در علوم طبیعی مدرن، تمام اشیاء مادی اطراف ما به طور متعارف به جهان های خرد، کلان و بزرگ تقسیم می شوند. یکی از مفاهیم اصلی علوم طبیعی از وحدت همه سیستم های خرد، کلان و مگا جهان صحبت می کند. ما می توانیم در مورد یک مبنای مادی واحد برای منشاء همه سیستم های مادی در مراحل مختلف تکامل کیهان صحبت کنیم.

اشیاء مادی جهان خرد، کلان و ابرجهان نه تنها در ابعاد هندسی، بلکه در سایر خصوصیات کمی متفاوت هستند. به عنوان مثال، خورشید از تعداد زیادی ذره تشکیل شده است: 1056 هسته اتم هیدروژن و تقریباً به همان تعداد هسته اتم هلیوم.

خواص و ویژگی‌های اشیاء مادی جهان خرد و کلان توسط نظریه‌ها، اصول و قوانین مختلف توصیف می‌شوند.

هنگام توضیح فرآیندهای موجود در دنیای خرد از اصول و نظریه های مکانیک کوانتومی، آمار کوانتومی و ... استفاده می شود حرکت سیارات منظومه شمسیتوسط قانون گرانش جهانی و قوانین کپلر توصیف شده است. منشا و تکامل جهان بر اساس مجموعه ای از دانش علوم طبیعی، از جمله فیزیک ذرات، نظریه میدان کوانتومی، نظریه نسبیت و غیره توضیح داده شده است.

اجسام مادی تنها در صورتی یک سیستم یکپارچه را تشکیل می دهند که انرژی پیوند بین آنها از انرژی جنبشی هر یک از آنها بیشتر باشد. انرژی ارتباطی انرژی ای است که باید صرف شود تا سیستم به طور کامل به اجزای جداگانه آن "تجزیه شود". بزرگی انرژی اتصال سیستم های طبیعیدر سطوح مختلف سازماندهی ماده بستگی به نوع تعامل و ماهیت نیروهایی دارد که اشیاء مادی را در یک سیستم متحد می کند. برای مثال، وجود ستارگان، از جمله خورشید، برای میلیاردها سال توسط تعادل پایدار بین انرژی جاذبه گرانشی متقابل ذرات، تمایل به فشرده سازی ماده ستاره، و انرژی آنها تعیین می شود. حرکت حرارتی، منجر به از بین رفتن آن می شود. برهمکنش الکترومغناطیسی نقش یکپارچه کننده در اتم ها و مولکول ها ایفا می کند.

تفاوت قابل توجه بین اشیاء مادی جهان خرد و کلان در هویت ریز ذرات و فردیت سیستم های بزرگ نهفته است. برای ریز ذرات، اصل هویت رعایت می شود: حالات سیستمی از ذرات، که از یکدیگر با ترتیب مجدد ذرات در مکان ها به دست می آیند، در هیچ آزمایشی قابل تشخیص نیستند. چنین حالت هایی به عنوان یک حالت فیزیکی در نظر گرفته می شوند. این اصل مکانیک کوانتومی یکی از تفاوت های اصلی بین کلاسیک و مکانیک کوانتومی. در مکانیک کلاسیک، می توانید حرکت تک تک ذرات را در طول مسیرها دنبال کنید و بنابراین ذرات را از یکدیگر متمایز کنید. که در مکانیک کوانتومیذرات یکسان کاملاً عاری از فردیت هستند. با این حال، در طبیعت هیچ دو مگاسیستم کاملاً یکسان وجود ندارد - همه آنها فردی هستند. فردیت نیز می تواند خود را در سطح مولکولی. به عنوان مثال، مولکول ها الکل اتیلیکو دی متیل اتر دارای ترکیب اتمی و وزن مولکولی یکسان، اما خواص شیمیایی و فیزیکی متفاوتی هستند. به چنین موادی ایزومرهای شیمیایی می گویند. ایزومرهای هسته ای ناپایدار در همان ترکیبهسته ها نیمه عمر متفاوتی دارند.

نویسندگان:

دانش آموز کلاس نهم "الف"

آفاناسیوا ایرینا،

دانش آموز کلاس نهم "الف"

تاتارینتسوا آناستازیا

دانش آموز کلاس یازدهم "الف"

تارازانوف آرتمی;

ناظران علمی:

معلم علوم کامپیوتر و ICT

آبرودین الکساندر ولادیمیرویچ

معلم فیزیک،

شمرینا ناتالیا ماکسیموونا

جهان های خرد، کلان و مگا. 4

دنیای خرد. 5

دنیای ماکرو. 6

دنیای مگا. 8

تحقیق خود 10

مشکل تعامل بین دنیای بزرگ، کلان و خرد. 10

بزرگ و کوچک. 12

بزرگ و کوچک در سایر علوم. 14

بخش عملی 18

فرا موضوع جلسه آموزش"بزرگ و کوچک" با استفاده از تخته سفید تعاملی. 18

نتیجه 20

مراجع 21

پیوست 1. 22

پیوست 2. 23

پیوست 3. 25

معرفی.

بلز پاسکال
رشته تحصیلی.جهان یک راز ابدی است. مردم مدتهاست سعی کرده اند توضیحی برای تنوع و عجیب بودن جهان بیابند. علوم طبیعی که مطالعه جهان مادی را با ساده ترین اشیاء مادی آغاز کرده اند، به مطالعه پیچیده ترین اشیاء ساختارهای عمیق ماده فراتر از محدودیت های ادراک انسان و غیرقابل قیاس با اشیاء تجربه روزمره می پردازند.

موضوع مطالعه. در وسطXXقرن، ستاره شناس آمریکایی هارلو شپلی نسبت جالبی را پیشنهاد کرد:

در اینجا انسان، همان طور که بود، میانگین هندسی بین ستاره ها و اتم ها است. تصمیم گرفتیم این موضوع را از منظر فیزیک بررسی کنیم.

موضوع مطالعه. در علم، سه سطح از ساختار ماده وجود دارد: جهان خرد، جهان ماکرو و جهان بزرگ. معانی خاص و روابط بین آنها اساساً ثبات ساختاری جهان ما را تضمین می کند.

بنابراین، مسئله ثابت های جهان به ظاهر انتزاعی دارای اهمیت ایدئولوژیکی جهانی است. این هستارتباط کار ما.

هدف پروژه : جهان های میکرو، کلان و مگا را کاوش کنید، ویژگی ها و ارتباطات آنها را بیابید.

اهداف پروژه به شرح زیر تشکیل شدند:

• 
  مطالعه و تجزیه و تحلیل مطالب نظری؛
• 
  کشف قوانین حاکم بر اجسام بزرگ و کوچک در فیزیک.
• 
  ردیابی ارتباط بزرگ و کوچک در سایر علوم.
• 
  یک برنامه "بزرگ و کوچک" برای درس فرا موضوعی بنویسید;
• 
  مجموعه‌ای از عکس‌ها را جمع‌آوری کنید که تقارن جهان‌های خرد، کلان و مگا را نشان می‌دهد.
• 
  کتابچه ای با عنوان «جهان های خرد، کلان و مگا» بنویسید.

در ابتدای مطالعه مطرح کردیمفرضیه که در طبیعت تقارن وجود دارد.

اصلیروش های پروژهشروع به کار با ادبیات علمی عامه پسند، تحلیل مقایسه ایاطلاعات دریافتی، انتخاب و ترکیب اطلاعات، رواج دانش در این موضوع.

تجهیزات آزمایشی: تابلوی تعاملی

این اثر شامل یک مقدمه، بخش های نظری و عملی، یک نتیجه گیری، فهرست منابع و سه پیوست است. جلد کار پروژه– 20 صفحه (بدون پیوست).

بخش نظری.

علم از جایی شروع می شود که آنها شروع به اندازه گیری می کنند.

DI. مندلیف

جهان های خرد، کلان و مگا.

قبل از شروع مطالعه، تصمیم گرفتیم مطالب نظری را مطالعه کنیم تا ویژگی‌های دنیای خرد، کلان و مگا را مشخص کنیم. روشن است که مرزهای عالم خرد و کلان متحرک است و عالم صغیر و عالم کلان جداگانه وجود ندارد. طبیعتاً اجسام کلان و ابر اشیاء از خرد ساخته می شوند و پدیده های خرد اساس کلان و ابر پدیده ها هستند. در فیزیک کلاسیک هیچ معیار عینی برای تشخیص یک ماکرو از یک جسم خرد وجود نداشت. این تفاوت در سال 1897 توسط فیزیکدان نظری آلمانی M. Planck معرفی شد: اگر برای جسم مورد نظر می توان از حداقل تأثیر بر روی آن غفلت کرد، پس اینها ماکرو اجسام هستند، اگر این امکان پذیر نباشد، اینها میکرواشیاء هستند. اساس عقاید در مورد ساختار جهان مادی است رویکرد سیستم هاطبق آن، هر شیء جهان مادی، اعم از اتم، سیاره، ارگانیسم یا کهکشان، را می توان به عنوان یک شکل گیری پیچیده، شامل اجزای تشکیل دهنده به صورت یکپارچه در نظر گرفت.از دیدگاه علم، یک اصل مهم در تقسیم جهان مادی به سطوح، ساختار تقسیم بر اساس ویژگی های فضایی - اندازه ها است. علم تقسیم بر اندازه و مقیاس بزرگ و کوچک را شامل شده است. محدوده مشاهده شده از اندازه ها و فواصل به سه بخش تقسیم می شود که هر قسمت نشان دهنده دنیای جداگانه ای از اشیا و فرآیندها است. مفاهیم ابر، کلان و خرد در این مرحله از توسعه علوم طبیعی برای درک دنیای اطراف نسبی و راحت هستند. این مفاهیم احتمالاً در طول زمان تغییر می کنند، زیرا آنها هنوز کمی مطالعه شده اند. بارزترین ویژگی قوانین طبیعت این است که از آنها پیروی می کنند قانون ریاضیدقت با دقت بالا هر چه عمیق تر قوانین طبیعت را درک کنیم، بیشتر احساس می کنیم که جهان فیزیکی به نوعی ناپدید می شود و ما رو در رو با ریاضیات محض می مانیم، یعنی فقط با دنیای قوانین ریاضی سروکار داریم.

دنیای خرد.

ریزجهان مولکول ها، اتم ها، ذرات بنیادی است - دنیای ریز اجرام بسیار کوچک و غیر قابل مشاهده مستقیم، که بعد فضایی آن از 10 محاسبه می شود. 8 به 10 16 سانتی متر و طول عمر از بینهایت تا 10 است 24 با.

تاریخچه تحقیق. در دوران باستان، دموکریتوس فیلسوف یونان باستان، فرضیه اتمی ساختار ماده را مطرح کرد. به لطف کارهای دانشمند انگلیسی جی دالتون، آنها شروع به مطالعه کردند ویژگی های فیزیکوشیمیاییاتم در قرن 19 D. I. مندلیف این سیستم را ساخت عناصر شیمیاییبر اساس آنها وزن اتمی. در فیزیک، مفهوم اتم‌ها به‌عنوان آخرین عناصر ساختاری غیرقابل تقسیم ماده از شیمی سرچشمه می‌گیرد. در واقع، مطالعات فیزیکی اتم در پایان قرن نوزدهم آغاز شد، زمانی که فیزیکدان فرانسوی A. A. Becquerel پدیده رادیواکتیویته را کشف کرد که شامل تبدیل خود به خود اتم های برخی عناصر به اتم های عناصر دیگر بود. در سال 1895، جی تامسون الکترون را کشف کرد. از آنجایی که الکترون ها دارای بار منفی هستند و اتم به طور کلی از نظر الکتریکی خنثی است، فرض بر این بود که علاوه بر الکترون یک ذره با بار مثبت نیز وجود دارد. چندین مدل از ساختار اتم وجود داشت.

علاوه بر این، کیفیت‌های خاصی از اجسام ریز شناسایی شد که در حضور هر دو ویژگی جسمی (ذرات) و نور (امواج) بیان شد. ذرات بنیادی ساده ترین اجسام جهان خرد هستند که به صورت یک کل برهم کنش دارند. مشخصات اصلی ذرات بنیادی: جرم، بار، طول عمر متوسط، اعداد کوانتومی.

تعداد ذرات بنیادی کشف شده به سرعت در حال افزایش است. در پایان قرن بیستم، فیزیک به ایجاد یک سیستم نظری هماهنگ که ویژگی‌های ذرات بنیادی را توضیح می‌دهد، نزدیک شد. اصولی پیشنهاد شده است که امکان ارائه یک تحلیل نظری از انواع ذرات، تبدیل‌های متقابل آنها و ایجاد یک نظریه واحد از انواع برهم‌کنش‌ها را فراهم می‌کند.

Macroworld.

دنیای ماکرو، دنیای اشکال و مقادیر پایدار متناسب با انسان، و همچنین مجتمع‌های کریستالی مولکول‌ها، موجودات، اجتماعات موجودات است. دنیای اجسام کلان که ابعاد آن با مقیاس تجربه انسانی قابل مقایسه است: مقادیر مکانی در میلی متر، سانتی متر و کیلومتر و زمان - در ثانیه، دقیقه، ساعت، سال بیان می شود.

تاریخچه تحقیق. در تاریخ مطالعه طبیعت، دو مرحله را می توان تشخیص داد: پیش علمی و علمی، که دوره از دوران باستان تا قرن 16-17 را در بر می گیرد. پدیده های طبیعی مشاهده شده بر اساس مبانی نظری فلسفی تبیین شدند. مرحله علمی مطالعه طبیعت با شکل گیری مکانیک کلاسیک آغاز می شود. شکل گیری دیدگاه های علمی در مورد ساختار ماده به قرن شانزدهم برمی گردد، زمانی که G. Galileo پایه و اساس اولین تصویر فیزیکی از جهان در تاریخ علم - یک تصویر مکانیکی - را گذاشت. او نه تنها سیستم هلیوسنتریک N. Copernicus را اثبات کرد و قانون اینرسی را کشف کرد، بلکه روشی را برای روش جدیدی برای توصیف طبیعت - علمی و نظری - توسعه داد. I. نیوتن، بر اساس آثار گالیله، توسعه سخت نظریه علمیمکانیک، توصیف و حرکت اجرام آسمانیو حرکت اجسام زمینی با همین قوانین. طبیعت به عنوان یک سیستم مکانیکی پیچیده در نظر گرفته شد. ماده به عنوان یک ماده مادی متشکل از ذرات منفرد در نظر گرفته می شد. اتم ها قوی، تقسیم ناپذیر، غیرقابل نفوذ هستند که با وجود جرم و وزن مشخص می شود. یکی از ویژگی های اساسی جهان نیوتنی فضای سه بعدی هندسه اقلیدسی بود که کاملاً ثابت و همیشه در حال استراحت است. زمان به عنوان یک کمیت مستقل از فضا یا ماده ارائه شد. حرکت به عنوان حرکت در فضا در طول مسیرهای پیوسته مطابق با قوانین مکانیک در نظر گرفته شد. نتیجه این تصویر از جهان، تصویری از جهان به عنوان یک مکانیسم غول پیکر و کاملاً قطعی بود که در آن رویدادها و فرآیندها زنجیره ای از علل و اثرات وابسته به هم را نشان می دهند.

