ТЕМА-4
1 . Определите понятия: мегамир, макромир, микромир, наномир. Связаны ли они? Определите понятия: мегамир, макромир, микромир, наномир. Связаны ли они? Мегамир – это планеты, звездные комплексы, галактики, мегагалактики – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние, в котором измеряется Светловыми годами, а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет.

Макромир - мир устойчивых форм и соразмерных человеку величин, а также кристаллические комплексы молекул, организмы, сообщества организмов; мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время – в секундах,минутах, часах, годах.

Микромир - это молекулы, атомы, элементарные частицы – мир предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых микрообъектов, пространсвенная размерность которых исчесляется от 10-8 до 10-16см, а время жизни – от бесконечности до 10 – 24 с.

Наномиир - это часть реального, привычного нам мира, только часть эта настолько малых размеров, что увидеть ее с помощью обычного человеческого зрения совершенно невозможно.

Они тесно связаны между собой.

^ 2. Дайте определение вакуума.

Ва́куум (от лат. vacuum - пустота) - среда, содержащая газ при давлениях значительно ниже атмосферного. Вакуум характеризуется соотношением между длиной свободного пробега молекул газа λ и характерным размером процесса d. Также вакуумом называют состояние газа, для которого средняя длина пробега его молекул сравнима с размерами сосуда или больше этих размеров.

3. Что такое наномир? Что такое нанотехнология? Чем отличается наномир от нанотехнологий?

Нанотехнология – междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путем контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.

ННаномиир - это часть реального, привычного нам мира, только часть эта настолько малых размеров, что увидеть ее с помощью обычного человеческого зрения совершенно невозможно.

Нанотехнология относится именно к микромиру, хотя нанометры это 10 в -9 степени метра. А наномир – это микро-микромир. Структура наномира – это структура радиоэфира Фарадея-Максвелла.ЕЕ элементы имеют размер 10 в – 35 степени метра, т.е на 25 порядков мельче атома водорода.

4. Где используется вакуум?

4 . Экспериментальные исследования испарения и конденсации, поверхностных явлений, некоторых тепловых процессов, низких температур, ядерных и термоядерных реакций осуществляются в вакуумных установках. Основной инструмент современной ядерной физики - ускоритель заряженных частиц - немыслим без вакуума. Вакуумные системы применяются в химии для изучения свойств чистых веществ, изучения состава и разделения компонентов смесей, скоростей химических реакций.Техническое применение вакуума непрерывно расширяется, но с конца прошлого века и до сих пор наиболее важным его применением остается электронная техника. В электровакуумных приборах вакуум является конструктивным элементом и обязательным условием их функционирования в течение всего срока службы. Низкий и средний вакуум используется в осветительных приборах и газоразрядных устройствах. Высокий вакуум - в приемно-усилительных и генераторных лампах. Наиболее высокие требования к вакууму предъявляются при производстве электронно-лучевых трубок и сверхвысокочастотных приборов. Для работы полупроводникового прибора вакуум не требуется, но в процессе его изготовления широко используется вакуумная технология. Особенно широко вакуумная техника применяется в производстве микросхем, где процессы нанесения тонких пленок, ионного травления, электронолитографии обеспечивают получение элементов электронных схем субмикронных размеров.В металлургии плавка и переплав металлов в вакууме освобождает их от растворенных газов, благодаря чему они приобретают высокую механическую прочность, пластичность и вязкость. Плавкой в вакууме получают безуглеродистые сорта железа для электродвигателей, высокоэлектропроводную медь, магний, кальций, тантал, платину, титан, цирконий, бериллий, редкие металлы и их сплавы. В производстве высококачественных сталей широко применяется вакуумирование. Спекание в вакууме порошков тугоплавких металлов, таких, как вольфрам и молибден, является одним из основных технологических процессов порошковой металлургии. Сверхчистые вещества, полупроводники, диэлектрики изготавливаются в вакуумных кристаллизационных установках. Сплавы с любым соотношением компонентов могут быть получены методами вакуумной молекулярной эпитаксии. Искусственные кристаллы алмаза, рубина, сапфира получают в вакуумных установках. Диффузионная сварка в вакууме позволяет получать не­разъемные герметичные соединения материалов с сильно разли чающимися температурами плавления. Таким способом соединяют керамику с металлом, сталь с алюминием и т. д. Высококачественное соединение материалов с однородными свойствами обеспечивает электронно-лучевая сварка в вакууме. В машиностроении вакуум применяется при исследованиях процессов схватывания материалов и сухого трения, для нанесения упрочняющих покрытий на режущий инструмент и износостойких покрытий на детали машин, захвата и транспортирования деталей в автоматах и автоматических линиях.Химическая промышленность применяет вакуумные сушильные аппараты при выпуске синтетических волокон, полиамидов, аминопластов, полиэтилена, органических растворителей. Вакуум-фильтры используются при производстве целлюлозы, бумаги, смазочных масел. В производстве красителей и удобрений применяются кристаллизационные вакуумные аппараты.В электротехнической промышленности вакуумная пропитка как самый экономичный метод широко распространена в производстве трансформаторов, электродвигателей, конденсаторов и кабелей. Повышаются срок службы и надежность при работе в вакууме переключающих электрических аппаратов.Оптическая промышленность при производстве оптических и бытовых зеркал перешла с химического серебрения на вакуумное алюминирование. Просветленная оптика, защитные слои и интерференционные фильтры получают напылением тонких слоев в вакууме.В пищевой промышленности для длительного хранения и кон­сервирования пищевых продуктов используют вакуумную сушку вымораживанием. Расфасовка скоропортящихся продуктов, осуществляемая в вакууме, удлиняет сроки хранения фруктов и овощей. Вакуумное выпаривание применяется при производстве сахара, опреснении морской воды, солеварении. В сельском хозяйстве широко распространены вакуумные доильные аппараты. В быту пылесос стал нашим незаменимым помощником.На транспорте вакуум используется для подачи топлива в карбюраторах, в вакуумных усилителях тормозных систем автомобилей. Имитация космического пространства в условиях земной атмосферы необходима для испытания искусственных спутников и ракет.В медицине вакуум применяется для сохранения гормонов, лечебных сывороток, витаминов, при получении антибиотиков, анатомических и бактериологических препаратов

^ 5. Определите и поясните понятие: ТЕХНОЛОГИЯ.

Технология - комплекс организационных мер, операций и приемов, направленных на изготовление, обслуживание, ремонт и/или эксплуатацию изделия с номинальным качеством и оптимальными затратами.При этом:- под термином изделие следует понимать любой конечный продукт труда (материальный, интеллектуальный, моральный, политический и т. п.);- под термином номинальное качество следует понимать качество прогнозируемое или заранее заданное, например, оговоренное техническим заданием и согласованное техническим предложением;- под термином оптимальные затраты следует понимать минимально возможные затраты не влекущие за собой ухудшение условий труда, санитарных и экологических норм, норм технической и пожарной безопасности, сверхнормативный износ орудий труда, а также финансовых, экономических, политических и пр. рисков.

6. Дайте определение физического вакуума.

Под физическим вакуумом в квантовой физике понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. При этом такое состояние вовсе не обязательно соответствует пустоте: поле в низшем состоянии может быть, например, полем квазичастиц в твёрдом теле или даже в ядре атома, где плотность чрезвычайно высока. Физическим вакуумом называют также полностью лишённое вещества пространство, заполненное полем в таком состоянии. Такое состояние не является абсолютной пустотой . Квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости , в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы : происходят так называемые нулевые колебания полей. В некоторых конкретных теориях поля вакуум может обладать нетривиальными топологическими свойствами. В теории могут существовать несколько различных вакуумов, различающихся плотностью энергии или другими физическими параметрами (в зависимости от применяемых гипотез и теорий). Вырождение вакуума при спонтанном нарушении симметрии приводит к существованию непрерывного спектра вакуумных состояний, отличающихся друг от друга числом голдстоуновских бозонов . Локальные минимумы энергии при разных значениях какого-либо поля, отличающиеся по энергии от глобального минимума, носят название ложных вакуумов ; такие состояния метастабильны и стремятся распасться с выделением энергии, перейдя в истинный вакуум или в один из нижележащих ложных вакуумов.Некоторые из этих предсказаний теории поля уже были успешно подтверждены экспериментом. Так, эффект Казимира и лэмбовский сдвиг атомных уровней объясняется нулевыми колебаниями электромагнитного поля в физическом вакууме. На некоторых других представлениях о вакууме базируются современные физические теории. Например, существование нескольких вакуумных состояний (упомянутых выше ложных вакуумов ) является одной из главных основ инфляционной теории Большого взрыва .

