Понятие о структурных уровнях организации материи. Мегамир, макромир и микромир.

В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм или галактика, может быть рассмотрен как сложное образование, включающее составные части, организованные в целостность. Для обозначения целостности объектов в науке было выработано понятие системы.

Существуют два типа связей между элементами системы – по "горизонтали" и по "вертикали". Связи по "горизонтали" – это связи координации между однопорядковыми элементами. Они носят коррелирующий характер: ни одна часть системы не может измениться без того, чтобы не изменились другие части. Связи по "вертикали" – это связи субординации, т.е. соподчинения элементов. Они выражают сложное внутреннее устройство системы, где одни части по своей значимости могут уступать другим и подчиняться им. Вертикальная структура включает уровни организации системы, а также их иерархию.

Внутри каждого из структурных уровней существуют отношения субординации, например, молекулярный уровень включает атомарный, а не наоборот. Всякая высшая форма возникает на основе низшей, включает ее в себя в снятом виде. Это означает, по существу, что специфика высших форм может быть познана только на основе анализа структур низших форм. И наоборот, сущность формы низшего порядка может быть познана только на основе содержания высшей по отношению к ней формы материи.

В естественных науках выделяются два больших класса материальных систем: системы неживой природы и системы живой природы. В неживой природе структурными уровнями организации материи являются:

· вакуум (поля с минимальной энергией);

· поля и элементарные частицы;

· атомы;

· молекулы;

· макроскопические тела;

· планеты и планетные системы;

· звезды и звездные системы;

· галактики;

· метагалактика (наблюдаемая часть Вселенной);

· Вселенная.

В живой природе выделяют два важнейших структурных уровня организации материи – биологический и социальный. Биологический уровень включает:

· доклеточный уровень (белки и нуклеиновые кислоты);

· клетку как "кирпичик" живого и одноклеточные организмы;

· многоклеточный организм, его органы и ткани;

· популяцию – совокупность особей одного вида, занимающих определенную территорию, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других групп своего вида;

· биоценоз – совокупность популяций, при которой продукты жизнедеятельности одних являются условиями существования других организмов, населяющих определенный участок суши или воды;

· биосферу – живое вещество планеты (совокупность всех живых организмов, включая человека).

На определенном этапе развития жизни на Земле возник разум, благодаря которому появился социальный структурный уровень материи. На этом уровне выделяются: индивид, семья, коллектив, социальная группа, класс и нация, государство, цивилизация, человечество в целом.

По другому критерию – масштабам представления – в естествознании выделяют три основных структурных уровня материи:

· микромир – мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10^-8 до 10^-16 см, а время жизни – от бесконечности до 10^-24 секунды;

· макромир – мир макрообъектов, соизмеримых с человеком и его опытом. Пространственные величины макрообъектов выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах (10^-6–10⁷ см), а время – в секундах, минутах, часах, годах, веках;

· мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояния в котором измеряются астрономическими единицами, световыми годами и парсеками (до 10²⁸ см), а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет.

Постулаты теории относительности Эйнштейна. Достоинства и недостатки постулативного метода.

В основе специальной теории относительности лежат постулаты Эйнштейна, сфор­мулированные им в 1905 г.

I. Принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптичес­кие), проведенные внутри данной инерциальной системы отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной систе­мы отсчета к другой.

П. Принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

Первый постулат Эйнштейна, являясь обобщением механического принципа относительности Галилея на любые физические процессы, утверждает, таким образом, что физические законы инвариантны по отношению к выбору инерциальной системы отсчета, а уравнения, описывающие эти законы, одинаковы по форме во всех инерциальных системах отсчета. Согласно этому постулату, все инерциальные системы от­счета совершенно равноправны, т. е. явления (механические, электродинамические, оптические и др.) вовсех инерциальных системах отсчета протекают одинаково.

Согласно второму постулату Эйнштейна, постоянство скорости света — фундаментальное свойство природы, которое констатируется как опытный факт.

Специальная теория относительности потребовала отказа от привычных представ­лений о пространстве и времени, принятых в классической механике, поскольку они противоречили принципу постоянства скорости света. Потеряло смысл не только абсолютное пространство, но и абсолютное время.

Постулаты Эйнштейна и теория, построенная на их основе, установили новый взгляд на мир и новые пространственно-временные представления, такие, например, как относительность длин и промежутков времени, относительность одновременности событий. Эти и другие следствия из теории Эйнштейна находят надежное эксперимен­тальное подтверждение, являясь тем самым обоснованием постулатов Эйнштей­на — обоснованием специальной теории относительности.

Такой постулативный способ решения проблемы может быть оправдан и вполне эффективен, - но лишь только в том случае, когда рациональное решение поставленной проблемы действительно не возможно. Тогда мы просто говорим: "Таково положение дел, оно парадоксально, но мы должны смириться с этой парадоксальностью".

Механика как основа физики. Основные законы и понятия механики.

Меха́ника — область физики, изучающая движение материальных объектов и взаимодействие между ними. Важнейшими разделами механики являются классическая механика, релятивистская механика и квантовая механика.

Кинематика

Кинематика — изучает геометрические свойства движения тел без учета их масс и действующих на них сил. Рассматривает движение тел без выяснения причин этого движения.

• Материальная точка — тело, размерами и формой которого в данных условиях можно пренебречь.
• Тело отсчета — тело, относительно которого рассматривают движение.
• Система отсчёта — совокупность тела отсчёта, связанной с ним системы координат и часов.
• Часы — устройство, в котором протекает периодический процесс, положенный в основу отсчета времени.
• Траектория движения материальной точки — линия, описываемая этой точкой в пространстве. В зависимости от формы траектории движение может быть прямолинейным или криволинейным.
• Вектор перемещения — вектор, начальная точка которого совпадает с начальной точкой движения, конец вектора — с конечной.
• Путь — сумма длин всех участков траектории, пройденных точкой за определенное время.
• Средняя скорость — отношение модуля вектора перемещения к промежутку времени, в течение которого это перемещение произошло.
• Мгновенная скорость (скорость) — предел отношения вектора перемещения к промежутку времени, за который это перемещение произошло, при стремлении длительности промежутка времени к нулю.
• Ускорение — характеристика степени неравномерности движения. Определяет быстроту изменения скорости по модулю и направлению.
• Закон сложения скоростей: абсолютная скорость материальной точки равна векторной сумме переносной и относительной скоростей.
• Среднепутевая скорость — отношение пройденного пути к соответствующему промежутку времени.