به دنبال مکانیک نیوتنی، هیدرودینامیک، نظریه الاستیسیته، نظریه مکانیکی گرما، نظریه جنبشی مولکولی و تعدادی دیگر ایجاد شد که در راستای آن فیزیک به موفقیت های عظیمی دست یافته است. با این حال، دو منطقه وجود دارد - نوری و پدیده های الکترومغناطیسی، که نمی توان آن را به طور کامل در چارچوب یک تصویر مکانیکی از جهان توضیح داد.

آزمایشات طبیعت شناس انگلیسی M. Faraday و کارهای نظریفیزیکدان انگلیسی جی سی ماکسول سرانجام ایده های فیزیک نیوتنی در مورد ماده گسسته را نابود کرد. تنها فرمماده و پایه تصویر الکترومغناطیسی جهان را بنا نهاد. پدیده الکترومغناطیس توسط طبیعت شناس دانمارکی H.K.Oersted کشف شد که اولین بار متوجه شد. عمل مغناطیسیجریان های الکتریکی با ادامه تحقیقات در این راستا، M. Faraday کشف کرد که یک تغییر موقت در میدان های مغناطیسی ایجاد می کند. برق. M. Faraday به این نتیجه رسید که مطالعه الکتریسیته و اپتیک به هم پیوسته اند و یک میدان واحد را تشکیل می دهند. آثار او نقطه شروعی برای تحقیقات جی سی ماکسول شد که شایستگی او در توسعه ریاضی ایده های M. Faraday در مورد مغناطیس و الکتریسیته نهفته است. ماکسول این مدل را "ترجمه" کرد خطوط برقفارادی به یک فرمول ریاضی. مفهوم "میدان نیرو" در ابتدا به عنوان یک ابزار کمکی توسعه یافت مفهوم ریاضی. جی سی ماکسول آن را داد معنای فیزیکیو شروع به در نظر گرفتن میدان به عنوان یک واقعیت فیزیکی مستقل کرد.

پس از آزمایش‌های جی. هرتز، سرانجام مفهوم میدان در فیزیک نه به عنوان یک ساختار ریاضی کمکی، بلکه به عنوان یک واقعیت فیزیکی موجود عینی، تثبیت شد. در نتیجه اکتشافات انقلابی بعدی در فیزیک در پایان قرن گذشته و آغاز این قرن، ایده های فیزیک کلاسیک در مورد ماده و میدان به عنوان دو نوع ماده از نظر کیفی منحصر به فرد از بین رفت.

دنیای مگا.

مگا جهان (سیارات، ستارگان، کهکشان ها) دنیایی از مقیاس ها و سرعت های عظیم کیهانی است که فاصله آن با سال نوری و طول عمر اجرام فضایی با میلیون ها و میلیاردها سال اندازه گیری می شود.

تمام کهکشان های موجود در سیستم بالاترین مرتبه - متاکهکشان گنجانده شده اند. ابعاد متا کهکشان بسیار بزرگ است: شعاع افق کیهانی 15-20 میلیارد سال نوری است.

تاریخچه تحقیق.مدل‌های کیهان‌شناسی مدرن کیهان مبتنی بر نظریه نسبیت عام انیشتین است که بر اساس آن متریک مکان و زمان با توزیع جرم‌های گرانشی در کیهان تعیین می‌شود. خواص آن به عنوان یک کل با چگالی متوسط ​​ماده و سایر عوامل فیزیکی خاص تعیین می شود. وجود جهان نامتناهی است، یعنی. آغاز و پایانی ندارد و فضا بی حد و حصر، اما متناهی است.

در سال 1929، ستاره شناس آمریکایی E.P. هابل وجود یک رابطه عجیب بین فاصله و سرعت کهکشان ها را کشف کرد: همه کهکشان ها از ما دور می شوند و با سرعتی که متناسب با فاصله افزایش می یابد - سیستم کهکشانی در حال گسترش است. انبساط کیهان یک واقعیت ثابت شده علمی در نظر گرفته می شود. طبق محاسبات نظری J. Lemaître، شعاع کیهان در حالت اولیه 10-12 سانتی متر بوده که از نظر اندازه نزدیک به شعاع یک الکترون است و چگالی آن 1096 گرم بر سانتی متر مکعب بوده است.

محاسبات گذشته نگر سن جهان را بین 13 تا 20 میلیارد سال تعیین می کند. فیزیکدان آمریکایی G.A. گامو پیشنهاد کرد که دمای ماده بالا بوده و با انبساط کیهان کاهش یافته است. محاسبات او نشان داد که جهان در تکامل خود می گذرد مراحل خاص، که طی آن تشکیل عناصر و ساختارهای شیمیایی رخ می دهد. در کیهان شناسی مدرن، برای وضوح، مرحله اولیه تکامل کیهان به "دوران" تقسیم می شود:

عصر هادرون ها. ذرات سنگینی که وارد فعل و انفعالات قوی می شوند.

عصر لپتون ها. ذرات نوری که وارد برهمکنش الکترومغناطیسی می شوند.

عصر فوتون مدت 1 میلیون سال ها. بخش عمده جرم - انرژی جهان - از فوتون ها می آید.

دوران ستاره. به قیمت 1 میلیون. سالها پس از تولد کیهان در دوران ستارگان، فرآیند شکل گیری پیش ستاره ها و پیش کهکشان ها آغاز می شود.

سپس تصویری باشکوه از شکل گیری ساختار متا کهکشان آشکار می شود.

در کیهان شناسی مدرن، همراه با فرضیه بیگ بنگ، مدل تورمی کیهان که خلقت کیهان را در نظر می گیرد، بسیار رایج است. ایده آفرینش توجیه بسیار پیچیده ای دارد و با کیهان شناسی کوانتومی مرتبط است. این مدل سیر تکامل کیهان را که از زمان 10 شروع می شود، توصیف می کند 45 s پس از شروع گسترش. طبق فرضیه تورم، تکامل کیهانی در جهان اولیهمراحل مختلفی را طی می کند.

تفاوت بین مراحل تکامل کیهان در مدل تورمی و مدل بیگ بنگ فقط مربوط به مرحله اولیه مرتبه 10 است. 30 ج، علاوه بر این، تفاوت های اساسی در درک بین این مدل ها وجود دارد. جهان در سطوح مختلف، از ذرات بنیادی معمولی گرفته تا ابرخوشه های غول پیکر کهکشانی، با ساختار مشخص می شود. ساختار مدرن کیهان نتیجه تکامل کیهانی است که طی آن کهکشان ها از پیش کهکشان ها، ستارگان از پیش ستاره ها و سیارات از ابرهای پیش سیاره ای تشکیل شدند.

اولین تئوری های منشا منظومه شمسی توسط فیلسوف آلمانی I. Kant و ریاضیدان فرانسوی P. S. Laplace ارائه شد. بر اساس این فرضیه، منظومه سیارات اطراف خورشید در نتیجه نیروهای جاذبه و دافعه بین ذرات ماده پراکنده (سحابی) واقع در حرکت چرخشیاطراف خورشید

تحقیق خود

مشکل تعامل بین دنیای بزرگ، کلان و خرد.

تمایل به مطالعه یک جسم زنده،
برای درک روشنی از او،
دانشمند ابتدا روح را بیرون می کند،
سپس جسم به قطعات تقسیم می شود
و او آنها را می بیند، اما حیف است: ارتباط معنوی آنها
در همین حال، او ناپدید شد، پرواز کرد!
گوته
قبل از اینکه به بررسی بیشتر بپردازیم، باید مقیاس های زمانی و مکانی کیهان را ارزیابی کنیم و به نحوی آنها را با جایگاه و نقش انسان در تصویر کلی جهان مرتبط کنیم. بیایید سعی کنیم مقیاس های برخی را با هم ترکیب کنیم اشیاء معروفو پردازش به یک نمودار واحد (شکل 1)، که در آن زمان مشخصه در سمت چپ، و اندازه مشخصه در سمت راست ارائه شده است. در گوشه سمت چپ پایین شکل، حداقل مقیاس زمانی که معنای فیزیکی دارد نشان داده شده است. این فاصله زمانی برابر با 10 است 43 s زمان پلانک ("کرونون") نامیده می شود. این بسیار کوتاهتر از طول مدت تمام فرآیندهای شناخته شده برای ما است، از جمله فرآیندهای بسیار کوتاه مدت فیزیک ذرات بنیادی (به عنوان مثال، طول عمر ذرات رزونانسی با کمترین عمر حدود 10 است. 23 با). نمودار بالا مدت زمان برخی را نشان می دهد فرآیندهای شناخته شده، تا سن کیهان.

اندازه اشیاء فیزیکی در شکل از 10 متغیر است 15 متر (اندازه مشخصه ذرات بنیادی) تا 10 27 متر (شعاع جهان قابل مشاهده، تقریباً مطابق با سن آن ضرب در سرعت نور). ارزیابی موقعیتی که ما انسان ها در نمودار داریم، جالب است. در مقیاس اندازه، ما جایی در وسط هستیم، نسبت به طول پلانک بسیار بزرگ هستیم (و چندین مرتبه بزرگتر از اندازه ذرات بنیادی)، اما در مقیاس کل جهان بسیار کوچک هستیم. از سوی دیگر، در مقیاس زمانی فرآیندها، طول عمر یک انسان بسیار خوب به نظر می رسد و می توان آن را با سن کیهان مقایسه کرد! مردم (و به ویژه شاعران) دوست دارند از زودگذر بودن وجود انسان شکایت کنند، اما جایگاه ما در جدول زمانی رقت انگیز و ناچیز نیست. البته، باید به خاطر داشته باشیم که هر آنچه گفته شد به "مقیاس لگاریتمی" اشاره دارد، اما استفاده از آن با در نظر گرفتن چنین محدوده های عظیمی از مقادیر کاملاً موجه به نظر می رسد. به عبارت دیگر، تعداد زندگی انسان‌هایی که با عصر کیهان مطابقت دارند، بسیار کمتر از تعداد دفعات پلانک (یا حتی طول عمر ذرات بنیادی) است که در طول عمر یک فرد قرار می‌گیرد. در اصل، ما ساختارهای نسبتاً پایداری از کیهان هستیم. در مورد مقیاس های فضایی، ما واقعاً جایی در وسط مقیاس هستیم، در نتیجه به ما این فرصت داده نمی شود که در احساسات مستقیم اجسام نه خیلی بزرگ و نه خیلی کوچک دنیای فیزیکی اطراف خود را درک کنیم.

پروتون ها و نوترون ها هسته اتم ها را تشکیل می دهند. اتم ها با هم ترکیب می شوند و مولکول ها را تشکیل می دهند. اگر در امتداد مقیاس اندازه‌های بدن بیشتر حرکت کنیم، آن‌گاه آنچه در پی می‌آید کلان بدن‌های معمولی، سیارات و منظومه‌های آنها، ستارگان، خوشه‌های کهکشان‌ها و فراکهکشان‌ها هستند، یعنی می‌توانیم گذار از میکرو، کلان و مگا را تصور کنیم. اندازه و در مدل های فرآیندهای فیزیکی.

بزرگ و کوچک.

شاید این الکترون ها -
جهان هایی با پنج قاره
هنر، دانش، جنگ، تاج و تخت
و خاطره چهل قرن!
هنوز، شاید، هر اتم -
کیهانی با صد سیاره
هر چیزی که اینجاست، در حجم فشرده، آنجاست
اما همچنین آنچه اینجا نیست.
والری بریوسوف

دلیل اصلی تقسیم قوانین فیزیکی به دو بخش "بزرگ" و "کوچک" این است که قوانین کلی فرآیندهای فیزیکی در مقیاس های بسیار بزرگ و بسیار کوچک بسیار متفاوت به نظر می رسند. هیچ چیز به اندازه اسرار زمان و مکان انسان را به طور مداوم و عمیق هیجان زده نمی کند. هدف و معنای دانش درک مکانیسم های پنهان طبیعت و جایگاه ما در جهان هستی است.

شپلی ستاره شناس آمریکایی نسبت جالبی را پیشنهاد کرد:

x در این نسبت شخصی است که به طور معمول، میانگین هندسی بین ستاره ها و اتم ها است.

در هر دو طرف ما بی نهایتی تمام نشدنی است. ما نمی توانیم تکامل ستارگان را بدون مطالعه هسته اتم درک کنیم. ما نمی توانیم نقش ذرات بنیادی در جهان را بدون آگاهی از تکامل ستارگان درک کنیم. ما، گویی، بر سر چهارراه جاده هایی ایستاده ایم که تا بی نهایت می روند. در یک جاده، زمان متناسب با سن کیهان است، در سوی دیگر آن را در فواصل کوچک ناپدید می‌کنند. اما هیچ جا با مقیاس زندگی انسان تناسبی ندارد. انسان می کوشد تا جهان را با تمام جزئیاتش، در محدوده دانستنی ها، با تکنیک ها و روش ها، از طریق مشاهده، تجربه و محاسبات ریاضی توضیح دهد. ما به مفاهیم و روش های تحقیقی نیاز داریم که به کمک آنها بتوان حقایق علمی را ثابت کرد. و برای ایجاد حقایق علمیدر فیزیک، عینی مشخصه کمیخواص اجسام و فرآیندهای طبیعی، مستقل از احساسات ذهنیشخص معرفی چنین مفاهیمی یک فرآیند ایجاد است زبان خاص- زبان علم فیزیک اساس زبان فیزیک مفاهیمی هستند که کمیت های فیزیکی نامیده می شوند. و هر کمیت فیزیکی باید اندازه گیری شود، زیرا بدون اندازه گیری کمیت های فیزیکی، فیزیک وجود ندارد.

و بنابراین، بیایید سعی کنیم بفهمیم کمیت فیزیکی چیست.کمیت فیزیکی- یک ویژگی فیزیکی یک شی مادی، پدیده فیزیکی، فرآیندی که می تواند به صورت کمی مشخص شود.مقدار کمیت فیزیکی- عدد، بردار مشخص کننده این کمیت فیزیکی، نشان دهنده واحد اندازه گیری است که بر اساس آن این اعداد یا بردار تعریف شده اند. اندازه یک کمیت فیزیکی اعدادی است که در مقدار یک کمیت فیزیکی ظاهر می شوند. اندازه گیری یک کمیت فیزیکی به معنای مقایسه آن با کمیت دیگری است که به طور معمول به عنوان یک واحد اندازه گیری پذیرفته شده است. کلمه روسی"قدر" معنای کمی متفاوت از کلمه انگلیسی"تعداد" در فرهنگ لغت اوژگوف (1990)، کلمه "قدر" به عنوان "اندازه، حجم، طول یک جسم" تفسیر شده است. بر اساس فرهنگ لغت اینترنت، کلمه "قدر" ترجمه شده است زبان انگلیسیدر فیزیک، 11 کلمه، که 4 کلمه از نظر معنی مناسب‌ترند: کمیت (پدیده فیزیکی، خاصیت)، ارزش (ارزش)، مقدار (کمیت)، اندازه (اندازه، حجم).

بیایید نگاهی دقیق تر به این تعاریف بیندازیم. به عنوان مثال، یک ویژگی مانند طول را در نظر بگیرید. در واقع برای توصیف بسیاری از اشیاء استفاده می شود. در مکانیک این طول مسیر، در برق طول هادی، در هیدرولیک طول لوله، در مهندسی گرمایش ضخامت دیواره رادیاتور و غیره است. اما مقدار طول برای هر یک از اشیاء فهرست شده متفاوت است. طول خودرو چندین متر، طول مسیر ریلی کیلومترها است و ضخامت دیواره رادیاتور را آسان‌تر به میلی‌متر می‌توان تخمین زد. بنابراین این ویژگی واقعاً برای هر جسم فردی است، اگرچه ماهیت طول در تمام مثال‌های ذکر شده یکسان است.

