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. Демокритом в античности была выдвинута Атомистическая гипотеза строения материи, позже, в XVIII 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 несколько стационарных состояний (говоря языком планетарной модели, несколько стационарных орбит) электронов, двигаясь по которым электрон может существовать, не излучая;

2) при переходе электрона из одного стационарного состояния в другое атом излучает 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.

Постнеклассическая физическая картина мира - обобщённое физическое представление о природе, включающее в себя понятия, принципы, гипотезы, теории физики, сформировавшееся в последние три десятилетия XX века и первые два десятилетия XXI века.

Материальность мира и его единство

Окружающий нас мир представляет собой обладающую неисчерпаемым множеством свойств материю, существующую в многообразных, взаимосвязанных и взаимопревращающихся формах. В едином материальном мире можно выделить три основные структурные области, различающиеся между собой по пространственной протяженности их физических объектов и процессов, преимущественным типам фундаментальных взаимодействий, основным образующим их структурным элементам материи и по характеру их основных физических закономерностей. Это микромир, макромир и мегамир.

Микромир

Пространственная протяжённость порядка м; основные типы взаимодействия -электромагнитное, сильное (ядерное), слабое; основные структурные уровни материи — молекулы, атомы, ядра атомов, элементарные частицы; описывается законами квантовой механики и теории относительности.

В диапазоне расстояний м свойства микромира изучает молекулярная и атомная физика; явления на расстояниях изучают ядерная физика и физика частиц низких энергий; физика высоких энергий изучает явления на расстояниях м.

Макромир

Пространственная протяжённость порядка м; основные виды взаимодействия – электромагнитное, гравитационное; основные структурные уровни материи – макротела, макрополя, космические объекты (планеты солнечной системы и их спутники); при малых скоростях описывается законами классической механики и при больших скоростях – законами теории относительности.

На уровне макромира выделяют два основных вида материи – вещество и поле. Электромагнитное и гравитационное поля в отличие от вещества не имеют массы покоя и могут распространяться лишь с одной определённой скоростью – скоростью света. Структурными элементами вещества и поля являются элементарные частицы, основной чертой которых является их взаимопревращаемость. Общей чертой всех объектов макромира является корпускулярно-волновой дуализм, единство прерывности и непрерывности (двойственная природа света, волновые свойства частиц и т.д.).

Мегамир

Пространственная протяжённость более м (100 млн.

Микро, макро и мегамиры

световых лет); основные типы взаимодействия — тёмная энергия и гравитационное; основные структурные уровни материи — звёздные скопления и ассоциации, межзвёздная материя, галактики, метагалактики, чёрные дыры, тёмная материя, тёмная энергия; описывается законами общей теории относительности. Мегамир изучается космологией.

Согласно теории раздувающейся Вселенной, после Большого взрыва наступила фаза почти мгновенного раздувания, сопровождавшаяся расщеплением Правселенной на множество отдельных Вселенных, различающимися всеми фундаментальными константами, которые определяют свойства мира. Согласно квантовой космологии, изучающей физические явления сразу после Большого взрыва, и физики чёрных дыр, свойства микромира и мегамира взаимосвязаны законами физики элементарных частиц.

Физика чёрных дыр является междисциплинарным научным направлением, объединяющим концепции общей теории относительности, физики элементарных частиц, космологии, термодинамики.

Движение материи

Материи в любой форме присуще движение. Формы движения материи многообразны (механическая, тепловая, электромагнитная, ядерная, взаимопревращение элементарных частиц), взаимопревращаемы, но не сводимы друг к другу, так как каждая из форм обладает своей спецификой. Движение материи несотворимо и неуничтожимо, как и сама материя, что выражается в существовании законов сохранения массы, импульса, энергии, заряда и др. Движение материи влияет на свойства материальных объектов. Каждой форме движения присущи свои специфические закономерности. Например, законы движения макротел неприменимы к движению микрочастиц.

Пространство и время

Пространство и время — это не самостоятельные субстанции, а лишь формы существования материи и неотделимы от неё. Пространство и время имеют ряд свойств (однородность пространства и времени, изотропность пространства, необратимость времени и т.д.). Пространственно-временные характеристики относительны и определяются движением материи, что вытекает из специальной теории относительности (преобразования Лоренца). Пространство и время связаны друг с другом (инвариантность интервала СТО), образуя единую форму существования материи. Свойства пространства и времени определяются материей (влияние поля тяготения на геометрию пространства и ритм времени, определяемое уравнениями Эйнштейна ОТО).

Причинность и закономерность

В мире все явления причинно обусловлены и протекают в соответствии с объективными физическими законами. Причинность в физике может проявляться в механистической и вероятностной формах. Соответственно и закономерности в физике могут быть динамическими (классическая физика) и статистическими (квантовая физика, термодинамика).

См. также

Примечания

Литература

• Мощанский В. Н. Формирование мировоззрения учащихся при изучении физики. - М.: Просвещение, 1976. - 157 с. - 80 000 экз.
• Голубинцев В. А., Данцев А. А. , Любченко В. С. Философия для технических вузов. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2003. - 640 с. - 5000 экз. - ISBN 5-222-03736-3.
• Кузнецов Б.Г. Идеалы современной науки. - М: Наука, 1983. - 254 с. - 6150 экз.
• М.А. Ельяшевич, Д.Н. Трифонов, В.И. Гольданский. Физика XX века. Развитие и перспективы. - М: Наука, 1984. - 336 с. - 4750 экз.
• ред. Мелюхин С.Т. Философские проблемы естествознания. - М.: Высшая школа, 1985. - 400 с. - 16 000 экз.

CC© wikiredia.ru

1.ВВЕДЕНИЕ

Естественные науки, начав изучение материального мира с наиболее простых непосредственно воспринимаемых человеком ма-териальных объектов, переходят далее к изучению сложнейших объектов глубинных структур материи, выходящих за пределы че-ловеческого восприятия и несоизмеримых с объектами повседнев-ного опыта. Применяя системный подход, естествознание не просто выде-ляет типы материальных систем, а раскрывает их связь и соот-ношение.

В науке выделяются три уровня строения материи:

Макромир мир макрообъектов, размерность которых со-относима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километ-рах, а время - в секундах, минутах, часах, годах.

Микромир - мир предельно малых, непосредственно не на-блюдаемых микрообъектов, пространственная разномерность ко-торых исчисляется от десяти в минус восьмой степени до десяти в минус шестнадцатой степени см, а время жизни — от бесконечности до десяти в минус двадцать четвертой степени сек.

Мегамир - мир огромных космических масштабов и скоро-стей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов - миллионами и мил-лиардами лет.

И хотя на этих уровнях действуют свои специфические зако-номерности, микро-, макро- и мегамиры теснейшим образом взаи-мосвязаны.

2.МАКРОМИР: концепции классического естествознания.

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

Донаучный, или натурфилософский, охватываем период oт античности до становления экспериментального естествознания в XVI-XVI1 вв. В этот период учения о природе носили чисто натурфилософский характер, наблюдаемые природные явления объяснялись на основе умозрительных философских принципов.