7. Фуллере́н, бакибо́л или букибо́л - молекулярное соединение, принадлежащее классу аллотропных форм углерода (другие - алмаз, карбин и графит) и представляющее собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода.

Фуллери́т (англ. fullerite) - это молекулярный кристалл, в узлах решётки которого находятся молекулы фуллерена.

Кристаллы фуллерита C60

Крупнокристаллический порошок фуллерита C60 в растровом электронном микроскопе

При нормальных условиях (300 К) молекулы фуллерена образуют гранецентрированную кубическую (ГЦК) кристаллическую решётку. Период такой решётки составляет а = 1,417 нм, средний диаметр молекулы фуллерена С60 составляет 0,708 нм, расстояние между соседними молекулами С60 равно 1,002 нм.[источник не указан 258 дней] Плотность фуллерита составляет 1,7 г/см3, что значительно меньше плотности графита (2,3 г/см3), и, тем более, алмаза (3,5 г/см3). Это связано с тем, что молекулы фуллерена, расположенные в узлах решётки фуллерита, полые.

Логично предположить, что вещество, состоящее из столь удивительных молекул, будет обладать необычными свойствами. Кристалл фуллерита имеет плотность 1,7 г/см3, что значительно меньше плотности графита (2,3 г/см3) и тем более алмаза (3,5 г/см3). Да это и понятно - ведь молекулы фуллеренов полые.

Фуллерит не отличается высокой химической активностью . Молекула C60 сохраняет стабильность в инертной атмосфере аргона вплоть до температур порядка 1200 К. Однако в присутствии кислорода уже при 500 К наблюдается значительное окисление с образованием CO и CO2 . Процесс, продолжающийся несколько часов, приводит к разрушению ГЦК-решетки фуллерита и образованию неупорядоченной структуры, в которой на исходную молекулу C60 приходится 12 атомов кислорода. При этом фуллерены полностью теряют свою форму. При комнатной температуре окисление происходит только при облучении фотонами с энергией 0,5 - 5 эВ. Вспомнив, что энергия фотонов видимого света находится в диапазоне 1,5 - 4 эВ, приходим к выводу: чистый фуллерит необходимо хранить в темноте.

Практический интерес к фуллеренам лежит в разных областях. С точки зрения электронных свойств, фуллерены и их производные в конденсированной фазе можно рассматривать как полупроводники n-типа (с шириной запрещенной зоны порядка 1,5 эВ в случае C60). Они хорошо поглощают излучение в УФ и видимой области. При этом сферическая сопряженная -система фуллеренов обуславливает их высокие электроноакцепторные способности (сродство к электрону C60 составляет 2,7 эВ, во многих высших фуллеренах оно превышает 3 эВ и может быть еще выше в некоторых производных). Все это обуславливает интерес к фуллеренам с точки зрения их применения в фотовольтаике, активно ведется синтез донорно-акцепторных систем на основе фуллеренов для применения в солнечных батареях (известны примеры с КПД 5,5%), фотосенсорах и других устройствах молекулярной электроники. Также широко исследуются, в частности, биомедицинские применения фуллеренов в качестве противомикробных и противовирусных средств, агентов для фотодинамической терапии и т.д.

8. Ва́куум (от лат. vacuum - пустота) - пространство, свободное от вещества. В технике и прикладной физике под вакуумом понимают среду, содержащую газ при давлениях значительно ниже атмосферного. На практике сильно разреженный газ называют техническим вакуумом. В макроскопических объёмах идеальный вакуум недостижим на практике, поскольку при конечной температуре все материалы обладают ненулевой плотностью насыщенных паров. Кроме того, многие материалы (в том числе толстые металлические, стеклянные и иные стенки сосудов) пропускают газы. В микроскопических объёмах, однако, достижение идеального вакуума в принципе возможно.

9. Алмаз. Алма́з (от араб. ألماس‎‎, ’almās,которое идёт через арабск. из др.-греч. ἀδάμας - «несокрушимый») - минерал, кубическая аллотропная форма углерода. При нормальных условиях метастабилен т.е. может существовать неограниченно долго. В вакууме или в инертном газе при повышенных температурах постепенно переходит в графит

Решетка алмаза очень прочная: атомы углерода находятся в ней по узлам двух кубических решеток с центрированными гранями, очень плотно вставленных одна в другую.

Графит по составу тот же углерод, но структура кристаллической решетки у него не такая, как у алмаза. В графите атомы углерода расположены слоями, внутри которых соединение атомов углерода похоже на пчелиные соты. Эти слои связаны между собой гораздо слабее, чем атомы углерода в каждом слое. Поэтому графит легко расслаивается на чешуйки, и им можно писать. Применяется он для изготовления карандашей, а также в качестве сухой смазки, пригодной для деталей машин, работающих при высокой температуре.

Общеизвестно, что самый твердый в мире материал - алмаз. До настоящего времени так и было, но теперь ученые утверждают, что есть в природе вещество, более твердое, чем алмаз. Редкий минерал формируется во время извержений вулканов.

Редко встречающееся в природе соединение под названием лонсдейлит так же, как и алмаз, состоит из атомов углерода, будучи при этом на 58% более твердым минералом, чем алмаз.

Материал под названием вюрцит азотистого бора оказался тверже обычного алмаза на 18%, а лонсдейлита или гексагонального алмаза - на 58%.

Редкий минерал лонсдейлит формируется при падении на землю метеорита с содержанием графита, а вюрцит азотистого бора рождается во время извержений вулканов.

Если предположения ученых подтвердятся, то самым полезным материалом из трех может оказаться именно он, поскольку при высоких температурах вюрцит азотистого бора остается более прочным. Материал можно будет использовать в режущих и сверлящих инструментах при высоких температурах.

Парадоксально, но факт: своей твердостью вюрцит азотистого бора обязан гибкости атомарных связей. При оказании давления на структуры материала некоторые атомарные связи перестраиваются на 90% для ослабления давления на материал.

Абсолютно новый тип алмазов получился благодаря раскрытию условий образования метеоритных алмазов

Микромир – это молекулы, атомы, элементарные частицы - мир предельно малых, непосредственно не наблю­даемых микрообъектов, пространственная разномерность которых исчисляется от 10 -8 до 10 -16 см, а время жизни - от бесконечно­сти до 10 -24 с.

Макромир - мир устойчивых форм и соразмерных человеку величин, а также кристаллические комплексы молекул, организмы, сообщества организмов; мир макрообъектов, размерность которых соот­носима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время - в секундах, минутах, часах, годах.

Мегамир - это планеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики – мир огромных космических масштабов и скоро­стей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов - миллионами и мил­лиардами лет.

И хотя на этих уровнях действуют свои специфические зако­номерности, микро-, макро - и мегамиры теснейшим образом взаи­мосвязаны.

На микроскопическом уровне физика сегодня занимается изучением процессов, разыгрывающихся на длинах порядка 10 в минус восемнадцатой степени см., за время - порядка 10 в минус двадцать второй степени с. В мегамире ученые с помощью приборов фиксируют объекты, удаленные от нас на расстоянии около 9-12 млрд. световых лет.

Микромир. Демокритомв античностибыла выдвинутаАтомистическая гипотеза строения материи, позже, вXVIII в. была возрождена химиком Дж. Дальтоном, который принял атомный вес водорода за еди­ницу и сопоставил с ним атомные веса других газов. Благодаря трудам Дж. Дальтона стали изучаться физико-химические свой­ства атома. В XIX в. Д. И. Менделеев построил систему хими­ческих элементов, основанную на их атомном весе.

В физику представления об атомах как о последних неделимых структурных элементах материи пришли из химии. Собственно физические исследования атома начинаются в конце XIX в., когда французским физиком А. А. Беккерелем было открыто явление радиоактивности, которое заключалось в самопроизвольном превращении атомов одних элементов в атомы других элемен­тов.

