Demokritose õpetused. Mõisted "aatom" ja "tühjus"

Abdera filosoof Demokritos lepitas eleani ja herakleitese seisukohad. Ta tegi nendest kahest vaatest sünteesi. Nii nagu Herakleitos, uskus ta, et kõik maailmas on liikumises, muutumises ja osadeks jagatud, kuid järgides eleaatikat, uskus ta ka, et olemine saab olla ainult jagamatu ja muutumatu. Olemine on ju igavene, mis tuleneb sellest mõistest endast ja igavene ei saa olla jagatav, kuna seda, mis koosneb osadest, ei eksisteeri alati (kui osad on koos, on see olemas, kui nad on eraldatud, siis ei ole olemas). Iga asi koosneb osadest, uskus Demokritos, aga iga selle osa omakorda koosneb ka osadest ja nii jaguneb kõik meelevaldselt pikaks ajaks. Aga kui jagunemine on võimalik lõpmatuseni, kui üldiselt koosneb kõik osadest ja kõik on jagatav, siis mida saab nimetada olemiseks? Jagatav ei ole igavene, vaid kõik on jagatav, mis tähendab, et kõik ei ole igavene, kuid Olemine saab olla ainult igavene, järelikult pole seda üldse olemas. Kuid olemist ei saa eksisteerida, mis tuleneb mõistest endast. Seetõttu tuleb eeldada, et kõik on jagatud mitte lõpmatuseni, vaid teatud kindla piirini, millest edasi on jagamine võimatu. See tähendab, et on olemas teatud osake, kuigi väga väike, kuid jagamatu. Olles jagamatu, ei saa seda hävitada, sest see ei koosne osadest, milleks see võib laguneda. See eksisteerib igavesti, mis tähendab, et see on Olemise tegelik alus, selle kandja, see on Olemine ise. Kreeka keeles jagatav kõlab nagu "tomos". Kreeka keeles on negatiivne osake "a". Seetõttu on jagamatu "aatomid" või "aatom". Seda sõna, nagu näeme, kasutas esmakordselt Demokritos ja kaks tuhat aastat on see eksisteerinud kõigis lääne keeltes. On selge, et aatom tänapäeva mõistes ei ole sugugi sama, mis Demokritose oma. Tänapäeval tähistab see termin mateeria väga väikest elementi, kuid mitte mingil juhul jagamatut: me teame, et aatom koosneb elementaarosakestest ja sellel on keeruline struktuur. Demokritose jaoks on aatom paratamatult jagamatu ja seetõttu igavene, miski, mida võib pidada tõeliseks olendiks. Lõppude lõpuks on aatomi ainus omadus alati olla. Isegi kui ta ei tahtnud olla, ei saanud ta seda teha. Aatom (jagamatu) on määratud muutumatule olemasolule, olemisele. Demokritos jagab oma doktriinis kõige olemasoleva püsivast alusest – aatomist – universumi igavesest, jagamatust ja muutumatust osakesest – eleatide filosoofide seisukohta.

Kuid Herakleitust järgides uskus ta, et maailm muutub pidevalt. Fakt on see, et Demokritose sõnul on aatomeid lõpmatu arv, nad liiguvad tühjuses ja põrkudes ühinevad, eksisteerivad mõnda aega koos, seejärel eralduvad nad uute kokkupõrgete mõjul ja liiguvad uuesti, suheldes. üksteisega. Aatomite ühendamine viib asjade sünnini, eraldumine - nende surmani. Kõik objektid tekivad ja hävivad ning maailm on pidev liikumine ja muutumine. Kõik asjad on täiesti erinevad, kuid samas on nad laias laastus üks ja sama, sest koosnevad samadest aatomitest. Maailma mitmekesisus on taandatud ühele alusele – tühjuses liikuvad aatomid. Kuna universumi mitmekesisuse taga on Thalesel üks algus – vesi, Anaximenesel õhk, Pythagorasel arv, nii et Demokritosel on aatomid. Miks asjad erinevad üksteisest, kui need on valmistatud samast materjalist? Sest aatomid, millest need moodustuvad, on igas asjas erineval viisil ja proportsioonides kombineeritud.

Iga objekt on vaid ajutine jagamatute osakeste kombinatsioon ja eksisteerib ainult seni, kuni nad on koos. Asju, mis on, mis ei ole, ja seega ei ole tegelik olemine, teisisõnu, neid üldiselt üldiselt ei eksisteeri, vaid on ainult see, millest nad koosnevad – muutumatute aatomite kogum. Samamoodi eksisteerivad asjade omadused ajutiselt: asja ei ole ja selle omadusi pole. Seetõttu pole neid ka üldiselt olemas, kuna need on ainult aatomikombinatsioonide produktid. Demokritos ütleb, et kõik, mida me enda ümber näeme, ei ole tegelikult tõeline reaalsus. Selle ebaautentse maailma taga, mis meid ümbritseb, seisab tõeline, kuid nähtamatu aatomite ja tühjuse maailm. Ta on tõeliselt olemasolev ja kõik, mida me sensuaalselt tajume, on vaid selle produkt ja seetõttu efemeerne, fantoom, miraaž, illusioon. Abdera mõtleja ütleb, et pole mägesid, taevakehi, vett, maad, õhku, taimi ega loomi, pole külma, sooja, magusat, soolast, valget ega rohelist, pole midagi. kõik, aga me lihtsalt arvame, et see on olemas. Kuid tegelikult eksisteerivad ainult aatomid ja tühjus.

Toome analoogia Demokritose maailma atomistliku pildi illustreerimiseks. Kõik teavad hästi sellist kujutavat kunsti liiki nagu mosaiik: on olemas värvilise klaasi või laastude komplekt, millest saab teha ühe või teise mustri või ornamenti, ühe või teise kombinatsiooni. Teeme neist mingi pildi, siis lammutame selle maha ja ehitame teise jne. Kas kõik need joonised on tõesti olemas? Ei, neid pole olemas, need on vaid võimalus. Aga mis tegelikult olemas on? Ainult see mosaiikklaasi komplekt ja ei midagi muud! Nii et universum ei ole Demokritose järgi asjad ja nende omadused, vaid ainult aatomite summa, mis on ainus reaalsus.

Abdera filosoof Demokritos lepitas eleani ja herakleitese seisukohad. Ta tegi sünteesi kahest vaatest. Sarnaselt Herakleitosega uskus ta, et kõik maailmas liigub, muutub ja jaguneb osadeks, kuid eleaatikat järgides uskus ta, et olemise kaudu saab eksisteerida ainult jagamatu ja muutumatu. Olemine on ju igavene, mis tuleneb mõistest endast ja igavene ei saa olla jagatav, kuna osadest koosnevat ei ole alati olemas (kui osad on koos, on see olemas, kui nad on lahus, siis seda ei eksisteeri) . Iga asi koosneb osadest, uskus Demokritos, aga iga selle osa omakorda koosneb ka osadest ja nii jaguneb kõik meelevaldselt pikaks ajaks.

Aga kui jagunemine on võimalik lõpmatuseni, kui kõik koosneb osadest ja on jagatav, siis mida saab nimetada olemiseks? Jagatav ei ole igavene, vaid kõik on jagatav, mis tähendab, et kõik pole igavene, kuid Olemine saab olla ainult igavene, järelikult pole seda üldse olemas. Kuid olemist ei saa eksisteerida, mis tuleneb mõistest endast. Seetõttu tuleb eeldada, et kõik on jagatud mitte lõpmatuseni, vaid teatud kindla piirini, millest edasi on jagamine võimatu. Teisisõnu on olemas teatud osake, kuigi väga väike, kuid jagamatu. Olles jagamatu, ei saa seda hävitada, sest see ei koosne osadest, milleks see võib laguneda. See eksisteerib igavesti, seetõttu on see Olemise tegelik alus, selle kandja, esindab Olemist ennast. Kreeka keeles jagatav kõlab nagu "tomos". Kreeka keeles on negatiivne osake "a". Seetõttu on jagamatu "aatomid" või "aatom". Seda sõna, nagu näeme, kasutas esmakordselt Demokritos ja kaks tuhat aastat on see eksisteerinud kõigis lääne keeltes.

Muidugi ei ole aatom tänapäeva mõistes sugugi Demokritose aatom. Tänapäeval tähistab see termin aine liiga väikest elementi, kuid mitte mingil juhul jagamatut: me teame, et aatom koosneb elementaarosakestest ja sellel on keeruline struktuur. Demokritose jaoks on aatom paratamatult jagamatu ja seetõttu igavene, miski, mida võib pidada tõeliseks olendiks. Lõppude lõpuks on aatomi ainus omadus alati olla. Isegi kui ta ei tahtnud olla, ei saanud ta seda teha. Aatom (jagamatu) on määratud muutumatule olemasolule, olemisele. Demokritos jagab oma doktriinis kõigi asjade püsivast alusest – aatomist (universumi osake, mis on igavene, jagamatu ja muutumatu) – jagab Eleatic filosoofide seisukohta.

