Нашата Вселена е разделена от човека на различни компоненти на обективната реалност, разпределени в редица светове. За удобство е обичайно да се използват такива понятия като мегасвят, макросвят и микросвят.
За да разберем напълно значението на тези термини, е необходимо да преведем думите в речник, който разбираме. Префиксът "мега" идва от гръцки μέγας , което означава "голям". Макро - в превод от гръцки μάκρος (макро) - „голям“, „дълъг“. Микро – идва от гръцкото μικρός и означава „малък“.
Различни светове на възприятие
Мегасветът включва обекти с космически размери. Например: галактика, слънчева система, мъглявина.
Макросветът е онова познато за нас пространство, осезаемо и възприемано по естествен начин. Където можем да видим, да възприемем обикновеното физически обекти: кола, дърво, камък. Той също така съдържа такива познати понятия като секунда, минута, ден, година.
Тълкувайки по различен начин, можем да кажем, че макрокосмосът е обикновен святв която живее човек.
Има и второ определение. Макросветът е светът, в който сме живели преди появата на квантовата физика. С появата на нови знания и разбирания за структурата на материята настъпи разделение на макросвят и микросвят.
Въведе човек в нови идеи за света и неговите съставни части. Създава редица дефиниции, изясняващи кои обекти са характерни за микро- и макросвета.
Определението за обекти на микросвета включва всичко, което е на атомно и субатомно ниво. В допълнение към размера си, тази зона се характеризира с напълно различни закони на физиката и философия на нейното разбиране.
Корпускула или вълна?
Това е област, в която нашите стандартни закони нямат приложение. на тези нива те остават чисто под формата на Анализирайки твърденията на някои учени, че тази област на света се характеризира с корпускулярно (преведено като „частица“) проявление на елементарни частици, можем да кажем, че не може да има еднозначно визия по тези въпроси.
До известна степен те са прави, от гледна точка на макрокосмоса. Ако има наблюдател, те се държат като частици. При тяхно отсъствие поведението им става вълнообразно.
В действителност територията на района на микросвета е представена от енергийни вълни, заплетени в пръстени и спирали. Що се отнася до нашата обичайна зона на възприятие, обектите на макросвета са представени под формата на корпускуларен (обекти, обекти) компонент и вълнови процеси.
Пет различни свята
Днес има пет типа наш свят, включително споменатите по-рано три (често използвани).
Нека разгледаме по-задълбочено всички компоненти на нашата обективна реалност.
Хиперсвят
Хиперсветът се смята за първи, но в моментаняма конкретни доказателства за съществуването му. Хипотетично включва множество вселени.
Мегасвят
Споменатият по-рано мегасвят се разглежда по-нататък. Включва мегагалактики, звезди, планетарни подсистеми, планети, спътници звездни системи, комети, метеорити, астероиди, дифузна материя на космоса и наскоро откритата „тъмна материя и нейните компоненти“.
Линейното пространство може да се измерва в астрономически единици и парсеци. Времето е в милиони и милиарди години. Основната сила е гравитационният тип взаимодействие.
Макросвят
Третият свят е част от реалната обективност на света, в който човек съществува. Как да определите понятието "макросвят" и неговата разлика от другите компоненти на Вселената не е трудно. Няма нужда да се занимавате с разбиране.
Огледайте се, макросветът е всичко, което виждате и всичко, което ви заобикаля. В нашата част от обективната реалност има както обекти, така и цели системи. Те също така включват живи, неживи и изкуствени обекти.
Някои примери за макрообекти и макросистеми: обвивките на планетата (вода, газ, твърдо вещество), градове, автомобили и сгради.
Геоложки и биологични макросистеми (гори, планини, реки, океани).
Космосът се измерва в микромилиметри, милиметри, сантиметри, метри и километри. Що се отнася до времето, то се измерва в секунди, минути, дни, години и ери.
Има основно електромагнитно поле на взаимодействие. Квантово проявление – фотони. Съществува и гравитационен тип взаимодействие.
Микросвят
Микросветът е областта на микрообектите и микросъстоянията. Това е част от реалността, където обектите са изключително малки по размер, в експериментален мащаб. Те са недостъпни за наблюдение от обикновеното човешко око.
Нека да разгледаме някои примери за микрообекти и микросистеми. Те включват: микромолекули, атоми, компоненти на атоми (протони, електрони) и по-малки елементарни частици. Както и кванти (носители) на енергия и “физически” вакуум.
Пространството се измерва от 10 на минус десета степен до 10 на минус осемнадесета степен на метри, а времето се измерва от „безкрайност“ до 10 на минус двадесет и четвърта степен.
В микрокосмоса преобладават следните сили: слабо междуатомно взаимодействие, квантови полета - тежки междинни бозони; силно междуядрено взаимодействие, квантов тип полета - глуони и р-мезони; електромагнитен вид взаимодействие, поради което съществуват атоми и молекули.
Хипосвят
Последният свят е много специфичен. Днес тя съществува не повече от теоретично.
Хипосвятът е хипотетичен свят в микросвят. Дори е по-малък като размер. В него уж съществуват обекти и системи.
Примери за хипообекти и хипосистеми: планкеон (всичко, което по-малки размериПланк - 10 на минус тридесет и пета степен на метри), „сингулярност на мехурчета“, а също и присъщи на „физически“ вакуум с предполагаеми елементи, по-малки от микрочастиците и съществуването на хипочастици на „тъмната материя“ е напълно приемливо.
Пространството и времето са дискретни, разположени в рамките на представения модел на планкеон:
Линейни параметри - 10-35 метра.
- Планктеонско време - 10-43 секунди.
- Плътността на хипосвета е 1096 kg/m 3.
- Планктеон енергия - 1019 GeV.
Може би в бъдеще нови сили на хипосвета ще бъдат добавени към основните взаимодействия в микросвета или те ще бъдат комбинирани в едно цяло.
В процеса на разбиране на този свят учените, за пълно разбиране, разделиха всичко, което изучаваха, на области, сфери, раздели, групи, части и много други. Именно този метод ви позволява ясно да класифицирате и разберете същността на света около вас.
Преди около шестстотин години всеки учен се наричаше естествен учен. По това време не е имало разделение на науката на области. Естественият учен изучавал физика, химия, биология и всичко, на което се натъкнал.
Опитът за разбиране и изучаване на света доведе до продуктивно и ефективно разделение. Но нека не забравяме, че този подход е приложен от човек. Природата и света около насса интегрални и непроменливи, независимо от представите ни за тях.
ТЕМА-41 . Дефинирайте понятията: мегасвят, макросвят, микросвят, наносвят. Свързани ли са? Дефинирайте понятията: мегасвят, макросвят, микросвят, наносвят. Свързани ли са? Мегасветът е планети, звездни комплекси, галактики, мегагалактики - свят с огромни космически мащаби и скорости, разстоянието в което се измерва в светлинни години, а продължителността на живота космически обекти- милиони и милиарди години.
