Выделяют три крупных структурных уровня организации Вселенной:
мегамир (Звездные системы, Галактики, Метагалактика)
макромир (человек, окружающая среда, планета)
микромир (элементарные частицы, атомы, молекулы)
С точки зрения физиков иерархия объектов природы выглядит следующим образом: поля - элементарные частицы - ядра - атомы - молекулы - макротела (кристаллы, жидкости, газы, плазма) - планеты - звезды - галактики - Метагалактика.
Биологи предлагают следующую иерархию биологических систем: макромолекулы - органоиды - клетки - ткани - органы - системы органов - организмы - популяции - виды - биоценозы - биосфера.
В социологии можно выделить следующие уровни социальной организации: семья - род - племя – этнос - нация - цивилизация (?)
Таким образом, окружающий нас мир представляет собой сложную иерархию природных и социальных систем. В этой иерархии каждый объект является системой, состоящей из элементов, и в то же время он сам является элементом системы более высокого ранга. Исключением является система самого высокого ранга – Вселенная, которая не может быть элементом системы еще более высокого ранга, поскольку такой по определению не существует.
Аналогичная проблема возникает при попытке найти систему самого низкого ранга – элементарный объект, который собственно системой не может быть, ибо далее на составные части он не разложим.
Недостатком большинства предлагаемых структурных схем природы является их линейный характер. Очевидно, что в одну линейную последовательность объекты природы нельзя расположить. И на нижнем этаже сложной сетевидной иерархии (в микромире) располагается не один элементарный объект, а некоторое множество объектов, способных к взаимопревращениям.
Фундаментальные взаимодействия.
Итак, в природе существуют качественно различные связанные системы объектов - ядра, атомы, макротела, звездные системы. Существует нечто такое, что скрепляет части системы в целое. Чтобы разрушить систему частично или полностью, нужно затратить энергию. Взаимное влияние частей системы характеризуется энергией взаимодействия, или просто взаимодействием.
В настоящее время среди физиков принято считать, что любые взаимодействия каких угодно объектов могут быть сведены к ограниченному классу основных фундаментальных взаимодействий: сильному, электромагнитному, слабому и гравитационному. С этим могут не согласиться биологи и социологи, поскольку биологические и социальные системы связаны специфическими взаимодействиями, несводимыми к перечисленным физическим.
Гравитационные взаимодействия (тяготение) обусловливают притяжение тел к Земле, существование Солнечной системы и галактик.
Эти взаимодействия универсальны, т.е. применимы к любым объектам. Однако они существенны лишь для астрономических объектов, для формирования структуры и эволюции Вселенной как целого. Гравитационные взаимодействия очень быстро ослабевают с уменьшением массы объектов и практически не играют роли для ядерных и атомных систем.
Источником гравитации являются массы тел, а дальность гравитационного взаимодействия не ограничена.
Согласно закону всемирного тяготения (Ньютон), гравитационная сила, с которой притягиваются друг к другу две частицы (тела), прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между их центрами.
Общепринятой классической теорией гравитационного взаимодействия является эйнштейновская общая теория относительности, согласно которой гравитация связана с кривизной пространства-времени и описывается в терминах римановой геометрии. Теория предсказывает, что гравитационные возмущения могут распространяться в пространстве в виде гравитационных волн, которые аналогичны электромагнитным волнам. Должны существовать переносчики гравитационного взаимодействия – гравитоны, но они до сих не обнаружены.
Электромагнитные взаимодействия определяют связи в атомах, молекулах и обычных макротелах. В них участвуют все заряженные тела. Радиус их действия также не ограничен, но они преобладают внутри вещества: определяют химические связи, излучение света, намагничивание, словом, все явления, наблюдаемые в молекулах и атомах. Гравитационное взаимодействие здесь не сказывается из-за его малой силы, а слабое и сильное — из-за их короткого радиуса действия. Энергия ионизации атома, т.е. энергия отрыва электрона от ядра определяет значение электромагнитного взаимодействия, существующего в атоме. С точки зрения квантовой теории переносчиком электромагнитного взаимодействия является фотон.
Сильное взаимодействие ответственно за устойчивость атомных ядер. Наличие в ядрах одинаково заряженных протонов и нейтральных частиц говорит о том, что должны существовать взаимодействия, которые гораздо интенсивнее электромагнитных (в сотни раз), ибо иначе ядро не могло бы образоваться. Эти взаимодействия проявляются лишь в пределах ядра на расстояниях менее 10-13 см. Сильное взаимодействие скрепляет нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре и кварки внутри нуклонов. Согласно квантовой теории переносчиками сильного взаимодействия являются глюоны.
Нуклон-нуклонная сила не является “чистой” силой притяжения. На расстояниях порядка 10-14 см она становится силой отталкивания. Мы до сих пор не знаем природы этих сил во всех деталях; их разгадка является одной из главных проблем современной ядерной физики.
Слабое взаимодействие существует между любыми парами элементарных частиц. Радиус их действия не больше, чем у ядерных сил, а может быть, и равен нулю.
Обнаруженная в 1896 году Беккерелем радиоактивность была первым сигналом о наличии слабых взаимодействий. Оказалось, что слабое взаимодействие принимает участие в некоторых термоядерных реакциях, поддерживающих излучение Солнца и других звезд. Оно является единственным взаимодействием, существующим между электроном и нейтрино. Значительное число медленных распадов элементарных частиц сопровождается излучением нейтрино. Эта частица крайне слабо взаимодействует с веществом. Длина пути между двумя столкновениями нейтрино с частицами вещества в среде с обычной плотностью - 1017 км. Следовательно, Земля для нейтрино совершенно прозрачна.
По своей величине основные взаимодействия располагаются в следующем порядке: сильное (ядерное) - электрическое - слабое - гравитационное.
Физики пытаются объединить эти четыре силы природы. Выяснилось, что электромагнитное и слабое взаимодействия связаны друг с другом. Электромагнитное поле представляет собой часть более общего электрослабого поля.
Эйнштейн предполагал возможность объединения электромагнитного взаимодействия с гравитационным. Это Суперобъединение - все четыре силы природы сводятся к одной, исходя из какого-то фундаментального принципа. В последнее время все чаще высказывается мысль, что этот принцип геометрический, как и принцип общей теории относительности.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему