3. Микромир, макромир, мегамир, их пространственно-временные характеристики.

В настоящее время принято единую Природу для удобства делить на три структурных уровня — микро, макро- и мегамир. Естест­венными, хотя отчасти и субъективными, признаками деления явля­ются размеры и массы исследуемых объектов.

Микромир — мир предельно малых, непосредственно не наблю­даемых микросистем с характерным размером от 10~⁸ см и менее (атомы, атомные ядра, элементарные частицы).

Макромир — мир макротел, начиная от макромолекул (размеры от 10~⁶ см и выше) до объектов, размерность которых соотносима с масштабами непосредственного человеческого опыта — мил­лиметры, сантиметры, километры, вплоть до размеров Земли (длина экватора Земли равна ~ 10⁹ см).

Мегамир — мир объектов космического масштаба от 10⁹ см до 10²⁸ см. Этот диапазон включает размеры Земли, Солнечной системы, Галактики, Метагалактики.

Хотя микро-, макро- и мегамир тесно взаимосвязаны и состав­ляют единое целое, тем не менее на каждом из этих структурных уровней действуют свои специфические законы: в микромире — за­коны квантовой физики, в макромире — законы классического есте­ствознания, прежде всего классической физики: механики, термо­динамики, электродинамики. Законы мегамира основаны в первую очередь на общей теории относительности.

Понятия и принципы классической физики оказались неприменимыми не только к изучению свойств и особенностей пространства и времени, но еще в большей мере к исследованию физических свойств мельчайших частиц материи, которые называют микрообъектами. К ним относят электроны, протоны, нейтроны и подобные им объекты, которые часто называют также атомными частицами. Они образуют невидимый нами микромир, и поэтому свойства объектов этого мира совершенно не похожи на свойства объектов привычного, окружающего нас макромира. Планеты, звезды, галактики, кометы, квазары и другие небесные тела образуют мегамир.

Объектами мегамира являются тела космического масштаба — кометы, метеориты, астероиды (малые планеты), планеты, планетные системы, Солнечная система, звезды (нейтронные, белые и желтые карлики, красные гиганты), звездные системы, черные дыры, квазизвезды (квазары), Галактика (Млечный Путь), Метагалактика, сис­темы галактик.

Огромные расстояния между космическими объектами вызывают необходимость ввода новых величин для измерения расстояний.

1. Астрономическая единица — среднее расстояние от Земли до Солнца: 1 а.е. = 1,5 • 10^й м = 1,5 • 10⁸ км.

2. Световой год — расстояние, которое проходит свет за один год: I световой год = 9,46 • 10¹⁵ м = 9,46 • 10¹² км.

3. Парсек — расстояние, которое в 3,26 раз больше светового года: 1 парсек = 3,1 • 10"' м = 3,1 • 10¹³ км.

Мегамир (космос) — взаимодействующая и развивающаяся сис­тема, а также одна из форм системной организации во Вселенной.

4. История атомистических учений.

Древние философы впервые поставили вопрос о том, что лежит в основе мира. И такой вопрос не мог не возникнуть! Фалес утверждает – вода есть наилучшее, т.е. все произошло из воды. Анаксимандр, в свою очередь, делает шаг вперед и приходит к идее «апейрона». Философия Элейской школы при всей ее противоречивости повседневному опыту приводит к определенному замешательству, являясь своеобразным «остановочным пунктом». Таким образом, вопрос о первоначале являлся основным в то время. Это и не удивительно, ведь древние мыслители, пытаясь понять целостную картину мира, не могли не учитывать такого важного вопроса как первоначало всего сущего. Более того, данный вопрос должен был являться (да и являлся) центральным стержнем всех их рассуждений о мире.

Все древние философы были материалистами, поэтому возможность идеального первоначала ими даже не рассматривалась. Оставалось лишь понять – какова сущность материального начала. Одни философы за материальную основу всех вещей принимали огонь, другие - воду, третьи - воздух, четвертые первоначало видели не в одном, а в совокупности различных элементов: в огне, воздухе, воде, земле. Это были, хотя и наивные, но смелые попытки объяснить мир из него самого, при помощи естественных причин.

В древней Индии уже за несколько веков до нашей эры философы-материалисты (чарваки) пытались объяснить мир, природу, не прибегая ни к какому божественному существу. Древние китайские мыслители учили, что явления природы состоят из материальных частиц ци и подчиняются объективной естественной закономерности дао.