Макросветът е светът на устойчиви форми и количества, съизмерими с човека, както и кристални комплекси от молекули, организми, съобщества от организми; светът на макрообектите, чието измерение е свързано с мащабите човешки опит: пространствените величини се изразяват в милиметри, сантиметри и километри, а времето – в секунди, минути, часове, години.
Микросветът е молекули, атоми, елементарни частици - светът на изключително малки, пряко ненаблюдаеми микрообекти, чиято пространствена размерност варира от 10-8 до 10-16 cm, а времето на живота им варира от безкрайност до 10-24 s.
Наносветът е част от реалния, познат свят, само че тази част е толкова малка по размер, че не може да се види с помощта на обикновен човешко зрениеабсолютно невъзможно.
Те са тясно свързани.
^ 2. Определете вакуум.
Вакуум(от лат. вакуум- void) - среда, съдържаща газ при налягане, значително по-ниско от атмосферното. Вакуумът се характеризира с връзката между свободния път на газовите молекули λ и характерния размер на процеса d. Вакуумът също е състояние на газ, за което средната дължина на пътя на неговите молекули е сравнима с размерите на контейнера или по-голяма от тези размери.
3. Какво представлява наносветът? Какво е нанотехнология? По какво се различава наносветът от нанотехнологията?
Нанотехнологиите са интердисциплинарна област на фундаментални и приложна наукаи техники, занимаващи се с тоталността теоретична обосновка, практически методиизследване, анализ и синтез и методи за производство и приложение на продукти с дадена атомна структура чрез контролирано манипулиране на отделни атоми и молекули.
Наносветът е част от реалния, познат свят, но тази част е толкова малка по размер, че е напълно невъзможно да се види с помощта на обикновено човешко зрение.
Нанотехнологиите се отнасят конкретно до микрокосмоса, въпреки че нанометрите са 10 на -9-та степен на метър. А наносветът е микро-микросвят. Структурата на наносвета е структурата на радиоетера на Фарадей-Максуел. Неговите елементи са с размери от 10 до 35 градуса от метър, т.е. с 25 порядъка по-малки от водородния атом.
4. Къде се използва вакуумът?
4 . Експериментални изследванияизпарение и кондензация, повърхностни явления, някои топлинни процеси, ниски температури, ядрени и термоядрени реакцииизвършвани във вакуумни инсталации. Основният инструмент на модерното ядрена физика- ускорител на заредени частици е немислим без вакуум. Вакуумните системи се използват в химията за изследване на свойствата на чисти вещества, изучаване на състава и разделянето на компонентите на смесите, скоростите на химичните реакции Техническото използване на вакуума непрекъснато се разширява, но от края на миналия век до днес най-важното му приложение остава електронната технология. В електрическите вакуумни устройства вакуумът е структурен елементи предпоставкатяхното функциониране през целия им експлоатационен живот. Нисък и среден вакуум се използват в осветителни тела и газоразрядни устройства. Висок вакуум - в приемно-усилвателни и генераторни тръби. Най-високи изисквания към вакуума се налагат при производството на електроннолъчеви тръби и микровълнови устройства. За работа полупроводниково устройствоне е необходим вакуум, но вакуумната технология се използва широко в производствения му процес. Вакуумната технология е особено широко използвана в производството на микросхеми, където се извършват процеси на отлагане тънки филми, йонно ецване, електронна литография осигуряват елементи електронни схемисубмикронни размери В металургията топенето и претопяването на металите във вакуум ги освобождава от разтворени газове, поради което те придобиват висока механична якост, пластичност и вискозитет. Топенето във вакуум произвежда безвъглеродни видове желязо за електрически двигатели, силно електропроводима мед, магнезий, калций, тантал, платина, титан, цирконий, берилий, редки металии техните сплави. Вакуумирането се използва широко при производството на висококачествени стомани. Вакуумното синтероване на прахове от огнеупорни метали, като волфрам и молибден, е един от основните технологични процеси прахова металургия. Свръхчисти вещества, полупроводници и диелектрици се произвеждат във вакуумни кристализационни установки. Чрез методите на вакуумна молекулярна епитаксия могат да се получат сплави с произволно съотношение на компонентите. Изкуствени кристалиДиаманти, рубини и сапфири се произвеждат във вакуумни инсталации. Вакуумно-дифузионното заваряване позволява да се получат трайно херметически затворени съединения на материали с широко вариращи температури на топене. По този начин керамиката се съединява с метал, стоманата с алуминий и т.н. Висококачествено съединяване на материали с хомогенни свойства се осигурява чрез електронно-лъчево заваряване във вакуум. В машиностроенето вакуумът се използва за изследване на процесите на фиксиране на материали и сухо триене, за нанасяне на втвърдяващи покрития върху режещи инструменти и устойчиви на износване покрития върху машинни части, за вземане и транспортиране на части в автоматични машини и автоматични линии Химическата промишленост използва вакуумни сушилни устройства за производство на синтетични влакна, полиамиди, аминопласти, полиетилен, органични разтворители. Вакуумните филтри се използват в производството на целулоза, хартия и смазочни масла. Апаратите за вакуумна кристализация се използват в производството на багрила и торове. В електротехническата промишленост вакуумното импрегниране като най-икономичен метод се използва широко в производството на трансформатори, електродвигатели, кондензатори и кабели. Срокът на експлоатация и надеждността на превключващите електрически устройства при работа във вакуум са увеличени. При производството на оптични и битови огледала оптичната индустрия премина от химическо посребряване към вакуумно алуминизиране. Оптика с покритие, защитни слоеве и интерферентни филтри се получават чрез разпръскване на тънки слоеве във вакуум В хранително-вкусовата промишленост за дългосрочно съхранение и консервиране хранителни продуктиизползвайте вакуумно сушене чрез замразяване. Вакуумното опаковане на нетрайни продукти удължава срока на годност на плодовете и зеленчуците. Вакуумното изпаряване се използва при производството на захар, обезсоляване морска вода, производство на сол. Вакуумните доилни машини са широко използвани в селското стопанство. В ежедневието прахосмукачката се превърна в наш незаменим помощник. В транспорта вакуумът се използва за захранване с гориво на карбураторите и вакуумните усилватели на автомобилните спирачни системи. Симулация на космическото пространство в условия земна атмосферанеобходими за тестване изкуствени спътниции ракети.В медицината вакуумът се използва за запазване на хормони, лекарствени серуми, витамини, при получаване на антибиотици, анатомични и бактериологични препарати.
^ 5. Дефинирайте и обяснете понятието: ТЕХНОЛОГИЯ.
технология- набор от организационни мерки, операции и техники, насочени към производството, поддръжката, ремонта и/или експлоатацията на продукт с номинално качество и оптимални разходи В този случай: - терминът продукт трябва да се разбира като всеки краен продукт на труда ( материално, интелектуално, морално, политическо и т.н.); терминът номинално качество трябва да се разбира като предвидимо или предварително определено качество, например договорено техническо заданиеи съгласувани с техническото предложение - под оптимални разходи следва да се разбират минимално възможните разходи, които не водят до влошаване на условията на труд, санитарните и екологичните стандарти, техническите и противопожарните стандарти, прекомерното износване на работните инструменти, т.к. както и финансови, икономически, политически и други рискове.
