التفاعلات الأساسية وتنوع الهياكل في العالم الجزئي والكلي والضخم. التفاعلات الأساسية وتنوع الهياكل في العالم الجزئي والكلي والضخم المستويات الهيكلية لتنظيم المادة

في العلوم الطبيعية الحديثة، يتم تقسيم جميع الأشياء المادية من حولنا بشكل تقليدي إلى عوالم صغيرة وكبيرة وضخمة. يتحدث أحد المفاهيم الرئيسية للعلوم الطبيعية عن وحدة جميع أنظمة العالم الصغير والكبير والعالم الكبير. يمكننا التحدث عن أساس مادي واحد لأصل جميع الأنظمة المادية في مراحل مختلفة من تطور الكون.

تختلف الأشياء المادية في العالم الصغير والكبير والعالم الكبير ليس فقط في أبعادها الهندسية، ولكن أيضًا في الخصائص الكمية الأخرى. على سبيل المثال، تتكون الشمس من عدد هائل من الجزيئات: 1056 نواة من ذرات الهيدروجين ونفس العدد تقريبًا من نوى ذرات الهيليوم.

يتم وصف خصائص وخصائص الأشياء المادية في العالم الصغير والكبير من خلال نظريات ومبادئ وقوانين مختلفة.

عند شرح العمليات في العالم الصغير، يتم استخدام مبادئ ونظريات ميكانيكا الكم، وإحصاءات الكم، وما إلى ذلك. النظام الشمسيوصفها قانون الجاذبية العالمية وقوانين كبلر. يتم شرح أصل الكون وتطوره على أساس مجموعة معقدة من معارف العلوم الطبيعية، بما في ذلك فيزياء الجسيمات، ونظرية المجال الكمي، والنظرية النسبية، وما إلى ذلك.

تشكل الأشياء المادية نظامًا متكاملاً فقط إذا كانت طاقة الرابطة بينها أكبر من الطاقة الحركية لكل منها. طاقة الاتصال هي الطاقة التي يجب إنفاقها من أجل "تفكيك" النظام بالكامل إلى مكوناته الفردية. حجم طاقة الربط النظم الطبيعيةعلى مستويات مختلفة من تنظيم المادة يعتمد على نوع التفاعل وطبيعة القوى التي توحد الأشياء المادية في النظام. على سبيل المثال، فإن وجود النجوم، بما في ذلك الشمس، لمليارات السنين يتحدد بالتوازن المستقر بين طاقة الجاذبية المتبادلة للجسيمات التي تميل إلى ضغط مادة النجم، وطاقة جزيئاتها. الحركة الحراريةمما يؤدي إلى تبديدها. يلعب التفاعل الكهرومغناطيسي دورًا موحدًا في الذرات والجزيئات.

يكمن الاختلاف الكبير بين الأشياء المادية للعالم الصغير والعالم الكبير في هوية الجسيمات الدقيقة وفردية الأنظمة الضخمة. بالنسبة للجسيمات الدقيقة، يتم استيفاء مبدأ الهوية: لا يمكن تمييز حالات نظام الجزيئات، التي يتم الحصول عليها من بعضها البعض عن طريق إعادة ترتيب الجزيئات في أماكن، في أي تجربة. تعتبر مثل هذه الحالات بمثابة حالة مادية واحدة. يميز هذا المبدأ الميكانيكي الكمي أحد الاختلافات الرئيسية بين الكلاسيكية و ميكانيكا الكم. في الميكانيكا الكلاسيكية، يمكنك متابعة حركة الجسيمات الفردية على طول المسارات وبالتالي تمييز الجسيمات عن بعضها البعض. في ميكانيكا الكمالجسيمات المتطابقة خالية تماما من الفردية. ومع ذلك، في الطبيعة لا يوجد نظامان ضخمان متطابقان تمامًا - فكلهما فرديان. يمكن للفردية أيضًا أن تظهر نفسها في المستوى الجزيئي. على سبيل المثال، الجزيئات الكحول الإيثيليوثنائي ميثيل الأثير لهما نفس التركيب الذري والوزن الجزيئي، لكن الخواص الكيميائية والفيزيائية مختلفة. وتسمى هذه المواد الايزومرات الكيميائية. الايزومرات النووية غير المستقرة نفس التركيبةالنواة لها عمر نصف مختلف.

المؤلفون:

طالبة الصف التاسع "أ"

أفاناسييفا إيرينا

طالبة الصف التاسع "أ"

تاتارينتسيفا اناستازيا

طالب في الصف الحادي عشر "أ"

تارازانوف أرتيمي؛

المشرفون العلميون:

مدرس علوم الكمبيوتر وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات،

أبرودين ألكسندر فلاديميروفيتش

مدرس الفيزياء،

شامرينا ناتاليا ماكسيموفنا

العوالم الصغيرة والكبيرة والضخمة. 4

العالم الصغير. 5

العالم الكبير. 6

ميجاوورلد. 8

البحث الخاص. 10

مشكلة التفاعل بين العوالم الضخمة والكلية والصغرى. 10

كبير وصغير. 12

الكبير والصغير في العلوم الأخرى. 14

الجزء العملي. 18

موضوع ميتا دورة تدريبيةاستخدام "الكبير والصغير". ألواح الكتابة التفاعلية. 18

الاستنتاج 20

المراجع 21

الملحق 1. 22

الملحق 2. 23

الملحق 3. 25

مقدمة.

بليز باسكال
مجال الدراسة.الكون لغز أبدي. لقد حاول الناس منذ فترة طويلة إيجاد تفسير لتنوع وغرابة العالم. العلوم الطبيعية، بعد أن بدأت دراسة العالم المادي بأبسط الأشياء المادية، تنتقل إلى دراسة الأشياء الأكثر تعقيدًا للهياكل العميقة للمادة، خارج حدود الإدراك البشري وغير قابلة للقياس مع أشياء التجربة اليومية.

موضوع الدراسة. في المنتصفالعشرينفي القرن العشرين، اقترح عالم الفلك الأمريكي هارلو شابلي نسبة مثيرة للاهتمام:

الإنسان هنا هو الوسط الهندسي بين النجوم والذرات. قررنا النظر في هذه المسألة من وجهة نظر فيزيائية.

موضوع الدراسة. في العلم، هناك ثلاثة مستويات لبنية المادة: العالم الصغير، والعالم الكبير، والعالم الكبير. إن معانيها المحددة والعلاقات بينها تضمن بشكل أساسي الاستقرار الهيكلي لكوننا.

لذلك، فإن مشكلة الثوابت العالمية التي تبدو مجردة لها أهمية أيديولوجية عالمية. هذا هوملاءمة عملنا.

الهدف من المشروع : استكشاف العوالم الصغيرة والكبيرة والضخمة، والعثور على ميزاتها واتصالاتها.

أهداف المشروع وتم تشكيلها على النحو التالي:

دراسة وتحليل المواد النظرية؛
استكشاف القوانين التي تحكم الأجسام الكبيرة والصغيرة في الفيزياء؛
تتبع العلاقة بين الكبير والصغير في العلوم الأخرى؛
اكتب برنامجًا "كبيرًا وصغيرًا" لدرس موضوعي;
جمع مجموعة من الصور الفوتوغرافية التي تظهر التماثل بين العوالم الصغيرة والكبيرة والضخمة؛
قم بتأليف كتيب "العوالم الصغيرة والكبيرة والضخمة".

في بداية الدراسة طرحنافرضية أن هناك تناظرًا في الطبيعة.

رئيسيأساليب المشروعبدأ العمل مع الأدبيات العلمية الشعبية، تحليل مقارنالمعلومات الواردة واختيار وتوليف المعلومات ونشر المعرفة حول هذا الموضوع.

المعدات التجريبية: اللوحة التفاعلية.

يتكون العمل من مقدمة وأجزاء نظرية وعملية وخاتمة وقائمة المراجع وثلاثة ملاحق. مقدار مشروع العمل– 20 صفحة (بدون مرفقات).

الجزء النظري.

يبدأ العلم حيث يبدأ القياس.

دي. مندليف

العوالم الصغيرة والكبيرة والضخمة.

قبل البدء بالدراسة قررنا دراسة المادة النظرية من أجل تحديد ملامح العوالم الجزئية والكلي والضخمة. من الواضح أن حدود العالم الصغير والكبير متحركة، ولا يوجد عالم مصغر منفصل وعالم كبير منفصل. وبطبيعة الحال، يتم بناء الأجسام الكبيرة والأجسام الضخمة من الأجسام الدقيقة والظواهر الدقيقة هي أساس الظواهر الكلية والضخمة. في الفيزياء الكلاسيكية لم يكن هناك معيار موضوعي للتمييز بين الجسم الكلي والجسم الصغير. تم تقديم هذا الاختلاف في عام 1897 من قبل الفيزيائي النظري الألماني إم. بلانك: إذا كان من الممكن إهمال الحد الأدنى من التأثير عليه بالنسبة للكائن قيد النظر، فهذه كائنات كبيرة، وإذا لم يكن ذلك ممكنًا، فهذه كائنات دقيقة. أساس الأفكار حول بنية العالم المادي هو نهج النظموالتي بموجبها يمكن اعتبار أي كائن في العالم المادي، سواء كان ذرة أو كوكبًا أو كائنًا حيًا أو مجرة، بمثابة تكوين معقد، بما في ذلك الأجزاء المكونة المنظمة في التكامل.من وجهة نظر العلم، فإن أحد المبادئ المهمة لتقسيم العالم المادي إلى مستويات هو هيكل التقسيم حسب الخصائص المكانية - الأحجام. وقد شمل العلم التقسيم على الحجم وعلى نطاق الكبير والصغير. ينقسم نطاق الأحجام والمسافات المرصودة إلى ثلاثة أجزاء، يمثل كل جزء عالمًا منفصلاً من الأشياء والعمليات. تعتبر مفاهيم العالم الضخم والكلي والجزئي في هذه المرحلة من تطور العلوم الطبيعية نسبية ومريحة لفهم العالم المحيط. ومن المرجح أن تتغير هذه المفاهيم مع مرور الوقت، لأن لا يزالون يدرسون قليلا. إن السمة الأبرز لقوانين الطبيعة هي أنها تطيعها القانون الرياضيالدقة بدقة عالية. كلما تعمقنا في فهم قوانين الطبيعة، كلما شعرنا أن العالم المادي يختفي بطريقة ما، ونبقى وجهاً لوجه مع الرياضيات البحتة، أي أننا نتعامل فقط مع عالم القواعد الرياضية.

العالم الصغير.

العالم الصغير عبارة عن جزيئات، وذرات، وجسيمات أولية - عالم الكائنات الدقيقة الصغيرة جدًا، التي لا يمكن ملاحظتها بشكل مباشر، ويتم حساب البعد المكاني لها من 10 8 إلى 10 16 سم، والعمر من ما لا نهاية إلى 10 24 مع.

تاريخ البحث. في العصور القديمة، طرح الفيلسوف اليوناني القديم ديموقريطس الفرضية الذرية لبنية المادة. بفضل أعمال العالم الإنجليزي J. دالتون، بدأوا في الدراسة الخصائص الفيزيائية والكيميائيةذرة. في القرن 19 قام D. I. Mendeleev ببناء النظام العناصر الكيميائيةعلى أساس منهم الوزن الذري. في الفيزياء، جاء مفهوم الذرات باعتبارها العناصر الهيكلية الأخيرة غير القابلة للتجزئة للمادة من الكيمياء. في الواقع، تبدأ الدراسات الفيزيائية للذرة في نهاية القرن التاسع عشر، عندما اكتشف الفيزيائي الفرنسي أ.أ.بيكريل ظاهرة النشاط الإشعاعي، والتي تتمثل في التحول التلقائي لذرات بعض العناصر إلى ذرات عناصر أخرى. في عام 1895، اكتشف ج. طومسون الإلكترون. نظرًا لأن الإلكترونات لها شحنة سالبة، والذرة ككل محايدة كهربائيًا، فقد كان من المفترض أنه بالإضافة إلى الإلكترون هناك جسيم موجب الشحنة. كانت هناك عدة نماذج لبنية الذرة.

علاوة على ذلك، تم تحديد صفات محددة للأجسام الدقيقة، والتي تم التعبير عنها في وجود كل من الخصائص الجسيمية (الجسيمات) والضوء (الموجات). الجسيمات الأولية هي أبسط الأشياء في العالم الصغير، وتتفاعل كوحدة واحدة. الخصائص الرئيسية للجسيمات الأولية: الكتلة، الشحنة، متوسط العمر، الأعداد الكمومية.

عدد الجسيمات الأولية المكتشفة يتزايد بسرعة. وبحلول نهاية القرن العشرين، اقتربت الفيزياء من إنشاء نظام نظري متناغم يشرح خصائص الجسيمات الأولية. تم اقتراح مبادئ تجعل من الممكن تقديم تحليل نظري لتنوع الجسيمات وتحولاتها البينية وبناء نظرية موحدة لجميع أنواع التفاعلات.

العالم الكبير.

العالم الكبير هو عالم الأشكال والكميات المستقرة التي تتناسب مع البشر، وكذلك المجمعات البلورية من الجزيئات والكائنات الحية ومجتمعات الكائنات الحية؛ عالم الكائنات الكلية، الذي يمكن مقارنته بمقياس التجربة البشرية: يتم التعبير عن الكميات المكانية بالملليمتر والسنتيمتر والكيلومترات، والوقت - بالثواني والدقائق والساعات والسنوات.

تاريخ البحث. في تاريخ دراسة الطبيعة، يمكن تمييز مرحلتين: ما قبل العلمية والعلمية، والتي تغطي الفترة من العصور القديمة إلى القرون السادس عشر والسابع عشر. تم شرح الظواهر الطبيعية المرصودة على أساس المبادئ الفلسفية التأملية. تبدأ المرحلة العلمية لدراسة الطبيعة بتكوين الميكانيكا الكلاسيكية. يعود تكوين وجهات النظر العلمية حول بنية المادة إلى القرن السادس عشر، عندما وضع جاليليو الأساس لأول صورة فيزيائية للعالم في تاريخ العلم - صورة ميكانيكية. لم يثبت فقط نظام مركزية الشمس في ن. كوبرنيكوس واكتشف قانون القصور الذاتي، بل طور منهجية لطريقة جديدة لوصف الطبيعة - علمية ونظرية. I. نيوتن، بناء على أعمال غاليليو، وضعت صارمة نظرية علميةالميكانيكا والوصف والحركة الأجرام السماويةوحركة الأجسام الأرضية بنفس القوانين. كان يُنظر إلى الطبيعة على أنها نظام ميكانيكي معقد. تم اعتبار المادة مادة مادية تتكون من جزيئات فردية. الذرات قوية، غير قابلة للتجزئة، غير قابلة للاختراق، وتتميز بوجود الكتلة والوزن. من الخصائص الأساسية للعالم النيوتوني هو الفضاء ثلاثي الأبعاد للهندسة الإقليدية، وهو ثابت تمامًا وفي حالة راحة دائمًا. تم تقديم الوقت ككمية مستقلة عن المكان أو المادة. واعتبرت الحركة حركة في الفضاء على مسارات مستمرة وفقا لقوانين الميكانيكا. وكانت نتيجة هذه الصورة للعالم هي صورة الكون كآلية عملاقة وحتمية تمامًا، حيث تمثل الأحداث والعمليات سلسلة من الأسباب والنتائج المترابطة.