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

Античный атомизм был первой теоретической программой объяснения целого как суммы отдельных составляющих его час-тей. Исходными началами в атомизме выступали атомы и пус-тота. Сущность протекания природных процессов объяснилась на основе механического взаимодействия атомов, их притяже-ния и отталкивания. Механическая программа описания при-роды, впервые выдвинутая в античном атомизме, наиболее полно реализовалась в классической механике, со становления которой начинается научный этап изучения природы.

Поскольку современные научные представления о струк-турных уровнях организации материи были выработаны в ходе критического переосмысления представлений классической науки, применимых только к объектам макроуровня, то начи-нать исследование нужно с концепций классической физики.

Формирование научных взглядов на строение материи от-носится к XVI в., когда Г.Галилеем была заложена основа пер-вой в истории науки физической картины мира - механиче-ской. Он не просто обосновал гелиоцентрическую систему Н. Коперника и открыл закон инерции, а разработал методо-логию нового способа описания природы - научно-теорети-ческого. Суть его заключалась в том, что выделялись только некоторые физические и геометрические характеристики, кото-рые становились предметом научного исследования. Выделение отдельных характеристик объекта позволяло строить теоретические модели и проверять их в условиях научного эксперимента. Эта методологическая концепция, впервые сформулированная Галилеем в труде "Пробирные весы", оказала решающее влияние на становление классического естествознания.

И. Ньютон, опираясь на труды Галилея, разработал строгую научную теорию механики, описывающую и движение небес-ных тел, и движение земных объектов одними и теми же зако-нами. 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 абсо-лютно постоянно и всегда пребывает в покое. Время представ-лялось как величина, не зависящая ни от пространства, ни от материи.

Философское обоснование механическому пониманию при-роды дал Р. Декарт с его концепцией абсолютной дуальности (независимости) мышления и материи, из которой следовало, что мир можно описать совершенно объективно , без учета чело-века-наблюдателя. Это убеждение, глубоко созвучное взглядам Ньютона, на десятилетия вперед определило направленность развития естественных наук.

Итогом ньютоновской картины мира явился образ Все-ленной как гигантского и полностью детерминированного механизма, где события и процессы являют собой цепь взаимозависимых причин и следствий. Отсюда и вера в то, что теоретически можно точно реконструировать любую про-шлую ситуацию во Вселенной или предсказать будущее с аб-солютной определенностью. И.Р.Пригожин назвал эту веру в безграничную предсказуемость "основополагающим мифом классической науки".

Механистический подход к описанию природы оказался не-обычайно 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 рам-ках механистической картины мира.

Разрабатывая оптику, И. Ньютон, следуя логике своего учения, считал свет потоком материальных частиц - кор-пускул. В корпускулярной теории света И. Ньютона утвер-ждалось, что светящиеся тела излучают мельчайшие части-цы, которые движутся в согласии с законами механики и вызывают ощущение света, попадая в глаз. На базе этой теории И. Ньютоном было дано объяснение законам отра-жения и преломления света.

Наряду с механической корпускулярной теорией, осуществ-лялись попытки объяснить оптические явления принципиально иным путем, а именно на основе волновой теории, сформули-рованной X.Гюйгенсом. Волновая теорияустанавливала анало-гию между распространением света и движением волн на по-верхности воды или звуковых волн в воздухе. В ней предпола-галось наличие упругой среды, заполняющей все пространство, светоносного эфира Распространение света рассматривалось как распространение колебаний эфира, каждая отдельная точка эфира колеблется в вертикальном направлении, а колебания всех точек создают картину волны, которая перемещается в пространстве от одного момента времени к другому. Главным аргументом в пользу своей теории X. Гюйгенс считал тот факт, что два луча света, пересекаясь, пронизывают друг друга без каких-либо помех в точности, как два ряда волн на воде.

Согласно же корпускулярной теории, между пучками изу-ченных частиц, каковыми является свет, возникали бы столк-новения или, по крайней мере, какие-либо возмущения. Исхо-дя из волновой теории X. Гюйгенс успешно объяснил отраже-ние и преломление света.

Однако против нее существовало одно важное возражение. Как известно, волны обтекают препятствия. А луч света, рас-пространяясь по прямой, обтекать препятствия не может. Если на пути луча света поместить непрозрачное тело с резкой гра-нью, то его тень будет иметь резкую границу. Однако эго воз-ражение вскоре было снято благодаря опытам Гримальди. При более тонком наблюдении с использованием увеличительных линз обнаруживалось, что на границах резких теней можно ви-деть слабые участки освещенности в форме перемежающихся светлых и темных полосок или ореолов. Это явление было на-звано дифракциейсвета. Именно открытие дифракции сделало X. Гюйгенса ревностным сторонником волновой теории света. Однако авторитет И. Ньютона был настолько высок, что кор-пускулярная теория воспринималась безоговорочно даже не-смотря на то, что на ее основе нельзя было объяснить явление дифракции

Волновая теория света была вновь выдвинута в первые де-сятилетия XIX в. английским физикомТ. Юнгоми французским естествоиспытателем О.Ж. Френелем. Т.Юнг дал объясне-ние явлению интерференции, т.е. появлению темных полосок при наложении света на свет. Суть ее можно описать с помо-щью парадоксального утверждения, свет, добавленный к свету, не обязательно дает более сильный свет, но может давать более слабый и даже темноту. Причина этого заключается в том, что согласно волновой теории, свет представляет собой не поток материальных частиц, а колебания упругой среды среды, или волно-вое движение. При наложении друг на друга цепочек волн в противоположных фазах, где гребень одной волны совмещается со впадиной другой, они уничтожают друг друга, в результате чего появляются темные полосы.

Другой областью физики, где механические модели оказа-лись неадекватными, была область электромагнитных явлений. Эксперименты английского естествоиспытателя М.Фарадеяи теоретические работы английского физика Дж.К. Максвеллаокончательно разрушили представления ньютоновской физики о дискретном веществе как единственном виде материи и по-ложили начало электромагнитной картине мира.

Явление электромагнетизма открыл датский естествоис-пытатель Х.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. Ос-мысливая свои эксперименты, он ввел понятие "силовые ли-нии". М.Фарадей, обладавший талантом экспериментатора и богатым воображением, с классической ясностью представ-лял себе действие электрических сил от точки к точке в их "силовом поле". На основе своего представления о силовых ли-ниях он предположил, что существует глубокое родство элек-тричества и света, и хотел построить и экспериментально обос-новать новую оптику, в которой свет рассматривался бы как колебания силового поля. Эта мысль была необычайно смела для того времени, но она была достойна исследователя, кото-рый считал, что только тот находит великое, кто исследует ма-ловероятное.

Фарадей пришел к выводу, что учение об электричестве и оптика взаимосвязаны и образуют единую пунктом исследований Дж.К. Максвелла, заслуга которого состоит в математической разработке идей М. Фарадея о магнетизме и электричестве. Используя высоко-развитые математические методы, Максвелл "перевел" модель силовых линий Фарадея в математическую формулу. Понятие "поле сил" первоначально складывалось как вспомогательное математическое понятие. Дж.К. Максвелл придал ему физиче-ский смысл и стал рассматривать поле как самостоятельную физическую реальность. "Электромагнитное поле - это та часть пространства, которая содержит в себе и окружает тела, нахо-дящиеся в электрическом или магнитном состоянии"1. Обоб-щив установленные ранее экспериментальным путем законы электромагнитных явлений (Кулона, Ампера, Био-Савара) и открытое М. Фарадеем явление электромагнитной индукции, Максвелл чисто математическим путем нашел систему диффе-ренциальных уравнений, описывающих электромагнитное поле. Эта система уравнений дает в пределах своей применимости полное описание электромагнитных явлений и представляет собой столь же совершенную и логически стройную теорию, как и система ньютоновской механики.