История исследования строения атома началась в 1895 г. благодаря открытию Дж. Томсоном электрона - отрица­тельно заряженной частицы, входящей в состав всех атомов. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, а атом в целом электрически нейтрален, то было сделано предположение о наличии помимо электрона и положительно заряженной частицы. Масса электрона составила по расчетам 1/1836 массы положительно заряженной частицы.

Существовало несколько моделей строения атома.

В 1902 г. английский физик У. Томсон (лорд Кельвин) предложил первую модель атома - положительный заряд распределен в достаточно большой области, а электроны вкраплены в него, как «изюм в пудинг».

В 1911 г. Э. Резерфорд предложил модель атома, которая на­поминала солнечную систему: в центре находится атомное яд­ро, а вокруг него по своим орбитам движутся электроны.

Ядро имеет положительный заряд, а электроны - отрица­тельный. Вместо сил тяготения, действующих в Солнечной системе, в атоме действуют электрические силы. Электриче­ский заряд ядра атома, численно равный порядковому номеру в периодической системе Менделеева, уравновешивается суммой зарядов электронов - атом электрически нейтрален.

Обе эти модели оказались противоречивы.

В 1913 г. великий датский физик Н. Бор применил принцип квантования при решении вопроса о строении атома и характе­ристике атомных спектров.

Модель атома Н. Бора базировалась на планетарной модели Э. Резерфорда и на разработанной им самим квантовой теории строения атома. Н. Бор выдвинул гипотезу строения атома, ос­нованную на двух постулатах, совершенно несовместимых с классической физикой:

1) в каждом атоме существует несколькостационарных со­стояний (говоря языком планетарной модели, несколько ста­ционарных орбит) электронов, двигаясь по которым электрон может существовать,не излучая;

2) припереходе электрона из одного стационарного состоя­ния в другое атомизлучает или поглощает порцию энергии.

В конечном итоге точно описать структуру атома на основа­нии представления об орбитах точечных электронов принципи­ально невозможно, поскольку таких орбит в действительности не существует.

Теория Н. Бора представляет собой как бы пограничную полосу первого этапа развития современной физики. Это по­следнее усилие описать структуру атома на основе классиче­ской физики, дополняя ее лишь небольшим числом новых предположений.

Создавалось впечатление, что постулаты Н. Бора отражают какие-то новые, неизвестные свойства материи, но лишь час­тично. Ответы на эти вопросы были получены в результате раз­вития квантовой механики. Выяснилось, что атомную модель Н. Бора не следует понимать буквально, как это было вначале. Процессы в атоме в принципе нельзя наглядно представить в виде механических моделей по аналогии с событиями в макро­мире. Даже понятия пространства и времени в существующей в макромире форме оказались неподходящими для описания микрофизических явлений. Атом физиков-теоретиков все больше и больше становился абстрактно-ненаблюдаемой суммой уравнений.

Макромир . В истории изучения природы можно выделить два этапа: донаучный и научный

Донаучный, илинатурфилософский, охватывает период от античности до становления экспериментального естествозна­ния в XVI-XVII вв. Наблюдаемые природные явления объяснялись на основе умозрительных философских принципов.

Наиболее значимой для последующего развития естествен­ных наук была концепция дискретного строения материи атомизм, согласно которому все тела состоят из атомов - мельчайших в мире частиц.

Со становления классической механики начинается научный этап изучения природы.

Поскольку современные научные представления о струк­турных уровнях организации материи были выработаны в ходе критического переосмысления представлений классической науки, применимых только к объектам макроуровня, то начи­нать нужно с концепций классической физики.

Формирование научных взглядов на строение материи от­носится к XVI в., когда Г. Галилеем была заложена основа пер­вой в истории науки физической картины мира - механиче­ской. Он не просто обосновал гелиоцентрическую систему Н. Коперника и открыл закон инерции, а разработал методо­логию нового способа описания природы - научно-теоре­тического. Суть его заключалась в том, что выделялись только некоторые физические и геометрические характеристики, кото­рые становились предметом научного исследования. Галилей писал: «Никогда я не стану от внешних тел требовать чего-либо иного, чем величина, фигура, количество и более или менее быстрого движения для того, чтобы объяснить возникновение вкуса, запаха и звука » 1 .

И. Ньютон, опираясь на труды Галилея, разработал строгую научную теорию механики, описывающую и движение небес­ных тел, и движение земных объектов одними и теми же законами. Природа рассматривалась как сложная механическая система.

В рамках механической картины мира, разработанной И. Нью­тоном и его последователями, сложилась дискретная (корпус­кулярная) модель реальности. Материя рассматривалась как вещественная субстанция, состоящая из отдельных частиц - атомов или корпускул. Атомы абсолютно прочны, неделимы, непроницаемы, характеризуются наличием массы и веса.

Существенной характеристикой ньютоновского мира было трехмерное пространство евклидовой геометрии, которое абсо­лютно постоянно и всегда пребывает в покое. Время представ­лялось как величина, не зависящая ни от пространства, ни от материи.

Движение рассматривалось как перемещение в пространст­ве по непрерывным траекториям в соответствии с законами механики.

Итогом ньютоновской картины мира явился образ Вселен­ной как гигантского и полностью детерминированного меха­низма, где события и процессы являют собой цепь взаимозави­симых причин и следствий.

Механистический подход к описанию природы оказался не­обычайно плодотворным. Вслед за ньютоновской механикой были созданы гидродинамика, теория упругости, механическая теория тепла, молекулярно-кинетическая теория и целый ряд других, в русле которых физика достигла огромных успехов. Однако были две области - оптических и электромагнитных явлений, которые не могли быть полностью объяснены в рам­ках механистической картины мира.

Наряду с механической корпускулярной теорией, осуществ­лялись попытки объяснить оптические явления принципиально иным путем, а именно - на основе волновой теории, сформу­лированной X. Гюйгенсом. Волновая теория устанавливала ана­логию между распространением света и движением волн на по­верхности воды или звуковых волн в воздухе. В ней предпола­галось наличие упругой среды, заполняющей все пространство, - светоносного эфира. Исхо­дя из волновой теории X. Гюйгенс успешно объяснил отраже­ние и преломление света.

Другой областью физики, где механические модели оказа­лись неадекватными, была область электромагнитных явлений. Эксперименты английского естествоиспытателя М. Фарадея и теоретические работы английского физика Дж. К. Максвелла окончательно разрушили представления ньютоновской физики о дискретном веществе как единственном виде материи и по­ложили начало электромагнитной картине мира.

Явление электромагнетизма открыл датский естествоиспы­татель X. К. Эрстед, который впервые заметил магнитное дей­ствие электрических токов. Продолжая исследования в этом направлении, М. Фарадей обнаружил, что временное измене­ние в магнитных полях создает электрический ток.

М. Фарадей пришел к выводу, что учение об электричестве и оптика взаимосвязаны и образуют единую область. Его рабо­ты стали исходным пунктом исследований Дж. К. Максвелла, заслуга которого состоит в математической разработке идей М. Фарадея о магнетизме и электричестве. Максвелл «перевел» модель силовых линий Фарадея в математическую формулу. Понятие «поле сил» первоначально складывалось как вспомогательное математическое понятие. Дж. К. Максвелл придал ему физиче­ский смысл и стал рассматривать поле как самостоятельную физическую реальность: «Электромагнитное поле - это та часть пространства, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом или магнитном состоянии » 2 .

Исхо­дя из своих исследований, Максвелл смог заключить, что световые волны представляют собой электромагнитные волны. Единая сущ­ность света и электричества, которую М. Фарадей предположил в 1845 г., а Дж. К. Максвелл теоретически обосновал в 1862 г., была экспериментально подтверждена немецким физиком Г. Герцем в 1888 г.

После экспериментов Г. Герца в физике окончательно ут­вердилось понятие поля не в качестве вспомогательной матема­тической конструкции, а как объективно существующей физи­ческой реальности. Был открыт качественно новый, своеобразный вид материи.

Итак, к концу XIX в. физика пришла к выводу, что материя существует в двух видах: дискретного вещества и непрерывного поля.

В результате же последующих революционных открытий в физике в конце прошлого и начале нынешнего столетий оказа­лись разрушенными представления классической физики о ве­ществе и поле как двух качественно своеобразных видах материи.

Мегамир . Мегамир или космос, современная наука рассматривает как взаимодействующую и развивающуюся систему всех небесных тел.

