<<
>>

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.

<< | >>
Источник: Балашов Л.Е.. НОВАЯ МЕТАФИЗИКА. (Категориальная картина мира или Основы категориальной логики). 2003

Еще по теме Внутренние и внешние взаимодействия (связь и столкновение):

  1. Противоположность между внешним и внутренним миром и проблема их внутреннего единства
  2. Взаимодействие с органами внутренних дел
  3. Дополнительные характеристики внутренних и внешних противоречий
  4. 3.4.3. ПРОСТЫЕ (ВНУТРЕННИЕ И ВНЕШНИЕ) ПРОТИВОРЕЧИЯ
  5. Противоречия внешние и внутренние
  6. 3.4.3. Простые (внутренние и внешние) противоречия
  7. Статья 62. Взаимодействие судебных приставов-исполнителей с органами внутренних дел
  8. Внешняя и внутренняя жизнь
  9. Основные отличия внутреннего и внешнего PR
  10. Основные характеристики внутренних и внешних противоречий (взаимопереход и необратимый переход противоположностей)
  11. Статья 62. Взаимодействие судебных приставов-исполнителей с органами внутренних дел
  12. Понятие внешней и внутренней границы
  13. 3.1.4. Параметры внешней и внутренней границ телесности
  14. Внешняя и внутренняя политика.