112 Тема 5. Физический мир .

Тема 5. Физический мир. Общая картина.

В наш век - век автоматики, излучений, атомной энергии, космических полетов, ракет и ядерных бомб - просто невозможно обойтись без научных знаний. Почти в каждом номере газеты имеется статья, которую нельзя по-настоящему понять, не зная физики (…) Вряд ли люди, имеющие весьма слабое представление о науке, окажутся в состоянии принимать важные решения по таким жизненным вопросам. А ведь, насколько мы понимаем, от этих решений зависит существование человеческой цивилизации.

Дж. Орир. с.30

5.1 Системно-масштабные уровни физического мира.

Под каждой бездной

глубже бездна есть…

Эмерсон

Наш путь будет лежать от статичной картины физического мира к его динамичной картине, а от нее – к эволюционной.

Начальная часть сложных слов мега- (от греч. mégas - большой) обозначает:

а) Миллион каких-то единиц. Пример: 1 мегабайт равен миллиону байтов (а в шлягере про «миллион, миллион, миллион алых роз» речь идет о совокупности ^«мегароза^»).

б) Очень большой размер чего-либо. Например, мегамир – это физическая реальность, взятая в самых больших масштабах, изучаемых наукой. В мегамир входят такие гигантские объекты, как планеты, звезды, галактики и т.п.

Начальная часть сложных слов микро- (от греч. mikrós - маленький) обозначает:

а) Одна миллионная часть каких-то единиц. Примеры: микросекунда; микрометр (устаревшее - микрон).

б) Нечто очень маленькое (по тем или иным параметрам). Микромир – это физическая реальность на уровне молекул, атомов, элементарных частиц.

Макро- (от греч. makrós - большой) обозначает что-то большое в сравнении с микро-. Макромир – это физическая реальность, взятая в масштабах, соразмеримых с человеком¹. Это непосредственно окружающий человека мир. И высоченная останкинская башня, и малюсенький комарик, деревья, облака, дома, горы "полноправно" входят в макромир.

Все известные объекты материального мира можно расположить на соответствующих ступенях системно-масштабной «лестницы». В самом низу – непостижимо таинственный физический вакуум. Можно сказать, что он уже не Ничто, но еще не совсем Нечто. На следующей ступени (уровне) окажутся «наипростейшие» (ой ли?) из ныне известных объектов – составные части тяжелых элементарных частиц – кварки. На следующей – элементарные частицы: протоны, нейтроны, электроны и т.д. Следующую ступень займут их простейшие «семьи» - атомы. Выше расположены семейства атомов – молекулы и т.д. (вплоть до обычных по размеру объектов макромира, одним из которых является человек). Более высокие ступени займут космические тела и системы всё большего масштаба.

Когда думаешь о неописуемом многообразии и величавой беспредельности распахнувшегося перед тобой мира, невольно ощущаешь благоговение, а в памяти всплывают слова К.Н. Леонтьева² о «цветущей сложности бытия».

Приведу хотя бы такие поражающие любое воображение факты. Самое большое (Наша Вселенная) и самое малое (элементарные частицы) отличаются в 10⁴² раз. Самое быстрое («ядерное время» - 10^-23 сек) и самое длительное («возраст» Вселенной - 6^.10¹⁷ сек) отличаются в 10⁴⁰ раз. Для сравнения: человек живет примерно 2,5 млрд. секунд (2,5 х 10⁹ сек).

Ряд закономерностей присущ всем известным физическим объектам, независимо от того, к какой ступени они принадлежат. Таков, например, закон сохранения полной энергии.

Однако некоторые закономерности специфичны только для той или иной ступени. По отношению к другим ступеням эти закономерности кажутся диковинными. Так, для человека диковинны, необычны некоторые закономерности микромира и мегамира. Они не могут быть «наглядными». Ведь для наглядности привлекаются объекты макромира, а последним эти закономерности не свойственны. Будем помнить, что не природа* должна подчиняться нашей логике, а наша логика должна подчиняться природе (даже в самых экстравагантных ее проявлениях). Говоря точнее, наше мировосприятие – совместное «дитя» природных закономерностей и особенностей нашей чувственной и ментальной деятельности.

Рассказывают, что некий бедуин, впервые увидевший паровоз, долго не мог описать его своим соплеменникам: больше всего он напирал на то, что видел «огнедышащего верблюда», бежавшего по двум очень длинным и толстым веревкам. Так и мы, сталкиваясь с отдельными специфическими закономерностями микромира или мегамира, не всегда можем представить их наглядно. В то же время они довольно полно описываются на абстрактном математическом языке.

Назову некоторые из специфических закономерностей (в дальнейшем они будут рассмотрены более подробно).

В мегамире это искривление пространства-времени тяготеющими массами.

В микромире это принцип неопределенности.

Существуют закономерности, специфичные только для макромира или его отдельных подуровней (так, для биологических организмов существует взаимосвязь между филогенезом и онтогенезом).

В более общем виде законы и закономерности мегамира описываются СТО и ОТО, микромира – квантовой механикой и электродинамикой; физические процессы макромира – классической механикой и электродинамикой.

А теперь схематично воспроизведем системно-масштабные уровни физического мира.

м е г а м и р	……………………………………………………………………..	гравитационные взаимодействия
	В с е л е н н ы е
	Наша Вселенная (Метагалактика) > 1026 м (17 млрд. световых лет)
	Скопления и группы галактик: 1023-1022 м
	Отдельные галактики, наша Галактика: 1021-1020 м
	Звездные скопления: 1019-1018 м
	Кратные звезды, планетные системы: 1016-108 м Солнечная система: ок. 5 световых часов
	Массивные космические тела: 1013-105 м (10 млрд. км – 100 км)
м а к р о м и р (мезо)	Макроскопические тела: 105 – 10-4 м (в «родном» для человека макромире существует наибольшее многообразие и наивысшее развитие систем)	электромагнитные взаимодействия
м и к р о м и р	Молекулы, атомы: 10-9 - 10-10 м
	Ядра: 10-14 - 10-15 м	сильные
	Элементарные частицы: 10-15 - 10-16 м Субэлементарные кварки (внутри адронов): 10-18 м	сверхсильные
Ф и з и ч е с к и е п о л я
Ф и з и ч е с к и й в а к у у м
…………………………………………………………………………………

Я не знаю (да и никто пока не знает), что соответствует первой строке и последней строке таблицы. Может, ее заполнят более мудрые, чем мы, наши дети или внуки. Но и им придется добавить новые строки многоточий, соответствующие чему-то для них неведомому. Речь идет не только о принципиально новых объектах, но и неожиданных видах взаимодействия между ними и соответствующих им формах пространства и времени.

А теперь особо остановимся на основных типах уже известных физических взаимодействий.