2. Микро-, макро-, мегамир.

В естествознании очень важной является идея атомизма. Суть ее в том, что материя имеет прерывистое, дискретное строение т.е состоит из мельчайших частиц – атомов. Открытия конца 19в. начала 20 в. разрушили представления о неделимости атома. В 1897г. Томсон открыл электрон при изучении катодных лучей, возникающих в сильно разреженных газах. Томсон предложил первую модель атома («пудинг с изюмом»).

В 1911 г. Резерфорд открыл атомное ядро при прохождении ά –частиц через тонкую металлическую пластинку. Он предложил планетарную модель атома. Таким образом, в физике был открыт микромир – мир элементарных частиц, атомов, молекул. Он делится на два подуровня: атомно-молекулярный (области порядка 10^-10 – 10^-9м) и квантовый (10^-17м). Законы микромира изучает квантовая механика.

Макромир – мир объектов, соизмеримых с размером человека. Расстояния измеряются в метрах, мм.,см. Время в секундах, минутах часах,годах. Макромир описывается классической механикой.

Мегамир – мир звезд, галактик, Вселенной. Для измерения расстояний применяются: световой год, парсек (1пк.= 3,26св.года),астрономическая единица - расстояние от Земли до Солнца (1а.е.=149,6 млн.км). Время измеряется миллионами и миллиардами лет.

Мегамир изучает КОСМОЛОГИЯ. Доступная для наблюдения часть Вселенной называется Метагалактикой. Галактика – это гигантские скопления звезд и их систем. Наша галактика – «Млечный путь». Ближайшая соседняя галактика - «туманность Андромеды». По форме галактики разделяют на эллиптические, спиральные и неправильные. Спиральные – самый многочисленный вид галактик.

Вселенная однородна в большом (на расстояниях более 300Мпк.) и неоднородна в малом.

Микро-, макро- и мегамир тесно связаны. Каждая микрочастица потенциально содержит в себе целый макромир, в каждой макросистеме есть свой микромир т.е Вселенная в целом имеет т.н. микро- макросимметрию.

«Все во всем». (Анаксимандр)

3. Элементарные частицы и их классификация.

Элементарные частицы являются глубинным уровнем структурной организации материи. Сейчас известно более 350 элементарных частиц, различающихся массой, зарядом, спином, временем жизни.

Масса эл. частицы это масса ее покоя, которая определяется по отношению к массе электрона. Фотон не имеет массы покоя.

По массе эл. частицы делятся на:

• Тяжелые (барионы) с массой >1000m_e. К ним относятся протоны, нейтроны, гипероны …

• Средние(мезоны) с массой 1-1000 m_e. π- мезоны,µ-мезоны…

• Легкие (лептоны). Электрон, нейтрино…

Заряд эл. частицы всегда кратен заряду электрона. Существуют частицы, которые не имеют заряда – фотон, нейтрон, нейтрино.

Спин эл. частицы – это собственный момент импульса частицы. Он может принимать не любые, а целые и полуцелые значения постоянной Планка (h).

Частицы с целым спином называются БОЗОНЫ. Это кванты полей, н-р, фотон.

Частицы с полуцелым спином - ФЕРМИОНЫ. Это электрон и все барионы (протоны, нейтроны…).

Время жизни эл. частицы определяет ее стабильность или нестабильность. Стабильных частиц 5: фотон, две разновидности нейтрино, электрон, протон. Все остальные частицы нестабильны. Они существуют 10^-10- 10^-24с. Частицы со средним временем жизни 10^-23-10^-22с называют РЕЗОНАНСАМИ.

Почти каждая частица имеет своего двойника – античастицу (1936г. – открыт позитрон, 1955г. – антипротон. В лаборатории были получены антиядра трития и гелия).

В 1964 году была создана теория кварков. Ее авторы – физики Гелл-Манн и Д.Цвейг. Кварковая теория позволила систематизировать известные частицы и предсказать новые.

