Внутренние и внешние взаимодействия (связь и столкновение)
По нашей классификации внутренние и внешние противоречия являются простыми и в чистом, неопосредованном виде действуют лишь в неорганической природе. Их физико-химическими аналогами или эффектами являются внутренние и внешние взаимодействия.
Рассмотрим подробнее эти взаимодействия. На следующей странице приводится таблица, иллюстрирующая различие между ними. Из таблицы видно, что различие между внутренними и внешними взаимодействиями являются достаточно определенным. Оно состоит в следующем.ТАБЛИЦА, ИЛЛЮСТРИРУЮЩАЯ РАЗЛИЧИЕ ВНУТРЕННИХ И ВНЕШНИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ
прнмеры внутреннего взанмо- __________ действня___________ | примеры внешнего взанмо- ___________ действня____________ |
связи внутри твердого тела | столкновение бильярдных шаров, выветривание горных пород_______ |
связи внутри кристалла | взаимодействие кристалла со средой, в результате которого он растет или разрушается____________________ |
связи внутри молекул, атомов | столкновение молекул, в результате которого происходит броуновское движение, тепловые процессы, диффузия газов__________________ |
химическая связь | химические реакции, (разрушающие или образующие химическую связь)_ |
внутриядерная связь | ядерные реакции распада или синтеза___________________________ |
связи внутри стабильной элементарной частицы | столкновение элементарных частиц, в результате которого рожда - ется или аннигилирует пара частица-античастица____________________ |
испускание н поглощение квантов без воздействия извне (виртуальный обмен частицами внутри атома, ядра, нуклона) | испускание нлн поглощение квантов в результате внешнего воздействия (столкновения частиц) |
Внутреннее взаимодействие осуществляется внутри целостного образования (почему оно и называется внутренним); оно направлено на сохранение этого образования; стороны внутреннего взаимодействия находятся в отношении взаимозависимости и взаимообусловленности. Чем прочнее и целостнее данное материальное образование, тем в большей зависимости друг от друга находятся составляющие его части. Процессы, из которых складывается внутреннее взаимодействие, не нуждаются ни в каком внешнем источнике. Все изменения, которые имеют место во внутреннем взаимодействии, взаимно гасят, нейтрализуют друг друга и в целом объект, основывающийся на внутреннем взаимодействии, остается без изменения.
Для внешнего взаимодействия характерно другое. Его стороны относительно независимы друг от друга и встречаются слу-
481
чайным образом в форме столкновения. Внешнее взаимодействие направлено не на сохранение, а на изменение взаимодействующих объектов. Если внутреннее взаимодействие характеризует связь тел и частиц, их совместное, согласованное и потому упорядоченное движение (например, колебание атомных остовов в узлах кристаллической решетки твердого тела), то внешнее взаимодействие является источником хаотического, беспорядочного движения тел относительно друг друга (пример: броуновское движение молекул).
Внутреннее взаимодействие — это всегда какая-либо связь (в смысле связи частей целого).
Внешнее взаимодействие — это всегда какое-либо столкновение.
Примерно так же оценивает различие между внутренними и внешними взаимодействиями А.Ф. Перетурин. Это различие, пишет он, "имеет объективные основания. При внутренних взаимодействиях решающая роль принадлежит взаимопревращениям и внутренним связям, а при внешних взаимодействиях — относительной независимости элементов взаимодействия... При внутренних взаимодействиях ярко обнаруживается взаимное влияние причин друг на друга и следствий на свои причины. А при внешних взаимодействиях проявляется независимость причин друг от друга, а влияние следствий на свои причины незначительно"[466].
Такую же характеристику внутренних и внешних взаимодействий мы находим у М.Н. Грецкого (см. цитату из его статьи выше, на стр. 86-87).
Различие между внутренними и внешними взаимодействиями столь же абсолютно, сколь и относительно. К сожалению, некоторые наши философы распространили представление об относительности различия внутренних и внешних противоречий и на соотношение внутренних и внешних взаимодействий. "Деление взаимодействий на внутренние и внешние, — пишет один из них, — носит относительный характер. Внешние взаимодействия для одной системы являются внутренними для другой, если первая есть часть второй и наоборот"[467]. Получается знакомая картина: бесплодное различение "систем отсчета" вместо действительного исследования природы тех и других взаимодействий.
Релятивизация различия внутренних и внешних взаимодействий логически ведет к субъективизации этого различия. Взаимодействие считается внутренним или внешним в зависимости от того, в какой системе отсчета рассматривает его исследователь[468].