بزرگ و کوچک در سایر علوم.

ابدیت را در یک لحظه ببین

دنیایی عظیم در یک دانه شن،

در یک مشت - بی نهایت

و آسمان در جام گل است.

دبلیو بلیک

ادبیات.

کوچک و بزرگ در استفاده می شود ارزش کیفی: کوچک یا بزرگ قد، خانواده کوچک یا بزرگ، خویشاوندان. کوچک معمولاً در مقابل بزرگ است (اصل آنتی تز). ادبیات: ژانر کوچک (داستان کوتاه، داستان کوتاه، افسانه، افسانه، مقاله، طرح)

ضرب المثل ها و ضرب المثل های زیادی وجود دارد که از تقابل یا مقایسه کوچک با بزرگ استفاده می کنند. برخی از آنها را به یاد بیاوریم:

در نتایج کوچک با هزینه های بالا:

• 
  از یک ابر بزرگ، اما یک قطره کوچک.
• 
  گنجشک ها را از توپ شلیک کنید.

در بارهعذاب کوچک برای گناهان کبیره:

• 
  این مانند شلیک (سوزن) به فیل است.

کوچک در بزرگ:

• 
  قطره ای در دریا
• 
  سوزن در انبار کاه.

در عین حال می گویند:

• 
  مگس در مرهم بشکه عسل را خراب می کند.
• 
  شما نمی توانید یک موش را با یک شوک له کنید.
• 
  یک اشتباه کوچک منجر به یک فاجعه بزرگ می شود.
• 
  یک نشت کوچک می تواند یک کشتی بزرگ را نابود کند.
• 
  از یک جرقه کوچک آتش بزرگی شعله ور می شود.
• 
  مسکو از یک شمع پنی سوخت.
• 
  بهسیب سنگ را اسکنه می کند (تیز می کند).

زیست شناسی.

«انسان شامل هر آنچه در آسمان و زمین است، موجودات برتر و موجودات پست است».
کابالا

در طول وجود بشر، مدل های زیادی از ساختار جهان ارائه شده است. فرضیه های مختلفی وجود دارد که هر کدام موافقان و مخالفان خود را دارند. در دنیای مدرن هیچ مدل واحد، به طور کلی پذیرفته شده و قابل درک از جهان وجود ندارد. که در دنیای باستان، بر خلاف ما، یک مدل واحد از دنیای اطراف وجود داشت. جهان در نظر اجداد ما به شکل بدن انسان عظیمی به نظر می رسید. بیایید سعی کنیم منطقی را که اجداد "بدوی" ما به آن پایبند بودند درک کنیم:

• 
  بدن از اعضای بدن تشکیل شده است
• 
  اندام ها از سلول ها ساخته می شوند
• 
  سلول ها - از اندامک ها
• 
  اندامک ها - ساخته شده از مولکول ها
• 
  مولکول ها - ساخته شده از اتم ها
• 
  اتم ها از ذرات بنیادی تشکیل شده اند. (شکل 2).

بدن ما اینگونه طراحی شده است. بیایید فرض کنیم که جهان از عناصر مشابه تشکیل شده است. سپس، اگر اتم او را پیدا کنیم، فرصتی برای یافتن هر چیز دیگری وجود خواهد داشت. در سال 1911، ارنست رادرفورد پیشنهاد کرد که ساختار اتم مانند منظومه شمسی است. امروزه این یک مدل رد شده است، تصویر یک اتم در شکل. شکل 2 فقط قسمت مرکزی اتم را نشان می دهد. اکنون اتم و کل منظومه شمسی متفاوت به نظر می رسند. (شکل 3، 4)

البته تفاوت هایی وجود دارد - آنها نمی توانند وجود داشته باشند. این اشیا در شرایط کاملاً متفاوتی قرار دارند. دانشمندان در تلاش برای ایجاد یک نظریه یکپارچه هستند، اما نمی توانند ماکرو و جهان های خرد را به یک کل واحد متصل کنند.

می توان فرض کرد که اگر منظومه شمسی یک اتم است، پس کهکشان ما یک مولکول است. شکل های 5 و 6 را مقایسه کنید. فقط سعی نکنید شباهت کامل بین این اشیاء را پیدا کنید. حتی دو دانه برف یکسان در جهان وجود ندارد. هر اتم، مولکول، اندامک، سلول، اندام و شخص دارای ویژگی های فردی خاص خود است. تمام فرآیندهایی که در سطح مولکولی رخ می دهند مواد آلیبدن ما شبیه فرآیندهایی است که در سطح کهکشان ها اتفاق می افتد. تنها تفاوت در اندازه این اشیا و در مقیاس زمانی است. در سطح کهکشان، همه فرآیندها بسیار کندتر اتفاق می‌افتند.

"جزئیات" بعدی در این "ساختمان" باید ارگانوئید باشد. اندامک ها چیست؟ اینها سازندهایی با ساختار، اندازه و عملکردهای مختلف هستند که در داخل سلول قرار دارند. آنها از چند ده یا صدها مولکول مختلف تشکیل شده اند. اگر ارگانوئید موجود در سلول ما شبیه ارگانوئید موجود در کیهان کلان باشد، پس باید به دنبال خوشه هایی از کهکشان های مختلف در کیهان باشیم. چنین خوشه هایی وجود دارند و ستاره شناسان آنها را گروه یا خانواده کهکشان ها می نامند. کهکشان ما، کهکشان راه شیری، بخشی از خانواده محلی کهکشان ها است که شامل دو زیر گروه است:
1. زیر گروه کهکشان راه شیری (سمت راست)
2. زیر گروه سحابی آندرومدا (سمت چپ) (شکل 8).

شما نباید به برخی اختلافات در آرایش فضایی مولکول های ریبوزومی (شکل 8) و کهکشان های گروه محلی (شکل 9) توجه کنید. مولکول ها مانند کهکشان ها دائماً در یک حجم مشخص در حال حرکت هستند. ریبوزوم یک اندامک بدون پوسته (غشاء) است، بنابراین ما در محیط اطراف خود نمی بینیم. فضای بیرونیدیوار "متراکم" کهکشان ها. با این حال، ما پوسته سلول های کیهانی را نمی بینیم.

فرآیندهایی که در اندامک‌های ما اتفاق می‌افتد مشابه فرآیندهایی است که در گروه‌ها و خانواده‌های کهکشان‌ها اتفاق می‌افتد. اما در فضا، آنها بسیار کندتر از ما اتفاق می‌افتند. چیزی که در فضا به عنوان یک ثانیه درک می شود برای ما تقریباً ده سال از زندگی ما باقی می ماند!

هدف بعدی جستجو، سلول کیهانی بود. در بدن ما سلول های زیادی با اندازه ها، ساختارها و عملکردهای مختلف وجود دارد. اما تقریباً همه آنها وجه اشتراکی در سازمان خود دارند. آنها از یک هسته، سیتوپلاسم، اندامک ها و یک غشاء تشکیل شده اند. تشکیلات مشابهی در فضا وجود دارد.

خوشه‌های زیادی از کهکشان‌ها مشابه کهکشان‌های ما، و همچنین از نظر شکل و اندازه، وجود دارد. اما همه آنها در اطراف یک خوشه حتی بزرگتر از کهکشانها در مرکز صورت فلکی سنبله گروه بندی شده اند. این جایی است که هسته سلول کیهانی قرار دارد. اخترشناسان چنین ارتباطی از کهکشان ها را ابرخوشه می نامند. امروزه بیش از پنجاه ابرخوشه از کهکشان‌ها که از این قبیل سلول‌ها هستند، کشف شده‌اند. آنها در اطراف ابرخوشه کهکشان های ما قرار دارند - به طور یکنواخت در همه جهات.

تلسکوپ های مدرن هنوز به فراتر از این ابرخوشه های کهکشانی همسایه نفوذ نکرده اند. اما با استفاده از قانون قیاس که در زمان های قدیم به طور گسترده مورد استفاده قرار می گرفت، می توان فرض کرد که همه این ابرخوشه های کهکشانی (سلول ها) نوعی اندام را تشکیل می دهند و کلیت اندام ها خود بدن را تشکیل می دهند.

به همین دلیل است که بسیاری از دانشمندان این فرضیه را مطرح می کنند که جهان نه تنها شبیه بدن انسان است، بلکه هر فرد شبیه به کل جهان است.

بخش عملی

خلاقیت علمی و فنی جوانان -

راه رسیدن به جامعه دانش محور.
دانش آموز تجربه فیزیکی را درک می کند

فقط زمانی خوب است که خودش این کار را انجام دهد.

اما اگر خودش این کار را بکند بهتر می فهمد

دستگاه برای آزمایش

P.L.Kapitsa

جلسه آموزش متا موضوع "بزرگ و کوچک" با استفاده از تخته سفید تعاملی.

به من بگو فراموش می کنم.

به من نشان بده تا یادم بیاید.

بگذار خودم عمل کنم و یاد خواهم گرفت.

حکمت عامیانه چینی
اغلب عملکرد پایین با بی توجهی توضیح داده می شود که دلیل آن بی علاقگی دانش آموز است. استفاده كردنتخته سفید تعاملی،معلمان این فرصت را دارند که توجه کلاس را جلب کرده و با موفقیت از آنها استفاده کنند. هنگامی که متن یا تصویری روی تخته ظاهر می شود، چندین نوع حافظه به طور همزمان در دانش آموز تحریک می شود. ما می توانیم تا حد امکان کارآمد سازماندهی کنیم شغل دائمدانشجو به صورت الکترونیکی این امر به میزان قابل توجهی در زمان صرفه جویی می کند، رشد فعالیت ذهنی و خلاق را تحریک می کند و همه دانش آموزان کلاس را در کار خود مشارکت می دهد.

رابط برنامه بسیار ساده است، بنابراین درک آن دشوار نخواهد بود.

این برنامه از دو بخش تشکیل شده است: مواد کمکی و مجموعه ای از وظایف برای دانش آموزان.

در بخش برنامه

"مواد پشتیبان"

می توانید جداول مقادیر را پیدا کنید. مقیاس هایی که می تواند به کودکان در درک موضوع «نمایش» کمک کند. عکس ها و نمودارهای اجسام فیزیکی که از نظر شکل مشابه هستند اما در اندازه بسیار متفاوت هستند.

که درمجموعه وظایفمی توانید دانش دانش آموزان را از مبحث "بزرگ و کوچک" آزمایش کنید. در اینجا 3 نوع کار وجود دارد: ایجاد جدول (انتقال ردیف ها به سلول ها). سوالات مربوط به توده اجسام (در چه موقعیتی ترازو نصب خواهد شد)، سفارش مقادیر. خود برنامه می تواند بررسی کند که آیا وظایف به درستی انجام شده اند یا خیر و پیام مربوطه را روی صفحه نمایش می دهد.

نتیجه

چگونه جهان در حال تغییر است! و من خودم چقدر در حال تغییر هستم!
من را تنها با یک نام صدا می زنند.
در واقع، چیزی که آنها مرا صدا می کنند این است -
من تنها نیستم. تعداد ما زیاد است. من زنده ام...
پیوند به پیوند و شکل به شکل ...
N. Zabolotsky

نتایج به دست آمده در طول کار، نشان داد که تسلط تقارن در طبیعت، قبل از هر چیز، با نیروی گرانش اعمال شده در سراسر جهان توضیح داده می شود. عمل گرانش یا عدم وجود آن این واقعیت را توضیح می دهد که هم اجرام کیهانی شناور در کیهان و هم میکروارگانیسم های معلق در آب دارای بالاترین شکل تقارن هستند - کروی (با هر چرخشی نسبت به مرکز، شکل با خودش منطبق است). همه موجوداتی که در حالت چسبیده رشد می کنند یا در کف اقیانوس زندگی می کنند، یعنی موجوداتی که جهت گرانش آنها تعیین کننده است، دارای یک محور تقارن هستند (مجموعه تمام چرخش های ممکن در اطراف مرکز به مجموعه همه چرخش ها محدود می شود. حول محور عمودی). علاوه بر این، از آنجایی که این نیرو در همه جای جهان عمل می کند، بیگانگان فضایی فرضی نمی توانند هیولاهای شایعی باشند، همانطور که گاهی اوقات به تصویر کشیده می شوند، اما لزوما باید متقارن باشند.

بخش عملی کار ما برنامه "بزرگ و کوچک" برای یک درس آموزشی فرا موضوعی با استفاده از تخته سفید تعاملی بود.. با استفاده از یک تخته سفید تعاملی، می‌توانیم کارهای مستمر دانش‌آموز را به صورت الکترونیکی و تا حد امکان کارآمد سازماندهی کنیم. این امر به میزان قابل توجهی در زمان صرفه جویی می کند، رشد فعالیت ذهنی و خلاق را تحریک می کند و همه دانش آموزان کلاس را در کار خود مشارکت می دهد.

اثر شاملسه برنامه : 1) برنامه ای برای درس آموزشی فرا موضوعی در فیزیک با استفاده از تخته سفید تعاملی. 2) جزوه "آموزش دروس فیزیک "بزرگ و کوچک". 3) جزوه با عکس های منحصر به فرد"جهان های خرد، کلان و مگا".

کتابشناسی - فهرست کتب

1. 
   Vashchekin N.P., Los V.A., Ursul A.D. "مفاهیم علوم طبیعی مدرن"، M.: MGUK، 2000.
2. 
   گورلوف A.A. "مفاهیم علوم طبیعی مدرن"، M.: آموزش عالی, 2006.
3. 
   کوزلوف اف.وی. کتابچه راهنمای ایمنی در برابر پرتو - M.: Energoatom - انتشارات، 1991.
4. 
   Kriksunov E.A., Pasechnik V.V., Sidorin A.P., Ecology, M., Publishing House Bustard, 1995.
5. 
   Ponnamperuma S. "منشاء زندگی"، M.، میر، 1999.
6. 
   Sivintsev Yu.V. تشعشع و انسان. - م.: دانش، 1987.
7. 
   Khotuntsev Yu.M. اکولوژی و ایمنی محیطی. - م.: آسادما، 2002.
8. 
   گورلوف A.A. مفاهیم علوم طبیعی مدرن - م.: مرکز، 1998.
9. 
   گورباچف ​​V.V. مفاهیم علوم طبیعی مدرن: کتاب درسی. کمک هزینه برای دانشجویان دانشگاه – م.، 2005. – 672 ص.
10. 
    کارپنکوف اس.خ. مفاهیم علوم طبیعی مدرن - M.: 1997.
11. 
    کواسوا I.I. آموزشدرس «درآمدی بر فلسفه» م.، 1369.
12. 
    لاورینکو V.N. مفاهیم علوم طبیعی مدرن - M.: UNITI.
13. 
    L. Sh i f f, Sat. "جدیدترین مشکلات گرانش"، م.، 1961.
14. 
    Ya. B. Zeldovich, Vopr. کیهان، ج نهم، م.، 1963.
15. 
    B. Pontecorvo, Ya. Smorodinsky, JETP, 41, 239, 1961.
16. 
    B. Pontecorvo، Vopr. کیهان، ج نهم، م.، 1963.
17. 
    دبلیو پاولی، شنبه. "نیلز بور و توسعه فیزیک"، M.، 1958.
18. 
    آر. جوست. نشست "فیزیک نظری قرن بیستم"، م.، 1962.
19. 
    R. Marshak، E. Sudershan، مقدمه ای بر فیزیک ذرات بنیادی، M. 1962
20. 
    ای. گورشونوا،A. Tarazanov, I. Afanasyeva"سفر فضایی بزرگ"، 2011

پیوست 1.

