Grundlegende Wechselwirkungen und Strukturvielfalt in der Mikro-, Makro- und Megawelt. Grundlegende Wechselwirkungen und Strukturvielfalt in der Mikro-, Makro- und Megawelt. Strukturebenen der Organisation der Materie

In der modernen Naturwissenschaft werden alle materiellen Objekte um uns herum herkömmlicherweise in Mikro-, Makro- und Megawelten unterteilt. Einer der Hauptbegriffe der Naturwissenschaften spricht von der Einheit aller Systeme der Mikro-, Makro- und Megawelt. Wir können von einer einzigen materiellen Grundlage für den Ursprung aller materiellen Systeme in verschiedenen Stadien der Entwicklung des Universums sprechen.

Materielle Objekte der Mikro-, Makro- und Megawelt unterscheiden sich nicht nur in ihren geometrischen Abmessungen, sondern auch in anderen quantitativen Eigenschaften. Die Sonne beispielsweise besteht aus einer kolossalen Anzahl von Teilchen: 1.056 Kerne aus Wasserstoffatomen und ungefähr ebenso viele Kerne aus Heliumatomen.

Die Eigenschaften und Merkmale materieller Objekte der Mikro- und Megawelt werden durch unterschiedliche Theorien, Prinzipien und Gesetze beschrieben.

Bei der Erklärung von Prozessen in der Mikrowelt werden die Prinzipien und Theorien der Quantenmechanik, der Quantenstatistik usw. verwendet. Bewegung von Planeten Sonnensystem beschrieben durch das Gesetz der universellen Gravitation und die Keplerschen Gesetze. Der Ursprung und die Entwicklung des Universums werden auf der Grundlage eines Komplexes naturwissenschaftlicher Erkenntnisse erklärt, darunter Teilchenphysik, Quantenfeldtheorie, Relativitätstheorie usw.

Materielle Objekte bilden nur dann ein integrales System, wenn die Bindungsenergie zwischen ihnen größer ist als die kinetische Energie jedes einzelnen von ihnen. Unter Kommunikationsenergie versteht man die Energie, die aufgewendet werden muss, um das System vollständig in seine Einzelteile zu „zerlegen“. Größe der Bindungsenergie natürliche Systeme Auf verschiedenen Ebenen der Organisation der Materie hängt die Art der Wechselwirkung und die Art der Kräfte ab, die materielle Objekte zu einem System vereinen. Beispielsweise wird die Existenz von Sternen, einschließlich der Sonne, über Milliarden von Jahren durch ein stabiles Gleichgewicht zwischen der Energie der gegenseitigen Anziehungskraft der Teilchen, die dazu neigen, die Materie des Sterns zu komprimieren, und der Energie ihrer Teilchen bestimmt thermische Bewegung, was zu seiner Auflösung führt. Elektromagnetische Wechselwirkung spielt in Atomen und Molekülen eine verbindende Rolle.

Der wesentliche Unterschied zwischen den materiellen Objekten der Mikro- und Makrowelt liegt in der Identität von Mikropartikeln und der Individualität von Megasystemen. Für Mikropartikel ist das Identitätsprinzip erfüllt: Die Zustände eines Partikelsystems, die durch örtliche Neuanordnung von Partikeln voneinander erhalten werden, können in keinem Experiment unterschieden werden. Solche Zustände werden als ein physikalischer Zustand betrachtet. Dieses quantenmechanische Prinzip charakterisiert einen der Hauptunterschiede zwischen klassischen und Quantenmechanik. In der klassischen Mechanik kann man die Bewegung einzelner Teilchen entlang von Flugbahnen verfolgen und so Teilchen voneinander unterscheiden. IN Quantenmechanik identische Teilchen sind völlig frei von Individualität. Allerdings gibt es in der Natur keine zwei völlig identischen Megasysteme – sie sind alle individuell. Individualität kann sich auch in manifestieren Molekulare Ebene. Zum Beispiel Moleküle Ethylalkohol und Dimethylether haben die gleiche atomare Zusammensetzung und das gleiche Molekulargewicht, aber unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften. Solche Stoffe nennt man chemische Isomere. Instabile Kernisomere bei gleiche Zusammensetzung Kerne haben unterschiedliche Halbwertszeiten.

Autoren:

Schüler der 9. Klasse „A“

Afanasyeva Irina,

Schüler der 9. Klasse „A“

Tatarintseva Anastasia

Schüler der 11. Klasse „A“,

Artemy Tarasanow;

Wissenschaftliche Betreuer:

Informatik- und IKT-Lehrer,

Abrodin Alexander Wladimirowitsch

Physik Lehrer,

Schamrina Natalja Maksimowna

Mikro-, Makro- und Megawelten. 4

Mikrowelt. 5

Makrowelt. 6

Megawelt. 8

EIGENE FORSCHUNG. 10

Das Problem der Interaktion zwischen der Mega-, Makro- und Mikrowelt. 10

Groß und Klein. 12

Große und kleine in anderen Wissenschaften. 14

PRAKTISCHER TEIL. 18

Metasubjekt Trainingseinheit„Groß und Klein“ nutzen Interaktives Whiteboard. 18

Fazit 20

Referenzen 21

Anhang 1. 22

Anhang 2. 23

Anhang 3. 25

Einführung.

Blaise Pascal
Forschungsbereich.Das Universum ist ein ewiges Mysterium. Die Menschen haben lange versucht, eine Erklärung für die Vielfalt und Seltsamkeit der Welt zu finden. Nachdem die Naturwissenschaften mit dem Studium der materiellen Welt mit den einfachsten materiellen Objekten begonnen haben, gehen sie zum Studium der komplexesten Objekte der tiefen Strukturen der Materie über, die über die Grenzen der menschlichen Wahrnehmung hinausgehen und mit den Objekten der alltäglichen Erfahrung nicht vergleichbar sind.

Studienobjekt. In der MitteXXJahrhundert schlug der amerikanische Astronom Harlow Shapley ein interessantes Verhältnis vor:

Der Mensch ist hier sozusagen die geometrische Mitte zwischen Sternen und Atomen. Wir haben uns entschieden, dieses Problem aus physikalischer Sicht zu betrachten.

Gegenstand der Studie. In der Wissenschaft gibt es drei Ebenen der Struktur der Materie: die Mikrowelt, die Makrowelt und die Megawelt. Ihre spezifischen Bedeutungen und Beziehungen zwischen ihnen gewährleisten im Wesentlichen die strukturelle Stabilität unseres Universums.

Daher hat das Problem scheinbar abstrakter Weltkonstanten globale ideologische Bedeutung. Das ist Relevanz unsere Arbeit.

Ziel des Projekts : Mikro-, Makro- und Megawelten erkunden, ihre Eigenschaften und Zusammenhänge finden.

Projektziele wurden wie folgt gebildet:

theoretisches Material studieren und analysieren;
Erkunden Sie die Gesetze, die große und kleine Objekte in der Physik regeln.
Verfolgen Sie die Verbindung zwischen Groß und Klein in anderen Wissenschaften.
Schreiben Sie ein Programm „Groß und Klein“ für eine Metafachstunde;
Sammeln Sie eine Sammlung von Fotografien, die die Symmetrie der Mikro-, Makro- und Megawelten zeigen.
eine Broschüre „Mikro-, Makro- und Megawelten“ verfassen.

Zu Beginn der Studie haben wir vorgebracht Hypothese dass es in der Natur Symmetrie gibt.

HauptsächlichProjektmethodenbegann mit populärwissenschaftlicher Literatur zu arbeiten, vergleichende Analyse erhaltene Informationen, Auswahl und Synthese von Informationen, Popularisierung von Wissen zu diesem Thema.

Experimentelle Ausrüstung: interaktives Board.

Die Arbeit besteht aus einer Einleitung, theoretischen und praktischen Teilen, einem Fazit, einem Literaturverzeichnis und drei Anhängen. Volumen Projektarbeit– 20 Seiten (ohne Anhänge).

THEORETISCHER TEIL.

Die Wissenschaft beginnt dort, wo sie zu messen beginnt.

DI. Mendelejew

Mikro-, Makro- und Megawelten.

Bevor wir mit der Studie begannen, beschlossen wir, theoretisches Material zu studieren, um die Merkmale der Mikro-, Makro- und Megawelten zu bestimmen. Es ist klar, dass die Grenzen des Mikro- und Makrokosmos beweglich sind und es keinen getrennten Mikrokosmos und keinen getrennten Makrokosmos gibt. Natürlich werden Makroobjekte und Megaobjekte aus Mikroobjekten aufgebaut und Mikrophänomene sind die Grundlage für Makro- und Megaphänomene. In der klassischen Physik gab es kein objektives Kriterium zur Unterscheidung eines Makroobjekts von einem Mikroobjekt. Dieser Unterschied wurde 1897 vom deutschen theoretischen Physiker M. Planck eingeführt: Wenn für das betrachtete Objekt die minimale Auswirkung darauf vernachlässigt werden kann, dann handelt es sich um Makroobjekte, ist dies nicht möglich, handelt es sich um Mikroobjekte. Die Grundlage der Vorstellungen über die Struktur der materiellen Welt ist Systemansatz, wonach jedes Objekt der materiellen Welt, sei es ein Atom, ein Planet, ein Organismus oder eine Galaxie, als komplexes Gebilde betrachtet werden kann, das Bestandteile enthält, die zu einer Einheit organisiert sind.Aus wissenschaftlicher Sicht ist ein wichtiges Prinzip der Einteilung der materiellen Welt in Ebenen die Gliederungsstruktur nach räumlichen Merkmalen – Größen. Die Wissenschaft hat die Einteilung nach Größe und den Maßstab von Groß und Klein einbezogen. Der beobachtete Größen- und Entfernungsbereich ist in drei Teile unterteilt, wobei jeder Teil eine eigene Welt von Objekten und Prozessen darstellt. Die Konzepte der Mega-, Makro- und Mikrowelt sind in diesem Entwicklungsstadium der Naturwissenschaften relativ und für das Verständnis der umgebenden Welt geeignet. Diese Konzepte werden sich wahrscheinlich im Laufe der Zeit ändern, weil sie sind noch wenig erforscht. Das bemerkenswerteste Merkmal der Naturgesetze ist, dass sie gehorchen mathematisches Gesetz Präzision mit hoher Präzision. Je tiefer wir die Naturgesetze verstehen, desto mehr haben wir das Gefühl, dass die physikalische Welt irgendwie verschwindet und wir weiterhin der reinen Mathematik gegenüberstehen, das heißt, wir haben es nur noch mit der Welt der mathematischen Regeln zu tun.

Mikrowelt.

Die Mikrowelt sind Moleküle, Atome, Elementarteilchen – die Welt extrem kleiner, nicht direkt beobachtbarer Mikroobjekte, deren räumliche Dimension aus 10 berechnet wird 8 bis 10 16 cm, und die Lebensdauer reicht von unendlich bis 10 24 Mit.

Geschichte der Forschung. In der Antike stellte der antike griechische Philosoph Demokrit die atomistische Hypothese über die Struktur der Materie auf. Dank der Arbeiten des englischen Wissenschaftlers J. Dalton begannen sie zu studieren physikalisch-chemische Eigenschaften Atom. Im 19. Jahrhundert D. I. Mendeleev baute das System chemische Elemente basierend auf ihrer atomares Gewicht. In der Physik stammt die Vorstellung von Atomen als den letzten unteilbaren Strukturelementen der Materie aus der Chemie. Tatsächlich beginnen physikalische Untersuchungen des Atoms Ende des 19. Jahrhunderts, als der französische Physiker A. A. Becquerel das Phänomen der Radioaktivität entdeckte, das in der spontanen Umwandlung von Atomen einiger Elemente in Atome anderer Elemente bestand. 1895 entdeckte J. Thomson das Elektron. Da Elektronen negativ geladen sind und das Atom insgesamt elektrisch neutral ist, wurde angenommen, dass es neben dem Elektron ein positiv geladenes Teilchen gibt. Es gab mehrere Modelle der Struktur des Atoms.

Darüber hinaus wurden spezifische Eigenschaften von Mikroobjekten identifiziert, die sich im Vorhandensein sowohl korpuskulärer (Partikel) als auch Lichteigenschaften (Wellen) ausdrücken. Elementarteilchen sind die einfachsten Objekte der Mikrowelt, die als Ganzes interagieren. Hauptmerkmale von Elementarteilchen: Masse, Ladung, mittlere Lebensdauer, Quantenzahlen.

Die Zahl der entdeckten Elementarteilchen nimmt rasant zu. Ende des 20. Jahrhunderts näherte sich die Physik der Schaffung eines harmonischen theoretischen Systems, das die Eigenschaften von Elementarteilchen erklärt. Es werden Prinzipien vorgeschlagen, die es ermöglichen, die Vielfalt der Teilchen und ihre gegenseitigen Umwandlungen theoretisch zu analysieren und eine einheitliche Theorie aller Arten von Wechselwirkungen zu erstellen.

Makrowelt.

Die Makrowelt ist die Welt der stabilen Formen und Mengen, die dem Menschen entsprechen, sowie kristalliner Komplexe von Molekülen, Organismen, Organismengemeinschaften; die Welt der Makroobjekte, deren Dimension mit der Skala menschlicher Erfahrung vergleichbar ist: Räumliche Größen werden in Millimetern, Zentimetern und Kilometern ausgedrückt, und Zeit – in Sekunden, Minuten, Stunden, Jahren.

Geschichte der Forschung. In der Geschichte der Naturwissenschaft lassen sich zwei Phasen unterscheiden: die vorwissenschaftliche und die wissenschaftliche, die den Zeitraum von der Antike bis zum 16.-17. Jahrhundert abdecken. Beobachtete Naturphänomene wurden auf der Grundlage spekulativer philosophischer Prinzipien erklärt. Die wissenschaftliche Phase des Naturstudiums beginnt mit der Entstehung der klassischen Mechanik. Die Entstehung wissenschaftlicher Ansichten über die Struktur der Materie geht auf das 16. Jahrhundert zurück, als G. Galilei den Grundstein für das erste physikalische Weltbild in der Geschichte der Wissenschaft legte – ein mechanisches. Er begründete nicht nur das heliozentrische System von N. Copernicus und entdeckte das Trägheitsgesetz, sondern entwickelte auch eine Methodik für eine neue Art der Naturbeschreibung – wissenschaftlich und theoretisch. I. Newton entwickelte, basierend auf den Werken von Galileo, eine strenge wissenschaftliche Theorie Mechanik, Beschreibung und Bewegung Himmelskörper und die Bewegung irdischer Objekte nach denselben Gesetzen. Die Natur wurde als komplexes mechanisches System betrachtet. Materie wurde als materielle Substanz betrachtet, die aus einzelnen Teilchen besteht. Atome sind stark, unteilbar, undurchdringlich und zeichnen sich durch das Vorhandensein von Masse und Gewicht aus. Ein wesentliches Merkmal der Newtonschen Welt war der dreidimensionale Raum der euklidischen Geometrie, der absolut konstant und immer in Ruhe ist. Zeit wurde als eine von Raum oder Materie unabhängige Größe dargestellt. Bewegung wurde als Bewegung im Raum entlang kontinuierlicher Bahnen gemäß den Gesetzen der Mechanik betrachtet. Das Ergebnis dieses Weltbildes war das Bild des Universums als eines gigantischen und völlig deterministischen Mechanismus, in dem Ereignisse und Prozesse eine Kette voneinander abhängiger Ursachen und Wirkungen darstellen.

