Структурные уровни организации материи: концепции микро-, макро- и мегамиров

явление. И вместе с тем световая энергия, чтобы быть физически действенной,

концентрируется лишь в определенных местах, поэтому свет имеет прерывную

структуру.

Эйнштейновское представление о световых квантах помогло понять и наглядно

представить явление фотоэлектрического эффекта, суть которого заключается в

выбивании электронов из вещества под действием электромагнитных волн.

Эксперименты показали, что наличие или отсутствие фотоэффекта определяется

не интенсивностью падающей волны, а ее частотой. Если предположить, что

каждый электрон вырывается одним фотоном, то становится ясно следующее:

эффект возникает лишь в том случае, если энергия фотона, а следовательно, и

его частота достаточно велика для преодоления сил связи электрона с

веществом.

Правильность такого толкования фотоэлектрического эффекта (за эту работу

Эйнштейн в 1922 г. получил Нобелевскую премию по физике) через 10 лет

получила подтверждение в экспериментах американского физика Р.Э. Милликена.

Открытое в 1923 г. американским физиком А.Х. Комптоном явление (эффект

Комптона), которое отмечается при воздействии очень жесткими рентгеновскими

лучами на атомы со свободными электронами, вновь и уже окончательно

подтвердило квантовую теорию света.

Возникла парадоксальная ситуация: обнаружилось, что свет ведет себя не

только как волна, но и как поток корпускул. В опытах по дифракции и

интерференции проявляются его волновые свойства, а при фотоэффекте —

корпускулярные. При этом фотон оказался корпускулой совершенно особого

рода. Основная характеристика его дискретности — присущая ему порция

энергии — вычислялась через чисто волновую характеристику — частоту у (Е=

Ну).

Как и все великие естественно-научные открытия, новое учение о свете

имело фундаментальное теоретико-познавательное значение. Старое положение о

непрерывности природных процессов, которое было основательно поколеблено М.

Планком, Эйнштейн "отбросил" в гораздо более обширной области физических

явлений.

Представление о квантах электромагнитного поля — фотонах — один из

наиболее фундаментальных вкладов в разработку квантовой теории. Уже поэтому

А. Эйнштейн должен рассматриваться как один из величайших ее создателей.

Теория А. Эйнштейна, развивающая взгляды М. Планка, позволила Н. Бору

разработать модель атома.

3)Теория атома Н.Бора.

В1913 г. великий датский физик Н. Бор применил принцип квантования

при решении вопроса о строении атома и характеристике атомных

спектров, устранив тем самым противоречия, которые возникали при

планетарной модели атома Э. Резерфорда. Модель атома, предложенная

Резерфордом в 1911 г., напоминала солнечную систему: в центре находится

атомное ядро, а вокруг него но своим орбитам движутся электроны. Ядро имеет

положительный заряд, а электроны — отрицательный. Вместо сил тяготения,

действующего в Солнечной системе, в атоме действуют электрические силы.

Электрический заряд ядра атома, численно равный порядковому номеру в

периодической системе Менделеева, уравновешивается суммой зарядов

электронов — атом электрически нейтрален.

Неразрешимое противоречие этой модели заключалось в том, что

электроны, чтобы не потерять устойчивость, должны двигаться вокруг ядра. В

то же время они, согласно законам электродинамики, обязательно должны

излучать электромагнитную энергию. Но в таком случае электроны очень быстро

потеряли бы всю свою энергию и упали на ядро.

Следующее противоречие связано с тем, что спектр излучения электрона

должен быть непрерывным, так как электрон, приближаясь к ядру, менял бы

свою частоту. Опыт же показывает, что атомы излучают свет только

определенных частот. Именно поэтому атомные спектры называют линейчатыми.

Другими словами, планетарная модель атома Резерфорда оказалась

несовместимой с электродинамикой Дж. К. Максвелла.

Модель атома Н. Бора, разрешавшая эти противоречия, базировалась на

планетарной модели Э. Резерфорда и на разработанной им самим квантовой

теории строения атома. Н. Бор выдвинул гипотезу строения атома, основанную

на двух постулатах, совершенно несовместимых с классической физикой:

1) в каждом атоме существует несколько стационарных состояний

(говоря языком планетарной модели, несколько стационарных орбит)

электронов, двигаясь по которым электрон может существовать, не излучая;

2) при переходе электрона из одного стационарного состояния в

другое атом излучает или поглощает порцию энергии.