بعد ميكانيكا نيوتن، تم إنشاء الديناميكا المائية، ونظرية المرونة، والنظرية الميكانيكية للحرارة، ونظرية الحركية الجزيئية وعدد من النظريات الأخرى، والتي حققت الفيزياء نجاحًا هائلاً من خلالها. ومع ذلك، كان هناك مجالان - البصرية و الظواهر الكهرومغناطيسيةوالتي لا يمكن تفسيرها بالكامل في إطار الصورة الآلية للعالم.

تجارب عالم الطبيعة الإنجليزي م. فاراداي و الأعمال النظريةأخيرًا دمر الفيزيائي الإنجليزي جي سي ماكسويل أفكار الفيزياء النيوتونية حول المادة المنفصلة الشكل الوحيدالمادة ووضع الأساس للصورة الكهرومغناطيسية للعالم. تم اكتشاف ظاهرة الكهرومغناطيسية من قبل عالم الطبيعة الدنماركي H. K. Oersted، الذي لاحظ لأول مرة العمل المغناطيسيالتيارات الكهربائية. مواصلة البحث في هذا الاتجاه، اكتشف M. Faraday أن التغيير المؤقت في المجالات المغناطيسية يخلق كهرباء. توصل M. Faraday إلى استنتاج مفاده أن دراسة الكهرباء والبصريات مترابطة وتشكل مجالًا واحدًا. أصبحت أعماله نقطة البداية للبحث الذي أجراه جي سي ماكسويل، الذي تكمن ميزته في التطور الرياضي لأفكار إم فاراداي حول المغناطيسية والكهرباء. ماكسويل "ترجم" النموذج خطوط الكهرباءفاراداي إلى صيغة رياضية. تم تطوير مفهوم "مجال القوى" في البداية كمساعد مفهوم رياضي. أعطاها جي سي ماكسويل المعنى الجسديوبدأ في اعتبار المجال حقيقة مادية مستقلة.

بعد تجارب هيرتز، تم تأسيس مفهوم المجال أخيرا في الفيزياء، وليس باعتباره بناء رياضي مساعد، ولكن كحقيقة مادية موجودة بشكل موضوعي. ونتيجة للاكتشافات الثورية اللاحقة في الفيزياء في نهاية القرن الماضي وبداية هذا القرن، تم تدمير أفكار الفيزياء الكلاسيكية حول المادة والمجال باعتبارهما نوعين فريدين نوعيا من المادة.

ميجاوورلد.

Megaworld (الكواكب والنجوم والمجرات) هو عالم ذو مقاييس وسرعات كونية هائلة، وتقاس المسافة فيه بالسنوات الضوئية، ويقاس عمر الأجسام الفضائية بملايين ومليارات السنين.

يتم تضمين جميع المجرات الموجودة في النظام الأعلى مرتبة - Metagalaxy. أبعاد Metagalaxy كبيرة جدًا: يبلغ نصف قطر الأفق الكوني 15-20 مليار سنة ضوئية.

تاريخ البحث.تعتمد النماذج الكونية الحديثة للكون على النظرية النسبية العامة لأينشتاين، والتي بموجبها يتم تحديد قياس المكان والزمان من خلال توزيع كتل الجاذبية في الكون. يتم تحديد خصائصه ككل من خلال متوسط كثافة المادة والعوامل الفيزيائية المحددة الأخرى. وجود الكون لانهائي، أي. ليس له بداية أو نهاية، والفضاء لا حدود له، ولكنه محدود.

في عام 1929، اكتشف عالم الفلك الأمريكي إي.بي. اكتشف هابل وجود علاقة غريبة بين المسافة وسرعة المجرات: جميع المجرات تبتعد عنا، وبسرعة تزيد بما يتناسب مع المسافة - يتوسع نظام المجرات. يعتبر توسع الكون حقيقة مثبتة علميا. وفقًا للحسابات النظرية التي أجراها جيه لوميتر، كان نصف قطر الكون في حالته الأصلية 10-12 سم، وهو قريب في الحجم من نصف قطر الإلكترون، وكانت كثافته 1096 جم / سم 3.

تحدد الحسابات بأثر رجعي عمر الكون بـ 13-20 مليار سنة. عالم الفيزياء الأمريكي ج.أ. اقترح جامو أن درجة حرارة المادة كانت مرتفعة وتنخفض مع توسع الكون. أظهرت حساباته أن الكون يمر بتطوره مراحل معينة، والتي يحدث خلالها تكوين العناصر والهياكل الكيميائية. في علم الكونيات الحديث، من أجل الوضوح، تنقسم المرحلة الأولية لتطور الكون إلى "عصور":

عصر الهادرونات. الجسيمات الثقيلة التي تدخل في تفاعلات قوية؛

عصر اللبتونات الجسيمات الضوئية التي تدخل في التفاعل الكهرومغناطيسي؛

عصر الفوتون. المدة 1 مليون سنين. الجزء الأكبر من الكتلة - طاقة الكون - يأتي من الفوتونات؛

عصر النجوم. القادمة في 1 مليون. سنوات بعد ولادة الكون. خلال العصر النجمي، تبدأ عملية تكوين النجوم الأولية والمجرات الأولية.

ثم تتكشف صورة عظيمة لتشكيل هيكل Metagalaxy.

في علم الكونيات الحديث، إلى جانب فرضية الانفجار الكبير، يحظى النموذج التضخمي للكون، الذي يأخذ في الاعتبار خلق الكون، بشعبية كبيرة. إن فكرة الخلق لها مبرر معقد للغاية وترتبط بعلم الكون الكمي. يصف هذا النموذج تطور الكون بدءًا من الوقت العاشر 45 ق بعد بدء التوسع. وفقا لفرضية التضخم، التطور الكوني في الكون المبكريمر بعدد من المراحل.

الفرق بين مراحل تطور الكون في النموذج التضخمي ونموذج الانفجار الكبير يتعلق فقط بالمرحلة الأولية من ترتيب 10 30 ج، علاوة على ذلك هناك اختلافات جوهرية في الفهم بين هذه النماذج. يتميز الكون على مستويات مختلفة، بدءًا من الجسيمات الأولية التقليدية وحتى التجمعات المجرية العملاقة، بالبنية. البنية الحديثة للكون هي نتيجة للتطور الكوني، حيث تشكلت المجرات من المجرات الأولية، والنجوم من النجوم الأولية، والكواكب من السحب الكوكبية الأولية.

تم طرح النظريات الأولى حول أصل النظام الشمسي من قبل الفيلسوف الألماني آي كانط وعالم الرياضيات الفرنسي بي إس لابلاس. ووفقاً لهذه الفرضية فإن نظام الكواكب حول الشمس قد تشكل نتيجة قوى التجاذب والتنافر بين جزيئات المادة المتفرقة (السديم) الموجودة في حركة دورانيةحول الشمس.

البحث الخاص.

مشكلة التفاعل بين العوالم الضخمة والكلية والصغرى.

الرغبة في دراسة كائن حي،
للحصول على فهم واضح له،
العالم يطرد الروح أولاً،
ثم يتم تقطيع الكائن إلى أجزاء
وهو يراهم، ولكن من المؤسف: ارتباطهم الروحي
وفي الوقت نفسه، اختفت، طارت بعيدا!
جوته
قبل الانتقال إلى مزيد من الدراسة، يجب علينا تقييم المقاييس الزمنية والمكانية للكون وربطها بطريقة أو بأخرى بمكان ودور الإنسان في الصورة الشاملة للعالم. دعونا نحاول الجمع بين موازين البعض الأشياء الشهيرةوالعمليات في رسم تخطيطي واحد (الشكل 1)، حيث يتم عرض الأوقات المميزة على اليسار، والأحجام المميزة على اليمين. في الزاوية اليسرى السفلية من الشكل، تتم الإشارة إلى الحد الأدنى من المقياس الزمني الذي له بعض المعنى المادي. هذه الفترة الزمنية تساوي 10 43 ويسمى زمن بلانك ("كرونون"). وهي أقصر بكثير من مدة جميع العمليات المعروفة لدينا، بما في ذلك العمليات قصيرة العمر جدًا في فيزياء الجسيمات الأولية (على سبيل المثال، عمر جسيمات الرنين الأقصر عمرًا يبلغ حوالي 10 23 مع). الرسم البياني أعلاه يوضح مدة بعض العمليات المعروفة، حتى عمر الكون.

تختلف أحجام الأشياء المادية في الشكل من 10 15 م (الحجم المميز للجزيئات الأولية) يصل إلى 10 27 م (نصف قطر الكون المرئي، والذي يتوافق تقريبًا مع عمره مضروبًا في سرعة الضوء). من المثير للاهتمام تقييم الموقع الذي نحتله نحن البشر في الرسم التخطيطي. على مقياس الحجم، نحن في مكان ما في الوسط، حيث أننا كبيرون للغاية بالنسبة لطول بلانك (وأكبر بكثير من حجم الجسيمات الأولية)، ولكننا صغيرون جدًا على مقياس الكون بأكمله. من ناحية أخرى، على النطاق الزمني للعمليات، تبدو مدة حياة الإنسان جيدة جدًا، ويمكن مقارنتها بعمر الكون! يحب الناس (وخاصة الشعراء) الشكوى من زوال الوجود الإنساني، لكن مكانتنا على الجدول الزمني ليست مثيرة للشفقة أو تافهة. بالطبع، يجب أن نتذكر أن كل ما قيل يشير إلى "المقياس اللوغاريتمي"، لكن استخدامه يبدو مبررًا تمامًا عند النظر في مثل هذه النطاقات الضخمة من القيم. بمعنى آخر، عدد الأرواح البشرية التي تتناسب مع عمر الكون أقل بكثير من عدد مرات بلانك (أو حتى عمر الجسيمات الأولية) التي تتناسب مع عمر الشخص. في جوهر الأمر، نحن هياكل مستقرة إلى حد ما للكون. أما بالنسبة للمقاييس المكانية، فنحن حقا في مكان ما في منتصف النطاق، ونتيجة لذلك لا نمنح الفرصة لإدراك الأحاسيس المباشرة ليست كبيرة جدا، وليست أشياء صغيرة جدا من العالم المادي من حولنا.

تشكل البروتونات والنيوترونات نواة الذرات. تتحد الذرات لتشكل الجزيئات. إذا تحركنا أبعد على مقياس أحجام الجسم، فإن ما يلي هو الأجسام الكبيرة العادية، والكواكب وأنظمتها، والنجوم، ومجموعات المجرات والمجرات الضخمة، أي أنه يمكننا تخيل الانتقال من الكائنات الدقيقة والكلية والضخمة - سواء في الحجم ونماذج العمليات الفيزيائية.

كبير وصغير.

ربما هذه الإلكترونات -
عوالم مع خمس قارات
الفنون والمعرفة والحروب والعروش
وذكرى أربعين قرنا!
ومع ذلك، ربما، كل ذرة -
الكون مع مائة الكواكب.
كل ما هو موجود هنا، في حجم مضغوط، موجود هناك
ولكن أيضا ما ليس هنا.
فاليري بريوسوف

السبب الرئيسي وراء تقسيمنا للقوانين الفيزيائية إلى أجزاء "كبيرة" و"صغيرة" هو أن القوانين العامة للعمليات الفيزيائية على المقاييس الكبيرة جدًا والصغيرة جدًا تبدو مختلفة تمامًا. لا شيء يثير اهتمام الإنسان بشكل مستمر وعميق مثل أسرار الزمان والمكان. الغرض من المعرفة ومعناها هو فهم الآليات الخفية للطبيعة ومكانتنا في الكون.

اقترح الفلكي الأمريكي شابلي نسبة مثيرة للاهتمام:

x في هذه النسبة هو الشخص الذي يمثل الوسط الهندسي بين النجوم والذرات.

على كلا الجانبين منا هناك اللانهاية التي لا تنضب. لا يمكننا أن نفهم تطور النجوم دون دراسة النواة الذرية. لا يمكننا أن نفهم دور الجسيمات الأولية في الكون دون معرفة تطور النجوم. إننا نقف كما لو كنا على مفترق طرق تؤدي إلى اللانهاية. من ناحية، يتناسب الوقت مع عمر الكون، ومن ناحية أخرى يتم قياسه بفترات زمنية صغيرة متلاشية. لكنها لا تتناسب في أي مكان مع حجم الحياة البشرية. يسعى الإنسان إلى شرح الكون بكل تفاصيله، في حدود المعرفة، بتقنيات وطرق، من خلال الملاحظة والتجربة والحسابات الرياضية. نحن بحاجة إلى مفاهيم وطرق بحث يمكن من خلالها إثبات الحقائق العلمية. وأن يقيم حقائق علميةفي الفيزياء، موضوعي خاصية كميةخصائص الهيئات والعمليات الطبيعية، مستقلة عن مشاعر ذاتيةشخص. إن إدخال مثل هذه المفاهيم هو عملية خلق لغة خاصة– لغة علم الفيزياء . أساس لغة الفيزياء هي مفاهيم تسمى الكميات الفيزيائية. وأي كمية فيزيائية يجب قياسها، لأنه بدون قياسات الكميات الفيزيائية لا توجد فيزياء.

لذا، دعونا نحاول معرفة ما هي الكمية الفيزيائية.الكمية المادية- خاصية فيزيائية لجسم مادي، ظاهرة فيزيائية، عملية يمكن وصفها كميا.قيمة الكمية الفيزيائية- الرقم، المتجه الذي يميز هذا الكمية المادية، مما يشير إلى وحدة القياس التي تم على أساسها تحديد هذه الأرقام أو المتجهات. حجم الكمية الفيزيائية هو الأرقام التي تظهر في قيمة الكمية الفيزيائية. قياس كمية فيزيائية يعني مقارنتها بكمية أخرى، مقبولة تقليديًا كوحدة قياس. كلمة روسية"الحجم" له معنى مختلف قليلاً عن كلمة انجليزية"كمية" في قاموس أوزيغوف (1990)، يتم تفسير كلمة "الحجم" على أنها "حجم وحجم وطول جسم ما". وفقا لقاموس الإنترنت، يتم ترجمة كلمة "الحجم" إلى اللغة الإنجليزيةفي الفيزياء 11 كلمة، منها 4 كلمات هي الأنسب في المعنى: الكمية (ظاهرة فيزيائية، خاصية)، القيمة (القيمة)، الكمية (الكمية)، الحجم (الحجم، الحجم).