Все существующие галактики входят в систему самого высо­кого порядка -Метагалактику. Размеры Метагалактики очень велики: радиус космологического горизонта составляет 15- 20 млрд. световых лет.

Понятия «Вселенная» и «Метагалактика» - очень близкие понятия: они характеризуют один и тот же объект, но в разных аспектах. Понятие«Вселенная» обозначает весь существующий материальный мир; понятие «Метагалактика» - тот же мир, но с точки зрения его структуры - как упорядоченную систему га­лактик.

Строение и эволюция Вселенной изучаютсякосмологией. Космология как раздел естествознания, находится на своеоб­разном стыке науки, религии и философии. В основе космо­логических моделей Вселенной лежат определенные мировоз­зренческие предпосылки, а сами эти модели имеют большое мировоззренческое значение.

В классической науке существовала так называемая теория стационарного состояния Вселенной, согласно которой Вселенная всегда была почти та­кой же, как сейчас. Астрономия была статичной: изучались движения планет и комет, описывались звезды, создавались их классификации, что было, конечно, очень важно. Но вопрос об эволюции Вселенной не ставился.

Современные космологические модели Вселенной основы­ваются на общей теории относительности А. Эйнштейна, со­гласно которой метрика пространства и времени определяется распределением гравитационных масс во Вселенной. Ее свой­ства как целого обусловлены средней плотностью материи и другими конкретно-физическими факторами.

Уравнение тяготения Эйнштейна имеет не одно, а множество решений, чем и обусловлено наличие многих космологических моделей Вселенной. Первая модель была разработана самим А. Эйнштейном в 1917 г. Он отбросил постулаты ньютоновской космологии об абсолютности и бесконечности пространства и времени. В соответствии с космологической моделью Вселен­ной А. Эйнштейна мировое пространство однородно и изо­тропно, материя в среднем распределена в ней равномерно, гравитационное притяжение масс компенсируется универсаль­ным космологическим отталкиванием.

Время существования Вселенной бесконечно, т.ё. не имеет ни начала, ни конца, а пространство безгранично, но конечно.

Вселенная в космологической модели А. Эйнштейна стационарна, бесконечна во времени и безгранична в пространстве.

В 1922г. русский математик и геофизик А.А Фридман отбросил постулат классической космологии о стационарности Вселенной и получил решение уравнения Эйнштейна, описывающее Вселенную с “расширяющимся” пространством.

Поскольку средняя плотность вещества во Вселенной неизвестна, то сегодня мы не знаем, в каком из этих пространств Вселенной мы живем.

В 1927 г. бельгийский аббат и ученый Ж. Леметр связал “расширение” пространства с данными астрономических наблюдений. Леметр ввел понятие начала Вселенной как сингулярности (т.е. сверхплотного состояния) и рождения Вселенной как Большого взрыва.

В 1929 году американский астроном Э.П. Хаббл обнаружил существование странной зависимости между расстоянием и скоростью галактик: все галактики движутся от нас, причем со скоростью, которая возрастает пропорционально расстоянию, - система галактик расширяется.

Расширение Вселенной считается научно установленным фактом. Согласно теоретическим расчетам Ж. Леметра, радиус Вселенной в первоначальном состоянии был 10 -12 см, что близко по размерам к радиусу электрона, а ее плотность составляла 10 96 г/см 3 . В сингулярном состоянии Вселенная представляла собой микрообъект ничтожно малых размеров. От первоначального сингулярного состояния Вселенная перешла к расширению в результате Большого взрыва.

Ретроспективные расчеты определяют возраст Вселенной в 13-20 млрд. лет. Г.А. Гамов предположил, что температура вещества была велика и падала с расширением Вселенной. Его расчеты показали, что Вселенная в своей эволюции проходит определенные этапы, в ходе которых происходит образование химических элементов и структур. В современной космологии для наглядности начальную стадию эволюцию Вселенной делят на “эры” 3

Эра адронов . Тяжелые частицы, вступающие в сильные взаи­модействия.

Эра лептонов. Легкие частицы, вступающие в электромагнит­ное взаимодействие.

Фотонная эра. Продолжительность 1 млн. лет. Основная до­ля массы - энергии Вселенной - приходится на фотоны.

Звездная эра. Наступает через 1 млн. лет после зарождения Вселенной. В звездную эру начинается процесс образования протозвезд и протогалактик.

Затем разворачивается грандиозная картина образования структуры Метагалактики.

В современной космологии наряду с гипотезой Большого взрыва весьма популярна инфляционная модель Вселенной, в которой рассматривается творение Вселенной. Идея творения имеет очень сложное обоснование и связана с квантовой кос­мологией. В этой модели описывается эволюция Вселенной на­чиная с момента 10 -45 с после начала расширения.

Сторонники инфляционной модели видят соответствие ме­жду этапами космической эволюции и этапами творения мира, описанными в книге Бытия в Библии 4 .

В соответствии с инфляционной гипотезой космическая эволюция в ранней Вселенной проходит ряд этапов.

Начало Вселенной определяется физиками-теоретиками как состояние квантовой супергравитации с радиусом Вселенной в 10 -50 см

Стадия инфляции. В результате квантового скачка Вселенная перешла в состояние возбужденного вакуума и в отсутствие в ней вещества и излучения интенсивно расширялась по экспо­ненциальному закону. В этот период создавалось само про­странство и время Вселенной. За период инфляционной стадии продолжительностью 10 -34 . Вселенная раздулась от невообра­зимо малых квантовых размеров 10 -33 до невообразимо больших 10 1000000 см, что на много порядков превосходит раз­мер наблюдаемой Вселенной - 10 28 см. Весь этот первоначаль­ный период во Вселенной не было ни вещества, ни излучения.

Переход от инфляционной стадии к фотонной. Состояние ложного вакуума распалось, высвободившаяся энергия пошла на рождение тяжелых частиц и античастиц, которые, проаннигилировав, дали мощную вспышку излучения (света), осве­тившего космос.

Этап отделения вещества от излучения: оставшееся после ан­нигиляции вещество стало прозрачным для излучения, контакт между веществом и излучением пропал. Отделившееся от веще­ства излучение и составляет современный реликтовый фон, теоретически предсказанный Г. А. Гамовым и эксперименталь­но обнаруженный в 1965 г.

В дальнейшем развитие Вселенной шло в направлении от максимально простого однородного состояния к созданию все бо­лее сложных структур - атомов (первоначально атомов водоро­да), галактик, звезд, планет, синтезу тяжелых элементов в не­драх звезд, в том числе и необходимых для создания жизни, возникновению жизни и как венца творения - человека.

Различие между этапами эволюции Вселенной в инфляци­онной модели и модели Большого взрыва касается только пер­воначального этапа порядка 10 -30 с, далее между этими моделя­ми принципиальных расхождений в понимании этапов косми­ческой эволюции нет.

Пока же эти модели с помощью знаний и фантазии можно рассчитывать на компьютере, а вопрос остается открытым.

Самая большая трудность для ученых возникает при объяс­нении причин космической эволюции. Если отбросить частно­сти, то можно выделить две основные концепции, объясняющие эволюцию Вселенной: концепцию самоорганизации и концепцию креационизма .

Для концепции самоорганизации материальная Вселенная яв­ляется единственной реальностью, и никакой другой реально­сти помимо нее не существует. Эволюция Вселенной описыва­ется в терминах самоорганизации: идет самопроизвольное упо­рядочивание систем в направлении становления все более сложных структур. Динамичный хаос порождает порядок.

В рамках концепции креационизма , т.е. творения, эволюция Вселенной связывается с реализацией

программы, определяемой реальностью более высокого порядка, чем материальный мир. Сторонники креационизма обращают внимание на существова­ние во Вселенной направленного номогенца - развития от простых систем ко все более сложным и информационно ем­ким, в ходе которого создавались условия для возникновения жизни и человека. В качестве дополнительного аргумента при­влекаетсяантропный принцип, сформулированный английскими астрофизиками Б. Карром и Риссом.

Среди современных физиков – теоретиков имеются сторонники, как концепции самоорганизации, так и концепции креационизма. Последние признают, что развитие фундаментальной теоретической физики делает насущной необходимостью разработку единой научно – технической картины мира, синтезирующей все достижения в области знания и веры.

