3.11 Микро-, макро-, мегамиры
В современном естествознании имеют дело с чрезвычайно большой совокупностью сильно различающихся по своему масштабу и по уровню сложности объектов. Взяв за ориентир пространственно-временной масштаб, привычный для человека, всю совокупность объектов можно условно представить тремя областями.
— это мир предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых объектов
— пространственная размерность объектов в микромире исчисляется от 10 -16 см до 10 -6 см
— микромир целиком стал областью интересов квантовой физики
— основные структуры микромира: элементарные частицы; атомные ядра; атомы; молекулы; биологические системы (нуклеиновые кислоты, белки, вирусы, бактерии, клетки)
— это мир, непосредственно окружающих человека, объектов
— пространственная размерность объектов в макромире исчисляется от 10 -5 см до 10 4 км
— основные структуры макромира: газообразные, жидкие и твердые тела; биологические системы (организмы, биогеоценозы, биосфера) и т.д.
— изучение объектов микромира проведено в основном в рамках классического естествознания
— основные структуры мегамира: планеты; планетные системы (например, Солнечная система); звезды; галактики; скопление галактик; Метагалактика; Вселенная
— изучение объектов мегамира осуществляется астрономией, астрофизикой и космологией
— пространственная размерность объектов в мегамире простирается от 10 4 км до 10 23 км
— в мегамире существенными являются гравитационные взаимодействия больших масс, масс космического масштаба.
Единицы измерений расстояний в мегамире:
— астрономическая единица (а.е.) – расстояние от Земли до Солнца, равная примерно 150 млн. км, применяется для определения космических расстояний в пределах Солнечной системы
— межзвездные и межгалактические расстояния измеряются в единицах:
а) световой год- расстояние, которое световой луч преодолеет за один год, равный примерно 10 триллионов километров (10 13 км);
б) парсек(п.к.) равен 3,26 светового года, т.е. приблизительно 3*10 13 км
— самосветящееся небесное тело, состоящее из раскаленных газов (плазмы), по своей природе похожи на Солнце
— основным источником энергии звезд являются реакции термоядерного синтеза, при которых из легких ядер образуются более тяжелые (чаще всего это превращение водорода в гелий)
— небесные тела, обращающиеся вокруг звезд
— светятся отраженным светом от звезд
— достаточно массивны, чтобы под действием собственного гравитационного поля стать шарообразными
— достаточно массивна, чтобы своим тяготением расчистить пространство вблизи своей орбиты от других небесных тел
— системы из миллиардов звезд (не менее 1000 млрд. звезд), связанных взаимным тяготением и общим происхождением
Галактики по форме условно разделяются на три типа:
— эллиптические галактики, обладающие формой эллипса с различной степенью сжатия
— спиральные галактики представлены в форме спирали, включая спиральные ветви
— неправильные галактики – не обладают выраженной формой
Наша галактика – Млечный путь, ее основные характеристики:
— гигантская (более 100 млрд. звезд)
— диаметр около 100 тысяч световых лет
Метагалактика: часть Вселенной со всеми находящимися в ней галактиками и др. объектами, которая доступна для исследования современными астрономическими методами. Она содержит несколько миллиардов галактик
Вселенная– все сущее, т.е. весь существующий материальный мир. Пространственные масштабы Вселенной: расстояние до наиболее удаленных из наблюдаемых объектов – более 10 млрд. световых лет
Космос– плохо определяемый термин. Он обозначает или Вселенную в целом или пространство за пределами Земли.
Примеры правильных последовательностей в структурной иерархии (от меньшего к большему):
а) звезда – звездная система – Метагалактика – Вселенная
б) элементарные частицы – ядра атома – атомы – молекулы
в) кварк – протон – ядро – атом
г) протон – ядро атома углерода – атом углерода – молекула сахара
д) элементарные частицы – атомы – молекулы – макротела.
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
Источник
Макро и микро Мир. Число Авогадро. Сколько звёзд во Вселенной
Число Авогадро, константа Авогадро, постоянная Авогадро — физическая величина, численно равная количеству специфицированных структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов или любых других частиц) в 1 моле вещества
Вещество и число Авогадро
Все мы знаем, что Моль это единица измерения количества вещества в Международной системе единиц (СИ). А количество вещества определяется как физическая величина, характеризующая количество однотипных структурных единиц, содержащихся в веществе. Под структурными единицами понимаются любые частицы, из которых состоит вещество (атомы, молекулы, ионы, электроны или любые другие частицы). Значение одного моля определяется через число Авогадро.
