-13 см.

Со структурой различных атомов можно ознакомиться в периодической системе элементов Д.И.Менделеева [21], где порядковый номер элемента Z определяет заряд ядра и одновременно число электронов в атоме. Самое простое строение имеет атом водорода Н. Его порядковый номер Ζ = 1. Это значит, что он состоит из одного протона, вокруг которого на расстоянии 5,29×10^-9 см от центра вращается единственный электрон. Наиболее простым и легким после водорода является атом гелия, ядро которого состоит из двух протонов и двух нейтронов. Вокруг ядра вращаются два электрона на одной и той же орбите.

Атомный вес углерода С равен 12, а его порядковый номер Z=6. Это значит, что ядро атома углерода состоит из 6 протонов и из (12 – 6) = 6 нейтронов. Вокруг центра ядра вращаются также 6 электронов (на первой орбите – 2, на второй орбите – 4). Атомный вес кислорода равен 16, а его порядковый номер Z = 8. Это значит, что ядро атома кислорода состоит из 8 протонов и из (16 – 8) = 8 нейтронов. Вокруг центра ядра вращаются также 8 электронов (на первой орбите – 2, на второй орбите – 6). Атом железа состоит из 26 электронов, 26 протонов и 30 нейтронов. Атом золота состоит из 79 электронов, 79 протонов и 118 нейтронов и т. д. ([23], стр.34).

Если молекулы невидимы простым глазом, то их мельчайшие частички, т. е. атомы, невидимы и подавно. Если для сравнения мы возьмем в руки металлический шарик диаметром в 1 мм, то диаметр атома окажется в сто миллионов раз меньше него, а радиус ядра атома в 10 000 раз меньше, чем радиус самого атома. Примерно во столько же раз радиус Солнца меньше, чем радиус Солнечной системы. Такое подобие свидетельствует о том, что колоссальная Солнечная система и миниатюрный атом, невидимый простым глазом, являются различными фрагментами одного и того же творческого проекта или различными продуктами творческой деятельности одного и того же интеллектуального Творца.

Молекула состоит из некоторого множества одинаковых или различных атомов. Например, молекула водорода состоит из двух атомов водорода, молекула воды – из двух атомов водорода и одного атома кислорода. «Молекулы наиболее сложных веществ – высших белков и нуклеиновых кислот – построены из такого количества атомов, которое измеряется сотнями тысяч. При этом атомы могут соединяться друг с другом не только в различных соотношениях, но и различным образом. Поэтому, при сравнительно небольшом количестве химических элементов число различных веществ очень велико».