Билет 5. Концептуальные представления о материи, движении, пространстве и времени. Понятие о структурных уровнях организации материи. Мегамир, микромир и макромир.

Материей принято называть всё то, что существует в природе. Она представляет бесконечное множество объектов и систем, субстрат любых свойств, связей, отношений и форм движения. Включает в себя не только наблюдаемые объекты и тела природы, но и все те, которые могут быть познаны в будущем на основе совершенствования средств наблюдения и эксперимента.

Видами, или формами материи являются движущиеся вещество, поле и вакуум. Под движением материи понимают любые изменения в природе, например, изменение взаимного расположения тел и их частей (это изменение называется механическим движением), изменение положения внутри тела атомов и молекул (внутреннее движение), изменение агрегатного состояния и структуры вещества, раз- личные колебания и их распространение (электромагнитные и др. вол- ны), эволюция (развитие) Вселенной, растительного мира и т. п.

Вещество дискретно, образует микро-, макро- и мегамиры. Микромир составляют тела с размерами не более 10–7 м (элементарные частицы, адроны, ядра атомов, атомы и молекулы), макромир – тела с размерами 10–7 – 107 м (большие макромолекулы, небольшие предметы, здания и строения, растительный и животный мир) и мегамир – тела с размерами более 107 м (планеты, звёзды и др. крупные объекты космоса). В зависимости от сложности организации вещество условно можно разбить на неживое – плазму, газы, жидкости, твёрдые, жидкокристаллические и вязкоупругие тела, и живое – растения, микроорганизмы и животные, включая человека. Вещество может находиться в трех агрегатных состояниях.

Одной из основных характеристик вещества является масса.

Масса служит мерой инертности, гравитации и энергии тела. Чем больше масса, тем заметнее инертное свойство тела сохранять состояние покоя или равномерного движения. С ростом массы также увеличивается гравитационное притяжение тела к другим телам.

Из выражения Е = mc2 масса тела связана с его энергией, поэтому с изменением энергии изменятся также и масса тела.

С развитием науки оказалось, что объективная реальность существует не только в виде вещества, но и в виде физического поля – ещё одного вида материи. Поле осуществляет взаимодействие тел и частиц и состоит из движущихся со скоростью света и не обладающих массой покоя переносчиков взаимодействия. Поле также можно рассматривать как состояние пространства, в котором происходят физические процессы.

В отличие от вещества поле не представляется в виде отдельных тел и обнаруживается только по его воздействию на помещённые в него объекты, например, на электрический заряд (электрическое поле), магнит или электрический ток (магнитное поле), антенну или органы зрения (электромагнитное поле), тело (гравитационное поле), нуклоны в ядре (поле сильного взаимодействия) и т. п.

Элементом поля является квант – минимальная порция дискретной величины. Квантом электромагнитного поля является фотон, гравитационного поля – гравитон и т. д. Поле и вещество – два связанных между собой понятия, отображающих состояние материи в отдельных условиях.

Развитие квантовой теории поля привело к появлению его особого состояния – вакуума. Вакуум всё время находится в состоянии "кипения", хаотически рождая и мгновенно уничтожая виртуальные частицы (буквально – кажущиеся, нереальные), которые обеспечивают взаимодействие помещённых в вакуум реальных частиц, появление в нём пар частица-античастица и в случае возбуждения вакуума приводят даже к рождению вселенных. В квантовой теории вакуум представляет поле, находящееся в низшем энергетическом состоянии, не заполненное реальными полями, частицами и телами.

Материя существует в пространстве и во времени.

Пространство выражает порядок существования объектов, а время – порядок смены явлений.

В пространстве находятся тела и его заполняют поля; время характеризует последовательность происходящих в пространстве явлений, их длительность и состояние материи в различных фазах.

В соответствии с пространственно-временным континуумом пространство и время связаны, непрерывны и зависят от способа и места их измерения. В частности, вблизи массивных тел, обуславливающих заметные гравитационные поля тяготения, происходит искривление пространства и замедление времени. С увеличением скорости движения v объекта по отношению к неподвижному наблюдателю уменьшается длина тел и увеличивается время протекания процесса. Уменьшение длины и увеличение времени происходит в

[1 – (v/c)2] -1/ 2 раз.

Для измерения расположения тела в пространстве и его протяжённости служат метр и др. единицы.