Мікро-макро-і мегасвіті

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. 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 мегасвіті найтіснішим чином взаємопов'язані.

На мікроскопічному рівні фізика сьогодні займається вивченням процесів, що розігруються на довжинах близько 10 в мінус вісімнадцятого ступеня див, за час - близько 10 в мінус двадцять другого ступеня с. У мегасвіті вчені за допомогою приладів фіксують об'єкти, віддалені від нас на відстані близько 9-12 млрд. світлових років.

Мікросвіт.

Демокрітом в античності була висунута Атомістична гіпотеза будови матерії. Завдяки працям Дж. Дальтона стали вивчатися фізико-хімічні властивості атома. в. У XIX ст. Д. І. Менделєєв побудував систему хімічних елементів, засновану на їхній атомній вазі.

У фізику подання про атоми як про останні неподільних структурних елементах матерії прийшли з хімії. в., когда французским физиком А. А. Беккерелем было открыто явление радиоактивности, которое заключалось в самопроизвольном превращении атомов одних элементов в атомы других элементов. 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. г. У 1895 р. отрицательно заряженную частицу, входящую в состав всех атомов. Дж. Томсон відкрив електрон - негативно заряджену частинку, що входить до складу всіх атомів. Оскільки електрони мають негативний заряд, а атом у цілому електрично нейтральний, то було зроблено припущення про наявність крім електрона і позитивно зарядженої частинки. Існувало кілька моделей будови атома.

Виявлено специфічні якості мікрооб'єктів, що виражаються в наявності у них як корпускулярних (частки), так і світлових (хвилі) властивостей. Елементарні частинки - найпростіші об'єкти мікросвіту, що взаємодіють як єдине ціле. Відомо більше 300 різновидів. У першій половині ХХ ст. були відкриті фотон, протон, нейтрон, пізніше - нейтрино, мезони і інші. Основні характеристики елементарних частинок: маса, заряд, середній час життя, квантові числа. Всі елементарні частинки, абсолютно нейтральні, мають свої античастинки - елементарні частинки, що володіють тими ж характеристиками, але відрізняються знаками електричного заряду. При зіткненні частинок відбувається їх знищення (анніпіляція).

Стрімко зростає кількість відкритих елементарних частинок. Їх об'єднують у «сімейства» (мультиплет), «пологи» (супермультіплети), «племена» (адрони, лептони, фотони тощо). Деякі частинки групуються за принципом симетрії. Наприклад, триплет з трьох часток (кварків) і триплет з трьох античастинок (антикварков). До кінця ХХ століття фізика наблизилася до створення стрункої теоретичної системи, що пояснює властивості елементарних частинок. Запропоновано принципи, які дозволяють дати теоретичний аналіз різноманіття частинок, їх взаємоперетворення, побудувати єдину теорію всіх видів взаємодій.

Макросвіт.

В історії вивчення природи можна виділити два етапи: донаукових і науковий. вв. Донаучний, або натурфілософський, охоплює період від античності до становлення експериментального природознавства в XVI-XVII ст. Спостережувані природні явища пояснювалися на основі умоглядних філософських принципів. Найбільш значущою для подальшого розвитку природних наук була концепція дискретного будови матерії мельчайших в мире частиц. атомізм, згідно з яким всі тіла складаються з атомів - найдрібніших у світі частинок.

Зі становлення класичної механіки починається науковий етап вивчення природи. в., когда Г.Галилеем была заложена основа первой в истории науки физической картины мира — механической. Формування наукових поглядів на будову матерії відноситься до XVI ст., Коли Г. Галілеєм була закладена основа першою в історії науки фізичної картини світу - механічної. научно-теоретического. Він не просто обгрунтував геліоцентричну систему М. Коперника і відкрив закон інерції, а розробив методологію нового способу опису природи - науково-теоретичного. Суть його полягала в тому, що виділялися тільки деякі фізичні та геометричні характеристики, які ставали предметом наукового дослідження. І. Ньютон, спираючись на праці Галілея, розробив строгу наукову теорію механіки, яка описує і рух небесних тіл, і рух земних об'єктів одними і тими ж законами. Природа розглядалася як складна механічна система. У рамках механічної картини світу, розробленої І. Ньютоном і його послідовниками, склалася дискретна (корпускулярна) модель реальності. атомов или корпускул. Матерія розглядалася як речовинна субстанція, що складається з окремих частинок - атомів або корпускул. Атоми абсолютно міцні, неподільні, непроникні, характеризуються наявністю маси і ваги. Суттєвою характеристикою ньютонівського світу було тривимірний простір евклідової геометрії, яке абсолютно постійно і завжди перебуває у спокої. Час уявлялося як величина, яка не залежить ні від простору, ні від матерії. Рух розглядалося як переміщення в просторі за безперервним траєкторіях у відповідності з законами механіки. Підсумком ньютонівської картини світу з'явився образ Всесвіту як гігантського і повністю детермінованого механізму, де події та процеси являють собою ланцюг взаємозалежних причин і наслідків.