In Anlehnung an die Newtonsche Mechanik entstanden die Hydrodynamik, die Elastizitätstheorie, die mechanische Wärmetheorie, die molekularkinetische Theorie und viele andere, mit denen die Physik enorme Erfolge erzielte. Allerdings gab es zwei Bereiche – optische und elektromagnetische Phänomene, was im Rahmen eines mechanistischen Weltbildes nicht vollständig erklärt werden konnte.

Experimente des englischen Naturforschers M. Faraday und theoretische Arbeiten Der englische Physiker J.C. Maxwell zerstörte schließlich die Vorstellungen der Newtonschen Physik über diskrete Materie als die einzige Form Materie und legte den Grundstein für das elektromagnetische Weltbild. Das Phänomen des Elektromagnetismus wurde vom dänischen Naturforscher H. K. Oersted entdeckt, der es zuerst bemerkte magnetische Wirkung elektrische Ströme. Als M. Faraday seine Forschungen in dieser Richtung fortsetzte, entdeckte er, dass eine vorübergehende Änderung der Magnetfelder entsteht elektrischer Strom. M. Faraday kam zu dem Schluss, dass das Studium der Elektrizität und Optik miteinander verbunden sind und ein einziges Fachgebiet bilden. Seine Werke wurden zum Ausgangspunkt für die Forschungen von J. C. Maxwell, dessen Verdienst in der mathematischen Weiterentwicklung von M. Faradays Ideen über Magnetismus und Elektrizität liegt. Maxwell „übersetzte“ das Modell Stromleitungen Faraday in eine mathematische Formel umwandeln. Als Hilfsmittel entwickelte sich zunächst das Konzept des „Kräftefeldes“. mathematisches Konzept. J.C. Maxwell hat es gegeben physikalische Bedeutung und begann, das Feld als unabhängige physische Realität zu betrachten.

Nach den Experimenten von G. Hertz etablierte sich der Feldbegriff endgültig in der Physik, nicht als mathematische Hilfskonstruktion, sondern als objektiv existierende physikalische Realität. Als Folge späterer revolutionärer Entdeckungen in der Physik am Ende des letzten und Anfang dieses Jahrhunderts wurden die Vorstellungen der klassischen Physik über Materie und Feld als zwei qualitativ einzigartige Arten von Materie zerstört.

Megawelt.

Megaworld (Planeten, Sterne, Galaxien) ist eine Welt enormer kosmischer Ausmaße und Geschwindigkeiten, deren Entfernung in Lichtjahren gemessen wird und die Lebensdauer von Weltraumobjekten in Millionen und Abermilliarden Jahren gemessen wird.

Alle existierenden Galaxien sind im System höchster Ordnung – der Metagalaxie – enthalten. Die Dimensionen der Metagalaxie sind sehr groß: Der Radius des kosmologischen Horizonts beträgt 15-20 Milliarden Lichtjahre.

Geschichte der Forschung.Moderne kosmologische Modelle des Universums basieren auf der Allgemeinen Relativitätstheorie von A. Einstein, nach der die Metrik von Raum und Zeit durch die Verteilung der Gravitationsmassen im Universum bestimmt wird. Seine Gesamteigenschaften werden durch die durchschnittliche Dichte der Materie und andere spezifische physikalische Faktoren bestimmt. Die Existenz des Universums ist unendlich, d.h. hat keinen Anfang und kein Ende, und der Raum ist grenzenlos, aber endlich.

Im Jahr 1929 stellte der amerikanische Astronom E.P. Hubble entdeckte die Existenz eines seltsamen Zusammenhangs zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit von Galaxien: Alle Galaxien entfernen sich von uns, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die proportional zur Entfernung zunimmt – das Galaxiensystem dehnt sich aus. Die Ausdehnung des Universums gilt als wissenschaftlich belegte Tatsache. Nach theoretischen Berechnungen von J. Lemaître betrug der Radius des Universums in seinem ursprünglichen Zustand 10–12 cm, was in etwa dem Radius eines Elektrons entspricht, und seine Dichte betrug 1096 g/cm3.

Retrospektive Berechnungen beziffern das Alter des Universums auf 13–20 Milliarden Jahre. Der amerikanische Physiker G.A. Gamow vermutete, dass die Temperatur der Substanz hoch war und mit der Expansion des Universums abnahm. Seine Berechnungen zeigten, dass das Universum seine Evolution durchläuft bestimmte Phasen, bei dem es zur Bildung chemischer Elemente und Strukturen kommt. In der modernen Kosmologie wird der Klarheit halber die Anfangsphase der Entwicklung des Universums in „Epochen“ unterteilt:

Das Zeitalter der Hadronen. Schwere Teilchen, die starke Wechselwirkungen eingehen;

Die Ära der Leptonen. Lichtteilchen, die elektromagnetische Wechselwirkung eingehen;

Photonen-Ära. Dauer 1 Million Jahre. Der Großteil der Masse – die Energie des Universums – stammt von Photonen;

Star-Ära. Kommt in 1 Million. Jahre nach der Geburt des Universums. Während des Sternzeitalters beginnt der Prozess der Bildung von Protosternen und Protogalaxien.

Dann entfaltet sich ein grandioses Bild der Entstehung der Struktur der Metagalaxie.

In der modernen Kosmologie erfreut sich neben der Urknallhypothese auch das Inflationsmodell des Universums großer Beliebtheit, das die Entstehung des Universums berücksichtigt. Der Schöpfungsgedanke hat eine sehr komplexe Begründung und ist mit der Quantenkosmologie verbunden. Dieses Modell beschreibt die Entwicklung des Universums ab dem Zeitpunkt 10 45 s nach Beginn der Expansion. Nach der Inflationshypothese ist die kosmische Evolution in frühes Universum durchläuft mehrere Phasen.

Der Unterschied zwischen den Stadien der Entwicklung des Universums im Inflationsmodell und im Urknallmodell betrifft nur das Anfangsstadium in der Größenordnung von 10 30 c, darüber hinaus gibt es grundlegende Verständnisunterschiede zwischen diesen Modellen. Das Universum ist auf verschiedenen Ebenen, von herkömmlichen Elementarteilchen bis hin zu riesigen Supergalaxienhaufen, durch seine Struktur gekennzeichnet. Die moderne Struktur des Universums ist das Ergebnis der kosmischen Evolution, bei der Galaxien aus Protogalaxien, Sterne aus Protosternen und Planeten aus protoplanetaren Wolken entstanden.

Die ersten Theorien über den Ursprung des Sonnensystems wurden vom deutschen Philosophen I. Kant und dem französischen Mathematiker P. S. Laplace aufgestellt. Nach dieser Hypothese entstand das Planetensystem um die Sonne als Ergebnis der Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen darin befindlichen Teilchen zerstreuter Materie (Nebel). Rotationsbewegung um die Sonne.

EIGENE FORSCHUNG.

Das Problem der Interaktion zwischen der Mega-, Makro- und Mikrowelt.

Ein lebendes Objekt studieren wollen,
Um ein klares Verständnis von ihm zu bekommen,
Der Wissenschaftler stößt zunächst die Seele aus,
Anschließend wird das Objekt in Teile zerlegt
Und er sieht sie, aber es ist schade: ihre spirituelle Verbindung
Inzwischen ist sie verschwunden, weggeflogen!
Goethe
Bevor wir zu weiteren Überlegungen übergehen, sollten wir die zeitlichen und räumlichen Maßstäbe des Universums bewerten und sie irgendwie mit der Stellung und Rolle des Menschen im Gesamtbild der Welt in Beziehung setzen. Versuchen wir, die Skalen einiger zu kombinieren berühmte Objekte und Prozesse in einem einzigen Diagramm (Abb. 1), in dem links charakteristische Zeiten und rechts charakteristische Größen dargestellt sind. In der unteren linken Ecke der Abbildung ist die minimale Zeitskala angegeben, die eine gewisse physikalische Bedeutung hat. Dieses Zeitintervall beträgt 10 43 s heißt Planck-Zeit („Chronon“). Sie ist viel kürzer als die Dauer aller uns bekannten Prozesse, einschließlich der sehr kurzlebigen Prozesse der Elementarteilchenphysik (beispielsweise beträgt die Lebensdauer der kurzlebigsten Resonanzteilchen etwa 10). 23 Mit). Das obige Diagramm zeigt die Dauer einiger bekannte Prozesse, bis zum Alter des Universums.

Die Größen der physischen Objekte in der Abbildung variieren zwischen 10 und 10 15 m (charakteristische Größe von Elementarteilchen) bis 10 27 m (der Radius des beobachtbaren Universums, der ungefähr seinem Alter multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit entspricht). Es ist interessant, die Position zu bewerten, die wir Menschen im Diagramm einnehmen. Auf der Größenskala liegen wir irgendwo in der Mitte: Im Verhältnis zur Planck-Länge sind wir extrem groß (und viele Größenordnungen größer als die Größe von Elementarteilchen), auf der Skala des gesamten Universums jedoch sehr klein. Auf der Zeitskala der Prozesse hingegen sieht die Dauer eines menschlichen Lebens recht gut aus und kann mit dem Alter des Universums verglichen werden! Menschen (und insbesondere Dichter) beschweren sich gerne über die Vergänglichkeit der menschlichen Existenz, aber unser Platz auf der Zeitachse ist weder erbärmlich noch unbedeutend. Natürlich sollten wir bedenken, dass sich alles Gesagte auf die „logarithmische Skala“ bezieht, ihre Verwendung erscheint jedoch angesichts derart gigantischer Wertebereiche völlig gerechtfertigt. Mit anderen Worten: Die Anzahl der Menschenleben, die in das Zeitalter des Universums passen, ist viel geringer als die Anzahl der Planck-Zeiten (oder sogar die Lebensdauer von Elementarteilchen), die in die Lebensspanne eines Menschen passen. Im Wesentlichen sind wir ziemlich stabile Strukturen des Universums. Was räumliche Skalen angeht, befinden wir uns tatsächlich irgendwo in der Mitte der Skala, wodurch uns nicht die Möglichkeit gegeben wird, nicht sehr große, nicht sehr kleine Objekte der physischen Welt um uns herum in direkten Empfindungen wahrzunehmen.

Protonen und Neutronen bilden die Atomkerne. Atome verbinden sich zu Molekülen. Wenn wir uns auf der Skala der Körpergrößen weiter bewegen, dann sind es gewöhnliche Makrokörper, Planeten und ihre Systeme, Sterne, Galaxienhaufen und Metagalaxien, das heißt, wir können uns den Übergang von Mikro-, Makro- und Mega-Körpern vorstellen – beides Größe und in Modellen physikalischer Prozesse.

Groß und Klein.

Vielleicht sind diese Elektronen -
Welten mit fünf Kontinenten
Künste, Wissen, Kriege, Throne
Und die Erinnerung an vierzig Jahrhunderte!
Dennoch, vielleicht jedes Atom -
Ein Universum mit hundert Planeten.
Alles, was hier in einem komprimierten Volumen ist, ist da
Aber auch das, was nicht hier ist.
Valery Bryusov

Der Hauptgrund, warum wir physikalische Gesetze in „große“ und „kleine“ Teile unterteilt haben, liegt darin, dass die allgemeinen Gesetze physikalischer Prozesse auf sehr großen und sehr kleinen Maßstäben sehr unterschiedlich erscheinen. Nichts erregt einen Menschen so ständig und tief wie die Geheimnisse von Zeit und Raum. Der Zweck und die Bedeutung von Wissen besteht darin, die verborgenen Mechanismen der Natur und unseren Platz im Universum zu verstehen.

Der amerikanische Astronom Shapley schlug ein interessantes Verhältnis vor:

x ist in diesem Verhältnis eine Person, die sozusagen das geometrische Mittel zwischen Sternen und Atomen darstellt.

Auf beiden Seiten von uns liegt die unerschöpfliche Unendlichkeit. Wir können die Entwicklung von Sternen nicht verstehen, ohne den Atomkern zu studieren. Wir können die Rolle der Elementarteilchen im Universum nicht verstehen, ohne die Entwicklung der Sterne zu kennen. Wir stehen sozusagen an der Kreuzung von Straßen, die ins Unendliche führen. Einerseits entspricht die Zeit dem Alter des Universums, andererseits wird sie in verschwindend kleinen Intervallen gemessen. Aber nirgends entspricht es dem Ausmaß des menschlichen Lebens. Der Mensch ist bestrebt, das Universum in all seinen Details innerhalb der Grenzen des Erkennbaren mit Techniken und Methoden durch Beobachtung, Erfahrung und mathematische Berechnungen zu erklären. Wir brauchen Konzepte und Forschungsmethoden, mit deren Hilfe wissenschaftliche Fakten ermittelt werden können. Und zu etablieren wissenschaftliche Fakten in der Physik, objektiv quantitatives Merkmal Eigenschaften von Körpern und natürlichen Prozessen, unabhängig von subjektive Gefühle Person. Die Einführung solcher Konzepte ist ein Schaffensprozess besondere Sprache– die Sprache der Wissenschaft der Physik. Die Grundlage der Sprache der Physik sind Konzepte, die physikalische Größen genannt werden. Und jede physikalische Größe muss gemessen werden, denn ohne Messungen physikalischer Größen gibt es keine Physik.

Versuchen wir also herauszufinden, was eine physikalische Größe ist.Physikalische Größe– eine physikalische Eigenschaft eines materiellen Objekts, eines physikalischen Phänomens oder eines Prozesses, die quantitativ charakterisiert werden kann.Wert der physikalischen Größe- Zahl, Vektor, der dies charakterisiert physikalische Größe, Angabe der Maßeinheit, auf deren Grundlage diese Zahlen oder Vektoren definiert wurden. Die Größe einer physikalischen Größe sind die Zahlen, die im Wert einer physikalischen Größe vorkommen. Eine physikalische Größe zu messen bedeutet, sie mit einer anderen Größe zu vergleichen, die üblicherweise als Maßeinheit akzeptiert wird. Russisches Wort„Größe“ hat eine etwas andere Bedeutung als englisches Wort"Menge" In Ozhegovs Wörterbuch (1990) wird das Wort „Größe“ als „Größe, Volumen, Länge eines Objekts“ interpretiert. Laut Internet-Wörterbuch wird das Wort „Größe“ übersetzt englische Sprache in der Physik 11 Wörter, von denen 4 Wörter in ihrer Bedeutung am besten geeignet sind: Menge (physikalisches Phänomen, Eigenschaft), Wert (Wert), Menge (Menge), Größe (Größe, Volumen).