Постулаты Бора объясняют устойчивость атомов: находящиеся в стационарных

состояниях электроны без внешней на то причины не излучают электромагнитной

энергии.

Теория атома Н. Бора позволяла дать точное описание атома водорода,

состоящего из одного протона и одного электрона трудностями. Чем подробнее

теоретики пытались описать движение электронов в атоме, определить их

орбиты, тем большим было расхождение теоретических результатов с

экспериментальными данными. Как стало ясно в ходе развития квантовой

теории, эти расхождения главным образом были связаны с волновыми свойствами

электрона. Т.е., следует учитывать, что электрон не точка и не твердый

шарик, он обладает внутренней структурой, которая может изменяться в

зависимости от его состояния. При этом детали внутренней структуры

электрона неизвестны.

Следовательно, точно описать структуру атома на основании представления

об орбитах точечных электронов принципиально невозможно, поскольку таких

орбит в действительности не существует. Вследствие своей волновой природы

электроны и их заряды как бы размазаны по атому, однако не равномерно, а

таким образом, что в некоторых точках усредненная по времени электронная

плотность заряда больше, а в других — меньше.

Теория Н.Бора представляет собой как бы пограничную полосу первого

этапа развития современной физики. Это последнее усилие описать структуру

атома на основе классической физики, дополняя ее лишь небольшим числом

новых предположений. Введенные Бором постулаты ясно показали, что

классическая физика не в состоянии объяснить даже самые простые опыты,

связанные со структурой атома. Постулаты, чужеродные классической физике,

нарушили ее цельность, но позволили объяснить лишь небольшой круг

экспериментальных данных.

Со временем выяснилось, что атомную модель Н. Бора не следует

понимать буквально, как это было вначале. Процессы в атоме, в принципе,

нельзя наглядно представить в виде механических моделей по аналогии с

событиями в макромире. Даже понятия пространства и времени в существующей в

макромире форме оказались неподходящими для описания микрофизических

явлений. Атом физиков-теоретиков все больше и больше становился абстрактно-

ненаблюдаемой суммой уравнений.

4)Корпускулярно-волновой дуализм в современной физике.

Представления А. Эйнштейна о квантах света, послужившие в 1913 г.

отправным пунктом теории Н. Бора, через 10 лет снова оказали плодотворное

воздействие на развитие атомной физики. Они привели к идее о "волнах

материи" и тем самым заложили основу новой стадии развития квинтовой

теории.

В 1924 г. произошло одно из величайших событий в истории физики:

французский физик Л. де Бройль выдвинул идею о волновых свойствах материи.

В своей работе "Свет и материя" он писал о необходимости использовать

волновые и корпускулярные представления не только в соответствии с учением

А. Эйнштейна в теории света, но также и в теории материи.

Л. де Бройль утверждал, что волновые свойства, наряду с корпускулярными,

присущи всем видам материи: электронам, протонам, атомам, молекулам и даже

макроскопическим телам.

В 1926 г. австрийский физик Э. Шредингер нашел математическое уравнение,

определяющее поведение волн материи, так называемое уравнение Шредингера.

Английский физик П. Дирак обобщил его.

Смелая мысль Л. де Бройля о всеобщем "дуализме" частицы и волны

позволила построить теорию, с помощью которой можно было охватить свойства

материи и света в их единстве. Кванты света становились при этом особым

моментом всеобщего строения микромира.

Волны материи, которые первоначально представлялись как наглядно-

реальные волновые процессы по типу волн акустики, приняли абстрактно-

математический облик и получили благодаря немецкому физику М. Борну

символическое значение как "волны вероятности".

Однако гипотеза де Бройля нуждалась в опытном подтверждении. Наиболее

убедительным свидетельством существования волновых свойств материи стало

обнаружение в 1927 г. дифракции электронов американскими физиками К.

Дэвисоном и Л. Джермером.

Корпускулярно-волновой дуализм в современной физике стал всеобщим. Любой

материальный объект характеризуется наличием как корпускулярных, так и

волновых свойств.

Тот факт, что один и тот же объект проявляется и как частица и как волна,

разрушал традиционные представления. Форма частицы подразумевает сущность,

заключенную в малом объеме или в конечной области пространства, тогда как

волна распространяется по его огромным областям. В квантовой физике эти два

описания реальности являются взаимоисключающими, но равно необходимыми для

того, чтобы полностью описать рассматриваемые явления.