6. Определете физическия вакуум.
Под физически вакуум в квантова физикаразбират най-ниското (основно) енергийно състояние на квантовано поле, което има нулев импулс, ъглов импулс и други квантови числа. Освен това такова състояние не отговаря непременно на празнотата: полето в най-ниското състояние може да бъде например полето на квазичастиците в твърдо тяло или дори в ядрото на атом, където плътността е изключително висока. Физически вакуум също се нарича пространство, напълно лишено от материя, изпълнено с поле в това състояние. Това условие не е абсолютна празнота . Квантова теория на полетозаявява, че съгл принципът на неопределеността, във физически вакуум непрекъснато се раждат и изчезват виртуални частици: т.нар нулеви колебанияполета. В някои специфични теории на полето, вакуумът може да има нетривиални топологични свойства. На теория могат да съществуват няколко различни вакуума, които се различават по енергийна плътност или други физически параметри(в зависимост от използваните хипотези и теории). Вакуумна дегенерация при спонтанно нарушаване на симетриятаводи до съществуването на непрекъснат спектър от вакуумни състояния, различаващи се едно от друго по брой Голдстоун бозони. Местни енергийни минимуми при различни значенияна всяко поле, което се различава по енергия от глобалния минимум, се наричат фалшиви вакууми; такива състояния са метастабилни и са склонни да се разпадат с освобождаването на енергия, преминавайки в истински вакуум или в един от лежащите в основата фалшиви вакууми. Някои от тези прогнози на теорията на полето вече са успешно потвърдени чрез експеримент. И така, ефектът на Казимир и Агнешка смяна атомни ниваобяснява се с колебания на нулевата точка електромагнитно полевъв физически вакуум. Съвременните физични теории се основават на някои други идеи за вакуума. Например съществуването на няколко вакуумни състояния (фалшивият вакуум, споменат по-горе) е една от основните основи теория на инфлациятаГолям взрив.
7. Фулерен, бакибол или бакибол - молекулно съединение, принадлежащи към класа на алотропните форми на въглерода (други са диамант, карбин и графит) и са изпъкнали затворени полиедри, съставени от четно числотрикоординирани въглеродни атоми.
Фулеритът (на английски fullerite) е молекулен кристал, в чиито възли на решетката има фулеренови молекули.
Фулеритни кристали C60
Грубокристален прах от фулерит C60 в сканиращ електронен микроскоп
При нормални условия(300 K) фулеренови молекули образуват лицево-центрирана кубична (fcc) кристална решетка. Периодът на такава решетка е a = 1,417 nm, средният диаметър на молекулата на фулерена C60 е 0,708 nm, разстоянието между съседните молекули C60 е 1,002 nm [източник не е посочен 258 дни] Плътността на фулерита е 1,7 g/cm3 , което е значително по-малка плътностграфит (2,3 g/cm3) и освен това диамант (3,5 g/cm3). Това се дължи на факта, че молекулите на фулерена, разположени в местата на фулеритната решетка, са кухи.
Логично е да се предположи, че вещество, състоящо се от такива невероятни молекули, ще има необичайни свойства. Плътността на фулеритния кристал е 1,7 g/cm3, което е значително по-малко от плътността на графита (2,3 g/cm3) и още повече на диаманта (3,5 g/cm3). Да, това е разбираемо - все пак фулереновите молекули са кухи.
Фулеритът не се отличава с високо химическа активност. Молекулата C60 остава стабилна в инертна аргонова атмосфера до температури от порядъка на 1200 K. Въпреки това, в присъствието на кислород, значително окисление се наблюдава вече при 500 K с образуването на CO и CO2. Процесът, който продължава няколко часа, води до разрушаване на fcc решетката на фулерита и образуването на неподредена структура, в която има 12 кислородни атома на първоначална молекула C60. В този случай фулерените напълно губят формата си. При стайна температураокисление става само при облъчване с фотони с енергия 0,5 - 5 eV. Спомняйки си, че енергията на фотоните на видимата светлина е в диапазона 1,5 - 4 eV, стигаме до извода: чистият фулерит трябва да се съхранява на тъмно.
Практическият интерес към фулерените е в различни области. От гледна точка електронни свойства, фулерените и техните производни в кондензираната фаза могат да се разглеждат като n-тип полупроводници (със забранена зона от порядъка на 1,5 eV в случая на C60). Те абсорбират добре радиацията в UV и видимата област. В същото време сферичната конюгирана -система на фулерените определя техните високи способности за изтегляне на електрони (електронният афинитет на C60 е 2,7 eV; в много висши фулерени той надвишава 3 eV и може да бъде дори по-висок в някои производни). Всичко това поражда интерес към фулерените от гледна точка на приложението им във фотоволтаиката; активен е синтезът на донорно-акцепторни системи на базата на фулерени за използване във фотоволтаиката. захранван от слънчева енергия(известни са примери с ефективност 5,5%), фотосензори и други устройства на молекулярната електроника. Също така широко проучени, по-специално, са биомедицинските приложения на фулерените като антимикробни и антивирусни средства, средства за фотодинамична терапия и др.
8. Вакуумът (от латински vacuum - празнота) е пространство, свободно от материя. В инженерството и приложната физика вакуумът се разбира като среда, съдържаща газ при налягане, значително по-ниско от атмосферното. На практика силно разреденият газ се нарича технически вакуум. В макроскопични обеми идеалният вакуум е непостижим на практика, тъй като при крайна температура всички материали имат ненулева плътност наситени пари. В допълнение, много материали (включително дебел метал, стъкло и други стени на съдове) позволяват преминаването на газовете. В микроскопични обеми обаче постигането на идеален вакуум е принципно възможно.
9. Диамант. Диамантът (от арабски ألماس, ’almās, който преминава през арабски от старогръцки ἀδάμας – „неразрушим“) е минерал, кубична алотропна форма на въглерода. При нормални условия той е метастабилен, т.е. може да съществува неограничено време. Във вакуум или инертен газпри повишени температури постепенно се превръща в графит
Диамантената решетка е много силна: въглеродните атоми са разположени в нея във възлите на две кубични решетки с центрирани лица, много плътно вкарани една в друга.
Графитът има същия състав като въглерода, но неговата структура на кристална решетка не е същата като тази на диаманта. В графита въглеродните атоми са подредени в слоеве, в които свързването на въглеродните атоми е подобно на пчелна пита. Тези слоеве са свързани един с друг много по-хлабаво от въглеродните атоми във всеки слой. Следователно графитът лесно се ексфолира на люспи и можете да пишете с него. Използва се за производството на моливи, а също и като суха смазка, подходяща за машинни части, работещи при високи температури.
Всеизвестно е, че най-твърдият материал в света е диамантът. Досега това беше вярно, но сега учените твърдят, че в природата има вещество, което е по-твърдо от диаманта. Редкият минерал се образува по време на вулканични изригвания.