Schauen wir uns diese Definitionen genauer an. Nehmen wir zum Beispiel eine Eigenschaft wie die Länge. Es wird tatsächlich zur Charakterisierung vieler Objekte verwendet. In der Mechanik ist dies die Länge des Weges, in der Elektrizität die Länge des Leiters, in der Hydraulik die Länge des Rohrs, in der Heizungstechnik die Dicke der Heizkörperwand usw. Der Längenwert für jedes der aufgelisteten Objekte ist jedoch unterschiedlich. Die Länge des Wagens beträgt mehrere Meter, die Länge der Schiene viele Kilometer und die Dicke der Kühlerwand lässt sich leichter in Millimetern abschätzen. Diese Eigenschaft ist also wirklich für jedes Objekt individuell, obwohl die Art der Länge in allen aufgeführten Beispielen gleich ist.

Große und kleine in anderen Wissenschaften.

Sehen Sie die Ewigkeit in einem Moment,

Eine riesige Welt in einem Sandkorn,

In einer einzigen Handvoll – unendlich

Und der Himmel ist im Kelch einer Blume.

W. Blake

Literatur.

Klein und Groß kommen zum Einsatz qualitativer Wert: kleine oder große Statur, kleine oder große Familie, Verwandte. Das Kleine steht meist im Gegensatz zum Großen (Prinzip der Antithese). Literatur: kleines Genre (Kurzgeschichte, Kurzgeschichte, Märchen, Fabel, Essay, Skizze)

Es gibt viele Sprichwörter und Redewendungen, die den Kontrast oder Vergleich von klein und groß nutzen. Erinnern wir uns an einige davon:

Von kleinen Ergebnissen zu hohen Kosten:

Aus einer großen Wolke, aber einem kleinen Tropfen.
Schieße Spatzen mit Kanonen ab.

UMkleine Strafe für große Sünden:

Das ist wie ein Schuss (eine Nadel) für einen Elefanten.

Klein im Großen:

Ein Tropfen im Meer.
Nadel im Heuhaufen.

Gleichzeitig sagen sie:

Ein Wermutstropfen verdirbt das Fass Honig.
Mit einem Schock kann man eine Maus nicht zerquetschen.
Ein kleiner Fehler führt zu einer großen Katastrophe.
Ein kleines Leck kann ein großes Schiff zerstören.
Aus einem kleinen Funken entzündet sich ein großes Feuer.
Moskau brannte von einer Penny-Kerze nieder.
ZUApfel meißelt einen Stein (schärft).

Biologie.

„Der Mensch enthält alles, was im Himmel und auf Erden ist, höhere Wesen und niedere Wesen.“
Kabbala

Während der Existenz der Menschheit wurden viele Modelle der Struktur des Universums vorgeschlagen. Es gibt verschiedene Hypothesen, und jede davon hat sowohl Befürworter als auch Gegner. In der modernen Welt gibt es kein einziges, allgemein akzeptiertes und verständliches Modell des Universums. IN antike Welt Im Gegensatz zu unserem gab es ein einziges Modell der umgebenden Welt. Das Universum erschien unseren Vorfahren wie ein riesiger menschlicher Körper. Versuchen wir, die Logik zu verstehen, der unsere „primitiven“ Vorfahren folgten:

Der Körper besteht aus Organen
Organe bestehen aus Zellen
Zellen – aus Organellen
Organellen – bestehen aus Molekülen
Moleküle – aus Atomen
Atome bestehen aus Elementarteilchen. (Abb. 2).

So ist unser Körper aufgebaut. Nehmen wir an, dass das Universum aus ähnlichen Elementen besteht. Wenn wir dann sein Atom finden, besteht die Chance, alles andere zu finden. Im Jahr 1911 schlug Ernest Rutherford vor, dass das Atom wie das Sonnensystem aufgebaut sei. Heute ist dies ein abgelehntes Modell, das Bild eines Atoms in Abb. 2 zeigt nur den zentralen Teil des Atoms. Das Atom und das gesamte Sonnensystem sehen jetzt anders aus. (Abb. 3, 4)

Natürlich gibt es Unterschiede – es gibt sie nur. Diese Objekte befinden sich in völlig unterschiedlichen Zuständen. Wissenschaftler kämpfen darum, eine einheitliche Theorie zu entwickeln, aber sie können die Makro- und Mikrowelt nicht zu einem Ganzen verbinden.

Man kann davon ausgehen, dass unsere Galaxie ein Molekül ist, wenn das Sonnensystem ein Atom ist. Vergleichen Sie die Abbildungen 5 und 6. Versuchen Sie einfach nicht, vollständige Ähnlichkeiten zwischen diesen Objekten zu finden. Es gibt nicht einmal zwei identische Schneeflocken auf der Welt. Jedes Atom, Molekül, jedes Organell, jede Zelle, jedes Organ und jeder Mensch hat seine eigenen individuellen Eigenschaften. Alle Prozesse, die auf molekularer Ebene ablaufen organische Substanz unserem Körper ähneln den Prozessen, die auf der Ebene von Galaxien ablaufen. Der einzige Unterschied besteht in der Größe dieser Objekte und in der Zeitskala. Auf Galaxienebene laufen alle Prozesse viel langsamer ab.

Das nächste „Detail“ in dieser „Konstruktion“ sollte das Organoid sein. Was sind Organellen? Hierbei handelt es sich um Gebilde unterschiedlicher Struktur, Größe und Funktion, die sich im Inneren der Zelle befinden. Sie bestehen aus mehreren Dutzend oder Hunderten verschiedener Moleküle. Wenn das Organoid in unserer Zelle dem Organoid im Makrokosmos ähnelt, dann sollten wir im Kosmos nach Ansammlungen verschiedener Galaxien suchen. Es gibt solche Cluster, und Astronomen nennen sie Gruppen oder Galaxienfamilien. Unsere Galaxie, die Milchstraße, ist Teil der lokalen Galaxienfamilie, die zwei Untergruppen umfasst:
1. Untergruppe der Milchstraße (rechts)
2. Untergruppe des Andromedanebels (links) (Abb. 8).

Sie sollten einige Diskrepanzen in der räumlichen Anordnung von ribosomalen Molekülen (Abb. 8) und Galaxien in der lokalen Gruppe (Abb. 9) nicht beachten. Moleküle bewegen sich wie Galaxien ständig innerhalb eines bestimmten Volumens. Das Ribosom ist ein Organell ohne Hülle (Membran), daher sehen wir es in der Umwelt um uns herum nicht Weltraum„dichte“ Galaxienwand. Allerdings sehen wir die Hüllen der kosmischen Zellen nicht.

Die in unseren Organellen ablaufenden Prozesse ähneln den Prozessen, die in Galaxiengruppen und -familien ablaufen. Aber im Weltraum passieren sie viel langsamer als bei uns. Was im Raum als Sekunde wahrgenommen wird, dauert für uns fast zehn unserer Jahre!

Das nächste Suchobjekt war die Kosmische Zelle. In unserem Körper gibt es viele Zellen unterschiedlicher Größe, Struktur und Funktion. Aber fast alle haben etwas in ihrer Organisation gemeinsam. Sie bestehen aus einem Zellkern, Zytoplasma, Organellen und einer Membran. Ähnliche Formationen gibt es im Weltraum.

Es gibt sehr viele Galaxienhaufen, die unserem ähneln, aber auch andere in Form und Größe. Aber sie sind alle um einen noch größeren Galaxienhaufen gruppiert, dessen Mittelpunkt das Sternbild Jungfrau ist. Hier befindet sich der Kern der kosmischen Zelle. Astronomen nennen solche Galaxienverbände Superhaufen. Heute wurden mehr als fünfzig solcher Superhaufen von Galaxien, bei denen es sich um solche Zellen handelt, entdeckt. Sie verteilen sich gleichmäßig in alle Richtungen um unseren Superhaufen von Galaxien.

Moderne Teleskope sind noch nicht über diese benachbarten Supergalaxienhaufen hinaus vorgedrungen. Unter Anwendung des in der Antike weit verbreiteten Gesetzes der Analogie kann jedoch angenommen werden, dass alle diese Superhaufen von Galaxien (Zellen) eine Art Organ darstellen und die Gesamtheit der Organe den Körper selbst bildet.

Aus diesem Grund stellen viele Wissenschaftler die Hypothese auf, dass das Universum nicht nur ein Abbild des menschlichen Körpers ist, sondern dass jeder Mensch ein Abbild des gesamten Universums ist.

PRAKTISCHER TEIL.

Wissenschaftliche und technische Kreativität der Jugend -

Der Weg zur wissensbasierten Gesellschaft.
Schulkind versteht körperliche Erfahrung

Es ist nur dann gut, wenn er es selbst macht.

Aber er versteht es noch besser, wenn er es selbst macht

Gerät zum Experimentieren.

P.L.Kapitsa

Metafachschulung „Groß und Klein“ am interaktiven Whiteboard.

Sag es mir und ich werde es vergessen.

Zeig es mir und ich werde mich daran erinnern.

Lassen Sie mich selbstständig handeln und ich werde lernen.

Chinesische Volksweisheit
Schlechte Leistungen werden oft durch Unaufmerksamkeit erklärt, deren Grund das Desinteresse des Schülers ist. BenutzenInteraktives Whiteboard,Lehrer haben die Möglichkeit, die Aufmerksamkeit der Klasse zu gewinnen und erfolgreich zu nutzen. Wenn Text oder ein Bild auf der Tafel erscheint, werden beim Schüler gleichzeitig mehrere Arten des Gedächtnisses angeregt. Wir können so effizient wie möglich organisieren Festanstellung Schüler in elektronischer Form. Dies spart deutlich Zeit, regt die Entwicklung geistiger und kreativer Aktivität an und bindet alle Schüler der Klasse in ihre Arbeit ein.

Die Programmoberfläche ist sehr einfach, daher wird es nicht schwierig sein, sie zu verstehen.

Das Programm besteht aus zwei Teilen: Hilfsmaterialien und einer Aufgabensammlung für Studierende.

Im Programmteil

"Unterstützende Materialien"

Sie können Wertetabellen finden; Skalen, die Kindern helfen können, das Thema „Exponent“ zu verstehen; Fotografien und Diagramme physischer Körper, die in ihrer Form ähnlich, aber in ihrer Größe sehr unterschiedlich sind.

INSammlung von AufgabenSie können das Wissen der Studierenden zum Thema „Groß und Klein“ testen. Hier gibt es drei Arten von Aufgaben: Erstellen einer Tabelle (Verschieben von Zeilen in Zellen); Fragen im Zusammenhang mit der Masse von Körpern (in welcher Position wird die Waage installiert), Bestellmengen. Das Programm selbst kann prüfen, ob Aufgaben korrekt erledigt wurden und eine entsprechende Meldung auf dem Bildschirm anzeigen.

Abschluss

Wie sich die Welt verändert! Und wie ich mich selbst verändere!
Ich werde nur mit einem Namen angerufen.
Tatsächlich nennen sie mich –
Ich bin nicht alleine. Wir sind viele. Ich bin am Leben...
Link zu Link und Form zu Form ...
N. Zabolotsky

Während der Arbeit erzielte Ergebnisse, zeigte, dass die Dominanz der Symmetrie in der Natur vor allem durch die im gesamten Universum wirkende Schwerkraft erklärt wird. Die Wirkung der Schwerkraft oder deren Fehlen erklärt die Tatsache, dass sowohl im Universum schwebende kosmische Körper als auch im Wasser schwebende Mikroorganismen die höchste Form der Symmetrie haben – sphärisch (bei jeder Drehung relativ zum Zentrum fällt die Figur mit sich selbst zusammen). Alle Organismen, die in einem gebundenen Zustand wachsen oder auf dem Meeresboden leben, also Organismen, für die die Richtung der Schwerkraft entscheidend ist, haben eine Symmetrieachse (die Menge aller möglichen Drehungen um das Zentrum verengt sich zur Menge aller Drehungen). um die vertikale Achse). Da diese Kraft außerdem überall im Universum wirkt, können die vermeintlichen Außerirdischen keine zügellosen Monster sein, wie sie manchmal dargestellt werden, sondern müssen unbedingt symmetrisch sein.

Der praktische Teil unserer Arbeit war das „Groß und Klein“-Programm für eine metafachpädagogische Unterrichtsstunde mit einem interaktiven Whiteboard. Mithilfe eines interaktiven Whiteboards können wir die laufende Arbeit des Studierenden möglichst effizient elektronisch organisieren. Dies spart deutlich Zeit, regt die Entwicklung geistiger und kreativer Aktivität an und bindet alle Schüler der Klasse in ihre Arbeit ein.

Das Werk enthält drei Anwendungen : 1) Ein Programm für eine Metafach-Lehrstunde in Physik unter Verwendung eines interaktiven Whiteboards; 2) Broschüre „Übungsunterricht in der Physik „Groß und Klein““; 3) Broschüre mit einzigartige Fotografien„Mikro-, Makro- und Megawelten“.

Referenzliste

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E. Gorshunova,A. Tarazanov, I. Afanasyeva„Große Weltraumreise“, 2011

Anhang 1.

Arbeitsblatt für eine Metafachstunde zum Thema „Groß und Klein“

mit einem interaktiven Whiteboard
Es ist nicht die Weite der Sternenwelt, die Bewunderung hervorruft,

und der Mann, der es gemessen hat.

Blaise Pascal

Physikalische Größe - _____________________________________________________

_________________________________________________________________________
Eine physikalische Größe messen - _____________________________________________________

__________________________________________________________________________

Anlage 2.

Entfernungsbereich im Universum

M	Distanz
10 27	Grenzen des Universums
10 24	nächste Galaxie
10 18	nächster Stern
10 13	Entfernung Erde - Sonne
10 9	Entfernung Erde - Mond
1	Die Größe des Menschen
10 -3	Salzkorn
10 -10	Radius des Wasserstoffatoms
10 -15	Radius des Atomkerns

Bereich von Zeitintervallen im Universum

Mit	Zeit
10 18	Alter des Universums
10 12	Zeitalter der ägyptischen Pyramiden
10 9	durchschnittliche menschliche Lebenserwartung
10 7	ein Jahr
10 3	Licht kommt von der Sonne zur Erde
1	Intervall zwischen zwei Herzschlägen
10 -6	Schwingungsdauer von Radiowellen
10 -15	Atomschwingungsperiode
10 -24	Licht legt eine Strecke zurück, die der Größe des Atomkerns entspricht

Massenbereich im Universum

kg	Gewicht
10 50	Universum
10 30	Sonne
10 25	Erde
10 7	Ozeanschiff
10 2	Menschlich
10 -13	ein Tropfen Öl
10 -23	Uranatom
10 -26	Proton
10 -30	Elektron

Reis. 1. Charakteristische Zeit und Dimensionen einiger Objekte und Prozesse im Universum.