Число Авогадро, константа Авогадро, постоянная Авогадро — физическая величина, численно равная количеству специфицированных структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов или любых других частиц) в 1 моле вещества. Обозначается обычно как NА. Ранее определялось как количество атомов в 12 граммах (точно) чистого изотопа углерода-12.
Сегодня, постоянная Авогадро в Международной системе единиц СИ, согласно последним изменениям определений основных единиц СИ (принятым на 26-й Генеральной конференции по мерам и весам 16 ноября 2018 года), есть целое число точно равное NA = 6,02214076⋅10²³ моль¯¹. А один моль — количество вещества, содержащее 6,02214076⋅10²³ частиц (атомов, молекул, ионов, электронов, а также любых других частиц или группы частиц) или округлённо – 6⋅10²³ объектов.
Вселенная
Что считать объектами в нашей Вселенной, аналогично частицам, атомам, молекулам, ионам, электронам или другим “элементам” вещества?
Объектами будем считать то, что видим и фиксируем – звёзды.
Сколько звёзд в нашей Вселенной? Если обратиться к первоисточникам, то их “огромное множество”.
Чтобы сосчитать их, звёзды, сначала необходимо определить сколько галактик во вселенной. Их число учёные определяют с помощью подсчётов, основываясь на наблюдениях.
В 1990-х годах с помощью космического телескопа «Хаббл» подсчитали, что всего существует порядка 100 миллиардов галактик. В 2016 году эту оценку пересмотрели и увеличили число галактик до двух триллионов.
В 2021 году основываясь на новых данных, полученных космическим аппаратом New Horizons оценка числа галактик была вновь уменьшена, и теперь составляет несколько сотен миллиардов. Т.е. это 200-900 млрд. и в среднем это около 600 млрд. галактик в нашей Вселенной.
То есть имеется существующие 600 млрд. галактик и каждая «усреднённая» галактика содержит около триллиона звезд. Перемножив число галактик на число звезд в каждой из них, получаем следующее число звезд во Вселенной:
6 х 10¹¹ х 10¹² = 6 х 10²³ звёзд,
звезд видимых и невидимых в нашем Мире.
Случайность или просто совпадение ?
Выводы
Число объектов в одном моле, равное 6⋅10²³, совпало с 6х10²³ – количеством звёзд во Вселенной!
Получается, что если это так, то Вселенная – это бесконечная матрёшка…
Заключение
Расположения звёзд, в пространстве безграничной Вселенной, определяется не только физической принадлежностью, тем или иным космическим объединениям, структурам и образованиям (галактикам, звёздным скоплениям и т.д.) но и диктуется ещё непознанными законами взаимодействия материи в бесконечности пространства и времени.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Филин С. Концепции современного естествознания: конспект лекций
ОГЛАВЛЕНИЕ
ЛЕКЦИЯ № 16. Микро-, макро-, мегамир
1. Микромир
Приставка «микро» означает отношение к очень малым размерам. Таким образом, можно сказать, что микромир – это что-то небольшое. В философии в качестве микромира изучается человек, а в физике, концепции современного естествознания в качестве микромира изучаются молекулы.
Микромир имеет свои особенности, которые можно выразить так:
1) единицы измерения расстояния (м, км и т. д.), используемые человеком, применять просто бессмысленно;
2) единицы измерения веса человека (г, кг, фунты и т. д.) применять также бессмысленно.
Так как была установлена бессмысленность применения единиц измерения расстояния и веса по отношению к объектам микромира, то, естественно, потребовалось изобрести новые единицы измерения. Так, расстояния между ближайшими звездами и планетами измеряются не в километрах, а в световых годах. Световой год – это такое расстояние, которое солнечный свет проходит за один земной год.
Изучение микромира вместе с изучением мегамира способствовало крушению теории Ньютона. Таким образом, была разрушена механистическая картина мира.