Основные положения теории кварков:

• Все барионы и мезоны состоят из более мелких частиц – кварков.

• Кварки представляют собой истинно элементарные частицы.

• Кварки имеют дробный заряд ±1/3, ±2/3.

• Кварки различаются спином, ароматом и цветом.

Имеется 6 видов кварков, различающихся ароматом:

• u (Up) - верхний

• d (down)- нижний

• s (strange)- странный

• c (charm) - очаровательный

• b (beauty) – красивый, прелестный

• t (top) - истинный, правдивый

Кварк имеет один из трех возможных цветов: красный, зеленый, синий.

Кварки соединяются тройками, образуя барионы, или парами, образуя мезоны. Суммарный цвет объединившихся кварков должен быть белым(бесцветным). Соединение кварков происходит посредством частиц- переносчиков сильного взаимодействия – ГЛЮОНОВ.

Каждому кварку соответствует антикварк. Кварки, лептоны и кванты полей являются истинно элементарными (фундаментальными) частицами.

4. Взаимосвязь структурных уровней организации материи.

Материю можно разделить на 3 основные сферы:

Вселенная

Неживая природа Живая природа Социально-орг.

Система Галактик Биосфера Общество

Галактики Биоценозы Формация

Звезды, планетные Популяции Государство

системы Организмы Нация

Планеты Клетки Коллектив

Макротела Доклеточный Семья

Молекулы уровень

Атомы (ДНК,РНК,белки)

Эл.частицы

Физ. вакуум

Существует определенная иерархия уровней строения материи, когда каждая система состоит из множества подсистем, генетически связанных между собой. Это свойство материи называется иерархичность. Элементы системы тесно связаны между собой и образуют структурно-функциональное единство. Это свойство систем носит название целостности, в отличие от аддитивности (сложения), когда свойства системы сводятся к сумме свойств отдельных элементов.

Примером целостности является БИОСФЕРА- сложная система, функционирование которой обусловлено взаимодействием всех ее составляющих.

Примером аддитивности является расчет молярной массы веществ как суммы атомных масс.

Лекция №8 Фундаментальные взаимодействия.

План:

• Гравитационные взаимодействия

• Электромагнитные взаимодействия

• Сильные и слабые взаимодействия

• Универсальность фундаментальных взаимодействий.

• Близкодействие и дальнодействие

Закон всемирного тяготения:

Если взаимодействующие заряды находятся не в вакууме, то кулоновская сила уменьшается в ε раз (ε- диэлектрическая проницаемость среды).

Сила, с которой магнитное поле с индукцией B действует на прямолинейный проводник , по которому течет ток I – сила Ампера:

-угол между направлением тока и вектором магнитной индукции.

Магнитное поле действует на движущийся со скоростью заряд с некоторой силой, называемой силой Лоренца:

Теория сильных взаимодействий называется квантовая хромодинамика

Частицы, участвующие в сильном взаимодействии, называются адронами.

(hadros –сильный)

β- распад:

n p + e + ν

нейтрино

Паули

Соотношение сил:

Сильное: эл.магн: слабое: гравитац. =

Универсальность ФВ. Проблема создания единой теории фундаментальных взаимодействий

Теория электрослабого взаимодействия- Вайнберг, Салам, Глешоу(Нобелевская премия в 1979г.).

«Великое объединение» (Х.Джорджи).

Теория суперсилы (суперсимметрии, супергравитации).

пи- мезоны – кванты ядерного поля.

Японский ученый ЮКАВА:

• Взаимодействие является результатом обмена частицами;

• Расстояние, на котором проявляется взаимодействие тем меньше, чем больше масса частиц, переносящих взаимодействие:

3. Взаимодействие является специфически квантовым.

Пи-мезоны экспериментально обнаружены в 1947 году.

Переносчики слабого взаимодействия- векторные бозоны.

ЛЕКЦИЯ № 9 ХИМИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

План:

• Химия как наука. Эволюция химических знаний.

• Реакционная способность.

• Химическое равновесие.