На самом деле различие между внутренними и внешними взаимодействиями объективно и не зависит от прихоти исследователя; внутреннее взаимодействие в любых отношениях является внутренним, а внешнее — внешним. Конкретный пример: между протоном и электроном могут быть два совершенно различных типа взаимодействия. В одном случае взаимодействие между протоном и электроном носит характер устойчивой связи между ними — это внутреннее взаимодействие; оно обеспечивает существование атома водорода, являющегося системой, объединяющей эти частицы. В другом случае взаимодействие между протоном и электроном носит характер столкновения, в результате которого изменяется состояние той и другой частицы (например, из свободных частиц они превращаются в связанные) — это внешнее взаимодействие. Считать одно и то же взаимодействие внутренним и внешним так же невозможно, как невозможно отождествить эти два типа взаимодействия.
На различие и даже противоположность внутренних и внешних взаимодействий указывает также то, что наряду с ними существуют промежуточные взаимодействия. Внутренние и внешние взаимодействия как крайние типы плавно переходят друг в друга, образуя промежуточные формы.
Примерами промежуточных взаимодействий являются взаимодействия, которые обусловливают метастабильные, квазиста- ционарные и возмущенные состояния микрофизических систем. Благодаря этим взаимодействиям существуют резонансные частицы, про которые сами физики говорят, что они носят промежуточный характер. Благодаря им происходит также самопроизвольный радиоактивный распад неустойчивых ядер атомов. О радиоактивном распаде часто говорят как о внутреннем, имманентно присущем неустойчивому ядру атома процессе. При этом имеют в виду пространственно внутреннее. Однако, не все пространственно внутреннее является внутренним по существу. Последнее — это то, что определяет целостность объекта, устойчивую связь частей целого. Радиоактивный распад — порождение промежуточного взаимодействия, соединяющего в ослабленном виде черты внутреннего и внешнего взаимодействия. Он, с одной стороны, внутренне присущ ядру атома и в какой-то мере упоря - дочен (осуществляется по экспоненциальному закону), а, с другой, присущ неустойчивому ядру и подвержен влиянию внешних условий[469].
Между внутренними и внешними взаимодействиями нет непроходимой грани также потому, что сами они в реальной ситуации не являются чисто внутренними или чисто внешними.
Внутреннее взаимодействие может вызывать эффекты, которые присущи внешнему взаимодействию. Приведем такой пример. Между Луной и 3емлей имеет место внутреннее взаимодействие, которое обусловливает их устойчивую связь друг с другом (между этими космическими телами действуют так называемые консервативные силы). Из наук о 3емле известно, однако, что лунное притяжение, которое является одной из сторон этого взаимодействия, оказывает деформирующее влияние на земную поверхность, вызывает лунные приливы и отливы и даже сдвиги земной коры. Эти явления имеют признаки внешнего взаимодействия, так как они, порождая трения на земной поверхности, разрушают ее отдельные элементы и тем самым изменяют первоначальный облик 3емли.
Также и внешнее взаимодействие может вызывать эффекты, имеющие характер внутреннего взаимодействия. Проиллюстрируем это на примере аннигиляции электрон-позитронной пары. Физиками установлено, что в процессе столкновения электрона и позитрона до того момента, когда эти частицы аннигилируют, они на очень короткое время образуют своеобразный электронный атом позитроний, т. е. между электроном и позитроном возникает кратковременная связь, имеющая признаки внутреннего взаимодействия.
Теперь о внутренних и внешних взаимодействиях как обратимых и необратимых процессах.
Идея деления всех физических процессов на обратимые и необратимые имеет свою историю. Ученые давно вынашивали ее. Макс Планк даже предсказывал ей большое будущее. Он писал:
"Образцами необратимых процессов являются, кроме трения, теплопроводность, диффузия, электропроводность, излучение света и тепла, распад атомов радиоактивных веществ и др. Примеры обратимых процессов представляют движения планет, свободное падение в безвоздушном пространстве, незатухающее движение маятника, распространение волн света и звука без поглощения и дифракции, незатухающие электрические колебания и др...
... в теоретической физике будущего первым и самым важным делением физических процессов будет деление их на обратимые и необратимые.
