Если движение, как было сказано в теме 1.5 – это способ существова-ния материи, то взаимодействие – это основная причина данного движе-жения, т.е. условие существования материи. Взаимодействие присуще всем материальным объектам независимо от их происхождения и системной орга-низации, и представляет собой активность и направленность действия од-ного элемента системы на другой. Необходимой стороной и результатом взаимодействия является связь – такое отношение между элементами, при котором изменение каких-либо конкретных свойств одного из них, вызывает изменение соответствующих свойств другого. Особенности различных взаимодействий и обусловленных ими связей определяют условия существования и специфику свойств материальных объектов в целом, поэтому известные к настоящему моменту времени (см. ниже) виды взаимодействий называют ещё фундаментальными взаимодействиями в природе, обеспечивающими целостность и устойчивость образующих её материальных систем.

Исторически первым предметом исследования ученых стало гравита-ционное взаимодействие. Оно проявляется во взаимном притяжении любых материальных объектов, имеющих массу, подчиняется принципу дальнодей-ствия (см. тему 1.3) и определяется законом всемирного тяготения Ньюто-на. Согласно данному закону гравитация отвечает за динамическую устойчи-вость планетных и звездных систем космоса. Ньютон это доказал строго математически, рассчитав ускорения двух противоположных по направлению своего действия сил – центростремительной, с которой Луна притягива-ется к Земле, и центробежной, с которой, благодаря своему «разгону» по околоземной орбите, она пытается «преодолеть» земную гравитацию. Расче-ты показали совпадение противоположных по направлению, но одинаковых по величине ускорений с высокой точностью (0,0027 м/с²). Сейчас эти выкла-дки Ньютона в виде задачи по небесной механике приводятся в школьном учебнике физики за 9 класс, но когда он их впервые изложил на заседании Лондонского королевского научного общества, этот день, 28 апреля 1686 го-да, в истории науки получил название «триумфа теории всемирного тяготе-ния». Получила объяснение загадка тысячелетий – миллионы лет тела менее тяжелые свободно падают, не чувствуя, благодаря своему движению по кру-говым орбитам, веса, в поле тяготения тел более массивных, как центров этого тяготения, обеспечивая стабильность существования основных материальных систем космоса – галактик. Но только более чем через сто лет после этого английский физик и химик Г. Кавендиш осуществил лабораторную, т.е. в земных условиях, демонстрацию и измерение силы гравитационного притяже-ния тел.

После обнаружения полевого вида материи было открыто сначала элек-тростатическое взаимодействие, проявляющееся во взаимном притяжении разноименных и во взаимном отталкивании одноименных постоянных элек-трических зарядов. Неподвижные электрические заряды создают именно такое, постоянное по напряженности электростатическое поле, но когда да-нные заряды движутся, возникают уже переменные по своей напряжен-ности два других поля – электрическое и магнитное. Их синхронное нало-жение друг на друга создает непрерывное, подчиняющееся другому принципу передачи энергии – принципу близкодействия (см. тему 1.3) – электрома-гнитное поле – переносчик одноименного взаимодействия. Благодаря ему во-зникают молекулы и происходят химические реакции. Электромагнитным взаимодействием определяются изменения агрегатного состояния вещества, величины сил трения, упругости, поверхностного натяжения и других, оно отвечает за прочность межмолекулярных связей, а, следовательно, ответст-венно за устойчивость структуры состоящего из молекул вещества (тел). Эле-ктромагнитное взаимодействие является основным в химии и биологии.

Развитие представлений о взаимодействии на этапе неклассического ес-тествознания было связано, прежде всего, с проникновением науки в глуби-ны атома (см. тему 1.4). Сначала выяснилось, что устойчивость его структу-ры обеспечивается тем же электромагнитным взаимодействием между поло-жительно заряженным ядром атома и его отрицательно заряженной элект-ронной оболочкой. Далее оказалось, что внутри атомных ядер проявляются два новых фундаментальных взаимодействия – сильное и слабое. Первое от-вечает за стабильность ядер атомов, обеспечивая связь протонов и нейтронов между собой, имеет радиус действия, ограниченный размерами атомного ядра (10^-15 м), и подчиняется принципу близкодействия (см. выше). В стаби-льном веществе, находящемся, например, в земных условиях, сильное взаимодействие себя не проявляет, оно просто обеспечивает высокую устойчивость ядер атомов. Но если происходит столкновение ядер или их частей – нуклонов (см. выше), обладающих высокой энергией, как это имеет место в недрах звезд за счет колоссальной температуры, происходит реакция термоядерного синтеза, сопровождающаяся выделением этими звездами огромной энергии, высвобождающейся в результате этого синтеза.

