Структурные организации материи

ПЛАН

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................ 3

1. СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МАТЕРИИ……………………….................................................4
2. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ………………………………………….6
3. СИЛЬНОЕ И СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ………………………………………….6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………….8

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………..........9

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

На пороге ХХ в. наука подошла к тому, чем всегда занималась мифология - к вопросу о происхождении мира и материи.

     Важнейшей  задачей современного естествознания  является создание естественнонаучной  картины мира. В процессе ее  создания возникает вопрос о  происхождении и изменении различных  материальных продуктов и явлений,  об их количественных, качественных  характеристиках.

     Материя  - это бесконечное множество всех  существующих в мире объектов  и систем, субстрат любых свойств,  связей, отношений и форм движения. Материя включает в себя не  только все непосредственно наблюдаемые  объекты и тела природы, но  и все те, которые в принципе  могут быть познаны в будущем  на основе совершенствования  средств наблюдения и эксперимента. Весь окружающий нас мир представляет  собой движущуюся материю в  её бесконечно разнообразных  формах и проявлениях, со всеми  её свойствами, связями и отношениями. 

 

 

 

 

1.СТРУКТУРНАЯ  ОРГАНИЗАЦИЯ МАТЕРИИ

Важнейшими атрибутами материи являются структурность  и системность. Они выражают упорядоченность  существования материи и те конкретные формы, в которых она проявляется. Под структурой материи обычно понимается ее строение в микромире, существование  в виде молекул, атомов, элементарных частиц и т. д. Это связанно с тем, что человек, являясь микроскопическим существом, привык к соответствующим  масштабам, поэтому понятие строения материи ассоциируется, как правило, с микрообъектами. Но если рассматривать  материю в целом, то понятие структуры  материи будет охватывать также  различные макроскопические тела, все  космические системы мегамира. С этой точки зрения структура материи проявляется в существовании бесконечного многообразия целостных систем, тесно связанных между собой. Из всего многообразия форм объективной реальности (то есть материи), эмпирически доступной для наблюдения является конечная область материального мира, которая простирается от 10-15 см до 1028 см (около 20 млрд. световых лет), а во времени­­­­ - до 2*1010  лет. В этих доступных нам масштабах структурность материи проявляется в ее системной организации, существовании в виде множества иерархически взаимосвязанных систем: Метагалактика, отдельная галактика, звездная система, планета, отдельные тела, молекулы, атомы, элементарные частицы.

          Внутренняя энергия связи может  иметь различное значение в  зависимости от характера сил,  объединяющих тела в системы.  С переходом от космических  систем к макроскопическим телам,  молекулам и атомам к гравитационным  силам добавляются электромагнитные, намного более мощные, чем первые. В атомных ядрах действуют  еще более мощные ядерные силы. Чем меньше размеры материальных  систем, тем более прочно связаны  между собой их элементы. При  переходе к элементарным частицам  энергия внутренних связей возрастает  еще больше и оказывается сопоставимой  с их собственной энергией.

            В литературе часто основные  формы материи подразделяют на  поле и вещество. Такое деление  имеет некоторый смысл, но оно  ограничено. Под веществом имеют  в виду различные частицы и  тела, которым присуща масса покоя,  тогда как поля и их кванты  массы покоя не имеют, хотя  обладают энергией, импульсом и  множеством других свойств. Но  поле и вещество нельзя противопоставлять  друг другу. Если рассматривать  структуру вещества, то во всех  системах внутреннее пространство  будет “занято” полями, на долю  собственно частиц приходится  ничтожная часть общего объема  системы (примерно 10-36 – 10-40 объема), то есть поля входят в структуру  вещества. В свою очередь, квантами  полей выступают частицы, относящиеся  к веществу. В этой неразрывной  взаимосвязи частиц и полей  можно видеть одно из важнейших  проявлений единства прерывности  и непрерывности в структуре  материи.

     Частицы обладают  относительной прерывностью и  локализованностью в пространстве, тогда как поля непрерывно распределены в нем. При этом поля не являются абсолютно континуальными средами. При излучении и поглощении они проявляются относительно дискретно - в виде квантов: фотонов, мезонов и др. Кванты полей взаимодействуют с частицами вещества как дискретные образования. Частицы вещества также нельзя представлять в виде каких - то микроскопических шариков с абсолютно резкими гранями. Частицы неотделимы от полей, и не существует абсолютно резкой границы, где кончается собственно частица и начинается ее внешнее поле. В пограничной области существует непрерывный взаимопереход полей и частиц.

 

 

2.ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ  ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

 

К настоящему времени известны четыре вида основных фундаментальных  взаимодействий: гравитационное электромагнитное, сильное, слабое. Гравитационное взаимодействие характерно для всех материальных объектов вне зависимости от их природы. Оно заключается во взаимном притяжении тел и определяется фундаментальным законом всемирного тяготения: между двумя точечными телами действует сила притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними.  Электромагнитное взаимодействие описывается фундаментальными законами электростатики и электродинамики: законом Кулона, законом Ампера и др.  На каждом более глубоком уровне структуры материи обнаруживаются новые необычные свойства и законы движения ее, обогащающие наше познание ее структурной бесконечности. Положение, сложившееся в современной физике элементарных частиц, напоминает положение, создавшееся в физике атома после открытия в 1869г. Д.И. Менделеевым периодического закона. Хотя физическая сущность этого закона была выяснена только спустя примерно 60 дет, после создания квантовой механики, он позволил систематизировать известные к тому времени химические элементы и, кроме того, привел к предсказанию существования новых элементов и их свойств. Точно так же физики научились систематизировать элементарные частицы, причем систематика в ряде случаев позволила предсказать существование новых частиц и их свойств.Однако установление систематики элементарных частиц, как отметил выдающийся физик-теоретик И.Е. Тамм (1895- 1971),... Отнюдь не решит фундаментальной проблемы понимания всех законов микромира.  По-видимому, такое "великое объединение" потребует синтеза теории элементарных частиц, квантовой хромодинамики и научной космологии, релятивистской астрофизики. Разработка единой теории всех известных фундаментальных взаимодействий позволит обеспечить концептуальную интеграцию современных данных о природе, хотя на этом физическая наука на закончится, ибо материя неисчерпаема и бесконечна в своей структуре, как практически необозримы пути технического применения физики и развития прикладных физических дисциплин.