دعونا نلقي نظرة فاحصة على هذه التعريفات. لنأخذ، على سبيل المثال، خاصية مثل الطول. يتم استخدامه بالفعل لوصف العديد من الأشياء. في الميكانيكا، هذا هو طول المسار، في الكهرباء، طول الموصل، في الهيدروليكية، طول الأنبوب، في هندسة التدفئة، سمك جدار المبرد، إلخ. لكن قيمة الطول لكل كائن من الكائنات المدرجة مختلفة. يبلغ طول السيارة عدة أمتار، وطول مسار السكة الحديدية عدة كيلومترات، ويسهل تقدير سمك جدار الرادياتير بالملليمتر. لذا فإن هذه الخاصية فردية حقًا لكل كائن، على الرغم من أن طبيعة الطول في جميع الأمثلة المذكورة هي نفسها.

الكبير والصغير في العلوم الأخرى.

شاهد الخلود في لحظة واحدة

عالم ضخم في حبة رمل،

في حفنة واحدة - ما لا نهاية

والسماء في كأس زهرة.

دبليو بليك

الأدب.

يتم استخدام الصغيرة والكبيرة في قيمة نوعية: صغيرة أو كبيرة القامة، عائلة صغيرة أو كبيرة، الأقارب. الصغير عادة ما يعارض الكبير (مبدأ التناقض). الأدب: النوع الصغير (قصة قصيرة، قصة قصيرة، حكاية خرافية، حكاية، مقال، رسم)

هناك العديد من الأمثال والأقوال التي تستخدم المقارنة أو المقارنة بين الصغير والكبير. دعونا نتذكر بعض منهم:

على نتائج صغيرة بتكاليف عالية:

من سحابة كبيرة، ولكن قطرة صغيرة.
إطلاق النار على العصافير من المدافع.

عنعقوبة صغيرة لذنوب كبيرة:

وهذا مثل طلقة (إبرة) للفيل.

صغير في كبير:

قطرة في البحر.
إبرة في كومة قش.

وفي نفس الوقت يقولون:

ذبابة في المرهم سوف تفسد برميل العسل.
لا يمكنك سحق الفأر بالصدمة.
خطأ صغير يؤدي إلى كارثة كبيرة.
تسرب صغير يمكن أن يدمر سفينة كبيرة.
من شرارة صغيرة تشتعل نار كبيرة.
موسكو احترقت من شمعة بنس واحد.
لالتفاحة تنقش الحجر (تشحذ).

مادة الاحياء.

"إن الإنسان يحتوي على كل ما في السماء وما في الأرض، من الأعلى إلى الأدنى".
الكابالا

خلال وجود البشرية، تم اقتراح العديد من النماذج لبنية الكون. هناك فرضيات مختلفة، ولكل منها مؤيديها ومعارضيها. في العالم الحديث لا يوجد نموذج واحد مقبول ومفهوم للكون. في العالم القديمعلى عكس نموذجنا، كان هناك نموذج واحد للعالم المحيط. بدا الكون لأسلافنا على شكل جسم بشري ضخم. دعونا نحاول أن نفهم المنطق الذي التزم به أسلافنا "البدائيون":

يتكون الجسم من أعضاء
تتكون الأعضاء من الخلايا
الخلايا - من العضيات
العضيات - مصنوعة من الجزيئات
الجزيئات - مصنوعة من الذرات
تتكون الذرات من جسيمات أولية. (الصورة 2).

هكذا تم تصميم أجسامنا. لنفترض أن الكون يتكون من عناصر متشابهة. ثم، إذا وجدنا ذرته، فستكون هناك فرصة للعثور على كل شيء آخر. في عام 1911، اقترح إرنست رذرفورد أن بنية الذرة تشبه النظام الشمسي. اليوم هذا نموذج مرفوض، صورة الذرة في الشكل 1. 2 يظهر فقط الجزء المركزي من الذرة. تظهر الذرة والنظام الشمسي بأكمله الآن بشكل مختلف. (الشكل 3، 4)

هناك، بطبيعة الحال، اختلافات، لا يمكن إلا أن تكون موجودة. هذه الكائنات في ظروف مختلفة تمامًا. يكافح العلماء من أجل إنشاء نظرية موحدة، لكنهم لا يستطيعون ربط العوالم الكلية والعوالم الصغيرة في كل واحد.

يمكن الافتراض أنه إذا كان النظام الشمسي عبارة عن ذرة، فإن مجرتنا عبارة عن جزيء. قارن بين الشكلين 5 و6. لا تحاول العثور على أوجه التشابه الكاملة بين هذه الأشياء. لا يوجد حتى رقاقات ثلجية متطابقة في العالم. كل ذرة، جزيء، عضية، خلية، عضو وشخص له خصائصه الفردية الخاصة. جميع العمليات التي تحدث على المستوى الجزيئي المواد العضويةأجسامنا تشبه العمليات التي تحدث على مستوى المجرات. والفرق الوحيد هو في حجم هذه الكائنات وفي النطاق الزمني. على مستوى المجرة، تحدث جميع العمليات بشكل أبطأ بكثير.

يجب أن تكون "التفاصيل" التالية في هذا "البناء" هي العضو العضوي. ما هي العضيات؟ هذه تشكيلات ذات بنية وحجم ووظائف مختلفة تقع داخل الخلية. وهي تتكون من عدة عشرات أو مئات من الجزيئات المختلفة. إذا كان العضو العضوي الموجود في خليتنا مشابهًا للعضوي الموجود في الكون الكبير، فيجب علينا البحث عن مجموعات من المجرات المختلفة في الكون. مثل هذه العناقيد موجودة بالفعل، ويطلق عليها علماء الفلك مجموعات أو عائلات من المجرات. مجرتنا، درب التبانة، هي جزء من عائلة المجرات المحلية، والتي تضم مجموعتين فرعيتين:
1. المجموعة الفرعية لمجرة درب التبانة (يمين)
2. المجموعة الفرعية لسديم المرأة المسلسلة (يسار) (الشكل 8).

لا ينبغي الانتباه إلى بعض التناقض في الترتيب المكاني لجزيئات الريبوسوم (الشكل 8) والمجرات في المجموعة المحلية (الشكل 9). الجزيئات، مثل المجرات، تتحرك باستمرار ضمن حجم معين. والريبوسوم عبارة عن عضية بدون قشرة (غشاء)، لذلك لا نراها في البيئة المحيطة بنا الفضاء الخارجيجدار "كثيف" من المجرات. ومع ذلك، فإننا لا نرى قذائف الخلايا الكونية.

تشبه العمليات التي تحدث في عضياتنا العمليات التي تحدث في مجموعات وعائلات المجرات. لكن في الفضاء تحدث هذه الأمور بشكل أبطأ بكثير مما تحدث عندنا. إن ما يُنظر إليه في الفضاء على أنه ثانية يدوم بالنسبة لنا ما يقرب من عشر سنوات من عمرنا!

وكان الهدف التالي للبحث هو الخلية الكونية. يوجد في أجسامنا العديد من الخلايا ذات الأحجام والهياكل والوظائف المختلفة. لكن جميعهم تقريبًا لديهم شيء مشترك في منظمتهم. وهي تتكون من نواة وسيتوبلازم وعضيات وغشاء. توجد تشكيلات مماثلة في الفضاء.

هناك عدد كبير جدًا من مجموعات المجرات المشابهة لمجرتنا، بالإضافة إلى مجموعات أخرى من حيث الشكل والحجم. لكنها جميعاً متجمعة حول مجموعة أكبر من المجرات المتمركزة في كوكبة العذراء. هذا هو المكان الذي يقع فيه قلب الخلية الكونية. يطلق علماء الفلك على هذه التجمعات من المجرات اسم "العناقيد الفائقة". اليوم، تم اكتشاف أكثر من خمسين من هذه المجموعات الفائقة من المجرات، والتي هي مثل هذه الخلايا. وهي تقع حول مجموعة المجرات الفائقة لدينا - بالتساوي في جميع الاتجاهات.

لم تخترق التلسكوبات الحديثة بعد هذه التجمعات المجرية العملاقة المجاورة. ولكن باستخدام قانون القياس، الذي تم استخدامه على نطاق واسع في العصور القديمة، يمكن الافتراض أن كل هذه التجمعات المجرية الفائقة (الخلايا) تشكل نوعًا ما من الأعضاء، وأن مجمل الأعضاء يشكل الجسم نفسه.

ولهذا السبب طرح العديد من العلماء فرضيات مفادها أن الكون ليس مجرد صورة لجسم الإنسان فحسب، بل إن كل شخص هو صورة للكون بأكمله.

الجزء العملي.

الإبداع العلمي والتقني للشباب -

الطريق إلى مجتمع المعرفة.
يفهم تلميذ المدرسة التجربة الجسدية

إنه جيد فقط عندما يفعل ذلك بنفسه.

لكنه يفهم ذلك بشكل أفضل إذا فعل ذلك بنفسه

جهاز للتجربة.

بي إل كابيتسا

جلسة تدريبية حول موضوع التعريف "الكبير والصغير" باستخدام السبورة التفاعلية.

قل لي وسوف أنسى.

أرني وسوف أتذكر.

اسمحوا لي أن أتصرف بمفردي وسوف أتعلم.

الحكمة الشعبية الصينية
غالبًا ما يتم تفسير الأداء المنخفض بسبب عدم الانتباه، والسبب في ذلك هو عدم اهتمام الطالب. استخدامألواح الكتابة التفاعلية،يتمتع المعلمون بفرصة جذب انتباه الفصل واستخدامه بنجاح. عندما يظهر نص أو صورة على السبورة، يتم تحفيز عدة أنواع من الذاكرة في وقت واحد لدى الطالب. يمكننا التنظيم بأكبر قدر ممكن من الكفاءة وظيفة دائمةالطالب في شكل إلكتروني. وهذا يوفر الوقت بشكل كبير، ويحفز تطوير النشاط العقلي والإبداعي، ويشرك جميع الطلاب في الفصل في عملهم.

واجهة البرنامج بسيطة جدًا، لذا فإن فهمها لن يكون صعبًا.

يتكون البرنامج من جزأين: مواد مساعدة ومجموعة من المهام للطلاب.

في قسم البرامج

"المواد الداعمة"

يمكنك العثور على جداول القيم. المقاييس التي يمكن أن تساعد الأطفال على فهم موضوع "الأس"؛ الصور الفوتوغرافية والرسوم البيانية للأجسام المادية المتشابهة في الشكل ولكنها مختلفة جدًا في الحجم.

فيمجموعة من المهاميمكنك اختبار معرفة الطلاب بموضوع "الكبير والصغير". هناك 3 أنواع من المهام هنا: إنشاء جدول (نقل الصفوف إلى الخلايا)؛ الأسئلة المتعلقة بكتل الأجسام (في أي موضع سيتم تثبيت المقاييس)، وترتيب الكميات. يمكن للبرنامج نفسه التحقق مما إذا كانت المهام قد اكتملت بشكل صحيح وعرض الرسالة المقابلة على الشاشة.

خاتمة

كيف يتغير العالم! وكيف أنا نفسي أتغير!
أنا مدعو باسم واحد فقط.
في الواقع، ما يسمونه لي هو -
أنا لست وحيدا. هناك الكثير منا. أنا على قيد الحياة...
رابط إلى رابط وشكل إلى شكل...
ن. زابولوتسكي

النتائج التي تم الحصول عليها أثناء العملأظهر أن هيمنة التناظر في الطبيعة تفسر في المقام الأول من خلال قوة الجاذبية المؤثرة في جميع أنحاء الكون. يفسر عمل الجاذبية أو غيابها حقيقة أن كلا من الأجسام الكونية العائمة في الكون والكائنات الحية الدقيقة المعلقة في الماء لها أعلى شكل من أشكال التناظر - كروي (مع أي دوران بالنسبة للمركز، يتزامن الشكل مع نفسه). جميع الكائنات الحية التي تنمو في حالة متصلة أو تعيش في قاع المحيط، أي الكائنات التي يكون اتجاه الجاذبية حاسمًا لها، لها محور تماثل (مجموعة كل الدورات الممكنة حول المركز تضيق إلى مجموعة كل الدورات حول المحور الرأسي). علاوة على ذلك، بما أن هذه القوة تعمل في كل مكان في الكون، فإن الكائنات الفضائية المفترضة لا يمكن أن تكون وحوشًا منتشرة، كما يتم تصويرها أحيانًا، ولكن يجب بالضرورة أن تكون متماثلة.

الجزء العملي من عملنا كان برنامج الكبير والصغير لدرس تعليمي ما فوق المادة باستخدام السبورة التفاعلية. باستخدام السبورة التفاعلية، يمكننا تنظيم عمل الطالب المستمر إلكترونيًا بأكبر قدر ممكن من الكفاءة. وهذا يوفر الوقت بشكل كبير، ويحفز تطوير النشاط العقلي والإبداعي، ويشرك جميع الطلاب في الفصل في عملهم.

يحتوي العملثلاثة تطبيقات : 1) برنامج لدرس تعليمي ما فوق المادة في الفيزياء باستخدام السبورة التفاعلية. 2) كتيب "دروس تدريبية في الفيزياء "الكبير والصغير""؛ 3) كتيب مع صور فريدة من نوعها"العوالم الصغيرة والكبيرة والضخمة".

فهرس

فاشيكين إن بي، لوس فيرجينيا، أورسول إيه دي "مفاهيم العلوم الطبيعية الحديثة"، م: MGUK، 2000.
جوريلوف أ.أ. "مفاهيم العلوم الطبيعية الحديثة"، م: تعليم عالى, 2006.
كوزلوف ف. دليل السلامة من الإشعاع - ماجستير: الطاقة الذرية - دار النشر، 1991.
Kriksunov E.A.، Pasechnik V.V.، Sidorin A.P.، علم البيئة، M.، دار بوستارد للنشر، 1995.
بونامبيروما س. "أصل الحياة"، م.، مير، 1999.
سيفينتسيف يو.في. الإشعاع والرجل. - م: المعرفة، 1987.
خوتونتسيف يو.م. البيئة و سلامة البيئة. - م: أساديما، 2002.
جوريلوف أ.أ. مفاهيم العلوم الطبيعية الحديثة. - م: المركز، 1998.
جورباتشوف ف. مفاهيم العلوم الطبيعية الحديثة: كتاب مدرسي. مخصص لطلاب الجامعة. – م.، 2005. – 672 ص.
كاربينكوف إس. مفاهيم العلوم الطبيعية الحديثة - م: 1997.
كفاسوفا آي. درس تعليميدورة "مدخل إلى الفلسفة" م, 1990.
لافرينكو ف.ن. مفاهيم العلوم الطبيعية الحديثة - م: UNITI.
L. sh i f، السبت. "أحدث مشاكل الجاذبية"، م، 1961.
Ya.B.Zeldovich، Vopr. نشأة الكون، المجلد التاسع، م، 1963.
بي بونتيكورفو، يا سمورودينسكي، JETP، 41، 239، 1961.
ب. بونتيكورفو، فوبر. نشأة الكون، المجلد التاسع، م، 1963.
دبليو باولي، السبت. "نيلز بور وتطور الفيزياء"، م، 1958.
ر. جوست. قعد. "الفيزياء النظرية للقرن العشرين"، م، 1962.
R. Marshak, E. Sudershan، مقدمة في فيزياء الجسيمات الأولية، M. 1962
إي. جورشونوفا،A. Tarazanov، I. Afanasyeva"رحلة الفضاء الكبرى"، 2011

المرفق 1.