Слабое взаимодействие вызывает медленно протекающие естествен-ные процессы распада элементарных частиц, в результате которых одни химические элементы превращаются в другие. Одним из главных таких про-цессов является, к примеру, происходящее внутри атомного ядра превраще-ние нейтрона в протон (именно поэтому слабое взаимодействие было обна-ружено только после открытия явления естественной радиоактивности). Ра-диус его действия ещё меньше (10^-18 м) и оно также подчиняется принципу близкодействия.

Следует отдельно уточнить, что данные четыре фундаментальных вза-имодействия присутствуют в любых материальных системах, но в разных, от-граниченных друг от друга областях существования таких систем (уровнях организации материи) соотношение по силе этих взаимодействий тоже ра-зное. Так, за стабильность материальных систем космоса, как уже говорилось, отвечает доминирующее там гравитационное взаимодействие. В земных условиях всё определяется электромагнитным и, в меньшей степени, тем же гравитационным взаимодействиями. Устойчивость структуры атома, как тоже было только что сказано, обеспечивают целых три фундаментальных взаимодействия из четырех. Без сильного и слабого взаимодействий не были бы возможны ядерные реакции, идущие в недрах звезд. В силу этого соотношение по силе всех взаимодействий между собой корректно можно показать на примере только конкретной материальной системы, например, атома. Если взять за единицу силу наиболее мощного из них – сильного (внутриядерного) – то электромагнитное взаимодействие между ядром атома и его электронной оболочкой слабее уже в 100 раз (это объясняет, кстати, почему протоны ядра атома не разлетаются под воздействием электромагнитных сил отталкивания), слабое – в 10^-14 раз, а гравитационное – в 10^-38 раз.

Установленный факт ответственности конкретного числа взаимодейст-вий, как сил, определяющих устойчивость и стабильность всех природных объектов, потребовал уточнения уже имевшихся научных представлений об их сущности. Так, для исчерпывающего доказательства единства двух видов материи – вещества и поля (см. тему 1.4) – необходимо было произвести ква-нтование сильного, слабого и гравитационного фундаментальных взаимодействий, т.е. найти кванты, которые, подобно тому, как фотон переносит электромагнитное взаимодействие, являются их частицами-переносчиками. Тогда, в полном соответствии с научным методом (см. тему 1.2), гипотеза корпускулярно-волнового дуализма, как прошедшая верификацию более поз-дними эмпирическими фактами, приобретала бы статус закона (принципа, начала) природы (там же).

Данная задача решалась уже на современном, четвертом этапе исто-рии естествознания. Было установлено, что переносчиками сильного взаимо-действия, связывающего кварки в адроны (см. тему 1.4), являются его кван-ты – глюоны (от англ. glue – клей). Существует 8 разновидностей глюонов, реализующих данное фундаментальное взаимодействие не только между ква-рками, но также между протонами, нейтронами и нуклонами (см. выше). Подобно кваркам, глюоны не существуют в свободном состоянии (см. тему 1.4), поэтому их существование тоже доказано только косвенно (там же). Уточняя, как только что было показано, представления о материи (см. тему 1.4), добавим к сказанному там, что глюоны «рождаются» физическим вакуумом вместе с парой «кварк + антикварк», и когда при её аннигиляции нарушается симметрия (там же), «уцелевшие» кварки (или антикварки?) глюоны прев-ращают в адроны (см. выше), или, опять же, в антиадроны (?).