Kuid Herakleitose järel uskus ta, et maailm muutub pidevalt. Kuna, nagu Demokritos väitis, on aatomeid lõpmatu arv, nad liiguvad tühjuses ja põrkuvad ühinevad, eksisteerivad mõnda aega koos, siis uute kokkupõrgete mõjul eralduvad ja liiguvad uuesti, suheldes üksteisega. Aatomite ühendamine viib asjade sünnini, eraldumine - nende surmani. Kõik objektid tekivad ja hävivad ning maailm esindab pidevat liikumist ja muutumist. Kõik asjad on täiesti erinevad, kuid samas on nad laias laastus üks ja sama, sest koosnevad samadest aatomitest. Maailma mitmekesisus on taandatud ühele alusele – tühjuses liikuvad aatomid. Kuna universumi mitmekesisuse taga on Thalesel üks algus – vesi, Anaximenesel õhk, Pythagorasel arv, nii et Demokritosel on aatomid. Miks asjad erinevad üksteisest, kui need on valmistatud samast materjalist? Sest aatomid, millest need moodustuvad, on igas asjas erineval viisil ja proportsioonides kombineeritud.

Iga objekt on ainult ajutine jagamatute osakeste kombinatsioon ja eksisteerib ainult seni, kuni nad on koos. Asjad kas eksisteerivad või ei ole ja seetõttu ei ole nad tõelised olendid, teisisõnu, neid üldiselt ei eksisteeri, vaid on olemas ainult see, millest nad koosnevad – muutumatute aatomite kogum. Samamoodi eksisteerivad asjade omadused ajutiselt: asja ei ole ja selle omadusi pole. Seega pole neid ka üldiselt olemas, kuna need on ainult aatomikombinatsioonide produktid. Demokritos ütleb, et kõik, mida me enda ümber näeme, ei ole tegelikult tõeline reaalsus. Meid ümbritseva valemaailma taga on tõeline, kuid nähtamatu aatomite ja tühjuse maailm. Ta on tõeliselt olemasolev ja kõik, mida me sensuaalselt tajume, on vaid selle produkt ja seetõttu efemeerne, fantoom, miraaž, illusioon. Siin pole mägesid, taevakehi, vett, maad, õhku, taimi ja loomi, ütleb Abdera mõtleja, pole külma, pole sooja, pole magusat, pole soolast, pole valget ega rohelist, pole midagi. kõik, aga me lihtsalt arvame, et see on olemas. Ainult aatomid ja tühjus eksisteerivad tegelikult.

Toome analoogia Demokritose maailma atomistliku pildi illustreerimiseks. Kõik on hästi teadlikud ühest kujutava kunsti liigist - mosaiigist: värvilisest klaasist või laastudest saate teha ühe või teise mustri või ornamenti, erinevaid kombinatsioone. Teeme neist mingi pildi, siis lõhume selle, ehitame teise jne. Kas kõik need joonised on tõesti olemas? Ei, neid pole olemas, need on vaid võimalus. Aga mis tegelikult olemas on? Ainult see mosaiikklaasi komplekt ja ei midagi muud! Nii et universum ei ole Demokritose järgi asjad ja nende omadused, vaid ainult aatomite summa, mis on ainus reaalsus.

Kaasaegne teadus võinuks ilmuda paar tuhat aastat tagasi, kui Demokritose ideed oleksid siis arenenud. Tema hämmastavaim arusaam oli aatomite õpetus – väikseimad jagamatud osakesed, mis tühjuses vabalt liiguvad ja millest kõik olemasolev koosneb. "Pole midagi peale aatomite ja tühjuse," ütles suur kreeklane. Kõik muu – alates aistingutest nagu maitse ja värvus kuni immateriaalsete üksusteni nagu hing ja jumalad – kuulutas ta vaid välimust. Need ideed erinesid suuresti üldtunnustatud ideedest, nii et antiikfüüsika krooniks sai Aristotelese välja töötatud õpetus neljast elemendist - maa, vesi, õhk ja tuli, mille segunemine annab kõik ained. Sellise protsessi mehaanika polnud selgem kui Demokritose aatomite konjunktsioon, kuid sel juhul tegelesid inimesed vähemalt elementidega, olgu need nähtavad või käegakatsutavad.

Neli jõudu

Aristotelese elemendid vastavad umbkaudu aine tahkele, vedelale ja gaasilisele olekule, aga ka plasmale, mida mõisteti alles 20. sajandil. Ja ometi oli see teooria teaduslikult steriilne – sellest ei vohanud kontrollitavaid hüpoteese enne, kui selle alusel tuvastati aatomeid.

"Õhk" (gaas). Luuletuses "Asjade olemusest" näitas Vana-Rooma Demokritose järgija Lucretius Carus veenvalt, et õhk peaks koosnema pisikestest nähtamatutest osakestest. Kuid nähtamatus ei lähe hästi terve mõistus. Ja alles 19. sajandil lisas inglane John Dalton uusi argumente aatomite olemasolu kasuks.

Aastal 1801 avastas ta, et gaaside segu anumas tekitab rõhu, mis on võrdne iga gaasi rõhkude summaga, mis on võetud samas mahus eraldi. See tähendab, et erinevatel gaasidel on sama maht, nagu see peaks olema tühimikus lendavate aatomite puhul. Dalton märkis ka, et ained ühinevad omavahel keemiliselt ainult teatud proportsioonides, justkui moodustaksid nad molekule igat tüüpi teatud arvust aatomitest.

Aatomite ja molekulide idee toetajad kasvasid oluliselt, kui Rudolf Clausius seostas soojuse nende juhusliku liikumisega ja James Maxwell arvutas välja gaasiosakeste kiiruse. Seejärel asus aatomite kaootilist liikumist vaakumis uurima Ludwig Boltzmann, kes lõi selleks võimsa matemaatilise aparaadi – statistilise füüsika.

Kuid vaatamata teooria edule tekitas aatomite nähtamatus kahtlusi nende tegelikkuses. Boltzmannile maksid need kahtlused elu. Pidevate rünnakute tõttu tema gaaside kineetilisele teooriale tekkis tal tagakiusamismaania ja 1906. aastal, kui vastaseid enam peaaegu polnudki, sooritas ta enesetapu.

Suurendamiseks klõpsake

"Vesi" (vedelik). Demokritos selgitas vedeliku liikuvust aatomitevaheliste tühimike abil. Nagu Lucretius kirjutas, eralduvad veeosakesed kala nina ees ja selleks vajavad nad kohta. Liikudes suruvad nad järgmisi osakesi, kuni need jõuavad nendeni, mis koonduvad kala saba taha. Kuid kuna vees on tühimikud, tuleb see kokku suruda. Samal ajal, erinevalt gaasist, säilitab vedelik konstantse mahu isegi rõhu all. See läks vastuollu Demokritose teooriaga. Vee kokkusurumatuse aatomiteooriaga lepitas hollandlane Jan van der Waals 1873. aastal, leiutades aatomite ja molekulide vahel mõjuva erijõu. Van der Waalsi sõnul suhtlevad nad nagu inimesed: nad ei märka üksteist kauguses, tunnevad ligitõmbamist, kuid liiga lähedale jõudes tõrjuvad üksteist teravalt. Seetõttu lendavad gaasimolekulid vabalt, samas kui vedelikus hoiavad nad kindlal kaugusel, pidades vastu nii venitamisele kui eriti kokkusurumisele.

Vedelike ja gaaside struktuuri aatomiteooria sai lõpliku kinnituse 1909. aastal, kui prantsuse füüsik Jean Baptiste Perrin katsetas 1905. aastal eksperimentaalselt Albert Einsteini poolt välja töötatud Browni liikumise teooriat – vedelikus hõljuvate pisikeste osakeste juhuslikku liikumist, nagu nt. õietolm, mis on põhjustatud molekulide kaootilisest mõjust neile. Perrini katsed olid esimesed, kes vaatlesid, kui mitte aatomeid ja molekule endid, vaid nende tegevuse vahetuid tulemusi. See Boltzmanni ei päästnud ja van der Waals sai järgmisel aastal Nobeli preemia.

"Maa" (kristall). Van der Waalsi jõud, mis takistavad aatomite lähenemist, hoiavad nende vahel tühimikku, mida Demokritos nii oluliseks pidas. Kuid need jõud ei sega aatomite liikumist. Kuidas siis tahked ained mitte ainult mahu, vaid ka kuju säilitavad? Veel sajand tagasi jäi tahke oleku olemus saladuseks. Muidugi osati juba siis mõõta kõvadust ja elastsust ning 19. sajandi lõpul tuvastas vene kristallograaf Evgraf Fedorov puhtmatemaatiliselt kõik 230 (!) kristallvõre võimalikku sümmeetriatüüpi. 1913. aastal tekkinud röntgendifraktsioonianalüüs võimaldas neid visualiseerida. Kuid see kõik ei selgitanud, miks aatomid reastuvad jäigas geomeetrilises järjekorras ja seda säilitavad.