کاربرگ درس فرا موضوعی با موضوع "بزرگ و کوچک"

با استفاده از تخته سفید تعاملی
این وسعت دنیای ستاره ها نیست که باعث تحسین می شود،

و مردی که آن را اندازه گرفت.

بلز پاسکال

کمیت فیزیکی - _____________________________________________________

_________________________________________________________________________
اندازه گیری یک کمیت فیزیکی - _________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

پیوست 2.

محدوده فواصل در کیهان

متر	فاصله
10 27	مرزهای کیهان
10 24	نزدیکترین کهکشان
10 18	نزدیکترین ستاره
10 13	فاصله زمین - خورشید
10 9	فاصله زمین - ماه
1	قد مرد
10 -3	دانه نمک
10 -10	شعاع اتم هیدروژن
10 -15	شعاع هسته اتم

محدوده فواصل زمانی در کیهان

با	زمان
10 18	سن کیهان
10 12	عصر اهرام مصر
10 9	متوسط ​​طول عمر انسان
10 7	یک سال
10 3	نور از خورشید به زمین می آید
1	فاصله بین دو ضربان قلب
10 -6	دوره نوسان امواج رادیویی
10 -15	دوره ارتعاش اتمی
10 -24	نور مسافتی برابر با اندازه هسته اتم را طی می کند

محدوده توده ها در کیهان

کیلوگرم	وزن
10 50	کائنات
10 30	آفتاب
10 25	زمین
10 7	کشتی اقیانوس
10 2	انسان
10 -13	یک قطره روغن
10 -23	اتم اورانیوم
10 -26	پروتون
10 -30	الکترون

برنج. 1. زمان و ابعاد مشخصه برخی از اشیاء و فرآیندهای کیهان.

پیوست 3.

. انسان. . اندام ها . سلول ها. . . . ارگانوئیدها مولکول ها. . اتم. . . ذرات اتم

شکل 2. ساختار بدن انسان

همانطور که می گویند، "تفاوت ها را پیدا کنید." نکته حتی در تشابه بیرونی این اشیاء نیست، هرچند بدیهی است. قبلاً الکترون ها را با سیارات مقایسه می کردیم، اما باید آنها را با دنباله دارها مقایسه می کردیم.

شکل 7. ساختار کیهان.

برنج. 12 بافت عصبی	برنج. 13 منظومه شمسی اولیه
برنج. 14 عکس از کیهان از یک تلسکوپهابل	برنج. 15 مرحله رشد سلول تک یاخته

برنج. 16 نمایش شماتیک یک سلول	برنج. 17 ساختار زمین	شکل 18 زمین

ضمیمه 4.

درس فرا موضوعی در فیزیک

هفته فیزیک و شیمی

هفته فیزیک و شیمی

درس فرا موضوعی در فیزیک، 8B

درس فرا موضوعی در فیزیک

گزارش عکس

گزارش عکس

NTTM ZAO 2012

جشنواره علمی سراسر روسیه 2011

استند "جهان های خرد، کلان و مگا"



"سفر فضایی بزرگ"




ایستاده "سفر فضایی بزرگ"

جزوه های ما

آکادمی

تست

در رشته "KSE"

با موضوع: " تعاملات اساسیو تنوع ساختارها در دنیای خرد، کلان و کلان"

معرفی. 3

فصل اول. ماده. 5

فصل دوم. سطوح ساختاری سازماندهی ماده. 7

دنیای میکرو، ماکرو، مگا... 7

2.1 دنیای کوچک. 8

2.2 Macroworld. 10

2.3 مگا ورلد. 13

نتیجه. 21

فهرست ادبیات مورد استفاده ... ۲۲

معرفی

علوم طبیعی با شروع مطالعه جهان مادی با ساده ترین اشیای مادی که مستقیماً توسط انسان درک می شود، به مطالعه پیچیده ترین اشیاء ساختارهای عمیق ماده فراتر از محدودیت های ادراک انسانی و غیرقابل قیاس با اشیاء می پردازد. تجربه روزمره با استفاده از رویکرد سیستمی، علم طبیعی به سادگی انواع سیستم های مادی را شناسایی نمی کند، بلکه ارتباطات و روابط آنها را آشکار می کند.

در علم، ساختار ماده سه سطح دارد:

ریزجهان (ذرات بنیادی، هسته‌ها، اتم‌ها، مولکول‌ها) دنیایی از ریز اجرام بسیار کوچک و غیرقابل مشاهده مستقیم است که تنوع مکانی آن‌ها از ده تا منهای هشتم تا ده تا منهای شانزدهم سانتی‌متر محاسبه می‌شود. طول عمر از بینهایت تا ده تا منفی بیست و چهارم ثانیه است.

دنیای ماکرو (ماکرومولکول ها، موجودات زنده، انسان، اشیاء فنی و غیره) دنیای ماکرو اشیاء است که ابعاد آن با مقیاس تجربه انسانی قابل مقایسه است: مقادیر مکانی بر حسب میلی متر، سانتی متر و کیلومتر بیان می شود، و زمان - در ثانیه، دقیقه، ساعت، سال.

مگا جهان (سیارات، ستارگان، کهکشان ها) دنیایی از مقیاس ها و سرعت های عظیم کیهانی است که فاصله آن با سال نوری و طول عمر اجرام فضایی با میلیون ها و میلیاردها سال اندازه گیری می شود.

ثابت های جهان بنیادی مقیاس ساختار سلسله مراتبی ماده را در جهان ما تعیین می کنند. بدیهی است که یک تغییر نسبتاً کوچک در آنها باید به شکل گیری جهانی کیفی متفاوت منجر شود که در آن شکل گیری خرد، کلان و ابرساختارهای موجود فعلی و به طور کلی اشکال بسیار سازمان یافته ماده زنده غیرممکن می شود. معانی معین و روابط بین آنها، در اصل، ثبات ساختاری جهان ما را تضمین می کند. بنابراین، مسئله ثابت های جهان به ظاهر انتزاعی دارای اهمیت ایدئولوژیکی جهانی است.

فصل اول. ماده

ماده است مجموعه بی نهایتتمام اشیاء و سیستم های موجود در جهان، زیرلایه هر ویژگی، اتصال، روابط و اشکال حرکت است. ماده نه تنها شامل تمام اشیاء و اجسام طبیعت قابل مشاهده مستقیم می شود، بلکه همه آنهایی را نیز در بر می گیرد که اصولاً در آینده بر اساس بهبود وسایل مشاهده و آزمایش می توان آنها را شناخت.

اساس ایده ها در مورد ساختار جهان مادی یک رویکرد سیستمی است که بر اساس آن هر شیء جهان مادی اعم از اتم، سیاره، ارگانیسم یا کهکشان را می توان به عنوان یک شکل گیری پیچیده در نظر گرفت، شامل اجزای تشکیل دهنده که به صورت سازماندهی شده اند. تمامیت. برای نشان دادن یکپارچگی اشیاء در علم، مفهوم یک سیستم توسعه یافت.

ماده به عنوان یک واقعیت عینی نه تنها ماده را در چهار آن شامل می شود حالت های تجمع(جامد، مایع، گاز، پلاسما)، بلکه میدان‌های فیزیکی (الکترومغناطیسی، گرانشی، هسته‌ای و غیره)، و همچنین خواص، روابط، محصولات متقابل آنها. همچنین شامل پادماده (مجموعه ای از پادذرات: پوزیترون، یا پادالکترون، آنتی پروتون، ضد نوترون) است که اخیراً توسط علم کشف شده است. پادماده به هیچ وجه پادماده نیست. ضد ماده اصلا نمی تواند وجود داشته باشد.

حرکت و ماده به طور ارگانیک و جدایی ناپذیر با یکدیگر پیوند دارند: هیچ حرکتی بدون ماده وجود ندارد، همانطور که هیچ ماده ای بدون حرکت وجود ندارد. به عبارت دیگر، هیچ چیز، خواص و روابط تغییر ناپذیری در جهان وجود ندارد. برخی از اشکال یا انواع با برخی دیگر جایگزین می شوند، به شکل های دیگر تبدیل می شوند - حرکت ثابت است. صلح لحظه ای است که از نظر دیالکتیکی در روند پیوسته تغییر و تبدیل شدن ناپدید می شود. آرامش مطلق مساوی است با مرگ یا بهتر بگوییم نیستی. هم حرکت و هم استراحت قطعاً فقط در رابطه با برخی چارچوب مرجع ثابت هستند.

ماده متحرک به دو شکل اصلی وجود دارد - در مکان و در زمان. مفهوم فضا در خدمت بیان ویژگی های گسترش و نظم همزیستی سیستم های مادی و حالات آنهاست. عینی، جهانی و ضروری است. مفهوم زمان مدت و توالی تغییرات در حالات سیستم های مادی را مشخص می کند. زمان عینی، اجتناب ناپذیر و برگشت ناپذیر است

بنیانگذار دیدگاه ماده به عنوان متشکل از ذرات گسسته، دموکریتوس بود.

دموکریتوس تقسیم پذیری نامتناهی ماده را انکار کرد. اتم ها فقط از نظر شکل، ترتیب توالی متقابل و موقعیت در فضای خالی و همچنین در اندازه و گرانش با یکدیگر تفاوت دارند که به اندازه آن بستگی دارد. آنها دارای اشکال بی نهایت متنوع با فرورفتگی یا برآمدگی هستند. در علم مدرن بحث های زیادی در مورد اینکه آیا اتم های دموکریتوس فیزیکی هستند یا وجود دارد اجسام هندسیبا این حال، خود دموکریتوس هنوز به تمایز بین فیزیک و هندسه نرسیده بود. از این اتم ها در حال حرکت به داخل جهت های مختلفاز «گرداب» آنها، بر حسب ضرورت طبیعی، از طریق گرد هم آوردن اتمهای متقابل مشابه، هم کل اجسام منفرد و هم کل جهان تشکیل می شوند. حرکت اتم ها ابدی است و تعداد جهان های نوظهور بی نهایت است.

جهانی در دسترس انسان واقعیت عینیدائما در حال گسترش است. اشکال مفهومی بیان ایده سطوح ساختاری ماده متنوع است.

علم مدرن سه سطح ساختاری را در جهان شناسایی می کند.

فصل دوم. سطوح ساختاری سازماندهی ماده.

جهان های میکرو، کلان، مگا

ریزجهان مولکول‌ها، اتم‌ها، ذرات بنیادی است - دنیای ریز اجرام بسیار کوچک و غیر قابل مشاهده مستقیم، که تنوع فضایی آن از 10-8 تا 10-16 سانتی‌متر محاسبه می‌شود و طول عمر آن از بینهایت تا 10-24 است. س

دنیای ماکرو، دنیای اشکال و مقادیر پایدار متناسب با انسان، و همچنین مجتمع‌های کریستالی مولکول‌ها، موجودات، اجتماعات موجودات است. دنیای اجسام کلان که ابعاد آن با مقیاس تجربه انسانی قابل مقایسه است: مقادیر مکانی در میلی متر، سانتی متر و کیلومتر و زمان - در ثانیه، دقیقه، ساعت، سال بیان می شود.

مگاجهان سیارات، مجتمع های ستاره ای، کهکشان ها، فرا کهکشان ها است - دنیایی از مقیاس ها و سرعت های عظیم کیهانی، که فاصله آن در سال نوری اندازه گیری می شود، و طول عمر اجرام فضایی با میلیون ها و میلیاردها سال اندازه گیری می شود.

و اگرچه این سطوح قوانین خاص خود را دارند، جهان های خرد، کلان و مگا به شدت به هم مرتبط هستند.

روشن است که مرزهای عالم خرد و کلان متحرک است و عالم صغیر و عالم کلان جداگانه وجود ندارد. طبیعتاً اجسام کلان و ابر اشیاء از خرد ساخته می‌شوند و پدیده‌های کلان و کلان بر اساس پدیده‌های خرد هستند. این به وضوح در مثال ساخت جهان از برهم کنش ذرات بنیادی در چارچوب میکروفیزیک کیهانی دیده می شود. در واقع ما باید این را درک کنیم ما در موردفقط در مورد سطوح مختلف در نظر گرفتن ماده. اندازه های میکرو، کلان و بزرگ اشیاء با یکدیگر به صورت ماکرو/میکرو ~ مگا/ماکرو همبستگی دارند.

در فیزیک کلاسیک هیچ معیار عینی برای تشخیص یک ماکرو از یک جسم خرد وجود نداشت. این تفاوت توسط M. Planck معرفی شد: اگر برای جسم مورد نظر می توان از حداقل تأثیر روی آن غفلت کرد، پس اینها ماکرو اشیاء هستند، اگر این امکان وجود ندارد، اینها میکرواشیاء هستند. پروتون ها و نوترون ها هسته اتم ها را تشکیل می دهند. اتم ها با هم ترکیب می شوند و مولکول ها را تشکیل می دهند. اگر در امتداد مقیاس اندازه‌های بدن بیشتر حرکت کنیم، آن‌گاه آنچه در پی می‌آید کلان بدن‌های معمولی، سیارات و منظومه‌های آنها، ستارگان، خوشه‌های کهکشان‌ها و فراکهکشان‌ها هستند، یعنی می‌توانیم گذار از میکرو، کلان و مگا را در هر دو تصور کنیم. اندازه و در مدل های فرآیندهای فیزیکی.

2.1 دنیای کوچک

دموکریتوس در دوران باستان فرضیه اتمی ساختار ماده را بعداً در قرن 18 مطرح کرد. توسط شیمیدان جی دالتون، که وزن اتمی هیدروژن را یک در نظر گرفت و وزن اتمی سایر گازها را با آن مقایسه کرد، احیا شد. به لطف کارهای جی دالتون، بررسی خواص فیزیکی و شیمیایی اتم آغاز شد. در قرن نوزدهم D.I. مندلیف سیستمی از عناصر شیمیایی را بر اساس وزن اتمی آنها ساخت.

تاریخچه تحقیقات در مورد ساختار اتم در سال 1895 به لطف کشف الکترون توسط J. Thomson آغاز شد، ذره ای با بار منفی که بخشی از همه اتم ها است. از آنجایی که الکترون ها دارای بار منفی هستند و اتم به طور کلی از نظر الکتریکی خنثی است، فرض بر این بود که علاوه بر الکترون یک ذره با بار مثبت نیز وجود دارد. جرم الکترون 1/1836 جرم یک ذره با بار مثبت محاسبه شد.

هسته دارای بار مثبت و الکترون ها دارای بار منفی هستند. به جای نیروهای گرانشی فعال در منظومه شمسی، در اتم وجود دارد نیروهای الکتریکی. شارژ الکتریکیهسته اتم، از نظر عددی برابر است شماره سریالدر جدول تناوبی مندلیف، با مجموع بارهای الکترون ها متعادل می شود - اتم از نظر الکتریکی خنثی است.

هر دوی این مدل ها متناقض بودند.

در سال 1913، فیزیکدان بزرگ دانمارکی، N. Bohr، اصل کوانتیزاسیون را برای حل مشکل ساختار اتم و ویژگی های طیف اتمی به کار برد.