ورقة عمل لدرس ما فوق الموضوع حول موضوع "الكبير والصغير"

باستخدام السبورة التفاعلية
ليس اتساع عالم النجوم هو ما يثير الإعجاب،

والرجل الذي قاس ذلك.

بليز باسكال

الكمية المادية - _______________________________________

_________________________________________________________________________
قياس كمية فيزيائية - _______________________________________

__________________________________________________________________________

الملحق 2.

مدى المسافات في الكون

م	مسافة
10 27	حدود الكون
10 24	أقرب غالاكسي
10 18	أقرب نجم
10 13	المسافة الأرض - الشمس
10 9	المسافة الأرض - القمر
1	ارتفاع الرجل
10 -3	حبة الملح
10 -10	نصف قطر ذرة الهيدروجين
10 -15	نصف قطر النواة الذرية

نطاق الفترات الزمنية في الكون

مع	وقت
10 18	عمر الكون
10 12	عصر الأهرامات المصرية
10 9	متوسط عمر الإنسان
10 7	سنة واحدة
10 3	يأتي الضوء من الشمس إلى الأرض
1	الفاصل بين نبضتين
10 -6	فترة تذبذب موجات الراديو
10 -15	فترة الاهتزاز الذري
10 -24	يقطع الضوء مسافة تساوي حجم نواة الذرة

نطاق الكتل في الكون

كلغ	وزن
10 50	كون
10 30	شمس
10 25	أرض
10 7	سفينة المحيط
10 2	بشر
10 -13	قطرة من الزيت
10 -23	ذرة اليورانيوم
10 -26	بروتون
10 -30	إلكترون

أرز. 1. الزمن والأبعاد المميزة لبعض الأشياء وعمليات الكون.

الملحق 3.

. بشر. . الأعضاء. . الخلايا. . . . العضيات. الجزيئات. . ذرة. . . جزيئات الذرة

الشكل 2. هيكل جسم الإنسان

كما يقولون، "ابحث عن الاختلافات". النقطة ليست حتى في التشابه الخارجي لهذه الأشياء، على الرغم من أنها واضحة. في السابق، قمنا بمقارنة الإلكترونات بالكواكب، لكن كان ينبغي علينا مقارنتها بالمذنبات.

الشكل 7. هيكل الكون.


أرز. 12 الأنسجة العصبية	أرز. 13 النظام الشمسي المبكر

أرز. 14 صورة للكون من التلسكوبهابل	أرز. 15 مراحل تطور الخلايا الأولية


أرز. 16 التمثيل التخطيطي للخلية	أرز. 17 بنية الأرض	الشكل 18 الأرض

الملحق 4.

درس المادة الفوقية في الفيزياء

أسبوع الفيزياء والكيمياء

أسبوع الفيزياء والكيمياء

درس موضوع التعريف في الفيزياء، 8B

درس المادة الفوقية في الفيزياء

تقرير مصور

تقرير مصور

إن تي إم زاو 2012

مهرجان عموم روسيا للعلوم 2011

موقف "العوالم الصغيرة والكبيرة والضخمة"

"رحلة الفضاء العظيمة"

موقف "رحلة الفضاء الكبرى"

كتيباتنا.

الأكاديمية

امتحان

في الانضباط "KSE"

في موضوع:" التفاعلات الأساسيةوتنوع الهياكل في العالم الجزئي والكلي والضخم "

مقدمة. 3

الفصل الأول. المسألة. 5

الباب الثاني. المستويات الهيكلية لتنظيم المادة. 7

عوالم مايكرو، ماكرو، ميجا... 7

2.1 العالم الصغير 8

2.2 العالم الكبير. 10

2.3 ميجاوورلد. 13

خاتمة. 21

قائمة الأدبيات المستخدمة...22

مقدمة

العلوم الطبيعية، بعد أن بدأت دراسة العالم المادي بأبسط الأشياء المادية التي يدركها الإنسان مباشرة، تنتقل إلى دراسة الأشياء الأكثر تعقيدًا للهياكل العميقة للمادة، بما يتجاوز حدود الإدراك البشري ولا يتناسب مع أشياء تجربة يومية. باستخدام نهج النظم، لا تحدد العلوم الطبيعية أنواع الأنظمة المادية فحسب، بل تكشف عن روابطها وعلاقاتها.

في العلم، هناك ثلاثة مستويات لبنية المادة:

العالم الصغير (الجسيمات الأولية، النوى، الذرات، الجزيئات) هو عالم من الأجسام الدقيقة الصغيرة للغاية، التي لا يمكن ملاحظتها مباشرة، ويتم حساب تنوعها المكاني من عشرة إلى أس ناقص ثمانية إلى عشرة إلى أس ستة عشر سم، وقيمها العمر من اللانهاية إلى درجة 10 إلى سالب 24 درجة ثانية.

العالم الكبير (الجزيئات الكبيرة، الكائنات الحية، البشر، الأشياء التقنية، وما إلى ذلك) هو عالم الكائنات الكبيرة، التي يمكن مقارنة أبعادها بمقياس الخبرة البشرية: يتم التعبير عن الكميات المكانية بالملليمتر والسنتيمتر والكيلومترات، والوقت - بالمليمتر والسنتيمتر والكيلومترات. ثواني، دقائق، ساعات، سنوات.

تحدد الثوابت العالمية الأساسية حجم البنية الهرمية للمادة في عالمنا. من الواضح أن التغيير الطفيف نسبيًا فيها يجب أن يؤدي إلى تكوين عالم مختلف نوعيًا، حيث يصبح من المستحيل تكوين الهياكل الدقيقة والكلية والضخمة الموجودة حاليًا، وبشكل عام، الأشكال شديدة التنظيم للمادة الحية. معانيها المحددة والعلاقات بينها، في جوهرها، تضمن الاستقرار الهيكلي لكوننا. لذلك، فإن مشكلة الثوابت العالمية التي تبدو مجردة لها أهمية أيديولوجية عالمية.

الفصل الأول. المسألة

الأمر هو مجموعة لا نهائيةجميع الأشياء والأنظمة الموجودة في العالم هي الركيزة لأي خصائص واتصالات وعلاقات وأشكال الحركة. لا تشمل المادة جميع الأشياء والأجسام الطبيعية التي يمكن ملاحظتها بشكل مباشر فحسب، بل تشمل أيضًا جميع الأشياء التي يمكن، من حيث المبدأ، معرفتها في المستقبل على أساس تحسين وسائل المراقبة والتجربة.

أساس الأفكار حول بنية العالم المادي هو منهج الأنظمة، والذي بموجبه يمكن اعتبار أي كائن في العالم المادي، سواء كان ذرة أو كوكبًا أو كائنًا حيًا أو مجرة، بمثابة تكوين معقد، بما في ذلك الأجزاء المكونة المنظمة في نزاهة. للدلالة على سلامة الأشياء في العلم، تم تطوير مفهوم النظام.

المادة كواقع موضوعي لا تشمل المادة في أربعة فقط حالات التجميع(الصلبة والسائلة والغازية والبلازما)، ولكن أيضًا المجالات الفيزيائية (الكهرومغناطيسية والجاذبية والنووية وما إلى ذلك)، بالإضافة إلى خصائصها وعلاقاتها ومنتجات التفاعل. وتشمل أيضًا المادة المضادة (مجموعة من الجسيمات المضادة: البوزيترون، أو الإلكترون المضاد، والبروتون المضاد، والنيوترون المضاد)، التي اكتشفها العلم مؤخرًا. المادة المضادة ليست بأي حال من الأحوال مادة مضادة. المادة المضادة لا يمكن أن توجد على الإطلاق.

ترتبط الحركة والمادة ارتباطًا عضويًا لا ينفصم مع بعضهما البعض: فلا توجد حركة بدون مادة، كما أنه لا توجد مادة بدون حركة. بمعنى آخر، لا توجد أشياء وخصائص وعلاقات ثابتة في العالم. يتم استبدال بعض الأشكال أو الأنواع بأخرى، وتتحول إلى أخرى - الحركة ثابتة. السلام هو لحظة اختفاء جدلية في عملية التغيير والصيرورة المستمرة. السلام المطلق هو بمثابة الموت، أو بالأحرى، عدم الوجود. من المؤكد أن كلاً من الحركة والسكون ثابتان فقط بالنسبة إلى إطار مرجعي ما.

توجد المادة المتحركة في شكلين رئيسيين - في المكان والزمان. يعمل مفهوم الفضاء على التعبير عن خصائص التوسع وترتيب التعايش بين الأنظمة المادية وحالاتها. إنه موضوعي وعالمي وضروري. يحدد مفهوم الوقت مدة وتسلسل التغييرات في حالات الأنظمة المادية. الوقت موضوعي ولا مفر منه ولا رجعة فيه

مؤسس وجهة نظر المادة على أنها تتكون من جزيئات منفصلة كان ديموقريطس.

أنكر ديموقريطس قابلية المادة للانقسام إلى ما لا نهاية. تختلف الذرات عن بعضها البعض فقط في الشكل، وترتيب التعاقب المتبادل، وموقعها في الفضاء الفارغ، وكذلك في الحجم والجاذبية التي تعتمد على الحجم. لديهم أشكال متنوعة بلا حدود مع المنخفضات أو الانتفاخات. لقد كان هناك الكثير من الجدل في العلم الحديث حول ما إذا كانت ذرات ديموقريطوس فيزيائية أم لا الهيئات الهندسيةومع ذلك، فإن ديموقريطس نفسه لم يصل بعد إلى التمييز بين الفيزياء والهندسة. من هذه الذرات تتحرك اتجاهات مختلفةومن "دوّماتها"، بحكم الضرورة الطبيعية، من خلال الجمع بين الذرات المتشابهة، تتشكل الأجسام الكاملة الفردية والعالم كله؛ فحركة الذرات أبدية، وعدد العوالم الناشئة لا نهائي.

عالم في متناول الإنسان الواقع الموضوعييتوسع باستمرار. تتنوع الأشكال المفاهيمية للتعبير عن فكرة المستويات الهيكلية للمادة.

يحدد العلم الحديث ثلاثة مستويات هيكلية في العالم.

الباب الثاني. المستويات الهيكلية لتنظيم المادة.

العوالم الصغيرة والماكرو والعوالم الضخمة

العالم الصغير عبارة عن جزيئات، وذرات، وجسيمات أولية - عالم الأجسام الدقيقة الصغيرة جدًا، التي لا يمكن ملاحظتها بشكل مباشر، ويتم حساب التنوع المكاني لها من 10-8 إلى 10-16 سم، وعمرها من اللانهاية إلى 10-24. س.

العالم الضخم عبارة عن كواكب ومجمعات نجمية ومجرات ومجرات عملاقة - عالم ذو مقاييس وسرعات كونية هائلة ، تُقاس المسافة فيه بالسنوات الضوئية ، ويُقاس عمر الأجسام الفضائية بملايين ومليارات السنين.

وعلى الرغم من أن هذه المستويات لها قوانينها الخاصة، إلا أن العوالم الصغيرة والكبيرة والضخمة مترابطة بشكل وثيق.

من الواضح أن حدود العالم الصغير والكبير متحركة، ولا يوجد عالم مصغر منفصل وعالم كبير منفصل. وبطبيعة الحال، يتم بناء الأجسام الكبيرة والأجسام الضخمة من الأجسام الدقيقة، وتعتمد الظواهر الكلية والضخمة على الظواهر الدقيقة. ويظهر هذا بوضوح في مثال بناء الكون من تفاعل الجسيمات الأولية في إطار الفيزياء الدقيقة الكونية. في الواقع، يجب أن نفهم ذلك نحن نتحدث عنفقط حول مستويات مختلفة من النظر في المسألة. ترتبط أحجام الكائنات الصغيرة والكبيرة والضخمة مع بعضها البعض على أنها ماكرو/ماكرو ~ ميجا/ماكرو.

في الفيزياء الكلاسيكية لم يكن هناك معيار موضوعي للتمييز بين الجسم الكلي والجسم الصغير. تم تقديم هذا الاختلاف بواسطة M. Planck: إذا كان من الممكن إهمال الحد الأدنى من التأثير عليه بالنسبة للكائن قيد النظر، فهذه كائنات كبيرة، وإذا لم يكن ذلك ممكنًا، فهذه كائنات دقيقة. تشكل البروتونات والنيوترونات نواة الذرات. تتحد الذرات لتشكل الجزيئات. إذا تحركنا أبعد على مقياس أحجام الجسم، فإن ما يلي هو الأجسام الكبيرة العادية، والكواكب وأنظمتها، والنجوم، ومجموعات المجرات والمجرات الضخمة، أي أنه يمكننا تخيل الانتقال من الأجسام الدقيقة والكلية والضخمة في كل من الحجم ونماذج العمليات الفيزيائية.

2.1 العالم الصغير

طرح ديموقريطس في العصور القديمة الفرضية الذرية حول بنية المادة، في وقت لاحق، في القرن الثامن عشر. تم إحياؤه بواسطة الكيميائي ج. دالتون، الذي أخذ الوزن الذري للهيدروجين كواحد وقارن الأوزان الذرية للغازات الأخرى به. بفضل أعمال J. Dalton، بدأت دراسة الخصائص الفيزيائية والكيميائية للذرة. في القرن التاسع عشر د. قام مندليف ببناء نظام من العناصر الكيميائية بناءً على وزنها الذري.

بدأ تاريخ البحث في بنية الذرة في عام 1895 بفضل اكتشاف ج. طومسون للإلكترون، وهو جسيم سالب الشحنة يشكل جزءًا من جميع الذرات. نظرًا لأن الإلكترونات لها شحنة سالبة، والذرة ككل محايدة كهربائيًا، فقد كان من المفترض أنه بالإضافة إلى الإلكترون هناك جسيم موجب الشحنة. تم حساب كتلة الإلكترون لتكون 1/1836 من كتلة الجسيم الموجب الشحنة.

النواة لها شحنة موجبة والإلكترونات لها شحنة سالبة. فبدلاً من قوى الجاذبية المؤثرة في النظام الشمسي، توجد في الذرة القوى الكهربائية. الشحنة الكهربائيةالنواة الذرية، متساوية عدديا رقم سريفي الجدول الدوري لمندليف، متوازنة بمجموع شحنات الإلكترونات - الذرة محايدة كهربائيا.

وتبين أن كلا النموذجين متناقضان.

في عام 1913، طبق الفيزيائي الدنماركي العظيم ن. بور مبدأ التكميم لحل مشكلة بنية الذرة وخصائص الأطياف الذرية.