Рядко съединение, наречено лонсдейлит, подобно на диаманта, се състои от въглеродни атоми, но е 58% по-твърд минерал от диаманта.
Материал, наречен вюрцитов борен нитрид, е с 18% по-твърд от обикновения диамант, а лонсдейлитът или шестоъгълният диамант е с 58% по-твърд.
Редкият минерал лонсдейлит се образува, когато метеорит, съдържащ графит, падне на земята, а борният нитрат вюрцит се ражда по време на вулканични изригвания.
Ако предположенията на учените се потвърдят, тогава най-много полезен материалот тримата може да е той, защото ако високи температуриах wurtzite борен нитрид остава по-издръжлив. Материалът може да се използва в режещи и пробивни инструменти при високи температури.
Парадоксално е, но вярно: вюрцитният борен нитрид дължи своята твърдост на гъвкавостта на атомните връзки. Когато се приложи натиск върху структурата на материала, някои атомни връзки се пренареждат с 90%, за да се облекчи натискът върху материала.
Съвсем нов тип диамант е създаден благодарение на откриването на условията за образуване на метеоритни диаманти
три основни структурно нивозначение според мащаба на представителство.
На определен етап от развитието на живота на Земята възниква интелектът, благодарение на който се появява социалното структурно ниво на материята. На това ниво има: индивидуално, семейно, колективно, социална група, класа и нация, държава, цивилизация, човечеството като цяло.
Според друг критерий - мащабът на представяне - в естествените науки има три основни структурни нива на материята:
- микрокосмос- светът на изключително малки, ненаблюдаеми директно микрообекти, чието пространствено измерение се изчислява от 10-8 до 10-16 см, а продължителността на живота е от безкрайност до 10-24 секунди;
- макрокосмос- светът на макрообектите, съизмерими с човека и неговия опит. Пространствените величини на макрообектите се изразяват в милиметри, сантиметри и километри (10-6-107 см), а времето – в секунди, минути, часове, години, векове;
- мегасвят- свят с огромни космически мащаби и скорости, разстоянията в които се измерват в астрономически единици, светлинни години и парсеци (до 1028 см), а животът на космическите обекти е милиони и милиарди години
Структурни нива на микросвета.
1. Вакуум. (полета с минимална енергия.)
2. Елементарни частици.
Елементарните частици са основните „градивни елементи“, които изграждат както материята, така и полето. Освен това всички елементарни частици са разнородни: някои от тях са съставни (протон, неутрон), докато други са некомпозитни (електрон, неутрино, фотон). Частиците, които не са съставни, се наричат фундаментални.
3. Атоми. Атомът е частица материя микроскопичен размери маси, най-малката част химичен елемент, което е носител на неговите свойства.
Атомът се състои от атомно ядрои електрони. Ако броят на протоните в ядрото съвпада с броя на електроните, тогава атомът като цяло се оказва електрически неутрален.
4. Молекули. Молекула - електрически неутрална частица, образувана от две или повече свързани ковалентни връзкиатоми, най-малката частица от химическо вещество
5. Микротела.
Новите открития позволиха:
1) да разкрие съществуването в обективната реалност не само на макро-, но и на микросвета;
2) потвърждават идеята за относителността на истината, която е само стъпка по пътя към познаването на основните свойства на природата;
3) доказват, че материята не се състои от „неделим първичен елемент“ (атом), а от безкрайно разнообразие от явления, видове и форми на материята и техните взаимовръзки.
структурни нива на организация на материята в мегасвета и ги характеризира.
Кратко описание на мегасвета
Основните структурни елементи на мегасвета са 1) космически тела, 2) планети и планетарни системи; 3) Звездни купове 4) Галактики. Квазари, галактически ядра 5) Групи от галактики 6) Суперкупове от галактики 7) Метагалактика 8) Вселена.
Звезда - главна структурна единицамегасвят. това мощни източнициенергия, естествени термоядрени реактори, в които протича химическа еволюция. Разделени на обикновени (Слънце) и компактни (черни дупки)
Планетата е скитаща звезда, всички те се въртят около Слънцето и около оста си с различни периоди (планети слънчева системанапример). Планети джуджета: Плутон, Харон, Церера, Сена, Седна.
ЗВЕЗДНИТЕ КЛОПИ са гравитационно свързани групи от звезди с еднаква възраст и общ произход. Разграничете кълбовидни куповеи отворени клъстери
Галактика (на старогръцки Γαλαξίας - млечен, млечен) - гигантска, гравитационно свързана система от звезди и звездни купове, междузвезден газ и прах и тъмна материя. Според формата си се делят на кръгли, спираловидни и неправилни асиметрични.
Квазар (англ. quasar) е мощно и далечно активно галактическо ядро. Квазарите са сред най-ярките обекти във Вселената - тяхната мощност на излъчване понякога е десетки или стотици пъти по-голяма от общата мощност на всички звезди в галактики като нашата.
Галактическите купове са гравитационно свързани системи от галактики и са сред най-големите структури във Вселената. Размерът на галактическите купове може да достигне 108 светлинни години.
Мегагалактика е част от Вселената, достъпна за наблюдение (както с помощта на телескопи, така и с просто око).
Макросветът е светът на макрообектите, чието измерение корелира с мащаба на човешкия опит. Пространствените величини се изразяват в милиметри, сантиметри, метри и километри, а времето – в секунди, минути, часове, дни и години. Макрокосмосът има няколко нива на организация (физическо, химическо, биологично и социално).
Както бе споменато по-рано, макрокосмосът има доста сложна организация. Най-малкият му елемент е атомът, а най-големият голяма система- планетата Земя. Тя включва както неживи системи, така и живи системи от различни нива. Всяко ниво на организация на макросвета съдържа както микроструктури, така и макроструктури. Например, изглежда, че молекулите принадлежат към микрокосмоса, тъй като не се наблюдават директно от нас. Но, от една страна, най голяма структурамикросвят – атом. И сега имаме възможност да видим с помощта на микроскопи последно поколениедори част от водороден атом. От друга страна, има огромни молекули, които са изключително сложни по своята структура, например ДНК на ядрото може да бъде почти един сантиметър. Тази стойност вече е доста сравнима с нашия опит и ако молекулата беше по-дебела, щяхме да я видим с просто око.
Всички вещества, намиращи се в твърди или течно състояние, се състоят от молекули. Молекулите образуват и кристални решетки, и руди, и скали, и други предмети, т.е. какво можем да почувстваме, видим и т.н. Въпреки това, въпреки такива огромни образувания като планини и океани, всички те са молекули, свързани една с друга. Молекули - ново нивоорганизации, всички те се състоят от атоми, които в тези системи се считат за неделими, т.е. елементи на системата.
Както физическото ниво на организация на макрокосмоса, така и химическо нивосе занимават с молекули и различни състояния на материята. Химическото ниво обаче е много по-сложно. Не се свежда до физическото, като се има предвид структурата на веществата, тяхната физични свойства, движение (всичко това беше изучавано в рамките на класическа физика) поне по сложност химически процесии реактивноствещества.