Квантово-механическое описание микромира основывается на соотношении

неопределенностей, установленном немецким физиком В. Гейзенбергом, и

принципе дополнительности Н. Бора.

В своей книге "Физика атомного ядра" В. Гейзенберг раскрывает содержание

соотношения неопределенностей. Он пишет, что никогда нельзя одновременно

точно знать оба параметра — координату и скорость. Никогда нельзя

одновременно знать, где находится частица, как быстро и в каком направлении

она движется. Если ставится эксперимент, который точно показывает, где

частица находится в данный момент, то движение нарушается в такой степени,

что частицу после этого невозможно найти. И наоборот, при точном измерении

скорости нельзя определить место расположения частицы.

С точки зрения классической механики, соотношение неопределенностей

представляется абсурдом. Чтобы лучше оценить создавшееся положение, нужно

иметь в виду, что мы, люди, живем в макромире и, в принципе, не можем

построить наглядную модель, которая была бы адекватна микромиру.

Соотношение неопределенностей есть выражение невозможности наблюдать

микромир, не нарушая его. Любая попытка дать четкую картину микрофизических

процессов должна опираться либо на корпускулярное, либо на волновое

толкование.

Фундаментальным принципом квантовой механики, наряду с соотношением

неопределенностей, является принцип дополнительности, которому Н.Бор дал

следующую формулировку "Понятие частицы и волны дополняют друг друга и в то

же время противоречат друг другу, они являются дополняющими картинами

происходящего".

С теоретической точки зрения, микрообъекты, для которых существенным

является квант действия М. Планка, не могут, рассматриваться так же, как

объекты макромира, ведь для них планковская константа h из-за ее малой

величины не имеет, значения. В микромире корпускулярная и волновая картин

сами по себе не являются достаточными, как в мире больших тел. Обе

"картины" законны, и противоречие между ними снять нельзя. Поэтому

корпускулярная и волновая картины должны дополнять одна другую, т.е. быть

комплементарными. Только при учете, обоих аспектов можно получить общую

картину микромира.

Согласно современным представлениям, структура элементарных частиц

описывается посредством непрерывно возникающих и снова распадающихся

"виртуальных" частиц. Например, мезон строится из виртуального нуклона и

антинуклона, которые в процессе аннигиляции (лат. annihilatio, букв,

уничтожение) непрерывно исчезают, а затем образуются снова.

Формальное привлечение виртуальных частиц означает, что внутреннюю

структуру элементарных частиц невозможно описать через другие частицы.

Удовлетворительной теории происхождения и структуры элементарных частиц

пока нет. Многие ученые считают, что такую теорию можно создать только при

учете космологических обстоятельств. Большое значение имеет исследование

рождения элементарных частиц из вакуума в сильных гравитационных и

электромагнитных полях, поскольку здесь устанавливается связь микро- и

мегамиров. Фундаментальные взаимодействия во Вселенной, в мегамире

определяют структуру элементарных частиц и их превращения. Очевидно,

потребуется выработка новых понятий для адекватного описания структуры

материального мира.

4.МЕГАМИР: современные астрофизические и космологические концепции.

Мегамир, или космос, современная наука рассматривает как взаимодействующую

и развивающуюся систему всех небесных тел. Мегамир имеет системную

организацию в форме планет и планетных систем, возникающих вокруг звезд,

звезд и звездных систем — галактик; системы галактик — Метагалактики.

Материя во Вселенной представлена сконденсировавшимися космическими телами

и диффузной материей. Диффузная материя существует в виде разобщенных

атомов и молекул, а также более плотных образований — гигантских облаков

пыли и газа — газово-пылевых туманностей. Значительную долю материи во

Вселенной, наряду с диффузными образованиями, занимает материя в виде

излучения. Следовательно, космическое межзвездное пространство никоим

образом не пусто.

1)Звездная форма бытия космической материи.

На современном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится

преимущественно в звездном состоянии. 97% вещества в нашей Галактике

сосредоточено в звездах, представляющих собой гигантские плазменные

образования различной величины, температуры, с разной характеристикой

движения. У многих, если не у большинства других галактик, "звездная

субстанция" составляет более чем 99,9% их массы.

В недрах звезд при температуре порядка 10 млн град, и при очень высокой

плотности атомы находятся в ионизированном состоянии: электроны почти

полностью или абсолютно все отделены от своих атомов. Оставшиеся ядра

вступают во взаимодействие друг с другом, благодаря чему водород, имеющийся

в изобилии в большинстве звезд, превращается при участии углерода в гелий.