استند نموذج N. Bohr للذرة إلى النموذج الكوكبي لـ E. Rutherford وعلى نظرية الكم للبنية الذرية التي طورها. طرح N. Bohr فرضية حول بنية الذرة، بناءً على فرضيتين تتعارضان تمامًا مع الفيزياء الكلاسيكية:

1) يوجد في كل ذرة عدة حالات ثابتة (في لغة النموذج الكوكبي، عدة مدارات ثابتة) للإلكترونات، تتحرك على طولها يمكن للإلكترون أن يوجد دون انبعاث؛

2) عندما ينتقل الإلكترون من حالة ثابتة إلى أخرى، تبعث الذرة أو تمتص جزءًا من الطاقة.

في النهاية، من المستحيل بشكل أساسي وصف بنية الذرة بدقة بناءً على فكرة مدارات الإلكترونات النقطية، نظرًا لأن مثل هذه المدارات غير موجودة بالفعل.

تمثل نظرية ن. بور الحد الفاصل للمرحلة الأولى في تطور الفيزياء الحديثة. هذا هو أحدث جهد لوصف بنية الذرة بناءً على الفيزياء الكلاسيكية، مكملاً بعدد صغير فقط من الافتراضات الجديدة.

يبدو أن افتراضات N. Bohr تعكس بعض الخصائص الجديدة غير المعروفة للمادة، ولكن جزئيا فقط. تم الحصول على إجابات لهذه الأسئلة نتيجة لتطور ميكانيكا الكم. لقد اتضح أن النموذج الذري الذي وضعه ن. بور لا ينبغي أن يُؤخذ حرفيًا، كما كان في البداية. من حيث المبدأ، لا يمكن تمثيل العمليات في الذرة بشكل مرئي في شكل نماذج ميكانيكية عن طريق القياس مع الأحداث في الكون الكبير. حتى مفاهيم المكان والزمان بالشكل الموجود في العالم الكبير تبين أنها غير مناسبة لوصف الظواهر الفيزيائية الدقيقة. لقد أصبحت الذرة عند علماء الفيزياء النظرية على نحو متزايد عبارة عن مجموع مجرد من المعادلات لا يمكن ملاحظته.

2.2 العالم الكبير

في تاريخ دراسة الطبيعة، يمكن تمييز مرحلتين: ما قبل العلمية والعلمية.

يغطي ما قبل العلمي أو الفلسفي الطبيعي الفترة من العصور القديمة إلى تشكيل العلوم الطبيعية التجريبية في القرنين السادس عشر والسابع عشر. تم شرح الظواهر الطبيعية المرصودة على أساس المبادئ الفلسفية التأملية.

الأكثر أهمية للتطوير اللاحق علوم طبيعيةكان هناك مفهوم للبنية المنفصلة للمادة، وهو المفهوم الذري، والذي بموجبه تتكون جميع الأجسام من ذرات - أصغر الجزيئات في العالم.

تبدأ المرحلة العلمية لدراسة الطبيعة بتكوين الميكانيكا الكلاسيكية.

وبما أن الأفكار العلمية الحديثة حول المستويات الهيكلية لتنظيم المادة قد تم تطويرها في سياق إعادة التفكير النقدي لأفكار العلم الكلاسيكي، والتي تنطبق فقط على الأشياء ذات المستوى الكلي، فإننا بحاجة إلى البدء بمفاهيم الفيزياء الكلاسيكية.

يعود تكوين وجهات النظر العلمية حول بنية المادة إلى القرن السادس عشر، عندما وضع جاليليو الأساس لأول صورة فيزيائية للعالم في تاريخ العلم - صورة ميكانيكية. اكتشف قانون القصور الذاتي، وطور منهجية لطريقة جديدة لوصف الطبيعة - علمية نظرية. كان جوهرها هو أنه تم تحديد خصائص فيزيائية وهندسية معينة فقط وأصبحت موضوعًا للبحث العلمي.

I. نيوتن، بالاعتماد على أعمال جاليليو، طور نظرية علمية صارمة للميكانيكا، والتي تصف حركة الأجرام السماوية وحركة الأجسام الأرضية بنفس القوانين. كان يُنظر إلى الطبيعة على أنها نظام ميكانيكي معقد.

في إطار الصورة الميكانيكية للعالم التي طورها نيوتن وأتباعه، ظهر نموذج منفصل (جسيمي) للواقع. تم اعتبار المادة مادة مادية تتكون من جزيئات فردية - ذرات أو جسيمات. الذرات قوية تمامًا، غير قابلة للتجزئة، وغير قابلة للاختراق، وتتميز بوجود الكتلة والوزن.

من الخصائص الأساسية للعالم النيوتوني هو الفضاء ثلاثي الأبعاد للهندسة الإقليدية، وهو ثابت تمامًا وفي حالة راحة دائمًا. تم تقديم الوقت ككمية مستقلة عن المكان أو المادة.

واعتبرت الحركة حركة في الفضاء على مسارات مستمرة وفقا لقوانين الميكانيكا.

وكانت نتيجة صورة نيوتن للعالم هي صورة الكون كآلية عملاقة ومحددة تمامًا، حيث تكون الأحداث والعمليات عبارة عن سلسلة من الأسباب والنتائج المترابطة.

لقد أثبت النهج الآلي لوصف الطبيعة أنه مثمر للغاية. بعد ميكانيكا نيوتن، تم إنشاء الديناميكا المائية، ونظرية المرونة، والنظرية الميكانيكية للحرارة، ونظرية الحركية الجزيئية وعدد من النظريات الأخرى، والتي حققت الفيزياء نجاحًا هائلاً من خلالها. ومع ذلك، كان هناك مجالان - الظواهر البصرية والكهرومغناطيسية التي لا يمكن تفسيرها بالكامل في إطار الصورة الآلية للعالم.

جنبا إلى جنب مع النظرية الجسيمية الميكانيكية، جرت محاولات لتفسير الظواهر البصرية بطريقة مختلفة جوهريا، أي على أساس نظرية الموجة. أنشأت النظرية الموجية تشبيهًا بين انتشار الضوء وحركة الأمواج على سطح الماء أو موجات صوتيةفي الهواء. لقد افترض وجود وسط مرن يملأ كل الفضاء - الأثير المضيء. واستنادًا إلى النظرية الموجية لـ X. نجح هويجنز في شرح انعكاس الضوء وانكساره.

مجال آخر من الفيزياء حيث أثبتت النماذج الميكانيكية عدم كفايتها هو مجال الظواهر الكهرومغناطيسية. تجارب عالم الطبيعة الإنجليزي إم فاراداي والأعمال النظرية لعالم الفيزياء الإنجليزي جي سي ماكسويل دمرت أخيرًا أفكار الفيزياء النيوتونية حول المادة المنفصلة باعتبارها النوع الوحيد من المادة ووضعت الأساس للصورة الكهرومغناطيسية للعالم.

تم اكتشاف ظاهرة الكهرومغناطيسية من قبل عالم الطبيعة الدنماركي إتش.ك. أورستد، هو أول من لاحظ التأثير المغناطيسي للتيارات الكهربائية. مواصلة البحث في هذا الاتجاه، اكتشف السيد فاراداي أن التغيير المؤقت في المجالات المغناطيسية يخلق تيارًا كهربائيًا.

توصل M. Faraday إلى استنتاج مفاده أن دراسة الكهرباء والبصريات مترابطة وتشكل مجالًا واحدًا. قام ماكسويل "بترجمة" نموذج فاراداي لخطوط المجال إلى صيغة رياضية. تم تطوير مفهوم "مجال القوى" في الأصل كمفهوم رياضي مساعد. أعطاه جي سي ماكسويل معنى فيزيائيًا وبدأ في اعتبار المجال حقيقة فيزيائية مستقلة: "المجال الكهرومغناطيسي هو ذلك الجزء من الفضاء الذي يحتوي على الأجسام التي تكون في حالة كهربائية أو مغناطيسية ويحيط بها".

بناءً على بحثه، تمكن ماكسويل من استنتاج أن موجات الضوء موجودة موجات كهرومغناطيسية. الجوهر الوحيد للضوء والكهرباء، الذي اقترحه م. فاراداي في عام 1845، وجي.ك. وقد أثبتها ماكسويل نظريًا في عام 1862 وتم تأكيدها تجريبيًا من قبل الفيزيائي الألماني ج. هيرتز في عام 1888.

بعد تجارب هيرتز، تم تأسيس مفهوم المجال أخيرا في الفيزياء، وليس باعتباره بناء رياضي مساعد، ولكن كحقيقة مادية موجودة بشكل موضوعي. تم اكتشاف نوع جديد وفريد من نوعه من المادة.

لذلك، بحلول نهاية القرن التاسع عشر. لقد توصلت الفيزياء إلى استنتاج مفاده أن المادة موجودة في شكلين: مادة منفصلة ومجال مستمر.

ونتيجة للاكتشافات الثورية اللاحقة في الفيزياء في نهاية القرن الماضي وبداية هذا القرن، تم تدمير أفكار الفيزياء الكلاسيكية حول المادة والمجال باعتبارهما نوعين فريدين نوعيا من المادة.

2.3 ميجاوورلد

ينظر العلم الحديث إلى العالم الكبير أو الفضاء باعتباره نظامًا متفاعلًا ومتطورًا لجميع الأجرام السماوية.

إن مفهومي "الكون" و"Metagalaxy" هما مفهومان متقاربان للغاية: فهما يميزان نفس الكائن، ولكن في جوانب مختلفة. إن مفهوم "الكون" يعني العالم المادي الموجود بأكمله؛ إن مفهوم "Metagalaxy" هو نفس العالم، ولكن من وجهة نظر بنيته - كنظام منظم من المجرات.

تتم دراسة بنية الكون وتطوره بواسطة علم الكونيات. يقع علم الكونيات كفرع من العلوم الطبيعية عند تقاطع فريد بين العلم والدين والفلسفة. تعتمد النماذج الكونية للكون على مقدمات أيديولوجية معينة، وهذه النماذج نفسها لها أهمية أيديولوجية كبيرة.

في العلوم الكلاسيكية كان هناك ما يسمى بنظرية الحالة المستقرة للكون، والتي بموجبها كان الكون دائمًا كما هو الآن تقريبًا. كان علم الفلك ثابتًا: حيث تمت دراسة حركات الكواكب والمذنبات، ووصف النجوم، وإنشاء تصنيفاتها، وهو أمر مهم جدًا بالطبع. ولكن لم يتم طرح مسألة تطور الكون.

تعتمد النماذج الكونية الحديثة للكون على النظرية النسبية العامة لأينشتاين، والتي بموجبها يتم تحديد قياس المكان والزمان من خلال توزيع كتل الجاذبية في الكون. يتم تحديد خصائصه ككل من خلال متوسط كثافة المادة والعوامل الفيزيائية المحددة الأخرى.

معادلة أينشتاين للجاذبية ليس لها حل واحد، بل عدة حلول، وهو ما يفسر وجود العديد من النماذج الكونية للكون.

تم تطوير النموذج الأول من قبل أ. أينشتاين نفسه في عام 1917. لقد رفض افتراضات علم الكونيات النيوتونية حول مطلقية ولانهاية المكان والزمان. وفقًا للنموذج الكوني الذي وضعه أ. أينشتاين للكون الفضاء العالميمتجانسة ومتناحية الخواص، يتم توزيع المادة بالتساوي فيها، ويتم تعويض جاذبية الجماهير بالتنافر الكوني العالمي.

وجود الكون لانهائي، أي. ليس له بداية أو نهاية، والفضاء لا حدود له، ولكنه محدود.

الكون في النموذج الكونيج: أينشتاين ثابت، لا نهائي في الزمان ولا حدود له في المكان.

في عام 1922 رفض عالم الرياضيات والجيوفيزياء الروسي أ. فريدمان مسلمة علم الكونيات الكلاسيكي حول الطبيعة الثابتة للكون وحصل على حل لمعادلة أينشتاين، التي تصف الكون بمساحة "متوسعة".

وبما أن متوسط كثافة المادة في الكون غير معروف، فإننا لا نعرف اليوم في أي من هذه المساحات من الكون نعيش.

في عام 1927، ربط رئيس الدير والعالم البلجيكي ج. لوميتر "توسيع" الفضاء بالبيانات. الملاحظات الفلكية. قدم لوميتر مفهوم بداية الكون باعتباره حالة تفرد (أي حالة فائقة الكثافة) وولادة الكون باسم الانفجار الكبير.

يعتبر توسع الكون حقيقة مثبتة علميا. وفقًا للحسابات النظرية التي أجراها جيه لوميتر، كان نصف قطر الكون في حالته الأصلية 10-12 سم، وهو قريب في الحجم من نصف قطر الإلكترون، وكانت كثافته 1096 جم / سم 3. في حالته المفردة، كان الكون عبارة عن جسم صغير ذو حجم ضئيل. من الحالة الفردية الأولية، انتقل الكون إلى التوسع نتيجة للانفجار الكبير.

تحدد الحسابات بأثر رجعي عمر الكون بـ 13-20 مليار سنة. في علم الكونيات الحديث، من أجل الوضوح، تنقسم المرحلة الأولية لتطور الكون إلى "عصور"

عصر الهادرونات. الجزيئات الثقيلة التي تدخل في تفاعلات قوية.

عصر اللبتونات تدخل جزيئات الضوء في التفاعل الكهرومغناطيسي.

عصر الفوتون. المدة 1 مليون سنة. الجزء الأكبر من الكتلة - طاقة الكون - يأتي من الفوتونات.

عصر النجوم. يحدث بعد مليون سنة من ولادة الكون. خلال العصر النجمي، تبدأ عملية تكوين النجوم الأولية والمجرات الأولية. ثم تتكشف صورة عظيمة لتشكيل هيكل Metagalaxy.

في علم الكونيات الحديث، إلى جانب فرضية الانفجار الكبير، يحظى النموذج التضخمي للكون، الذي يأخذ في الاعتبار خلق الكون، بشعبية كبيرة.

ويرى أنصار النموذج التضخمي وجود تطابق بين مراحل التطور الكوني ومراحل خلق العالم الموصوفة في سفر التكوين في الكتاب المقدس.

وفقًا لفرضية التضخم، فإن التطور الكوني في الكون المبكر يمر بعدد من المراحل.

مرحلة التضخم. نتيجة للقفزة الكمية، انتقل الكون إلى حالة من الفراغ المثار، وفي غياب المادة والإشعاع فيه، توسع بشكل مكثف وفقًا للقانون الأسي. خلال هذه الفترة، تم إنشاء المكان والزمان للكون نفسه. تضخم الكون من حجم كمي صغير لا يمكن تصوره 10-33 إلى حجم كبير لا يمكن تصوره 101000000 سم، وهو أكبر بكثير من حجم الكون المرصود - 1028 سم.خلال هذه الفترة الأولية بأكملها لم يكن هناك مادة ولا إشعاع في الكون. الكون.