Из уравнений следовал важнейший вывод о возможности самостоятельного существования поля, не "привязанного" к электрическим зарядам. В дифференциальных уравнениях Мак-свелла вихри электрического и магнитного полей определяются производными по времени не от своих, а от чужих полей: элек-трическое - от магнитного и, наоборот, магнитное - от элек-трического.

14. Структурные уровни организации материи (микро-, макро- и мегамир).

Поэтому если меняется со временем магнитное по-ле, то существует и переменное электрическое поле, которое в свою очередь ведет к изменению магнитного поля. В результате происходит постоянное изменение векторов напряженности электрического и магнитного полей, т.е. возникает переменное электромагнитное поле, которое уже не привязано к заряду, а отрывается от него, самостоятельно существуя и распространя-ясь в пространстве. Вычисленная им скорость распространения электромагнитного поля оказалась равна скорости света. А ис-ходя из этого 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. Герцом в 1888 г.

Страницы: следующая →

1234Смотреть все

1. Структурные уровни организации материи (2)

   Реферат >> Биология

   … Структурные уровни организации материи В самом общем виде материя … собой. Границы микро — и макромира … в макро -, ни в мегамире . 2. Развитие структурной химии Многочисленные … литературы: 1. Горелов А.А. «Концепции современного естествознания », М.: Высшее …

2. Структурные уровни организации живой материи

   Реферат >> Биология

   … Структурные уровни организации живой материи Живой мир чрезвычайно многообразен. Обычно выделяют следующие структурные уровни … всех известных структурных уровнях (микро , макро , и мегамир ) трёхмерным. … две последние концепции . Концепция панспермии, согласно …

3. Концепции современного естествознания (33)

   Реферат >> Биология

   … Она включает объекты микро -, макро — и мегамиров . В более популярном … знание от псевдонаучного. Структурные уровни организации материи . Развитие – это … с концепцией иерархии качественно своеобразных структурных уровней материальной организации , выступающих …

4. Концепции современного естествознания (27)

   Лекция >> Биология

   … проблему с разных сторон. Современные концепции – это освещение наиболее перспективных направлений … к фундаментальным наукам: Поддержка высокого уровня знаний в данной области науки. … научных результатов. На каждом уровне научного познания свой метод: …

5. Концепции современного естествознания (28)

   Реферат >> Биология

   … ; корпускулярная и континуальная концепция описания природы; порядок и беспорядок в природе; хаос; структурные уровни организации материи ; микро -, макро — и мегамиры ; пространство, время …

Хочу больше похожих работ…

МАКРОМИР И МИКРОМИР – две основные области материального мира, кардинально различающиеся характером своих закономерностей.

Микро, Макро, Мега миры

Противопоставление макромира и микрокосмоса восходит к древнейшим натурфилософским концепциям макрокосмоса и микрокосмоса . Современные представления о макромире и микромире сложились в ходе становления квантовой теории и ее осмысления: объекты исследования доквантовой физики составляют макромир, а объекты, на базе которых разрабатывается квантовая теория, составляют микромир. Квантовая теория создавалась как теория структуры и свойств атома и процессов атомного масштаба; ныне же она лежит в основе физики элементарных частиц. С точки зрения представлений классической физики, законы квантовой теории оказались весьма странными и парадоксальными, что и определило становление концепции об особом своеобразном физическом мире. Высказывается мнение, что квантовая теория представляет такой «плод человеческой мысли, который более всякого другого научного достижения углубил и расширил наше понимание мира» (Вайскопф В. Физика в двадцатом столетии. М., 1977, с. 34). Важнейшими особенностями квантовых представлений, позволяющими говорить об особом мире физических явлений, являются корпускулярно-волновой дуализм, принципиально вероятностный характер процессов микромира и относительность свойств микрообъекта, фиксируемых на макроуровне.

Исторически проникновение науки в область микропроцессов приводило к разработке научных теорий большой степени общности. Проникновение в структуру вещества привело к разработке классической статистической физики, а анализ глубинных структур наследственности – к созданию генной теории. Познание атома породило квантовую теорию – наиболее фундаментальную в современной физике. «Микрофизика вчера, сегодня и, нужно думать, завтра, – как отметил отечественный физик В.Гинзбург, – была, есть и будет передним краем физики и всего естествознания» (Гинзбург В. О перспективах развития физики и астрофизики в конце 20 в. – Физика 20 в. Развитие и перспективы. М., 1984, с. 299). Представления о макромире и микромире взаимодополняют и взаимообусловливают друг друга. Знание свойств и законов микромира позволяет раскрыть свойства и структуры объектов макромира, а знание макромира позволяет раскрыть богатство внутренних возможностей объектов микромира.

Развитие физики микромира преобразует и основные формы теоретического выражения знаний. В частности, при переходе от классической физики к физике микромира произошли изменения в нашем понимании элементарного – переход от представлений о бесструктурных атомах (материальных точек) к представлениям об элементарных событиях как о некоторых далее неразложимых (бесструктурных) актах взаимодействия. И теория относительности, и особенно квантовая теория в своих построениях исходят из понятия события, представляющего собою бесструктурный элементарный объект.

Как сказал отечественный физик А.Д.Александров, имея в виду структуру теории относительности: «Простейший элемент мира – это то, что называется событием. Оно представляет собою «точечное» явление вроде мгновенной вспышки точечной лампы или, пользуясь наглядными представлениями о пространстве и времени, явление, протяжением которого в пространстве и во времени можно пренебречь. Словом, событие аналогично точке в геометрии, и, подражая определению точки, данному Эвклидом, можно сказать, что событие – это явление, часть которого есть ничто, оно есть «атомарное» явление. Всякое явление, всякий процесс представляется как некоторая связная совокупность событий. С этой точки зрения весь мир рассматривается как множество событий» (Александров А.Д. О философском содержании теории относительности. – Эйнштейн и философские проблемы физики 20 в. М., 1979, с. 113). Анализу перехода от языка объектов к языку событий в ходе становления современной физики принципиальное значение придавал Б.Рассел (см.: Рассел Б. Человеческое познание. М., 1957. с. 358 и 497). Можно, т.о., утверждать, что мир макрофизики есть мир, построенный из объектов, а мир микрофизики есть мир, образованный из событий.

В современной физике проблема элементарной сущности (как далее неразложимого, бесструктурного элемента) во многом остается открытой. Можно предположить, что при дальнейшем проникновении науки на глубинные уровни строения материи вопрос о простейшем, бесструктурном элементе изменит свой смысл. Исходные явления физического мира с самого начала следует рассматривать как нечто сложное, т.е. системным образом; при этом само понятие системы выступает как первичное, фундаментальное. Тем самым изменится и характер теоретических построений в фундаментальных областях физики.