 

3.СИЛЬНОЕ И СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

Слабое взаимодействие — одно из четырёх фундаментальных  взаимодействий в природе. Оно ответственно, в частности, за бета-распад ядра. Это  взаимодействие называется слабым, поскольку  два других взаимодействия, значимые для ядерной физики (сильное и  электромагнитное), характеризуются значительно большей интенсивностью. Однако оно значительно сильнее четвёртого из фундаментальных взаимодействий, гравитационного. Слабое взаимодействие является короткодействующим — оно проявляется на расстояниях, значительно меньших размера атомного ядра (характерный радиус взаимодействия 10−18 м). Стандартная модель физики элементарных частиц описывает электромагнитное взаимодействие и слабое взаимодействие как разные проявления единого электрослабого взаимодействия, теорию которого разработали около 1968 года Глэшоу, Салам и Вайнберг. За эту работу они получили Нобелевскую премию по физике за 1979 год.

В слабом взаимодействии участвуют  все фундаментальные фермионы (лептоны  и кварки). Это единственное взаимодействие, в котором участвуют нейтрино (не считая гравитации, пренебрежимо малой  в лабораторных условиях), чем объясняется  колоссальная проникающая способность  этих частиц. Слабое взаимодействие позволяет  лептонам, кваркам и их античастицам обмениваться энергией, массой, электрическим  зарядом и квантовыми числами  — то есть превращаться друг в друга.

Си́льное взаимоде́йствие — одно из четырёх фундаментальных взаимодействий в физике. В сильном взаимодействии участвуют кварки и глюоны и составленные из них частицы, называемые адронами (барионы и мезоны). Оно действует в масштабах порядка размера атомного ядра и менее, отвечая за связь между кварками в адронах и за притяжение между нуклонами (разновидность барионов — протоны и нейтроны) в ядрах.

Необходимость введения понятия  сильных взаимодействий возникла в 1930-х годах, когда стало ясно, что  ни явление гравитационного, ни явление  электромагнитного взаимодействия не могли ответить на вопрос, что  связывает нуклоны в ядрах. В 1935 году японский физик Х. Юкава построил первую количественную теорию взаимодействия нуклонов, происходящего посредством обмена новыми частицами, которые сейчас известны как пи-мезоны (или пионы). Пионы были впоследствии открыты экспериментально в 1947 году. В 1950-е годы было открыто огромное число новых элементарных частиц, большинство из которых обладали очень малым временем жизни. Все эти частицы были сильно взаимодействующими: сечения их рассеяния друг на друге были порядка сечений взаимодействия нуклонов и пионов, и заметно превышали сечения взаимодействия с электронами.

 

Среди этих адронов были как мезоны, так и барионы. Они  обладали различными спинами и зарядами; в их распределении по массам и  в предпочитаемых каналах распада  проглядывалась некоторая регулярность, однако откуда она бралась — не было известно.

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

   В современной науке широко используется метод структурного анализа, при котором учитывается системность исследуемых объектов. Ведь структурность - это внутренняя расчлененность материального бытия, способ существования материи.

Структурные уровни организации  материи строятся по принципу пирамиды: высшие уровни состоят из многочисленного  числа низших уровней. Низшие уровни являются основой существования  материи. Без этих уровней невозможно дальнейшее построение «пирамиды материи». Высшие (сложные) уровни образуются путём  эволюции – постепенно переходя от простого к сложному. Структурные уровни материи образованы из определенного множества объектов какого-либо вида и характеризуются особым способом взаимодействия между составляющими их элементами.

Концепция структурных  уровней живой материи включает представления системности и  связанной с ней органической целостности живых организмов. Однако история теории систем начиналась с механистического понимания организации живой материи, в соответствии с которым все высшее сводилось к низшему: процессы жизнедеятельности — к совокупности физико-химических реакций, а организация организма — к взаимодействию молекул, клеток, тканей, органов и т.п.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная литература:

1. Аруцев А.А.,  Ермолаев Б.В.,  Кутателадзе И.О.,  Слуцкий М.С.

Концепции современного естествознания. Учебное пособие. – М., 2007.

2. Браже Р.  А.,  Мефтахутдинов Р.  М.  Концепции современного

естествознания. Материалы  к семинарским занятиям. – Ульяновск, 2003.

3. Горелов А.А. Концепции  современного естествознания. –  М., 2003.

4. Канке В.А. Концепции современного естествознания. – М., 2006.

5. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. – М., 2005.

6. Концепции современного  естествознания:  учебник/  под  ред. 

профессоров В. Н. Лавриненко, В. П. Ратникова. М, 2001.

7. Концепции современного  естествознания:  учеб.  пособие/  В.О.

Голубинцев и др.; под общ. ред.  С.И. Самыгина. – Изд. 7-е, доп. и перераб.

– Ростов-н/Д.: Феникс, 2005.