الانتقال من مرحلة التضخم إلى مرحلة الفوتون. تفككت حالة الفراغ الزائف، وذهبت الطاقة المنطلقة إلى ولادة الجسيمات الثقيلة والجسيمات المضادة، والتي، بعد أن دمرت، أعطت وميضًا قويًا من الإشعاع (الضوء) الذي أضاء الفضاء.

بعد ذلك، ذهب تطور الكون في الاتجاه من أبسط حالة متجانسة إلى إنشاء هياكل متزايدة التعقيد - الذرات (ذرات الهيدروجين في البداية)، والمجرات، والنجوم، والكواكب، والتوليف العناصر الثقيلةفي أعماق النجوم، بما في ذلك تلك الضرورية لخلق الحياة، وظهور الحياة، وتاج الخليقة، الإنسان.

الفرق بين مراحل تطور الكون في النموذج التضخمي ونموذج الانفجار الكبير يتعلق فقط بالمرحلة الأولية التي تتراوح بين 10-30 ثانية، إذن لا توجد اختلافات جوهرية بين هذين النموذجين في فهم مراحل التطور الكوني .

يتميز الكون على مستويات مختلفة، بدءًا من الجسيمات الأولية التقليدية وحتى التجمعات المجرية العملاقة، بالبنية. البنية الحديثة للكون هي نتيجة للتطور الكوني، حيث تشكلت المجرات من المجرات الأولية، والنجوم من النجوم الأولية، والكواكب من السحب الكوكبية الأولية.

المجرة الضخمة عبارة عن مجموعة من الأنظمة النجمية - المجرات، ويتم تحديد هيكلها من خلال توزيعها في الفضاء المليء بالغاز بين المجرات النادر للغاية والذي تتخلله الأشعة بين المجرات.

وفقًا للمفاهيم الحديثة، تتميز المجرة الضخمة ببنية خلوية (شبكية، مسامية). هناك مساحات هائلة من الفضاء (في حدود مليون ميغا فرسخ فلكي مكعب) لم يتم اكتشاف المجرات فيها بعد.

إن عمر Metagalaxy قريب من عمر الكون، حيث أن تكوين الهيكل يحدث في الفترة التي تلي انفصال المادة عن الإشعاع. وفقا للبيانات الحديثة، يقدر عمر Metagalaxy بنحو 15 مليار سنة.

المجرة هي نظام عملاق يتكون من مجموعات من النجوم والسدم، وتشكل تكوينًا معقدًا إلى حد ما في الفضاء.

بناءً على شكلها، يتم تقسيم المجرات تقليديًا إلى ثلاثة أنواع: إهليلجية، وحلزونية، وغير منتظمة.

المجرات الإهليلجية - لها الشكل المكاني للإهليلجي بدرجات متفاوتةالضغط، فهي أبسط من حيث البنية: توزيع النجوم يتناقص بشكل موحد من المركز.

المجرات الحلزونية- تقدم بشكل حلزوني متضمنا الفروع الحلزونية. هذا هو النوع الأكثر عددًا من المجرات، والذي يتضمن مجرتنا - درب التبانة.

المجرات غير النظامية ليس لها شكل مميز، فهي تفتقر إلى نواة مركزية.

وتتركز أقدم النجوم، التي يقترب عمرها من عمر المجرة، في قلب المجرة. توجد النجوم المتوسطة العمر والشباب في قرص المجرة.

تتحرك النجوم والسدم داخل المجرة بطريقة معقدة نوعًا ما، وتشارك مع المجرة في تمدد الكون، بالإضافة إلى أنها تشارك في دوران المجرة حول محورها.

النجوم. على المرحلة الحديثةأثناء تطور الكون، تكون المادة فيه في الغالب في حالة نجمية، حيث يتركز 97% من المادة في مجرتنا في النجوم، وهي عبارة عن تكوينات بلازما عملاقة ذات أحجام ودرجات حرارة مختلفة، ولها خصائص حركة مختلفة. تحتوي العديد من المجرات الأخرى، إن لم يكن معظمها، على "مادة نجمية" تشكل أكثر من 99.9% من كتلتها.

يختلف عمر النجوم في نطاق واسع إلى حد ما من القيم: من 15 مليار سنة، المقابلة لعمر الكون، إلى مئات الآلاف - الأصغر.

تحدث ولادة النجوم في سدم الغاز والغبار تحت تأثير قوى الجاذبية والمغناطيسية وغيرها من القوى، والتي بسببها تتشكل تجانسات غير مستقرة وتنقسم المادة المنتشرة إلى سلسلة من التكاثف. إذا استمرت هذه المكثفات لفترة كافية، فإنها تتحول بمرور الوقت إلى نجوم.

وفي المرحلة الأخيرة من التطور، تتحول النجوم إلى نجوم خاملة ("ميتة").

النجوم لا توجد في عزلة، بل تشكل أنظمة. أبسط الأنظمة النجمية - ما يسمى بالأنظمة المتعددة - تتكون من نجمين، ثلاثة، أربعة، خمسة أو أكثر تدور حول مركز ثقل مشترك.

تتحد النجوم أيضًا في مجموعات أكبر - مجموعات نجمية، والتي يمكن أن يكون لها بنية "مبعثرة" أو "كروية". يبلغ عدد العناقيد النجمية المفتوحة عدة مئات من النجوم الفردية، بينما يصل عدد العناقيد النجمية الكروية إلى عدة مئات الآلاف.

النظام الشمسي عبارة عن مجموعة من الأجرام السماوية، مختلفة جدًا في الحجم والشكل الهيكل المادي. تشمل هذه المجموعة: الشمس، وتسعة كواكب رئيسية، وعشرات الأقمار الصناعية الكوكبية، وآلاف الكواكب الصغيرة (الكويكبات)، ومئات المذنبات، وعدد لا يحصى من أجسام النيازك، التي تتحرك في شكل أسراب وفي شكل جزيئات فردية.

بحلول عام 1979، كان هناك 34 قمرًا صناعيًا و2000 كويكبًا معروفًا. كل هذه الأجسام متحدة في نظام واحد بسبب قوة الجاذبية للجسم المركزي - الشمس. النظام الشمسي هو نظام منظم له قوانينه الهيكلية الخاصة. وتتجلى الطبيعة الموحدة للنظام الشمسي في أن جميع الكواكب تدور حول الشمس في نفس الاتجاه وفي نفس المستوى تقريبًا. تدور معظم أقمار الكواكب في نفس الاتجاه وفي معظم الحالات في المستوى الاستوائي لكوكبها. تدور الشمس والكواكب والأقمار الصناعية للكواكب حول محاورها في نفس الاتجاه الذي تتحرك فيه على طول مساراتها. هيكل النظام الشمسي طبيعي أيضًا: كل كوكب لاحق يبعد عن الشمس ضعف المسافة التي يبعدها الكوكب السابق.

تشكل النظام الشمسي منذ حوالي 5 مليارات سنة، والشمس هي نجم الجيل الثاني. وهكذا، نشأ النظام الشمسي من نفايات نجوم الأجيال السابقة، والتي تراكمت في سحب الغاز والغبار. يعطي هذا الظرف سببًا لاستدعاء النظام الشمسي جزءًا صغيرًا من غبار النجوم. إن المعرفة العلمية عن أصل النظام الشمسي وتطوره التاريخي أقل مما هو ضروري لبناء نظرية حول تكوين الكواكب.

المفاهيم الحديثةيعتمد أصل كواكب النظام الشمسي على حقيقة أنه من الضروري أن نأخذ في الاعتبار ليس فقط القوى الميكانيكية، ولكن أيضًا أشياء أخرى، وخاصة الكهرومغناطيسية. تم طرح هذه الفكرة من قبل الفيزيائي السويدي وعالم الفيزياء الفلكية H. Alfvén وعالم الفيزياء الفلكية الإنجليزي F. Hoyle. وبحسب الأفكار الحديثة فإن السحابة الغازية الأصلية التي تشكلت منها الشمس والكواكب كانت تتكون من غاز متأين يخضع لتأثير القوى الكهرومغناطيسية. وبعد أن تكونت الشمس من سحابة غازية ضخمة من خلال التركيز، بقيت أجزاء صغيرة من هذه السحابة على مسافة كبيرة جداً منها. قوة الجاذبيةبدأت في جذب الغاز المتبقي إلى النجم الناتج - الشمس، لكن مجالها المغناطيسي أوقف الغاز المتساقط على مسافات مختلفة - بالضبط حيث توجد الكواكب. الجاذبية و القوى المغناطيسيةوأثر على تركيز وتكثيف الغاز المتساقط، ونتيجة لذلك تكونت الكواكب. متى فعلت أكثر الكواكب الكبرىتكررت نفس العملية على نطاق أصغر، وبالتالي تم إنشاء أنظمة الأقمار الصناعية.

إن نظريات أصل النظام الشمسي افتراضية بطبيعتها، ومن المستحيل حل مسألة موثوقيتها بشكل لا لبس فيه في المرحلة الحالية من التطور العلمي. جميع النظريات الموجودة بها تناقضات ومجالات غير واضحة.

حاليًا، في مجال الفيزياء النظرية الأساسية، يتم تطوير المفاهيم وفقًا لذلك بشكل موضوعي العالم الموجودلا يقتصر على العالم المادي الذي تدركه حواسنا أو أجهزتنا المادية. توصل مؤلفو هذه المفاهيم إلى الاستنتاج التالي: إلى جانب العالم المادي، هناك حقيقة أعلى ترتيبوالتي لها طبيعة مختلفة جذريًا مقارنة بواقع العالم المادي.

خاتمة

لقد حاول الناس منذ فترة طويلة إيجاد تفسير لتنوع وغرابة العالم.

تعد دراسة المادة ومستوياتها الهيكلية شرطا ضروريا لتشكيل وجهة نظر عالمية، بغض النظر عما إذا كانت مادية أو مثالية في نهاية المطاف.

من الواضح تمامًا أن دور تحديد مفهوم المادة، وفهم الأخيرة على أنها لا تنضب لبناء صورة علمية للعالم، وحل مشكلة الواقع ومعرفة الأشياء والظواهر في العوالم الصغيرة والكبيرة والضخمة، هو دور مهم للغاية. .

لقد قلبت جميع الاكتشافات الثورية المذكورة أعلاه في الفيزياء وجهات النظر الموجودة سابقًا حول العالم. اختفى الاقتناع بعالمية قوانين الميكانيكا الكلاسيكية، لأنه تم تدمير الأفكار السابقة حول عدم قابلية الذرة للتجزئة، وثبات الكتلة، وثبات العناصر الكيميائية، وما إلى ذلك. من الصعب الآن العثور على فيزيائي يعتقد أن جميع مشاكل علمه يمكن حلها بمساعدة المفاهيم والمعادلات الميكانيكية.

وهكذا أدى ميلاد الفيزياء الذرية وتطورها إلى سحق الصورة الميكانيكية السابقة للعالم. لكن ميكانيكا نيوتن الكلاسيكية لم تختف. وحتى يومنا هذا، فإنه يحتل مكانة مرموقة بين العلوم الطبيعية الأخرى. بمساعدتها، على سبيل المثال، يتم حساب الحركة الأقمار الصناعيةالأرض والأجسام الفضائية الأخرى، الخ. ولكن يتم تفسيرها الآن على أنها حالة خاصة من ميكانيكا الكم، تنطبق على الحركات البطيئة والكتل الكبيرة من الأشياء في العالم الكبير.

قائمة الأدب المستخدم

1. جوريلوف أ.أ. مفاهيم العلوم الطبيعية الحديثة. – م: المركز، 1998. – 208 ص.

2. جورباتشوف ف.ف. مفاهيم العلوم الطبيعية الحديثة: كتاب مدرسي. مخصص لطلاب الجامعة. – م.، 2005. – 672 ص.

3. كاربينكوف س.خ. مفاهيم العلوم الطبيعية الحديثة - م: 1997.

4. كفاسوفا آي. الكتاب المدرسي لمقرر "مدخل إلى الفلسفة" م 1990.

5. لافرينكو ف.ن. مفاهيم العلوم الطبيعية الحديثة - م: UNITI. 1997

الموضوع 3. المستويات الهيكلية لتنظيم المادة في العوالم الصغيرة والكبيرة والضخمة.

محاضرة 3.

1. المستويات الهيكلية لتنظيم المادة؛ العوالم الصغيرة والكبيرة والضخمة.

1. المستويات الهيكلية لتنظيم المادة هي عوالم صغيرة وكبيرة وضخمة.

عادةً ما يتم تقسيم المجموعة الكاملة للأشياء المعروفة للبشرية والظواهر المميزة لها إلى ثلاثة مجالات مختلفة نوعيًا - العوالم الصغيرة والكبيرة والعوالم الضخمة. تم اقتراح (بواسطة K.Kh. Rakhmatullin) للتمييز بين مستويين آخرين - العالم السفلي (العالم الصغير داخل العالم الصغير) والعالم الفائق (العالم الفائق). ومع ذلك، ينبغي اعتبار المستويين الأخيرين افتراضيين في الوقت الحالي، ولا يتم التنبؤ بهما إلا من خلال النظرية، ولكن لم تتم ملاحظتهما تجريبيًا أو تحديدهما بشكل موثوق بعد.

مرة أخرى في بداية القرن العشرين. حدد الفيزيائي الألماني م. بلانك الثوابت الأساسية - الطول (10 -33 سم) والزمن (10 -44 ثانية)، ويسمى "طول بلانك" و"زمن بلانك". وهذا أصغر بأكثر من مليار مليار مرة من حجم النوى الذرية (10 -13 سم)، والتي هي في حد ذاتها أصغر بخمس مرات (10 5، أي مائة ألف مرة) من الذرات، التي تتميز بأحجام 10 -8. سم ويعتقد أن ذلك لا ينطبق في مجال ميزان بلانك النظرية العامةالنسبية ووصف العمليات الفيزيائية هنا من الضروري إنشاء نظرية الكم للجاذبية. لا يشير هذا إلى اختلاف كمي فحسب، بل يشير أيضًا إلى اختلاف نوعي بين العالم السفلي المفترض والعالم الصغير المثبت بشكل موثوق - عالم الذرات وعائلة كبيرة (حوالي أربعمائة) مما يسمى بالجسيمات الأولية - الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات وما إلى ذلك. في منطقة العالم الذي تمت دراسته تجريبيا، يسجل الفيزيائيون أبعادا تبلغ حوالي 10 -16 سم (أصغر بألف مرة من حجم النوى الذرية).

تنعكس تفاصيل العالم الصغير بشكل واضح في أقسام الفيزياء المستندة إلى ميكانيكا الكم، بما في ذلك الميكانيكا النسبية، التي تأخذ في الاعتبار كلاً من التكميم والنسبية (النسبية) للعمليات في العالم الصغير، وخصائصها الهيكلية والزمكانية والطاقة.

