Структурные уровни организации материи:микромир,макромир,мегамир

ПЛАН

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ВВЕДЕНИЕ

     Весь  окружающий нас мир представляет собой движущуюся материю в её бесконечно разнообразных формах и проявлениях, со всеми её свойствами, связями и отношениями.

     Материя (лат. Materia – вещество), «…философская  категория для обозначения объективной  реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от нас».

     Слово «материя» многозначно. В быту им пользуются для обозначения той  или иной ткани. Современная астрономия сообщает, что видимая Вселенная насчитывает сотни тысяч звезд, звездных туманностей и других небесных тел. У всех предметов и явлений, несмотря на их разнообразие, есть общая черта: все они существуют вне сознания человека и независимо от него, т.е. являются материальными. Люди открывают все новые и новые свойства природных тел и процессов, производят бесконечное множество несуществующих в природе вещей, следовательно, материя, неисчерпаема.

     Материя и ее атрибуты несотворимы и неуничтожимы, существуют вечно и бесконечно разнообразны по форме своих проявлений. Все  явления в мире обусловлены естественными материальными связями и взаимодействиями, причинными отношениями и законами природы. В этом смысле в мире нет ничего сверхъестественного и противостоящего материи. Человеческая психика и сознание тоже определяются материальными процессами в мозгу человека и являются высшей формой отражения внешнего мира.

 

2. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД  К СТРОЕНИЮ МАТЕРИИ

      Структурность и системная организация материи  относятся к числу ее важнейших  атрибутов, выражают упорядоченность  существования материи и те конкретные формы, в которых она проявляется.

      Структура материи. Под структурой материи обычно понимают ее строение в макромире, т.е. существование в виде молекул, атомов, элементарных частиц и т.д. Это связано с тем, что человек является макроскопическим существом и для него привычными являются макроскопические масштабы, поэтому понятие структуры ассоциируется обычно с различными микрообъектами.

      Но  если рассматривать материю в  целом, то понятие структуры материи  будет охватывать также макроскопические тела, все космические системы мегамира, причем в любых сколь угодно больших пространственно-временных масштабах. С этой точки зрения, понятие «структура» проявляется в том, что она существует в виде бесконечного многообразия целостных систем, тесно взаимосвязанных между собой, а также в упорядоченности строения каждой системы. Такая структура бесконечна в количественном и качественном отношениях.

      Проявлениями  структурной бесконечности материи  выступают:

• неисчерпаемость объектов и процессов микромира;
• бесконечность пространства и времени;
• бесконечность изменений и развития процессов.

      Из  всего многообразия форм объективной  реальности эмпирически доступной  всегда остается лишь конечная область  материального мира, которая ныне простирается в масштабах от 10-15 до 1028 см, а во времени – до 2х109 лет.

      Структурность и системная организация  материи относятся к числу важнейших ее атрибутов. Они выражают упорядоченность существования материи и те ее конкретные формы, в которых она проявляется.

      Материальный  мир един: мы подразумеваем, что все его части – от неодушевленных предметов до живых существ, от небесных тел до человека как члена общества – так или иначе связаны.

      Системой  является то, что определенным образом  связано между собой и подчинено  соответствующим законам.

      Система – это внутреннее или внешнее упорядоченное множество взаимосвязанных и взаимодействующих элементов.

      Упорядоченность множества подразумевает наличие  закономерных отношений между элементами системы, которое проявляется в  виде законов структурной организации. Внутренняя упорядоченность имеется у всех природных систем, возникающих в результате взаимодействия тел и естественного саморазвития материи. Внешняя характерна для созданных человеком искусственных систем: технических, производственных, и т.п.

      Структурные уровни материи образованы из определенного множества объектов какого-либо класса и характеризуются особым типом взаимодействия между составляющими их элементами.

      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;
• некоторые другие признаки.

 

3. ВЗАИМОСВЯЗЬ МИКРО-, МАКРО- И МЕГАМИРОВ

      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^-18 см., за время - порядка 10^-22 с. В мегамире ученые с помощью приборов фиксируют объекты, удаленные от нас на расстоянии около 9-12 млрд. световых лет.

