2.8. Как соотносятся между собой структурные уровни организации материи: мегамир, макромир, микромир?

Понятия мега-, макро- и микромира являются ключевыми в естественных науках. Принадлежность любого материального объекта к тому или иному уровню определяется его размерами и соответственно способом его наблюдения.

МАКРОМИР – мир окружающих нас материальных тел. К макромиру относятся предметы, размеры и расстояния до которых достаточны для их непосредственного наблюдения человеком.

МЕГАМИР в традиционном понимании – мир гигантских космических тел. Приставкой «мега» в физике обозначаются величины, кратные миллиону (Приложение 4). Объекты мегамира (планеты, звезды, галактики) можно наблюдать только с помощью специальных технических средств (телескопов).

МИКРОМИР – совокупность материальных объектов с очень маленькими размерами (приставка «микро» означает множитель 10^–6 – Приложение 4). Многие объекты микромира имеют размеры значительно меньше длины волны видимого света (~10^–7 м), поэтому их невозможно наблюдать в оптический микроскоп. К таким объектам относятся молекулы, атомы, элементарные частицы (п. 4.7): протоны, нейтроны, электроны, нейтрино и т.д., а также гипотетические субэлементарные частицы – кварки.

2.9. Какие признаки характеризуют состояние динамических и статистических теорий в современном естествознании?

Для того чтобы проследить ключевые признаки динамических и статистических теорий, рассмотрим следующую схему:

Динамические теории: Описывают состояние системы с помощью значений измеримых величин. Позволяют по начальному состоянию системы однозначно установить ее параметры в любой момент времени. Не используют математический аппарат теории вероятностей. Примеры динамических теорий: классическая механика; классическая электродинамика.

Статистические теории: Учитывают случайные отклонения характеристик системы от средних значений. Позволяют по заданному значению рассчитать лишь вероятность того или иного значения физических характеристик системы. Широко используют понятие математической вероятности. Примеры статистических теорий: кинетическая теория газов; квантовая механика; эволюционная теория Ч. Дарвина.

2.10. Особым методом, широко используемым в различных науках, является измерение. На чём основаны измерения? Каким условиям они должны удовлетворять?

Исследование природных объектов невозможно без выполнения измерений физических величин – выраженных в количественном отношении свойств, характерных для того или иного объекта или явления.

ИЗМЕРЕНИЕ – это последовательность экспериментальных и вычислительных операций по нахождению значения физической величины, характеризующей данный объект или явление. Измерение характеризуется точностью, т.е. степенью приближения найденного значения к истинному (неизвестному) значению.

ПОГРЕШНОСТЬ – это мера приближения измеренного значения физической величины к истинному. Погрешность бывает абсолютной и относительной. Различают несколько разновидностей погрешности – например, инструментальную (связанную с точностью используемого измерительного прибора) и систематическую (зависящую от технологии процедуры измерения).

Строго говоря, законченное измерение включает несколько элементов:

• собственно физический объект (явление), свойство или состояние которого характеризует измеряемая величина;

• единицу измерения этой величины;

• технические средства измерений, градуированные в этих единицах;

• метод измерения;

• наблюдателя (регистрирующее устройство), воспринимающего результат измерений.

ЭТАЛОН – специально выбранная образцовая мера единицы физической величины, установленная некоторым соглашением. Например, существуют международные эталоны единиц длины (метр) и массы (килограмм).

Привычные единицы, которыми мы пользуемся в повседневной жизни, прошли сложный путь эволюции. Вплоть до XIX века в разных странах использовались собственные исторически сложившихся систем физических единиц. Например, для измерения расстояний использовались английская и британская миля, российская верста и т.д.

Это обстоятельство затрудняло международное научно-техническое сотрудничество в условиях промышленной революции. Странам необходимо было выработать единую систему мер и весов. Основы современной единой (метрической) системы были заложены во Франции. Например, в качестве международной единицы длины (метр) первоначально была принята 10^–6 часть четверти парижского меридиана – расстояния от экватора до Северного полюса.

В 1889 году за международный эталон метра приняли расстояние между двумя штрихами на специально изготовленном стержне из платино-иридиевого сплава. В 1961 г. в Международной системе единиц (СИ) за эталон метра приняли 1650763,73 длины волны излучения оранжевого света, испускаемого изотопом криптона (⁸⁶Kr). В 1983 году на международном уровне было принято новое определение метра: длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/2999792458 долю секунды. То есть, эталон, используемый для измерений макромира, базируется на пространственных характеристиках микромира.