С одной стороны более причудливо, а с другой – более успешно в этот же период времени сложились представления о квантовой природе другого фундаментального взаимодействия – слабого. Сначала в 60-х годах появи-лась теория, объединяющая два известных взаимодействия – уже доказав-шее эту свою природу электромагнитное и ещё не проквантованное слабое – в одно новое, а именно, в электрослабое. Данная теория практически одновременно была создана двумя независимо работавшими физиками – американцем С. Вайнбергом и пакистанцем А. Саламом. Согласно ей, слабое взаимодействие переносится тремя видами своих квантов, получивших наз-вание бозонов (в честь индийского физика Ш. Бозе). Радиус его действия чрезвычайно мал – если сильное взаимодействие происходит, как было сказанно выше, в пределах ядра атома (10^-15 м), то слабое взаимодействие простирается на расстояние порядка 10^-17 – 10^-24 м. На основании этого факта из теории Вайнберга – Салама следовало, что переносчики такого взаимодейс-твия – бозоны (см. выше) – должны иметь массу, и когда данное предполо-жение в 1983 году было экспериментально проверено на известном Большом адронном коллайдере, физики обнаружили все три бозона, обладающие имен-но теми свойствами, которые ранее приписывала им теория. Однако такой триумф теории электрослабого взаимодействия (С. Вайнберг, А. Салам, Ш. Глэшоу, Нобелевская премия 1979 г.) в который уже раз, в соответствии с су-щностью научного метода (см. тему 1.2), инициировал противоречие между новой и старой теориями в интерпретации одного и того же факта.

Эта «старая», т.е. более ранняя по отношению к теории электрослабого взаимодействия, интерпретация, в лице так называемой Стандартной моде-ли физики частиц утверждала, что все частицы – переносчики фундамента-льных взаимодействий в природе – должны быть безмассовыми, т.е. не иметь массы покоя. И два из четырех этих квантов – фотон (переносчик эле-ктромагнитного взаимодействия) и глюон (переносчик сильного взаимодейс-твия) – согласно многочисленным экспериментальным данным, действитель-но имеют нулевую массу, чего нельзя сказать о квантах слабого взаимодей-ствия – бозонах (см. выше).

«Спасение» ситуации происходило по сценарию, схожему с разреше-нием «ультрафиолетовой катастрофы» (см. тему 1.4). Подобно Планку (там же) английский физик П. Хиггс и его бельгийский коллега Ф. Энглер предпо-ложили существование особого вида имеющих массу элементарных частиц, с которыми безмассовые фотоны и бозоны взаимодействуют, а, точнее говоря, сливаются по-разному, и в зависимости от условий этого слияния они, оста-ваясь квантами общего – электрослабого – взаимодействия, реализуют раз-ные его частные случаи – электромагнитное взаимодействие, переносимое оставшимися после этого слияния безмассовыми фотонами, или слабое взаимодействие, реализуемое ставшими после такого же слияния тремя видами имеющих массу бозонов. Таким образом, предложенная Хиггсом и Энглером гипотеза, инкорпорировала (включала) «старую» Стандартную модель (см. выше) в новую теорию электрослабого взаимодействия, т.е. демонстрировала очередное подтверждение правоты принципа соответствия – второй тенденции развития естествознания (см. тему 1.3).

Продолжая аналогию с судьбой квантовой гипотезы, частицу, предска-занную именно Хиггсом и получившую в его честь название «бозона Хигг-са», искали более полувека – гипотеза, обосновывающая её существование, была выдвинута в 1964 году, а экспериментально бозон Хиггса был «пойман» на том же Большом адронном коллайдере только летом 2012 года. Поэтому свою заслуженную награду весьма пожилые теоретики (Питеру Хиггсу было 84 года, а Франсуа Энглеру – 81) получили лишь недавно (Нобелевская пре-мия 2013 года). То ли потому, что бозон Хиггса столь долго искали, то ли потому, что некоторые физики считают его последним недостающим «кирпи-чиком» в Стандартной модели, бозон Хиггса в научно-популярной литерату-ре получил название «частицы Бога». Сам Питер Хиггс – атеист, но не лю-бит, когда его частицу называют божественной – это, по его мнению, оскор-бляет чувства верующих. Существует легенда, что сам он, может быть как раз в силу трудности экспериментального подтверждения существования бо-зона Хиггса, склонен называть его, наоборот, «чертовой частицей».