Эти и подобные ядерные превращения являются источником колоссального

количества энергии, уносимой излучением звезд.

Звезды не существуют изолированно, а образуют системы. Простейшие

звездные системы — так называемые кратные системы, состоящие из двух, трех,

четырех, пяти и больше звезд, обращающихся вокруг общего центра тяжести.

Компоненты некоторых кратных систем окружены общей оболочкой диффузной

материи, источником которой, по-видимому, являются сами звезды,

выбрасывающие ее в пространство и виде мощного потока газа.

Звезды объединены также в еще большие группы - звездные

скопления, которые могут иметь "рассеянную" или "шаровую" структуру.

Рассеянные звездные скопления насчитывают несколько сотен отельных звезд,

шаровые скопления — многие сотни тысяч.

Перечисленные звездные системы являются частями более общей системы —

Галактики, включающей в себя помимо звезд и диффузную материю. По своей

форме галактики разделяются на три основных типа: эллиптические, спиральные

и неправильные. В неправильных галактиках наблюдаются вихревые движения

газов и тенденция к вращению, вероятно, ведущие к образованию спиральных

ветвей. В настоящее время астрономы насчитывают около 10 млрд галактик.

Большинство галактик имеет эллиптическую или спиралевидную форму.

Галактика, внутри которой расположена Солнечная система, является

спиральной системой, состоящей приблизительно из 120 млрд звезд. Она имеет

форму утолщенного диска. Наибольший диаметр равен 100 тыс. световых лет.

Наша Галактика состоит из звезд и диффузной материи. Ее звезды

разделяются различными способами на подсистемы. В ней насчитывается

приблизительно 20 тыс. рассеянных и около 100 шаровых скоплений звезд.

Кроме того, можно выделить звезды, концентрирующиеся в галактической

плоскости и образующие плоскую систему и сферическую форму

пространственного распределения звезд, образующую ядро галактики.

По радиоастрономическим наблюдениям сделано заключение, что наша

Галактика имеет четыре спиральные ветви. Ближайшей галактической системой

является туманность Андромеды, находящаяся от нас на расстоянии 2 700 000

световых лет. Нашу Галактику и туманность Андромеды можно причислить к

самым большим из известных в настоящее время галактик.

Галактики, как правило, встречаются в виде так называемых "облаков" или

"скоплений галактик". Эти "облака" содержат до нескольких тысяч отдельных

систем. Распределение галактик в пространстве указывает на существование

определенной упорядоченной системы — Метагалактики. Метагалактика, или

система галактик, включает в себя все известные космические объекты.

Для объяснения структуры мегамира наиболее важным является

гравитационное взаимодействие. Всякое тело притягивает другое тело, но сила

гравитации, согласно закону всемирного тяготения, быстро уменьшается с

увеличением расстояния между ними. В газово-пылевых туманностях под

действием сил гравитации происходит формирование неустойчивых

неоднородностей, благодаря чему диффузная материя распадается на ряд

сгущений. Если такие сгущения сохраняются достаточно долго, то с течением

времени они превращаются в звезды. Важно отметить, что происходит процесс

рождения не отдельной изолированной звезды, а звездных ассоциаций.

Образовавшиеся газовые тела притягиваются друг к другу, но не обязательно

объединяются в одно громадное тело. Вместо этого они, как правило, начинают

вращаться относительно друг друга, и центробежная сила этого движения

противодействует силе притяжения, ведущей к дальнейшей концентрации. Звезды

эволюционируют от протозвезд, гигантских газовых шаров, слабо светящихся и

с низкой температурой, к звездам — плотным плазменным телам с температурой

внутри в миллионы градусов. Затем начинается процесс ядерных превращений,

описываемый в ядерной физике. Основная эволюция вещества во Вселенной

происходила и происходит в недрах звезд. Именно там находится тот

"плавильный тигель", который обусловил химическую эволюцию вещества во

Вселенной.

Огромная энергия, излучаемая звездами, образуется в результате ядерных

процессов, происходящих внутри звезд.

Ассоциации, или скопления звезд, также не являются неизменно или вечно

существующими. Через определенное количество времени, исчисляемое

миллионами лет, они рассеиваются силами галактического вращения.

2)Планеты.

Особый теоретический, а также практическим интерес имеет для

обитателей Земли вопрос о возникновении космических объектов, имеющих

размеры планет.