Anhang 3.

. Menschlich. . Organe. . Zellen. . . . Organoide. Moleküle. . Atom. . . Atomteilchen

Abb. 2. Struktur des menschlichen Körpers

Wie sie sagen: „Finden Sie die Unterschiede.“ Der Punkt liegt nicht einmal in der äußerlichen Ähnlichkeit dieser Objekte, obwohl sie offensichtlich ist. Früher haben wir Elektronen mit Planeten verglichen, aber wir hätten sie mit Kometen vergleichen sollen.

Abb. 7. Struktur des Universums.


Reis. 12 Nervengewebe	Reis. 13 Frühes Sonnensystem

Reis. 14 Fotos des Universums aus einem Teleskop Hubble	Reis. 15 Stadien der Entwicklung von Protozoenzellen


Reis. 16 Schematische Darstellung einer Zelle	Reis. 17 Struktur der Erde	Abb.18 Erde

Anhang 4.

Metafachunterricht in Physik

Woche der Physik und Chemie

Woche der Physik und Chemie

Metafachunterricht Physik, 8B

Metafachunterricht in Physik

FOTOBERICHT

FOTOBERICHT

NTTM ZAO 2012

Allrussisches Wissenschaftsfestival 2011

Stand „Mikro-, Makro- und Megawelten“

„Große Weltraumreise“

Stand „Große Weltraumreise“

Unsere Broschüren.

Akademie

Prüfung

in der Disziplin „KSE“

zum Thema: " Grundlegende Wechselwirkungen und Strukturvielfalt in der Mikro-, Makro- und Megawelt“

Einführung. 3

Kapitel I. Materie. 5

Kapitel II. Strukturelle Organisationsebenen der Materie. 7

Mikro-, Makro-, Megawelten... 7

2.1 Mikrowelt. 8

2.2 Makrowelt. 10

2.3 Megaworld. 13

Abschluss. 21

Liste der verwendeten Literatur... 22

Einführung

Nachdem die Naturwissenschaften mit dem Studium der materiellen Welt mit den einfachsten materiellen Objekten begonnen haben, die der Mensch direkt wahrnimmt, gehen sie zum Studium der komplexesten Objekte der tiefen Strukturen der Materie über, die über die Grenzen der menschlichen Wahrnehmung hinausgehen und mit den Objekten von nicht vergleichbar sind alltägliche Erfahrung. Mithilfe eines Systemansatzes identifiziert die Naturwissenschaft nicht einfach nur Arten materieller Systeme, sondern legt deren Zusammenhänge und Beziehungen offen.

In der Wissenschaft gibt es drei Ebenen der Struktur der Materie:

Mikrowelt (Elementarteilchen, Kerne, Atome, Moleküle) ist eine Welt extrem kleiner, nicht direkt beobachtbarer Mikroobjekte, deren räumliche Vielfalt sich aus zehn hoch minus achter Potenz bis zehn minus sechzehnter Potenz cm berechnet, und deren Die Lebensdauer reicht von unendlich bis zehn bis minus vierundzwanzig Sekunden.

Die Makrowelt (Makromoleküle, lebende Organismen, Menschen, technische Objekte usw.) ist die Welt der Makroobjekte, deren Dimension mit der Skala menschlicher Erfahrung vergleichbar ist: Räumliche Größen werden in Millimetern, Zentimetern und Kilometern ausgedrückt, und Zeit – in Sekunden, Minuten, Stunden, Jahre.

Grundlegende Weltkonstanten bestimmen das Ausmaß der hierarchischen Struktur der Materie in unserer Welt. Es liegt auf der Hand, dass eine relativ kleine Veränderung in ihnen zur Bildung einer qualitativ anderen Welt führen sollte, in der die Bildung derzeit bestehender Mikro-, Makro- und Megastrukturen und im Allgemeinen hochorganisierter Formen lebender Materie unmöglich werden würde. Ihre bestimmten Bedeutungen und Beziehungen zwischen ihnen sorgen im Wesentlichen für die strukturelle Stabilität unseres Universums. Daher hat das Problem scheinbar abstrakter Weltkonstanten globale ideologische Bedeutung.

Kapitel I. Materie

Materie ist unendliche Menge alle auf der Welt existierenden Objekte und Systeme, das Substrat jeglicher Eigenschaften, Verbindungen, Beziehungen und Bewegungsformen. Materie umfasst nicht nur alle direkt beobachtbaren Objekte und Körper der Natur, sondern auch alle diejenigen, die im Prinzip durch die Verbesserung der Beobachtungs- und Experimentiermöglichkeiten in der Zukunft erkannt werden können.

Die Grundlage für Vorstellungen über die Struktur der materiellen Welt ist ein Systemansatz, nach dem jedes Objekt der materiellen Welt, sei es ein Atom, ein Planet, ein Organismus oder eine Galaxie, als komplexes Gebilde betrachtet werden kann, einschließlich seiner in Einzelteilen organisierten Bestandteile Integrität. Um die Integrität von Objekten in der Wissenschaft zu bezeichnen, wurde der Begriff eines Systems entwickelt.

Materie als objektive Realität umfasst nicht nur die Materie in ihren Vieren Aggregatzustände(fest, flüssig, gasförmig, Plasma), aber auch physikalische Felder (elektromagnetisch, gravitativ, nuklear usw.) sowie deren Eigenschaften, Beziehungen, Wechselwirkungsprodukte. Dazu gehört auch Antimaterie (eine Reihe von Antiteilchen: Positron oder Antielektron, Antiproton, Antineutron), die kürzlich von der Wissenschaft entdeckt wurde. Antimaterie ist keineswegs gleich Antimaterie. Antimaterie kann überhaupt nicht existieren.

Bewegung und Materie sind organisch und untrennbar miteinander verbunden: Es gibt keine Bewegung ohne Materie, genauso wie es keine Materie ohne Bewegung gibt. Mit anderen Worten: Es gibt keine unveränderlichen Dinge, Eigenschaften und Beziehungen auf der Welt. Manche Formen oder Typen werden durch andere ersetzt, verwandeln sich in andere – die Bewegung ist konstant. Frieden ist ein dialektisch verschwindender Moment im kontinuierlichen Prozess der Veränderung und des Werdens. Absoluter Frieden ist gleichbedeutend mit Tod oder vielmehr Nichtexistenz. Sowohl Bewegung als auch Ruhe sind definitiv nur in Bezug auf einen bestimmten Bezugsrahmen festgelegt.

Bewegte Materie existiert im Wesentlichen in zwei Formen – im Raum und in der Zeit. Der Raumbegriff dient dazu, die Eigenschaften der Ausdehnung und Ordnung des Zusammenlebens materieller Systeme und ihrer Zustände auszudrücken. Es ist objektiv, universell und notwendig. Der Zeitbegriff legt die Dauer und Abfolge von Zustandsänderungen materieller Systeme fest. Zeit ist objektiv, unvermeidlich und irreversibel

Der Begründer der Auffassung, dass Materie aus einzelnen Teilchen besteht, war Demokrit.

Demokrit leugnete die unendliche Teilbarkeit der Materie. Atome unterscheiden sich voneinander nur in Form, Reihenfolge ihrer gegenseitigen Abfolge und Position im leeren Raum sowie in Größe und Schwerkraft, die von der Größe abhängt. Sie haben unendlich unterschiedliche Formen mit Vertiefungen oder Ausbuchtungen. In der modernen Wissenschaft gibt es viele Debatten darüber, ob die Atome von Demokrit physikalisch sind oder geometrische Körper Allerdings war Demokrit selbst noch nicht zur Unterscheidung zwischen Physik und Geometrie gelangt. Von diesen Atomen, die hineinziehen verschiedene Richtungen Aus ihrem „Wirbel“ entstehen naturgemäß durch die Zusammenführung einander ähnlicher Atome sowohl einzelne Gesamtkörper als auch die ganze Welt; Die Bewegung der Atome ist ewig und die Zahl der entstehenden Welten ist unendlich.

Eine für den Menschen zugängliche Welt objektive Realität wird ständig erweitert. Die konzeptionellen Ausdrucksformen der Idee von Strukturebenen der Materie sind vielfältig.

Die moderne Wissenschaft identifiziert drei Strukturebenen in der Welt.

Kapitel II. Strukturelle Organisationsebenen der Materie.

Mikro-, Makro-, Megawelten

Die Mikrowelt sind Moleküle, Atome, Elementarteilchen – die Welt extrem kleiner, nicht direkt beobachtbarer Mikroobjekte, deren räumliche Vielfalt auf 10-8 bis 10-16 cm geschätzt wird und deren Lebensdauer von unendlich bis 10-24 reicht S.

Die Megawelt besteht aus Planeten, Sternkomplexen, Galaxien, Metagalaxien – einer Welt enormer kosmischer Maßstäbe und Geschwindigkeiten, deren Entfernung in Lichtjahren und die Lebensdauer von Weltraumobjekten in Millionen und Abermilliarden Jahren gemessen wird.

Und obwohl diese Ebenen ihre eigenen spezifischen Gesetze haben, sind die Mikro-, Makro- und Megawelten eng miteinander verbunden.

Es ist klar, dass die Grenzen des Mikro- und Makrokosmos beweglich sind und es keinen getrennten Mikrokosmos und keinen getrennten Makrokosmos gibt. Natürlich werden Makroobjekte und Megaobjekte aus Mikroobjekten aufgebaut, und Makro- und Megaphänomene basieren auf Mikrophänomenen. Dies wird am Beispiel des Aufbaus des Universums aus wechselwirkenden Elementarteilchen im Rahmen der kosmischen Mikrophysik deutlich. Tatsächlich müssen wir das verstehen wir reden über nur um unterschiedliche Betrachtungsebenen der Materie. Mikro-, Makro- und Megagrößen von Objekten korrelieren miteinander als Makro/Mikro ~ Mega/Makro.

In der klassischen Physik gab es kein objektives Kriterium zur Unterscheidung eines Makroobjekts von einem Mikroobjekt. Dieser Unterschied wurde von M. Planck eingeführt: Wenn für das betrachtete Objekt die minimale Auswirkung darauf vernachlässigt werden kann, dann handelt es sich um Makroobjekte, wenn dies nicht möglich ist, handelt es sich um Mikroobjekte. Protonen und Neutronen bilden die Atomkerne. Atome verbinden sich zu Molekülen. Wenn wir uns weiter auf der Skala der Körpergrößen bewegen, dann sind es gewöhnliche Makrokörper, Planeten und ihre Systeme, Sterne, Galaxienhaufen und Metagalaxien, das heißt, wir können uns den Übergang von Mikro-, Makro- und Megagalaxien vorstellen Größe und in Modellen physikalischer Prozesse.

2.1 Mikrowelt

Demokrit stellte in der Antike die atomistische Hypothese über die Struktur der Materie auf, später im 18. Jahrhundert. wurde vom Chemiker J. Dalton wiederbelebt, der das Atomgewicht von Wasserstoff als eins nahm und die Atomgewichte anderer Gase damit verglich. Dank der Arbeiten von J. Dalton begann man, die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Atoms zu untersuchen. Im 19. Jahrhundert D.I. Mendelejew konstruierte ein System chemischer Elemente basierend auf ihrem Atomgewicht.

Die Geschichte der Erforschung der Struktur des Atoms begann 1895 mit der Entdeckung des Elektrons durch J. Thomson, einem negativ geladenen Teilchen, das Teil aller Atome ist. Da Elektronen negativ geladen sind und das Atom insgesamt elektrisch neutral ist, wurde angenommen, dass es neben dem Elektron ein positiv geladenes Teilchen gibt. Die Masse des Elektrons wurde mit 1/1836 der Masse eines positiv geladenen Teilchens berechnet.

Der Kern ist positiv geladen und die Elektronen sind negativ geladen. Anstelle der im Sonnensystem wirkenden Gravitationskräfte wirken sie im Atom elektrische Kräfte. Elektrische Ladung Atomkern, numerisch gleich Seriennummer im Periodensystem von Mendelejew wird durch die Summe der Ladungen der Elektronen ausgeglichen – das Atom ist elektrisch neutral.

Beide Modelle erwiesen sich als widersprüchlich.

Im Jahr 1913 wandte der große dänische Physiker N. Bohr das Prinzip der Quantisierung an, um das Problem der Struktur des Atoms und der Eigenschaften der Atomspektren zu lösen.

N. Bohrs Atommodell basierte auf dem Planetenmodell von E. Rutherford und der von ihm entwickelten Quantentheorie der Atomstruktur. N. Bohr stellte eine Hypothese über die Struktur des Atoms auf, die auf zwei Postulaten beruhte, die mit der klassischen Physik völlig unvereinbar sind:

1) In jedem Atom gibt es mehrere stationäre Zustände (in der Sprache des Planetenmodells mehrere stationäre Bahnen) von Elektronen, entlang derer ein Elektron existieren kann, ohne zu emittieren;

2) Wenn ein Elektron von einem stationären Zustand in einen anderen übergeht, gibt das Atom einen Teil der Energie ab oder absorbiert ihn.

Letztendlich ist es grundsätzlich unmöglich, die Struktur eines Atoms anhand der Vorstellung der Bahnen von Punktelektronen genau zu beschreiben, da solche Bahnen tatsächlich nicht existieren.

Die Theorie von N. Bohr stellt sozusagen die Grenze der ersten Stufe in der Entwicklung der modernen Physik dar. Dies ist der jüngste Versuch, die Struktur des Atoms auf der Grundlage der klassischen Physik zu beschreiben, ergänzt durch nur wenige neue Annahmen.

Es schien, dass die Postulate von N. Bohr einige neue, unbekannte Eigenschaften der Materie widerspiegelten, jedoch nur teilweise. Antworten auf diese Fragen wurden durch die Entwicklung der Quantenmechanik gewonnen. Es stellte sich heraus, dass das Atommodell von N. Bohr nicht wie zu Beginn wörtlich genommen werden sollte. Prozesse im Atom können grundsätzlich nicht in Form mechanischer Modelle in Analogie zu Ereignissen im Makrokosmos visuell dargestellt werden. Selbst die Konzepte von Raum und Zeit in der Form, wie sie in der Makrowelt existieren, erwiesen sich als ungeeignet, um mikrophysikalische Phänomene zu beschreiben. Das Atom der theoretischen Physiker wurde zunehmend zu einer abstrakten, nicht beobachtbaren Summe von Gleichungen.

2.2 Makrowelt

In der Geschichte der Naturwissenschaft lassen sich zwei Phasen unterscheiden: die vorwissenschaftliche und die wissenschaftliche.

Vorwissenschaftlich oder naturphilosophisch umfasst den Zeitraum von der Antike bis zur Entstehung der experimentellen Naturwissenschaften im 16.-17. Jahrhundert. Beobachtete Naturphänomene wurden auf der Grundlage spekulativer philosophischer Prinzipien erklärt.