Слідом за ньютонівської механікою були створені гідродинаміка, теорія пружності, механічна теорія тепла, молекулярно-кінетична теорія і цілий ряд інших, в руслі яких фізика досягла величезних успіхів. оптических и электромагнитных явлений, которые не могли быть полностью объяснены в рамках механистической картины мира. Проте були дві області - оптичних та електромагнітних явищ, які не могли бути повністю пояснені в рамках механістичної картини світу.

Експерименти англійського натураліста М. Фарадея і теоретичні роботи англійського фізика Дж. К. Максвелла остаточно зруйнували уявлення ньютонівської фізики про дискретному речовині як єдиному вигляді матерії і поклали початок електромагнітної картині світу. К. Явище електромагнетизму відкрив данський натураліст X. К. Ерстед, який вперше зауважив магнітне дію електричних струмів. Продовжуючи дослідження в цьому напрямку, М. Фарадей виявив, що тимчасова зміна в магнітних полях створює електричний струм. М. Фарадей прийшов до висновку, що вчення про електрику і оптика взаємопов'язані і утворюють єдину область. Його роботи стали вихідним пунктом досліджень Дж. К. Максвелла, заслуга якого полягає в математичній розробці ідей М. Фарадея про магнетизм і електриці. Максвелл "перевів" модель силових ліній Фарадея в математичну формулу. Поняття «поле сил» спочатку складалося як допоміжне математичне поняття. это та часть пространства, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом или магнитном состоянии» Дж. К. Максвелл додав йому фізичний зміст і став розглядати поле як самостійну фізичну реальність: «Електромагнітне поле - це та частина простору, яка містить в собі і оточує тіла, що знаходяться в електричному або магнітному стані» .

Після експериментів Г. Герца у фізиці остаточно утвердилося поняття поля не в якості допоміжної математичної конструкції, а як об'єктивно існуючої фізичної реальності. У результаті ж наступних революційних відкриттів у фізиці в кінці минулого і початку нинішнього століть виявилися зруйнованими подання класичної фізики про речовину і поле як двох якісно своєрідних видах матерії.

Мегасвіт.

Мегасвіт або космос, сучасна наука розглядає як взаємодіє і розвивається систему всіх небесних тіл.

Всі існуючі галактики входять в систему самого високого порядку - Метагалактика. млрд. Розміри Метагалактики дуже великі: радіус космологічного горизонту становить 15 - 20 млрд. світлових років. очень близкие понятия: они характеризуют один и тот же объект, но в разных аспектах. Поняття «Всесвіт» і «Метагалактика» - дуже близькі поняття: вони характеризують один і той самий об'єкт, але в різних аспектах. тот же мир, но с точки зрения его структуры — как упорядоченную систему галактик. Поняття «Всесвіт» позначає весь існуючий матеріальний світ; поняття «Метагалактика» - той самий світ, але з точки зору його структури - як упорядковану систему галактик.

Сучасні космологічні моделі Всесвіту грунтуються на загальній теорії відносності А. Ейнштейна, згідно з якою метрика простору і часу визначається розподілом гравітаційних мас у Всесвіті. Її властивості як цілого обумовлені середньою густиною матерії та іншими конкретно-фізичними факторами. Час існування Всесвіту нескінченно, тобто не має ні початку, ні кінця, а простір безмежно, але звичайно.

