Микро-, макро- и мега - миры. Современные космологические модели Вселенной

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.

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

Микромир имеет свои особенности, которые можно выразить так:

1) единицы измерения расстояния (м, км и т. д.), используемые человеком, применять просто бессмысленно;
2) единицы измерения веса человека (г, кг, фунты и т. д.) применять также бессмысленно.

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

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

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

1) предпринимались попытки объяснить явления микромира посредством понятий, которые были выработаны при изучении макромира;
2) в сознании человека возникали сложности, связанные с разделением бытия на субъект и объект;
3) при наблюдении и описании явлений микромира мы не можем абстрагироваться от явлений, относящихся к макромиру наблюдателя, и средств наблюдения.

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

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

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

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

Макромир.

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

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

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

1) как движение и способность производить работу;
2) «подвижность» человека, его активность.

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

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

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

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

1) интеллект;
2) подсознание;
3) сверхсознание.

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

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

Сверхсознание. К сверхсознанию относится прежде всего душа человека.

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

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

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

Объектом естествознания является природа, то есть весь окружающий нас мир. Самым общим понятием, охватывающим весь материальный мир, является понятие "Вселенная. Оно может считаться эквивалентом понятия "природа". В более узком смысле под Вселенной понимается окружающий нас мегамир - совокупность макроскопических тел и их систем астрономического (то есть гигантского) масштаба. Макроскопические тела - это физические системы, состоящие из огромного количества частиц (атомов и молекул). Более конкретно, мегамир - это мировое пространство, небесные тела и их системы, космические газ, пыль, электромагнитные поля, космические элементарные частицы. Вселенную, рассматриваемую, как единое целое, подчиняющуюся общим законом, называют космосом. Значение слова "космос" в греческом языке - "порядок, гармония, красота". Это слово родственно слову "косметика", смысл которого "искусство украшать". Считается, что впервые Вселенную как гармоничную, упорядоченную систему назвал космосом древнегреческий ученый Пифагор. Понятие "космос" часто используют в качестве синонима понятия "Вселенная". В популярной литературе "космическое" очень часто противопоставляют "земному", хотя Земля тоже объект Вселенной.

Наблюдаемая область Вселенной называется Метагалактикой. Ее границы по мере совершенствования астрономических инструментов расширяются, но существует принципиальный предел, обусловленный конечностью скорости света. В настоящее время радиус Метагалактики равен 10 миллиардов световых лет, то есть расстоянию, которое электромагнитные волны проходят за 10 миллиардов лет (скорость света 300000 км/с).

Исследование мегамира тесно связано с космологией и космогонией.

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

1) Альберт Эйнштейн создает свою релятивистскую физику;
2) М. Планк создает квантовую физику.

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

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

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

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

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

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

Вселенная — это чье-то тело. Звезды над нами — это атомы тела неизвестного гигантского существа

Существует гипотеза, что наша Вселенная - тело неизвестного существа. Именно поэтому она (оно - тело) имеет свои пределы. Однако за пределами его другая бесконечность, другие тела и населенная ими Вселенная, которая также является ограниченной в пространстве, потому что сама является чьим-то телом и так без конца. Гипотеза, на первый взгляд, бредовая, но если вдуматься, то не настолько, чтобы не имела право на существование. Именно поэтому ее обсуждают, на полном серьезе авторитетные научные сообщества. На самом деле, схожесть макро- и микромиров была давно подмечена наблюдателями и учеными мужами. Причем схожесть эта подчас просто поразительная. Если бы каким-нибудь чудесным способом мы смогли переместиться внутрь атома на третий по счету электрон, то сходство с нашим миром было бы таким, что перемен мы бы и не заметили. Разве что при взгляде на ночное небо не обнаружили бы знакомых созвездий. Но плотность звезд осталась бы прежней, сохранилась такой же продолжительность суток, продолжительность года. Вот время неслось бы стремительно, по сравнению с жизнью на планете Земля. За секунду, пока вы чихаете, в микромире пролетят миллионы, а то и миллиарды лет.