إلى جانب تعميق المعرفة في مجال العالم الصغير (معرفة العالم "في العمق") لعلم القرن العشرين. تعتبر الحركة السريعة للمعرفة على طول خط زيادة حجم الأشياء قيد الدراسة مميزة للغاية، أي. معرفة العالم "في اتساعه". وعلى طول هذا الخط، يكمل العلم معرفة العالم الكبير الأرضي المألوف لدى الناس، والذي يتميز بسرعات وطاقات تفاعل معتدلة، مع معرفة العالم الضخم - مجموعات النجوم العملاقة والمجموعات الفائقة مقارنة بالمقياس الأرضي. هذا هو عالم المجرات.

أكبر جسم اكتشفه العلم هو Metagalaxy، والذي يضم جميع مجموعات المجرات المعروفة. أبعاده حوالي 10 28 سم، ويقطع الضوء هذه المسافة بسرعة 300000 كم/ثانية خلال 20 مليار سنة. يحدد بعض العلماء Metagalaxy مع الكون ككل، لكن المزيد والمزيد من العلماء يميلون إلى الاعتقاد بأن هناك العديد من العوالم المشابهة لـ Metagalaxy في الكون. تؤدي فكرة وجود العديد من العوالم الضخمة إلى تحديد مستوى جديد في بنية الكون - العالم الفائق.

وهكذا، هناك الآن 5 مستويات للعالم المادي:

هايبوورلد؛

العالم الصغير؛

عالم كبير؛

ميجاوورلد.

هايبرورلد.

وهي تتوافق مع المسافات من 10 -33 سم إلى 10 28 سم.

كما نرى الموضوع العلم الحديثيمتد العالم لمسافات تصل إلى أكثر من 60 مرتبة من حيث الحجم.

ضمن هذا الإطار، يبرز العالم الصغير في المقام الأول كموضوع لميكانيكا الكم، والعالم الكبير - كموضوع للميكانيكا الكلاسيكية، والعالم الكبير - كموضوع للميكانيكا النسبية.

تشتمل منطقة الكون الكبير على تلك العمليات التي يمكن اعتبار ثابت بلانك (ħ = 6.62 10 -27 erg s) قيمة متناهية الصغر يمكن إهمالها، وسرعة الضوء مع= 300000 كم/ثانية - قيمة كبيرة بلا حدود تسمح للمرء بتجاهل المدة الزمنية لإرسال الإشارة واعتبار تفاعلات الأنظمة لحظية، كما لو كانت خالدة.

عند وصف العالم الكبير، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار التأثيرات النسبية - اعتماد أحجام الأشياء، ومدة العمليات، وتزامن الأحداث أو تعددها الزمني على النظام المرجعي، وانحناء الزمكان، والتغيرات في هندستها وطوبولوجياها وأبعادها.

العالم الكبير.

تم وصف الكون الكبير بواسطة ميكانيكا نيوتن-جالتلي. ميكانيكا نيوتن-جاليليو عبارة عن توليفة من الأساليب المنهجية المختلفة لأسلافه.

تتعامل الميكانيكا النيوتونية مع الفضاء المطلق والزمن المطلق. يعتبر أي شيء أنه يتكون من ذرات ويمكن أن يتحلل إلى مكوناته. تعتبر الذرة بمثابة "اللبنة" الأساسية للمادة، وهي غير قابلة للتجزئة، وغير قابلة للتغيير، وأبدية. يحتوي المفهوم الذري (الجسيمي) على فكرة البنية المنفصلة للمادة، لأنها تقبل مع الذرات وجود الفراغ بينها.

في ميكانيكا نيوتن-جاليليو تم تسليط الضوء على ثلاث نقاط رئيسية للمفهوم الميكانيكي للكل والجزء:

ويعتبر الكل بمثابة مزيج بسيط من العناصر. من الممكن التحليل، وتقسيم الكل إلى عناصره، أي اختزال المعقد إلى البسيط؛

تعتبر عناصر الكل ثابتة وبسيطة وغير قابلة للتجزئة.

العنصر الموجود داخل الكل وخارجه هو نفسه. وهذا يشكل فكرة موضوع المعرفة ككيان مستقل، بخصائصه وخصائصه المتأصلة التي لا تعتمد على شروط المعرفة، بل وأكثر من ذلك على الموضوع الذي يدركه.

مما لا شك فيه أنه تحت تأثير عناصر النظام الأخرى التي تؤثر على عنصر ما، يمكن للعنصر أن يغير عدداً من خصائصه. ولكن في الوقت نفسه، يُفترض في الفيزياء الكلاسيكية أن هذا التأثير يتم التحكم فيه ويمكن تقييمه من وجهة نظر الشرطية الصارمة للسبب والنتيجة لنتائج التأثير.

يقدم نيوتن مفهوم القوة كعنصر مطلق. فالحركة المطلقة الحقيقية، على النقيض من الحركة النسبية، «لا يمكن أن تحدث أو تتغير إلا نتيجة لفعل القوى المطبقة مباشرة على الجسم المتحرك». يقدم نيوتن أيضًا تفسيرًا ديناميكيًا لكتلة الجسم باعتبارها خاصية فردية للجسم فيما يتعلق بالمساحة الفارغة، وهي ليست متطابقة معه. وهذا يعني أن مفاهيم نيوتن عن "القوة" و"الكتلة" هي، كما كانت، مفاهيم "فوق الأبعاد".

تعتمد ميكانيكا نيوتن على مبدأ النسبية لجاليليو. يميز مبدأ النسبية لجاليليو فئة معينة من الأنظمة المرجعية، والتي تسمى بالقصور الذاتي. القصور الذاتي هي الأنظمة المرجعية التي يتحقق فيها مبدأ القصور الذاتي (أولاً، قانون نيوتن). الصيغة المقبولة عمومًا لقانون نيوتن الأول هي كما يلي: "هناك أطر مرجعية يحافظ من خلالها أي جسم على حالة حركته (حالة السكون أو الحركة الخطية المنتظمة) بينما يتم تعويض عمل جميع الأجسام والمجالات الموجودة عليه. " إذا كان لدينا نظام مرجعي قصوري واحد على الأقل، فإن أي نظام مرجعي آخر يتحرك بالنسبة إلى الأول بشكل منتظم ومستقيم هو أيضًا نظام بالقصور الذاتي. تسمى جميع الأنظمة المرجعية الأخرى غير بالقصور الذاتي.

وفقًا لمبدأ النسبية لجاليليو: "في جميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي، الكل الظواهر الفيزيائيةيحدث بنفس الطريقة."

حقيقة أن تسارع الأجسام بالنسبة لكلا النظامين المرجعيين بالقصور الذاتي هي نفسها تسمح لنا باستنتاج أن قوانين الميكانيكا التي تحدد علاقات السبب والنتيجة لحركة الأجسام هي نفسها في جميع الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي. وهذا هو جوهر مبدأ النسبية لجاليليو.

وبأخذ المشتقات الزمنية للمعاملات الحركية، يمكننا النظر في التغيرات في هذه الكميات خلال فترات زمنية صغيرة للغاية. وفي الوقت نفسه، بدا من الواضح أن هذه الفواصل الزمنية المتناهية الصغر، وكذلك أي فترات زمنية، هي نفسها في كلا النظامين المرجعيين.

تعكس تحولات جاليليو فهمنا اليومي لثبات (ثبات) المقاييس المكانية والزمانية عند الانتقال من أحد المقاييس. نظام بالقصور الذاتيالعد إلى آخر.

في ميكانيكا نيوتن-جاليليو، يعد مفهوم حالة النظام الفيزيائي عنصرًا مركزيًا، كما هو الحال في أي نظرية فيزيائية. إن مفهوم حالة النظام الفيزيائي هو المهمة الرئيسية للميكانيكا الكلاسيكية. إنه يتضمن مجموعة من البيانات التي تميز خصوصية الكائن أو النظام قيد النظر فيه هذه اللحظةوقت. اتضح أن قوانين الطبيعة وحدها لا تكفي لوصف سلوك جسم ما، ومن المهم أيضًا معرفة الشروط الأولية التي تصف حالة هذا الكائن في اللحظة الأولى من الزمن. وفقًا لعالم الرياضيات العظيم ج. فيجنر، "إن الاكتشاف المذهل للعصر النيوتوني يكمن على وجه التحديد في الفصل الواضح بين قوانين الطبيعة والظروف الأولية".

حالة النظام الفيزيائي هي تحديد محدد للنظام الذي يحدد بشكل فريد تطوره مع مرور الوقت. لتعيين حالة النظام، من الضروري: 1) تحديد مجموعة الكميات الفيزيائية التي تصف هذه الظاهرة وتميز حالة النظام - معلمات حالة النظام؛ 2) تحديد الشروط الأولية للنظام قيد النظر (إصلاح قيم معلمات الحالة في اللحظة الأولى من الزمن)؛ 3) تطبيق قوانين الحركة التي تصف تطور النظام.

إن المعلمات التي تميز حالات النظام الآلي هي مجموع جميع الإحداثيات وعزم النقاط المادية التي يتكون منها هذا النظام. تعيين الحالة نظام ميكانيكي، وهو ما يعني الإشارة إلى جميع الإحداثيات وعزم جميع النقاط المادية. تتمثل المهمة الرئيسية للديناميكيات في معرفة الحالة الأولية للنظام وقوانين الحركة (قوانين نيوتن)، وتحديد حالة النظام بشكل لا لبس فيه في جميع اللحظات اللاحقة من الزمن، أي تحديد مسارات الجسيمات بشكل لا لبس فيه حركة. يتم الحصول على مسارات الحركة من خلال دمج المعادلات التفاضلية للحركة والعطاء وصف كاملسلوك الجسيمات في الماضي والحاضر والمستقبل، أي أنها تتميز بخصائص الحتمية والانعكاسية. هنا يتم استبعاد عنصر الصدفة تمامًا، فكل شيء يتم تحديده بدقة مسبقًا حسب السبب والنتيجة. ويعتقد أنه من الممكن تحديد الشروط الأولية بدقة تامة. إن المعرفة الدقيقة بالحالة الأولية للنظام وقوانين حركته تحدد مسبقًا دخول النظام إلى الحالة "المطلوبة" المحددة مسبقًا.

يرتبط مفهوم السببية في الفيزياء الكلاسيكية بالحتمية الصارمة في روح لابلاس - وهو مبدأ أساسي أعلنه لابلاس، وصورة دخلت العلم فيما يتعلق بهذا المبدأ، المسمى "شيطان لابلاس": "يجب علينا أن نأخذ في الاعتبار الموجود حالة الكون نتيجة للحالة السابقة وكسبب لاحق. إن العقل الذي يعرف في لحظة معينة جميع القوى العاملة في الطبيعة، والمواقع النسبية لجميع الكيانات المكونة لها، إذا كان لا يزال واسعًا لدرجة أنه يأخذ كل هذه البيانات في الاعتبار، فإنه سيحتضن في نفس الصيغة الحركات. من أكبر الأجسام في الكون وأخف الذرات. لن يكون هناك شيء غير مؤكد بالنسبة له، والمستقبل، مثل الماضي، سيقف أمام عينيه. وهكذا، فإن المفهوم العبرمناهجي للعلوم الطبيعية في الفترة الكلاسيكية من تطورها يصبح فكرة أن القوانين الديناميكية فقط هي التي تعكس بشكل كامل السببية في الطبيعة. من وجهة نظر فلسفية، يمكننا القول أنه في النظريات الديناميكية لا يوجد مكان للتحول المتبادل بين الضرورة والصدفة. تُفهم الصدفة على أنها نوع من العوائق المزعجة في الحصول على نتيجة حقيقية، وليس كضرورة تتجلى في الواقع.

في الميكانيكا النيوتونية، تتفاعل الأجسام عن بعد، ويحدث التفاعل على الفور. إن هذا النقل الفوري للتفاعلات هو الذي يحدد عدم جدوى أي وسيلة ويؤكد مبدأ العمل بعيد المدى.

ميكانيك نيوتن -الجليل يستخدم الرياضيات كلغة العلوم الفيزيائية.

العالم الصغير.

الذرات.الذرة هي نظام نووي إلكتروني متكامل. النواة هي أساس الذرة، وهي التي تحدد التركيب العددي للإلكترونات في الذرة وبنيتها الداخلية بأكملها. إذا كان في مرحلة تكوين الذرة دور أساسينظرًا لأن الخصائص الفردية للنواة والإلكترونات تلعب دورًا، فإن سلوك الإلكترونات داخل الذرة يتحدد في المقام الأول من خلال خصائص حالاتها الكمومية، وتوزيع الإلكترونات عبر مستويات الطاقة والمستويات الفرعية و"الخلايا" أو "المدارات" الفردية. ولا يمكن أن يحتوي كل منها على أكثر من إلكترونين.

الجزيئات. الجزيئات هي العنصر عالي الجودة التالي بعد الذرات.هيكل وتطور المادة.التأكيد على سلامة الجزيئات، والوحدة العضوية للأجزاء المكونة لها، وتصف العلوم الطبيعية الحديثة حركة الجزيئات بأنها حركة مستقلة و أنظمة متكاملةوليس كمجموع بسيط من الحركات المتباينة للجزيئات الفردية التي تشكلها (الذرات والنوى والإلكترونات). تلك التفاعلات بين الجزيئات التي لا يصاحبها تغيير في بنيتها (أي بترتيب معين الروابط الكيميائيةبين الذرات داخل الجزيئات) تدرسها الفيزياء وتسمى فيزيائية. إن تفاعلات الجزيئات، التي تؤدي إلى تحولاتها النوعية المتبادلة وإعادة ترتيب روابطها الداخلية، تسمى كيميائية وتتم دراستها بالكيمياء.

كما هو الحال في حالة الذرات، فإن السلوك الكيميائي للجزيئات هو خصائصها الفردية، والتي تحدد على وجه التحديد من خلال تركيبها وبنيتها.

ميجاوورلد.

النجوم.النجوم في الحالة الثابتة الطبيعية هي أجرام سماوية غازية وكروية ساخنة تكون في حالة توازن هيدروديناميكي وحراري. يتم ضمان التوازن الهيدروديناميكي من خلال تساوي قوى الجاذبية وقوى الضغط الداخلي المؤثرة على كل عنصر من عناصر كتلة النجم. التوازن الحراري يتوافق مع تساوي الطاقة المنبعثة من داخل النجم والطاقة المنبعثة من سطحه. 3veda، باستثناء الأقرب - الشمس، تقع على مسافات كبيرة من الأرض حتى في أقوى التلسكوبات تكون مرئية كنقاط مضيئة ذات سطوع ولون متفاوت. السمة الرئيسية المرئية للنجوم هي سطوعها، والذي يتحدد بقوة إشعاع النجم والمسافة إليه. المعالم الرئيسية لحالة النجوم هي اللمعان والكتلة ونصف القطر. هُم القيم العدديةومن المعتاد التعبير عنها بالوحدات الشمسية.

