Структурні рівні організації матерії

19

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Волинський національний університет імені Лесі Українки

Географічний факультет

Кафедра географії

Індивідуальне завдання з курсу «Концепції сучасного природознавства» на тему:

«Структурні рівні організації матерії»

Виконав:

Студент 42 групи

Герасимчук Олександр

Перевірила:

Павловська Т. С.

Луцьк - 2011

Зміст

         Вступ ……………………………………………………………………… 3

1. Поняття про матерію …………………………………………………….. 4

2. Історія виникнення погляду на матерію ………………………………... 6

3. Рівні організації матерії ………………………………………………….. 7

3.1. Мікросвіт ………………………………………………………………... 7

3.2. Макросвіт ……………………………………………………………….. 8

3.3. Мегасвіт ………………………………………………………………... 10

    Висновки …………………………………………………………………. 17

    Список використаних джерел …………………………………………... 18

    Додаток …………………………………………………………………… 19

Вступ

            У ході виконання цієї індивідуальної роботи ми за допомогою літературних та інтернет-джерел розглянемо, опишемо, проаналізуємо та охарактеризуємо структурні рівні організації матерії.

            Отож, об’єктом нашого дослідження є власне самі структурні рівні організації матерії.

            Предметом дослідження виступає розгляд, опис та аналіз структирних рівнів організації матерії.

            Мета роботи полягає у вивченні концепції структурної організації матерії.

            Для досягнення мети слід виконати такі завдання:

1.      Розглянути поняття про матерію;

2.      Описати історію виникнення погляду на матерію;

3.      Охарактеризувати основні рівні організації матерії.

            Отже, весь оточуючий нас світ являє собою рухому матерію в її нескінченно різноманітних формах і проявах, з усіма її властивостями, зв'язками і відносинами. Розглянемо докладніше, що ж таке матерія, а так само і її структурні рівні.

1.      Поняття про матерію

           Матерія (лат. Materia – речовина): «... філософська категорія для позначення об'єктивної реальності, яка дана людині у її відчуттях, яка копіюється, фотографується, відображається нашими відчуттями, існуючи незалежно від нас ».

           Матерія – це нескінченна безліч всіх існуючих у світі об'єктів і систем, субстрат будь-яких властивостей, зв'язків, відносин і форм руху. Матерія включає в себе не тільки всі безпосередньо спостережувані об'єкти і тіла природи, а й усі ті, які в принципі можуть бути пізнані в майбутньому на основі вдосконалення засобів спостереження і експерименту. З точки зору марксистсько-ленінського розуміння матерії, вона органічно пов'язана з діалектико-матеріалістичним рішенням основного питання філософії; воно виходить з принципу матеріальної єдності світу, первинності матерії по відношенню до людської свідомості та принципу пізнаванності світу на основі послідовного вивчення конкретних властивостей, зв'язків і форм руху матерії.

           В основі уявлень про будову матеріального світу лежить системний підхід, згідно з яким будь-який об'єкт матеріального світу, будь то атом, планета, організм чи галактика, може бути розглянутий як складне утворення, що включає в себе складові частини, організовані в цілісність. Для позначення цілісності об'єктів в науці було вироблено поняття системи [8].

           Матерія як об'єктивна реальність включає в себе не тільки речовину в чотирьох її агрегатних станах (твердому, рідкому, газоподібному, плазмовому), а й фізичні поля (електромагнітне, гравітаційне, ядерне і т. д.), а також їх властивості, відносини, продукти взаємодії. Входить в неї і антиречовина (сукупність античастинок: позитрон, або антиелектрон, антипротон, антинейтрон), нещодавно відкрита наукою. Антиречовина ні в якому разі не антиматерія. Антиматерії взагалі бути не може. Далі «не» (не-матерії) заперечення тут не йде [1].