Невероятно!

Микромир внутри любого живого существа безумно разнообразен и сложен. Внутри каждого из нас таится целая Вселенная

Если там существует разумная жизнь, то сменятся сотни цивилизаций, возникнут и будут уничтожены целые миры. Но, находясь внутри атома, мы этого не заметим, потому что время будет течь для нас, как и прежде.

Тема, кстати, давно освоена писателями-фантастами. Еще в детстве я читал рассказ (название и автора забыл), но суть такая.

Экспедиция обнаружила в пустыне две гигантские статуи. Как и каким образом, они туда попали – загадка, и вещество из которого гиганты оказались сделаны. На первый взгляд, оно напоминало какую-то скальную породу.

Тогда один из участников отколол от ноги статуи кусочек для того, чтобы изучить в лаборатории и вернуться назад. Но вскоре началась война и в следующий раз члены оказались в этой же пустыне спустя долгие годы.

Они нашли статуи, и каково же было их удивление, когда они увидели, что те сменили позы. На лице одной проступила тревога, а другая, от ноги которой откололи кусок, тянулась рукой к сколу, почувствовав боль.

Невероятно!

Атомы и клетки, из которых состоит все живое на Земле, подчиняются тем же законам, которым подчиняются небесные тела

Но это всего лишь рассказ, на самом деле, ученые полагают, что скорость течения времени пропорциональна величине объекта. И если Вселенная микромира меньше нашей во многие миллиарды раз, то и время течет там во много миллиардов раз быстрее.

Кроме временных и другие физические соотношения были найдены в микро- и макромирах.

Вывод сделан следующий: «Все то, что мы наблюдаем и при помощи нашего зрения, и при помощи сверхмощных телескопов (типа Хаббл), и галактики – есть отдельные составные элементы или части некого сверхорганизма, макрочеловека».

Это гигантское, по нашим меркам, сверхсущество размером в 20 млрд. световых лет. Напомним, что световой год это единица измерения пространства, а не времени.

То есть для того, чтобы преодолеть такое расстояние надо двигаться со скоростью 300 тыс. км. в секунду двадцать миллиардов лет.

Звезды на нашем небосводе – ядра атомов сверхсущества, а Солнце – всего лишь одно из ядер. Земля – третий по счету из восьми электронов этого атома.

Самое интересное то, что этот для другого сверхсущества будет находиться в микромире, как для нас в атоме.

Невероятно!

Если клетку увеличить настолько, чтобы увидеть атомы, из которых она состоит, то картина будет такой же, которую мы видим, глядя на ночное небо

Необычные явления в космосе

О том, что Космос – живой организм говорил триста лет назад Г. Лейбниц – безусловный авторитет в математике и физике.

Поэтому вселенские процессы, такие как взрывы сверхновых, разрушение и рождение светил, деятельность квазаров и пульсаров – это химические процессы, происходящие в клетках живого суперорганизма.

Невероятно!

Клетки каждого живого существа регенерируют, делятся, умирают, – эти процессы идут безостановочно. Во Вселенной происходит то же самое, только по нашей временной шкале это занимает очень много времени

Точно так же как и процессы, происходящие в клетках нашего организма, для микромира оборачиваются вселенскими , растянутыми во времени.

Ученые микромира, вероятно, столетиями бьются над загадкой взрыва и разрушения галактики, после того, как вы отрезали заусенец на ногте. А укол витамина В, который вам вкатили для улучшения самочувствия, породит тысячи новых миров и столько же уничтожит.

Именно поэтому микробиолог, наблюдающий в электронный микроскоп живую клетку, астроном или астрофизик, занятые изучением галактик и сверхновых, по сути, занимаются одним и тем же делом: пытаются понять устройство мира на объектах различающихся лишь в масштабах.