У 1929 році американський астроном Е.П. Хаббл виявив існування дивної залежності між відстанню і швидкістю галактик: всі галактики рухаються від нас, причому зі швидкістю, яка зростає пропорційно відстані, - система галактик розширюється. Розширення Всесвіту вважається науково встановленим фактом. Згідно з теоретичними розрахунками Ж. Леметра, радіус Всесвіту в первісному стані був 10 ^-12 см, що близько за розмірами до радіусу електрона, а її щільність становила 10 ⁹⁶ г / см ^3. У сингулярному стані Всесвіт представляв собою мікрооб'єкт мізерно малих розмірів. Від початкового сингулярного стану Всесвіт перейшла до розширення в результаті Великого вибуху.

Ретроспективні розрахунки визначають вік Всесвіту в 13-20 млрд. років. Г.А. Гамов припустив, що температура речовини була велика і падала з розширенням Всесвіту. Його розрахунки показали, що Всесвіт у своїй еволюції проходить певні етапи, в ході яких відбувається утворення хімічних елементів і структур. У сучасній космології для наочності початкову стадію еволюцію Всесвіту ділять на "ери" :

- Ера адронів. Важкі частки, що вступають в сильні взаємодії;

- Ера лептонів. Легкі частинки, що вступають у електромагнітну взаємодію;

- Фотонна ера. млн. Тривалість 1 млн. років. энергии Вселенной — приходится на фотоны; Основна частка маси - енергії Всесвіту - припадає на фотони;

- Зоряна ера. млн. Настає через 1 млн. років після зародження Всесвіту. У зоряну еру починається процес утворення протозвезд і протогалактик.

Потім розгортається грандіозна картина утворення структури Метагалактики.

У сучасній космології поряд з гіпотезою Великого вибуху вельми популярна інфляційна модель Всесвіту, в якій розглядається творіння Всесвіту. Ідея творіння має дуже складне обгрунтування і пов'язана з квантової космологією. У цій моделі описується еволюція Всесвіту, починаючи з моменту 10 ^-45 с після початку розширення. Відповідно до інфляційної гіпотезою космічна еволюція в ранньому Всесвіті проходить ряд етапів.

см Початок Всесвіту визначається фізиками-теоретиками як стан квантової супергравітації з радіусом Всесвіту в 10 ^-50 см

Стадія інфляції. У результаті квантового стрибка Всесвіт перейшла в стан порушеної вакууму і під час відсутності в ній речовини і випромінювання інтенсивно розширювалася за експоненціальним законом. У цей період створювалося саме простір і час Всесвіту. За період інфляційної стадії тривалістю 10 ^-34. см. Всесвіт роздулася від неймовірно малих квантових розмірів 10 ^-33 до неймовірно великих 10 ^1000000 см, що на багато порядків перевершує розмір спостережуваного Всесвіту - 10 ²⁸ см. Весь цей початковий період у Всесвіті не було ні речовини, ні випромінювання.

Перехід від інфляційної стадії до фотонів. Стан помилкового вакууму розпалося, вивільнена енергія пішла на народження важких частинок і античастинок, які, проаннігіліровав, дали могутній спалах випромінювання (світла), осветившего космос.

Етап відділення речовини від випромінювання: залишилося після анігіляції речовина стала прозорим для випромінювання, контакт між речовиною і випромінюванням пропав. г. Відокремилось від речовини випромінювання і становить сучасний реліктовий фон, теоретично передбачений Г. А. Гамовим і експериментально виявлений в 1965 р.

атомов (первоначально атомов водорода), галактик, звезд, планет, синтезу тяжелых элементов в недрах звезд, в том числе и необходимых для создания жизни, возникновению жизни и как венца творения — человека. Надалі розвиток Всесвіту йшов у напрямку від максимально простого однорідного стану до створення все більш складних структур - атомів (спочатку атомів водню), галактик, зірок, планет, синтезу важких елементів в надрах зірок, в тому числі і необхідних для створення життя, виникненню життя і як вінця творіння - людини.

с, далее между этими моделями принципиальных расхождений в понимании этапов космической эволюции нет. Різниця між етапами еволюції Всесвіту в інфляційної моделі і моделі Великого вибуху стосується тільки початкового етапу порядку 10 ^-30 с, далі між цими моделями принципових розбіжностей в розумінні етапів космічної еволюції немає.

Всесвіту на самих різних рівнях, від умовно елементарних частинок і до гігантських сверхскоплений галактик, притаманна структурність. Сучасна структура Всесвіту є результатом космічної еволюції, в ході якої з протогалактик утворилися галактики, з протозвезд - зірки, з протопланетного хмари - планети.