На биологичното ниво на организация на макрокосмоса, в допълнение към молекулите, обикновено не можем да видим клетки без микроскоп. Но има клетки, които достигат огромни размери, например аксоните на невроните на октопода са дълги един метър или дори повече. В същото време всички клетки имат определени сходни характеристики: те се състоят от мембрани, микротубули, много от тях имат ядра и органели. Всички мембрани и органели от своя страна се състоят от гигантски молекули (протеини, липиди и т.н.), а тези молекули се състоят от атоми. Следователно както гигантските информационни молекули (ДНК, РНК, ензими), така и клетките са микронива биологично нивоорганизация на материята, включително такива огромни образувания като биоценози и биосфера.
включено социално нивоорганизациите на макросвета (обществото) също се различават различни ниваорганизации. Така личността е индивидуална социалност; семейство, трудов колектив - междуиндивидуална социалност. И индивидуалната социалност, и междуиндивидуалната социалност са микро нива на обществото. Обществото и самата държава са надиндивидуална социалност - макрониво.
Разкрийте връзката между микро, макро и мега световете.
Границите на микро- и макрокосмоса са подвижни и няма отделен микрокосмос и отделен макрокосмос. Естествено, макрообектите и мегаобектите са изградени от микрообекти, а макро- и мегафеномените се основават на микрофеномени. Това ясно се вижда в примера за изграждане на Вселената от взаимодействащи елементарни частици в рамките на космическата микрофизика. Науката показва тясна връзка между макро- и микросвета и открива по-специално възможността за появата на макроскопични обекти при сблъсък на високоенергийни микрочастици
Материята е безкрайно множествовсички обекти и системи, съществуващи в света, субстрат на всякакви свойства, връзки, отношения и форми на движение. Основата на идеите за структурата материален святлежи систематичен подход, според който всеки обект от материалния свят, било то атом, планета, организъм или галактика, може да се разглежда като сложна формация, включваща съставни части, организирани в цялост.
Съвременната наука идентифицира три структурни нива в света.
Микросветът е молекули, атоми, елементарни частици - светът на изключително малки, ненаблюдаеми директно микрообекти, чието пространствено разнообразие се изчислява от 10 -8 до 10 -16 cm, а продължителността на живота е от безкрайност до 10 -24 s .
Макросветът е светът на устойчиви форми и количества, съизмерими с човека, както и кристални комплекси от молекули, организми, съобщества от организми; светът на макрообектите, чиято размерност е съпоставима с мащаба на човешкия опит: пространствените величини се изразяват в милиметри, сантиметри и километри, а времето – в секунди, минути, часове, години.
Мегасветът е планети, звездни комплекси, галактики, метагалактики - свят с огромни космически мащаби и скорости, разстоянието в което се измерва в светлинни години, а животът на космическите обекти се измерва в милиони и милиарди години.
И въпреки че тези нива имат свои специфични закони, микро-, макро- и мега-световете са тясно свързани помежду си.
На микроскопично ниво физиката днес изучава процеси, протичащи при дължини от порядъка на 10 на минус осемнадесета степен на cm, за време от порядъка на 10 на минус двадесет и втора степен на s. В мегасвета учените използват инструменти за записване на обекти, отдалечени от нас на разстояние около 9-12 милиарда светлинни години.
Микросвят.
В древността Демокрит излага атомистичната хипотеза за структурата на материята. Благодарение на трудовете на Дж. Далтън започват да се изучават физичните и химичните свойства на атома. През 19 век Д. И. Менделеев изгради система от химични елементи въз основа на тяхното атомно тегло.
Във физиката идеята за атомите като последните неделими структурни елементиматерията идва от химията. Всъщност физически изследванияатомите започват в края на 19 век, когато френският физик А. А. Бекерел открива явлението радиоактивност, което се състои в спонтанното превръщане на атомите на едни елементи в атоми на други елементи. През 1895 г. Дж. Томсън открива електрона, отрицателно заредена частица, която е част от всички атоми. Тъй като електроните имат отрицателен заряди атомът като цяло е електрически неутрален, се приемаше, че освен електрона има и положително заредена частица. Имаше няколко модела на структурата на атома.
Установени са специфични качества на микрообектите, изразяващи се в наличие както на корпускулярни (частици), така и на светлинни (вълни) свойства. Елементарните частици са най-простите обекти на микросвета, взаимодействащи като едно цяло. Познати са повече от 300 разновидности. През първата половина на ХХ век. Открити са фотон, протон, неутрон, а по-късно – неутрино, мезони и др. Основни характеристики на елементарните частици: маса, заряд, средно време на живот, квантови числа. Всички елементарни частици, абсолютно неутрални, имат свои собствени античастици - елементарни частици, които имат еднакви характеристики, но се различават по знаците на електрическия заряд. Когато частиците се сблъскат, те се унищожават (анипилация).
Броят на откритите елементарни частици бързо нараства. Те се обединяват в „семейства“ (мултиплети), „родове“ (супермултиплети), „племена“ (адрони, лептони, фотони и др.). Някои частици са групирани според принципа на симетрията. Например триплет от три частици (кварки) и триплет от три античастици (антикварки). До края на ХХ век физиката се приближи до създаването на хармонична теоретична система, която обяснява свойствата на елементарните частици. Предложени са принципи, които позволяват да се даде теоретичен анализ на разнообразието от частици, техните взаимопревръщания и да се конструират единна теориявсички видове взаимодействия.
Въведение
Материя (лат.) - обективна реалност, което е дадено на човек в неговите усещания и съществува независимо от тях, определена субстанция, основата на всички реално съществуващи обекти и системи, техните свойства, връзки между тях и форми на движение, е това, от което са изградени всички тела. Формите на съществуване на материята са пространството и времето.
Съвременното научно познание се основава на структурата на материята и систематичен подход. система - това е определена цялост, която се проявява като нещо единно по отношение на други обекти или условия. Понятието система включва набор от елементи и връзки между тях. Под елемент от систематасе разбира като компонент на системата, който по-нататък, в рамките на тази система, се разглежда като неделим, съгласно структурната организация на материята - нейната йерархична структура -всеки обект от микрочастици до организми, планети и галактики е част от повече комплексно образованиеи самият той може да се разглежда като такъв, тоест състоящ се от определени компоненти. Достъпната за наблюдение част от света се простира в пространството от 10 -17 до 10 26 m, а във времето - до 2 10 10 години.
Съвременната наука разделя света около нас на три области: микросвят, макросвят и мегасвят. Това стана възможно в резултат на вековно човешко изследване на природата. Критериите за идентифициране на различни структурни нива са следните характеристики: пространствено-времеви мащаби; набор от основни свойства; специфични закони на движение; степен на относителна сложност, срещана в процеса историческо развитиематерия в дадена област на света.