Отличительной чертой планетоподобных несветящихся тел является

величина их массы. Все различия между звездами и планетами являются

следствием различия их масс. Особенности планет как объектов мегамира можно

понять в рамках общего космогонического процесса, в силу которого вблизи

определенных звезд возникает система планет — вращающихся вокруг них темных

небесных тел.

Первые теории происхождения солнечной системы были выдвинуты немецким

философом И. Кантом и французским математиком П.С. Лапласом. Их теории

вошли в науку как некая коллективная космогоническая гипотеза Канта —

Лапласа, хотя разрабатывались они независимо друг от друга.

И. Кант выдвинул гипотезу, согласно которой перед образованием планет

Солнечной системы пространство, где теперь она существует, было заполнено

рассеянной материей, находившейся во вращательном движении вокруг уже

возникшего в виде центрального сгущения Солнца. С течением времени

вследствие притяжения и отталкивания между частицами рассеянной материи

(туманности) возникли планеты. И. Кант впервые выдвинул предположение, что

Солнечная система не существовала вечно. Процесс ее возникновения он

связывал с существованием сил взаимодействия, присущих частицам туманности.

При этом гипотеза И. Канта не противоречила наблюдаемому расположению орбит

планет Солнечной системы приблизительно и одной плоскости и существованию

спутников.

Приблизительно через 50 лет после этого П.С. Лаплас выдвинул свою

гипотезу, во многом сходную с предположением И. Канта. Космогоническая

гипотеза П.С. Лапласа основывалась на том, что Солнечная система

образовалась из уже вращающейся газовой туманности. По теории И. Канта,

Солнечная система также возникла из газовой туманности, но она не имела

предварительного вращения. В этом случае появлялась непреодолимая

трудность, невозможно было объяснить, как могло образоваться правильное

вращательное движение небесных тел. Гипотеза П.С. Лапласа получила широкое

признание в первой половине XIX в., но потом оказалось, что ряд фактов не

укладывается в ее рамки. Например, нельзя объяснить, почему Солнце теперь

вращается вокруг своей оси относительно медленно, хотя во время сжатия оно

должно было вращаться столь быстро, что от него за счет центробежной силы

происходило бы отделение вещества.

Началом следующего этапа в развитии взглядов на образование Солнечной

системы послужила гипотеза английского физика и астрофизика Дж. X. Джинса.

Он предположил, что когда-то Солнце столкнулось с другой звездой, в

результате чего из него была вырвана струя газа, которая, сгущаясь,

преобразовалась в планеты. Однако, учитывая огромное расстояние между

звездами, такое столкновение кажется совершенно невероятным. Более

детальный анализ выявил и другие недостатки этой теории.

Современные концепции происхождения планет Солнечной системы

основываются на том, что нужно учитывать не только механические силы, но и

другие, в частности электромагнитные. Эта идея была выдвинута шведским

физиком и астрофизиком X. Альфвеном и английским астрофизиком Ф. Хойлом.

Считается вероятным, что именно электромагнитные силы сыграли решающую роль

при зарождении Солнечной системы. Согласно современным представлениям,

первоначальное газовое облако, из которого образовались и Солнце и планеты,

состояло из ионизированного газа, подверженного влиянию электромагнитных

сил. После того как из огромного газового облака посредством концентрации

образовалось Солнце, на очень большом расстоянии от него остались небольшие

части этого облака. Гравитационная сила стала притягивать остатки газа к

образовавшейся звезде — Солнцу, но его магнитное поле остановило падающий

газ на различных расстояниях — как раз там где находятся планеты.

Гравитационная и магнитные силы повлияли на концентрацию и сгущение

падающего газа, в результате чего образовались планеты. Когда возникли

самые крупные планеты, тот же процесс повторился в меньших масштабах,

создав таким образом системы спутников. Теории происхождения Солнечной

системы носят гипотетический характер, и однозначно решить вопрос об их

достоверности на современном этапе развития науки невозможно. Во всех

существующих теориях имеются противоречия и неясные места.

3)Современные космологические модели Вселенной.

Как указывалось в предыдущей главе, в классической науке существовала

так называемая теория стационарного состояния Вселенной, согласно которой

Вселенная всегда была почти такой же, как сейчас. Астрономия была

статичной: изучались движения планет и комет, описывались звезды,

создавались их классификации, что было, конечно, очень важно. Но вопрос об

эволюции Вселенной не ставился.