Von größter Bedeutung für die weitere Entwicklung Naturwissenschaften Es gab ein Konzept der diskreten Struktur der Materie, den Atomismus, nach dem alle Körper aus Atomen bestehen – den kleinsten Teilchen der Welt.

Die wissenschaftliche Phase des Naturstudiums beginnt mit der Entstehung der klassischen Mechanik.

Da moderne wissenschaftliche Vorstellungen über die strukturellen Ebenen der Organisation der Materie im Zuge eines kritischen Überdenkens der Ideen der klassischen Wissenschaft entwickelt wurden und nur auf Objekte auf Makroebene anwendbar sind, müssen wir mit den Konzepten der klassischen Physik beginnen.

Die Entstehung wissenschaftlicher Ansichten über die Struktur der Materie geht auf das 16. Jahrhundert zurück, als G. Galilei den Grundstein für das erste physikalische Weltbild in der Geschichte der Wissenschaft legte – ein mechanisches. Er entdeckte das Trägheitsgesetz und entwickelte eine Methodik für eine neue Art der Naturbeschreibung – wissenschaftlich-theoretisch. Sein Wesen bestand darin, dass nur bestimmte physikalische und geometrische Merkmale identifiziert und Gegenstand wissenschaftlicher Forschung wurden.

I. Newton entwickelte unter Berufung auf die Werke Galileis eine strenge wissenschaftliche Theorie der Mechanik, die sowohl die Bewegung von Himmelskörpern als auch die Bewegung irdischer Objekte nach denselben Gesetzen beschreibt. Die Natur wurde als komplexes mechanisches System betrachtet.

Im Rahmen des von I. Newton und seinen Anhängern entwickelten mechanischen Weltbildes entstand ein diskretes (korpuskuläres) Modell der Realität. Materie wurde als materielle Substanz betrachtet, die aus einzelnen Teilchen – Atomen oder Korpuskeln – besteht. Atome sind absolut stark, unteilbar, undurchdringlich und zeichnen sich durch das Vorhandensein von Masse und Gewicht aus.

Ein wesentliches Merkmal der Newtonschen Welt war der dreidimensionale Raum der euklidischen Geometrie, der absolut konstant und immer in Ruhe ist. Zeit wurde als eine von Raum oder Materie unabhängige Größe dargestellt.

Bewegung wurde als Bewegung im Raum entlang kontinuierlicher Bahnen gemäß den Gesetzen der Mechanik betrachtet.

Das Ergebnis von Newtons Weltbild war das Bild des Universums als eines gigantischen und vollständig determinierten Mechanismus, in dem Ereignisse und Prozesse eine Kette voneinander abhängiger Ursachen und Wirkungen sind.

Der mechanistische Ansatz zur Beschreibung der Natur hat sich als äußerst fruchtbar erwiesen. In Anlehnung an die Newtonsche Mechanik entstanden die Hydrodynamik, die Elastizitätstheorie, die mechanische Wärmetheorie, die molekularkinetische Theorie und viele andere, mit denen die Physik enorme Erfolge erzielte. Allerdings gab es zwei Bereiche – optische und elektromagnetische Phänomene, die im Rahmen eines mechanistischen Weltbildes nicht vollständig erklärt werden konnten.

Neben der mechanischen Korpuskulartheorie wurde versucht, optische Phänomene auf grundsätzlich andere Weise, nämlich auf der Grundlage, zu erklären Wellentheorie. Die Wellentheorie stellte eine Analogie zwischen der Ausbreitung von Licht und der Bewegung von Wellen auf der Wasseroberfläche her Schallwellen in der Luft. Es wurde die Anwesenheit eines elastischen Mediums angenommen, das den gesamten Raum ausfüllt – eines leuchtenden Äthers. Basierend auf der Wellentheorie von X. Huygens gelang es, die Reflexion und Brechung von Licht zu erklären.

Ein weiterer Bereich der Physik, in dem sich mechanische Modelle als unzureichend erwiesen, war der Bereich elektromagnetischer Phänomene. Die Experimente des englischen Naturforschers M. Faraday und die theoretischen Arbeiten des englischen Physikers J. C. Maxwell zerstörten endgültig die Vorstellungen der Newtonschen Physik über diskrete Materie als einzige Art von Materie und legten den Grundstein für das elektromagnetische Weltbild.

Das Phänomen des Elektromagnetismus wurde vom dänischen Naturforscher H.K. entdeckt. Oersted, der als Erster die magnetische Wirkung elektrischer Ströme bemerkte. M. Faraday setzte seine Forschungen in dieser Richtung fort und entdeckte, dass eine vorübergehende Änderung der Magnetfelder einen elektrischen Strom erzeugt.

M. Faraday kam zu dem Schluss, dass das Studium der Elektrizität und Optik miteinander verbunden sind und ein einziges Fachgebiet bilden. Maxwell „übersetzte“ Faradays Feldlinienmodell in eine mathematische Formel. Das Konzept des „Kräftefeldes“ wurde ursprünglich als mathematisches Hilfskonzept entwickelt. J.C. Maxwell gab ihm eine physikalische Bedeutung und begann, das Feld als unabhängige physikalische Realität zu betrachten: „Ein elektromagnetisches Feld ist der Teil des Raums, der Körper enthält und umgibt, die sich in einem elektrischen oder magnetischen Zustand befinden.“

Basierend auf seinen Forschungen konnte Maxwell schlussfolgern, dass es Lichtwellen gibt Elektromagnetische Wellen. Die einzige Essenz von Licht und Elektrizität, die M. Faraday 1845 und J.K. Maxwell begründete es 1862 theoretisch und wurde 1888 vom deutschen Physiker G. Hertz experimentell bestätigt.

Also bis zum Ende des 19. Jahrhunderts. Die Physik ist zu dem Schluss gekommen, dass Materie in zwei Formen existiert: diskrete Materie und kontinuierliches Feld.

Als Folge späterer revolutionärer Entdeckungen in der Physik am Ende des letzten und Anfang dieses Jahrhunderts wurden die Vorstellungen der klassischen Physik über Materie und Feld als zwei qualitativ einzigartige Arten von Materie zerstört.

2.3 Megaworld

Die moderne Wissenschaft betrachtet die Megawelt oder den Weltraum als ein interagierendes und sich entwickelndes System aller Himmelskörper.

Die Konzepte „Universum“ und „Metagalaxie“ sind sehr ähnliche Konzepte: Sie charakterisieren dasselbe Objekt, jedoch in unterschiedlichen Aspekten. Der Begriff „Universum“ bezeichnet die gesamte existierende materielle Welt; Das Konzept der „Metagalaxie“ ist dieselbe Welt, jedoch aus der Sicht ihrer Struktur – als geordnetes Galaxiensystem.

Die Struktur und Entwicklung des Universums werden von der Kosmologie untersucht. Die Kosmologie als Zweig der Naturwissenschaften befindet sich an einer einzigartigen Schnittstelle von Wissenschaft, Religion und Philosophie. Kosmologische Modelle des Universums basieren auf bestimmten ideologischen Prämissen, und diese Modelle selbst haben große ideologische Bedeutung.

In der klassischen Wissenschaft gab es die sogenannte Steady-State-Theorie des Universums, nach der das Universum schon immer fast das gleiche war wie jetzt. Die Astronomie war statisch: Die Bewegungen von Planeten und Kometen wurden untersucht, Sterne wurden beschrieben, ihre Klassifizierungen wurden erstellt, was natürlich sehr wichtig war. Aber die Frage nach der Entwicklung des Universums wurde nicht aufgeworfen.

Moderne kosmologische Modelle des Universums basieren auf der Allgemeinen Relativitätstheorie von A. Einstein, nach der die Metrik von Raum und Zeit durch die Verteilung der Gravitationsmassen im Universum bestimmt wird. Seine Gesamteigenschaften werden durch die durchschnittliche Dichte der Materie und andere spezifische physikalische Faktoren bestimmt.

Einsteins Gravitationsgleichung hat nicht eine, sondern viele Lösungen, was die Existenz vieler kosmologischer Modelle des Universums erklärt.

Das erste Modell wurde 1917 von A. Einstein selbst entwickelt. Er lehnte die Postulate der Newtonschen Kosmologie über die Absolutheit und Unendlichkeit von Raum und Zeit ab. In Übereinstimmung mit A. Einsteins kosmologischem Modell des Universums Weltraum homogen und isotrop, die Materie ist darin im Durchschnitt gleichmäßig verteilt, die Anziehungskraft der Massen wird durch die universelle kosmologische Abstoßung ausgeglichen.

Die Existenz des Universums ist unendlich, d.h. hat keinen Anfang und kein Ende, und der Raum ist grenzenlos, aber endlich.

Universum in Kosmologisches Modell A. Einstein ist stationär, zeitlich unendlich und räumlich grenzenlos.

Im Jahr 1922 Der russische Mathematiker und Geophysiker A. A. Friedman lehnte das Postulat der klassischen Kosmologie über die stationäre Natur des Universums ab und erhielt eine Lösung für die Einstein-Gleichung, die das Universum mit „ausdehnendem“ Raum beschreibt.

Da die durchschnittliche Materiedichte im Universum unbekannt ist, wissen wir heute nicht, in welchem dieser Räume des Universums wir leben.

Im Jahr 1927 verband der belgische Abt und Wissenschaftler J. Lemaitre die „Ausdehnung“ des Weltraums mit Daten astronomische Beobachtungen. Lemaitre führte das Konzept des Beginns des Universums als Singularität (d. h. eines superdichten Zustands) und der Geburt des Universums als Urknall ein.

Die Ausdehnung des Universums gilt als wissenschaftlich belegte Tatsache. Nach theoretischen Berechnungen von J. Lemaître betrug der Radius des Universums in seinem ursprünglichen Zustand 10–12 cm, was in etwa dem Radius eines Elektrons entspricht, und seine Dichte betrug 1096 g/cm3. In einem singulären Zustand war das Universum ein Mikroobjekt von vernachlässigbarer Größe. Ausgehend vom anfänglichen singulären Zustand expandierte das Universum infolge des Urknalls.

Retrospektive Berechnungen beziffern das Alter des Universums auf 13–20 Milliarden Jahre. In der modernen Kosmologie wird der Klarheit halber die Anfangsphase der Entwicklung des Universums in „Epochen“ unterteilt.

Das Zeitalter der Hadronen. Schwere Teilchen, die starke Wechselwirkungen eingehen.

Die Ära der Leptonen. Lichtteilchen treten in elektromagnetische Wechselwirkung.

Photonen-Ära. Dauer 1 Million Jahre. Der Großteil der Masse – die Energie des Universums – stammt von Photonen.

Star-Ära. Tritt 1 Million Jahre nach der Geburt des Universums auf. Während des Sternzeitalters beginnt der Prozess der Bildung von Protosternen und Protogalaxien. Dann entfaltet sich ein grandioses Bild der Entstehung der Struktur der Metagalaxie.

In der modernen Kosmologie erfreut sich neben der Urknallhypothese auch das Inflationsmodell des Universums großer Beliebtheit, das die Entstehung des Universums berücksichtigt.

Befürworter des Inflationsmodells sehen eine Entsprechung zwischen den Stadien der kosmischen Evolution und den Stadien der Erschaffung der Welt, die im Buch Genesis in der Bibel beschrieben werden.

Gemäß der Inflationshypothese durchläuft die kosmische Entwicklung im frühen Universum mehrere Phasen.

Inflationsphase. Durch einen Quantensprung gelangte das Universum in einen Zustand angeregten Vakuums und dehnte sich in Abwesenheit von Materie und Strahlung nach einem Exponentialgesetz intensiv aus. In dieser Zeit wurden Raum und Zeit des Universums selbst geschaffen. Das Universum blähte sich von einer unvorstellbar kleinen Quantengröße von 10-33 auf unvorstellbar große 101000000 cm auf, was viele Größenordnungen größer ist als die Größe des beobachtbaren Universums – 1028 cm. Während dieser gesamten Anfangsperiode gab es weder Materie noch Strahlung das Universum.

Übergang vom Inflationsstadium zum Photonenstadium. Der Zustand des falschen Vakuums löste sich auf, die freigesetzte Energie führte zur Entstehung schwerer Teilchen und Antiteilchen, die nach ihrer Vernichtung einen starken Strahlungsblitz (Licht) erzeugten, der den Raum erleuchtete.

Anschließend verlief die Entwicklung des Universums vom einfachsten homogenen Zustand zur Schaffung immer komplexerer Strukturen – Atome (ursprünglich Wasserstoffatome), Galaxien, Sterne, Planeten, Synthese schwere Elemente in den Tiefen der Sterne, einschließlich derjenigen, die für die Entstehung des Lebens, die Entstehung des Lebens und als Krone der Schöpfung des Menschen notwendig sind.

Der Unterschied zwischen den Stadien der Entwicklung des Universums im Inflationsmodell und im Urknallmodell betrifft nur das Anfangsstadium in der Größenordnung von 10–30 s, daher gibt es keine grundlegenden Unterschiede zwischen diesen Modellen im Verständnis der Stadien der kosmischen Evolution .

Das Universum ist auf verschiedenen Ebenen, von herkömmlichen Elementarteilchen bis hin zu riesigen Supergalaxienhaufen, durch seine Struktur gekennzeichnet. Die moderne Struktur des Universums ist das Ergebnis der kosmischen Evolution, bei der Galaxien aus Protogalaxien, Sterne aus Protosternen und Planeten aus protoplanetaren Wolken entstanden.

Eine Metagalaxie ist eine Ansammlung von Sternsystemen – Galaxien, und ihre Struktur wird durch ihre Verteilung im Raum bestimmt, der mit extrem verdünntem intergalaktischem Gas gefüllt und von intergalaktischen Strahlen durchdrungen ist.

Nach modernen Konzepten zeichnet sich eine Metagalaxie durch eine zelluläre (maschige, poröse) Struktur aus. Es gibt riesige Weltraumvolumina (in der Größenordnung von einer Million Kubikmegaparsec), in denen Galaxien noch nicht entdeckt wurden.

Das Alter der Metagalaxie liegt nahe am Alter des Universums, da die Bildung der Struktur in der Zeit nach der Trennung von Materie und Strahlung erfolgt. Nach modernen Daten wird das Alter der Metagalaxie auf 15 Milliarden Jahre geschätzt.

Eine Galaxie ist ein riesiges System, das aus Ansammlungen von Sternen und Nebeln besteht, die im Weltraum eine ziemlich komplexe Konfiguration bilden.

Aufgrund ihrer Form werden Galaxien herkömmlicherweise in drei Typen eingeteilt: elliptische, spiralförmige und unregelmäßige.

Elliptische Galaxien – haben die räumliche Form eines Ellipsoids mit in unterschiedlichen Graden Aufgrund der Kompression sind sie am einfachsten aufgebaut: Die Verteilung der Sterne nimmt vom Zentrum aus gleichmäßig ab.