В 1927 г. Нильс Бор вносит еще один свой вклад в развитие науки: он сформулировал принцип дополнительности. Причиной, послужившей для формулировки данного принципа, стала двойственная природа света (так называемый корпускулярно-волновой дуализм света). Сам же Бор утверждал, что появление данного принципа было связано с изучением микромира из макромира. В качестве обоснования этого он приводил следующее:
1) предпринимались попытки объяснить явления микромира посредством понятий, которые были выработаны при изучении макромира;
2) в сознании человека возникали сложности, связанные с разделением бытия на субъект и объект;
3) при наблюдении и описании явлений микромира мы не можем абстрагироваться от явлений, относящихся к макромиру наблюдателя, и средств наблюдения.
Нильс Бор утверждал, что «принцип дополнительности» подходит как для исследования микромира, так и для исследования в других науках (в частности, в психологии).
В заключение данного вопроса стоит сказать, что микромир является основой нашего макромира. Также в науке можно выделить «микромикромир». Или, по-другому, наномир. Наномир, в отличие от микромира, является носителем света, точнее, всего спектра электромагнитных процессов, фундаментом, поддерживающим структуру элементарных частиц, фундаментальных взаимодействий и большинства явлений, известных современной науке.
Таким образом, предметы, окружающие нас, а также само тело человека не являются единым целым. Все это состоит из «частей», т. е. молекул. Молекулы, в свою очередь, также делятся на более мелкие составляющие части – атомы. Атомы тоже, в свою очередь, делятся на еще более мелкие составляющие части, которые именуются элементарными частицами.
Всю эту систему можно представить как дом или здание. Здание не является цельным куском, т. к. оно построено, допустим, с помощью кирпичной кладки, а кирпичная кладка состоит непосредственно из кирпича и раствора цемента. Если же начнет разрушаться кирпич, то, естественно, рухнет и все строение. Так и наша Вселенная – разрушение ее, если это произойдет вообще, также начнется с наномира и микромира.
2. Макромир
Естественно, есть объекты, которые по своим размерам гораздо больше объектов микромира (т. е. атомов и молекул). Эти объекты и составляют макромир. Макромир «населяют» только те объекты, которые по своим размерам соизмеримы с размерами человека. К объектам макромира можно отнести и самого человека. И, что естественно, человек является самой главной составляющей макромира.
Что же такое человек? Древний античный философ Платон как-то сказал, что человек – это двуногое животное без перьев. В ответ на это его оппоненты принесли ему ощипанного петуха и сказали: вот, Платон, твой человек! Изучение человека как объекта макромира с точки зрения его физических данных неправильно.
Прежде всего отметим, что человек – это целая совокупность различных систем: кровеносной, нервной, мышечной, костной системы и т. д. Но помимо этого, одной из составляющих человека является его энергия, которая тесно связана с физиологией. Причем энергия может рассматриваться в двух смыслах:
1) как движение и способность производить работу;
2) «подвижность» человека, его активность.
Также энергию называют аурой или ци. Энергию (или ауру) можно, как и физическое тело, развивать и укреплять.
Нервная система, мышечная система, другие системы, энергия – еще не все составляющие человека. Самой главной такой «составляющей» является сознание. Что такое сознание? Где оно находится? Можно ли его потрогать, подержать в руках, посмотреть на него?
До сих пор на эти вопросы ответов нет, да и, скорее всего, не будет. Сознание – это нематериальный объект. Сознание нельзя взять и отделить от человека – оно неотделимо.
Но вместе с этим можно попытаться выделить ингредиенты, которые составляют человеческое сознание:
Интеллект – это мыслительная и умственная способность человека. Психологи утверждают, что главной функцией интеллекта является память. Действительно, мы не можем себе представить, что же было бы с нами, если бы памяти у нас не было вообще. Просыпаясь каждое утро, человек бы начинал соображать: кто я? Что я здесь делаю? Кто меня окружает? и т. д.
К подсознанию относятся все наши «рабочие» навыки. Навыки складываются из многократно повторяемых и однообразных действий. Для того чтобы проиллюстрировать, что такое навыки, достаточно вспомнить, что мы умеем писать и читать. Видя какой-то текст, мы не думаем: а это что за буква, а это что за знак? Мы просто складываем буквы в слова, а слова в предложения.