Действительно, все обратимые процессы... проявляют гораздо большее сходство друг с другом, чем с каким-нибудь необратимым процессом. Это видно уже из формального рассмотрения дифференциальных уравнений, которым подчиняются все эти процессы. В дифференциальных уравнениях обратимых процессов дифференциал времени входит только в четной степени, соответственно тому обстоятельству, что знак времени может быть обращен. Это относится в одинаковой мере к колебаниям маятника, электрическим колебаниям, акустическим и оптическим волнам, к движениям материальных тел и электронов, если только совершенно нет затухания. Сюда же относятся также рассматриваемые в термодинамике бесконечно-медленные процессы. Последние представляют собой только ряд состояний равновесия, в котором время не играет никакой роли или, как можно выразиться, входит в нулевой, т. е. тоже четной, степени...
Приведенные соображения окажутся, надеюсь, достаточными для того, чтобы выяснить, что противоречие между обратимыми и необратимыми процессами оказывается гораздо более глубоким, чем между механическими и электрическими процессами, и что такое различие может быть принято с большим правом, чем всякое другое, за основу подразделения всех физических явлений, а в физическом мировоззрении будущего должно сыграть самую важную роль"1(везде курсив мой — Л.Б.).
Обратимые и необратимые процессы, о которых пишут и говорят физики, суть не что иное как научно-физическая модель внутренних и внешних взаимодействий. Эта модель приблизительная и тем не менее она дает определенные ориентиры в познании внутренних и внешних взаимодействий.
Итак, рассмотрим, почему процессы, происходящие во внутренних взаимодействиях, носят обратимый характер.
Выше мы говорили, что внутренние взаимодействия обусловливают устойчивую связь элементов системы. Отсутствие в системе внешних взаимодействий, т. е. столкновений элементов, является залогом ее стабильности, неизменности, целостности. Сама по себе устойчивая физическая система измениться не может, а тем более разрушиться. Это запрещает закон сохранения энергии. Если она изменяется, то это значит, что она подвергается воздействиям извне (в пространственном отношении они могут идти изнутри, от изменяющихся элементов системы. Ведь всякая система ограничена не только извне, но и изнутри. В пространственном отношении она может подвергаться воздействиям как на внешней своей границе, так и на внутренней). Система, основанная на связях, сама по себе измениться не может.
Возникает вопрос, как примирить факт неизменности, устойчивости системы в целом с фактом тех изменений элементов, которые вызываются внутренними взаимодействиями. Ведь всякие взаимодействия, в том числе и внутренние, производят какие-то изменения. Возьмем любую систему и мы найдем в ней те или иные изменения, движения элементов:
в Солнечной системе планеты движутся вокруг Солнца и то удаляются от него, то приближаются к нему;
в кристаллах и молекулах атомы колеблются вокруг некото - рого положения равновесия, причем эти колебания не прекращаются даже при абсолютном нуле;
электроны движутся вокруг ядер в молекулах и кристаллах, выполняя при этом роль связующих, цементирующих частиц;
в атомах и ядрах атомов имеет место непрерывное излучение и поглощение виртуальных частиц — фотонов и пи-мезонов, - осуществляющих связь электронов с ядрами и нуклонов с нуклонами.
Факты устойчивости системы в целом и многочисленных движений внутри ее можно примирить лишь предположив, что каждому прямому изменению во внутреннем взаимодействии соответствует обратное изменение, которое как бы гасит, нейтрализует его и в целом система представляется как устойчивое, целостное образование. Это предположение подтверждается свидетельствами ученых-физиков и данными об орбитальных движениях в Солнечной системе, о колебаниях атомов и движении электронов в молекулах и кристаллах, об излучении и поглощении виртуальных частиц в атомах и ядрах.
Выше мы приводили свидетельства Макса Планка на этот счет. А вот что пишет Дж. Уитроу о принципе детального равновесия:
"Льюисом было показано, что теория равновесия вещества и излучений при постоянной температуре зависит от принципа, который впервые не в полном объеме использовался Больцманом, но который Льюис вывел как универсальный закон из своей идеи временной симметрии. Этот закон в настоящее время обычно известный как принцип детального равновесия утверждает, что каждый процесс превращения, происходящий в замкнутой системе при термоядерном равновесии, способен идти в противоположном направлении, и процессы в обоих направлениях происходят одинаково часто. Выигрыш в каком-либо процессе уравновешивается потерей в обратном процессе, так что любое самое детальное статистическое распределение процессов изменения, происходящих в равновесной системе при постоянной температуре, должно остаться таким же при изменении направления времени.