Вселенной на самых разных уровнях, от условно элементарных частиц и до гигантских сверхскоплений галактик, присуща структурность. Современная структура Вселенной является результатом космической эволюции, в ходе которой из протогалактик образовались галактики, из протозвезд – звезды, из протопланетного облака – планеты.

Метагалактика – представляет собой совокупность звездных систем – галактик, а ее структура определяется их распределение в пространстве, заполненном чрезвычайно разреженным межгалактическим газом и пронизываемом межгалактическими лучами.

Согласно современным представлениям, для метагалактики характерно ячеистая (сетчатая, пористая) структура. Существуют огромные объемы пространства (порядка миллиона кубических мегапарсек), в которых галактик пока не обнаружено.

Возраст Метагалактики близок к возрасту Вселенной, поскольку образование структуры приходиться на период, следующий за разъединением вещества и излучение. По современным данным, возраст Метагалактики оценивается в 15 млрд. лет.

Галактика – гигантская система, состоящая из скоплений звезд и туманностей, образующих в пространстве достаточно сложную конфигурацию.

По форме галактики условно распределяются на три типа: эллиптические , спиральные , неправильные .

Эллиптические галактики – обладают пространственной формой эллипсоида с разной степенью сжатия они являются наиболее простыми по структуре: распределение звезд равномерно убывает от центра.

Спиральные галактики – представлены в форме спирали, включая спиральные ветви. Это самый многочисленный вид галактик, к которому относится и наша Галактика – млечный путь.

Неправильные галактики – не обладают выраженной формой, в них отсутствует центральное ядро.

Некоторые галактики характеризуются исключительно мощным радиоизлучением, превосходящим видимое излучение. Это радиогалактики .

В ядре галактики сосредоточенны самые старые звезды, возраст которых приближается к возрасту галактики. Звезды среднего и молодого возраста расположены в диске галактики.

Звезды и туманности в пределах галактики движутся довольно сложным образом вместе с галактикой они принимают участие в расширении Вселенной, кроме того, они участвуют во вращении галактики вокруг оси.

Звезды. На современном этапе эволюции Вселенной веще­ство в ней находится преимущественно взвездном состоянии. 97% вещества в нашей Галактике сосредоточено в звездах, представляющих собой гигантские плазменные образования различной величины, температуры, с разной характеристикой движения. У многих других галактик, если не у большинства, «звездная субстанция» составляет более чем 99,9% их массы.

Возраст звезд меняется в достаточно большом диапазоне значений: от 15 млрд. лет, соответствующих возрасту Вселен­ной, до сотен тысяч - самых молодых. Есть звезды, которые образуются в настоящее время и находятся в протозвездной стадии, т.е. они еще не стали настоящими звездами.

Рождение звезд происходит в газово-пылевых туманностях под действием гравитационных, магнитных и других сил, бла­годаря которым идет формирование неустойчивых однородностей и диффузная материя распадается на ряд сгущений. Если такие сгущения сохраняются достаточно долго, то с течением времени они превращаются в звезды. Ос­новная эволюция вещества во Вселенной происходила и проис­ходит в недрах звезд. Именно там находится тот «плавильный тигель», который обусловил химическую эволюцию вещества во Вселенной.

На завершающем этапе эволюции звезды превращаются в инертные («мертвые») звезды.

Звезды не существуют изолированно, а образуют системы. Простейшие звездные системы - так называемые кратные сис­темы состоят из двух, трех, четырех, пяти и больше звезд, об­ращающихся вокруг общего центра тяжести.

Звезды объединены также в еще большие группы - звезд­ные скопления, которые могут иметь «рассеянную» или «шаровую» структуру. Рассеянные звездные скопления насчи­тывают несколько сотен отдельных звезд, шаровые скопления - многие сотни тысяч.

Ассоциации, или скопления звезд, также не являются неиз­менными и вечно существующими. Через определенное коли­чество времени, исчисляемое миллионами лет, они рассеивают­ся силами галактического вращения.

Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, девять больших планет, десятки спут­ников планет, тысячи малых планет (астероидов), сотни комет и бесчисленное множество метеоритных тел, движущихся как роями, так и в виде отдельных частиц. К 1979 г. было известно 34 спутника и 2000 астероидов. Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела - Солнца. Солнечная система является упорядоченной системой, имеющей свои закономерности строения. Единый характер Солнечной системы проявляется в том, что все планеты вра­щаются вокруг Солнца в одном и том же направлении и почти в одной и той же плоскости. Большинство спутников планет (их лун) вращается в том же направлении и в большинстве слу­чаев в экваториальной плоскости своей планеты. Солнце, пла­неты, спутники планет вращаются вокруг своих осей в том же направлении, в котором они совершают движение по своим траекториям. Закономерно и строение Солнечной системы: ка­ждая следующая планета удалена от Солнца примерно в два раза дальше, чем предыдущая.

Солнечная система образовалась примерно 5 млрд. лет назад, причем Солнце - звезда второго (или еще более позднего) поколения. Таким образом, Солнечная система возникла на продуктах жизнедеятельности звезд предыдущих поколений, скапливав­шихся в газово-пылевых облаках. Это обстоятельство дает ос­нование назвать Солнечную систему малой частью звездной пыли. О происхождении Солнечной системы и ее исторической эволюции наука знает меньше, чем необходимо для построения теории планетообразования.

Первые теории происхождения Солнечной системы были выдвинуты немецким философом И. Кантом и французским математиком П. С. Лапласом. Согласно этой гипотезе система планет вокруг Солнца об­разовалась в результате действия сил притяжения и отталкива­ния между частицами рассеянной материи (туманности), нахо­дящейся во вращательном движении вокруг Солнца.

Началом следующего этапа в развитии взглядов на образо­вание Солнечной системы послужила гипотеза английского фи­зика и астрофизика Дж. X. Джинса. Он предположил, что ко­гда-то Солнце столкнулось с другой звездой, в результате чего из него была вырвана струя газа, которая, сгущаясь, преобразо­валась в планеты.

Современные концепции происхождения планет Солнечной системы основываются на том, что нужно учитывать не только механические силы, но и другие, в частности электромагнит­ные. Эта идея была выдвинута шведским физиком и астрофи­зиком X. Альфвеном и английским астрофизиком Ф. Хойлом. В соответствии с современными представлениями, первона­чальное газовое облако, из которого образовались и Солнце и планеты, состояло из ионизированного газа, подверженного влиянию электромагнитных сил. После того как из огромного газового облака посредством концентрации образовалось Солнце, на очень большом расстоянии от него остались не­большие части этого облака. Гравитационная сила стала при­тягивать остатки газа к образовавшейся звезде - Солнцу, но его магнитное поле остановило падающий газ на различных расстояниях - как раз там, где находятся планеты. Гравитаци­онная и магнитные силы повлияли на концентрацию и сгуще­ние падающего газа, и в результате образовались планеты. Ко­гда возникли самые крупные планеты, тот же процесс повто­рился в меньших масштабах, создав, таким образом, системы спутников.

Теории происхождения Солнечной системы носят гипотетический характер, и однозначно решить вопрос об их достоверности на современном этапе развития науки невоз­можно. Во всех существующих теориях имеются противоречия и неясные места.

В настоящее время в области фундаментальной теоретиче­ской физики разрабатываются концепции, согласно которым объ­ективно существующий мир не исчерпывается материальным ми­ром, воспринимаемым нашими органами чувств или физическими приборами. Авторы данных концепций пришли к следующему выво­ду: наряду с материальным миром существует реальность высшего порядка, обладающая принципиально иной природой по сравнению с реальностью материального мира.

Система природа-биосфера- человек и ее противоречия.

Человек, общество неразрывно связаны с природой и не в состоянии существовать и развиваться вне ее,в первую очередь без непосредственно окружающей его природной среды. Связь человека с окружающей средой особенно ярко выражена в сфере материального производства. Природные богатства служат естественной основой материального производства и жизни общества в целом. Вне природы и использования созданных на ее основе предметов человек не существует.

Наиболее тесно, человек связан с такими составляющими природы, как географическая и окружающая среда.

Географическая среда – та часть природы (растительный и животный мир, вода, почва, атмосфера Земли),которая вовлечена в сферу жизни человека, в первую очередь в производственный процесс. от особенностей географической среды зависят конкретные направления человеческой деятельности, развитие тех или иных отраслей производства в различных странах и континентах. Неблагоприяные природные условия тормозили общественное развитие. Поэтому древние цивилизации возникали первоначально именно на берегах Нила, Ефрата, Тигра, Ганга, Инда и т.д.