مدل N. Bohr از اتم بر اساس مدل سیاره ای رادرفورد و بر اساس نظریه کوانتومی ساختار اتمی که توسط وی ایجاد شد. N. Bohr بر اساس دو فرضیه که کاملاً با فیزیک کلاسیک ناسازگار هستند، فرضیه ای در مورد ساختار اتم مطرح کرد:

1) در هر اتم چندین حالت ثابت (به زبان مدل سیاره ای، چندین مدار ثابت) الکترون وجود دارد که در امتداد آنها یک الکترون می تواند بدون گسیل وجود داشته باشد.

2) هنگامی که یک الکترون از یک حالت ساکن به حالت دیگر منتقل می شود، اتم بخشی از انرژی را ساطع یا جذب می کند.

در نهایت، توصیف دقیق ساختار یک اتم بر اساس ایده مدارهای الکترون های نقطه ای اساسا غیرممکن است، زیرا چنین مدارهایی در واقع وجود ندارند.

نظریه N. Bohr، همانطور که بود، نشان دهنده مرز مرحله اول در توسعه فیزیک مدرن است. این آخرین تلاش برای توصیف ساختار اتم بر اساس فیزیک کلاسیک است که تنها با تعداد کمی از مفروضات جدید تکمیل شده است.

به نظر می رسید که فرضیه های N. Bohr برخی از ویژگی های جدید و ناشناخته ماده را منعکس می کنند، اما فقط تا حدی. پاسخ به این سوالات در نتیجه توسعه مکانیک کوانتومی به دست آمد. معلوم شد که مدل اتمی N. Bohr را نباید به معنای واقعی کلمه در نظر گرفت، همانطور که در ابتدا بود. فرآیندهای موجود در اتم، در اصل، نمی توانند به صورت بصری در قالب مدل های مکانیکی با قیاس با رویدادهای جهان کلان نمایش داده شوند. حتی مفاهیم مکان و زمان به شکل موجود در جهان کلان برای توصیف پدیده های میکروفیزیکی نامناسب بودند. اتم فیزیکدانان نظری به طور فزاینده ای تبدیل به یک مجموع انتزاعی و غیرقابل مشاهده از معادلات شد.

2.2 Macroworld

در تاریخ مطالعه طبیعت دو مرحله پیش علمی و علمی قابل تشخیص است.

پیش علمی، یا طبیعی-فلسفی، دوره از دوران باستان تا شکل گیری علوم تجربی تجربی در قرن 16-17 را در بر می گیرد. پدیده های طبیعی مشاهده شده بر اساس مبانی نظری فلسفی تبیین شدند.

مهم ترین برای توسعه بعدی علوم طبیعیمفهومی از ساختار گسسته ماده، اتمیسم وجود داشت که بر اساس آن همه اجسام از اتم ها - کوچکترین ذرات در جهان - تشکیل شده اند.

مرحله علمی مطالعه طبیعت با شکل گیری مکانیک کلاسیک آغاز می شود.

از آنجایی که ایده‌های علمی مدرن در مورد سطوح ساختاری سازمان‌دهی ماده در جریان بازنگری انتقادی ایده‌های علم کلاسیک، که فقط برای اشیاء سطح کلان قابل استفاده است، ایجاد شد، باید با مفاهیم فیزیک کلاسیک شروع کنیم.

شکل گیری دیدگاه های علمی در مورد ساختار ماده به قرن شانزدهم برمی گردد، زمانی که G. Galileo پایه و اساس اولین تصویر فیزیکی از جهان در تاریخ علم - یک تصویر مکانیکی - را گذاشت. او قانون اینرسی را کشف کرد و روشی را برای روش جدیدی برای توصیف طبیعت - علمی - نظری - ایجاد کرد. ماهیت آن این بود که فقط ویژگی های فیزیکی و هندسی خاصی شناسایی شد و موضوع تحقیقات علمی شد.

I. نیوتن، با تکیه بر آثار گالیله، یک نظریه علمی دقیق از مکانیک ایجاد کرد، که هم حرکت اجرام آسمانی و هم حرکت اجرام زمینی را با قوانین یکسان توصیف می کند. طبیعت به عنوان یک سیستم مکانیکی پیچیده در نظر گرفته شد.

در چارچوب تصویر مکانیکی جهان که توسط آی. نیوتن و پیروانش ایجاد شد، یک مدل گسسته (جسمی) از واقعیت پدیدار شد. ماده به عنوان یک ماده مادی متشکل از ذرات منفرد - اتم ها یا ذرات در نظر گرفته می شد. اتم ها کاملاً قوی، تقسیم ناپذیر، غیرقابل نفوذ هستند که با وجود جرم و وزن مشخص می شود.

یکی از ویژگی های اساسی جهان نیوتنی فضای سه بعدی هندسه اقلیدسی بود که کاملاً ثابت و همیشه در حال استراحت است. زمان به عنوان یک کمیت مستقل از فضا یا ماده ارائه شد.

حرکت به عنوان حرکت در فضا در طول مسیرهای پیوسته مطابق با قوانین مکانیک در نظر گرفته شد.

نتیجه تصویر نیوتن از جهان، تصویری از جهان به عنوان یک مکانیسم غول پیکر و کاملاً تعیین شده بود، جایی که رویدادها و فرآیندها زنجیره ای از علل و پیامدهای وابسته به هم هستند.

ثابت شده است که رویکرد مکانیکی برای توصیف طبیعت بسیار مثمر ثمر است. به دنبال مکانیک نیوتنی، هیدرودینامیک، نظریه الاستیسیته، نظریه مکانیکی گرما، نظریه جنبشی مولکولی و تعدادی دیگر ایجاد شد که در راستای آن فیزیک به موفقیت های عظیمی دست یافته است. با این حال، دو حوزه وجود دارد - پدیده های نوری و الکترومغناطیسی که نمی توانند به طور کامل در چارچوب یک تصویر مکانیکی از جهان توضیح داده شوند.

همراه با نظریه جسمی مکانیکی، تلاش هایی برای توضیح پدیده های نوری به روشی اساسی متفاوت، یعنی بر اساس نظریه موج. تئوری موج قیاسی بین انتشار نور و حرکت امواج در سطح آب یا امواج صوتیدر هوا. این فرض وجود یک محیط الاستیک را داشت که تمام فضا را پر می کند - یک اتر درخشان. بر اساس تئوری موج X. هویگنز با موفقیت بازتاب و شکست نور را توضیح داد.

حوزه دیگری از فیزیک که در آن مدل‌های مکانیکی ناکافی بودند، حوزه پدیده‌های الکترومغناطیسی بود. آزمایش‌های طبیعت‌شناس انگلیسی M. Faraday و کارهای نظری فیزیکدان انگلیسی J. C. Maxwell سرانجام ایده‌های فیزیک نیوتنی را در مورد ماده گسسته به عنوان تنها نوع ماده از بین برد و اساس تصویر الکترومغناطیسی جهان را پایه‌گذاری کرد.

پدیده الکترومغناطیس توسط طبیعت شناس دانمارکی H.K. ارستد، که برای اولین بار متوجه اثر مغناطیسی جریان های الکتریکی شد. با ادامه تحقیقات در این راستا، M. Faraday کشف کرد که یک تغییر موقت در میدان های مغناطیسی باعث ایجاد جریان الکتریکی می شود.

M. Faraday به این نتیجه رسید که مطالعه الکتریسیته و اپتیک به هم پیوسته اند و یک میدان واحد را تشکیل می دهند. ماکسول مدل خطوط میدان فارادی را به یک فرمول ریاضی "ترجمه" کرد. مفهوم "میدان نیروها" در ابتدا به عنوان یک مفهوم کمکی ریاضی توسعه یافت. ماکسول به آن معنای فیزیکی داد و شروع به در نظر گرفتن میدان به عنوان یک واقعیت فیزیکی مستقل کرد: "میدان الکترومغناطیسی بخشی از فضا است که شامل و احاطه کننده اجسامی است که در حالت الکتریکی یا مغناطیسی هستند."

ماکسول بر اساس تحقیقات خود توانست به این نتیجه برسد که امواج نور هستند امواج الکترومغناطیسی. جوهر واحد نور و الکتریسیته که M. Faraday در سال 1845 پیشنهاد کرد و J.K. ماکسول از نظر تئوری آن را در سال 1862 اثبات کرد و به طور تجربی توسط فیزیکدان آلمانی G. Hertz در سال 1888 تأیید شد.

پس از آزمایش‌های جی. هرتز، سرانجام مفهوم میدان در فیزیک نه به عنوان یک ساختار ریاضی کمکی، بلکه به عنوان یک واقعیت فیزیکی موجود عینی، تثبیت شد. یک ماده از نظر کیفی جدید و منحصر به فرد کشف شد.

بنابراین، در پایان قرن نوزدهم. فیزیک به این نتیجه رسیده است که ماده به دو صورت وجود دارد: ماده گسسته و میدان پیوسته.

در نتیجه اکتشافات انقلابی بعدی در فیزیک در پایان قرن گذشته و آغاز این قرن، ایده های فیزیک کلاسیک در مورد ماده و میدان به عنوان دو نوع ماده از نظر کیفی منحصر به فرد از بین رفت.

2.3 مگا ورلد

علم مدرن، مگا جهان یا فضا را به عنوان یک سیستم تعاملی و در حال توسعه از همه اجرام آسمانی می بیند.

تمام کهکشان های موجود در سیستم بالاترین مرتبه - متاکهکشان گنجانده شده اند. ابعاد متا کهکشان بسیار بزرگ است: شعاع افق کیهانی 15 تا 20 میلیارد سال نوری است.

مفاهیم "جهان" و "متاکهکشان" مفاهیم بسیار نزدیکی هستند: آنها یک شی را مشخص می کنند، اما در جنبه های مختلف. مفهوم "جهان" به معنای کل جهان مادی موجود است. مفهوم "متاکهکشان" همان جهان است، اما از نقطه نظر ساختار آن - به عنوان یک سیستم منظم از کهکشان ها.

ساختار و تکامل کیهان توسط کیهان شناسی مطالعه می شود. کیهان‌شناسی به‌عنوان شاخه‌ای از علوم طبیعی در تلاقی منحصربه‌فرد علم، دین و فلسفه قرار دارد. مدل‌های کیهان‌شناختی کیهان مبتنی بر مقدمات ایدئولوژیک خاصی هستند و خود این مدل‌ها اهمیت ایدئولوژیکی زیادی دارند.

در علم کلاسیک نظریه به اصطلاح حالت پایدار کیهان وجود داشت که بر اساس آن جهان همیشه تقریباً مانند فعلی بوده است. نجوم ثابت بود: حرکات سیارات و دنباله دارها مورد مطالعه قرار گرفت، ستارگان توصیف شد، طبقه بندی آنها ایجاد شد، که البته بسیار مهم بود. اما مسئله تکامل کیهان مطرح نشد.

مدل‌های کیهان‌شناسی مدرن کیهان مبتنی بر نظریه نسبیت عام انیشتین است که بر اساس آن متریک مکان و زمان با توزیع جرم‌های گرانشی در کیهان تعیین می‌شود. خواص آن به عنوان یک کل با چگالی متوسط ​​ماده و سایر عوامل فیزیکی خاص تعیین می شود.

معادله گرانش اینشتین یک راه حل ندارد، بلکه راه‌حل‌های زیادی دارد که وجود مدل‌های کیهانی بسیاری از کیهان را توضیح می‌دهد.

اولین مدل توسط خود A. Einstein در سال 1917 ایجاد شد. او فرضیه های کیهان شناسی نیوتنی در مورد مطلق بودن و نامتناهی بودن فضا و زمان را رد کرد. مطابق با مدل کیهانی انیشتین از جهان فضای جهانهمگن و همسانگرد، ماده به طور متوسط ​​در آن به طور مساوی توزیع شده است، جاذبه گرانشی توده ها با دافعه کیهانی جهانی جبران می شود.

وجود جهان نامتناهی است، یعنی. آغاز و پایانی ندارد و فضا بی حد و حصر، اما متناهی است.

کیهان در مدل کیهانیالف. انیشتین ساکن، بی نهایت در زمان و بی حد و حصر در مکان است.

در سال 1922 ریاضیدان و ژئوفیزیکدان روسی A. A Friedman فرضیه کیهان شناسی کلاسیک در مورد ماهیت ساکن کیهان را رد کرد و راه حلی برای معادله انیشتین به دست آورد که جهان را با فضای "در حال گسترش" توصیف می کند.

از آنجایی که چگالی متوسط ​​ماده در کیهان ناشناخته است، امروزه نمی دانیم در کدام یک از این فضاهای کیهان زندگی می کنیم.

در سال 1927، رهبر بلژیکی و دانشمند J. Lemaitre "گسترش" فضا را با داده ها مرتبط کرد. مشاهدات نجومی. لماتر مفهوم آغاز جهان را به عنوان یک تکینگی (یعنی حالت فوق متراکم) و تولد جهان را به عنوان انفجار بزرگ معرفی کرد.

انبساط کیهان یک واقعیت ثابت شده علمی در نظر گرفته می شود. طبق محاسبات نظری J. Lemaître، شعاع کیهان در حالت اولیه 10-12 سانتی متر بوده که از نظر اندازه نزدیک به شعاع یک الکترون است و چگالی آن 1096 گرم بر سانتی متر مکعب بوده است. در حالتی منفرد، کیهان یک ریز شی با اندازه ناچیز بود. از حالت اولیه منفرد، جهان در نتیجه انفجار بزرگ به سمت انبساط حرکت کرد.

محاسبات گذشته نگر سن جهان را بین 13 تا 20 میلیارد سال تعیین می کند. در کیهان شناسی مدرن، برای وضوح، مرحله اولیه تکامل کیهان به "دوران" تقسیم می شود.

عصر هادرون ها. ذرات سنگینی که وارد فعل و انفعالات قوی می شوند.

عصر لپتون ها. ذرات نور وارد برهمکنش الکترومغناطیسی می شوند.

عصر فوتون مدت زمان 1 میلیون سال بخش عمده جرم - انرژی جهان - از فوتون ها می آید.

دوران ستاره. 1 میلیون سال پس از تولد کیهان رخ می دهد. در دوران ستارگان، فرآیند شکل گیری پیش ستاره ها و پیش کهکشان ها آغاز می شود. سپس تصویری باشکوه از شکل گیری ساختار متا کهکشان آشکار می شود.

در کیهان شناسی مدرن، همراه با فرضیه بیگ بنگ، مدل تورمی کیهان که خلقت کیهان را در نظر می گیرد، بسیار رایج است.

طرفداران مدل تورمی، مطابقت بین مراحل تکامل کیهانی و مراحل خلقت جهان را می بینند که در کتاب پیدایش در کتاب مقدس شرح داده شده است.

مطابق با فرضیه تورم، تکامل کیهانی در کیهان اولیه چندین مرحله را طی می کند.

مرحله تورم در نتیجه یک جهش کوانتومی، جهان به حالت خلاء برانگیخته رفت و در غیاب ماده و تشعشع در آن، طبق یک قانون نمایی به شدت منبسط شد. در این دوره فضا و زمان خود کیهان ایجاد شد. کیهان از یک اندازه کوانتومی کوچک غیرقابل تصور 10-33 به 101000000 سانتی متر بزرگتر شد که مرتبه های بزرگی بزرگتر از اندازه جهان قابل مشاهده است - 1028 سانتی متر. در تمام این دوره اولیه نه ماده بود و نه تابش در جهان.

انتقال از مرحله تورم به مرحله فوتون. حالت خلاء کاذب از هم پاشید، انرژی آزاد شده به تولد ذرات سنگین و ضد ذرات رفت، که پس از نابودی، فلاش قدرتمندی از تابش (نور) ایجاد کرد که فضا را روشن کرد.