Следовательно, в любой равновесной системе время должно терять однонаправленный характер" .
Если говорить о данных, относящихся к взаимодействиям внутри устойчивых систем, то о них кратко можно сказать следующее. К настоящему времени установлено, что все физикохимические взаимодействия сводятся к четырем фундаментальным или элементарным взаимодействиям: сильному, электромагнитному, слабому и гравитационному. Эти взаимодействия осуществляются посредством переноса промежуточных (виртуальных) частиц. Во внутренних взаимодействиях, утверждают физики, имеет место непрерывный обмен виртуальными частицами, благодаря которому и существует устойчивая связь взаимодействующих частиц, тел.
Вот несколько цитат:
Нойс: "Основной постулат, введенный 26 лет назад Юкавой и заключающийся в том, что ядерные силы обусловлены обменом квантами конечной массы, к настоящему моменту подтвержден количественно"[470].
К. Форд: "Солнце "взаимодействует" с Землей, поскольку Земля притягивается Солнцем... согласно новой точке зрения, гравитоны постоянно испускаются и поглощаются как Солнцем, так и Землей. Испытываемая 3емлей "сила" есть не что иное, как суммарный эффект всех таких гравитационных взаимодействий" .
В.С. Барашенков: "... структура элементарной частицы обусловлена ее виртуальной диссоциацией"[471].
К.И. Щелкин: "Две частицы связываются с помощью третьей, которой они непрерывно обмениваются"[472].
А. Богуш и Л. Мороз: "весь материальный мир построен именно из фермионов (электронов, протонов, нейтронов), в то время как бозоны (фотоны, пи- и К-мезоны) играют роль связующих агентов, являются носителями взаимодействий между структурными элементами атомов и ядер. Мы уже знаем, что фотоны ответственны за электромагнитные силы, связывающие электроны с ядром, а мезоны являются носителями ядерных сил, скрепляющих протоны и нейтроны в ядре"[473].
В качестве примера внутреннего взаимодействия рассмотрим внутриядерное взаимодействие нуклонов. Носителями этого взаимодействия являются пи-мезоны. Непрерывно появляясь и исчезая, они переходят от одного нуклона к другому и обратно. ("Это непрекращающееся "жонглирование" пи-мезонами, — пишет К. Форд, — обеспечивает ядерные силы, скрепляющие воедино протоны и нейтроны"[474]). Получается, что на некоторое время один нуклон становится более легким, а другой, пока он не возвратит первому нуклону полученный им заимообразно пи- мезон более тяжелым, чем обыкновенный (невзаимодействующий) нуклон. Такое изменение массы нуклонов допускается соотношением неопределенностей (D р • D х > h или D Е • D t > h). В течение времени 4,7 10-24 сек. неопределенность в энергии нуклона равна собственной энергии пи-мезона, а неопределенность в массе нуклона — массе пи-мезона. За это время нуклон может отдать и получить обратно пи-мезон. При этом закон сохранения энергии не нарушается[475]. На обратимость процессов, происходящих во внутриатомных и химических связях, указывает уравнение Шредингера. В этом уравнении направление времени не выделено. "Появление уравнения Шредингера в 1926 году, — пишет Р. Фейнман, — явилось великим историческим моментом, отметившим рождение квантово-механического описания материи. Многие годы внутренняя атомная структура вещества была великой тайной. Никто не был в состоянии понять, что скрепляет вещество, отчего существует химическая связь, и, особенно, как атомам удается быть устойчивыми. Хотя Бор и смог дать описание внутреннего движения электрона в атоме водорода, которое, казалось бы, объяснило наблюдаемый спектр лучей, испускаемых этим атомом, но причина, отчего электроны движутся именно так, оставалась тайной. Шредингер, открыв истинные уравнения движения электронов в масштабах атома, снабдил нас теорией, которая позволила рассчитать атомные явления количественно, точно и подробно. В принципе его уравнение способно объяснить все атомные явления, кроме тех, которые связаны с магнетизмом и теорией относительности. Оно объясняет уровни энергии атома и все, что касается химической связи"[476].
Интересен такой факт. В отсутствие измерения, т. е. пока отсутствуют возмущения, связанные с измерением, обратимое уравнение Шредингера играет роль достоверного закона природы, в то время как в процессе измерения оно уже не применимо и его место занимают необратимые статистические механизмы[477] О чем это говорит? Это говорит о том, что обратимое уравнение Шредингера справедливо только для внутренних взаимодейст- вий, в отсутствие возмущающих внешних воздействий, а необратимые статистические механизмы характерны для внешних взаимодействий.