Если бы человек находил все необходимые ему средства к существованию в природе в готовом виде, не было бы стимулов для совершенствования производства и для собственного развития. Не только наличие тех или иных природных условий для производства, но и их недостаток также оказывал ускоряющее влияние на развитие общества. Именно наличие разнообразных природных условий является наиболее благоприятным фактором развития человека и общества.

Окружающая среда включает, помимо поверхности Земли и ее недр, часть Солнечной системы, которая попадает или может попасть в сферу деятельности человека,а также созданный им материальный мир. В структуре окружающей среды выделяют естественную и искусственную среды обитания.

Естественная среда обитания включает неживую и живую части природы – геосферу и биосферу. Она существует и развивается без вмешательства человека, естественным образом. Однако в ход эволюции человек постепенно все больше осваивает естественную среду обитания. Первоначально это было лишь простое потребление естественных богатств. Затем человек начал использовать и естественные источники средств жизни, преобразуя их в ходе своей практической деятельности.

В результате была создана искусственная среда обитания – все то,что специально сделано человеком: разнообразие предметов материальной и духовной культуры, преобразованные ландшафты, а также выведенные в процессе селекции и одомашнивания растения и животные. С развитием общества роль и значение для человека искусственной среды обитания непрерывно возрастают.

В результате преобразования человеком естественной среды обитания можно говорить о существовании нового ее состояния – техносфере.

Техносфера – совокупность технических устройств и систем вместе с областью технической деятельности человека. Ее структура достаточно сложна, включает техногенное вещество, технические системы, живое вещество, верхнюю часть земной коры, атмосферу, гидросферу. С началом эры космических полетов техносфера вышла далеко за пределы биосферы и охватывает уже околоземный космос.

Ноосфера: понятие и основные компоненты.

Термин «ноосфера» (от греч. Noos- разум) переводится как сфера господства разума. Впервые этот термин ввел Леруа в 1927 г. в месте с Тейяром де Шарденом он рассматривал ноосферу как некое идеальное образование, вне биосферную оболочку мысли, окружающую Землю.

Учение о ноосфере не носит пока законченного канонического характера.

Вернадский начал развивать учение о ноосфере с начала 30-х г.г. после детальной разработки учения о биосфере. Он употребляет понятие ноосфера в разных смыслах: -как состояние планеты, когда человек становится крупнейшей преобразующей геологической силой; -как область активного проявления научной мысли; -как главный фактор перестройки и изменения биосферы.

Он впервые осознал и попытался осуществить синтез естественных и общественных наук при изучении проблем глобальной деятельности человека, активно перестраивающего окружающую среду.

Общее в понимании ноосферы у Шардена и Вернадского: 1)появление человеческого разума ведет к изменению самой биосферы; 2)человеческая мысль и деятельность становятся геологическим фактором, они преобразуют весь поверхностный слой Земли. 3)преобразование биосферы является неизбежным и необратимым. К этим выводам независимо друг от друга они пришли в начале 30х гг.

Различия в концепциях Вернадского и Шардена: У Шардена 1)движущей силой эволюции – разум, сознание независящее от отдельного человека; 2)ноосфера – мыслящий пласт Земли, который образуется поверх биосферы. У Вернадского 1)движущей силой эволюции является сама природа, а мысль, разум является результатом эволюции природы. 2)ноосфера не возвышается над биосферой, а биосфера переходит в ноосферу, что приводит к улучшению биосферы.

В настоящее время под ноосферой понимается сфера взаимодействия человека и природы, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным определяющим фактором развития. В структуре ноосферы можно выделить в качестве составляющих человечество, общественные системы, совокупность научных знаний, сумму техники и технологий в единстве с биосферой. Гармоничная взаимосвязь всех составляющих структуры есть основа устойчивого существования и развития ноосферы.

три основных структурных уровня материи по масштабам представления.

На определенном этапе развития жизни на Земле возник разум, благодаря которому появился социальный структурный уровень материи. На этом уровне выделяются: индивид, семья, коллектив, социальная группа, класс и нация, государство, цивилизация, человечество в целом.

По другому критерию - масштабам представления - в естествознании выделяют три основных структурных уровня материи:

• микромир - мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16 см, а время жизни - от бесконечности до 10-24 секунды;
• макромир - мир макрообъектов, соизмеримых с человеком и его опытом. Пространственные величины макрообъектов выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах (10-6-107 см), а время - в секундах, минутах, часах, годах, веках;
• мегамир - мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояния в котором измеряются астрономическими единицами, световыми годами и парсеками (до 1028 см), а время существования космических объектов - миллионами и миллиардами лет

Структрурные уровни микромира.

1. Вакуум . (поля с минимальной энергией.)

2. Элементарные частицы.

Элементарные частицы -основные «кирпичики», из которых состоит как материя, так и поле. При этом все элементарные частицы неоднородны: некоторые из них являются составными (протон, нейтрон), а другие - несоставными (электрон, нейтрино, фотон). Частицы, которые не являются составными, называют фундаментальными.

3. Атомы . А́том — частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая частьхимического элемента, являющаяся носителем его свойств.

Атом состоит из атомного ядра и электронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным.

4. Молекулы . Моле́кула — электрически нейтральная частица, образованная из двух или более связанных ковалентными связями атомов, наименьшая частица химического вещества

5. Микротела .

Новые открытия позволили:

1) выявить существование в объективной реальности не только макро-, но и микромира;

2) подтвердить представление об относительности истины, являющейся только ступенькой на пути познания фундаментальных свойств природы;

3) доказать, что материя состоит не из «неделимого первоэлемента» (атома), а из бесконечного многообразия явлений, видов и форм материи и их взаимосвязей.

структурные уровни организации материи в мегамире и дайте им характеристику.

Краткая характеристика мегамира

Основными структурными элементами мегамира являются 1) космические тела, 2) планеты и планетные системы; 3)Звездные скопления 4) Галактики. Квазары, ядра галактик 5) Группы галактик 6) Сверхскопления галактик 7) Метагалактика 8) Вселенная.

Звезда- основная структурная единица мегамира. Это мощные источники энергии, природные термо-ядерные реакторы, в которых происходит хим.эволюция. Делятся на обыкновенные(Солнце) и Компактные (черные дыры)

Планета это блуждающая звезда, все они с разной периодичностью вращаются вокруг Солнца и вокруг своей оси(планеты Солнечной системы к примеру). Карликовые планеты: Плутон, Харон, Церера, Сена, Седна.

ЗВЕЗДНЫЕ СКОПЛЕНИЯ - гравитационно связанные группировки звёзд одинакового возраста и совместного происхождения. Различают шаровые скопления и рассеянные скопления

Гала́ктика (др.-греч. Γαλαξίας — молочный, млечный) — гигантская, гравитационно-связанная система из звёзд и звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, и тёмной материи. По форме делитя на круглую, спиральную и неправильной ассиметричной формы.

Кваза́р (англ. quasar) — мощное и далёкое активное ядро галактики. Квазары являются одними из самых ярких объектов во Вселенной — их мощность излучения иногда в десятки и сотни раз превышает суммарную мощность всех звёзд таких галактик, как наша.

Скопления галактик — гравитационно-связанные системы галактик, одни из самых больших структур во вселенной. Размеры скоплений галактик могут достигать 108 световых лет.

Мегагалактика - доступная для наблюдения часть Вселенной (как с помощью телескопов, так и невооружённым глазом).

Макромир - мир макрообъектов, размерность которых соотносится с масштабами человеческого опыта. Пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах, метрах и километрах, а время - в секундах, минутах, часах, сутках и годах. Макромир имеет несколько уровней организации (физический, химический, биологический и социальный).

Как уже ранее говорилось, макромир имеет довольно сложную организацию. Его самый маленький элемент - атом, а самая большая система - планета Земля. В его состав входят как неживые системы, так и живые системы различного уровня. Каждый уровень организации макромира содержит как микроструктуры, так и макроструктуры. Например, молекулы вроде бы должны относится к микромиру, поскольку они нами непосредственно не наблюдаются. Но, с одной стороны, самая большая структура микромира - атом. А у нас есть сейчас возможность видеть с помощью микроскопов последнего поколения даже часть атома водорода. С другой стороны, есть огромные молекулы, чрезвычайно сложные по своему строению, например, ДНК ядра может быть длинной почти в один сантиметр. Подобная величина уже вполне сопоставима с нашим опытом, и если бы молекула была толще, мы бы ее увидели невооруженным глазом.

