Структурные уровни организации материи

                             3.Маро-, микро-, и мега- миры. 

       Макромир  – это мир объектов, соизмеримых с человеческим опытом. Размеры макрообъектов измеряются от долей миллиметра до сотен километров, а время от секунд до лет. Поведение же макроскопических тел, состоящих из микрочастиц, описывается классической механикой или электродинамикой. Материя может пребывать как в виде вещества так, и виде поля, причем вещество дискретно, а поле – непрерывно. [4]

       К области макромира относятся  те процессы, для которых постоянную Планка можно считать бесконечно малой величиной, которой допустимо пренебречь, а скорость света – бесконечно большой величиной, позволяющей отвлечься от временной длительности передачи сигналов, считать взаимодействия систем мгновенными как бы безвременными.[3]

       Микромир – мир очень малых микрообъектов, размеры которых  от 10^-10  до 10^-18 м, время жизни может быть до 10^-24 с. Испускание и поглощение света происходит порциями, квантами, получившими название фотонов. Этот мир – мир от атомов до элементарных частиц. При этом для элементарных частиц свойственен корпускулярно-волновой дуализм, т.е. любой микрообъект обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами.

                                                           8

Описание  макромира опирается на принципы дополнительности Н.Бора и соотношения  неопределенности Гейзенберга. Мир  элементарных частиц, которые долго  считали элементарными «кирпичиками», подчиняются законам квантовой механики, квантовой электродинамики, квантовой хромодинамаки. Квантовое поле носит дискретный характер.[4]

       Специфика микромира наиболее ярко отражена в разделах физики, основанных на квантовой механике, в том релятивистской, учитывающей одновременно и квантовость, и относительность процессов в микромире их структурных, пространственно-временных и энергетических характеристик.[3]

Мегамир – мир объектов космического масштаба: планеты, звезды, галактики, Метагалактика. Кроме них во Вселенной присутствуют материя в виде излучения и диффузная материя. Последняя может занимать огромные пространства в виде гигантских облаков газа и пыли – газо-пылевых туманностей. В звездах сосредоточено 97% вещества нашей Галактики – Млечный путь. В других галактиках распределение материи примерно такое же. В Галактике почти все звезды являются двойными, а всего их более 120млрд. Диаметр Галактики порядка 100 тыс.св.лет.Галактики, наблюдаемые с Земли как туманные пятнышки имеют разную форму: спиральную, неправильную, эллиптическую. Они образуют скопления из нескольких отдельных систем. Систему галактик называют Метагалактикой. Мегамир описывается законами классической механики с поправками которые были внесены теорией относительности. [4]

       4.Классическое и современное понимание концепции макромира

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

                                                                 9

       Наиболее  значимой для последующего развития естественных наук была концепция дискретного строения материи атомизм, согласно которому все тела состоят из атомов — мельчайших в мире частиц. Со становления классической механики начинается научный этап изучения природы. Поскольку современные научные представления о структурных уровнях организации материи были выработаны в ходе критического переосмысления представлений классической науки, применимых только к объектам макроуровня, то начинать нужно с концепций классической физики. Формирование научных взглядов на строение материи относится к XVI в., когда Г. Галилеем была заложена основа первой в истории науки физической картины мира — механической. Он не просто обосновал гелиоцентрическую систему Н. Коперника и открыл закон инерции, а разработал методологию нового способа описания природы — научно-теоретического. Суть его заключалась в том, что выделялись только некоторые физические и геометрические характеристики, которые становились предметом научного исследования. Галилей писал: «Никогда я не стану от внешних тел требовать чего-либо иного, чем величина, фигура, количество и более или менее быстрого движения для того, чтобы объяснить возникновение вкуса, запаха и звука».

       И. Ньютон, опираясь на труды Галилея, разработал строгую научную теорию механики, описывающую и движение небесных тел, и движение земных объектов одними и теми же законами. Природа рассматривалась как сложная механическая система. В рамках механической картины мира, разработанной И. Ньютоном и его последователями, сложилась дискретная (корпускулярная) модель реальности. Материя рассматривалась как вещественная субстанция, состоящая из отдельных частиц — атомов или корпускул. Атомы абсолютно прочны, неделимы, непроницаемы, характеризуются наличием массы и веса. Существенной характеристикой ньютоновского мира было трехмерное пространство евклидовой геометрии,

                                                          10

которое абсолютно постоянно и всегда пребывает в покое. Время представлялось как величина, не зависящая ни от пространства, ни от материи. Движение рассматривалось как перемещение в пространстве по непрерывным траекториям в соответствии с законами механики. Итогом ньютоновской картины мира явился образ Вселенной как гигантского и полностью детерминированного механизма, где события и процессы являют собой цепь взаимозависимых причин и следствий.

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

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

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

                                                           11

       и положили начало электромагнитной картине мира.

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

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

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

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

       Итак, к концу XIX в. физика пришла к выводу, что материя существует в 

                                                                12

       двух  видах: дискретного вещества и непрерывного поля.

       В результате же последующих революционных  открытий в физике в конце прошлого и начале нынешнего столетий оказались разрушенными представления классической физики о веществе и поле как двух качественно своеобразных видах материи.[5]

                                       5.Заключение

       Все вышеизложенные революционные  открытия  в  физике перевернули   ранее существующие взгляды на мир. Исчезла убежденность  в  универсальности  законов   классической   механики,  ибо разрушились  прежние  представления  о  неделимости  атома, о  постоянстве массы,  о  неизменности   химических  элементов  и  т.д. Теперь уже  вряд ли   можно  найти  физика,  который  считал  бы, что  все   проблемы  его науки  можно  решить  с  помощью  механических  понятий и  уравнений. Рождение  и  развитие  атомной  физики, таким  образом,  окончательно сокрушило  прежнюю    механистическую   картину мира. Но  классическая механика  Ньютона  при  этом  не   исчезла. По сей  день  она  занимает почетное  место  среди  других  естественных  наук. С ее  помощью, например,  рассчитывается  движение  искусственных  спутников Земли, других  космических   объектов  и  т.д. Но трактуется   она   теперь   как частный, случай   квантовой  механики, применимый  для  медленных  движений и  больших  масс  объектов  макромира.[6] 
 
 

                                                          13

                                 6.Список литературы

1. В.Н.  Лавриненко, В.П. Ратников. Концепции  современного естествознания. М.:ЮНИТИ-ДАНА, 2001.

2. С.Х. Карненков. Основные концепции естествознания. М.: высшее образование. 2007.

3. Е.Ф.  Солонов, Концепции современного  естествознания. М.: гуманитарный изд.  центр ВЛАДОС. 2005.

4. Т.Я.  Дубкищева. Концепции современного  естествознания. М.: изд. центр АКАДЕМИЯ.2008.

5. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратников. Концепции современного естествознания. М.:ЮНИТИ-ДАНА, 2008. 
 
 
 

                    14