Vastuse andis kvantmehaanika. Selgus, et mikrokosmoses ei saa üksteise lähedal olevad osakesed suvaliselt liikuda. Nende interaktsiooni energia võib võtta ainult fikseeritud väärtusi, mis vastavad teatud positsioonidele. Iga aatomikiht kristallis määrab jäigalt aatomite paigutuse järgmises kihis. Kristallvõresse siseneva aatomi tõrjumiseks peab sellele ülekantav energia ületama teatud “kvanthüppeks” vajaliku läviväärtuse. Nõrgemad löögid ei mõjuta osakesi. Seetõttu on kehade kõvadus mikroosakeste diskreetse kvantinteraktsiooni otsene tagajärg. Tahkest olekust vedelasse olekusse minemiseks tuleb võre lõdvendada, et aatomid oma fikseeritud positsioonidest välja hüppaksid. See nõuab energiat. Ja selleks, et muutuda gaasiks, tuleb van der Waalsi jõudude ületamiseks ikkagi energiat lisada.

"Tuli" (plasma). Jagamatute aatomite omadused Demokritosel sõltusid vormist. Ta määras erilise rolli tule sfäärilistele aatomitele, mida ta pidas iseliikumisvõimeliseks. Oma väiksuse tõttu tungivad nad teiste aatomite vahele kõige väiksematesse tühikutesse, edastades neile oma liikumise, milles Demokritos nägi soojuse, elu ja meele allikat. Ja siin leitakse ootamatult palju paralleele kaasaegse teadusega, kui "tuleaatomite" all mõeldakse laetud osakesi - elektrone ja ioone. Lõppude lõpuks edastatakse elusorganismides närviimpulsse just tänu ioonidele.

Gaasi aatomid jagunevad kõrge temperatuuri, tugeva kiirguse või kõrge pinge mõjul ioonideks ja elektronideks. 1928. aastal nimetas Ameerika keemik Irving Langmuir seda laetud osakeste segu plasmaks. See juhib hästi elektrit, tänu millele pikselahendus läbistab õhku. Plasmaosakesed ei põrka mitte ainult paarikaupa, nagu gaasides, vaid interakteeruvad ka elektriliselt – nad tõmbavad ja tõrjuvad eemalt. Seetõttu võivad suured osakeste rühmad liikuda koos ja teatud tingimustel läbivad plasmat lained. Aurora sähvatusi põhjustavad just sellised "kollektiivsed efektid" Maa magnetvälja püütud päikeseplasma voogudes.

Plasma teine ​​oluline omadus on koostoime magnetväljaga. Just see vastutab täielikult plasmast koosneva Päikese aktiivsuse kõikumiste eest. Tähtede tuumasünteesienergia Maal vastuvõtmiseks on vaja plasma kuumutada sadade miljonite kraadideni, hoides seda magnetväljadega. Plasma keerulise käitumise tõttu ei ole see probleem aga veel täielikult lahendatud.

Reified oksüümoronid

Gaas, vedelik, kristall – kolm aine agregeeritud olekut, mis näivad üksteist välistavat. Tänapäeval on aga avastatud palju siirdeseisundeid, omamoodi füüsikalisi ja keemilisi oksüümorone, mis ühendavad erinevate "elementide" omadused.

Tahke vedelik (klaas). Keskaegsete katedraalide vitraažides on klaasi alumised osad tavaliselt veidi paksemad kui ülemised. Sageli on see seletatav asjaoluga, et klaas pole kristalne tahke aine, vaid pigem väga viskoosne vedelik ja sadade aastate jooksul jõuab see veidi nõrguda. Selle seletuse esimene pool on õige. Klaasil pole järjestatud struktuuri nagu kristallidel. Klaasi tahkudes suureneb selle viskoossus kiiresti: molekulide liikumine muutub üha raskemaks ja lõpuks need külmuvad, moodustades justkui vedeliku hetkepildi.

1927. aastal alustas Austraalia professor Thomas Parnell ühte ajaloo pikimat katset. Täides lehtri bituumeniga, pani ta selle läbipaistva korgi alla statiivile ja ootas. Professori elu jooksul langes lehtrist vaid kaks tilka ja 2000. aastaks kaheksa tilka keskmise üheksa-aastase intervalliga. Bituumeni viskoossus on 200 miljardit korda suurem kui vee viskoossus ja sisse Igapäevane elu sellist viskoosset vedelikku tajutakse tahke ainena.

Niisiis, kas katedraalide aknad voolavad? Jah, aga palju aeglasemalt, kui on vaja paksendava efekti selgitamiseks. Muistsete teleskoopide klaasläätsedes pole deformatsioone täheldatud. Toatemperatuuril on klaasi viskoossus miljard korda kõrgem kui bituumenil, nii et kogu universumi eluea jooksul ei teki tilka. Paksenemist seletatakse suure tõenäosusega sellega, et varem ei osatud valada rangelt konstantse paksusega klaasi ning vitraažaknad panid töökindluse huvides paksu servaga tükid alla.

vedelkristallid. Kristall on korrastatud struktuuri standard, kus iga aatom teab oma kohta järjekorras. Molekulid vedelikes liiguvad juhuslikult. Aga nende äärmuste vahele jääb mateeria organiseerimise vahepealne vorm, milles liikuvus on veel säilinud, aga kord juba olemas. Vedelkristallide molekulid on pikliku kujuga ja püüavad paarilise vastasmõju tõttu üksteisega paralleelselt reastuda, mistõttu paistab aine erinevatest suundadest erinev.

Ühel vedelkristallide avastajal, saksa füüsikul Otto Lehmannil oli tavaliste kristallide olemuse kohta üsna kummalised seisukohad. Ta ei uskunud nendes jäiga võre olemasolusse ja uskus, et mõned kristallid võivad olla üsna pehmed, peaaegu vedelad. 1888. aastal saatis Praha botaanik Friedrich Reinitzer Lehmanile paari ebatavalisi keemilisi ühendeid, mis hakkasid teatud tingimustel vedelas faasis struktuuri arendama. Leman pidas seda oma teooria lõplikuks kinnituseks. Kuid füüsiline kogukond, vastupidi, veendus üha enam, et kristallidel on jäik võre, ja lükkas tagasi struktureeritud vedelike olemasolu. Sõltumatu kinnitus nende tegelikkusele ilmus alles 1908. aastal. Ja siis unustati vedelkristallid pooleks sajandiks. Neid mäletati alles 1960. aastatel, kui nad leidsid ootamatult palju rakendusi. Üks peamisi on seotud nende molekulide võimega pöörlema ​​elektrivälja toimel, varjates või lastes sisse valgusvoo. Tänu temale said vedelkristallid lameekraanide aluseks.

ülekriitilised vedelikud. Vedelikku gaasist eraldava piiri ületamiseks peate maksma "energiamaksu", mida nimetatakse aurustumissoojuseks. Aga sellest piirist saab mööda minna. Näiteks vees, mille temperatuur ja rõhk on üle niinimetatud kriitilise punkti (374 ° C, 218 atmosfääri), kaob erinevus vedela ja gaasilise oleku vahel. Öeldakse, et vesi muutub ülekriitiliseks vedelikuks. Muutes temperatuuri ja rõhku selle kriitilise punkti ümber, on võimalik sujuvalt, ilma faasisiirdeta muuta ülekriitilist vedelikku nii veeks kui ka auruks.

2008. aastal avastasid Saksa okeanoloogid veealuse Kesk-Atlandi seljandiku ekvatoriaalses osas hüdrotermilised ventilatsiooniavad, mille temperatuur on 407 ° C ja isegi 464 ° C. Rõhk umbes 3000 m sügavusel ületab 300 atmosfääri. See tähendab, et allikatest ei välju mitte vesi, mitte aur, vaid ülikriitiline veevedelik, mis kannab sügavusest välja palju mineraalaineid. Piisab, kui öelda, et happesuse (pH) väärtus nendes vooludes ulatub 2,8-ni, nagu äädikas, võrreldes 8,0-ga merevees.

Ülekriitilised vedelikud on suurepärased lahustid. Seda omadust kasutatakse näiteks kofeiinivaba kohvi saamiseks. Ainult vee asemel kasutatakse siin süsinikdioksiidi, mille kriitiline temperatuur on 31 ° C ja rõhk on 73 atmosfääri. Ülekriitiline süsihappegaas tungib tänu oma gaasilaadsetele omadustele sügavale kohviubadesse ning, näidates vedelaid omadusi, lahustab ja eemaldab kuni 99% neis sisalduvast kofeiinist.

Tahke gaas (aerogeel). Selleks, et vedelik säilitaks oma kuju, võib seda jahutada tahkuma. Kuid vedelike kujundamiseks on veel üks viis. Näiteks dušigeel, kuigi tundub katsudes vedel, ei levi erinevalt šampoonist peopesale. Geel on polümeeri molekulide raamistikuga vedelik. See moodustab kolmemõõtmelise võrgustiku, mis nagu käsn hoiab oma pindpinevusest tulenevalt vedelikku. Raam seevastu säilitab oma kuju tänu oma jäikusele ja üldiselt on aine vedela ja tahke vahepealses olekus.