Все вещества, находящиеся в твердом или жидком состоянии, состоят из молекул. Молекулы образуют и кристаллические решетки, и руды, и скалы, и другие объекты, т.е. то, что мы можем почувствовать, увидеть и т.д. Однако, несмотря на такие огромные образования, как горы и океаны, - это все молекулы, связанные между собой. Молекулы - новый уровень организации, они все состоят из атомов, которые в этих системах рассматриваются как неделимые, т.е. элементы системы.

Как физический уровень организации макромира, так и химический уровень имеют дело с молекулами и различными состояниями вещества. Однако химический уровень значительно более сложный. Он не сводится к физическому, рассматривающему строение веществ, их физические свойства, движение (все это было исследовано в рамках классической физики) хотя бы по сложности химических процессов и реакционной способности веществ.

На биологическом уровне организации макромира, кроме молекул, мы обычно не можем без микроскопа разглядеть и клетки. Но ведь есть клетки, которые достигают огромной величины, например аксоны нейронов осьминогов длинной в один метр и даже больше. Вместе с тем все клетки имеют определенные сходные черты: они состоят из мембран, микротрубочек, у многих есть ядра и органеллы. Все мембраны и органеллы в свою очередь состоят из гигантских молекул (белков, липидов и др.), а эти молекула состоят из атомов. Поэтому как гигантские информационные молекулы (ДНК, РНК, ферменты), так и клетки - это микроуровни биологического уровня организации материи, включающего и такие огромные образования, как биоценозы и биосфера.

На социальном уровне организации макромира (обществе) также различаются различные уровни организации. Так, личность - индивидуальная социальность; семья, рабочий коллектив - межиндивидуальная социальность. Как индивидуальная социальность, так и межиндивидуальная социальность - микроуровни общества. Само общество и государство - это надындивидуальная социальность - макроуровень.

Раскройте взаимосвязь микро-, макро- и мегамиров.

Границы микро - и макромира подвижны, и не существует отдельного микромира и отдельного макромира. Естественно, что макрообъекты и мегаобъекты, построены из микрообъектов и в основе макро - и мегаявлений лежат микроявления. Это наглядно видно на примере построения Вселенной из взаимодействующих элементарных частиц в рамках космомикрофизики. Наука показывает тесную связь между макро- и микромиром и обнаруживает, в частности, возможности появления макроскопических объектов при столкновении микрочастиц высокой энергии

Приставка «микро» означает отношение к очень малым размерам. Таким образом, можно сказать, что микромир - это что-то небольшое. В философии в качестве микромира изучается человек, а в физике, концепции современного естествознания в качестве микромира изучаются молекулы.

Микромир имеет свои особенности, которые можно выразить так:

1) единицы измерения расстояния (м, км и т. д.), используемые человеком, применять просто бессмысленно;

2) единицы измерения веса человека (г, кг, фунты и т. д.) применять также бессмысленно.

Так как была установлена бессмысленность применения единиц измерения расстояния и веса по отношению к объектам микромира, то, естественно, потребовалось изобрести новые единицы измерения. Так, расстояния между ближайшими звездами и планетами измеряются не в километрах, а в световых годах. Световой год - это такое расстояние, которое солнечный свет проходит за один земной год.

Изучение микромира вместе с изучением мегамира способствовало крушению теории Ньютона. Таким образом, была разрушена механистическая картина мира.

В 1927 г. Нильс Бор вносит еще один свой вклад в развитие науки: он сформулировал принцип дополнительности. Причиной, послужившей для формулировки данного принципа, стала двойственная природа света (так называемый корпускулярно-волновой дуализм света). Сам же Бор утверждал, что появление данного принципа было связано с изучением микромира из макромира. В качестве обоснования этого он приводил следующее:

1) предпринимались попытки объяснить явления микромира посредством понятий, которые были выработаны при изучении макромира;

2) в сознании человека возникали сложности, связанные с разделением бытия на субъект и объект;

3) при наблюдении и описании явлений микромира мы не можем абстрагироваться от явлений, относящихся к макромиру наблюдателя, и средств наблюдения.

Нильс Бор утверждал, что «принцип дополнительности» подходит как для исследования микромира, так и для исследования в других науках (в частности, в психологии).

В заключение данного вопроса стоит сказать, что микромир является основой нашего макромира. Также в науке можно выделить «микромикромир». Или, по-другому, наномир. Наномир, в отличие от микромира, является носителем света, точнее, всего спектра электромагнитных процессов, фундаментом, поддерживающим структуру элементарных частиц, фундаментальных взаимодействий и большинства явлений, известных современной науке.

Таким образом, предметы, окружающие нас, а также само тело человека не являются единым целым. Все это состоит из «частей», т. е. молекул. Молекулы, в свою очередь, также делятся на более мелкие составляющие части - атомы. Атомы тоже, в свою очередь, делятся на еще более мелкие составляющие части, которые именуются элементарными частицами.

Всю эту систему можно представить как дом или здание. Здание не является цельным куском, т. к. оно построено, допустим, с помощью кирпичной кладки, а кирпичная кладка состоит непосредственно из кирпича и раствора цемента. Если же начнет разрушаться кирпич, то, естественно, рухнет и все строение. Так и наша Вселенная - разрушение ее, если это произойдет вообще, также начнется с наномира и микромира.

2. Макромир

Естественно, есть объекты, которые по своим размерам гораздо больше объектов микромира (т. е. атомов и молекул). Эти объекты и составляют макромир. Макромир «населяют» только те объекты, которые по своим размерам соизмеримы с размерами человека. К объектам макромира можно отнести и самого человека. И, что естественно, человек является самой главной составляющей макромира.

Что же такое человек? Древний античный философ Платон как-то сказал, что человек - это двуногое животное без перьев. В ответ на это его оппоненты принесли ему ощипанного петуха и сказали: вот, Платон, твой человек! Изучение человека как объекта макромира с точки зрения его физических данных неправильно.

Прежде всего отметим, что человек - это целая совокупность различных систем: кровеносной, нервной, мышечной, костной системы и т. д. Но помимо этого, одной из составляющих человека является его энергия, которая тесно связана с физиологией. Причем энергия может рассматриваться в двух смыслах:

1) как движение и способность производить работу;

2) «подвижность» человека, его активность.

Также энергию называют аурой или ци. Энергию (или ауру) можно, как и физическое тело, развивать и укреплять.

Нервная система, мышечная система, другие системы, энергия - еще не все составляющие человека. Самой главной такой «составляющей» является сознание. Что такое сознание? Где оно находится? Можно ли его потрогать, подержать в руках, посмотреть на него?

До сих пор на эти вопросы ответов нет, да и, скорее всего, не будет. Сознание - это нематериальный объект. Сознание нельзя взять и отделить от человека - оно неотделимо.

Но вместе с этим можно попытаться выделить ингредиенты, которые составляют человеческое сознание:

1) интеллект;

2) подсознание;

3) сверхсознание.

Интеллект - это мыслительная и умственная способность человека. Психологи утверждают, что главной функцией интеллекта является память. Действительно, мы не можем себе представить, что же было бы с нами, если бы памяти у нас не было вообще. Просыпаясь каждое утро, человек бы начинал соображать: кто я? Что я здесь делаю? Кто меня окружает? и т. д.

К подсознанию относятся все наши «рабочие» навыки. Навыки складываются из многократно повторяемых и однообразных действий. Для того чтобы проиллюстрировать, что такое навыки, достаточно вспомнить, что мы умеем писать и читать. Видя какой-то текст, мы не думаем: а это что за буква, а это что за знак? Мы просто складываем буквы в слова, а слова в предложения.

Сверхсознание. К сверхсознанию относится прежде всего душа человека.

Душа - это также нематериальный объект (ее нельзя ни увидеть, ни подержать в руках). Совсем недавно было заявлено, что ученые узнали, сколько весит душа. Некоторые ученые утверждают, что в момент смерти человека его вес немного уменьшается, т. е. отлетает душа человека. Но данное утверждение необоснованно, так как какой разумный врач положит умирающего на весы и будет сидеть и ждать, когда же больной умрет? В клятве Гиппократа, которую дает каждый начинающий врач, говорится о том, чтобы не навредить человеку. Врач будет не сидеть, а спасать человеческую жизнь. И вообще узнать вес души нереально, так как нематериальные объекты не имеют никакого веса.