Микросветът е област от природата, достъпна за хората чрез инструменти (микроскопи, рентгенов анализ и др.). Моделите тук са неразбираеми за нас и ние екстраполираме концепциите си тук. Макрокосмосът е достъпна за нас област от природата, тоест зоната на нашите закони. Мегасветът е трудно достъпен за нас; Това е зоната на големи обекти, големи размери и разстояния между тях. Ние изучаваме тези модели индиректно. В тези области съществува следната йерархия на обектите: микросветът е вакуум, елементарни частици, ядра, атоми, молекули, клетки; макрокосмосът е макротела (твърди вещества, течности, газове, плазма), индивид, вид, популация, общност, биосфера; Мегасветът е планети, звезди, галактики, Метагалактика, Вселена.
Към момента се предполага, че К.Х. Рахматулин още две хипотетични нива - хипосвят (микросвят в микросвят) и хиперсвят (супермегасвят). Те обаче все още не са експериментално наблюдавани или надеждно установени.
Микросвят
Микросвят
– свят от изключително малки, ненаблюдаеми директно микросистеми с характерен размер 10 -10 - 10 -18 m. Това е свят - от атоми до елементарни частици. В същото време микросветът се характеризира с корпускулярно-вълнов дуализъм, т.е. всеки микрообект има както вълнови, така и корпускулярни свойства. Описанието на микросвета се основава на принципа на допълване на Н. Бор и отношението на неопределеността на Хайзенберг. Светът на елементарните частици, които отдавна са смятани за елементарни „градивни елементи“, се подчинява на законите на квантовата механика, квантовата електродинамика и квантовата хромодинамика. Квантовото поле е дискретно по природа.
Основните понятия, свързани с микросвета са: елементарни частици, ядра, атоми, молекули и клетки.
Елементарни частици- най-малките известни частици от физическата материя.Всички известни елементарни частици са разделени на две групи: адрони и лептони. Предполага се, че адроните имат съставна структура: те се състоят от наистина елементарни кваркови частици. Освен това се допуска съществуването на шест вида кварки.
Стабилни частици, т.е. живеещи в свободно състояние за неограничено време, са протон, електрон, фотон и, очевидно, неутрино от всички видове. Животът на един протон е 10 31 години. Най-краткотрайните образувания са резонансите - техният живот е около 10 -23 s.
Обединяването на релативистичните и квантовите концепции, извършено до голяма степен през 30-те години на миналия век, доведе до едно от най-забележителните предсказания във физиката - откриването на света на античастиците. Една частица и съответната й античастица имат еднакви времена на живот, еднакви маси и техните електрически заряди са равни, но с противоположен знак. Най-характерното свойство на двойката частица-античастица е способността да анихилира (самоунищожи) при трансформация в частици от различен вид. Античастиците могат да се сглобяват в антиматерия. Въпреки микроскопичната симетрия между частиците и античастиците, във Вселената не са открити региони със забележимо съдържание на антиматерия. Частиците и техните античастици взаимодействат еднакво с гравитационното поле, което показва липсата на „антигравитация“.
Ядра.Атомните ядра са свързани системи от протони и неутрони. Масите на ядрата винаги са малко по-малки от сумата на масите на свободните протони и неутрони, които изграждат ядрото. Това е релативистичен ефект, който определя енергията на свързване на ядрото. Известни са ядра със заряд, равен на един протонен заряд до 109 протонни заряда и с брой протони и неутрони (т.е. нуклони) от 1 до приблизително 260. Плътността на частиците в многонуклонните ядра е от порядъка на 10 44 нуклона /m 3, а плътността на масата 10 17 kg/m 3 . „Радиусите“ на ядрата варират от 2 x 10 -15 m (ядро на хелий) до 7 x 10 -15 m (ядро на уран). Ядрата имат формата на удължен или сплеснат елипсоид (или дори по-сложен).
Ядрото като квантова система може да бъде в различни дискретни възбудени състояния. По принцип състоянията на ядрото могат да бъдат стабилни (стабилни) или нестабилни (радиоактивни). Времето, през което половината от всеки макроскопичен брой нестабилни ядра се разпада, се нарича период на полуразпад. Времето на полуразпад на известните ни елементи варира от приблизително 10 18 години до 10 -10 s.
Атоми.Те се състоят от плътно ядро и електронни орбити. Ядрата имат положителен електрически заряд и са заобиколени от рояк отрицателно заредени електрони. Като цяло атомът е електрически неутрален. Атомът е най-малката структурна единица на химичните елементи. За разлика от „плътното опаковане“ на ядрените частици, атомните електрони образуват много хлабави и дантелени обвивки. Има строги правила за „населването“ на орбитите около ядрото от електрони. Електроните, разположени на най-горните етажи на „атомната къща“, определят реактивността на атомите, тоест способността им да се комбинират с други атоми. Повечето елементи имат атоми, които са химически нестабилни. Атомът е стабилен, ако външната му обвивка е запълнена определен бройелектрони. Влизат атоми с незапълнени външни обвивки химически реакции, образувайки връзки с други атоми.
Молекули. Молекулата е най-малката структурна единица на сложно химично съединение. Броят на възможните комбинации от атоми, които определят броя химични съединения, възлиза на милиони. В качествено отношение молекулата е специфично вещество, състоящо се от един или повече химични елементи, чиито атоми се комбинират в частици поради обменно химично взаимодействие. С изразходването на определена енергия една стабилна молекула може да се разложи на атоми.
Някои атоми (например въглерод и водород) са способни да образуват сложни молекулни вериги, които са в основата на образуването на още по-сложни структури (макромолекули), които вече проявяват биологични свойства, т.е. свойствата на живите същества.
клетка.За 3 милиарда години съществуване на нашата планета живата материя се е развила в няколко милиона вида, но всички те - от бактерии до висши животни - се състоят от клетки. Клетката е организирана част от живата материя: тя асимилира храна, способна е да съществува и да расте и може да се раздели на две, всяка от които съдържа генетичен материал, идентичен на оригиналната клетка. Клетките служат като елементарни структури на онтогенетичното ниво на организация на живота. Клетката се състои от ядро и цитоплазма. от средаклетката е разделена от плазмена мембрана, която регулира обмена между вътрешната и външна средаи служи като граница на клетката. Всяка клетка съдържа генетичен материал под формата на ДНК, който регулира живота и самовъзпроизвеждането. Размерите на клетките се измерват в микрометри (µm) - милионни от метъра и нанометри (nm) - части на милиард. Клетките съществуват като независими организми (протозоа бактерии) или са част от многоклетъчни организми.
Концепции на съвременната физика
Първоначално идеята, че материята може да се състои от отделни частици, е изразена за първи път от Левкип от Милет (Древна Гърция) през 5 век. пр.н.е д. Тази идея е развита от неговия ученик Демокрит, който въвежда думата „атом“ (от гръцки „atomos“, което означава „неделим“). В началото на 19 век Джон Далтън възражда тази дума, като поставя научна основа в спекулативните идеи на древните гърци. Според Далтън атомът е мъничък неделима частицавещество, което участва в химични реакции.