Введение
Материя (лат.) - объективная реальность, которая дана человеку в его ощущениях и существует независимо от них, некая субстанция, основа всех реально существующих объектов и систем, их свойств, связей между ними и форм движения, есть то, из чего состоят все тела. Формы существования материи - пространство и время.
Современное научное знание основано на структурности материи и системном подходе. Система - это определенная целостность, проявляющая себя как нечто единое по отношению к другим объектам или условиям. В понятие системы входит совокупность элементов и связей между ними. Под элементом системы понимается компонент системы, который далее, внутри данной системы, рассматривается как неделимый, под структурной организацией материи - ее иерархическое строение - любой объект от микрочастиц до организмов, планет и галактик является частью более сложного образования и сам может считаться таковым, т. е. состоящим из неких составных частей. Доступная для наблюдения часть мира простирается в пространстве от 10 -17 до 10 26 м, а во времени - до 2 10 10 лет.
Окружающий нас мир современная наука разделяет на три области: микромир, макромир и мегамир. Это стало возможным в результате многовекового изучения природы человеком. Критерием для выделения различных структурных уровней служат следующие признаки: пространственно-временные масштабы; совокупность важнейших свойств; специфические законы движения; степень относительной сложности, возникающей в процессе исторического развития материи в данной области мира.
Микромир - это область природы, доступная человеку посредством приборов (микроскопы, рентгеноанализ и др.). Закономерности здесь для нас непонятны, и мы экстраполируем сюда наши понятия. Макромир - это область природы, доступная нам, т. е. область наших закономерностей. Мегамир нам труднодоступен; это область крупных объектов, больших размеров и расстояний между ними. Эти закономерности мы изучаем опосредованно. В этих областях имеется следующая иерархия объектов: микромир - это вакуум, элементарные частицы, ядра, атомы, молекулы, клетки; макромир - это макротела (твердые тела, жидкости, газы, плазма), индивид, вид, популяция, сообщество, биосфера; мегамир - это планеты, звезды, галактики, Метагалактика, Вселенная.
В настоящее время предположено К.Х. Рахматуллиным еще два гипотетических уровня – гипомир (микромир в микромире) и гипермир (сверхмегамир). Однако они не стали пока экспериментально наблюдаемыми, достоверно установленными.