Человеческая душа - это религиозная ценность. Все мировые религии направлены на то, чтобы дать людям возможность спасти свою душу после смерти (т. е. жить вечно после физической смерти бренной оболочки души - тела человека). Борьбу за душу всегда ведут Добро и Зло. Например, в христианстве это Бог и Сатана.

3. Мегамир

Если микромир - это мир тех объектов, которые не подходят под единицы измерения человека, макромир - это мир объектов, которые сопоставимы с единицами измерения человека, то мегамир - это мир объектов, которые несоизмеримо больше человека.

Проще говоря, вся наша Вселенная - это мегамир. Ее размеры огромны, она безгранична и постоянно расширяется. Вселенную заполняют объекты, которые значительно больше нашей планеты Земля и нашего Солнца. Нередко бывает, что разница между какой-либо звездой за пределами Солнечной системы в десятки раз превосходит Землю.

Исследование мегамира тесно связано с космологией и космогонией.

Наука космология является очень молодой. Она родилась сравнительно недавно - в начале XX в. Можно выделить две главные причины рождения космологии. И, что интересно, обе причины связаны с развитием физики:

1) Альберт Эйнштейн создает свою релятивистскую физику;

2) М. Планк создает квантовую физику.

Квантовая физика изменила взгляды человечества на структуру пространства-времени и структуру физических взаимодействий.

Также очень важную роль сыграла теория А. А. Фридмана о расширяющейся Вселенной. Эта теория очень недолго оставалась недоказанной: только в 1929 г. ее доказал Э. Хаббл. Вернее, он не доказывал теорию, а обнаружил то, что Вселенная действительно расширяется. Причем следует отметить, что в то время причины расширения Вселенной установлены не были. Они были установлены гораздо позже, в наши дни. Они были установлены тогда, когда к ранней Вселенной применили результаты, полученные посредством изучения элементарных частиц в современной физике.

Космогония. Космогония - это раздел науки астрономии, который изучает происхождение галактик, звезд, планет, а также других объектов. На сегодня космогонию можно разделить на две части:

1) космогония Солнечной системы. Эту часть (или вид) космогонии по-другому называют планетной;

2) звездная космогония.

Во 2-й половине XX в. в космогонии Солнечной системы утвердилась точка зрения, согласно которой Солнце и вся Солнечная система образовались из газо-пылевого состояния. Впервые такое мнение было высказано Иммануилом Кантом. В середине XVIII в. Кант написал научную статью, которая называлась: «Космогония, или попытка объяснить происхождение мироздания, образование небесных тел и причины их движения общими законами развития материи в соответствии с теорией Ньютона». Молодой ученый захотел написать эту работу, потому что он узнал: Прусская академия наук предложила конкурс на аналогичную тему. Но Кант не смог собраться с духом и издать свой труд. Спустя какое-то время он пишет вторую статью, которая называлась: «Вопрос о том, стареет ли Земля с физической точки зрения». Первая статья была написана в сложное время: Иммануил Кант уехал из родного Кенигсберга, пытаясь подработать домашним учителем. Не получив ничего ценного (кроме своих познаний), Кант возвращается домой и в 1754 г. издает эту статью. Обе работы позже были объединены в единый трактат, который был посвящен проблемам космологии.

Теорию Канта о происхождении Солнечной системы в дальнейшем стал развивать Лаплас. Француз подробно описал гипотезу образования Солнца и планет из уже вращающейся газовой туманности, учел основные характерные черты Солнечной системы.

В современной науке в основе представлений о мире лежит системный подход,согласно которому любой объект материального мира (атом,планета,организм или галактика) может быть рассмотрен как сложное образование,включающее составные части,организованные в целостность.Для обозначения целостности объектов в науке было выработано понятие системы.

Система – совокупность элементов и связей между ними.

Элемент – компонент в рамках системы (минимальный,далее уже неделимый).Элемент является таковым только по отношению к данной системе,в других же отношениях он сам может представлять сложную систему.

В науке выделяют три уровня строения материи:

Макромир – мир макрообъектов,размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах,сантиметрах и километрах,а время – в секундах,минутах,часах,годах.

Микромир – мир предельно малых,непосредственно не наблюдаемых микрообъектов,размерность которых исчисляется от 10 в –8 до 10 в –16 см,а время жизни – от бесконечности до 10 в –24 с.

Мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей,расстояние в котором измеряется световыми годами,а время – миллионами и миллиардами лет.

И хотя на этих уровнях действуют свои специфические закономерности,микро-,макро- и мегамиры тесно взаимосвязаны.

14. Двойственный мир классической физики. Вещество и поле как виды материи.

В истории изучения природы можно выделить два этапа: 1. Донаучный (натурфилософский) – охватывает период от античности до становления экспериментального естествознания в 16-17 вв. Наблюдаемые природные явления объяснялись на основе умозрительных философских принципов. Наиболее значимым для развития естественных наук был античный атомизм – учение, согласно которому все тела состоят из атомов – мельчайших частиц в мире. Исходными началами выступали атомы и пустота. Сущность протекания природных процессов объяснялась на основе механического взаимодействия атомов, их притягивания и отталкивания. 2. Научный этап – начинается со становления классической механики. Г. Галилей (16 в.) обосновал гелеоцентрическую систему Н. Коперника, открыл закон инерции, разработал методологию нового способа описания природы – научно-теоретического. Его суть заключалась в том, что выделялись только некоторые физические и геометрические хар-ки, которые и становились предметом исследования. Это позволяло строить теоретические модели и проверять их в условиях научного эксперимента. И. Ньютон – разработал строгую научную теорию механики, описывающую движение небесных тел и земных объектов одними и теми же законами. В рамках механической картины мира, разработанной Ньютоном, сложилась дискретная (корпускулярная) модель реальности. Материя рассматривалась как вещественная субстанция, состоящая из отдельных частиц – атомов или корпускул. Атомы абсолютно прочны, неделимы, непроницаемы, характеризуются наличием массы и веса. Пространство абсолютно постоянно и всегда пребывает в покое. Время не зависит ни от пространства, ни от материи. Итог – картина Вселенной как гигантского и полностью детерминированного механизма, где события и процессы являют собой цепь взаимозависимых причин и следствий. Но с помощью этой теории нельзя полностью объяснить оптические и электромагнитные явления. Гюйгенс первым сформулировал волновую теорию . в ней предполагалось наличие упругой среды, заполняющей всё пространство – светоносного эфира, колебания которого создают картину волны. После открытия явления дифракции (слабые участки освещенности в форме перемежающихся темных и светлых полосок на границах резких теней), которое нельзя объяснить на основе теории Ньютона, Гюйгенс стал ревностным сторонником волновой теории света. В 19 в. К.Юнг и О.Ж. Френель вновь выдвинули эту теорию. Юнг дал объяснение явлению интерференции (появление тёмных полосок при наложении света на свет). М. Фарадей и Дж. К. Максвелл своими работами в области электромагетизма окончательно разрушили представления ньютоновской физики как единственном виде материи и положили начало электромагнитной картине мира. Фарадей в 1845 г. пришёл к выводу, что учение об электричестве и оптика взаимосвязаны и образуют единую область. Максвелл в 1862 г. чисто математическим путём нашёл систему дифференциальных ур-ний, описывающих электромагнитное поле. Эта система даёт полное описание электромагнитных явлений и представляет собой такую же совершенную и логически стройную теорию, как и система Ньютоновской механики. Единая сущность света и электричества была экспериментально подтверждена Г. Герцем в 1888 г. После его эксперементов в физике окончательно утвердилось понятие поля как объективно существующей физической реальности. Был открыт качественно новый, своеобразный вид материи. К концу 19 в. физика пришла к выводу, что материя существует в двух видах: дискретного в-ва и непрерывного поля. 1. Вещество дискретно и состоит из атомов, а поле непрерывно. 2. Частицы в-ва обладают массой покоя, а поле – нет. 3. В-во мало проницаемо, а поле полностью проницаемо. 4. Скорость распространения поля равна скорости света, а скорость движения частиц в-ва меньше её на много порядков.