تنقسم النجوم، بناءً على حالة المادة في داخلها، إلى ثلاث مجموعات رئيسية: 1) عادية، يتم الحفاظ على توازنها الهيدروستاتيكي عن طريق ضغط البلازما المثالية الكلاسيكية، الموجودة بسبب التأين الحراري للذرات، 2) الأقزام البيضاء 3) النيوترونات

المصدر الرئيسي للإشعاع من النجوم هو تفاعل الاندماج النووي الحراري. بعد احتراق الهيدروجين في المركز، وضغط اللب وزيادة درجة حرارته، يصبح من الممكن، مع كتلة كبيرة بما فيه الكفاية من النجم، احتراق عناصر أثقل بشكل متزايد. في معظم حياته، يكون النجم في حالة ثابتة. يرجع توازن النجوم مع الفقد المستمر للطاقة إلى الاختلاف القوي في زمن العمليات التي تحدث فيها. يؤدي اختلال التوازن الميكانيكي، على سبيل المثال انخفاض الضغط في النجم، إلى ضغطه وتحويل جزء من طاقة الجاذبية إلى حرارة.

تختلف النجوم بشكل كبير في وهجها الظاهري. أصبحت هذه الميزة أساسية في تقسيم النجوم إلى فئات.

تنشأ النجوم من تكثيف الغبار بين النجوم والغاز الغني بالهيدروجين. ثم تتبعها مرحلة طويلة من تطور النجوم.

النجوم الخارجة من سحابة واحدة من الغاز والغبار تشكل مجموعات نجمية. هناك عناقيد نجمية كروية تتكون من نجوم قديمة، وعناقيد مفتوحة تتكون من نجوم شابة (يبلغ عمرها أقل من 60 مليون سنة). مجموعات كرويةتقع في مراكز المجرات، والمتناثرة في الأطراف.

وبما أن النجوم تبعد مسافات كبيرة عن الأرض، فإنها تظهر كأجسام ثابتة في السماء. لذلك، يمكن استخدامها كوسيلة للتوجيه في الفضاء. لسهولة الحفظ والاستخدام، تم دمج النجوم في 88 كوكبة. من بينها 12 كوكبة تسمى البروج. البروج - حزام الحيوانات. ويبدو من الأرض أن الشمس تتحرك على خلفية النجوم، وتمر عبر هذه الكوكبات على مدار العام.

تتم تسمية جميع النجوم في الأبراج بالحروف الأبجدية اليونانيةواسم الكوكبة. ألمع يسمى ألفا، والثاني ألمع بيتا، والثالث - جاما، وما إلى ذلك. في بعض الأحيان تتلقى النجوم أسماء شخصية، أولا وقبل كل شيء، ينطبق هذا على ألمع النجوم - سيريوس، كانوب، أركتوروس، ريجل، منكب الجوزاء، أنتاريس، إلخ.

المجرات.المجرات هي أنظمة نجمية عملاقة. يُطلق على النظام النجمي الذي تقع فيه شمسنا كنجم عادي اسم المجرة.

مظهر المجرات متنوع للغاية، وبعضها رائع الجمال. E. اختار هابل أبسط طريقة لتصنيف المجرات حسب المظهر، ويجب القول أنه على الرغم من أن الاقتراحات المعقولة للتصنيف قدمت لاحقًا من قبل باحثين بارزين آخرين، إلا أن النظام الأصلي الذي اشتقه هابل لا يزال هو الأساس لتصنيف المجرات.

اقترح هابل تقسيم جميع المجرات إلى ثلاثة أنواع رئيسية:

1. بيضاوي الشكل (E - بيضاوي الشكل).

2. دوامة (S - دوامة).

3. غير منتظم (I - غير منتظم).

المجرات الإهليلجية.المجرات الإهليلجية هي أكثر أنواع المجرات أهمية في المظهر. وهي تبدو وكأنها أشكال بيضاوية أو دوائر ناعمة مع انخفاض عام في السطوع أثناء تحركها بعيدًا عن المركز إلى المحيط. يتم وصف الانخفاض في السطوع من خلال قانون رياضي بسيط اكتشفه هابل. في لغة علماء الفلك يبدو الأمر كما يلي: المجرات الإهليلجية لها نظائر إهليلجية متحدة المركز، أي إذا قمت بتوصيل جميع نقاط صورة المجرة بنفس السطوع بخط واحد وقمت ببناء مثل هذه الخطوط من أجل معان مختلفةالسطوع (على غرار الخطوط ذات الارتفاع الثابت الخرائط الطبوغرافية) ، ثم نحصل على سلسلة من الأشكال الناقص المتداخلة بنفس الشكل تقريبًا وبمركز مشترك.

تتكون المجرات الإهليلجية من نجوم عملاقة حمراء وصفراء، وأقزام حمراء وصفراء، وعدد من النجوم البيضاء ذات سطوع أقل. وهي تفتقر إلى العمالقة والعمالقة الزرقاء والبيضاء، والتي يمكن ملاحظة مجموعات منها على شكل كتل لامعة تعطي هيكلًا للنظام؛ لا توجد مادة غبار، والتي في تلك المجرات التي تتواجد فيها، تخلق خطوطًا داكنة تظلل المجرات. شكل النظام النجمي. لذلك، تختلف المجرات الإهليلجية خارجيًا عن بعضها البعض بشكل رئيسي في ميزة واحدة - ضغط أكبر أو أقل.

المجرات الحلزونية.قد تكون المجرات الحلزونية من أكثر الأجسام روعة في الكون، وعلى عكس المجرات الإهليلجية، فهي مثال على الشكل الديناميكي. تشير فروعها الجميلة، الخارجة من النواة المركزية ويبدو أنها تفقد شكلها الخارجي خارج المجرة، إلى حركة قوية وسريعة.

المجرات غير النظامية.تتميز أنواع المجرات التي تمت مناقشتها أعلاه بتماثل الشكل وطبيعة معينة للنمط. ولكن هناك عدد كبير من المجرات ذات الشكل غير المنتظم، دون أي نمط عام للبنية الهيكلية. هذه هي ما يسمى بالمجرات غير النظامية، المعينة Irr.

الشكل غير المنتظم للمجرة قد يرجع إلى عدم توفر الوقت الكافي لها لتأخذ الشكل الصحيح بسبب انخفاض كثافة المادة فيها أو بسبب صغر سنها، ومن الممكن أيضًا أن يكون تشوه الشكل شكل المجرة ناتج عن تفاعلها مع مجرة أخرى.

ميتاجالكسي.في عام 1981، تم الإبلاغ عن اكتشاف منطقة ضخمة من الفضاء بحجم عنقود عملاق، خالية تقريبًا من المجرات الفردية أو مجموعاتها. وقد أطلق عليها علماء الفلك الذين اكتشفوا هذه المنطقة اسم "الفراغ"، ولفتوا الانتباه إلى أن علماء الكونيات يجب أن يكونوا قادرين على تفسير غياب المجرات بنفس طريقة وجودها. تُعرف الآن العديد من الفراغات، أكبرها يبلغ حجمه 2 مليار في 1 مليار سنة ضوئية. مع هذه الاكتشافات جاء فهم أن المجرات ليست مجرد كائنات تتجمع أحيانًا في مجموعات. بدلًا من ذلك، اتضح أن المجرات، على الأقل في بعض أجزاء الكون، تشكل شبكة بها فراغات كبيرة بينها.

المجرة الضخمة عبارة عن اتحاد (عنقود) من المجرات بنفس ترتيب المجرة بالنسبة لنجوم نظامنا. يجب أن نفترض وجود مجرات فوقية أخرى.

تطور Metagalaxy والمجرات والنجوم الفردية.طوال القرن العشرين، من خلال أعمال A. Friedman، A. Einstein، E. Hubble، J. Lemaitre، GA. طور جامو وباحثون آخرون مفهومًا مفاده أن المجرة الكبرى في طور التوسع، وتشتت المجرات من بعض المراكز الأولية التي نشأ فيها كوننا. من الصعب أن نقول ما الذي سبقه، فمن المفترض أن الكون الحديث نشأ من مادة كانت في حالة خاصة شديدة الحرارة وفائقة الكثافة، منذ حوالي 15 إلى 20 مليار سنة، كانت هذه الكتلة من المادة، هذه "الذرة الأولية" ، لأسباب لا تزال غير واضحة، بدا وكأنه ينفجر وبدأ في التوسع بسرعة مع انخفاض حاد في درجة الحرارة. خلال عملية التوسع في Metagalaxy، والتي لا تزال مستمرة حتى يومنا هذا، تبلور هيكلها الذي يتم ملاحظته حاليًا.

تعتمد نظرية الكون المتوسع على تفسير الانزياح الأحمر المكتشف تجريبيًا للخطوط الطيفية للمجرات نتيجة لتأثير دوبلر، وهو ما يفسر الانزياح الأحمر من خلال انحسار المجرات. ومع ذلك، فإن هذا التفسير ليس الوحيد، فخلال العقود الماضية، تراكمت الشكوك بشكل متزايد حول حقيقة توسع الكون. تطور أنظمة الفضاءلا شك في ذلك، ولكن يجب على المرء أن يميز بين القوانين الموضوعية للتطور وتعبيراتها النظرية باستخدام نماذج مختلفة. على وجه الخصوص، يمكن تفسير ظاهرة التحول الأحمر للخطوط الطيفية كنتيجة لانخفاض الطاقة والتردد الطبيعي للفوتونات نتيجة للتفاعل مع مجالات الجاذبية عندما ينتقل الضوء لملايين السنين في الفضاء بين المجرات.

جميع الأجسام الفضائية - النجوم والكواكب والمجرات - تخضع للتطور. ومن المعروف الآن أن النجوم العادية، أثناء تعرضها للتغيرات، تتحول إلى ما يسمى بـ "الأقزام البيضاء"، و"النجوم النيوترونية"، و"الثقوب السوداء" التي نوقشت أعلاه.

يمر تكوين النجوم بالمراحل التالية:

1. في المرحلة الأولى، توجد سحابة الغاز والغبار، حيث تبدأ جزيئات الغاز والغبار في جذب بعضها البعض.

2. أثناء عملية الجذب هذه، تبدأ السحابة بالدفء.

3. عندما تصل درجة الحرارة في قلب النجم إلى 10 ملايين درجة مئوية، يبدأ التفاعل النووي الحراري. ويتحول الهيدروجين إلى الهيليوم الذي يصاحبه إشعاع في جميع أجزاء الطيف. وبفضل هذا الإشعاع يصبح النجم نجما، أي جسما كونيا مرئيا.

بعد البداية رد فعل نووي حرارييمر النجم بمراحل الوجود التالية:

النجوم العادية أو الصفراء. هم في مرحلة احتراق الهيدروجين. مع احتراق الهيدروجين، يتم تشكيل نواة الهيليوم، والتي يتم فصلها عن غلاف الهيدروجين بمنطقة الحمل الحراري والإشعاع؛

العملاق، أو العملاق الأحمر. ينكمش قلب النجم الهيليوم، ويزداد حجم النجم بشكل ملحوظ بسبب تحرك غلاف الهيدروجين بعيدًا عن القلب. تبدأ كتلة العملاق الأحمر في الانخفاض ليس فقط بسبب احتراق الهيدروجين، ولكن أيضًا بسبب فقدان المادة الموجودة على الغلاف الخارجي للنجم؛

قزم ابيض. الطبقة الخارجيةينضب، ويتبدد في الفضاء الخارجي، ولا يبقى من النجم سوى قلب الهيليوم الساخن. يستمر ضغط الجاذبية في النواة. في البداية، يكون لسطح القزم الأبيض درجة حرارة عالية جدًا (تصل إلى عشرات الآلاف من الدرجات)، ولكن بعد ذلك يبرد بسرعة. يبلغ قطر القزم الأبيض 5-10 آلاف كيلومتر فقط، أي يضاهي قطر الأرض؛

النجم النيوتروني. يؤدي الضغط المستمر للنواة وتسارع دورانها حول محورها إلى ضغط الذرات وانهيارها. تتحد الإلكترونات مع البروتونات لتكوين النيوترونات. يتحول القزم الأبيض إلى نجم نيوتروني. يبلغ حجم هذا النجم بضع عشرات من الكيلومترات فقط (قطر موسكو)، وسرعة الدوران حول محوره هي عدة مئات من الثورات في الدقيقة. تؤدي الكثافة الهائلة للنجم النيوتروني إلى انحناء الفضاء حوله بحيث تميل مادة النجم إلى الضغط في نقطة ما؛

الثقب الأسود. يصل تركيز الكتلة في الفضاء إلى درجة أن ملعقة صغيرة تحتوي على 100 مليون طن متري من المادة. جميع الأجسام والإشعاعات الموجودة في منطقة جاذبية الثقب الأسود تميل إليها. يبلغ حجم الثقب الأسود 2-3 كم؛ المرحلة الأخيرة من وجود الثقوب السوداء هي انفجار المادة وتشتتها. في هذه المرحلة، يمكن اعتبار وجود النجم مكتملًا تمامًا. تعتمد السرعة التي يمر بها النجم خلال مراحل الوجود المذكورة على حجمه. النجوم الكبارتمر بجميع المراحل المذكورة أعلاه بشكل أسرع.

مفاهيم ميجاورلد.

مبدأ عدم قابلية المادة للخلق وعدم قابليتها للتدمير.

لقد عرف منذ القدم أن لا شيء يأتي من لا شيء. أي كائن يمكن أن ينشأ فقط من كائنات أخرى. الفراغ المطلق حيث أن الغياب التام للمادة غير موجود. إذا لم يكن هناك مادة، فهناك حقل، وإذا لم يكن هناك حقل، فإن فراغها المادي موجود. تفهم الفيزياء الحديثة بالفراغ حالة خاصة للمادة، وليس "العدم" المطلق. على سبيل المثال، فراغ المجال الكهرومغناطيسي هو حالة لا توجد فيها فوتونات. لذلك، عندما يتحدث الفيزيائيون عن إمكانية خروج المادة من الفراغ، فهذا لا يعني أننا نتحدث عن نشوء المادة من الفراغ. الحجج التي تحدث أنه في الكون في وحدة زمنية معينة، من المفترض أن تظهر كمية معينة من المادة من "لا شيء" لا يمكن إلا أن تعني أننا نتحدث عن ظهور مادة معروفة من نوع آخر من المادة لم يتم تحديده بعد.

إن مبدأ عدم الخلق وعدم قابلية المادة وخصائصها للتدمير يجد تعبيره الشامل في القوانين الفيزيائية للحفظ. يتزايد عدد القوانين الخاصة بالحفاظ على الخصائص الفردية للأشكال الجسدية للحركة. في بداية القرن العشرين. وكانت قوانين حفظ الكتلة والطاقة والشحنة الكهربائية والزخم والزخم الزاوي معروفة. أما الآن فقد تم استكمالها بقوانين حفظ التكافؤ والغرابة وشحنات الباريون واللبتون وغيرها. يرتبط اكتشاف كل قانون من قوانين الحفظ ارتباطًا وثيقًا بظهور خاصية أساسية جديدة للمادة. من السمات المميزة لقوانين الحفظ أنه يمكن التعبير عنها في شكل قيود أو حتى حظر قاطع، مما يعني استحالة حدوث عمليات معينة في ظل ظروف معينة.