Микромир
Микромир – мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микросистем с характерным размером 10 -10 - 10 -18 м. Это мир - от атомов до элементарных частиц. При этом для микромира свойственен корпускулярно-волновой дуализм, т.е. любой микрообъект обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Описание микромира опирается на принцип дополнительности Н. Бора и соотношения неопределенности Гейзенберга. Мир элементарных частиц, которые долго считали элементарными «кирпичиками», подчиняется законам квантовой механики, квантовой электродинамики, квантовой хромодинамики. Квантовое поле носит дискретный характер.
Основными понятиями, относящимися к микромиру, являются: элементарные частицы, ядра, атомы, молекулы и клетки.
Элементарные частицы - мельчайшие известные частицы физической материи. Все известные элементарные частицы подразделяются на две группы: адроны и лептоны. Предполагается, что адроны имеют составное строение: состоят из истинно элементарных частиц-кварков. И причем допускается существование шести типов кварков.
Стабильными, т. е. живущими в свободном состоянии неограниченно долго, частицами являются протон, электрон, фотон и, по-видимому, нейтрино всех типов. Время жизни протона составляет 10 31 лет. Самыми короткоживущими образованиями являются резонансы - их время жизни порядка 10 -23 с.
Объединение релятивистских и квантовых представлений, осуществленное в значительной степени еще в 30-е годы, привело к одному из наиболее выдающихся предсказаний в физике - открытию мира античастиц. Частица и соответствующая ей античастица имеют одинаковые времена жизни, одинаковые массы, их электрические заряды равны, но противоположны по знаку. Самым характерным свойством пары частица-античастица является способность аннигилировать (самоуничтожаться) при встрече с превращением в частицы другого рода. Античастицы могут собираться в антивещество. Несмотря на микроскопическую симметрию между частицами и античастицами, во Вселенной не обнаружены области со сколько-нибудь заметным содержанием антивещества. Частицы и их античастицы одинаково взаимодействуют с полем тяготения, что указывает на отсутствие "антигравитации".
Ядра. Атомные ядра - это связанные системы протонов и нейтронов. Массы ядер всегда несколько меньше суммы масс свободных протонов и нейтронов, составляющих ядро. Это релятивистский эффект, определяющий энергию связи ядра. Известны ядра с зарядом, равным от одного заряда протона до 109 зарядов протона и с числом протонов и нейтронов (т. е. нуклонов) от 1 до примерно 260. Плотность числа частиц в многонуклонных ядрах порядка 10 44 нуклонов/м 3 , а плотность массы 10 17 кг/м 3 . "Радиусы" ядер изменяются от2х10 -15 м (ядро гелия) до 7 х 10 -15 м (ядро урана). Ядра имеют форму вытянутого или сплюснутого эллипсоида (или еще более сложную).
Ядро как квантовая система может находиться в различных дискретных возбужденных состояниях. В основном состояния ядра могут быть стабильными (устойчивыми) и нестабильными (радиоактивными). Время, за которое из любого макроскопического количества нестабильных ядер распадается половина, называют периодом полураспада. Периоды полураспада известных нам элементов изменяются в пределах примерно от 10 18 лет до 10 -10 с.
Атомы. Они состоят из плотного ядра и электронных орбит. Ядра имеют положительный электрический заряд и окружены роем отрицательно заряженных электронов. В целом атом электронейтрален. Атом есть наименьшая структурная единица химических элементов. В отличие от "плотной упаковки" ядерных частиц атомные электроны образуют весьма рыхлые и ажурные оболочки. Существуют жесткие правила "заселенности" электронами орбит вокруг ядра. Электроны, находящиеся на самых верхних этажах "атомного дома", определяют реакционную способность атомов, т. е. их способность вступать в соединение с другими атомами. У большинства элементов атомы химически нестабильны. Атом стабилен, если его внешняя оболочка заполнена определенным числом электронов. Атомы с незаполненными внешними оболочками вступают в химические реакции, образуя связи с другими атомами.
Молекулы . Молекула есть наименьшая структурная единица сложного химического соединения. Число возможных комбинаций атомов, определяющих число химических соединений, составляет миллионы. Качественно молекула - это определенное вещество, состоящее из одного или нескольких химических элементов, атомы которых за счет обменного химического взаимодействия объединены в частицы. При затрате определенной энергии устойчивая молекула может быть разложена на атомы.
Некоторые атомы (например, углерода и водорода) способны образовывать сложные молекулярные цепи, являющиеся основой для образования еще более сложных структур (макромолекул), которые проявляют уже биологические свойства, т. е. свойства живого.
Клетка. За 3 млрд лет существования на нашей планете живое вещество развилось в несколько миллионов видов, но все они - от бактерий до высших животных - состоят из клеток. Клетка - это организованная часть живой материи: она усваивает пищу, способна существовать и расти, может разделиться на две, каждая из которых содержит генетический материал, идентичный исходной клетке. Клетки служат элементарными структурами на онтогенетическом уровне организации жизни. Клетка состоит из ядра и цитоплазмы. От окружающей среды клетка отделена плазматической мембраной, которая регулирует обмен между внутренней и внешней средой и служит границей клетки. В каждой клетке содержится генетический материал в форме ДНК, регулирующей жизнедеятельность и самовоспроизведение. Размеры клеток измеряются в микрометрах (мкм) - миллионных долях метра и нанометрах (нм) - миллиардных долях. Клетки существуют как самостоятельные организмы (простейшие бактерии) или входят в состав многоклеточных организмов.
Концепции современной физики
Первоначально мысль о том, что материя может состоять из отдельных частиц, впервые была высказана Левкипом из Милета (Др. Греция) в V в. до н. э. Эту идею развил его ученик Демокрит, который и ввел слово «атом» (от греч. «атомос», что значит «неделимый»). В начале XIX века Джон Дальтон возродил это слово, подведя научную основу под умозрительные идеи древних греков. Согласно Дальтону, атом – это крошечная неделимая частица материи, принимающая участие в химических реакциях.
Простые представления об атоме, принадлежащие Дальтону, были поколеблены в 1897 году, когда Дж. Томпсон установил, что атомы могут испускать еще меньшие отрицательно заряженные частицы (позднее названные электронами). Стало очевидным, что атом обладает внутренней структурой. Это открытие указывало на то, что атом должен содержать и положительные заряды. Томпсон предположил, что электроны рассеяны в положительно заряженном атоме, подобно изюминкам в булке. Эта модель не позволяла объяснить некоторые свойства атомов, однако более совершенную модель удалось создать лишь после открытия радиоактивного излучения. Явление радиоактивности было открыто Беккерелем, который обнаружил, что атомы урана самопроизвольно испускают излучение. Известны три формы этого излучения: ? – поток протонов и нейтронов, ? – отрицательно заряженные электроны и? – коротковолновое магнитное излучение, не несущее заряда.
В 1911 г. Э. Резерфорд предложил совершенно новую модель атома – планетарную, основанную на результатах его собственных экспериментов и экспериментов Ханса Гейгера, в которых измерялось расстояние?-частиц при прохождении через золотую фольгу. Согласно модели Резерфорда, положительный заряд и основная масса атома сосредоточены в центральном ядре, вокруг которого движутся электроны. Позже Резерфорд установил, что положительный заряд ядра несут частицы в 1836 раз более тяжелые, чем электрон. Он назвал их протонами. Число протонов называют атомным номером, причем оно всегда равно числу окружающих ядро электронов. Позднее было установлено, что все ядра атомов (кроме ядра водорода), содержат незаряженные частицы – нейтроны с массой, почти равной массе протона.
Модель атома Резерфорда, однако, была неустойчивой, так как вращающиеся электроны, теряя свою энергию, в конце концов, должны были бы упасть на ядро. Атомы же являются весьма устойчивыми образованиями, для разрушения которых требуются огромные силы.
Датский физик Нильс Бор, сделавший следующий важный шаг на пути создания модели атома, опирался на две другие области исследований. Первая из них – квантовая теория, вторая – спектроскопия. Впервые идея квантования была высказана Максом Планком в 1900г для объяснения механизма излучения тепла и света нагретым телом. Планк показал, что энергия может излучаться и поглощаться только определенными порциями или квантами.
Бор постулировал, что движущийся электрон в атоме водорода может существовать только на фиксированных орбитах, а спектральные линии водорода соответствуют поглощению или излучению кванта энергии. Эти процессы происходят, когда электрон «перепрыгивает» с одной фиксированной орбиты на другую.
В результате орбиты Бора оказались не точными траекториями электрона, а местами его наиболее вероятного обнаружения в атоме. Согласно идее корпускулярноволнового дуализма, впервые высказанной Луи де Бройлем, субатомные частицы можно описывать так же, как и свет, в том смысле, что в одних случаях для этого целесообразно пользоваться понятием «частица», а в других – «волна».
Однако с точки зрения химии представление об атоме как о мельчайшей частичке материи, принимающей участие в химических реакциях, по-прежнему остается наиболее удобным.
С физикой ядра связано явление радиоактивности, сопровождающееся выделением огромного количества ядерной энергии.
Когда масс-спектрометры – приборы, позволяющие измерять массы отдельных ионов и ядер, – достигли достаточно высокой точности, обнаружилось, что массы ядер не равны сумме масс составляющих их протонов и нейтронов. В соответствии с релятивистской формулой Эйнштейна Е=mс2, эта разность масс и является источником ядерной энергии.
Современная теория рассматривает ядро как исходную каплю, состоящую из протонов и нейтронов. Если ядро распадается на две приблизительно равные части, то такой процесс называется делением; если ядро испускает одну или больше частиц то это радиоактивный распад; когда же два ядра соединяются вместе, говорят о ядерном синтезе.
Таким образом, к 1932 г. было установлено, что атомы состоят из субатомных (элементарных) частиц – протонов и нейтронов, образующих положительно заряженное ядро, и обращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов.
Английский физик П.А. Дирак предсказал существование позитрона – античастицы электрона, которая экспериментально была открыта в 1934 г.
Чтобы получить законченную картину строения материи, необходимо охарактеризовать не только сами субатомные частицы, но и способ, которым они удерживаются друг возле друга, т.е. их взаимодействие. Установлены четыре типа взаимодействий. 1)Гравитационное взаимодействие вызывает притяжение между объектами пропорционально их массе (действие на макроуровне). 2)Электромагнитное взаимодействие имеет место между частицами, обладающими электрическим зарядом. Оно гораздо сильнее гравитационного и обуславливает притяжение между ядрами и электронами.
3)Сильное взаимодействие действует внутри самого ядра. Оно примерно в 1000 раз сильнее электромагнитного и действует на расстояниях, сравнимых с размером ядра < 10 -12 см. 4)Слабое взаимодействие – в триллион раз слабее электромагнитного. Оно наблюдается в ряде процессов, связанных с превращением частиц, например, при?–распаде, в котором нейтрон превращается в протон, электрон и антинейтрино.
Предложены различные способы объяснения взаимодействий. В одном из них используют понятие сил поля. В другой модели взаимодействия, основанной на квантовой механике, используется идея обмена виртуальными частицами. Две заряженные частицы взаимодействуют, испуская и поглощая фотоны. Гравитационное взаимодействие объясняют обменом гипотетическими частицами, называемыми гравитонами. В 1935г. Хидеки
Юкава предположил, что сильное взаимодействие, «скрепляющее» ядра, обусловлено обменом некой частицей, значение массы которой лежит в пределах между массами протона и электрона. Сегодня эта частица, названная?–мезоном или пионом, известна. Другая частица, промежуточный векторный бозон, была предложена для объяснения слабых взаимодействий, но обнаружить ее до сих пор не удалось.
При исследованиях космических лучей и в экспериментах, проведенных на ускорителях, было открыто много других частиц. Сейчас известно более 400 субатомных (элементарных) частиц, большинство из которых нестабильно. Они характеризуются определенной массой, зарядом и средним временем жизни частицы. Многочисленные субатомные частицы классифицируются по группам. Частицы, участвующие в сильных взаимодействиях, называются адронами; к ним относятся нуклоны (протоны и нейтроны); частицы, не принимающие участия в сильных взаимодействиях, называются лептонами, среди них – электроны и нейтрино.
Одну из основных своих задач физика высоких энергий видит в создании единой теории, объясняющей и связывающей все четыре типа взаимодействий, а также существование и поведение такого множества элементарных частиц.