Метагалактика - представляє собою сукупність зоряних систем - галактик, а її структура визначається їх розподіл у просторі, заповненому надзвичайно розрідженим міжгалактичним газом і пронизує міжгалактичними променями. Згідно сучасним уявленням, для метагалактики характерно чарункова (сітчаста, пориста) структура. Вік Метагалактики близький до віку Всесвіту, оскільки освіта структури припадати на період, наступний за роз'єднанням речовини і випромінювання. За сучасними даними, вік Метагалактики оцінюється в 15 млрд. років.

Галактика - гігантська система, що складається з скупчень зірок і туманностей, що утворять у просторі досить складну конфігурацію.

За формою галактики умовно розподіляються на три типи: еліптичні, спіральні, неправильні.

Зірки. вещества в нашей Галактике сосредоточено в звездах, представляющих собой гигантские плазменные образования различной величины, температуры, с разной характеристикой движения. На сучасному етапі еволюції Всесвіту речовина в ній знаходиться переважно в зоряному стані. 97% речовини в нашій Галактиці зосереджена в зірках, що представляють собою гігантські плазмові утворення різної величини, температури, з різною характеристикою руху. их массы. У багатьох інших галактик, якщо не в більшості, «зоряна субстанція» становить більш ніж 99,9% їх маси. млрд. Вік зірочок змінюється в досить великому діапазоні значень: від 15 млрд. самых молодых. років, відповідних віку Всесвіту, до сотень тисяч - наймолодших. Є зірки, які утворюються в даний час і знаходяться в протозвездной стадії, тобто вони ще не стали справжніми зірками. На завершальному етапі еволюції зірки перетворюються в інертні («мертві») зірки. Зірки не існують ізольовано, а утворюють системи.

Сонячна система являє собою групу небесних тіл, дуже різних за розмірами і фізичною будовою. У цю групу входять: Сонце, дев'ять великих планет, десятки супутників планет, тисячі малих планет (астероїдів), сотні комет і незліченну безліч метеоритних тіл, що рухаються як роями, так і у вигляді окремих частинок. Солнца. Всі ці тіла об'єднані в одну систему завдяки силі тяжіння центрального тіла - Сонця. Сонячна система є впорядкованою системою, що має свої закономірності будови. Єдиний характер Сонячної системи проявляється в тому, що всі планети обертаються навколо Сонця в одному і тому ж напрямку і майже в одній і тій же площині. Сонце, планети, супутники планет обертаються навколо своїх осей в тому ж напрямку, в якому вони роблять рух за своїми траєкторіями. Закономірно і будова Сонячної системи: кожна наступна планета віддалена від Сонця приблизно в два рази далі, ніж попередня.

Перші теорії походження Сонячної системи були висунуті німецьким філософом І. Кантом та французьким математиком П. С. Лапласом. Відповідно до цієї гіпотези система планет навколо Сонця утворилася в результаті дії сил тяжіння і відштовхування між частинками розсіяною матерії (туманності), що знаходиться в обертальному русі навколо Сонця.

Здавна люди намагалися знайти пояснення різноманіттю і примхливість світу. Вивчення матерії та її структурних рівнів є необхідною умовою формування світогляду, незалежно від того, чи виявиться воно, зрештою, матеріалістичним чи ідеалістичним.

Досить очевидно, що дуже важлива роль визначення поняття матерії, розуміння останньої як невичерпної для побудови наукової картини світу, вирішення проблеми реальності і пізнаваності об'єктів і явищ мікро, макро і мега світів.

Список використаної літератури

1. Ващекін Н.П., Лось В.А., Урсул А.Д. «Концепції сучасного природознавства», М.: МДУКМ, 2000.

2. Горєлов А.А. «Концепції сучасного природознавства», М.: Вища освіта, 2006.

3. Козлов Ф.В. Довідник з радіаційної безпеки .- М.: Енергоатом - издат, 1991.

4. Кріксунов Е.А., Пасічник В.В., Сидорин А.П., Екологія, М., Видавничий дім "Дрофа", 1995.

5. Поннамперума С. «Походження життя», М., Мир, 1999 р.

6. Сівінцев Ю.В. Радіація і людина. - М.: Знание, 1987.

7. Хотунцев Ю.М. Екологія та екологічна безпека. , 2002. - М.: АС ADEMA, 2002.