Сверхсознание. К сверхсознанию относится прежде всего душа человека.
Душа – это также нематериальный объект (ее нельзя ни увидеть, ни подержать в руках). Совсем недавно было заявлено, что ученые узнали, сколько весит душа. Некоторые ученые утверждают, что в момент смерти человека его вес немного уменьшается, т. е. отлетает душа человека. Но данное утверждение необоснованно, так как какой разумный врач положит умирающего на весы и будет сидеть и ждать, когда же больной умрет? В клятве Гиппократа, которую дает каждый начинающий врач, говорится о том, чтобы не навредить человеку. Врач будет не сидеть, а спасать человеческую жизнь. И вообще узнать вес души нереально, так как нематериальные объекты не имеют никакого веса.
Человеческая душа – это религиозная ценность. Все мировые религии направлены на то, чтобы дать людям возможность спасти свою душу после смерти (т. е. жить вечно после физической смерти бренной оболочки души – тела человека). Борьбу за душу всегда ведут Добро и Зло. Например, в христианстве это Бог и Сатана.
3. Мегамир
Если микромир – это мир тех объектов, которые не подходят под единицы измерения человека, макромир – это мир объектов, которые сопоставимы с единицами измерения человека, то мегамир – это мир объектов, которые несоизмеримо больше человека.
Проще говоря, вся наша Вселенная – это мегамир. Ее размеры огромны, она безгранична и постоянно расширяется. Вселенную заполняют объекты, которые значительно больше нашей планеты Земля и нашего Солнца. Нередко бывает, что разница между какой-либо звездой за пределами Солнечной системы в десятки раз превосходит Землю.
Исследование мегамира тесно связано с космологией и космогонией.
Наука космология является очень молодой. Она родилась сравнительно недавно – в начале XX в. Можно выделить две главные причины рождения космологии. И, что интересно, обе причины связаны с развитием физики:
1) Альберт Эйнштейн создает свою релятивистскую физику;
2) М. Планк создает квантовую физику.
Квантовая физика изменила взгляды человечества на структуру пространства-времени и структуру физических взаимодействий.
Также очень важную роль сыграла теория А. А. Фридмана о расширяющейся Вселенной. Эта теория очень недолго оставалась недоказанной: только в 1929 г. ее доказал Э. Хаббл. Вернее, он не доказывал теорию, а обнаружил то, что Вселенная действительно расширяется. Причем следует отметить, что в то время причины расширения Вселенной установлены не были. Они были установлены гораздо позже, в наши дни. Они были установлены тогда, когда к ранней Вселенной применили результаты, полученные посредством изучения элементарных частиц в современной физике.
Космогония. Космогония – это раздел науки астрономии, который изучает происхождение галактик, звезд, планет, а также других объектов. На сегодня космогонию можно разделить на две части:
1) космогония Солнечной системы. Эту часть (или вид) космогонии по-другому называют планетной;
2) звездная космогония.
Во 2-й половине XX в. в космогонии Солнечной системы утвердилась точка зрения, согласно которой Солнце и вся Солнечная система образовались из газо-пылевого состояния. Впервые такое мнение было высказано Иммануилом Кантом. В середине XVIII в. Кант написал научную статью, которая называлась: «Космогония, или попытка объяснить происхождение мироздания, образование небесных тел и причины их движения общими законами развития материи в соответствии с теорией Ньютона». Молодой ученый захотел написать эту работу, потому что он узнал: Прусская академия наук предложила конкурс на аналогичную тему. Но Кант не смог собраться с духом и издать свой труд. Спустя какое-то время он пишет вторую статью, которая называлась: «Вопрос о том, стареет ли Земля с физической точки зрения». Первая статья была написана в сложное время: Иммануил Кант уехал из родного Кенигсберга, пытаясь подработать домашним учителем. Не получив ничего ценного (кроме своих познаний), Кант возвращается домой и в 1754 г. издает эту статью. Обе работы позже были объединены в единый трактат, который был посвящен проблемам космологии.
Теорию Канта о происхождении Солнечной системы в дальнейшем стал развивать Лаплас. Француз подробно описал гипотезу образования Солнца и планет из уже вращающейся газовой туманности, учел основные характерные черты Солнечной системы.
.
Источник