Структурные уровни материи: Микромир, Макромир, Мегамир

Структурные уровни материи

Характеристикой материи является ее структурная бесконечность. Проявлениями данного свойства материи являются:

• Принцип Неисчерпаемости объектов и процессов микромира
• Принцип Бесконечности времени и пространства
• Принцип Бесконечности изменений и развития процессов.

В современной науке структурированность материи стала научно обоснованной концепцией системной организации материи. Для выделения структурных уровней существуют следующие характеристики:

• Пространственно-временные масштабы
• Совокупность важнейших свойств и законов изменения
• Степень относительной сложности, возникшей в процессе исторического развития материи.
• Объективную действительность составляют три основные сферы- неорганическая природа, органическая природа, общество.

Рассматривая неорганический тип материи можно выделить следующие структурные уровни:

• Мегамир
• Макромир
• Микромир

Краткая характеристика структурных уровней материи

Мегамир – это бесконечный мир космоса, сюда входят планеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики. Это мир огромных масштабов и скоростей. Расстояние в мегамире измеряется астрономическими единицами, световыми годами, парсеками. Время жизни космических объектов исчисляется миллионами и миллиардами лет.

Макромир – это мир устойчивых форм величин, соразмерных человеку. Сюда относятся организмы, сообщества организмов, кристаллические комплексы молекул и т.д. пространственные величины объектов макромира измеряются в миллиметрах, сантиметрах, километрах; время измеряется в секундах, минутах, часах, годах.

Микромир – это мир элементарных частиц и атомов, здесь принцип «состоит из» неприменим. Это мир предельно малых микрообъектов, размеры которых в пространстве составляют от $10^-8$ до $10^{-16}$ см, а время жизни составляет от бесконечности до $10^{-24}$ секунды.

На каждом из структурных уровней материи действуют собственные проявления пространственно-временных отношений, различные виды движений. Микромир определяется законами квантовой механики. Макромир описывается законами классической механики. Теория относительности и теория релятивистской космологии действуют в Мегамире.

Типы связей для разных уровней материи отличаются. В масштабах $10^{-13}$ существуют сильные взаимодействия, а целостность ядра обеспечивается ядерными силами. За целостность атомов, молекул, макротел отвечают электромагнитные силы. В масштабах космоса действуют гравитационные силы.

Подробнее всего наукой изучался макромир. Результатом долгого и подробного изучения макромира стала классическая наука Нового времени. Она занималась исследованием объектов и процессов, которые человек наблюдал невооруженным взглядом. В результате таких наблюдений появилась механика, оптика, электродинамика, классическая термодинамика.

Исследования макромира начались в конце 19 века, после открытия Дж. Томсоном первой элементарной частицы – электрона и выдвижения М. Планком идеи кванта – мельчайшей неделимой порции энергии, в которой может происходить излучение и поглощение энергии. Свойства элементарных частиц, которые казались необъяснимыми и ошеломляли ученых в скором времени удалось объяснить. Это случилось в рамках квантовой механики и квантовой электродинамики, которые стали первыми квантовыми теориями. Несмотря на множество открытий, сделанных учеными в этой области, все еще существует множество до сих пор необъясненных фактов и неизученных явлений. Исследование этих явлений и их изучение является задачей современной науки, и возможно, останется задачей постнеклассической науки.

Исследование мегамира началось с появлением астрономии. Астрономия является одной из первых естественных наук. Однако, преобладающую часть своей истории астрономия являлась описательной наукой. Концепции, носящие обоснованный характер, появились лишь к началу 20 века. Такими концепциями являются космология и космогония.

Нужно отметить, что большая часть концепций и теорий космологии и космогонии оказались связаны c исследованиями микромира. Этим самым подтверждается идея всеобщей связи всех уровней структурной организации материи.

Представления о Мегамире

Строго определенной границы между макромиром и мегамиром не существует. Традиционно предполагается, что мегамир начинается с масс $10^{20}$ кг и с расстояния примерно $10^7$ км. Опорной точкой мегамира может быть Земля. В связи с тем, что мегамир характеризуется большими расстояниями, для их измерения введены специальные единицы – парсек, световой год, астрономическая единица.

Астрономическая единица (а.е.) – это среднее расстояние от Земли до Солнца, которое составляет $1,5 • 10^{11}$ м.

Световой год – это то расстояние, которое проходит свет в течение года, оно рано $9,46 • 10^{15}$м.

Парсек – это такое расстояние, на котором годичный параллакс земной орбиты равен одной секунде (параллакс-секунда). Оно составляет $206265 а.е. = 3,08 • 10^{16} м = 3,26$ св. г.

Весь мир, окружающий нас, – это Вселенная. Ученые, физики и астрономы, подразумевают, как правило, ту часть мира, которую возможно изучить при помощи естественнонаучных методов. Такая часть Вселенной называется Астрономическая Вселенная, или иначе Метагалактика.

Небесные тела Вселенной в свою очередь образуют системы, имеющие разную сложность. Примером одной из систем является Солнечная система, в которой вокруг Солнца движутся 9 планет, которые являются остывшими телами, светящиеся светом, отраженным от Солнца. Наблюдаемые невооруженным взглядом звезды составляют небольшую часть нашей Галактики, основная часть звезд сосредоточена в Млечном Пути.

Млечный путь – это светлая неровная полоса, огибающая небо по большому кругу. Кроме звезд и планетных тел, Галактики состоят из межзвездного газа и пыли. Звезды, принадлежащие одной Галактике, удерживаются вместе благодаря силе гравитации. Каждое небесное тело имеет свою историю развития. Возраст Вселенной исчисляется 15 - 20 млрд. лет, возраст Солнечной системы – 5 млрд. лет, возраст Земли - 4,5 млрд. лет.