Spiralgalaxien– präsentiert in Spiralform, einschließlich Spiralzweigen. Dies ist der zahlreichste Galaxientyp, zu dem auch unsere Galaxie gehört - die Milchstrasse.

Unregelmäßige Galaxien haben keine eindeutige Form; ihnen fehlt ein zentraler Kern.

Die ältesten Sterne, deren Alter dem Alter der Galaxie nahe kommt, konzentrieren sich im Kern der Galaxie. In der galaktischen Scheibe befinden sich mittelalte und junge Sterne.

Sterne und Nebel innerhalb der Galaxie bewegen sich auf ziemlich komplexe Weise, zusammen mit der Galaxie sind sie an der Expansion des Universums beteiligt, außerdem sind sie an der Rotation der Galaxie um ihre Achse beteiligt.

Sterne. An moderne Bühne Während der Entwicklung des Universums befindet sich die darin enthaltene Materie überwiegend in einem stellaren Zustand. 97 % der Materie in unserer Galaxie ist in Sternen konzentriert, bei denen es sich um riesige Plasmaformationen unterschiedlicher Größe, Temperatur und mit unterschiedlichen Bewegungseigenschaften handelt. Viele, wenn nicht die meisten anderen Galaxien haben „Sternmaterie“, die mehr als 99,9 % ihrer Masse ausmacht.

Das Alter von Sternen variiert in einem ziemlich breiten Wertebereich: von 15 Milliarden Jahren, was dem Alter des Universums entspricht, bis zu Hunderttausenden, dem jüngsten.

Die Geburt von Sternen erfolgt in Gasstaubnebeln unter dem Einfluss von Gravitations-, Magnet- und anderen Kräften, wodurch instabile Homogenitäten entstehen und diffuse Materie in eine Reihe von Kondensationen zerfällt. Bleiben solche Verdichtungen lange genug bestehen, verwandeln sie sich mit der Zeit in Sterne.

Im Endstadium der Evolution verwandeln sich Sterne in träge („tote“) Sterne.

Sterne existieren nicht isoliert, sondern bilden Systeme. Die einfachsten Sternsysteme – die sogenannten Mehrfachsysteme – bestehen aus zwei, drei, vier, fünf oder mehr Sternen, die sich um einen gemeinsamen Schwerpunkt drehen.

Sterne werden auch zu noch größeren Gruppen zusammengefasst – Sternhaufen, die eine „verstreute“ oder „kugelförmige“ Struktur haben können. Offene Sternhaufen bestehen aus mehreren Hundert Einzelsternen, Kugelsternhaufen aus vielen Hunderttausenden.

Das Sonnensystem ist eine Gruppe von Himmelskörpern, die sich in Größe und Größe sehr unterscheiden physikalische Struktur. Zu dieser Gruppe gehören: die Sonne, neun große Planeten, Dutzende Planetensatelliten, Tausende Kleinplaneten (Asteroiden), Hunderte Kometen und unzählige Meteoritenkörper, die sich sowohl in Schwärmen als auch in Form einzelner Teilchen bewegen.

Bis 1979 waren 34 Satelliten und 2000 Asteroiden bekannt. Alle diese Körper sind aufgrund der Gravitationskraft des Zentralkörpers – der Sonne – zu einem System vereint. Das Sonnensystem ist ein geordnetes System mit eigenen Strukturgesetzen. Die einheitliche Natur des Sonnensystems zeigt sich darin, dass sich alle Planeten in derselben Richtung und in nahezu derselben Ebene um die Sonne drehen. Die meisten Satelliten der Planeten drehen sich in die gleiche Richtung und in den meisten Fällen in der Äquatorialebene ihres Planeten. Die Sonne, die Planeten und die Satelliten der Planeten drehen sich um ihre Achsen in der gleichen Richtung, in der sie sich entlang ihrer Flugbahnen bewegen. Auch der Aufbau des Sonnensystems ist natürlich: Jeder nachfolgende Planet ist etwa doppelt so weit von der Sonne entfernt wie der vorherige.

Das Sonnensystem entstand vor etwa 5 Milliarden Jahren und die Sonne ist ein Stern der zweiten Generation. So entstand das Sonnensystem aus den Abfallprodukten von Sternen früherer Generationen, die sich in Gas- und Staubwolken ansammelten. Dieser Umstand gibt Anlass, das Sonnensystem als einen kleinen Teil des Sternenstaubs zu bezeichnen. Die Wissenschaft weiß weniger über den Ursprung des Sonnensystems und seine historische Entwicklung, als nötig ist, um eine Theorie der Planetenentstehung aufzustellen.

Moderne Konzepte Der Ursprung der Planeten des Sonnensystems beruht auf der Tatsache, dass nicht nur berücksichtigt werden muss mechanische Kräfte, aber auch andere, insbesondere elektromagnetische. Diese Idee wurde vom schwedischen Physiker und Astrophysiker H. Alfvén und dem englischen Astrophysiker F. Hoyle vertreten. Nach modernen Vorstellungen bestand die ursprüngliche Gaswolke, aus der die Sonne und die Planeten entstanden, aus ionisiertem Gas, das dem Einfluss elektromagnetischer Kräfte ausgesetzt war. Nachdem die Sonne durch Konzentration aus einer riesigen Gaswolke entstanden war, blieben kleine Teile dieser Wolke in sehr großer Entfernung von ihr zurück. Erdanziehungskraft begann, das verbleibende Gas zum entstehenden Stern – der Sonne – anzuziehen, aber sein Magnetfeld stoppte das fallende Gas in verschiedenen Entfernungen – genau dort, wo sich die Planeten befinden. Gravitations- und magnetische Kräfte beeinflusste die Konzentration und Kondensation des fallenden Gases und in der Folge entstanden Planeten. Wann haben die meisten große Planeten, wurde der gleiche Vorgang in kleinerem Maßstab wiederholt und so Satellitensysteme geschaffen.

Theorien über den Ursprung des Sonnensystems sind hypothetischer Natur und es ist unmöglich, die Frage ihrer Zuverlässigkeit im gegenwärtigen Stadium der wissenschaftlichen Entwicklung eindeutig zu klären. Alle bestehenden Theorien weisen Widersprüche und Unklarheiten auf.

Derzeit werden im Bereich der grundlegenden theoretischen Physik Konzepte entwickelt, nach denen objektiv vorzugehen ist existierende Welt ist nicht auf die materielle Welt beschränkt, die wir mit unseren Sinnen oder physischen Geräten wahrnehmen. Die Autoren dieser Konzepte kamen zu folgendem Schluss: Neben der materiellen Welt gibt es die Realität Auftrag von oben, die im Vergleich zur Realität der materiellen Welt einen grundlegend anderen Charakter hat.

Abschluss

Die Menschen haben lange versucht, eine Erklärung für die Vielfalt und Seltsamkeit der Welt zu finden.

Das Studium der Materie und ihrer Strukturebenen ist eine notwendige Voraussetzung für die Bildung einer Weltanschauung, unabhängig davon, ob diese letztlich materialistisch oder idealistisch ausfällt.

Es liegt auf der Hand, dass es sehr wichtig ist, den Begriff der Materie zu definieren, ihn als unerschöpflich für die Konstruktion eines wissenschaftlichen Bildes der Welt zu verstehen und das Problem der Realität und Erkennbarkeit von Objekten und Phänomenen der Mikro-, Makro- und Megawelt zu lösen .

Alle oben genannten revolutionären Entdeckungen in der Physik stellten bisher bestehende Weltanschauungen auf den Kopf. Die Überzeugung von der Universalität der Gesetze der klassischen Mechanik verschwand, weil die bisherigen Vorstellungen über die Unteilbarkeit des Atoms, die Konstanz der Masse, die Unveränderlichkeit chemischer Elemente usw. zerstört wurden. Nun ist es kaum noch möglich, einen Physiker zu finden, der glaubt, dass alle Probleme seiner Wissenschaft mit Hilfe mechanischer Konzepte und Gleichungen gelöst werden können.

Die Geburt und Entwicklung der Atomphysik zerstörte somit endgültig das bisherige mechanistische Weltbild. Aber Newtons klassische Mechanik verschwand nicht. Bis heute nimmt sie unter anderen Naturwissenschaften einen Ehrenplatz ein. Mit seiner Hilfe werden beispielsweise Bewegungen berechnet Künstliche Satelliten Erde, andere Weltraumobjekte usw. Heute wird es jedoch als Sonderfall der Quantenmechanik interpretiert, der auf langsame Bewegungen und große Objektmassen in der Makrowelt anwendbar ist.

Liste der verwendeten Literatur

1. Gorelov A.A. Konzepte der modernen Naturwissenschaft. – M.: Center, 1998. – 208 S.

2. Gorbatschow V.V. Konzepte der modernen Naturwissenschaft: Lehrbuch. Zuschuss für Universitätsstudenten. – M., 2005. – 672 S.

3. Karpenkov S.Kh. Konzepte der modernen Naturwissenschaft - M.: 1997.

4. Kvasova I.I. Lehrbuch für den Kurs „Einführung in die Philosophie“. M., 1990.

5. Lawrienko V.N. Konzepte der modernen Naturwissenschaft - M.: UNITI. 1997

Thema 3. Strukturelle Organisationsebenen der Materie in der Mikro-, Makro- und Megawelt.

Vorlesung 3.

1. Strukturelle Organisationsebenen der Materie; Mikro-, Makro- und Megawelten.

1. Strukturelle Organisationsebenen der Materie sind Mikro-, Makro- und Megawelten.

Die gesamte Vielfalt der der Menschheit bekannten Objekte und die für sie charakteristischen Phänomene werden üblicherweise in drei qualitativ unterschiedliche Bereiche unterteilt – Mikro-, Makro- und Megawelten. Es wurde (von K.Kh. Rakhmatullin) vorgeschlagen, zwei weitere Ebenen zu unterscheiden – die Hypowelt (Mikrowelt innerhalb der Mikrowelt) und die Hyperwelt (Supermegawelt). Allerdings sollten die letzten beiden Niveaus vorerst als hypothetisch betrachtet werden, da sie lediglich theoretisch vorhergesagt, aber noch nicht experimentell beobachtet oder zuverlässig nachgewiesen wurden.

Zurück zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Der deutsche Physiker M. Planck bestimmte die Grundkonstanten - Länge (10 -33 cm) und Zeit (10 -44 s), auch „Planck-Länge“ und „Planck-Zeit“ genannt. Dies ist mehr als eine Milliarde Mal kleiner als die Größe von Atomkernen (10 -13 cm), die selbst fünf Größenordnungen (10 5, also einhunderttausend Mal) kleiner sind als Atome, die durch Größen von 10 -8 gekennzeichnet sind cm. Es wird angenommen, dass dies im Bereich der Planck-Skalen nicht anwendbar ist allgemeine Theorie Relativitätstheorie und um physikalische Prozesse zu beschreiben, ist es notwendig, eine Quantentheorie der Schwerkraft zu erstellen. Dies weist nicht nur auf einen quantitativen, sondern auch auf einen qualitativen Unterschied zwischen der vermeintlichen Hypowelt und der zuverlässig etablierten Mikrowelt hin – der Welt der Atome und einer großen Familie (etwa vierhundert) sogenannter Elementarteilchen – Elektronen, Protonen, Neutronen usw. Im Bereich der tatsächlich experimentell untersuchten Welt messen Physiker Abmessungen von etwa 10 bis 16 cm (tausendmal kleiner als die Größe von Atomkernen).

Die Besonderheiten der Mikrowelt spiegeln sich am deutlichsten in Abschnitten der Physik wider, die auf der Quantenmechanik basieren, einschließlich der relativistischen Mechanik, die sowohl die Quantisierung als auch die Relativität (Relativität) von Prozessen in der Mikrowelt, ihre Struktur-, Raum-Zeit- und Energieeigenschaften berücksichtigt.

Zusammen mit der Vertiefung des Wissens im Bereich der Mikrowelt (Wissen über die Welt „in der Tiefe“) für die Wissenschaft des 20. Jahrhunderts. Sehr charakteristisch ist die schnelle Bewegung der Erkenntnis entlang der Linie der Vergrößerung der untersuchten Objekte, d.h. Wissen über die Welt „in der Breite“. In diesem Sinne ergänzt die Wissenschaft das Wissen über den den Menschen vertrauten terrestrischen Makrokosmos, der durch moderate Interaktionsgeschwindigkeiten und -energien gekennzeichnet ist, mit dem Wissen über die Megawelt – riesige Sternhaufen und Superhaufen im Vergleich zur terrestrischen Skala. Dies ist die Welt der Galaxien.

Das größte von der Wissenschaft festgestellte Objekt ist die Metagalaxie, die alle bekannten Galaxienhaufen umfasst. Seine Abmessungen betragen etwa 10 28 cm. Licht legt diese Strecke in 20 Milliarden Jahren mit einer Geschwindigkeit von 300.000 km/s zurück. Einige Wissenschaftler identifizieren die Metagalaxie mit dem Universum als Ganzes, aber immer mehr Wissenschaftler neigen zu der Annahme, dass es im Universum viele der Metagalaxie ähnliche Welten gibt. Die Idee einer Vielzahl von Megawelten führt zur Identifizierung einer neuen Ebene in der Struktur des Universums – der Hyperwelt.

Somit gibt es nun 5 Ebenen der materiellen Welt:

Hypowelt;

Mikrowelt;

Makrowelt;

Megawelt;

Hyperwelt.

Sie entsprechen Abständen von 10 -33 cm bis 10 -28 cm.

Wie wir sehen, das Thema moderne Wissenschaft Die Welt erstreckt sich über Entfernungen im Bereich von mehr als 60 Größenordnungen.

In diesem Rahmen sticht die Mikrowelt vor allem als Objekt der Quantenmechanik, die Makrowelt – als Objekt der klassischen Mechanik und die Megawelt – als Objekt der relativistischen Mechanik hervor.

Der Bereich des Makrokosmos umfasst diejenigen Prozesse, für die das Plancksche Wirkungsquantum (ħ = 6,62 · 10 -27 erg s) als vernachlässigbarer Infinitesimalwert angesehen werden kann, sowie die Lichtgeschwindigkeit Mit= 300.000 km/s – ein unendlich großer Wert, der es erlaubt, die Zeitdauer der Signalübertragung zu ignorieren und die Wechselwirkungen von Systemen als augenblicklich, als ob zeitlos zu betrachten.

Bei der Beschreibung der Megawelt müssen relativistische Effekte berücksichtigt werden – die Abhängigkeit der Größe von Objekten, die Dauer von Prozessen, die Gleichzeitigkeit oder Multitemporalität von Ereignissen im Bezugssystem, die Krümmung der Raumzeit, Veränderungen in seine Geometrie und Topologie und Dimension.

Makrowelt.

Der Makrokosmos wird durch die Newton-Galtley-Mechanik beschrieben. Die Newton-Galileo-Mechanik ist eine Synthese verschiedener methodischer Ansätze seiner Vorgänger.