Простите идеи на Далтън за атома са разклатени през 1897 г., когато Дж. Томпсън открива, че атомите могат да излъчват дори по-малки отрицателно заредени частици (по-късно наречени електрони). Стана очевидно, че атомът има вътрешна структура. Това откритие показва, че атомът трябва да съдържа и положителни заряди. Томпсън теоретизира, че електроните са разпръснати в положително зареден атом, като стафиди в хляб. Този модел не обяснява някои свойства на атомите, но по-напреднал модел е създаден едва след откриването на радиоактивното излъчване. Феноменът радиоактивност е открит от Бекерел, който открива, че атомите на урана спонтанно излъчват радиация. Известни са три форми на това лъчение: ? – поток от протони и неутрони, ? – отрицателно заредени електрони и? – късовълново магнитно излъчване, което не носи заряд.
През 1911 г. Е. Ръдърфорд предлага напълно нов модел на атома - планетарен, базиран на резултатите от собствените си експерименти и експериментите на Ханс Гайгер, при които е измерено разстоянието на β частиците, преминаващи през златно фолио. Според модела на Ръдърфорд положителният заряд и по-голямата част от атома са концентрирани в централното ядро, около което се движат електрони. По-късно Ръдърфорд установява, че положителният заряд на ядрото се носи от частици, 1836 пъти по-тежки от електрона. Той ги нарече протони. Броят на протоните се нарича атомно число и винаги е равен на броя на електроните около ядрото. По-късно беше установено, че всички атомни ядра (с изключение на ядрото на водорода) съдържат незаредени частици - неутрони с маса, почти равна на масата на протона.
Моделът на атома на Ръдърфорд обаче беше нестабилен, тъй като въртящите се електрони, губейки енергията си, в крайна сметка биха попаднали в ядрото. Атомите са много стабилни образувания, чието разрушаване изисква огромни сили.
Датският физик Нилс Бор, който направи следващата важна стъпка към създаването на модел на атома, разчита на две други области на изследване. Първият е квантова теория, втората е спектроскопия. Идеята за квантуване е предложена за първи път от Макс Планк през 1900 г., за да обясни механизма на излъчване на топлина и светлина от нагрято тяло. Планк показа, че енергията може да се излъчва и абсорбира само в определени порции или кванти.
Бор постулира, че движещ се електрон във водороден атом може да съществува само във фиксирани орбити и спектралните линии на водорода съответстват на абсорбцията или излъчването на квант енергия. Тези процеси се случват, когато електрон „скача“ от една фиксирана орбита в друга.
В резултат на това орбитите на Бор се оказаха не точните траектории на електрона, а местата, където е най-вероятно той да бъде открит в атома. Според идеята за двойствеността на вълната и частицата, изразена за първи път от Луис де Бройл, субатомните частици могат да бъдат описани по същия начин като светлината, в смисъл, че в някои случаи е препоръчително да се използва понятието „частица“, а в други - „вълна“.
Въпреки това, от гледна точка на химията, идеята за атома като най-малката частица материя, която участва в химични реакции, все още остава най-удобната.
Явлението радиоактивност, придружено от освобождаването на огромно количество ядрена енергия, е свързано с ядрената физика.
Когато масспектрометрите - инструменти, които позволяват да се измерват масите на отделните йони и ядра - достигнаха доста висока точност, беше открито, че масите на ядрата не са равни на сумата от масите на съставните им протони и неутрони. В съответствие с релативистката формула на Айнщайн E=mс2, тази масова разлика е източник на ядрена енергия.
Съвременната теория разглежда ядрото като първично петно от протони и неутрони. Ако ядрото се разпадне на две приблизително равни части, тогава този процес се нарича делене; ако ядрото излъчва една или повече частици, това е радиоактивен разпад; когато две ядра се комбинират заедно, те говорят за ядрен синтез.
Така до 1932 г. е установено, че атомите се състоят от субатомни (елементарни) частици - протони и неутрони, образуващи положително заредено ядро, и отрицателно заредени електрони, въртящи се около него.
Английският физик P.A. Дирак предсказва съществуването на позитрона, античастицата на електрона, който е експериментално открит през 1934 г.
За да получите пълна картина на структурата на материята, е необходимо да характеризирате не само самите субатомни частици, но и начина, по който те се държат една близо до друга, т.е. тяхното взаимодействие. Идентифицирани са четири типа взаимодействия. 1) Гравитационното взаимодействие предизвиква привличане между обектите пропорционално на тяхната маса (действие на макро ниво). 2) Електромагнитно взаимодействие се осъществява между частици с електрически заряд. Тя е много по-силна от гравитацията и предизвиква привличане между ядрата и електроните.
3) Силното взаимодействие действа вътре в самото ядро. Той е около 1000 пъти по-силен от електромагнитния и действа на разстояния, сравними с размера на ядрото< 10 -12 см. 4)Слабое
взаимодействие – в триллион раз слабее
электромагнитного. Оно наблюдается в
ряде процессов, связанных с превращением
частиц, например, при?–распаде, в котором
нейтрон превращается в протон, электрон
и антинейтрино.
Предложени са различни начини за обяснение на взаимодействията. Един от тях използва понятието полеви сили. Друг модел на взаимодействие, базиран на квантовата механика, използва идеята за обмен на виртуални частици. Две заредени частици си взаимодействат, като излъчват и поглъщат фотони. Гравитационното взаимодействие се обяснява с обмена на хипотетични частици, наречени гравитони. През 1935г Хидеки
Юкава предположи, че силното взаимодействие, което "държи" ядрата заедно, се дължи на обмена на определена частица, чиято маса е между масите на протон и електрон. Днес тази частица, наречена мезон или пион, е известна. Друга частица, междинният векторен бозон, е предложена да обясни слабите взаимодействия, но все още не е открита.
По време на изследването космически лъчии много други частици са открити в експерименти, проведени на ускорители. Сега са известни повече от 400 субатомни (елементарни) частици, повечето от които са нестабилни. Те се характеризират с определена маса, заряд и среден живот на частицата. Множество субатомни частици са класифицирани в групи. Частиците, участващи в силни взаимодействия, се наричат адрони; те включват нуклони (протони и неутрони); частици, които не участват в силни взаимодействия, се наричат лептони, сред които електрони и неутрино.
Физиката на високите енергии вижда една от основните си задачи в създаването на единна теория, която да обяснява и свързва и четирите типа взаимодействия, както и съществуването и поведението на такова множество от елементарни частици.
Макросвят
Макросветът е светът на макротелата, като се започне от макромолекули (размери от 10–6 cm и повече) до обекти, чиито размери са сравними с мащаба на непосредствения човешки опит - милиметри, сантиметри, километри, до размера на Земята (40 000 км).
Молекулите се считат за частици, свързващи микро- и макронивата на материята. Те, състоящи се от атоми, са изградени по подобен начин, но обемът, зает тук от електронни орбитали, е малко по-голям, а молекулните орбитали са ориентирани в пространството. В резултат на това всяка молекула има специфична форма. За сложни молекули, особено органичните, формата е от решаващо значение. Съставът и пространствената структура на молекулите определят свойствата на веществото. Ще разгледаме видовете връзки на йони, структурата на веществата и молекулите, химичните системи и химичните реакции по-късно, когато изучаваме темата „Химични системи и процеси“.