Vedelikku ei saa geelist mehaaniliselt eraldada ilma karkassi hävitamata. Aga kui temperatuuri ja rõhu tõstmisega muuta vedelik ülekriitiliseks vedelikuks, saab selle ettevaatlikult "välja puhuda". Raam jääb terveks ja pärast lõplikku kuivamist suureneb ka selle tihedus. Tulemuseks on ülipoorne tahke materjal, mida nimetatakse aerogeeliks. See loodi esmakordselt 1931. aastal metanooli aurustamisega kvartsraamist. Tänapäeval kuulub kvartsaerogeelile tahke materjali madalaima tiheduse rekord — 1,9 kg/m3, mis on õhust vaid poolteist korda tihedam. Samas on see üsna vastupidav (talub sada korda oma kaalust) ja erakordselt madala soojusjuhtivusega, mis võimaldab seda kasutada kosmosetehnikas küttekehana.

Ameerika planeetidevahelises jaamas Stardust kasutati kosmilise tolmu proovide kogumiseks aerogeelilõksu. Ükski teine ​​materjal ei suuda meteoroide aeglustada ilma neid sulatamata.

Universumi matrjoška

XIX-XX sajandi vahetusel sai selgeks, et aatomid ei ole reaalsuse kõige fundamentaalsem kiht.

degenereerunud gaas. Valguskiired ristuvad vastastikku häirimata. Gaasid segatakse anumas ja igaüks neist hõivab kogu mahu. Kuid mis takistab tahketel kehadel, nagu kummitustel, üksteisest läbi minemast? Miks aatomid üksteisest eemale põrkuvad? Demokritos selgitas seda nende kindlameelsusega. Van der Waals – tõrjuvad jõud. Kvantmehaanika ütleb, et kõik on seotud elektronidega.

Neid kirjeldav võrrand ütleb, et kui kaks elektroni on samas olekus (sama positsiooni ja kiirusega), siis nad lakkavad olemast. Kuid see rikuks energia ja laengu jäävuse põhimõtteid, nii et elektronidel ei saa olla sama kvantolekut. Seda põhimõtet tuntakse Pauli väljajätmisena 1924. aastal selle sõnastanud füüsiku järgi. Just see keeld takistab aatomitel ruumis samale kohale asumast, samuti jaotab elektronid ümber aatomituuma erineva energiaga kestadesse.

Ja Pauli keeld päästab ka Päikese mustaks auguks muutumisest. Päikesele mõjuvaid gravitatsioonijõude tasakaalustab termotuumareaktsioonide poolt kuumutatud plasma rõhk. Kuid varem või hiljem saab gravitatsioon võimust ja hakkab ainet kokku suruma, surudes elektronkestad üksteise sisse ja rebides elektrone aatomitelt lahti. Kasvavas rahvamassis on elektronide ainus viis Pauli keelust järgida üha suurema energia ja liikumiskiirusega olekute hõivamist. Selgub: mida tihedam on aine, seda kiiremini liiguvad elektronid ja seda tugevam on nende rõhk ning seda olenemata temperatuurist. Seda elektrongaasi olekut nimetatakse degenereerunud. Kui aatomite tuumad saavad kokku 100 korda lähemal kui tavalises kristallis, tasakaalustab degenereerunud elektronide rõhk taas tähe gravitatsiooni ja kokkusurumine peatub. Selliseid ülitihedaid tähti nimetati valgeteks kääbusteks nende kõrge temperatuuri ja väiksuse tõttu (100 korda väiksemad kui Päike).

tuumaaine. Kui 1911. aastal avastas Ernest Rutherford alfaosakeste hajumise katsetes aatomituuma, selgus, et aatom on tühimik. Selle elektronkestad moodustavad vaid 0,03% massist ja 99,97% on koondunud tuumasse, mis nende taustal näeb välja nagu nööpnõelapea jalgpalliväljakul. Tuum koosneb nukleonitest - prootonitest ja neutronitest -, mille interaktsioon meenutab eemalt vedelikus olevate osakeste vastasmõju van der Waalsi jõudude toimel, nii et tuumaaine näeb välja nagu ülitihe vedelik. Sellel on pindpinevus, nukleonid võivad tuumast aurustuda, lained võivad sellest üle rulluda. Kõrged lained võivad viia tuuma eraldumiseni kaheks tilgaks, see tähendab radioaktiivse lagunemiseni. Ja kui surute tugevalt kahte tuumapiiska, ületades nende elektrilise tõuke, siis need ühinevad - see on tuumasünteesi.

Nagu elektronid, järgivad prootonid ja neutronid Pauli välistamist ega sulandu seetõttu omavahel. Kui Päikesest mitu korda massiivsemalt täht sureb, suureneb rõhk selle sisemuses nii palju, et mandunud elektronid kiirendatakse peaaegu valguse kiiruseni. Kuna edasine kiirendamine on võimatu, peatub rõhu tõus ja kompressioon jätkub. Seejärel hakkavad elektronid prootonitega reageerima, muutes need neutroniteks, mis vajavad vähem ruumi. Pauli printsiipi järgides need ka degenereeruvad, st omandavad suure tiheduse tingimustes tohutu kiiruse. Olles elektronidest tuhandeid kordi massiivsemad, on degenereerunud neutronid võimelised taluma palju suuremat survet. Gravitatsiooniga on uus tasakaal. Kosmoseobjekti, milles see saavutatakse, nimetatakse neutrontäheks. See on tohutu (umbes 20 km läbimõõduga) aatomituum, mis koosneb ainult neutronitest ja mille tihedus on isegi suurem kui tuumal. Visiitkaart sellisest neutronainest kaaluks sama palju kui Sayano-Shushenskaya hüdroelektrijaama tamm.

Pole raske aimata, et ka degenereerunud neutronite võime gravitatsioonilisele kokkusurumisele vastu seista on piiratud, kuid siiani pole selgust, mis saab, kui see ületab. Tavaliselt öeldakse, et toimub peatamatu kokkuvarisemine mustaks auguks. Kuid võib-olla on veel üks takistus, mida gravitatsioon võib neutrontähe sügavuses kohata.

Kvarki aine. Neutronitega prootoneid ei saa Demokritose aatomitena ära tunda. Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt koosneb igaüks neist kolmest kvargist, mis on ühendatud gluoni (inglise keelest liim - "liim") väljaga. See väli erineb oluliselt elektriväljast. Sellel on kuus laengut (kolm värvi ja kolm antivärvi) ning koosmõju jõud ei vähene kaugusega, vaid kasvab. Suurte vahemaade tagant tõmbavad kvargid ligi nii, et nad loovad oma “armastuse” jõul endale vaakumist uusi partnereid. Seetõttu ei saa kvarke eraldi välja tuua ja eraldi uurida, välja arvatud lühike hetk.

Suures hadronite põrkeseadmes põrkuvad aatomituumad valguselähedasel kiirusel. Löök on nii tugev, et tuumaaine kuumeneb kuni 10 triljoni kraadini. Nukleonid purunevad sõna otseses mõttes tükkideks. Selgub, et nende vahel sipleb tihe segu kvarkidest ja gluoonidest - kvark-gluoonplasma, mis täitis universumi mikrosekund pärast Suurt Pauku. Nagu tuumaaine, sarnaneb kvark-gluoonplasma mõneti vedelikuga, kuna kvargid alluvad ka Pauli keelule: väga lähedale jõudes tõrjuvad nad üksteist.

Kui suruda kokku suur mass ainet jõuga, millega tuumad põrkuris kokku põrkuvad, kuid vältida kuumenemist triljonite kraadideni, siis võib tekkida kvarkaine. Võib-olla moodustub see kõige massiivsemate neutrontähtede sügavustes, mida siis tuleks nimetada kvarktähtedeks. Teoreetiliselt on tekkinud külm kvarkaine stabiilne ega lagune pärast rõhu eemaldamist. See tähendab, et neutrontähtede kokkupõrke ajal võib kvarkaine pritsida üle kosmose triljonites "strapelletites" - kummalise aine tilkades. Kui võõras põrkab kokku Maaga, tungib see sellest läbi, tekitades ebatavalise tüüpi seismilise signaali. Paar sarnast signaali leiti isegi 1993. aasta seismilistest andmetest, kuid nende tõlgendamisel pole kindlust.

Kvargid ei pruugi olla ka reaalsuse viimane tase. On teooriaid, mille kohaselt nad koosnevad preoonidest. Kuid isegi teoreetikud räägivad neist väga hoolikalt.

Demokritose järgi on Universum liikuv aine, ainete aatomid ja viimase tühjus on sama reaalne kui olemine. Igavesti liikuvad aatomid, ühinedes, loovad kõik asjad, nende eraldamine viib viimaste surma ja hävimiseni. Demokritose süsteemil, nagu ka teistel Vana-Kreeka filosoofiatel, oli dialektilisi jooni. V. I. Lenin nägi dialektika elementi juba aatomite ja tühjuse eristamises.

Tühjuse kui olematuse mõiste kasutuselevõtul atomistide poolt oli sügav filosoofiline tähendus. Olematuse kategooria võimaldas seletada asjade tekkimist ja muutumist. Tõsi, Demokritose puhul eksisteerisid olemine ja mitteolemine kõrvuti, eraldi: aatomid olid paljususe kandjad, tühjus aga kehastas ühtsust; see oli teooria metafüüsiline olemus. Aristoteles püüdis sellest üle saada, viidates sellele, et me näeme "sama pidevat keha, nüüd vedelat, nüüd tahkunud", seega pole kvaliteedimuutus ainult lihtne ühendamine ja eraldumine. Kuid teaduse kaasaegsel tasemel ei osanud ta sellele õiget seletust anda, samas kui Demokritos väitis veenvalt, et selle nähtuse põhjuseks on aatomitevahelise tühjuse hulga muutumine.