Классическая ньютоновская космология явно или неявно принимала

следующие постулаты:

. Вселенная — это всесуществующая, "мир в целом". Космология познает

мир таким, как он существует сам по себе, безотносительно к

условиям познания.

. Пространство и время Вселенной абсолютны, они не зависят от

материальных объектов и процессов.

. Пространство и время метрически бесконечны.

. Пространство и время однородны и изотропны.

. Вселенная стационарна, не претерпевает эволюции. Изменяться могут

конкретные космические системы, но не мир в целом.

Современные космологические модели Вселенной основываются на общей

теории относительности А. Эйнштейна, согласно которой метрика пространства

и времени определяется распределением гравитационных масс во Вселенной. Ее

свойства как целого обусловлены средней плотностью материи и другими

конкретно-физическими факторами. Современная релятивистская космология

строит модели Вселенной, отталкиваясь от основного уравнения

тяготения, введенного А. Эйнштейном в общей теории относительности.

Уравнение тяготения Эйнштейна имеет не одно, а множество решений, чем и

обусловлено наличие многих космологических моделей Вселенной. Первая

модель была разработана самим Л. Эйнштейном в 1917 г. Он отбросил

постулаты ньютоновской космологии об абсолютности и бесконечности

пространства и времени. В соответствии с космологической моде лью Вселенной

А. Эйнштейна мировое пространство однородно и изотропно, материя в среднем

распределена в ней равномерно, гравитационное притяжение масс

компенсируется универсальным космологическим отталкиванием.

Эта модель казалась в то время вполне удовлетворительной,поскольку она

согласовывалась со всеми известными фактами. Но новые идеи, выдвинутые А.

Эйнштейном, стимулировали дальнейшее исследование, и вскоре подход к

проблеме решительно изменился.

В том же 1917 г. голландский астроном В. де Ситтер предложил другую

модель, представляющую собой также решение уравнений тяготения. Это решение

имело то свойство, что оно существовало бы даже в случае "пустой"

Вселенной, свободной oт материи. Если же в такой Вселенной появлялись

массы, то решение переставало быть стационарным: возникало некоторого рода

космическое отталкивание между массами, стремящееся удалить их друг от

друга и растворить всю систему. Тенденция к расширению, по В. де Ситтеру,

становилась заметной лишь на очень больших расстояниях.

В 1922 г. российский математик и геофизик Л.А. Фридман о (бросил

постулат классической космологии о стационарности Вселенной и дал принятое

в настоящее время решение космологической проблемы.

Решение уравнений А.А. Фридмана, допускает три возможности. Если

средняя плотность вещества и излучения во Вселенной равна некоторой

критической величине, мировое пространство оказывается евклидовым и

Вселенная неограниченно расширяется от первоначального точечного состояния.

Если плотность меньше критической, пространство обладает геометрией

Лобачевского и так же неограниченно расширяется. И, наконец, если плотность

больше критической, пространство Вселенной оказывается римановым,

расширение на некотором этапе сменяется сжатием, которое продолжается

вплоть до первоначального точечного состояния. По современным данным,

средняя плотность материи во Вселенной меньше критической, так что более

вероятной считается модель Лобачевского, т.е. пространственно бесконечная

расширяющаяся Вселенная. Не исключено, что некоторые виды материи, которые

имеют большое значение для величины средней плотности, пока остаются

неучтенными. В связи с этим делать окончательные выводы о конечности или

бесконечности Вселенной пока преждевременно.

Расширение Вселенной считается научно установленным фактом. Первым

к поискам данных о движении спиральных галактик обратился В. де Ситтер.

Обнаружение эффекта Доплера, свидетельствовавшего об удалении галактик,

дало толчок дальнейшим теоретическим исследованиям и новым улучшенным

измерениям расстояний и скоростей спиральных туманностей.

В 1929 г. американский астроном Э.П. Хаббл обнаружил

существование странной зависимости между расстоянием и скоростью

галактик: все галактики движутся от нас, причем со скоростью, которая

возрастает пропорционально расстоянию,— система галактик расширяется.

Но то, что в настоящее время Вселенная расширяется, еще не позволяет

однозначно решить вопрос в пользу той или иной модели.

4)Этапы космической эволюции.

Как бы ни решался вопрос о многообразии космологических моделей,

очевидно, что наша Вселенная расширяется, эволюционирует. Время ее эволюции

от первоначального состояния оценивается приблизительно в 20 млрд лет.