Остается добавить, что квант последнего фундаментального взаимоде-йствия – гравитационного – не только до сих пор не найден, но даже теория квантовой гравитации на настоящий момент времени не создана. Известно лишь, что в соответствии с вышеупомянутой Стандартной моделью физики частиц, он должен быть безмассовым, и иметь название «гравитон». В силу данного обстоятельства гипотеза вещественно-полевого единства материи (см. выше) не может считаться прошедшей верификацию (см. тему 1.2). Тру-дность будущего решения данной задачи колоссально увеличивается в силу того нового (буквально последних десятилетий) обстоятельства, что упоминавшаяся в теме 1.4 «темная энергия» из-за вызываемого ею ускоряющегося расширения Вселенной (там же) по своей природе должна быть энергией отрицательной гравитации, т.е. силы отталкивания, а не притяжения. Следствие такого факта – это ни больше, ни меньше, как необходимость пересмо-тра теории всемирного тяготения Ньютона! Поэтому развитие представлений о взаимодействии, равно как и о двух других, тесно связанных с этой на-учной категорией понятиях – материи и энергии (см. соответственно темы 1.4 и 1.5) – как это, согласно научному методу (см. тему 1.2), и должно быть, завершенным считаться не может, и, похоже, не сможет в течение довольно долгого периода времени в будущем – уж очень сложны задачи, например, разработки теории квантовой гравитации или объяснения природы «темной энергии» (см. выше). На сегодняшний же день данная связь, точнее диалектическое единство всех этих трех главных научных терминов естествознания, иллюстрируется таблицей 1.3, представляющей собою общий «скелет» посвященных им трех последних тем первого модуля курса лекций по дисци-плине «Концепции современного естествознания».

Вопросы для самоконтроля

К теме 1.1

1. Цели духовной и материальной культур, их соотношение. Объекты изучения естест-веннонаучной и гуманитарной культур.

2. Различия естественнонаучной и гуманитарной культур по объекту и субъекту иссле-дования, их взаимоотношению, характеру объекта исследования и функции его иссле-дования.

3. Понятия и ценности как инструменты объяснения и толкования истины в естествен-нонаучной и гуманитарной культуре соответственно.

4. Сущность гипотетико-дедуктивного и ценностно-дедуктивного методов исследова-ния. Понятие методологии познания.

5. Сравнение естественнонаучной и гуманитарной культур по антропоцентричности, влиянию идеологии и областям использования своего продукта (знания).

6. Классификация наук по дисциплинарному признаку. Состав и назначение естествен-ных, общественных и технических наук.

7. Функции науки, их сущность и распределение между видами наук.

8. Функции естественных и общественных наук. Междисциплинарные науки.

9. Причины и сущность отчуждения (конфронтации) естественнонаучной и гуманитар-ной культур.

10. Следствия отчуждения двух культур. Последовательность гуманизации науки как пу-ти решения проблемы двух культур.

К теме 1.2

1.  Определение научного метода. Содержание и результаты его эмпирического этапа.

2. Содержание и результаты теоретического этапа научного метода. Понятие идеализи-рованного объекта.

3. Семь приемов (названия, разновидности и смысл каждого) исследования эмпиричес-кого этапа научного метода.

4. Последовательность реализации эмпирического этапа научного метода. Два ограни-чения, присущие индукционистскому знанию.

5. Семь приемов (названия, разновидности и смысл каждого) исследования теоретичес-кого этапа научного метода.

6. Последовательность реализации теоретического этапа научного метода. Определение теории и два её качества как наиболее совершенной формы научного знания.

7. Анализ, синтез и эксперимент как общенаучные способы исследования.

К теме 1.3

1. Принцип периодизации истории естествознания. Временные рамки и содержание до-научного этапа его развития (неолита).

2. Этапы (только названия с синонимами) истории естествознания. Понятия естествен-нонаучной картины мира и её парадигмы.

Таблица 1.3