      С увеличением размеров объектов уменьшается энергия взаимодействия. Если принять энергию гравитационного взаимодействия за единицу, то электромагнитное взаимодействие в атоме будет в 10³⁹ больше, а взаимодействие между нуклонами – составляющими ядро частицами – в 10⁴¹ раз больше. Чем меньше размеры материальных систем, тем более прочно связаны между собой их элементы.

      Деление материи на структурные уровни носит  относительный характер. В доступных  пространственно-временных масштабах  структурность материи проявляется  в ее системной организации, существовании в виде множества иерархически взаимодействующих систем, начиная от элементарных частиц и кончая Метагалактикой.

      Говоря  о структурности – внутренней расчлененности материального бытия, можно отметить, что сколь бы ни был широк диапазон мировидения науки, он тесно связан с обнаружением все новых и новых структурных образований. Например, если раньше взгляд на Вселенную замыкался Галактикой, затем расширился до системы галактик, то теперь изучается Метагалактика как особая система со специфическими законами, внутренними и внешними взаимодействиями. 

4. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О  КЛАССИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕ, О ПОЛЕ И ВЕЩЕСТВЕ  КАК ВИДАХ МАТЕРИИ

      Материя - фундаментальное понятие, связанное с любыми объектами, существующими в природе, о которых мы можем судить благодаря нашим ощущениям. Физика описывает материю как нечто, существующее в пространстве и во времени (в пространстве-времени) - представление, идущее от Ньютона (пространство - вместилище вещей, время - событий); либо как нечто, само задающее свойства пространства и времени - представление, идущее от Лейбница и, в дальнейшем, нашедшее выражение в Общей Теории Относительности Эйнштейна. Изменения во времени, происходящие с различными формами материи, составляют физические явления.

      Материя существует в двух видах - вещество и поле. Они строго разделены и их превращение друг в друга невозможно. Главным является поле, а значит основным свойством материи является непрерывность в противовес дискретности (концепция континуального непрерывного строения материи).

      Вещество. Классическое вещество может находиться в одном из трех агрегатных состояний: газообразном, жидком или твердом. Кроме того, выделяют высокоионизованное состояние вещества (чаще газообразного, но, в широком смысле, любого агрегатного состояния), называемое плазмой.

      В химическом отношении все вещества подразделяют на простые и сложные (химические соединения), а также  на неорганические и органические вещества.

      Поле  в физике — одна из форм материи, характеризующая все точки пространства (или, шире, пространства-времени) и обладающая бесконечным числом степеней свободы. Каждой точке пространства при этом присваивается определённая физическая величина. Эта величина, как правило, меняется при переходе от одной точки к другой. В зависимости от математического вида этой величины выделяют скалярные, векторные, тензорные и спинорные поля.

      Также поля делятся в зависимости от своей природы на электромагнитные, гравитационные, магнитное, электрическое  и поля ядерных сил. Проявляются  поля в виде взаимодействия (переносимого с конечной скоростью) тел (при этом сила взаимодействия определяется различными характеристиками тел: массой для гравитационного поля, зарядом для электромагнитного и т. д.), которые в квантовой физике объясняются передачей специфичных для каждого типа поля частиц (фотонов для электромагнитного, гипотетических гравитонов для гравитационного и т. д.). Долгое время считалось, что поле является только наглядным теоретическим объяснением таких явлений, как световые волны, пока в 1887 Генрих Рудольф Герц не доказал существование электромагнитного поля экспериментально. 

5. КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ  ДУАЛИЗМ

В СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКЕ

      Корпускулярно-волновой дуализм – свойство любой микрочастицы обнаруживать признаки частицы (корпускулы) и волны. Наиболее ярко корпускулярно-волновой дуализм проявляется у элементарных частиц. Электрон, нейтрон, фотон в одних условиях ведут себя как хорошо локализованные в пространстве материальные объекты (частицы), двигающиеся с определёнными энергиями и импульсами по классическим траекториям, а в других – как волны, что проявляется в их способности к интерференции и дифракции. Так электромагнитная волна, рассеиваясь на свободных электронах, ведёт себя как поток отдельных частиц – фотонов, являющихся квантами электромагнитного поля (Комптона эффект), причём импульс фотона даётся формулой р = h/1, где р  – длина электромагнитной волны, а h – постоянная Планка. Эта формула сама по себе – свидетельство дуализма. В ней слева – импульс отдельной частицы (фотона), а справа – длина волны фотона.