Макромир
Макромир – мир макротел, начиная от макромолекул (размеры от 10 –6 см и выше) до объектов, размерность которых соотносима с масштабами непосредственного человеческого опыта – миллиметры, сантиметры, километры, вплоть до размеров Земли(40 000 км).
Частицами, связывающими микро- и макроуровни материи, считают молекулы. Они, состоящие из атомов, построены аналогично, но объем, занимаемый здесь электронными орбиталями, несколько больше, и молекулярные орбитали ориентированы в пространстве. В результате каждая молекула имеет определенную форму. Для сложных молекул, особенно органических, форма имеет решающее значение. Состав, пространственное строение молекул определяют свойства вещества. Виды связей ионов, структуру веществ и молекул, химические системы и химические реакции рассмотрим позже при изучении темы «Химические системы и процессы».
При определенных условиях однотипные атомы и молекулы могут собираться в огромные совокупности - макроскопические тела (вещество). Вещество - вид материи; то, из чего состоит весь окружающий мир. Вещества состоят из мельчайших частиц - атомов, молекул, ионов, элементарных частиц, имеющих массу и находящихся в постоянном движении и взаимодействии. Существует огромное множество веществ, различных по составу и свойствам. Вещества делятся на простые, сложные, чистые, неорганические и органические. Свойства веществ можно объяснить и предсказать на основе их состава и строения.
Вещество простое состоит из частиц (атомов или молекул), образованных атомами одного химического элемента. Например, 0 2 (кислород), 0 3 (озон), S (сера), Ne (неон) - простые вещества.
Вещество сложное состоит из частиц, образованных атомами различных химических элементов. Например, H 2 S0 4 (серная кислота); FeS (сульфид железа); СН 4 (метан) - сложные вещества.
Вещество чистое - вещество, состоящее из одинаковых частиц (молекул, атомов, ионов), обладающее определенными специфическими свойствами. Для очистки веществ от примесей используют различные методы: перекристаллизацию, дистилляцию, фильтрование.
Вещества неорганические - это химические соединения, образуемые всеми химическими элементами (кроме соединений углерода, относящихся к органическим веществам). Неорганические вещества образуются на Земле и в космосе под воздействием природных физико-химических факторов. Известно около 300 тысяч неорганических соединений. Они образуют практически всю литосферу, гидросферу и атмосферу Земли. В их состав могут входить атомы всех химических элементов, известных в настоящее время, в различных сочетаниях и количественных соотношениях. Кроме того, огромное количество неорганических веществ получают в научных лабораториях и на химических предприятиях искусственно. Все неорганические вещества делятся на группы со сходными свойствами (классы неорганических соединений).
Вещества органические - это соединения углерода с некоторыми другими элементами: водородом, кислородом, азотом, серой. Из соединений углерода к органическим не относятся оксиды углерода, угольная кислота и ее соли, являющиеся неорганическими соединениями. Название "органические" эти соединения получили в связи с тем, что первые представители этой группы веществ были выделены из тканей организмов. Долгое время считалось, что подобные соединения нельзя синтезировать в пробирке, вне живого организма. Однако в первой половине XIX в. ученым удалось получить искусственно вещества, которые ранее извлекали только из тканей животных и растений или продуктов их жизнедеятельности: мочевину, жир и сахаристое вещество. Это послужило доказательством возможности искусственного получения органических веществ и началом новых наук - органической химии и биохимии. Органические вещества обладают рядом свойств, отличающих их от неорганических веществ: они неустойчивы к действию высоких температур; реакции с их участием протекают медленно и требуют особых условий. К органическим соединениям относятся нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, липиды, гормоны, витамины и многие другие вещества, играющие основную роль в построении и жизнедеятельности растительных и животных организмов. Пища, топливо, многие лекарства, одежда - все это состоит из органических веществ.
Наиболее важными объектами макромира выступают: индивид, вид, популяция и биосфера.
Индивид (индивидуум, особь) - элементарная неделимая единица жизни на Земле. Разделить индивид на части без потери "индивидуальности" невозможно. Конечно, в ряде случаев вопрос об определении границ индивида, особи не столь прост и самоочевиден. С эволюционной точки зрения индивидуумом следует считать все морфофизиологические единицы, происходящие от одной зиготы, гаметы, споры, почки и индивидуально подлежащие действию элементарных факторов. На онтогенетическом уровне единицей жизни служит индивид с момента ее возникновения до смерти. Через оценку индивидуума в процессе естественного отбора происходит проверка жизнеспособности данного генотипа. Индивиды в природе не абсолютно изолированы друг от друга, а объединены более высоким рангом биологической организации на популяционно-видовом уровне.
Вид . Сущность биологической концепции вида заключается в признании того, что виды реальны, состоят из популяций, а все особи вида имеют общую генетическую программу, которая возникла в ходе предшествующей эволюции. Виды определяются не столько различиями, сколько обособленностью. Из биологической концепции вида вытекают критерии, позволяющие отличать один вид от другого: 1. Морфологический критерий вида есть характеристика особенностей строения, совокупность его признаков. 2. Генетический критерий утверждает, что каждый вид имеет свойственный ему набор хромосом, характеризующийся определенным числом хромосом, их структурой и дифференциальной окраской. 3. Эколого-географический критерий вида включает как ареал обитания, так и непосредственную среду обитания вида - его экологическую нишу. 4. К важнейшей характеристике вида, размножающегося половым путем, относится репродуктивная изоляция. Он является результатом эволюции всей генетической системы данного вида и охраняет его от проникновения генетической информации извне. Итак, каждый критерий в отдельности недостаточен для определения вида, только в совокупности они позволяют точно выяснить видовую принадлежность живого организма. Наиболее существенной характеристикой вида является то, что он представляет собой генетически единую систему.
Таким образом, вид - совокупность географически и экологически близких популяций, способных в природных условиях скрещиваться между собой, имеющих единый генетический фонд, обладающих общими морфофизиологическими признаками, биологически изолированных от популяций других видов.
Популяция. Совокупность особей одного вида, длительно населяющих определенное пространство, размножающихся путем свободного скрещивания и в той или иной степени изолированных друг от друга, называют популяцией. В генетическом смысле популяция - это пространственно-временная группа скрещивающихся между собой особей одного вида. Популяция является элементарной биологической структурой, способной к эволюционным изменениям. Популяции оказываются элементарными единицами, а виды - качественными этапами процесса эволюции. Совокупность генотипов всех особей популяции об разует генофонд.
Популяции разных видов всегда образуют в биосфере Земли сложные сообщества - биоценозы. Биоценоз - совокупность растений, животных, грибов и прокариот, населяющих участок суши или водоема и находящихся в определенных отношениях между собой. Вместе с конкретными участками земной поверхности, занимаемыми биоценозами, и атмосферой сообщество составляет экосистему. Экосистема - взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергий. Биогеоценоз - это такая экосистема, внутри которой не проходят биогенетические, микроклиматические, почвенные и гидрологические границы. Биогеоценоз - одна из наиболее сложных природных систем. Внешне заметные границы биогеоценозов чаще всего совпадают с границами растительных сообществ. Все группы экосистемы - продукт совместного исторического развития видов, различающихся по систематическому положению.
Биосфера. Взаимосвязь разных сообществ, обмен между ними веществом и энергией позволяют рассматривать все живые организмы Земли и среду их обитания как одну очень протяженную и разнообразную экосистему - биосферу. Биосфера - те части земных оболочек (лито, гидро- и атмосферы), которые на протяжении геологической истории подвергались влиянию живых организмов и несут следы их жизнедеятельности. Биогеоценозы, образующие в совокупности биосферу нашей планеты, взаимосвязаны круговоротом веществ и энергии. В этом круговороте жизнь на Земле выступает как ведущий компонент биосферы. Биогеоценоз представляет собой незамкнутую систему, имеющую энергетические "входы" и "выходы", связывающие соседние биогеоценозы. Обмен веществ между соседними биогеоценозами может осуществляться в газообразной, жидкой и твердой фазах, а также в форме живого вещества (миграции животных). Кроме живого вещества в составе биосферы есть косное (неживое) вещество, а также сложные по своей природе биокосные тела. В их состав входят как живые организмы, так и видоизмененное неживое вещество. К биокосным телам относятся почвы, илы, природные воды.