Die Newtonsche Mechanik beschäftigt sich mit absolutem Raum und absoluter Zeit. Man geht davon aus, dass alles aus Atomen besteht und in seine Bestandteile zerlegt werden kann. Das Atom gilt als der primäre „Baustein“ der Materie, der unteilbar, unveränderlich und ewig ist. Das atomistische (korpuskuläre) Konzept beinhaltet die Idee der diskreten Struktur der Materie, weil es zusammen mit den Atomen das Vorhandensein von Leere zwischen ihnen akzeptiert.

In der Mechanik von Newton-_Galileo wurden drei Hauptpunkte des mechanistischen Konzepts des Ganzen und des Teils hervorgehoben:

Das Ganze wird als einfache Kombination von Elementen betrachtet. Es ist möglich, das Ganze zu zerlegen, in seine Elemente zu zerlegen, also das Komplexe auf das Einfache zu reduzieren;

Die Elemente des Ganzen gelten als unveränderlich, einfach, unteilbar;

Das Element innerhalb und außerhalb des Ganzen ist dasselbe. Dadurch entsteht die Vorstellung vom Wissensgegenstand als eigenständiger Entität mit seinen inhärenten Merkmalen und Eigenschaften, die nicht von den Wissensbedingungen und noch mehr von dem ihn erkennenden Subjekt abhängen.

Zweifellos kann das Element unter dem Einfluss anderer Elemente des Systems, die ein Element beeinflussen, eine Reihe seiner Eigenschaften ändern. Gleichzeitig wird in der klassischen Physik jedoch davon ausgegangen, dass dieser Aufprall kontrolliert wird und unter dem Gesichtspunkt einer strengen Ursache-Wirkungs-Bedingung der Auswirkungen des Aufpralls beurteilt werden kann.

Newton führt den Begriff der Kraft als absolutes Element ein. Echte absolute Bewegung kann im Gegensatz zur relativen Bewegung „nicht entstehen oder sich ändern, außer durch die Einwirkung von Kräften, die direkt auf den sich bewegenden Körper wirken.“ Newton gibt auch eine dynamische Interpretation der Körpermasse als individuelle Eigenschaft eines Körpers im Verhältnis zum leeren Raum, die mit diesem nicht identisch ist. Das heißt, Newtons Konzepte von „Kraft“ und „Masse“ sind sozusagen „supradimensionale“ Konzepte.

Newtons Mechanik basiert auf dem Relativitätsprinzip von Galileo. Galileis Relativitätsprinzip unterscheidet eine bestimmte Klasse von Bezugssystemen, die als Inertialsysteme bezeichnet werden. Trägheitssysteme sind Bezugssysteme, in denen das Trägheitsprinzip erfüllt ist (Erstens das Newtonsche Gesetz). Die allgemein akzeptierte Formulierung des ersten Newtonschen Gesetzes lautet wie folgt: „Es gibt Bezugssysteme, relativ zu denen jeder Körper seinen Bewegungszustand (Ruhezustand oder gleichförmige lineare Bewegung) beibehält, während die Wirkung aller Körper und Felder auf ihn kompensiert wird.“ ” Wenn wir mindestens ein solches Trägheitsbezugssystem haben, dann ist jedes andere Bezugssystem, das sich relativ zum ersten gleichmäßig und geradlinig bewegt, ebenfalls träge. Alle anderen Bezugssysteme werden als nichtinertial bezeichnet.

In Übereinstimmung mit dem Relativitätsprinzip von Galileo: „In allen Trägheitsbezugssystemen alle.“ physikalische Phänomene passieren genauso.“

Die Tatsache, dass die Beschleunigungen von Körpern relativ zu beiden Trägheitsbezugssystemen gleich sind, lässt den Schluss zu, dass die Gesetze der Mechanik, die die Ursache-Wirkungs-Beziehungen der Bewegung von Körpern bestimmen, in allen Trägheitsbezugssystemen gleich sind. Und das ist die Essenz des Relativitätsprinzips von Galileo.

Durch zeitliche Ableitungen kinematischer Parameter können wir Änderungen dieser Größen über unendlich kleine Zeiträume hinweg berücksichtigen. Gleichzeitig schien es selbstverständlich, dass diese unendlich kleinen Zeitintervalle, wie auch alle anderen Zeitintervalle, in beiden Bezugssystemen gleich sind.

Galileis Transformationen spiegeln unser alltägliches Verständnis der Invarianz (Konstanz) räumlicher und zeitlicher Skalen beim Übergang von einer Skala wider Inertialsystem zum anderen zählen.

In der Mechanik von Newton-_Galileo ist der Begriff des Zustands eines physikalischen Systems ein zentrales Element, ebenso wie in jeder physikalischen Theorie. Die Konzeption des Zustands eines physikalischen Systems ist die Hauptaufgabe der klassischen Mechanik. Dabei handelt es sich um eine Reihe von Daten, die die Besonderheit des betrachteten Objekts oder Systems charakterisieren dieser Moment Zeit. Es stellt sich heraus, dass die Naturgesetze allein nicht ausreichen, um das Verhalten eines Objekts zu beschreiben; es ist auch wichtig, die Anfangsbedingungen zu kennen, die den Zustand dieses Objekts im Anfangszeitpunkt beschreiben. Laut dem großen Mathematiker J. Wigner „liegt gerade in der klaren Trennung der Naturgesetze und der Anfangsbedingungen die erstaunliche Entdeckung des Newtonschen Zeitalters.“

Der Zustand eines physikalischen Systems ist eine spezifische Bestimmtheit des Systems, die seine Entwicklung im Laufe der Zeit eindeutig bestimmt. Um den Zustand des Systems festzulegen, ist es notwendig: 1) die Menge der physikalischen Größen zu bestimmen, die dieses Phänomen beschreiben und den Zustand des Systems charakterisieren – die Parameter des Systemzustands; 2) die Anfangsbedingungen des betrachteten Systems identifizieren (die Werte der Zustandsparameter zum Anfangszeitpunkt festlegen); 3) Wenden Sie die Bewegungsgesetze an, die die Entwicklung des Systems beschreiben.

Die Parameter, die die Zustände eines mechanistischen Systems charakterisieren, sind die Gesamtheit aller Koordinaten und Impulse der materiellen Punkte, aus denen dieses System besteht. Zustand festlegen Mechanisches System, was bedeutet, dass alle Koordinaten und Impulse aller materiellen Punkte angegeben werden. Die Hauptaufgabe der Dynamik besteht darin, bei Kenntnis des Anfangszustands des Systems und der Bewegungsgesetze (Newtons Gesetze) den Zustand des Systems zu allen folgenden Zeitpunkten eindeutig zu bestimmen, d. h. die Flugbahnen der Teilchen eindeutig zu bestimmen Bewegung. Die Bewegungstrajektorien werden durch Integration der Differentialgleichungen von Bewegung und Geber erhalten Gesamte Beschreibung Verhalten von Teilchen in der Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft, das heißt, sie zeichnen sich durch die Eigenschaften Determinismus und Reversibilität aus. Hier wird das Element des Zufalls völlig ausgeschlossen, alles ist im Voraus streng durch Ursache und Wirkung bestimmt. Man geht davon aus, dass es möglich ist, die Anfangsbedingungen absolut präzise einzustellen. Die genaue Kenntnis des Ausgangszustands des Systems und seiner Bewegungsgesetze bestimmt den Eintritt des Systems in einen vorgewählten, „erforderlichen“ Zustand.

Das Konzept der Kausalität in der klassischen Physik ist mit einem strengen Determinismus im Laplace-Geist verbunden – einem von Laplace verkündeten Grundprinzip und einem Bild, das im Zusammenhang mit diesem Prinzip in die Wissenschaft einging und als „Dämon von Laplace“ bezeichnet wird: „Wir müssen das Bestehende berücksichtigen.“ Zustand des Universums als Folge des vorherigen Zustands und als Ursache für die Folge. Ein Geist, der zu einem bestimmten Zeitpunkt alle in der Natur wirkenden Kräfte und die relativen Positionen aller ihrer Bestandteile kannte, würde, wenn er noch so groß wäre, alle diese Daten zu berücksichtigen, die Bewegungen in ein und derselben Formel zusammenfassen der größten Körper des Universums und der leichtesten Atome. Für ihn wäre nichts ungewiss, und die Zukunft würde wie die Vergangenheit vor seinen Augen stehen.“ So wird das transdisziplinäre Konzept der Naturwissenschaft in der klassischen Periode ihrer Entwicklung zu der Idee, dass nur dynamische Gesetze die Kausalität in der Natur vollständig widerspiegeln. Aus philosophischer Sicht können wir sagen, dass in dynamischen Theorien kein Platz für die gegenseitige Transformation von Notwendigkeit und Zufall ist. Der Zufall wird als eine Art lästiges Hindernis auf dem Weg zu einem echten Ergebnis verstanden und nicht als eine in der Realität manifestierte Notwendigkeit.

In der Newtonschen Mechanik interagieren Körper aus der Ferne und die Interaktion erfolgt sofort. Es ist diese augenblickliche Übertragung von Interaktionen, die die Nutzlosigkeit jedes Mediums bestimmt und das Prinzip der weitreichenden Wirkung bestätigt.

Newtons Mechanik -_Galilee verwendet Mathematik als Sprache der Naturwissenschaften.

Mikrowelt.

Atome. Ein Atom ist ein integrales nuklear-elektronisches System. Der Kern ist die Basis des Atoms und bestimmt sowohl die numerische Zusammensetzung der Elektronen im Atom als auch seine gesamte innere Struktur. Wenn im Stadium der Atombildung Hauptrolle Da die individuellen Eigenschaften des Kerns und der Elektronen eine Rolle spielen, wird das Verhalten der Elektronen innerhalb eines Atoms in erster Linie durch die Eigenschaften ihrer Quantenzustände, die Verteilung der Elektronen über Energieniveaus, Unterniveaus und einzelne „Zellen“ oder „Bahnen“ bestimmt. Jedes davon kann nicht mehr als zwei Elektronen enthalten.

Moleküle. Moleküle sind nach Atomen das nächste hochwertige Element.die Struktur und Entwicklung der Materie. Die moderne Naturwissenschaft betont die Integrität von Molekülen, die organische Einheit ihrer Bestandteile und charakterisiert die Bewegung von Molekülen als die Bewegung unabhängiger und Integrale Systeme und nicht als einfache Summe unterschiedlicher Bewegungen der einzelnen Teilchen, aus denen sie bestehen (Atome, Kerne und Elektronen). Jene Wechselwirkungen von Molekülen, die nicht mit einer Änderung ihrer Struktur (d. h. einer bestimmten Ordnung) einhergehen chemische Bindungen zwischen Atomen innerhalb von Molekülen) werden von der Physik untersucht und als physikalisch bezeichnet. Die Wechselwirkungen von Molekülen, die zu ihren qualitativen gegenseitigen Umwandlungen und zur Neuordnung ihrer inneren Bindungen führen, werden als chemisch bezeichnet und von der Chemie untersucht.

Das chemische Verhalten von Molekülen ist wie bei Atomen ihre individuelle Eigenschaft, die insbesondere durch ihre Zusammensetzung und Struktur bestimmt wird.

Megawelt.

Sterne. Sterne in einem normalen stationären Zustand sind heiße gasförmige kugelförmige Himmelskörper, die sich sowohl im hydrodynamischen als auch im thermischen Gleichgewicht befinden. Das hydrodynamische Gleichgewicht wird durch die Gleichheit der Gravitationskräfte und inneren Druckkräfte gewährleistet, die auf jedes Element der Sternmasse wirken. Das thermische Gleichgewicht entspricht der Gleichheit der aus dem Inneren des Sterns freigesetzten Energie und der von seiner Oberfläche emittierten Energie. 3veda sind, mit Ausnahme des nächsten, der Sonne, so weit von der Erde entfernt, dass sie selbst in den stärksten Teleskopen als leuchtende Punkte unterschiedlicher Helligkeit und Farbe sichtbar sind. Das wichtigste sichtbare Merkmal von Sternen ist ihre Helligkeit, die durch die Stärke der Strahlung des Sterns und die Entfernung zu ihm bestimmt wird. Die Hauptparameter des Zustands von Sternen sind Leuchtkraft, Masse und Radius. Ihre Zahlenwerte Es ist üblich, ihn in Solareinheiten auszudrücken.

Basierend auf dem Zustand der Materie in ihrem Inneren werden Sterne in drei Hauptgruppen eingeteilt: 1) normale Sterne, deren hydrostatisches Gleichgewicht durch den Druck des klassischen idealen Plasmas aufrechterhalten wird, das aufgrund der thermischen Ionisierung von Atomen entsteht, 2) Sterne Weiße Zwerge, 3) Neutron

Die Hauptstrahlungsquelle von Sternen ist die thermonukleare Fusionsreaktion. Nach der Verbrennung von Wasserstoff im Zentrum, der Kompression des Kerns und der Erhöhung seiner Temperatur ist bei ausreichend großer Masse des Sterns die Verbrennung immer schwererer Elemente möglich. Die meiste Zeit seines Lebens befindet sich ein Stern in einem stationären Zustand. Das Gleichgewicht von Sternen mit kontinuierlichem Energieverlust ist auf den starken Zeitunterschied der in ihnen ablaufenden Prozesse zurückzuführen. Eine Störung des mechanischen Gleichgewichts, beispielsweise ein Druckabfall in einem Stern, führt zu dessen Kompression und der Umwandlung eines Teils der Gravitationsenergie in Wärme.

Sterne variieren stark in ihrem scheinbaren Glanz. Dieses Merkmal wurde grundlegend für die Einteilung von Sternen in Klassen.

Sterne entstehen durch die Kondensation von interstellarem Staub und wasserstoffreichem Gas. Dann folgt eine lange Phase der Sternentwicklung.

Sterne, die aus einer einzigen Gas- und Staubwolke entstehen, bilden Sternhaufen. Es gibt Kugelsternhaufen, die aus alten Sternen bestehen, und offene Sternhaufen, die aus jungen Sternen (mit einem Alter von weniger als 60 Millionen Jahren) bestehen. Kugelsternhaufen befinden sich in den Zentren von Galaxien und verstreute befinden sich an der Peripherie.

Da die Sterne sehr weit von der Erde entfernt sind, erscheinen sie als stationäre Objekte am Himmel. Daher können sie als Orientierung im Raum genutzt werden. Um das Auswendiglernen und Verwenden zu erleichtern, sind die Sterne in 88 Sternbildern zusammengefasst. Unter ihnen werden 12 Sternbilder Tierkreiszeichen genannt. Tierkreis - Gürtel der Tiere. Von der Erde aus sieht es so aus, als ob die Sonne, die sich vor dem Hintergrund der Sterne bewegt, das ganze Jahr über diese Konstellationen durchläuft.

