1. Размеры обитателей макро и микро миров

Размер, видимого или невидимого нами материального объекта – первый параметр, формирующий в нашем сознании правильное представление о нём. Поэтому при формировании общефизических знаний о материальных объектах, окружающих нас, мы должны знать, прежде всего, их размеры или интервалы изменения размеров одноимённых материальных объектов. Например, радиус фотонов всех частот и всех длин волн излучений изменяется в интервале шестнадцати порядков ( ).

Для характеристики линейного размера любого материального объекта давно введена единица измерения - «метр». Линейные размеры объектов больше метра оцениваются количествами метров, а меньше метра - его долями: сантиметрами или миллиметрами.

Радиус нашей матушки Земли, например, равен 6380000м, а радиус протона, одной из главных фундаментальных частиц микромира, равен 1,32/1000000000000000= .

Все обитатели микромира – локализованные (ограниченные в пространстве) образования, поэтому размеры каждого обитателя микромира и пределы их изменения - главная исходная информация, формирующая правильные представления о нём.

Существует международная система единиц СИ, в которой даны названия множителям, характеризующим изменения физических величин. Однако, в ней нет чёткого обозначения начала отсчёта. В результате названия множителей этой системы не содержат интервалы изменения их величин. Чтобы они содержали интервалы изменения величин, необходимо ввести начало отсчёта в шкалу изменения множителей. Тогда появляются диапазоны, которые формируют чёткие представления о меняющихся размерах обитателей макро и микро миров (табл. 1).

Обычно за начало отсчёта берут ноль. Поступим и мы так же. Вводим в таблицу множителей международной системы единиц СИ ноль, как начало отсчёта (в табл. 1 выделено жирным шрифтом), и сразу получаем диапазоны изменения величин с названиями, которые раньше соответствовали названиям множителей (табл. 1).

В результате понятие нано, например, начинает характеризовать не название множителя , а название диапазона изменения величины . Это важное новое свойство понятия нано повышает логичность его использования. Дальше мы увидим, что размеры атомов, молекул и кластеров – основных участников нано технологий, изменяются в диапазоне «нано» (табл. 1).

Таблица 1. Диапазоны изменения физических величин,

их наименования и обозначения

Диапазон изменения	Наименование величин	Обозначения русское/международное
	йота
	зета	З/Z
	экса	Э/Е
	пета	П/Р
	тера	Т/Т
	гига	Г/G
	мега	М/М
	кило	к/k
	гекто	г/h
0,0-	дека	а/da
0,0	начало	Начало/Start (H/S)
	деци	д/d
	санти	с/с
	милли	м/m
	микро	мк/
	нано	н/n
	пико	п/p
	фемто	ф/f
	атто	а/a

В системе СИ единицей длины является метр. В табл. 1 в диапазоне дека размеры изменяются от нуля до 10 метров, а в диапазоне деци – от нуля до десяти сантиметров.

Примеры размеров обитателей макромира. Средний рост человека . Радиус Земного шара . Радиус Земной орбиты Радиус Юпитера Радиус Солнечного диска Радиус орбиты дальней планеты Плутон - . Радиус Солнечной системы . Световой год – расстояние проходимое светом за год Названия диапазонов изменения размеров обитателей макромира приведены на рис. 1.

Рис. 1. Шкала диапазонов изменения размеров

обитателей макромира

Поскольку в системе СИ в качестве единицы геометрической длины принят метр, то множитель - одна миллиардная часть метра. Одну десятую миллиардной части метра ( ) называют ангстремом. Если обитатель микромира имеет размер, равный 1000 ангстрем, то мы можем записать его так , а можем и так . Если же размер объекта микромира равен 0,001 ангстрема, то его можно записать так или так . Что же взять за основу, чтобы облегчить формирование представлений о размерах обитателей микромира?

Опыт показывает, что удобнее всего все размеры записывать так, чтобы до запятой стояли простые числа от 1 до 9. В этом случае формируется чёткое представление о порядках размеров обитателей микромира и легче устанавливается диапазон, которому они принадлежат. Например, число означает, что размер объекта микромира равен трем миллионным метра. Он соответствует нано диапазону (табл. 1, рис. 2).

Отметим, что основными величинами в системе СИ являются: длина (L), измеряемая в метрах (м); масса (М), измеряемая в кг; время (Т), измеряемое в секундах (с); сила электрического тока (I), измеряемая в амперах (А); термодинамическая температура ( ), измеряемая в кельвинах (К); сила света (J), измеряемая в канделах (кд); количество вещества (N), измеряемое в молях (моль).

Остальные единицы измерений считаются дополнительными. Главное, что нам необходимо запомнить: энергия в системе СИ измеряется в джоулях (Дж), а в микромире используется внесистемная единица энергии электрон-вольт (эВ, eV). Один электрон-вольт равен .

Носителями тепла и информации являются фотоны, которые излучаются и поглощаются электронами и протонами, поэтому они также - участники всех нано технологий. Их размеры изменяются (рис. 2) от атто диапазона до санти диапазона

Рис. 2. Шкала диапазонов изменения размеров

обитателей микромира

Природа обитателей микромира такова, что все они изменяют свои геометрические размеры в определённых пределах. Например, все параметры фотона: длина волны , равная радиусу , масса , частота колебаний и энергия , изменяются в интервале, примерно, 16-ти порядков ( ).

Электрон в свободном состоянии всегда имеет строго постоянные параметры. Главные из них масса и радиус . Это постоянство обеспечивается совокупностью 23 констант, управляющих формированием структуры электрона и его устойчивостью. Параметры электрона меняются только тогда, когда он находится в составе атома, молекулы или кластера.

Протон – локализованное образование. В свободном состоянии он также имеет строго постоянные параметры. Масса протона равна , а радиус . Параметры протона меняются только тогда, когда он вступает в связь с нейтроном, при формировании ядра.

Нейтрон – также локализованное образование с постоянными параметрами, которые могут меняться при синтезе нейтронных кластеров.

Атомы, молекулы и кластеры (совокупности электронов, протонов нейтронов и молекул) – локализованные образования с меняющимися параметрами. Процессом изменения этих параметров управляют фотоны, излучаемые и поглощаемые электронами атомов и протонами ядер.

Итак, мы ввели диапазоны изменения физических единиц, их наименования и обозначения (табл. 1) и представили шкалы изменения диапазонов физических величин (рис. 1 и 2). Используем эти диапазоны для представления размеров основных обитателей макро и микро миров.

Исторически сложилось так, что человек начал изучать видимые им обитатели макромира, а потом перешёл к изучению невидимых обитателей микромира. Сохраняя эту последовательность, мы рассмотрим законы, управляющие устойчивостью пребывания обитателей макромира в состоянии покоя и устойчивостью их движения в пространстве.

Для изучения движения видимых материальных объектов по поверхности Земли, человек давно начал связывать с нею неподвижную систему отсчёта. В результате такого изучения рождались математические модели, которые описывали законы устойчивого покоя тел на поверхности Земли и законы, описывающие движение материальных тел по поверхности Земли. Это - законы Теоретической механики – первого раздела ОБЩЕЙ ФИЗИКИ.

Поведение объектов микромира также изучается в двух системах отсчёта: неподвижной и подвижной. Потребность в этом, как мы увидим, наиболее ярко проявилась при изучении структуры фотона и его движения в пространстве.