Мегамир
Мегамир – мир объектов космического масштаба от 10 9 см до 10 28 см. Этот диапазон включает размеры Земли, Солнечной системы, Галактики, Метагалактики.
Жесткой границы, разделяющей структурные уровни организации материи, не существует. При несомненном качественном различии они связаны конкретными процессами взаимопереходов. Наша Земля отнесена к уровню макромира, но в качестве одной из планет Солнечной системы она одновременно выступает и как элемент мегамира.
Планеты. Начальной ступенью в иерархии объектов мегамира являются планеты (в переводе с греческого - "блуждающие"). Планеты - это небесные тела, обращающиеся обычно вокруг звезд, отражающие их свет и не имеющие собственного видимого излучения. По размерам и массам они значительно меньше звезд. Земля меньше Солнца по размеру в 109 раз, а по массе 333 000 раз. Многие планеты имеют спутники, обращающиеся вокруг них. В Солнечной системе 9 больших планет: Меркурий, Венера, Земля с Луной, Марс с Фобосом и Деймосом, Юпитер с 16 спутниками, Сатурн с 17 спутниками, Уран с 16 спутниками, Нептун с 10 спутниками, Плутон с Хароном. Между орбитами Марса и Юпитера находятся более 5000 малых планет. Солнечной системе принадлежат также кометы и метеорные тела. В настоящее время неизвестно, имеются ли в Солнечной системе планеты, еще более удаленные от Солнца, чем Плутон; Можно только утверждать, что если такие планеты и есть, то они сравнительно невелики.
Астрофизики полагают, что 10% всех звезд имеют планетные системы. У 10 ближайших нам звезд они достоверно обнаружены. Например, одна из близких к Земле звезд - "летящая" Барнарда - имеет три планеты массами примерно равными массе Юпитера. Полагается, если скорость вращения звезд меньше (несколько км/с), чем обычно бывает у звезд (несколько десятков км/с), то они имеют планетную систему.
Звезды. Наиболее распространенными объектами окружающего нас материального мира являются звезды. Изученная нами часть окружающего пространства заполнена огромным количеством звезд - самых больших небесных тел, подобных нашему Солнцу, вещество которых находится в состоянии плазмы. Они имеют собственные видимые излучения и характеризуются различными размерами, массами, светимостями и временами жизни.
Звезды удалены друг от друга на огромные расстояния, и тем самым практически изолированы. В окрестностях Солнца среднее расстояние между звездами примерно в 10 млн раз больше, чем средний диаметр звезд. Даже самая близкая к нам звезда - Проксима Центавра - удалена от нас на такое большое расстояние, что по сравнению с ним межпланетные расстояния в пределах Солнечной системы кажутся мизерными.
и т.д.................

Наша Вселенная разделена человеком на различные составляющие объективной реальности, распределена на ряд миров. Для удобства принято использовать такие понятия, как мегамир, макромир и микромир.

Для полного понимания значения этих терминов необходимо перевести слова в понятную нам лексику. Приставка "мега" - происходит от греческого μέγας , что обозначает "большой". Макро - в переводе с греческого μάκρος (макрос) — "большой", "длинный". Микро - происходит от греческого μικρός и означает "маленький".

Различные миры восприятия

К мегамиру относятся объекты космических размеров. Например: галактика, солнечная система, туманность.

Макромир - это то привычное для нас пространство, осязаемое и воспринимаемое естественным путём. Где мы можем видеть, воспринимать обычные физические объекты: автомобиль, дерево, камень. В нем также существуют такие привычные для нас понятия, как секунда, минута, день, год.

Интерпретируя по-другому, можно сказать, что макромир - это обычный мир, в котором живёт человек.

Существует второе определение. Макромир - это мир, в котором мы жили до появления квантовой физики. С возникновением новых знаний и понимания строения материи произошло деление на макромир и микромир.

Ввела человека в новые представления о мире и его составляющих частях. Установила ряд определений, уточнив, какие объекты характерны для микро- и макромира.

К определению объектов микромира отнесено все, что находится на атомном и субатомном уровне. Кроме своих размеров, этой зоне свойственны совершенно другие законы физики и философии её понимания.

Корпускула или волна?

Это область, где стандартные для нас законы лишены какого-либо применения. на этих уровнях пребывают сугубо в виде Анализируя утверждения некоторых учёных, что этой области мира присуще корпускулярное (в переводе означает "частица") проявление элементарных частиц, можно сказать, что не может быть однозначного видения в этих вопросах.

В некоторой степени они правы, с позиции макромира. При наличии наблюдателя они ведут себя как частицы. При отсутствии их поведение становится волновым.

В реальности территория области микромира представлена волнами энергии, зацикленными в кольцах и спиралях. Что касается нашей привычной зоны восприятия, то объекты макромира представлены в виде корпускулярной (предметы, объекты) составляющей и волновых процессов.

Пять различных миров

На сегодня существует пять типов нашего мира, в том числе и указанные ранее три (обычно используемые).

Рассмотрим более углублённо все составляющие части нашей объективной реальности.

Гипермир

Первым считается гипермир, но на данный момент нет конкретного доказательства его существования. К нему гипотетически относят множественные Вселенные.

Мегамир

Следующим считают ранее упомянутый мегамир. К нему причисляют мегагалактики, звезды, планетарные подсистемы, планеты, спутники звёздных систем, кометы, метеориты, астероиды, диффузную материю пространства и открытую не так давно «тёмную материю и её составляющие».