Возможно, более подходящей является аналогия не с элементарной

частицей, а со сверхгеном, обладающим огромным набором потенциальных

возможностей, реализующихся в процессе эволюции. В современной науке

выдвинут гак называемый антропный принцип в космологии. Суть его

заключается в том, что жизнь во Вселенной возможна только при тех значениях

универсальных постоянных, физических констант, которые в действительности

имеют место. Если значение физических констант имело бы хоть ничтожное

отклонение от существующих, то возникновение жизни было бы в принципе

невозможно. Это значит, что уже в начальных физических условиях

существования Вселенной заложена возможность возникновения жизни.

От первоначального сингулярного состояния Вселенная перешла к расширению

в результате Большого взрыва, заполнившего все пространство. В итоге каждая

частица материи устремилась прочь от любой другой.

Всего лишь через одну сотую секунды после взрыва Вселенная имела

температуру порядка 100 000 млн град, по Кельвину. При такой температуре

(выше температуры центра самой горячей звезды) молекулы, атомы и даже ядра

атомов существовать не могут. Вещество Вселенной пребывало в виде

элементарных частиц, среди которых преобладали электроны, позитроны,

нейтрино, фотоны, а также в относительно малом количестве протоны и

нейтроны Плотность вещества Вселенной спустя 0,01 с после взрыва была

огромной - в 4 000 млн paз больше, чем у воды

В конце первых тpеx минут после взрыва температура вещества Вселенной,

непрерывно снижаясь, достигла 1 млрд град. При этой все еще очень высокой

температуре начали образовываться ядра атомов, в частности, ядра тяжелого

водорода и гелия. Однако вещество Вселенной в конце первых трех минут

состояло в основном из фотонов, нейтрино и антинейтрино.

СОДЕРЖАНИЕ.

1.ВВЕДЕНИЕ.

стр.

2.МАКРОМИР: концепции классического естествознания.

стр.

3.МИКРОМИР: концепции современной физики.

стр.

1)Фундаментальные открытия в области физики

конца 19-начала 20 вв.

стр.

2)Рождение и развитие представлений о квантах.

стр.

3)Теория атома Н.Бора.

стр.

4)Корпускулярно-волновой дуализм в современной физике.

стр.

4.МЕГАМИР: современные астрофизические и

космологические концепции.

стр.

1)Звездная форма бытия космической материи.

стр.

2)Планеты.

стр.

3)Современные космологические модели

Вселенной.

стр.

4)Этапы космической эволюции.

стр.

5.ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

стр.

6.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

стр.

5.ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Все вышеизложенные революционные открытия в физике

перевернули ранее существующие взгляды на мир. Исчезла

убежденность в универсальности законов классической механики, ибо

разрушились прежние представления о неделимости атома, о постоянстве

массы, о неизменности химических элементов и т.д. Теперь уже вряд

ли можно найти физика, который считал бы, что все проблемы его

науки можно решить с помощью механических понятий и уравнений.

Рождение и развитие атомной физики, таким образом, окончательно

сокрушило прежнюю механистическую картину мира. Но классическая

механика Ньютона при этом не исчезла. По сей день она занимает

почетное место среди других естественных наук. С ее помощью,

например, рассчитывается движение искусственных спутников Земли,

других космических объектов и т.д. Но трактуется она теперь как

частный, случай квантовой механики, применимый для медленных движений

и больших масс объектов макромира.

6.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1.Концепции современного естествознания: Серия. “Учебники и учебные

пособия’’

Ростов на Дону : ред. «Феникс» , 2000.-576с.

2.Концепции современного естествознания. Учебник под ред. В.Н.

Лавриенко. Москва.: ЮНИТИ . 1997 г.

3. Г.Г. Гранатов.

Идейно-понятийное содержание современного естествознания : Учебно-

методическое пособие. - Магнитогорск: МаГУ, 2001. –183с.

4.А.А. Горелов.

Концепции современного естествознания. –М.: Центр, 1998. – 208с.

Магнитогорский Государственный Университет.

Реферат

по Концепциям современного естествознания

на тему: Структурные уровни организации материи: концепции микро-,

макро-, мегамиров.»

Выполнила: студентка 2 курса

202 гр., ф-та ПиМНО

Островская Елена

Проверила: преподаватель

Кузина Г.Ф.

Магнитогорск

2002

Страницы: 1, 2