Tühjuse mõiste viis ruumilise lõpmatuse kontseptsioonini. Muistse atomismi metafüüsiline tunnus avaldus ka selle lõpmatuse kui olemise pidevate "telliste" lõputu kvantitatiivse kuhjumise või redutseerimise, ühendamise või eraldamise mõistmises. See aga ei tähenda, et Demokritos üldiselt eitas kvalitatiivseid transformatsioone, vastupidi, need mängisid tema maailmapildis tohutut rolli. Terved maailmad muudetakse teisteks. Transformeeruvad ka eraldiseisvad asjad, sest igavesed aatomid ei saa jäljetult kaduda, neist sünnivad uued asjad. Transformatsioon toimub vana terviku hävitamise, aatomite eraldumise tulemusena, millest moodustub seejärel uus tervik. Demokritose järgi on aatomid jagamatud, nad on absoluutselt tihedad ja neil pole füüsilisi osi. Kuid kõigis kehades on need ühendatud nii, et nende vahele jääb vähemalt minimaalne tühjus; nendest aatomitevahelistest tühikutest sõltub kehade konsistents.

Lisaks Eleani olendi tunnustele on aatomitel Pythagorase "piiri" omadused. Iga aatom on piiratud, piiratud teatud pinnaga ja sellel on muutumatu geomeetriline kuju. Vastupidi, tühjus kui "lõpmatu" ei ole millegagi piiratud ja tal puudub tõelise olemise kõige olulisem märk – vorm. Aatomid ei ole meeltega tajutavad. Need on nagu õhus hõljuvad tolmuosakesed ja liiga väikese suuruse tõttu nähtamatud, kuni neile langeb päikesekiir, mis tungib läbi akna tuppa. Kuid aatomid on palju väiksemad kui need tolmuterad; ainult mõttekiir, mõistus võib paljastada nende olemasolu. Samuti on nad märkamatud, kuna neil puuduvad tavapärased sensoorsed omadused – värvus, lõhn, maitse jne.

Simplicius ütleb meile selgelt, et "pythagorelased ja Demokritos jõudsid mitte ilma põhjuseta mõistlike omaduste põhjusi otsides vormideni (st aatomiteni)." Aine struktuuri taandamine elementaarsemateks ja kvalitatiivselt homogeensemateks füüsikalisteks üksusteks kui Anaxagorase "elemendid", "neli juur" ja osaliselt isegi "seemned" oli teaduse ajaloos väga olulise tähtsusega.

Uurides Aristotelese õpilase Theophrastose tunnistust, kelle kommentaarid olid paljude hilisemate Kreeka-eelse Sokratese filosoofia, sealhulgas Demokritose aruannete peamiseks allikaks, märkis inglise õpetlane Mac Diarmid teatavat vastuolu. Mõnes kohas räägime ainult aatomite vormide erinevusest, teisal - ka nende järjestuse ja asukoha erinevusest. Seda pole aga raske mõista: järjekord ja asend (pöörlemine) võivad erineda mitte üksikute aatomite, vaid liitkehade või aatomirühmade puhul ühes liitkehas. Sellised aatomirühmad võivad paikneda üles- või allapoole (positsioon), samuti erinevas järjekorras (nagu tähed HA ja AN), mis muudab keha, muudab selle erinevaks. Ja kuigi Demokritos ei suutnud ennustada kaasaegse biokeemia seadusi, teame just sellest teadusest, et kahe sama koostisega orgaanilise aine, näiteks kahe polüsahhariidi, erinevus sõltub tõepoolest nende molekulide järjestusest. on ehitatud. Valguainete tohutu valik sõltub peamiselt aminohapete paigutuse järjekorrast nende molekulides ja nende kombinatsioonidega võimalike kombinatsioonide arv on peaaegu lõpmatu. Aine põhiosakesed, mille olemasolu Demokritos eeldas, ühendasid teatud määral aatomi, molekuli, mikroosakese, keemilise elemendi ja mõnede keerukamate ühendite omadused.

Aatomid erinesid ka suuruse poolest, millest omakorda sõltus gravitatsioon. Nagu teate, kuuluvad oletused aatommassi kohta Epikurusele. Kuid Demokritos oli juba teel selle kontseptsiooni poole, teadvustades aatomite suhtelist kaalu, mis olenevalt nende suurusest on raskemad või kergemad. Nii pidas ta näiteks kõige kergemateks aatomiteks kõige väiksemaid ja siledamaid sfäärilisi tuleaatomeid, mis moodustavad nii õhu kui ka inimese hinge.

Demokritose nn ameeride ehk "matemaatilise atomismi" küsimus on seotud aatomite kuju ja suurusega. Matemaatilise uurimistööga tegelesid mitmed Vana-Kreeka filosoofid (pytagoorlased, eleialased, anaksagoras, Leukippos). Kahtlemata oli Demokritos ka silmapaistev matemaatiline mõistus. Demokritose matemaatika erines aga üldtunnustatud omast. Aristotelese sõnul "purustas ta matemaatika". See põhines atomistlikel kontseptsioonidel. Nõustudes Zenoniga, et ruumi jagatavus lõpmatuseni viib absurdini, nullväärtusteks muutumiseni, millest ei saa midagi ehitada, avastas Demokritos oma jagamatud aatomid. Kuid füüsikaline aatom ei langenud matemaatilise punktiga kokku. Demokritose järgi olid aatomid erineva suuruse ja kujuga, kujunditega, ühed olid suuremad, teised väiksemad. Ta oletas, et on olemas konksukujulised, ankrukujulised, karedad, nurgelised, kõverad aatomid – muidu ei jääks need üksteise külge kinni. Demokritos uskus, et aatomid on füüsiliselt jagamatud, kuid vaimselt saab neis eristada osi - punkte, mida loomulikult ei saa tagasi lükata, neil pole oma kaalu, kuid neid on ka laiendatud: See ei ole null, vaid minimaalne väärtus , siis jagamatu, mentaalse osa aatom - "amera" (puhtusetu). Mõnede tõendite kohaselt (nende hulgas on Giordano Bruno nn Demokrituse väljaku kirjeldus) oli väikseimas aatomis 7 ameeri: ülemine, alumine, vasak, parem, ees, taga, keskmine. See oli matemaatika, mis oli kooskõlas sensoorse taju andmetega, mis ütles, et ükskõik kui väike ka poleks füüsiline keha - näiteks nähtamatu aatom -, võib selliseid osi (külgi) selles alati ette kujutada, kuid isegi vaimselt on võimatu. lõpmatuseni jagada.

Laiendatud punktidest koostas Demokritos Laiendatud jooned, millest tasapinnad. Näiteks koonus koosneb Demokritose järgi kõige õhemast sensuaalselt, mida ta kõhnuse tõttu ei tajuta, põhjaga paralleelsetest ringidest. Niisiis avastas Demokritos voltimisjoonte ja tõestuse saatel teoreemi koonuse ruumala kohta, mis on võrdne kolmandikuga sama aluse ja võrdse kõrgusega silindri mahust; ta arvutas välja ka püramiidi ruumala. Mõlemat avastust tunnistas (ja põhjendas juba erinevalt) Archimedes.

Demokritose seisukohti kajastavatel autoritel oli tema matemaatikast vähe aru. Aristoteles ja järgnevad matemaatikud lükkasid selle järsult tagasi, mistõttu see unustati. Mõned kaasaegsed teadlased eitavad Demokritose aatomite ja ameeride erinevust või usuvad, et Demokritos pidas aatomeid jagamatuteks nii füüsiliselt kui ka teoreetiliselt; kuid viimane seisukoht viib liiga suure vastuoluni. Matemaatika atomistlik teooria eksisteeris ja hiljem taaselustus see Epikurose koolis.

Aatomite arv on lõpmatu, ka aatomite konfiguratsioonide arv on lõpmatu (muutuv), "kuna pole põhjust, miks nad peaksid olema rohkem sellised kui erinevad." See põhimõte (“mitte rohkem kui muidu”), mida kirjanduses mõnikord nimetatakse ükskõiksuse või mitmekesisuse printsiibiks, on omane demokraatlikule universumiseletusele. Selle abil oli võimalik põhjendada liikumise, ruumi ja aja lõpmatust. Demokritose järgi põhjustab lugematute aatomivormide olemasolu aatomite esmaste liikumiste suundade ja kiiruste lõpmatu mitmekesisuse ning see omakorda viib need kohtumiste ja kokkupõrgeteni. Seega on kogu maailma kujunemine määratud ja aine igavese liikumise loomulik tagajärg.