متعاقباً، توسعه جهان از ساده ترین حالت همگن به سمت ایجاد ساختارهای پیچیده تر - اتم ها (در ابتدا اتم های هیدروژن)، کهکشان ها، ستاره ها، سیارات، سنتز رفت. عناصر سنگیندر اعماق ستارگان، از جمله ستارگان لازم برای آفرینش حیات، ظهور حیات و به عنوان تاج آفرینش، انسان.

تفاوت بین مراحل تکامل کیهان در مدل تورمی و مدل بیگ بنگ فقط مربوط به مرحله اولیه مرتبه 30-10 ثانیه است، سپس هیچ تفاوت اساسی بین این مدل ها در درک مراحل تکامل کیهانی وجود ندارد. .

جهان در سطوح مختلف، از ذرات بنیادی معمولی گرفته تا ابرخوشه های غول پیکر کهکشانی، با ساختار مشخص می شود. ساختار مدرن کیهان نتیجه تکامل کیهانی است که طی آن کهکشان ها از پیش کهکشان ها، ستارگان از پیش ستاره ها و سیارات از ابرهای پیش سیاره ای تشکیل شدند.

یک متا کهکشان مجموعه ای از منظومه های ستاره ای - کهکشان ها است و ساختار آن با توزیع آنها در فضای پر از گاز بین کهکشانی بسیار کمیاب و نفوذ پرتوهای بین کهکشانی تعیین می شود.

بر اساس مفاهیم مدرن، یک متا کهکشان با ساختار سلولی (مشبک، متخلخل) مشخص می شود. حجم عظیمی از فضا (در حد یک میلیون مگاپارسک مکعب) وجود دارد که هنوز کهکشان هایی در آنها کشف نشده اند.

سن متا کهکشان نزدیک به سن کیهان است، زیرا شکل گیری ساختار در دوره پس از جدایی ماده و تابش اتفاق می افتد. بر اساس داده های مدرن، سن متاکهکشان 15 میلیارد سال تخمین زده می شود.

کهکشان منظومه ای غول پیکر است که از خوشه هایی از ستاره ها و سحابی ها تشکیل شده است که پیکربندی نسبتاً پیچیده ای را در فضا تشکیل می دهد.

کهکشان ها بر اساس شکلشان به طور معمول به سه نوع بیضوی، مارپیچی و نامنظم تقسیم می شوند.

کهکشان های بیضوی - شکل فضایی یک بیضوی دارند به درجه ای متفاوتفشرده سازی، آنها ساده ترین ساختار هستند: توزیع ستاره ها به طور یکنواخت از مرکز کاهش می یابد.

کهکشان های مارپیچی- ارائه شده به شکل مارپیچی، شامل شاخه های مارپیچی. این پرتعدادترین نوع کهکشان است که شامل کهکشان ما می شود - راه شیری.

کهکشان های نامنظم شکل مشخصی ندارند؛ آنها فاقد هسته مرکزی هستند.

قدیمی ترین ستارگان که سن آنها به سن کهکشان نزدیک می شود، در هسته کهکشان متمرکز شده اند. ستاره های میانسال و جوان در قرص کهکشانی قرار دارند.

ستارگان و سحابی های درون کهکشان به روشی نسبتاً پیچیده حرکت می کنند، همراه با کهکشان در انبساط کیهان شرکت می کنند، علاوه بر این، آنها در چرخش کهکشان به دور محور آن شرکت می کنند.

ستاره ها. بر مرحله مدرندر طول تکامل کیهان، ماده موجود در آن عمدتاً در حالت ستاره‌ای قرار دارد. 97 درصد از ماده در کهکشان ما در ستارگان متمرکز شده است که تشکل‌های پلاسمایی غول‌پیکر با اندازه‌ها، دماها و ویژگی‌های حرکتی متفاوت هستند. بسیاری از کهکشان ها، اگر نه بیشتر، «ماده ستاره ای» دارند که بیش از 99.9 درصد جرم آنها را تشکیل می دهد.

سن ستارگان در طیف نسبتاً وسیعی از مقادیر متفاوت است: از 15 میلیارد سال، مربوط به سن کیهان، تا صدها هزار - جوانترین.

تولد ستارگان در سحابی های گاز-گرد و غبار تحت تأثیر نیروهای گرانشی، مغناطیسی و نیروهای دیگر رخ می دهد که به دلیل آن همگنی های ناپایدار شکل می گیرد و مواد پراکنده به مجموعه ای از تراکم ها تجزیه می شود. اگر این تراکم ها به اندازه کافی ادامه داشته باشند، با گذشت زمان به ستاره تبدیل می شوند.

در مرحله نهایی تکامل، ستاره ها به ستاره های بی اثر ("مرده") تبدیل می شوند.

ستاره ها به صورت مجزا وجود ندارند، بلکه منظومه هایی را تشکیل می دهند. ساده‌ترین منظومه‌های ستاره‌ای - به اصطلاح منظومه‌های چندگانه - شامل دو، سه، چهار، پنج یا چند ستاره است که حول یک مرکز ثقل مشترک می‌چرخند.

ستارگان همچنین به گروه‌های بزرگ‌تر هم متحد می‌شوند - خوشه‌های ستاره‌ای که می‌توانند ساختاری "پراکنده" یا "کروی" داشته باشند. تعداد خوشه‌های ستاره‌ای باز چند صد ستاره جداگانه، خوشه‌های کروی به صدها هزار نفر می‌رسد.

منظومه شمسی گروهی از اجرام آسمانی است که از نظر اندازه و اندازه بسیار متفاوت هستند ساختار فیزیکی. این گروه شامل: خورشید، نه سیاره بزرگ، ده‌ها ماهواره سیاره‌ای، هزاران سیاره کوچک (سیارک)، صدها دنباله‌دار و تعداد بی‌شماری شهاب‌سنگ است که هم به صورت دسته‌ای و هم به صورت ذرات منفرد حرکت می‌کنند.

تا سال 1979، 34 ماهواره و 2000 سیارک شناخته شد. همه این اجسام به دلیل نیروی گرانشی جسم مرکزی - خورشید - در یک سیستم متحد می شوند. منظومه شمسی یک منظومه منظم است که قوانین ساختاری خاص خود را دارد. ماهیت یکپارچه منظومه شمسی در این واقعیت آشکار می شود که تمام سیارات در یک جهت و تقریباً در یک صفحه به دور خورشید می چرخند. بیشتر ماهواره های سیارات در یک جهت و در بیشتر موارد در صفحه استوایی سیاره خود می چرخند. خورشید، سیارات، ماهواره های سیارات به دور محورهای خود در همان جهتی می چرخند که در امتداد مسیر خود حرکت می کنند. ساختار منظومه شمسی نیز طبیعی است: هر سیاره بعدی تقریباً دو برابر سیاره قبلی از خورشید فاصله دارد.

منظومه شمسی تقریباً 5 میلیارد سال پیش شکل گرفت و خورشید یک ستاره نسل دوم است. بنابراین، منظومه شمسی از مواد زائد ستارگان نسل‌های قبلی که در ابرهای گازی و غباری انباشته شده بودند، پدید آمد. این شرایط باعث می شود که منظومه شمسی را بخش کوچکی از غبار ستاره ای بدانیم. علم در مورد منشأ منظومه شمسی و تکامل تاریخی آن کمتر از آنچه که برای ایجاد یک نظریه در مورد تشکیل سیاره لازم است می داند.

مفاهیم مدرنمنشا سیارات منظومه شمسی بر این واقعیت استوار است که نه تنها باید در نظر گرفته شود نیروهای مکانیکی، بلکه دیگران، به ویژه الکترومغناطیسی. این ایده توسط H. Alfvén فیزیکدان و اخترفیزیکدان سوئدی و F. Hoyle اخترفیزیکدان انگلیسی مطرح شد. بر اساس ایده‌های مدرن، ابر گازی اولیه که خورشید و سیارات از آن تشکیل شده‌اند، از گاز یونیزه شده تحت تأثیر نیروهای الکترومغناطیسی تشکیل شده است. پس از اینکه خورشید از یک ابر گازی عظیم از طریق غلظت تشکیل شد، بخش‌های کوچکی از این ابر در فاصله بسیار زیادی از آن باقی ماندند. نیروی گرانششروع به جذب گاز باقی مانده به ستاره حاصل - خورشید - کرد، اما میدان مغناطیسی آن گاز در حال سقوط را در فواصل مختلف متوقف کرد - دقیقاً جایی که سیارات در آن قرار دارند. گرانشی و نیروهای مغناطیسیبر غلظت و تراکم گاز در حال سقوط تأثیر گذاشت و در نتیجه سیارات تشکیل شدند. چه زمانی بیشترین سیاره های اصلی، همین روند در مقیاس کوچکتر تکرار شد و در نتیجه سیستم های ماهواره ای ایجاد شد.

نظریه‌های منشأ منظومه شمسی ماهیتی فرضی دارند و نمی‌توان بدون ابهام موضوع قابلیت اطمینان آنها را در مرحله فعلی توسعه علمی حل کرد. همه نظریه های موجود دارای تناقضات و زمینه های نامشخص هستند.

در حال حاضر، در حوزه فیزیک نظری بنیادی، مفاهیمی در حال توسعه است که بر اساس آنها به طور عینی جهان موجودبه دنیای مادی که توسط حواس یا وسایل فیزیکی ما درک می شود محدود نمی شود. نویسندگان این مفاهیم به این نتیجه رسیدند: در کنار جهان مادی، واقعیت نیز وجود دارد مرتبه بالاتر، که ماهیتی اساساً متفاوت با واقعیت جهان مادی دارد.

نتیجه

مردم مدتهاست سعی کرده اند توضیحی برای تنوع و عجیب بودن جهان بیابند.

مطالعه ماده و سطوح ساختاری آن شرط لازم برای شکل گیری جهان بینی است، صرف نظر از اینکه در نهایت ماتریالیستی یا ایده آلیستی بودن آن معلوم شود.

کاملاً بدیهی است که نقش تعریف مفهوم ماده، درک آن به عنوان پایان ناپذیر برای ساختن تصویر علمی از جهان، حل مشکل واقعیت و شناخت اشیاء و پدیده های جهان خرد، کلان و مگا بسیار مهم است. .

تمام اکتشافات انقلابی فوق در فیزیک دیدگاه های قبلی موجود در مورد جهان را زیر و رو کردند. اعتقاد به جهانی بودن قوانین مکانیک کلاسیک ناپدید شد، زیرا ایده های قبلی در مورد تقسیم ناپذیری اتم، ثبات جرم، تغییرناپذیری عناصر شیمیایی و غیره از بین رفت. اکنون به سختی می توان فیزیکدانی را یافت که باور کند همه مسائل علم او را می توان با کمک مفاهیم و معادلات مکانیکی حل کرد.

تولد و توسعه فیزیک اتمی در نهایت تصویر مکانیکی قبلی جهان را در هم شکست. اما مکانیک کلاسیک نیوتن ناپدید نشد. تا به امروز در میان سایر علوم طبیعی جایگاه افتخاری را به خود اختصاص داده است. با کمک آن، به عنوان مثال، حرکت محاسبه می شود ماهواره های مصنوعیزمین، سایر اجرام فضایی و غیره اما اکنون به عنوان یک مورد خاص از مکانیک کوانتومی تعبیر می‌شود که برای حرکات آهسته و توده‌های بزرگ اجسام در جهان ماکرو قابل استفاده است.

فهرست ادبیات استفاده شده

1. گورلوف A.A. مفاهیم علوم طبیعی مدرن – م.: مرکز، 1998. – 208 ص.

2. گورباچف ​​V.V. مفاهیم علوم طبیعی مدرن: کتاب درسی. کمک هزینه برای دانشجویان دانشگاه – م.، 2005. – 672 ص.

3. کارپنکوف اس.خ. مفاهیم علوم طبیعی مدرن - M.: 1997.

4. کواسوا I.I. کتاب درسی درس «درآمدی بر فلسفه» م.، 1369.

5. Lavrienko V.N. مفاهیم علوم طبیعی مدرن - M.: UNITI. 1997

مبحث 3. سطوح ساختاری سازماندهی ماده در جهان های خرد، کلان و مگا.

سخنرانی 3.

1. سطوح ساختاری سازماندهی ماده; جهان های خرد، کلان و مگا.

1. سطوح ساختاری سازماندهی ماده جهان های خرد، کلان و مگا هستند.

کل انواع اشیاء شناخته شده برای بشر و پدیده های مشخصه آنها معمولاً به سه حوزه کیفی متفاوت تقسیم می شوند - جهان های خرد، کلان و مگا. این پیشنهاد (توسط K.Kh. Rakhmatullin) برای متمایز کردن دو سطح دیگر - دنیای پایین (میکروجهان در ریزجهان) و ابرجهان (ابر مگاجهان) ارائه شد. با این حال، دو سطح آخر را باید در حال حاضر فرضی در نظر گرفت، فقط توسط تئوری پیش‌بینی شده است، اما هنوز به صورت تجربی مشاهده نشده یا به طور قابل اعتماد ثابت نشده است.

در آغاز قرن بیستم. M. Planck فیزیکدان آلمانی ثابت های اساسی را تعیین کرد - طول (33-10 سانتی‌متر) و زمان (44-10 ثانیه) که «طول پلانک» و «زمان پلانک» نامیده می‌شوند. این بیش از یک میلیارد میلیارد بار کوچکتر از اندازه هسته های اتمی (10-13 سانتی متر) است که خود پنج مرتبه بزرگی (105، یعنی صد هزار بار) کوچکتر از اتم ها هستند و با اندازه های 10-8 مشخص می شوند. سانتی متر اعتقاد بر این است که در ناحیه فلس پلانک قابل اجرا نیست نظریه عمومینسبیت و برای توصیف فرآیندهای فیزیکی در اینجا لازم است یک نظریه کوانتومی گرانش ایجاد شود. این نه تنها نشان دهنده تفاوت کمی، بلکه یک تفاوت کیفی بین دنیای فرضی و ریزجهان قابل اعتماد - دنیای اتم ها و یک خانواده بزرگ (حدود چهارصد) از به اصطلاح ذرات بنیادی - الکترون ها، پروتون ها، نوترون ها و غیره است. در حوزه دنیای واقعی و تجربی مورد مطالعه، فیزیکدانان ابعادی را در حدود 10 تا 16 سانتی متر (هزار برابر کوچکتر از اندازه هسته های اتم) ثبت کرده اند.

ویژگی‌های ریزجهان به وضوح در بخش‌هایی از فیزیک مبتنی بر مکانیک کوانتومی، از جمله مکانیک نسبیتی، که هم کوانتیزه شدن و هم نسبیت (نسبیت) فرآیندها در جهان خرد، ویژگی‌های ساختاری، فضا-زمان و انرژی آنها را در نظر می‌گیرد، منعکس می‌شود.

همراه با تعمیق دانش در زمینه دنیای خرد (دانش جهان "در عمق") برای علم قرن بیستم. حرکت سریع شناخت در امتداد خط افزایش اندازه اشیاء مورد مطالعه بسیار مشخص است، به عنوان مثال. شناخت جهان "در وسعت". در امتداد این خط، علم مکمل دانش جهان کلان زمینی آشنا برای مردم است که با سرعت و انرژی های متقابل متوسط ​​مشخص می شود، با دانش مگا جهان - خوشه های ستاره ای غول پیکر و ابرخوشه ها در مقایسه با مقیاس زمینی. اینجا دنیای کهکشان هاست.