           Рух і матерія нерозривні і органічно пов'язані один з одним: немає руху без матерії, як немає і матерії без руху. Інакше кажучи, немає в світі незмінних речей, властивостей і відносин. «Все тече», все змінюється. Одні форми або види змінюються іншими, переходять в інші – рух постійний. Спокій – діалектично зникаючий момент в безперервному процесі зміни, становлення. Абсолютний спокій рівнозначний смерті, а вірніше –неіснуванню. Можна зрозуміти в зв'язку з цим А. Бергсона, що розглядав всю реальність як неподільну рухому безперервність. Або А. Н. Уайтхеда, для якого «реальність є процес». І рух, і спокій з визначеністю фіксуються лише по відношенню до якоїсь системи відліку. Так, стіл, за яким пишуться ці рядки, спокійний щодо даної кімнати, вона, у свою чергу, – щодо даного будинку, а сам будинок – відносно Землі. Але разом із Землею стіл, кімната і дім рухаються навколо земної осі і навколо Сонця.

           Рухома матерія існує в двох основних формах – у просторі і в часі. Поняття простору служить для вираження властивості протяжності і порядку співіснування матеріальних систем та їх станів. Воно об'єктивне, універсальне (загальна форма) і необхідне. У понятті часу фіксується тривалість та послідовність зміни станів матеріальних систем. Час об'єктивний, неминучий й безповоротний. Слід розрізняти філософські та природничо-наукові уявлення про простір і час. Власне філософський підхід тут представлений чотирма концепціями простору і часу: субстанційною і реляційною, статичною та динамічною [4].

2.      Історія виникнення погляду на матерію

           Основоположником погляду на матерію, яка складається з дискретних частинок був Демокріт.  Демокріт заперечував нескінченну подільність матерії. Атоми різняться між собою тільки формою, порядком взаємного проходження, і положенням в порожньому просторі, а також величиною і залежать від величини ваги. Вони мають нескінченно різноманітні форми з западинами або опуклостями. Демокріт називає атоми також «фігурами» або «відікамі», з чого випливає, що атоми Демокріта є максимально малими, далі неподільними фігурами або статуетками. У сучасній науці багато сперечалися про те, чи є атоми Демокріта фізичними або геометричними тілами, однак сам Демокріт ще не дійшов до розрізнення фізики та геометрії. З цих атомів, що рухаються в різних напрямках, з їх «вихору» з природної необхідності шляхом зближення взаємоподібних атомів утворюються як окремі цілі тіла, так і весь світ; рух атомів вічний, а число світів, що виникають нескінченне [7].

           Світ доступної людині об'єктивної реальності постійно розширюється. Концептуальні форми вираження ідеї структурних рівнів матерії різноманітні.

3.      Рівні організації матерії

           Сучасна наука виділяє в світі три структурних рівні організації матерії (мікро-, макро-, мегасвіт).

            Мікросвіт – це молекули, атоми, елементарні частинки – світ гранично малих мікрооб'єктів, що безпосередньо не спостерігаються, просторова розмірність яких обчислюється від 10-8 до 10-16 см, а час життя – від нескінченності до 10-24 с.

         Макросвіт – світ стійких форм і співрозмірних людині величин, а також кристалічні комплекси молекул, організми, співтовариства організмів; світ макрооб'єктів, розмірність яких співвідносна з масштабами людського досвіду: просторові величини виражаються в міліметрах, сантиметрах і кілометрах, а час – у секундах, хвилинах, годинах, роках.

           Мегасвіт – це планети, зоряні комплекси, галактики, метагалактики – світ величезних космічних масштабів і швидкостей, відстань в якому вимірюється світловими роками, а час існування космічних об'єктів – мільйонами і мільярдами років.

           І хоча на цих рівнях діють свої специфічні закономірності, мікро-, макро - і мегасвіти найтіснішим чином взаємопов'язані.

           На мікроскопічному рівні фізика сьогодні займається вивченням процесів, що розігруються на довжинах порядку 10 у мінус вісімнадцятому ступені см, за час – порядку 10 у мінус двадцять другому ступені с. У мегасвіті вчені за допомогою приладів фіксують об'єкти, віддалені від нас на відстані близько 9-12 млрд. світлових років.