Joonia filosoofid on juba rääkinud igavesest liikumisest. Seda vaadet seostati aga ikkagi hülosoismiga. Maailm on pidevas liikumises, sest nende arusaamise järgi on see elusolend. Demokritos lahendab probleemi hoopis teisiti. Selle aatomid ei ole animeeritud (hinge aatomid on need ainult ühenduses looma või inimese kehaga). Püsiliikumine on aatomite kokkupõrge, tõrjumine, adhesioon, eraldumine, nihkumine ja kukkumine, mille põhjustab algne keeris. Pealegi on aatomitel oma esmane liikumine, mis ei ole põhjustatud löökidest: "raputab igas suunas" või "vibreerib". Viimast kontseptsiooni ei välja töötatud; seda ei märganud Epikuros, kui ta parandas Demokritose aatomite liikumise teooriat, viies sisse aatomite suvalise kõrvalekaldumise sirgjoonest.

Ka Demokritos lähtus oma pildis mateeria ehitusest varasema filosoofia poolt välja pakutud põhimõttest (sõnastas Melissus ja kordas Anaxagoras), olemise säilimise printsiibist: "miski ei teki millestki". Ta seostas seda aja ja liikumise igavikuga, mis tähendas teatud arusaama mateeria (aatomite) ühtsusest ja selle olemasolu vormidest. Ja kui eleanlased uskusid, et see printsiip kehtib ainult arusaadava "tõeliselt eksisteeriva" kohta, siis Demokritos omistas selle tegelikule, objektiivselt eksisteerivale maailmale, loodusele.

Atomistlik maailmapilt tundub lihtne, kuid suurejooneline. Aine aatomistruktuuri hüpotees oli oma põhimõtetelt kõige teaduslikum ja veenvam kõigist filosoofide poolt varem loodud hüpoteesidest. Ta pühkis kõige otsustavamal viisil kõrvale suurema osa religioossetest ja mütoloogilistest ideedest üleloomuliku maailma ja jumalate sekkumise kohta. Lisaks on pilt aatomite liikumisest maailma tühjuses, nende kokkupõrkest ja adhesioonist kõige lihtsam põhjusliku vastasmõju mudel. Atomistide determinismist sai platoonilise teleoloogia vastand. Demokritovi maailmapilt on juba väljendunud materialism, selline filosoofiline maailmaseletus oli antiikaja tingimustes võimalikult vastandina mütoloogilisele.

Leucippus ja Demokritos õpetasid järjekindlalt lõpmatuid maailmu atomismi vaatenurgast. Nende vaadete kohaselt eksisteerivad ruumis samaaegselt paljud maailmad; nad on erinevad (mõned on samad), üksteisest väga erineval kaugusel ja eri arenguetappidel. Igaüks neist sünnib, õitseb ja sureb. Nende maailmade kokkupõrge võib põhjustada kosmilise katastroofi. S. Mugler selgitab seda seisukohta huvitavalt: Demokritos ei räägi tervete maailmade langemisest üksteisele – see on Mugleri sõnul allikate väärarusaam –, vaid ainult langemisest (nagu Plutarchos ja Hippolytos ütlevad) ühe maailma üksikute aatomite sattumine teise (võiks öelda, et kosmiline kiirgus) väljavooluna, millel võib olla kahjulik mõju. Hippolytos räägib aga tõesti maailmade, mitte aatomite kokkupõrkest. Kuid Plutarchos räägib ka võõrkehade väljalangemisest Maal kui haiguste allikast; Lucretiusel on sarnased mõtted.

Atomisistlikust teooriast lähtudes koostab Demokritos suurejoonelise kosmogoonilise hüpoteesi. Pöörisega sarnane liikumine oli Demokritose sõnul meie maailma kujunemise põhjuseks ja see maailm, praegu oma õitseajal, allub universumi loodusseadustele. Pöörise liikumise käigus toimus mateeria kvalitatiivne diferentseerumine. Sarnaste külgetõmbeseaduse toimel tekkisid enam-vähem ühesuguse kujuga aatomid omavahel ühendatud Maa ja taevakehad, mida kuumutati liikumiskiirusest. Aga sama seadus kehtis vastupidine tegevus; erinevad aatomid tõrjuvad üksteist. Seega viisid külgetõmbe- ja tõrjumisprotsessid kogu ümbritseva maailma kujunemiseni. Siin on F. Engelsi sõnad eriti sobivad, et vastupidiselt metafüüsilisele loodusteadusele 17.-18. "Kreeka filosoofide jaoks oli maailm sisuliselt midagi, mis tekkis kaosest, miski, mis arenes, miski, mis sai."

Kõik, mis maailmas toimub, allub Demokritose järgi üleloomulik jõud vaid ainult vajaduse seadus. Vajadus Demokritos nördib põhjuslike seoste lõputu ahelana. Ta ei otsinud maailma esimest põhjust – ta eitas seda. Kuid ta otsis pidevalt kõigi ajaliste nähtuste põhjuslikke aluseid. Sellest annavad tunnistust terve tema teoste tsükli pealkirjad: "Taevalikud põhjused"; "Õhu põhjused"; "Põhjused"; "Tulekahju põhjused ja see, mis on tulekahjus"; "Helide põhjused"; "Seemnete, taimede ja viljade põhjused"; "Elusolendite põhjused"; "Segased põhjused". Tehniliste kirjutiste osana - "Soodsa ja ebasoodsa põhjused" ja eetilistes märkustes - "Seaduste põhjused".

Mõned teadlased on püüdnud põhjuste autentsust vaidlustada. Nendel katsetel pole aga tõsist alust. Kuigi "Põhjused" on Diogenes Laertiuse loendis tetraloogiast eraldi välja toodud, viitab Diogenese lõpufraas selgelt, et kõike, mida ta loetles, peeti antiikajal autentseks ja ainult "muud" kirjutised (mis ei kuulu loendisse) on kas osaliselt muudetud või mitte autentne. Nähtuste põhjuste leidmine – see oli Demokritose sõnul teaduse ja teadlase („tark“) tegevuse üks peamisi ülesandeid. Isegi kui "Põhjuste" pealkirjad on ebatäpselt edasi antud ja kui kuulus Demokritose ütlus, et tema jaoks on parem leida üks põhjus kui pärsia troonile asuda, on legend, siis kogu loodusteaduse ja filosoofia sisu. Demokritose lõigud tunnistavad, et filosoofi jaoks oli peamine põhjusliku mustri otsimine. nähtused. Sotsiaalfilosoofia, aistingute teooria, õpetus eluslooduse tekkest, zooloogia, botaanika, psühholoogia küsimused – selline oli Demokritose teaduslike huvide ring, otsustades meieni jõudnud kildude järgi. Ja iga küsimuse uurimine oli küllastunud põhjuslikest selgitustest. Sageli on need väljamõeldud seletused, mis on tehtud analoogia põhjal napist faktide hulgast. Kuid see on alati nähtuste seletamine looduslike põhjustega, mistõttu on Demokritosel nii palju õigeid tähelepanekuid ja hiilgavaid oletusi.

Alates Aristotelesest, kes omas teleoloogilist seisukohta, see tähendab, et ta otsis "lõplikku põhjust" ja eesmärki looduses, ning lõpetades kristlike kirjanikega, kes usuvad "jumalikku ettehooldust", ründasid kõik materialistliku determinismi vastased Demokritost.

Tegelikult oli Demokritos niivõrd lummatud maailma põhjusliku seletuse "läbi" võimalusest, et ta kuulutas kõiksugu juhuslikud sündmused vaid subjektiivseks illusiooniks, mille tekitas teadmatus toimuva tegelikest põhjustest. Nende tundmine muudab Demokritose sõnul igasuguse õnnetuse vajaduseks.

Demokritos, kes kasutas laialdaselt antiikajal levinud mikrokosmose ja makrokosmose analoogia põhimõtet, tõi oma kirjutistes näiteid peamiselt inimtegevusest. Seetõttu leiavad Simplicius ja ka eelmainitud Dionysius, et Demokritose juhuse eitamine ei kehtinud loodusnähtuste kohta.

Kui inimene leidis aarde, siis Demokritose sõnul ei olnud see juhuslik, sest põhjuseks oli maa väljakaevamine või oliivipuu istutamine. Teine inimene kohtas kedagi, kellega ta kohtumist ei oodanud; põhjus oli selles, et ta läks turule jne.Igal nähtusel on oma põhjus, seega pole võimalust. Samamoodi ei teki maailmad ja asjad juhuslikult, vaid aatomite ja kogu kosmose kokkupõrke ja tõrjumise tõttu - tuulekeerisest. Mõnede allikate kohaselt nimetas Demokritos pöörist vajaduseks, kehastades selle mõiste materiaalses nähtuses. Kuid ilmselt oleks õigem öelda, et ta nimetas aatomite liikumise vajalikkust, mis oli igavene, sõltumatult ajutiselt tekkivatest keeristest. Kuid Aristotelese ja tema kommentaatorite teleoloogia seisukohalt iseloomustatakse aatomite iseliikumise protsessi kui "automaatset", see tähendab spontaanset ja mõnikord "juhuslikku", mis on Demokritose vaadete moonutamine.