بزرگترین جرم ایجاد شده توسط علم متا کهکشان است که شامل همه خوشه های کهکشانی شناخته شده است. ابعاد آن حدود 10 28 سانتی متر است نور این فاصله را با سرعت 300000 کیلومتر بر ثانیه در 20 میلیارد سال طی می کند. برخی از دانشمندان متا کهکشان را با جهان به عنوان یک کل شناسایی می کنند، اما دانشمندان روز به روز تمایل بیشتری به این باور دارند که جهان های زیادی شبیه به متا کهکشان در جهان وجود دارد. ایده انبوهی از مگا جهان ها منجر به شناسایی سطح جدیدی در ساختار کیهان می شود - ابرجهان.

بنابراین، اکنون 5 سطح از جهان مادی وجود دارد:

دنیای ماورایی؛

دنیای خرد;

Macroworld;

مگا ورلد;

ابرجهان.

آنها با فواصل 10 -33 سانتی متر تا 10 28 سانتی متر مطابقت دارند.

همانطور که می بینیم، موضوع علم مدرنجهان مسافت هایی در محدوده بیش از 60 مرتبه بزرگی را در بر می گیرد.

در این چارچوب، جهان خرد اساساً به عنوان ابژه ای از مکانیک کوانتومی، دنیای ماکرو - به عنوان ابژه ای از مکانیک کلاسیک، و دنیای مگا- به عنوان ابژه ای از مکانیک نسبیتی برجسته می شود.

ناحیه کیهان کلان شامل فرآیندهایی است که ثابت پلانک (ħ = 6.62 10 -27 erg s) را می توان یک مقدار بی نهایت کوچک در نظر گرفت که می توان آن را نادیده گرفت و سرعت نور را نادیده گرفت. با= 300000 کیلومتر بر ثانیه - یک مقدار بی نهایت بزرگ که به فرد اجازه می دهد مدت زمان انتقال سیگنال را نادیده بگیرد و تعاملات سیستم ها را آنی و بی زمان در نظر بگیرد.

هنگام توصیف مگاجهان، باید اثرات نسبیتی را در نظر گرفت - وابستگی اندازه اشیاء، مدت زمان فرآیندها، همزمانی یا چند زمانی رویدادها در سیستم مرجع، انحنای فضا-زمان، تغییرات در هندسه و توپولوژی و بعد آن.

Macroworld.

کیهان کلان توسط مکانیک نیوتن-گالتلی توصیف شده است. مکانیک نیوتن-گالیله ترکیبی از رویکردهای روش شناختی مختلف پیشینیان او است.

مکانیک نیوتنی با فضای مطلق و زمان مطلق سروکار دارد. هر چیزی متشکل از اتم در نظر گرفته می شود و می تواند به اجزای آن تجزیه شود. اتم به عنوان "آجر" اولیه ماده در نظر گرفته می شود که تقسیم ناپذیر، تغییر ناپذیر و ابدی است. مفهوم اتمی (جسمی) حاوی ایده ساختار گسسته ماده است، زیرا همراه با اتم ها وجود پوچی بین آنها را می پذیرد.

در مکانیک نیوتن - گالیله، سه نکته اصلی از مفهوم مکانیکی کل و جزء برجسته شد:

کل به عنوان یک ترکیب ساده از عناصر در نظر گرفته می شود. می توان تجزیه کرد، کل را به عناصر آن تقسیم کرد، یعنی پیچیده را به ساده تقلیل داد.

عناصر کل غیرقابل تغییر، بسیط، تقسیم ناپذیر در نظر گرفته می شوند.

عنصر درون و بیرون کل یکسان است. این ایده موضوع دانش را به عنوان یک موجود مستقل، با ویژگی ها و ویژگی های ذاتی آن که به شرایط دانش و حتی بیشتر از آن به موضوع شناخت آن بستگی ندارد، شکل می دهد.

بدون شک، این عنصر تحت تأثیر سایر عناصر سیستم تأثیرگذار بر یک عنصر، می تواند تعدادی از ویژگی های خود را تغییر دهد. اما در عین حال، در فیزیک کلاسیک فرض بر این است که این تأثیر کنترل شده است و می توان آن را از نقطه نظر شرط بندی دقیق علت و معلولی نتایج ضربه ارزیابی کرد.

نیوتن مفهوم نیرو را به عنوان یک عنصر مطلق معرفی می کند. حرکت مطلق واقعی، برخلاف حرکت نسبی، «نه می‌تواند رخ دهد و نه تغییر می‌کند مگر از اثر نیروهایی که مستقیماً بر جسم متحرک اعمال می‌شود». نیوتن همچنین تفسیری پویا از توده بدن به عنوان یک ویژگی فردی یک بدن در رابطه با فضای خالی ارائه می دهد که با آن یکسان نیست. یعنی مفاهیم «نیرو» و «جرم» نیوتن، همانطور که گفته شد، مفاهیم «فرابعدی» هستند.

مکانیک نیوتن بر اساس اصل نسبیت گالیله است. اصل نسبیت گالیله طبقه خاصی از سیستم های مرجع را متمایز می کند که به آنها اینرسی می گویند. اینرسی سیستم های مرجعی هستند که در آنها اصل اینرسی رعایت می شود (اول، قانون نیوتن). فرمول پذیرفته شده کلی قانون اول نیوتن به شرح زیر است: «چارچوب های مرجعی وجود دارد که هر جسمی وضعیت حرکت خود را حفظ می کند (حالت سکون یا حرکت خطی یکنواخت) در حالی که عمل همه اجسام و میدان ها بر روی آن جبران می شود. ” اگر حداقل یک چنین سیستم مرجع اینرسی داشته باشیم، هر سیستم مرجع دیگری که نسبت به اولی به طور یکنواخت و مستقیم حرکت می کند نیز اینرسی است. تمام سیستم های مرجع دیگر غیر اینرسی نامیده می شوند.

مطابق با اصل نسبیت گالیله: «در تمام چارچوب های مرجع اینرسی، همه پدیده های فیزیکیبه همین ترتیب اتفاق می افتد."

این واقعیت که شتاب اجسام نسبت به هر دو سیستم مرجع اینرسی یکسان است به ما امکان می دهد نتیجه بگیریم که قوانین مکانیکی که روابط علت و معلولی حرکت اجسام را تعیین می کنند در همه سیستم های مرجع اینرسی یکسان هستند. و این جوهر اصل نسبیت گالیله است.

با در نظر گرفتن مشتقات زمانی پارامترهای سینماتیکی، می‌توانیم تغییرات این مقادیر را در بازه‌های زمانی بی‌نهایت کوچک در نظر بگیریم. در همان زمان، بدیهی به نظر می رسید که این بازه های زمانی بی نهایت کوچک، و همچنین هر بازه زمانی، در هر دو سیستم مرجع یکسان است.

دگرگونی های گالیله منعکس کننده درک روزمره ما از تغییر ناپذیری (ثبات) مقیاس های مکانی و زمانی هنگام حرکت از یک مقیاس است. سیستم اینرسیشمارش به دیگری

در مکانیک نیوتن -_گالیله، مفهوم حالت یک سیستم فیزیکی و همچنین در هر نظریه فیزیکی یک عنصر مرکزی است. مفهوم وضعیت یک سیستم فیزیکی وظیفه اصلی مکانیک کلاسیک است. این به مجموعه ای از داده ها اشاره دارد که ویژگی های شی یا سیستم مورد بررسی را مشخص می کند این لحظهزمان. معلوم می شود که برای توصیف رفتار یک شی، قوانین طبیعت به تنهایی کافی نیست؛ همچنین دانستن شرایط اولیه ای که وضعیت این شی را در لحظه اولیه زمان توصیف می کند، مهم است. به گفته ریاضیدان بزرگ جی. ویگنر، "دقیقا در جدایی واضح قوانین طبیعت و شرایط اولیه است که کشف شگفت انگیز عصر نیوتنی نهفته است."

وضعیت یک سیستم فیزیکی یک تعریف خاص از سیستم است که به طور منحصر به فرد تکامل آن را در طول زمان تعیین می کند. برای تنظیم وضعیت سیستم، لازم است: 1) مجموعه ای از مقادیر فیزیکی که این پدیده را توصیف می کند و وضعیت سیستم را مشخص می کند - پارامترهای وضعیت سیستم را تعیین کنید. 2) شرایط اولیه سیستم مورد نظر را شناسایی کنید (مقادیر پارامترهای حالت را در لحظه اولیه زمان ثابت کنید). 3) قوانین حرکت را که تکامل سیستم را توصیف می کند، اعمال کنید.

پارامترهایی که حالت‌های یک سیستم مکانیکی را مشخص می‌کنند، مجموع تمام مختصات و لحظه‌ای از نقاط مادی است که این سیستم را تشکیل می‌دهند. حالت را تنظیم کنید سیستم مکانیکیکه به معنی نشان دادن تمام مختصات و ممان تمام نقاط مادی است. وظیفه اصلی دینامیک این است که با دانستن وضعیت اولیه سیستم و قوانین حرکت (قوانین نیوتن)، وضعیت سیستم را در تمام لحظات بعدی به طور واضح تعیین کند، یعنی به طور واضح مسیرهای ذره را تعیین کند. حرکت - جنبش. مسیر حرکت با ادغام معادلات دیفرانسیل حرکت و دادن به دست می آید توضیحات کاملرفتار ذرات در گذشته، حال و آینده، یعنی آنها با ویژگی های جبرگرایی و برگشت پذیری مشخص می شوند. در اینجا عنصر شانس کاملاً کنار گذاشته شده است، همه چیز از قبل به طور دقیق توسط علت و معلول تعیین می شود. اعتقاد بر این است که می توان شرایط اولیه را کاملاً دقیق تنظیم کرد. آگاهی دقیق از وضعیت اولیه سیستم و قوانین حرکت آن، ورود سیستم را به حالت از پیش انتخاب شده و «نیاز» از پیش تعیین می کند.

مفهوم علیت در فیزیک کلاسیک با جبرگرایی شدید در روح لاپلاس همراه است - یک اصل اساسی که توسط لاپلاس اعلام شد، و تصویری که در ارتباط با این اصل وارد علم شد، به نام "دیو لاپلاس": "ما باید موجود را در نظر بگیریم. وضعیت جهان به عنوان یک نتیجه از حالت قبلی و به عنوان یک علت بعدی. ذهنی که در یک لحظه معین تمام نیروهای فعال در طبیعت و موقعیت های نسبی همه موجودات تشکیل دهنده اش را می شناخت، اگر هنوز آنقدر وسیع بود که همه این داده ها را در نظر بگیرد، در یک فرمول یکسان حرکات را در بر می گرفت. از بزرگترین اجرام کیهان و سبک ترین اتم ها. هیچ چیز برای او نامشخص نخواهد بود و آینده نیز مانند گذشته در برابر چشمانش قرار خواهد گرفت.» بنابراین، مفهوم فرا رشته ای علوم طبیعی در دوره کلاسیک توسعه آن به این ایده تبدیل می شود که فقط قوانین پویا به طور کامل علیت را در طبیعت منعکس می کنند. از منظر فلسفی می توان گفت که در نظریه های پویا جایی برای دگرگونی متقابل ضرورت و شانس وجود ندارد. شانس به عنوان نوعی مانع آزاردهنده برای به دست آوردن یک نتیجه واقعی درک می شود، و نه به عنوان یک ضرورت آشکار در واقعیت.

در مکانیک نیوتنی، اجسام در فاصله ای با هم برهم کنش می کنند و این برهمکنش فورا اتفاق می افتد. همین انتقال آنی فعل و انفعالات است که بی فایده بودن هر رسانه را مشخص می کند و اصل کنش دوربرد را تأیید می کند.

مکانیک نیوتن -_گالیله از ریاضیات به عنوان زبان علوم فیزیکی استفاده می کند.

دنیای خرد.

اتم هااتم یک سیستم هسته ای-الکترونیکی یکپارچه است. هسته اساس اتم است که هم ترکیب عددی الکترون های اتم و هم کل ساختار داخلی آن را تعیین می کند. اگر در مرحله تشکیل اتم نقش اصلیاز آنجایی که خصوصیات منفرد هسته و الکترون ها نقش دارند، رفتار الکترون ها در یک اتم در درجه اول با ویژگی های حالت های کوانتومی آنها، توزیع الکترون ها در سطوح انرژی، سطوح فرعی و "سلول ها" یا "مدار" منفرد تعیین می شود. که هر کدام نمی تواند بیش از دو الکترون داشته باشد.

مولکول ها. مولکول ها بعد از اتم ها عنصر باکیفیت بعدی هستند.ساختار و تکامل مادهعلم طبیعی مدرن با تأکید بر یکپارچگی مولکول ها، وحدت آلی اجزای سازنده آنها، حرکت مولکول ها را به عنوان حرکت مستقل و مستقل توصیف می کند. سیستم های یکپارچهو نه به عنوان مجموع ساده حرکات ناهمگون تک تک ذرات تشکیل دهنده آنها (اتم ها، هسته ها و الکترون ها). آن دسته از فعل و انفعالات مولکول ها که با تغییر در ساختار آنها همراه نیست (یعنی از یک مرتبه خاص). پیوندهای شیمیاییبین اتم های درون مولکول ها) توسط فیزیک مورد مطالعه قرار می گیرند و فیزیکی نامیده می شوند. فعل و انفعالات مولکول ها که منجر به دگرگونی های متقابل کیفی آنها و بازآرایی پیوندهای داخلی آنها می شود، شیمیایی نامیده می شود و توسط شیمی مورد مطالعه قرار می گیرد.

همانطور که در مورد اتم ها، رفتار شیمیایی مولکول ها ویژگی فردی آنها است که به طور خاص توسط ترکیب و ساختار آنها تعیین می شود.

دنیای مگا.

ستاره ها.ستارگان در حالت ساکن عادی اجرام آسمانی کروی گازی داغی هستند که هم در تعادل هیدرودینامیکی و هم تعادل حرارتی هستند. تعادل هیدرودینامیکی با برابری نیروهای گرانشی و نیروهای فشار داخلی که بر هر عنصر از جرم ستاره وارد می‌شوند، تضمین می‌شود. تعادل حرارتی مربوط به برابری انرژی آزاد شده از درون ستاره و انرژی ساطع شده از سطح آن است. 3veda، به جز نزدیکترین آنها - خورشید، در فواصل بسیار زیادی از زمین قرار دارند که حتی در قوی ترین تلسکوپ ها نیز به عنوان نقاط نورانی با روشنایی و رنگ های مختلف قابل مشاهده هستند. مشخصه اصلی قابل مشاهده ستاره ها درخشندگی آنهاست که با قدرت تابش ستاره و فاصله تا آن مشخص می شود. پارامترهای اصلی وضعیت ستارگان درخشندگی، جرم و شعاع است. آنها مقادیر عددیمرسوم است که آن را در واحدهای خورشیدی بیان می کنند.