В наблюдениях и экспериментах, связанных с исследованием микрообъектов, нельзя непосредственно обнаружить обратимый процесс, поскольку он является замкнутым процессом (этакой вещью в себе), т. е. не выделяет энергии во вне. Обнаружить обратимый процесс можно только разомкнув его, т. е. частично или полностью разрушив, а это уже внешнее взаимодействие, необратимый процесс.
Обратимый, замкнутый процесс можно наблюдать лишь в том случае, если средства эмпирического наблюдения не оказывают существенного влияния на нормальный ход обратимого процесса, если они в энергетическом отношении неизмеримо слабее его. В качестве примера можно привести астрономические наблюдения орбитальных движений планет в Солнечной системе, которые осуществляются благодаря электромагнитным взаимодействиям. Последние не оказывают сколько-нибудь возмущающего влияния на гравитационное взаимодействие планет с Солнцем. Напротив, в квантовой механике и физике элементарных частиц наблюдения микропроцессов, осуществляемые с помощью электромагнитных волн различной длины и частоты, существенно влияют на них. Вследствие этого проблема взаимодействия прибора с микрообъектом занимает важное место в исследованиях физиков- элементарщиков.
Итак, прямые и обратные изменения во внутреннем взаимодействии в целом составляют обратимый процесс. Последний есть взаимопереход прямых и обратных изменений.
Как видим, это понятие обратимого процесса отличается от принятого в физике. Под обратимым процессом ученые обычно имеют в виду процесс, который можно обратить, т. е. обращение которого разрешено тем или иным физическим законом (например, обращение свободного падения тела на Землю разрешено законами механики; однако, с нашей точки зрения, свободное падение не является обратимым процессом). Реально обратимым является лишь такой процесс, который сам по себе обращается (подобно движению маятника вправо влево или движению планет вокруг Солнца). Именно таковы процессы, происходящие во внутренних взаимодействиях. Физическая абстракция обратимого процесса — лишь приближенная модель реального обратимого процесса.
Внутреннее взаимодействие — строго обратимый процесс. Это значит, что обратимость не является чем-то случайным, необязательным для него. Она характеризует самую суть внутреннего взаимодействия. Взаимодействие является внутренним лишь постольку, поскольку оно является обратимым, замкнутым в себе процессом.
И еще. Не следует отождествлять обратимость реального процесса с идеальной, абсолютной обратимостью теоретически мыслимого процесса. Идеально обратимый процесс есть процесс, совершенно изолированный от воздействия извне. Реальные обратимые процессы были бы таковыми, если бы в природе отсутствовали внешние взаимодействия. Но этого, как известно, не может быть.
Теперь о необратимых процессах, происходящих во внешних взаимодействиях. Выше мы уже коснулись этого вопроса в связи с проблемой возмущающих воздействий при измерении микрообъектов. Физиков не надо убеждать в том, что внешние взаимодействия, столкновения имеют характер необратимых процессов. Для них это неоспоримый факт. Достаточно красноречивым является такое утверждение Р. Фейнмана: "если вы подвергаете систему случайностям, происходящим в природе, столкновению молекул, например, то все происходит необратимым образом, только в одну сторону"[478].
Подробнее вопрос о необратимости внешних взаимодействий мы рассмотрим в следующем параграфе.
343.3.
Еще по теме Внутренние и внешние взаимодействия (связь и столкновение):
- Противоположность между внешним и внутренним миром и проблема их внутреннего единства
- Взаимодействие с органами внутренних дел
- Дополнительные характеристики внутренних и внешних противоречий
- 3.4.3. ПРОСТЫЕ (ВНУТРЕННИЕ И ВНЕШНИЕ) ПРОТИВОРЕЧИЯ
- Противоречия внешние и внутренние
- 3.4.3. Простые (внутренние и внешние) противоречия
- Статья 62. Взаимодействие судебных приставов-исполнителей с органами внутренних дел
- Внешняя и внутренняя жизнь
- Основные отличия внутреннего и внешнего PR
- Основные характеристики внутренних и внешних противоречий (взаимопереход и необратимый переход противоположностей)
- Статья 62. Взаимодействие судебных приставов-исполнителей с органами внутренних дел
- Понятие внешней и внутренней границы
- 3.1.4. Параметры внешней и внутренней границ телесности
- Внешняя и внутренняя политика.