МАКРОМИР И МИКРОМИР

МАКРОМИР И МИКРОМИР - две основные области материального мира, кардинально различающиеся характером своих закономерностей. 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 , составляют микромир. Квантовая 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 концепции об особом своеобразном физическом мире. Высказывается , что квантовая теория представляет такой “плод человеческой , который более всякого другого научного достижения углубил и расширил наше 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 , принципиально вероятностный 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 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 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 , и особенно квантовая теория в своих построениях исходят из понятия события, пред

ставляющего собою бесструктурный элементарный . 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” вроде мгновенной вспышки точечной лампы или, пользуясь наглядными представлениями о пространстве и времени, явление, протяжением которого в пространстве и во времени можно пренебречь. Словом, аналогично точке в геометрии, и, подражая определению точки, данному Эвклидом, можно сказать, что событие - это явление, часть которого есть , оно есть “атомарное” явление. Всякое явление, всякий представляется как некоторая связная совокупность событий. С этой точки зрения весь рассматривается как 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 придавал Б. Рассел (см.: Рассел Б. Человеческое . 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 элементарной сущности (как далее неразложимого, бесструктурного элемента) во многом остается открытой. Можно предположить, что при дальнейшем проникновении науки на глубинные уровни строения материи о простейшем, бесструктурном элементе изменит свой . Исходные явления физического мира с самого начала следует рассматривать как сложное, т. е. системным образом; при этом само системы выступает как первичное, фундаментальное. Тем самым изменится и характер теоретических построений в фундаментальных областях физики.

Ю. В. Сачков

Новая философская энциклопедия: В 4 тт. М.: Мысль . Под редакцией В. С. Стёпина . 2001 .

Смотреть что такое "МАКРОМИР И МИКРОМИР" в других словарях:

И микромир две специфические области объективной реальности, различающиеся уровнем структурной организации материи. Сфера макроявления это обычный мир, в к ром живет и действует человек (планеты, земные тела, кристаллы, большие молекулы и др.).… … Википедия

М. Мир очень больших величин. Ant: микромир Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 …

М. Мир очень малых величин. Ant: макромир Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

Мухосранск вымышленный населённый пункт, обозначающий «провинциальный город, глушь, глухомань». Будучи квазитопонимом, характеризует описываемый объект с негативной стороны, указывая как на удалённость его от центра, так и «на… … Википедия

мировоззрение - МИРОВОЗЗРЕНИЕ систематическое единство многообразия обобщенных, непосредственно связанных с осознаваемыми интересами людей убеждений относительно сущности природных или социальных явлений, или же их совокупности. Несмотря на этимологию… … Энциклопедия эпистемологии и философии науки

- (греч. , от мир, Вселенная и, рождение), в совр. понимании раздел астрономии, изучающий происхождение космич. объектов и систем. Проблемы происхождения и эволюции Вселенной в целом изучает космология. Древнейшие представления о… … Философская энциклопедия

Запрос «Эйнштейн» перенаправляется сюда; см. также другие значения. Альберт Эйнштейн Albert Einstein … Википедия

Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия

Альберт Эйнштейн Albert Einstein Дата рождения: 14 марта 1879 Место рождения … Википедия

Книги

Концепции современного естествознания , Гусев Дмитрий Алексеевич. Что такое наука? Когда и где она появилась? Какую роль она играет в жизни человека и общества? Почему под наукой в первую очередь подразумевается естествознание? Какпроисходит научное…

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.................

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.

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

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 …
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 …
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 …
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: …
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.

Микро-, макро- и мега - миры. Современные космологические модели Вселенной

Необычные явления в космосе

Смотреть что такое "МАКРОМИР И МИКРОМИР" в других словарях:

Книги

Материальность мира и его единство

Микромир

Макромир

Мегамир

Микро, макро и мегамиры

Движение материи

Пространство и время

Причинность и закономерность

См. также

Примечания

Литература

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

Структурные уровни организации материи (2)

Структурные уровни организации живой материи

Концепции современного естествознания (33)

Концепции современного естествознания (27)

Концепции современного естествознания (28)

Микро, Макро, Мега миры