ستارگان بر اساس وضعیت ماده درون خود به سه گروه اصلی تقسیم می شوند: 1) نرمال که تعادل هیدرواستاتیکی آن توسط فشار پلاسمای ایده آل کلاسیک که به دلیل یونیزاسیون حرارتی اتم ها وجود دارد حفظ می شود. کوتوله های سفید، 3) نوترون

منبع اصلی تابش ستارگان واکنش همجوشی گرما هسته ای است. پس از سوزاندن هیدروژن در مرکز، فشرده شدن هسته و افزایش دمای آن، با جرم به اندازه کافی بزرگ ستاره، احتراق عناصر به طور فزاینده‌ای سنگین‌تر امکان‌پذیر می‌شود. یک ستاره در بیشتر عمر خود در حالت ساکن است. تعادل ستارگان با از دست دادن مداوم انرژی به دلیل تفاوت شدید در زمان فرآیندهای رخ داده در آنها است. اختلال در تعادل مکانیکی، به عنوان مثال کاهش فشار در یک ستاره، منجر به فشرده شدن آن و تبدیل بخشی از انرژی گرانشی به گرما می شود.

ستارگان از نظر درخشش ظاهری بسیار متفاوت هستند. این ویژگی در تقسیم ستارگان به طبقات اساسی شد.

ستاره ها از تراکم غبار بین ستاره ای و گاز غنی از هیدروژن به وجود می آیند. سپس یک مرحله طولانی از تکامل ستاره را دنبال می کند.

ستارگانی که از یک ابر گاز و غبار بیرون می آیند، خوشه های ستاره ای را تشکیل می دهند. خوشه‌های ستاره‌ای کروی متشکل از ستاره‌های قدیمی و خوشه‌های باز متشکل از ستاره‌های جوان (با سن کمتر از 60 میلیون سال) وجود دارند. خوشه های کرویدر مرکز کهکشان ها قرار دارند و کهکشان های پراکنده در حاشیه قرار دارند.

از آنجایی که ستارگان در فواصل بسیار زیادی از زمین قرار دارند، به صورت اجسام ساکن در آسمان ظاهر می شوند. بنابراین می توان از آنها به عنوان راهی برای جهت یابی در فضا استفاده کرد. برای سهولت به خاطر سپردن و استفاده، ستارگان در 88 صورت فلکی ترکیب شده اند. در میان آنها، 12 صورت فلکی زودیاک نامیده می شوند. زودیاک - کمربند حیوانات. از زمین، به نظر می رسد که خورشید، که در پس زمینه ستارگان حرکت می کند، در طول سال از این صورت های فلکی عبور می کند.

همه ستارگان صورت فلکی با حروف نامگذاری شده اند الفبای یونانیو نام صورت فلکی درخشان‌ترین آنها آلفا نامیده می‌شود، دومین درخشان بتا، سومین گاما و غیره است. گاهی اوقات ستاره‌ها نام‌های شخصی دریافت می‌کنند، اول از همه این برای درخشان‌ترین ستارگان - Sirius، Canopus، Arcturus، Rigel، Betelgeuse، Antares و غیره صدق می‌کند.

کهکشان هاکهکشان ها منظومه های ستاره ای غول پیکر هستند. منظومه ستاره ای که خورشید ما به عنوان یک ستاره معمولی در آن قرار دارد کهکشان نامیده می شود.

شکل ظاهری کهکشان ها بسیار متنوع است و برخی از آنها بسیار زیبا هستند. هابل ساده‌ترین روش را برای طبقه‌بندی کهکشان‌ها بر اساس ظاهر انتخاب کرد، و باید گفت که اگرچه پیشنهادهای معقولی برای طبقه‌بندی بعداً توسط سایر محققان برجسته ارائه شد، اما سیستم اصلی مشتق شده توسط هابل همچنان مبنای طبقه‌بندی کهکشان‌ها باقی مانده است.

هابل پیشنهاد کرد که همه کهکشان ها را به سه نوع اصلی تقسیم کند:

1. بیضوی (E - elliptical).

2. مارپیچ (S - مارپیچ).

3.Irregular (I - irregular).

کهکشان های بیضویکهکشان های بیضوی از نظر ظاهری بی اهمیت ترین نوع کهکشان ها هستند. آنها مانند بیضی ها یا دایره های صاف به نظر می رسند که وقتی از مرکز به سمت اطراف دور می شوند، روشنایی آنها کاهش می یابد. افت درخشندگی با یک قانون ریاضی ساده که توسط هابل کشف شده است توصیف می شود. از زبان ستاره شناسان اینگونه به نظر می رسد: کهکشان های بیضوی دارای ایزوفوت های بیضوی متحدالمرکز هستند، یعنی اگر با یک خط تمام نقاط تصویر کهکشان را با روشنایی یکسان به هم وصل کنید و چنین خطوطی بسازید. معانی مختلفروشنایی (شبیه به خطوط با ارتفاع ثابت روشن نقشه های توپوگرافی) سپس یک سری بیضی تو در تو به شکل تقریباً یکسان و با مرکز مشترک بدست می آوریم.

کهکشان های بیضوی از ستارگان غول پیکر قرمز و زرد، کوتوله های قرمز و زرد و تعدادی ستاره سفید با درخشندگی نه چندان زیاد تشکیل شده اند. آن‌ها فاقد غول‌ها و غول‌های آبی-سفید هستند، گروه‌هایی از آن‌ها را می‌توان به شکل توده‌های درخشان مشاهده کرد که به منظومه ساختار می‌دهند؛ هیچ ماده غباری وجود ندارد، که در آن کهکشان‌هایی که وجود دارد، نوارهای تیره‌ای ایجاد می‌کند که بر آن سایه می‌اندازد. شکل منظومه ستاره ای بنابراین، از نظر خارجی، کهکشان های بیضوی عمدتاً در یک ویژگی با یکدیگر تفاوت دارند - فشرده سازی بیشتر یا کمتر.

کهکشان های مارپیچیکهکشان های مارپیچی ممکن است زیباترین اجرام در کیهان باشند و بر خلاف کهکشان های بیضوی، نمونه ای از شکل پویا هستند. شاخه های زیبای آنها که از هسته مرکزی بیرون می آیند و ظاهراً طرح کلی خود را در خارج از کهکشان از دست می دهند، نشان دهنده حرکت قدرتمند و سریع است.

کهکشان های نامنظمانواع کهکشان‌هایی که در بالا مورد بحث قرار گرفتند با تقارن شکل و ویژگی خاصی از الگو مشخص شدند. اما تعداد زیادی کهکشان با شکل نامنظم، بدون هیچ گونه الگوی کلی ساختار ساختاری وجود دارد. اینها به اصطلاح کهکشان های نامنظم هستند که Irr نامیده می شوند.

شکل نامنظم یک کهکشان ممکن است به این دلیل باشد که به دلیل چگالی کم ماده در آن یا به دلیل سن کم زمان لازم برای به خود گرفتن شکل صحیح را نداشته است و همچنین ممکن است اعوجاج شکل کهکشان به دلیل تعامل آن با کهکشان دیگر ایجاد می شود.

متا کهکشان.در سال 1981، کشف منطقه عظیمی از فضا به اندازه یک ابرخوشه گزارش شد که تقریباً فاقد کهکشان های منفرد یا خوشه های آنها بود. اخترشناسانی که این منطقه را کشف کردند، آن را "تهی" نامیدند و توجه را به این واقعیت جلب کردند که کیهان شناسان باید بتوانند فقدان کهکشان ها را مانند وجود آنها توضیح دهند. چندین حفره دیگر در حال حاضر شناخته شده است که بزرگترین آنها دارای اندازه 2 میلیارد در 1 میلیارد سال نوری است. با این اکتشافات متوجه شدیم که کهکشان ها فقط اجرامی نیستند که گاهی در خوشه ها جمع می شوند. در عوض، معلوم می‌شود که حداقل در برخی از بخش‌های کیهان، کهکشان‌ها شبکه‌ای با حفره‌های بزرگ در بین آن‌ها تشکیل می‌دهند.

متا کهکشان یک اتحاد (خوشه) از کهکشان‌هایی است که تقریباً به همان ترتیبی که کهکشان برای ستاره‌های منظومه ما دارد. ما باید وجود متا کهکشان های دیگر را فرض کنیم.

تکامل متا کهکشان ها، کهکشان ها و ستارگان منفرد.در سراسر قرن 20، از طریق آثار A. Friedman، A. Einstein، E. Hubble، J. Lemaitre، GA. گامو و سایر محققان مفهومی را توسعه دادند که بر اساس آن متا کهکشان در حال انبساط است، یعنی پراکندگی کهکشان ها از مرکز اولیه ای که جهان ما از آن سرچشمه گرفته است. دشوار است بگوییم چه چیزی قبل از آن رخ داده است. فرض بر این است که جهان مدرن از ماده ای سرچشمه گرفته است که در یک حالت فوق العاده داغ و فوق متراکم قرار داشت. حدود 15 تا 20 میلیارد سال پیش، این لخته ماده، این "اتم اول" به دلایلی هنوز نامشخص به نظر می رسید که منفجر شود و با کاهش شدید دما شروع به گسترش سریع کرد. در طی این روند گسترش متا کهکشان که تا به امروز ادامه دارد، ساختار آن که در حال حاضر مشاهده می شود شکل گرفت.

تئوری جهان در حال انبساط مبتنی بر تفسیر تغییر تجربی تشخیص داده‌شده قرمز خطوط طیفی کهکشان‌ها در نتیجه اثر داپلر است، که تغییر رنگ قرمز را با رکود کهکشان‌ها توضیح می‌دهد. با این حال، این تفسیر تنها نیست؛ در دهه‌های گذشته، تردیدها در مورد واقعیت انبساط کیهان به طور فزاینده‌ای انباشته شده است. سیر تکاملی سیستم های فضاییبدون شک است، اما باید بین قوانین عینی تکامل و بیان نظری آنها با استفاده از مدل های مختلف تمایز قائل شد. به طور خاص، پدیده جابجایی خطوط طیفی به رنگ قرمز را می توان به عنوان یک نتیجه از کاهش انرژی و فرکانس طبیعی فوتون ها در نتیجه برهم کنش با میدان های گرانشی توضیح داد که نور برای میلیون ها سال در فضای بین کهکشانی حرکت می کند.

همه اجرام فضایی - ستارگان، سیارات، کهکشان ها - تحت تکامل هستند. اکنون مشخص شده است که ستارگان معمولی، در جریان تغییرات، به اصطلاح «کوتوله‌های سفید»، «ستارگان نوترونی» و «سیاهچاله‌ها» تبدیل می‌شوند.

تشکیل ستاره دارای مراحل زیر است:

1. در مرحله اول یک ابر گاز و غبار وجود دارد که در آن ذرات گاز و غبار شروع به جذب یکدیگر می کنند.

2. در طی فرآیند این جاذبه، ابر شروع به گرم شدن می کند.

3. هنگامی که دمای هسته ستاره به 10 میلیون درجه سانتیگراد می رسد، یک واکنش گرما هسته ای آغاز می شود. هیدروژن به هلیوم تبدیل می شود که با تشعشع در تمام قسمت های طیف همراه است. به لطف این تابش، ستاره به یک ستاره، یعنی یک جسم کیهانی قابل مشاهده تبدیل می شود.

بعد از شروع واکنش گرما هسته اییک ستاره مراحل وجودی زیر را طی می کند:

ستاره های معمولی یا زرد آنها در مرحله فرسودگی هیدروژنی هستند. با سوختن هیدروژن، یک هسته هلیوم تشکیل می شود که توسط ناحیه ای از همرفت و تشعشع از پوسته هیدروژن جدا می شود.

ابرغول یا غول سرخ هسته هلیوم ستاره منقبض می شود و به دلیل دور شدن پوسته هیدروژن از هسته، اندازه ستاره به طور قابل توجهی افزایش می یابد. جرم غول سرخ نه تنها به دلیل سوختن هیدروژن، بلکه به دلیل از بین رفتن ماده روی پوسته بیرونی ستاره شروع به کاهش می کند.

کوتوله سفید لایه خارجیتخلیه می شود، در فضای بیرونی پراکنده می شود و تنها هسته داغ هلیوم از ستاره باقی می ماند. فشرده سازی گرانشی هسته ادامه دارد. در ابتدا، سطح یک کوتوله سفید دمای بسیار بالایی دارد (تا ده ها هزار درجه)، اما سپس به سرعت سرد می شود. قطر کوتوله سفید فقط 5-10 هزار کیلومتر است، یعنی با قطر زمین قابل مقایسه است.

ستاره نوترونی فشرده سازی مداوم هسته و تسریع چرخش حول محور آن منجر به فشرده شدن و فروپاشی اتم ها می شود. الکترون ها با پروتون ها ترکیب می شوند و نوترون می سازند. یک کوتوله سفید به یک ستاره نوترونی تبدیل می شود. اندازه چنین ستاره ای تنها چند ده کیلومتر است (قطر مسکو)، سرعت چرخش حول محور آن چند صد دور در دقیقه است. چگالی عظیم یک ستاره نوترونی به چنان انحنای فضای اطراف آن منجر می‌شود که ماده ستاره به یک نقطه فشرده می‌شود.

سیاه چاله. غلظت جرم در فضا به حدی می رسد که یک قاشق چای خوری حاوی 100 میلیون متریک تن ماده است. تمام اجرام و تشعشعات واقع در ناحیه گرانشی سیاهچاله به سمت آن گرایش دارند. اندازه سیاهچاله 2-3 کیلومتر است. آخرین مرحله وجود سیاهچاله ها، انفجار و پراکندگی ماده است. در این مرحله می توان وجود ستاره را کاملاً تکمیل شده دانست. سرعت عبور یک ستاره از مراحل ذکر شده وجود به اندازه آن بستگی دارد. ستاره های بزرگتمام مراحل بالا را سریعتر طی کنید.

مفاهیم مگا جهان

اصل خلقناپذیری و تخریب ناپذیری ماده.

از زمان های قدیم می دانستند که هیچ چیز از هیچ به وجود نمی آید. هر شی فقط می تواند از اشیاء دیگر بوجود بیاید. تهی مطلق به عنوان فقدان کامل ماده وجود ندارد. اگر جوهری نباشد میدان هست و اگر میدان نباشد خلاء فیزیکی آن وجود دارد. با خلاء، فیزیک مدرن یک حالت خاص از ماده را درک می کند، و نه "هیچ" مطلق. به عنوان مثال، خلاء یک میدان الکترومغناطیسی حالتی است که در آن هیچ فوتونی وجود ندارد. بنابراین، وقتی فیزیکدانان در مورد امکان خروج ماده از خلاء صحبت می کنند، این بدان معنا نیست که ما در مورد ظهور ماده از خلاء صحبت می کنیم. استدلال هایی که در جهان در واحدی از زمان ظاهراً مقدار معینی از ماده از "هیچ" ظاهر می شود، فقط می تواند به این معنی باشد که ما در مورد ظهور یک ماده شناخته شده از نوعی ماده دیگر که هنوز مشخص نشده است صحبت می کنیم.

اصل خلقت ناپذیری و تخریب ناپذیری ماده و صفات آن در قوانین فیزیکی بقای خود بیان جامعی پیدا می کند. تعداد قوانین خصوصی حفظ خصوصیات فردی اشکال فیزیکی حرکت رو به افزایش است. در آغاز قرن بیستم. قوانین بقای جرم، انرژی، بار الکتریکی، تکانه و تکانه زاویه ای شناخته شده بودند. اکنون آنها با قوانین بقای برابری، غریبگی، بارهای باریون و لپتون و غیره تکمیل شده اند. کشف هر قانون حفاظت به طور جدایی ناپذیری با ظهور یک ویژگی بنیادی جدید ماده مرتبط است. یکی از ویژگی های قوانین حفاظت این است که می توان آنها را در قالب محدودیت ها یا حتی ممنوعیت های قطعی بیان کرد، به این معنی که امکان وقوع برخی فرآیندها در شرایط خاص وجود ندارد.