Epikurose arvates on vajadus Demokritose filosoofia järele saatuslik. Epikuros kirjutas "füüsikuid" kritiseerides, et "parem on järgida jumalate müüti, kui olla loodusteadlaste poolt austatud ettemääratuse ori", kuna vääramatu vajadus ei jäta isegi sellist lootust nagu palve. Võib-olla muutis Epikuros, vastates Aristotelese (teda mõjutas suurem mõju) kriitikale, et õigustada inimese vaba tahet aatomite liikumise doktriini ja võimaldas aatomil kalduda kõrvale sirgjoonest, kui see langeb. Liiguvad ju ka hinge aatomid ja kui need sõltuvad lõpmatuseni ulatuvast põhjuste ja tagajärgede ahelast, saab inimesest vajaduse ori. K. Marx oma väitekirjas näitas, et see erinevus Demokritose ja Epikurose süsteemide vahel on olemuslik. Epikurose parandus osutus kaasaegse teaduse ootuseks, mis avastas määramatuse seose mikroosakeste liikumises.

Kui aga mõelda Demokritose õpetustele, saab selgeks, et tegu polnudki fataaliga. Ta lükkas juhuse tagasi ainult selle otseses tähenduses, st eitas pimedat "saatust". Ta oli vajalikkuse kui nähtuste loomuliku käigu järgija. Teisest küljest eitas ta fatalistide vältimatut saatust (ja saatust - "Moira", mis kreeka religiooni järgi kaalus inimest ja osutus tegelikult ka omavoliks, mille tabas Vana-Kreeka tragöödiad.

Fatalismi seisukohalt (mis omandas stoitsismis klassikalise kuju) on kõik sündmused igikestvast minevikust oleviku ja tulevikuni ette määratud põhjuste ja tagajärgede ahelaga. Ainult Pseudo-Plutarchos tõlgendas Demokritose seisukohta nii. Selles fragmendis on aga öeldud, et kuna aatomite liikumine on igavene, siis on sellesse põimitud ka oleviku põhjused. Kuid iga nähtuse jaoks otsis Demokritos konkreetset põhjust, teostades ennastsalgavat tegevust teaduslikud uuringud millel poleks mingit mõtet, kui ta oleks fatalismi seisukohalt. Demokritose eetikas puudub samuti fatalism ja see eeldab inimese vaba tahet; seda tunnistas täielikult Epikuros, kes aga nägi selles vastuolus ja uskus, et Demokritose puhul "põrkub teooria praktikaga".

Demokritose determinismi olemuse küsimust uuris Nõukogude teadlane I. D. Rožanski. Oma raamatus võrdles ta Anaxagorase ja Demokritose kosmoloogilisi vaateid. Kui kosmiline moodustumine saaks toimuda mitte ainult siin, vaid ka mõnes teises kohas, oleks see maailm Anaxagorase arvates meie omaga igati sarnane. Seda seisukohta seostati Anaxagora arusaamaga kosmosest kui elusorganismist, mis ise taastoodab. Demokritos sellega ei nõustu. Lugematud maailmad võivad olla täiesti erinevad.

Kvantarvutus alates Demokritusest / Scott Aaronson; Per. inglise keelest. — M.: Alpina aimekirjandus, 2018.

Pigem leiaksin ühe põhjusliku seletuse kui saada pärslaste kuningaks.

DEMOKRIIDID

Ja miks ikkagi Demokritos? Alustame päris algusest: kes on Demokritos? Mingi Vana-Kreeka kutt. Ta sündis umbes 450 eKr. e. selles igavas Kreeka provintsilinnas nimega Abdera, mille kohta ateenlased ütlesid, et juba õhk selles tekitab rumalust. Minu allika, nimelt Wikipedia andmetel oli ta Leucippuse õpilane. Teda nimetatakse eelsokraatikuks, kuigi tegelikult oli ta Sokratese kaasaegne. See annab aimu sellele omistatavast tähtsusest: "Noh, jah, eelsokraatikud ... võib-olla tasub neid mainida kursuse esimeses loengus." Muide, on legend, et Demokritos käis kunagi Ateenas spetsiaalselt Sokratesega kohtumas, kuid temaga kohtudes ei julgenud ta lihtsalt oma nime avaldada.

Peaaegu mitte midagi Demokritose teostest pole meieni jõudnud. Midagi jäi alles keskajani kaasa arvatud, kuid praeguseks on see kadunud. Tema kohta saame teavet peamiselt teistelt filosoofidelt (näiteks Aristoteleselt), kes mainivad Demokritost, et teda kritiseerida.

Mida nad kritiseerivad? Demokritos uskus, et kogu universum koosneb tühjuses olevatest aatomitest, mis liiguvad pidevalt üsna kindlate ja arusaadavate seaduste järgi. Need aatomid võivad üksteisega kokku põrgata ja põrkamisel tagasi põrkuda või nad võivad kokku jääda suuremateks objektideks. Need võivad olla erineva suuruse, kaalu ja kujuga – võib-olla on mõned neist kerad, mõned silindrid ja mõned muud. Teisalt väidab Demokritos, et asjade omadused, nagu värvus ja maitse, ei ole määratud aatomite omadustega, vaid tekivad paljude aatomite vastasmõjust. Sest kui ookeanid moodustavad aatomid oleksid olemuselt sinised, siis kuidas saaksid nad lainete tippudes moodustada valget vahtu?

Ärge unustage, see on umbes 400 eKr. e. Siiani on kõik väga hästi.

Miks arvab Demokritos, et kõik asjad koosnevad aatomitest? Ta esitab mõned argumendid, millest ühe võib tema enda sõnadega sõnastada järgmiselt: oletame, et meil on õun ja oletame, et see õun ei koosne aatomitest, vaid millestki pidevast ja tahkest. Oletame veel, et võtame noa ja lõikame õuna kaheks osaks. On selge, et ühe külje punktid langevad esimesele tükile ja teise külje punktid teisele, aga kuidas on lood punktidega, mis asuvad täpselt piiril? Kas nad kaovad? Või topelt? Kas sümmeetria rikutakse? Ükski neist võimalustest ei tundu eriti elegantne.

Muide, kibedad vaidlused atomistide ja antiatomistide vahel kestavad ka tänapäeval. Arutatakse küsimust, kas ruum ja aeg ise koosnevad tegelikult jagamatutest aatomitest Plancki skaalal 10–33 cm või 10–43 s. Jällegi on füüsikutel väga vähe eksperimentaalseid andmeid, millele selles küsimuses tugineda, ja nad on sisuliselt samal positsioonil, nagu oli Demokritosel 2400 aastat tagasi. Kui tahate teada asjatundmatu ja mitte liiga informeeritud võhiku arvamust selles asjas, siis panustaksin atomistide peale. Ja argumendid, mida ma selleks kasutaksin, ei erine täielikult Demokritose kasutatutest: need põhinevad jällegi peamiselt lahendamatutel matemaatilistel raskustel kontiinumiga.

Üks vähestest Demokritose lõikudest, mis meieni on jõudnud, on dialoog mõistuse ja tunnete vahel. Mõistus alustab vestlust: "Ainult inimestevahelisel kokkuleppel on magusus, kokkuleppel on kibedus, kokkuleppel on värv, tegelikult on ainult aatomid ja tühjus." Minu jaoks seab see rida juba ainuüksi Demokritose samale joonele Platoni, Aristotelese ja iga teise antiikfilosoofiga, keda julgete nimetada: raske oleks kõike ühe lausega täpsemalt sõnastada. teaduslik väljavaade, mis ilmub 2000 aasta pärast! Kuid dialoog ei lõpe sellega. Tunded vastavad: “Rumal mõistus! Kas te tõesti tahate meid kukutada, kuigi kõik andmed saate meilt?

Esimest korda puutusin selle dialoogiga kokku mõnes Schrödingeri raamatus. Jah, Schrodinger! - näed, liigume aeglaselt raamatu pealkirjas öeldud "kvantarvutuse" poole. Ärge muretsege, me jõuame nendeni kindlasti.

Aga miks peaks Schrödinger sellest dialoogist huvitatud olema? Tegelikult huvitasid teda paljud asjad. Ta ei kaldunud intellektuaalsesse monogaamiasse (ega ka mitte ühegi teise monogaamia poole). Kuid tema huvi üheks võimalikuks põhjuseks on asjaolu, et ta oli üks kvantmehaanika loojaid – minu arvates 20. sajandi hämmastavaim avastus (sellele järgneb vähesel määral relatiivsusteooria) – ja teooria, mis lisas tuhandeaastasele vaidlusele mõistuse ja tunnete vahel täiesti uue aspekti, kuigi ta ei suutnud seda lahendada.

See on mis kõnealune: Universumi mis tahes isoleeritud piirkonna puhul, mida tahame käsitleda, kirjeldab kvantmehaanika selle piirkonna oleku arengut ajas, mida me kujutame lineaarse kombinatsioonina - superpositsioonina - kõigist selles piirkonnas asuvate elementaarosakeste võimalikest konfiguratsioonidest. Seega on tegemist väga ekstravagantse pildiga reaalsusest, milles iga konkreetne osake pole siin ja mitte seal, vaid mingis kaalutud summas kõigist kohtadest, kus ta võiks asuda. Siiski teooria töötab. Nagu me kõik teame, kirjeldab ta väga hästi "aatomeid ja tühjust", millest Demokritos rääkis.