Alle Sterne in den Sternbildern sind mit Buchstaben benannt griechisches Alphabet und der Name des Sternbildes. Der hellste heißt Alpha, der zweithellste heißt Beta, der dritte ist Gamma usw. Manchmal erhalten Sterne persönliche Namen, vor allem gilt dies für die hellsten Sterne – Sirius, Canopus, Arcturus, Rigel, Beteigeuze, Antares usw.

Galaxien. Galaxien sind riesige Sternensysteme. Das Sternensystem, in dem sich unsere Sonne als gewöhnlicher Stern befindet, wird Galaxie genannt.

Das Erscheinungsbild von Galaxien ist äußerst vielfältig und einige von ihnen sind sehr malerisch. E. Hubble wählte die einfachste Methode zur Klassifizierung von Galaxien nach ihrem Aussehen, und es muss gesagt werden, dass, obwohl später von anderen bedeutenden Forschern vernünftige Vorschläge zur Klassifizierung gemacht wurden, das von Hubble abgeleitete ursprüngliche System immer noch die Grundlage für die Klassifizierung von Galaxien bleibt.

Hubble schlug vor, alle Galaxien in drei Haupttypen zu unterteilen:

1. Elliptisch (E – elliptisch).

2. Spirale (S - Spirale).

3. Unregelmäßig (I – unregelmäßig).

Elliptische Galaxien. Elliptische Galaxien sind vom Aussehen her die unbedeutendste Art von Galaxien. Sie sehen aus wie glatte Ellipsen oder Kreise, deren Helligkeit allgemein abnimmt, wenn sie sich vom Zentrum zur Peripherie bewegen. Der Helligkeitsabfall wird durch ein einfaches mathematisches Gesetz beschrieben, das von Hubble entdeckt wurde. In der Sprache der Astronomen klingt das so: Elliptische Galaxien haben konzentrische elliptische Isophoten, d.h. wenn man mit einer Linie alle Punkte des Galaxienbildes mit gleicher Helligkeit verbindet und solche Linien dafür konstruiert unterschiedliche Bedeutungen Helligkeit (ähnlich Linien konstanter Höhe auf topografische Karten), dann erhalten wir eine Reihe verschachtelter Ellipsen mit ungefähr derselben Form und einem gemeinsamen Mittelpunkt.

Elliptische Galaxien bestehen aus roten und gelben Riesensternen, roten und gelben Zwergen und einer Reihe weißer Sterne von nicht sehr hoher Helligkeit. Ihnen fehlen blau-weiße Überriesen und Riesen, deren Gruppen in Form heller Klumpen beobachtet werden können, die dem System Struktur verleihen; es gibt keine Staubmaterie, die in den Galaxien, in denen sie vorhanden ist, dunkle Streifen erzeugt, die das System beschatten Form des Sternensystems. Daher unterscheiden sich elliptische Galaxien äußerlich hauptsächlich in einem Merkmal – mehr oder weniger Kompression.

Spiralgalaxien. Spiralgalaxien sind möglicherweise die malerischsten Objekte im Universum und im Gegensatz zu elliptischen Galaxien ein Beispiel für dynamische Form. Ihre wunderschönen Zweige, die aus dem zentralen Kern hervortreten und außerhalb der Galaxie scheinbar ihre Konturen verlieren, weisen auf eine kraftvolle, schnelle Bewegung hin.

Unregelmäßige Galaxien. Die oben besprochenen Galaxientypen zeichneten sich durch Symmetrie der Form und einen bestimmten Charakter des Musters aus. Es gibt jedoch eine große Anzahl von Galaxien mit unregelmäßiger Form und ohne ein allgemeines Strukturmuster. Dies sind die sogenannten irregulären Galaxien, die als Irr bezeichnet werden.

Die unregelmäßige Form einer Galaxie kann darauf zurückzuführen sein, dass sie aufgrund der geringen Materiedichte oder ihres jungen Alters keine Zeit hatte, die richtige Form anzunehmen, und es ist auch möglich, dass die Verzerrung der Galaxie Die Form der Galaxie wird durch ihre Wechselwirkung mit einer anderen Galaxie verursacht.

Metagalaxie. Im Jahr 1981 wurde über die Entdeckung eines riesigen Weltraumbereichs von der Größe eines Superhaufens berichtet, in dem es fast keine einzelnen Galaxien oder deren Galaxienhaufen gab. Die Astronomen, die diese Region entdeckten, nannten sie „Leere“ und machten darauf aufmerksam, dass Kosmologen in der Lage sein sollten, die Abwesenheit von Galaxien auf die gleiche Weise wie ihre Anwesenheit zu erklären. Mittlerweile sind mehrere weitere Hohlräume bekannt, von denen der größte eine Größe von 2 Milliarden mal 1 Milliarde Lichtjahren hat. Mit diesen Entdeckungen kam die Erkenntnis, dass Galaxien nicht nur Objekte sind, die sich manchmal in Clustern ansammeln. Stattdessen stellt sich heraus, dass Galaxien zumindest in einigen Teilen des Universums ein Netzwerk mit großen Hohlräumen dazwischen bilden.

Eine Metagalaxie ist ein Zusammenschluss (Haufen) von Galaxien in etwa der gleichen Größenordnung wie die Galaxie für die Sterne unseres Systems. Wir sollten die Existenz anderer Metagalaxien annehmen.

Entwicklung der Metagalaxie, Galaxien und einzelner Sterne. Im gesamten 20. Jahrhundert, durch die Werke von A. Friedman, A. Einstein, E. Hubble, J. Lemaitre, GA. Gamow und andere Forscher entwickelten ein Konzept, nach dem sich die Metagalaxie im Prozess der Expansion befindet, der Zerstreuung von Galaxien von einem primären Zentrum, in dem unser Universum entstand. Es ist schwer zu sagen, was ihm vorausging. Es wird angenommen, dass das moderne Universum aus Materie entstand, die sich in einem besonders heißen, superdichten Zustand befand. Vor etwa 15 bis 20 Milliarden Jahren entstand dieser Materieklumpen, dieses „Primäratom“. , aus noch unklaren Gründen, schien zu explodieren und begann sich bei einem starken Temperaturabfall schnell auszudehnen. Während dieses bis heute andauernden Expansionsprozesses der Metagalaxie nahm ihre heute beobachtete Struktur Gestalt an.

Die Theorie des expandierenden Universums basiert auf der Interpretation der experimentell festgestellten Rotverschiebung der Spektrallinien von Galaxien als Folge des Doppler-Effekts, der die Rotverschiebung durch den Rückzug von Galaxien erklärt. Allerdings ist diese Interpretation nicht die einzige; in den letzten Jahrzehnten häuften sich immer mehr Zweifel an der Realität der Expansion des Universums. Evolution Raumfahrtsysteme ist zweifellos, aber man muss zwischen den objektiven Gesetzen der Evolution und ihren theoretischen Ausdrucksformen anhand verschiedener Modelle unterscheiden. Insbesondere das Phänomen der Rotverschiebung von Spektrallinien kann als Folge einer Abnahme der Energie und Eigenfrequenz von Photonen infolge der Wechselwirkung mit Gravitationsfeldern erklärt werden, wenn sich Licht über viele Millionen Jahre im intergalaktischen Raum bewegt.

Alle Weltraumobjekte – Sterne, Planeten, Galaxien – durchlaufen eine Evolution. Mittlerweile ist bekannt, dass sich gewöhnliche Sterne im Zuge der Veränderungen in die oben diskutierten sogenannten „Weißen Zwerge“, „Neutronensterne“ und „Schwarzen Löcher“ verwandeln.

Die Sternentstehung verläuft in folgenden Phasen:

1. Im ersten Stadium entsteht eine Gas- und Staubwolke, in der Gas- und Staubpartikel beginnen, sich gegenseitig anzuziehen.

2.Während des Prozesses dieser Anziehung beginnt sich die Wolke zu erwärmen.

3. Wenn die Temperatur im Kern des Sterns 10 Millionen Grad Celsius erreicht, beginnt eine thermonukleare Reaktion. Wasserstoff wird zu Helium, das von Strahlung in allen Teilen des Spektrums begleitet wird. Dank dieser Strahlung wird der Stern zu einem Stern, also zu einem sichtbaren kosmischen Objekt.

Nach dem Start thermonukleare Reaktion Ein Stern durchläuft die folgenden Stadien seiner Existenz:

normale oder gelbe Sterne. Sie befinden sich im Stadium des Wasserstoff-Burnouts. Beim Verbrennen von Wasserstoff entsteht ein Heliumkern, der durch eine Konvektions- und Strahlungszone von der Wasserstoffhülle getrennt ist;

Überriese oder Roter Riese. Der Heliumkern des Sterns zieht sich zusammen und die Größe des Sterns nimmt deutlich zu, da sich die Wasserstoffhülle vom Kern entfernt. Die Masse des Roten Riesen beginnt nicht nur aufgrund der Wasserstoffverbrennung, sondern auch aufgrund des Materieverlusts auf der äußeren Hülle des Sterns abzunehmen;

weißer Zwerg. Äußere Schicht ist erschöpft, löst sich im Weltraum auf und vom Stern bleibt nur noch der heiße Heliumkern übrig. Die gravitative Kompression des Kerns setzt sich fort. Die Oberfläche eines Weißen Zwergs hat zunächst eine sehr hohe Temperatur (bis zu Zehntausende Grad), kühlt dann aber schnell ab. Der Durchmesser des Weißen Zwergs beträgt nur 5-10.000 km, d.h. vergleichbar mit dem Durchmesser der Erde;

Neutronenstern. Die fortgesetzte Kompression des Kerns und die Beschleunigung der Rotation um seine Achse führen zur Verdichtung und zum Kollaps der Atome. Elektronen verbinden sich mit Protonen zu Neutronen. Ein Weißer Zwerg verwandelt sich in einen Neutronenstern. Die Größe eines solchen Sterns beträgt nur wenige Dutzend Kilometer (der Durchmesser von Moskau), die Rotationsgeschwindigkeit um seine Achse beträgt mehrere hundert Umdrehungen pro Minute. Die kolossale Dichte eines Neutronensterns führt zu einer solchen Krümmung des ihn umgebenden Raums, dass die Materie des Sterns dazu neigt, zu einem Punkt komprimiert zu werden;

schwarzes Loch. Die Massenkonzentration im Weltraum erreicht ein solches Ausmaß, dass ein Teelöffel 100 Millionen Tonnen Substanz enthalten würde. Alle Objekte und Strahlung, die sich in der Zone der Gravitationswirkung eines Schwarzen Lochs befinden, neigen dazu. Die Größe des Schwarzen Lochs beträgt 2-3 km; Das letzte Stadium der Existenz von Schwarzen Löchern ist die Explosion und Zerstreuung der Materie. In diesem Stadium kann die Existenz des Sterns als vollständig abgeschlossen betrachtet werden. Die Geschwindigkeit, mit der ein Stern die aufgeführten Existenzstadien durchläuft, hängt von seiner Größe ab. Große Sterne Durchlaufen Sie alle oben genannten Phasen schneller.

Megaworld-Konzepte.

Das Prinzip der Unerschaffbarkeit und Unzerstörbarkeit der Materie.

Es ist seit der Antike bekannt, dass nichts von nichts kommt. Jedes Objekt kann nur aus anderen Objekten entstehen. Absolute Leere als völlige Abwesenheit von Materie existiert nicht. Wenn es keine Substanz gibt, dann gibt es ein Feld; wenn es kein Feld gibt, dann existiert sein physikalisches Vakuum. Unter Vakuum versteht die moderne Physik einen besonderen Zustand der Materie und nicht das absolute „Nichts“. Beispielsweise ist ein Vakuum eines elektromagnetischen Feldes ein Zustand, in dem es keine Photonen gibt. Wenn also Physiker über die Möglichkeit des Entstehens von Materie aus einem Vakuum sprechen, bedeutet dies nicht, dass wir über das Entstehen von Materie aus dem Leeren sprechen. Die Argumente, dass im Universum zu einer bestimmten Zeiteinheit angeblich eine bestimmte Menge Materie aus dem „Nichts“ entsteht, können nur bedeuten, dass es sich um die Entstehung einer bekannten Substanz aus einer anderen, noch nicht etablierten Art von Materie handelt.

Das Prinzip der Nichtschöpfung und Unzerstörbarkeit der Materie und ihrer Eigenschaften findet ihren umfassenden Ausdruck in den physikalischen Erhaltungsgesetzen. Die Zahl der Privatgesetze zur Erhaltung individueller Merkmale körperlicher Bewegungsformen nimmt zu. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts. die Gesetze zur Erhaltung von Masse, Energie, elektrischer Ladung, Impuls und Drehimpuls waren bekannt. Jetzt wurden sie durch die Gesetze der Paritätserhaltung, der Fremdheit, der Baryonen- und Leptonladungen und anderer ergänzt. Die Entdeckung jedes Erhaltungssatzes ist untrennbar mit der Entstehung einer neuen grundlegenden Eigenschaft der Materie verbunden. Ein charakteristisches Merkmal von Naturschutzgesetzen besteht darin, dass sie in Form von Einschränkungen oder sogar kategorischen Verboten ausgedrückt werden können, was bedeutet, dass bestimmte Prozesse unter bestimmten Bedingungen nicht möglich sind.

Grundlegende Wechselwirkungen und Strukturvielfalt in der Mikro-, Makro- und Megawelt. Grundlegende Wechselwirkungen und Strukturvielfalt in der Mikro-, Makro- und Megawelt. Strukturebenen der Organisation der Materie

Einführung.

THEORETISCHER TEIL.

Mikro-, Makro- und Megawelten.

Mikrowelt.

Makrowelt.

Megawelt.

EIGENE FORSCHUNG.

Das Problem der Interaktion zwischen der Mega-, Makro- und Mikrowelt.

Groß und Klein.

Große und kleine in anderen Wissenschaften.

PRAKTISCHER TEIL.

Metafachschulung „Groß und Klein“ am interaktiven Whiteboard.

Abschluss

Referenzliste

Anhang 1.

Anlage 2.

Anhang 3.

Einführung

Kapitel I. Materie

Kapitel II. Strukturelle Organisationsebenen der Materie.

Mikro-, Makro-, Megawelten

2.1 Mikrowelt

2.2 Makrowelt

2.3 Megaworld

Abschluss

Liste der verwendeten Literatur

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Megawelt.

EIGENE FORSCHUNG.

Das Problem der Interaktion zwischen der Mega-, Makro- und Mikrowelt.

Groß und Klein.

Große und kleine in anderen Wissenschaften.

PRAKTISCHER TEIL.

Metafachschulung „Groß und Klein“ am interaktiven Whiteboard.

Abschluss

Referenzliste

Anhang 1.

Anlage 2.

Anhang 3.

Einführung

Kapitel I. Materie

Kapitel II. Strukturelle Organisationsebenen der Materie.

Mikro-, Makro-, Megawelten

2.1 Mikrowelt

2.2 Makrowelt

2.3 Megaworld

Abschluss

Liste der verwendeten Literatur

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