          3.1. Мікросвіт. Демокрітом в античності була висунута Атомістична гіпотеза будови матерії, пізніше, у XVIII ст. була відроджена хіміком Дж. Дальтоном, який прийняв атомну вагу водню за одиницю і порівняв з ним атомні ваги інших газів. Завдяки працям Дж. Дальтона стали вивчатися фізико-хімічні властивості атома. У XIX ст. Д. І. Менделєєв побудував систему хімічних елементів, засновану на їх атомній вазі.

           У фізику уявлення про атоми як про останні неподільні структурні елементи матерії прийшли з хімії. Власне фізичні дослідження атома починаються в кінці XIX ст., коли французьким фізиком А. А. Беккерелем було відкрито явище радіоактивності, яке полягало в мимовільному перетворенні атомів одних елементів в атоми інших елементів.

           Історія дослідження будови атома почалася в 1895 р. Завдяки відкриття Дж. Томсоном електрона – негативно зарядженої частинки, що входить до складу всіх атомів. Оскільки електрони мають негативний заряд, а атом в цілому електрично нейтральний, то було зроблено припущення про наявність крім електрона і позитивно зарядженої частинки. Маса електрона склала за розрахунками 1/1836 маси позитивно зарядженої частинки.

           Існувало кілька моделей будови атома.

            У 1902 р. англійський фізик У. Томсон (лорд Кельвін) запропонував першу модель атома – позитивний заряд розподілений в досить великій області, а електрони вкраплені в нього, як «родзинки в пудинг».

           У 1911 р. Е. Резерфорд запропонував модель атома, яка нагадувала сонячну систему: в центрі знаходиться атомне ядро, а навколо нього за своїми орбітами рухаються електрони.

           Ядро має позитивний заряд, а електрони – негативний. Замість сил тяжіння, що діють в Сонячній системі, в атомі діють електричні сили. Електричний заряд ядра атома, чисельно рівний порядковому номеру в періодичній системі Менделєєва, врівноважується сумою зарядів електронів – атом електрично нейтральний.

           Обидві ці моделі виявилися суперечливі [10].

           У 1913 р. великий датський фізик Н. Бор застосував принцип квантування при вирішенні питання про будову атома і характеристиці атомних спектрів.

           Модель атома Н. Бора базувалася на планетарній моделі Е. Резерфорда і на розробленої ним самим квантової теорії будови атома. Н. Бор висунув гіпотезу будови атома, засновану на двох постулатах, абсолютно несумісних з класичною фізикою:

           1) у кожному атомі існує кілька стаціонарних станів (кажучи мовою планетарної моделі, кілька стаціонарних орбіт) електронів, рухаючись по яких електрон може існувати, не випромінюючи;

           2) при переході електрона з одного стаціонарного стану в інший атом випромінює чи поглинає порцію енергії.

           Зрештою точно описати структуру атома на підставі уявлення про орбіти точкових електронів принципово неможливо,оскільки таких орбіт насправді не існує.

           Теорія Н. Бора являє собою якби прикордонну смугу першого етапу розвитку сучасної фізики. Це останнє зусилля описати структуру атома на основі класичної фізики, доповнюючи її лише невеликим числом нових припущень.

           Складалося враження, що постулати Н. Бора відбивають якісь нові, невідомі властивості матерії, але лише частково. Відповіді на ці питання були отримані в результаті розвитку квантової механіки. З'ясувалося, що атомну модель Н. Бора не слід розуміти буквально, як це було спочатку. Процеси в атомі в принципі не можна наочно представити у вигляді механічних моделей за аналогією з подіями в макросвіті. Навіть поняття простору і часу в існуючій в макросвіті формі виявилися невідповідними для опису мікрофізічних явищ. Атом фізиків-теоретиків все більше і більше ставав абстрактно-неспостережною сумою рівнянь.