Линейное пространство может измеряться в астрономических единицах, и парсеках. Время - в миллионах и миллиардах лет. Основной силой является гравитационный тип взаимодействия.

Макромир

Третий мир - это часть реальной объективности мира, в котором существует человек. То, как вы определите понятие "макромир" и его отличие от других составляющих Вселенной, не является сложностью. Нет необходимости утруждать собственное понимание.

Оглянитесь вокруг, макромир - это все, что вы видите, и все, что окружает вас. В нашей части объективной реальности существуют как объекты, так и целые системы. Они включают также живые, неживые и искуственные объекты.

Некоторые примеры макрообъектов и макросистем: оболочки планеты (водная, газообразная, твёрдая), города, машины и здания.

Геологические и биологические макросистемы (леса, горы, реки, океаны).

Пространство измеряется в микромиллиметрах, миллиметрах, сантиметрах, метрах и километрах. Что касается времени, то оно измеряется в секундах, минутах, днях, годах и эрах.

Присутствует в основном электромагнитное поле взаимодействия. Квантовое проявление - фотоны. Имеется также гравитационный вид взаимодействия.

Микромир

Микромир - это область микрообъектов и микросостояний. Является частью реальности, где объекты предельно малых размеров, экспериментального масштаба. Для наблюдения обычным человеческим глазом они недоступны.

Рассмотрим некоторые примеры микрообъектов и микросистем. К ним относят: микромолекулы, атомы, составляющие атомов (протоны, электроны) и более мелкие элементарные частицы. А также кванты (переносчики) энергий и «физический» вакуум.

Пространство измеряется от 10 в минус десятой степени до 10 в минус восемнадцатой степени метров, а время - от «бесконечности» до 10 в минус двадцать четвёртой степени.

Преобладают в микромире следующие силы: слабое межатомное взаимодействие, квантовые поля - тяжёлые промежуточные бозоны; сильное межъядерное взаимодействие, квантовый тип полей - глюонов и p-мезонов; электромагнитный тип взаимодействия, благодаря которому существуют атомы и молекулы.

Гипомир

Последний мир весьма специфичен. Существует на сегодня не более чем теоретически.

Гипомир - это гипотетический мир внутри микромира. Он ещё более мал по своим размерам. В нем предположительно существуют объекты и системы.

Примеры гипообъектов и гипосистем: планкеон (все, что меньше размеров Планка - 10 в минус тридцать пятой степени метров), «пузырьковая сингулярность», а также присущ «физический» вакуум с предположительными элементами меньше микрочастиц и вполне допустимо существование гипочастиц «тёмной материи».

Пространство и время дискретны, находятся в пределах представленной модели планкеона:

Линейные параметры - 10-35 метров.
- Время планктеона - 10-43 секунды.
- Плотность гипомира - 1096 кг/м 3 .
- Энергия планктеона - 1019 ГэВ.

К базовым взаимодействиям в микромире, возможно, в будущем добавятся новые силы гипомира или они будут объединены в одно целое.

В процессе познания этого мира учёные для полного понимания делили все изучаемое на области, сферы, разделы, группы, части и многое другое. Именно этот способ позволяет чётко классифицировать и понимать суть окружающего мира.

Примерно шестьсот лет назад любой учёный назывался естествоиспытателем. На то время не было деление науки на какие-либо направления. Естествоиспытатель изучал физику, химию, биологию и все, с чем сталкивался.

Попытка понять и изучить мир привела к продуктивному и эффективному разделению. Но все же не забываем, что этот подход применил человек. Природа и окружающий мир являются целостными и неизменными, независимо от наших представлений о них.

Микро-, макро- и мегамиры.

Материя – это бесконечное множество всех существующих в мире объектов и систем, субстрат любых свойств, связей, отношений и форм движения. В основе представлений о строении материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм или галактика, может быть рассмотрен как сложное образование, включающее в себя составные части, организованные в целостность.

Современная наука выделяет в мире три структурных уровня.

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.

Демокритом в античности была выдвинута Атомистическая гипотеза строения материи. 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. В 1895 г. Дж. Томсон открыл электрон - отрица­тельно заряженную частицу, входящую 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. Существовало несколько моделей строения атома.

Выявлены специфические качества микрообъектов, выражающиеся в наличии у них как корпускулярных (частицы), так и световых (волны) свойств. Элементарные частицы – простейшие объекты микромира, взаимодействующие как единое целое. Известно более 300 разновидностей. В первой половине ХХ в. были открыты фотон, протон, нейтрон, позднее – нейтрино, мезоны и другие. Основные характеристики элементарных частиц: масса, заряд, среднее время жизни, квантовые числа. Все элементарные частицы, абсолютно нейтральны, имеют свои античастицы - элементарные частицы, обладающие теми же характеристиками, но отличающиеся знаками электрического заряда. При столкновении частиц происходит их уничтожение (аннипиляция).

Стремительно возрастает количество открытых элементарных частиц. Их объединяют в «семейства» (мультиплеты), «роды» (супермультиплеты), «племена» (адроны, лептоны, фотоны и т.п.). Некоторые частицы группируются по принципу симметрии. Например, триплет из трёх частиц (кварков) и триплет из трёх античастиц (антикварков). К концу ХХ века физика приблизилась к созданию стройной теоретической системы, объясняющей свойства элементарных частиц. Предложены принципы, позволяющие дать теоретический анализ многообразия частиц, их взаимопревращений, построить единую теорию всех видов взаимодействий.

Макромир.

В истории изучения природы можно выделить два этапа: донаучный и научный. Донаучный, или натурфилософский, 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. 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. 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.

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.

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» .

После экспериментов Г. Герца в физике окончательно утвердилось понятие поля не в качестве вспомогательной математической конструкции, а как объективно существующей физической реальности. 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.

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

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” :

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. 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.

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. 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.

Звезды. На современном этапе эволюции Вселенной веще­ство в ней находится преимущественно в звездном 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. На завершающем этапе эволюции звезды превращаются в инертные («мертвые») звезды. Звезды не существуют изолированно, а образуют системы.

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. 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. 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.

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.

Издавна люди пытались найти объяснение многообразию и причудливости мира. Изучение материи и её структурных уровней является необходимым условием формирования мировоззрения, независимо от того, окажется ли оно, в конечном счете, материалистическим или идеалистическим.

Достаточно очевидно, что очень важна роль определения понятия материи, понимания последней как неисчерпаемой для построения научной картины мира, решения проблемы реальности и познаваемости объектов и явлений микро, макро и мега миров.

Список использованной литературы

1. Ващекин Н.П., Лось В.А., Урсул А.Д. «Концепции современного естествознания», М.: МГУК, 2000.

2. Горелов А.А. «Концепции современного естествознания », М.: Высшее образование, 2006.

3. Козлов Ф.В. Справочник по радиационной безопасности.- М.: Энергоатом – издат, 1991.

4. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П., Экология, М., Издательский дом "Дрофа", 1995.

5. Поннамперума С. «Происхождение жизни», М., Мир, 1999 г.

6. Сивинцев Ю.В. Радиация и человек. - М.: Знание, 1987.

7. Хотунцев Ю.М. Экология и экологическая безопасность. - М.: АСADEMA, 2002.

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

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