Tal on ka omad raskused. Ütleme, et meelte edastatud usaldusväärsete andmete puhul pole see liiga hea. Milles on probleem? Noh, kui võtate kvantmehaanikat tõsiselt, selgub, et te peaksite teoreetiliselt olema superpositsioonis erinevad kohad samaaegselt. Lõppude lõpuks olete ju ka elementaarosakestest valmistatud, eks? Eelkõige kujutage ette, et kaalute teatud osakest, mis asub kahe positsiooni – A ja B – superpositsioonis. Sel juhul peaks kvantmehaanika kõige naiivsem ja sõnasõnalisem lugemine ennustama, et meie universum peaks jagunema kaheks. "oksad": ühes on osake A-s ja sa näed seda A-s ja teises - osake on B-s ja vastavalt sellele näed seda B-s! Ja mida sa arvad: kas sa tõesti jaguned iga kord, kui midagi vaatad, enda mitmeks koopiaks? Mina isiklikult ei tunne midagi sellist!

Võite küsida, kuidas selline pöörane teooria võib füüsikutele kõige praktilisemal tasemel kasulik olla. Kuidas saab ta isegi ennustada, kui ta sisuliselt väidab, et kõik, mis juhtuda võib, ka tegelikult juhtub? No ma pole teile veel rääkinud, et mõõtmise hetkel toimuva kohta on eraldi reegel – väline reegel, niiöelda võrrandite endi külge "kinnitatud" lisaks. See reegel ütleb põhimõtteliselt, et teie vaade osakesele sunnib seda otsustama, kus see täpselt olla tahab, ja et osake teeb oma valiku tõenäosuslikult. Järgmisena ütleb reegel teile täpselt, kuidas neid tõenäosusi arvutada. Ja loomulikult on arvutus suurepäraselt ja veenvalt kinnitatud.

Kuid siin on probleem: universum elab oma elu, tegeledes oma asjadega, ja kuidas me teame, millal seda mõõtmisreeglit rakendada ja millal mitte? Ja üldiselt, mida peetakse "mõõtmiseks"? Raske on ette kujutada füüsikaseadusi, mis ütlevad: "Nii-ja-nii juhtub seni, kuni keegi vaatab, ja siis juhtub midagi täiesti teistsugust!" Eeldatakse, et loodusseadused on universaalsed. Nad peaksid kirjeldama inimesi samamoodi nagu supernoovad ja kvasarid: lihtsalt tohutute ja keerukate osakeste kogumina, mis interakteeruvad lihtsate reeglite järgi.

Seega oleks füüsika seisukohalt kõik palju lihtsam ja selgem, kui saaksime kogu sellest sekeldusest "mõõtmetega" lahti! Siis võiksime öelda, parafraseerides Demokritost tänapäeva viisil: pole midagi peale aatomite ja tühjuse, mis arenevad kvantsuperpositsioonis.

Aga oota, kui me oma nina mõõtmistesse ei topi ja miski ei sega kvantmehaanika ürgset ilu, siis kuidas saime "meie" (mida iganes see asesõna ka ei tähendaks) kunagi tõendeid selle kohta, et kvantmehaanika peegeldab täpselt tegelikkust? Miks me kõik üksmeelselt uskusime sellesse teooriasse, mis näib olevat meie olemasolu tõsiasi väga takistatud?
Täpselt selline näeb välja kaasaegne versioon Demokritose dilemmast, mille üle füüsikud ja filosoofid on vaielnud ligi sada aastat. Tunnistan ausalt: selles raamatus me seda ei lahenda.

Ja veel üks asi, mida ma selles raamatus tegema ei hakka: ma ei suru teile peale ühtegi oma lemmiktõlgendust kvantmehaanika kohta. Võite vabalt järgida tõlgendusi, mida teie südametunnistus käsib uskuda. (Mis seisukohti ma ise olen? Noh, ma nõustun iga tõlgendusega niivõrd, kuivõrd see väidab probleemi olemasolu, ja ei nõustu sellega, kuivõrd see väidetavalt on probleemi lahendanud!)

Näete, samamoodi nagu religioone saab jagada monoteistlikeks ja polüteistlikeks, saab kvantmehaanika tõlgendusi klassifitseerida selle järgi, kuidas nad lähenevad küsimusele "enese sidusasse superpositsiooni asetamine". Ühest küljest on meil tõlgendusi, mis selle küsimuse suure entusiastlikult vaiba alla pühkisid: Kopenhaageni tõlgendus ja selle lapselapsed, Bayesi ja epistemoloogilised tõlgendused. Need sisaldavad loomulikult nii kvantsüsteemi kui ka mõõteseadet, kuid nende vahel on alati piir. Muidugi võib joon erinevates katsetes nihkuda ja võtta erinevaid positsioone, kuid igas katses on see kindlasti olemas. Põhimõtteliselt võid sa isegi mõtteliselt asetada teised inimesed selle joone kvantpoolele, aga sina ise jääd alati klassikalisele poolele. Miks? Sest kvantseisund on vaid teie teadmiste esitus ja teie olete definitsiooni järgi klassikaline olend.

Aga mis siis, kui soovite rakendada kvantmehaanikat kogu universumis, sealhulgas iseendas? Epistemoloogilistes tõlgendustes vastatakse lihtsalt, et selliseid küsimusi pole kombeks esitada! Muide, see oli just Bohri lemmikfilosoofiline käik, tema tapjaargument: "Sellist küsimust ei tohi küsida!"

Teisel pool on meil tõlgendused, mis ikka üritavad mitmel viisil toime tulla enda superpositsiooni asetamise probleemiga: paljude maailmade tõlgendused, Bohmi mehaanika jne.

Meiesugustele kangekaelsetele probleemide lahendajatele võib see tunduda lihtsalt suurepärane argument sõnade üle – miks peaksime sellest hoolima? Ja ma olen valmis sellega nõustuma: kui see tõesti oleks sõnade üle vaidlus, siis poleks vahet ja me ei peaks selle pärast muretsema! Kuid nagu 1970. aastate lõpus rõhutati. David Deutsch, oleme võimelised välja töötama katseid, mis võimaldaksid eristada esimese ja teise tüübi tõlgendusi. Lihtsaim sedalaadi eksperiment oleks panna end koherentse superpositsiooni seisundisse ja vaadata, mis juhtub! Või kui see on liiga ohtlik, asetage keegi teine ​​koherentse superpositsiooni positsiooni. Idee seisneb selles, et kui inimesed satuksid regulaarselt superpositsiooni positsioonile, kaotaks küsimus "klassikalisi vaatlejaid" ülejäänud universumist eraldava joone tõmbamise kohta mõtte.

Aga noh, inimaju on vesine, käsnjas, lohakas asi ja me ei pruugi seda 500 miljonit aastat koherentses superpositsioonis hoida. Mis võib selle katse asendada? Noh, me võiksime panna arvuti superpositsiooni olekusse. Mida keerulisem on arvuti – mida rohkem ta meenutab aju ja meid endid, seda kaugemale saame liigutada just seda "joont" kvanti ja klassikalise vahel. Nagu näete, on sellest kvantarvutuse ideeni jäänud vaid üks pisike samm.

Sellest kõigest tahaksin teha üldisema õppetunni. Mis mõte on alustada vestlust filosoofiliste küsimuste üle? Fakt on see, et me hakkame tulevikus sellega üsna aktiivselt tegelema - mõnes mõttes tühja filosoofilise jutuga. Sellele on standardne vastus: filosoofia tegeleb nende sõnul intellektuaalse koristamisega, need on koristajad, kes tulevad füüsikutele järele ja püüavad asju korda teha, sorteerides maha nende mahajäetud prügi. Selle kontseptsiooni järgi istuvad filosoofid oma toolidel ja ootavad, et füüsikas või üldse teaduses ilmuks midagi huvitavat – näiteks kvantmehaanika või Belli ebavõrdsused või Gödeli teoreem; pärast seda tormavad nad (kui kasutada pöördmärgiga metafoori) nagu raisakotkad uudsuse poole ja teatavad: ah, seda see tegelikult tähendab.

Noh, esmapilgul tundub see kõik kuidagi igav. Aga kui sellise tööga ära harjud, siis mulle tundub, et avastad, et see on igatahes ... igav!

Mind isiklikult huvitab eelkõige tulemus - lahenduste otsimine mittetriviaalsetele, täpselt määratletud ja siiani lahendamata probleemidele. Mis roll on siin filosoofial? Tahaksin pakkuda filosoofiale huvitavamat ja kõrgemat rolli kui intellektuaalset korrapidaja rolli: filosoofia võib olla skaut. Ta võib olla teedrajav maadeavastaja, kes kaardistab intellektuaalse maastiku, mida füüsika hiljem asustab. Kõik loodusteaduste valdkonnad ei olnud filosoofia poolt eelnevalt läbi vaadatud, kuid mõned küll. Ja lähiajaloos tundub mulle, et kvantarvutus võib olla eeskujuks. Muidugi on tore inimestele öelda: "Ole vait ja arvesta," aga küsimus on selles, mida nad täpselt peaksid arvestama. Vähemalt kvantarvutuses (minu eriala) on see, mida meile loendada meeldib – kvantkanalite läbilaskevõime, veatõenäosused kvantalgoritmides – need on asjad, mida keegi ei mõtlekski lugeda, kui poleks filosoofiat.