На протяжении VI-IV вв. до н.э. в Греции наблюдается бурный расцвет культуры и философии. Важное значение имело обособление философии от мифологии и в какой-то степени от религии. Конечно, этот процесс был достаточно длительным, а связь философии и религии крепка и в наши дни, но уход от мифа очевиден. Все это привело к появлению совершенно нового, немифологического мышления. Согласно взглядам древнегреческих мыслителей этой поры, космос охватывает Землю, человека, животных, растения, небесные светила и сам небесный свод. Он замкнут, имеет сферическую форму, конечен по своим размерам, в нем происходит постоянный круговорот, все возникает, течет и изменяется. Но из чего все возникает, течет и изменяется? И из чего все возникает, и к чему все возвращается? Одни греческие мыслители (натурфилософы) считали, что основой вещей являются чувственно воспринимаемые предметы - вода, воздух, огонь; другие (Пифагор и его сторонники) видели эту основу в математических числах; третьи (элеаты) усматривали основу мира в едином, недвижимом бытии, которое можно постичь лишь разумом, но не чувствами; четвертые (атомисты) считали такой основой чувственно не воспринимаемые частицы - атомы, различающиеся между собой размерами и формой.

Разумеется, все эти философские взгляды были во многом наивны и отличались друг от друга, но им присуща следующая общая черта: не порвав до конца с мифологией, греческие мыслители отводили богам второстепенное место и пытались объяснить мир из него самого. Иными словами, они положили начало развитию материалистических взглядов и представлений. Наиболее яркими представителями материализма в то время были такие философы, как: Левкипп, Демокрит, Эпикур (341-27О гг. до н.э.), Тит Лукреций Кар (99-95 гг. до н.э.) и др. Особенно большое значение имело развитие Левкиппом и Демокритом атомистической теории. Левкипп заложил основы древнегреческой атомистики, а Демокрит развил целую систему атомистического материализма.

Все вещества состоят из отдельных мельчайших частиц : молекул и атомов.

Основоположником идеи дискретного строения вещества (т.е. состоящего из отдельных частиц) считается древнегреческий философ Демокрит, живший около 470 года до новой эры. Демокрит считал, что все тела состоят из бесчисленного количества сверхмалых, невидимых глазу, неделимых частиц. "Они бесконечно разнообразны, имеют впадины и выпуклости, которыми сцепляются, образуя все материальные тела, а в природе существуют только атомы и пустота.

Строение атома.

Модели атомов

• Кусочки материи. Демокрит полагал, что свойства того или иного вещества определяются формой, массой, и пр. характеристиками образующих его атомов. Так, скажем, у огня атомы остры, поэтому огонь способен обжигать, у твёрдых тел они шероховаты, поэтому накрепко сцепляются друг с другом, у воды — гладки, поэтому она способна течь. Даже душа человека, согласно Демокриту, состоит из атомов[2].

• Модель атома Томсона (модель «Пудинг с изюмом», англ. Plum pudding model). Дж. Дж. Томсон предложил рассматривать атом как некоторое положительно заряженное тело с заключёнными внутри него электронами. Была окончательно опровергнута Резерфордом после проведённого им знаменитого опыта по рассеиванию альфа-частиц.

• Планетарная модель атома Бора-Резерфорда. В 1911 году[3] Эрнест Резерфорд, проделав ряд экспериментов, пришёл к выводу, что атом представляет собой подобие планетной системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг расположенного в центре атома тяжёлого положительно заряженного ядра («модель атома Резерфорда»). Однако такое описание атома вошло в противоречие с классической электродинамикой. Дело в том, что, согласно классической электродинамике, электрон при движении с центростремительным ускорением должен излучать электромагнитные волны, а, следовательно, терять энергию. Расчёты показывали, что время, за которое электрон в таком атоме упадёт на ядро, совершенно ничтожно. Для объяснения стабильности атомов Нильсу Бору пришлось ввести постулаты, которые сводились к тому, что электрон в атоме, находясь в некоторых специальных энергетических состояниях, не излучает энергию («модель атома Бора-Резерфорда»). Постулаты Бора показали, что для описания атома классическая механика неприменима. Дальнейшее изучение излучения атома привело к созданию квантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых фактов.