При определени условия атоми и молекули от един и същи вид могат да се събират в огромни агрегати - макроскопични тела (материя). Субстанцията е вид материя; от какво се състои целият свят около нас. Веществата се състоят от миниатюрни частици – атоми, молекули, йони, елементарни частици, които имат маса и са в постоянно движение и взаимодействие. Има огромно разнообразие от вещества, различни по състав и свойства. Веществата се делят на прости, сложни, чисти, неорганични и органични. Свойствата на веществата могат да бъдат обяснени и предсказани въз основа на техния състав и структура.
Едно просто вещество се състои от частици (атоми или молекули), образувани от атоми на един химичен елемент. Например 0 2 (кислород), 0 3 (озон), S (сяра), Ne (неон) са прости вещества.
Сложното вещество се състои от частици, образувани от атоми на различни химични елементи. Например H2S04 (сярна киселина); FeS (железен сулфид); CH 4 (метан) - сложни вещества.
Чистото вещество е вещество, състоящо се от еднакви частици (молекули, атоми, йони), което има определени специфични свойства. За пречистване на вещества от примеси те използват различни методи: прекристализация, дестилация, филтрация.
Неорганичните вещества са химични съединения, образувани от всички химични елементи (с изключение на въглеродните съединения, които се класифицират като органични вещества). Неорганичните вещества се образуват на Земята и в космоса под въздействието на естествени физикохимични фактори. Известни са около 300 хиляди неорганични съединения. Те образуват почти цялата литосфера, хидросфера и атмосфера на Земята. Те могат да съдържат атоми на всички известни в момента химични елементи в различни комбинации и количествени съотношения. В допълнение, огромно количество неорганични вещества се произвеждат изкуствено в научни лаборатории и химически заводи. Всички неорганични вещества са разделени на групи с подобни имоти(класове неорганични съединения).
Органичните вещества са съединения на въглерода с някои други елементи: водород, кислород, азот, сяра. От въглеродните съединения въглеродните оксиди, въглеродната киселина и нейните соли, които са неорганични съединения, не се класифицират като органични. Тези съединения са получили името "органични" поради факта, че първите представители на тази група вещества са били изолирани от тъканите на организмите. Дълго време се смяташе, че такива съединения не могат да бъдат синтезирани в епруветка, извън жив организъм. Въпреки това през първата половина на 19в. Учените успяха изкуствено да получат вещества, които преди това са били извлечени само от тъканите на животни и растения или техните отпадъчни продукти: урея, мазнини и захарни вещества. Това послужи като доказателство за възможността за изкуствено производство на органични вещества и началото на нови науки - органична химия и биохимия. Органичните вещества имат редица свойства, които ги отличават от неорганични вещества: не са устойчиви на високи температури; реакциите с тях протичат бавно и изискват специални условия. Органичните съединения включват нуклеинови киселини, протеини, въглехидрати, липиди, хормони, витамини и много други вещества, които играят основна роля в изграждането и функционирането на растителните и животинските организми. Храна, гориво, много лекарства, дрехи - всичко това се състои от органични вещества.
Най-важните обекти на макрокосмоса са: индивид, вид, популация и биосфера.
Индивидуален(индивид, екземпляр) - елементарна неделима единица на живота на Земята. Невъзможно е да разделим индивида на части, без да загубим „индивидуалността“. Разбира се, в редица случаи въпросът за определяне на границите на индивид или индивид не е толкова прост и очевиден. От еволюционна гледна точка индивидът трябва да се счита за всички морфофизиологични единици, произхождащи от една зигота, гамети, спори, пъпки и индивидуално подложени на действието на елементарни фактори. На онтогенетично ниво единицата на живота е индивидът от момента на възникването му до смъртта. Чрез оценката на индивида в процеса на естествения подбор се проверява жизнеспособността на даден генотип. Индивидите в природата не са абсолютно изолирани един от друг, а са обединени от по-висок ранг на биологична организация на популационно-видово ниво.
Преглед. Същността на концепцията за биологичен вид е признаването, че видовете са реални, състоят се от популации и всички индивиди от вида имат обща генетична програма, възникнала по време на предишната еволюция. Видовете се определят не толкова от различията, колкото от отделността. От биологичната концепция за вида следват критериите, които позволяват да се разграничи един вид от друг: 1. Морфологичният критерий на вида е характеристика на структурни характеристики, набор от неговите характеристики. 2. Генетичният критерий гласи, че всеки вид има свой собствен набор от хромозоми, характеризиращ се с определен брой хромозоми, тяхната структура и диференциално оцветяване. 3. Еколого-географският критерий за вида включва както местообитанието, така и непосредственото местообитание на вида - неговата екологична ниша. 4. Най-важната характеристика на вида, който се размножава по полов път, е репродуктивната изолация. Това е резултат от еволюцията на всички генетична системана даден вид и го предпазва от проникване на генетична информация отвън. Така че всеки критерий поотделно не е достатъчен за определяне на вида; само заедно те позволяват да се определи точно видовата идентичност на живия организъм. Най-важната характеристика на вида е, че той е генетично единна система.
По този начин видът е съвкупност от географски и екологично близки популации, способни да се кръстосват помежду си при естествени условия, притежаващи един генетичен фонд, притежаващи общи морфофизиологични характеристики и биологично изолирани от популациите на други видове.
Население.Съвкупност от индивиди от един и същи вид, които дълго време обитават определено пространство, размножават се чрез свободно кръстосване и в една или друга степен са изолирани един от друг, се нарича популация. В генетичен смисъл популацията е пространствено-времева група от индивиди от един и същи вид, които се кръстосват. Популацията е елементарна биологична структура, способна на еволюционни промени. Популациите се оказват елементарни единици, а видовете са качествени етапи от еволюционния процес. Съвкупността от генотипове на всички индивиди в популацията образува генофонда.
Популации различни видовевинаги образуват сложни съобщества в биосферата на Земята – биоценози. Биоценозата е съвкупност от растения, животни, гъби и прокариоти, които обитават парче земя или водно тяло и са в определени взаимоотношения помежду си. Заедно с определени участъци от земната повърхност, заети от биоценози и атмосферата, общността съставлява екосистема. Екосистемата е взаимозависим комплекс от живи и инертни компоненти, свързани помежду си чрез обмен на вещества и енергия. Биогеоценозата е екосистема, в рамките на която не преминават биогенетични, микроклиматични, почвени и хидроложки граници. Биогеоценозата е една от най-сложните природни системи. Външно забележимите граници на биогеоценозите най-често съвпадат с границите на растителните съобщества. Всички екосистемни групи са продукт на съвместното историческо развитие на видове, които се различават по системно положение.
Биосфера.Взаимовръзката на различни общности, обменът на материя и енергия между тях ни позволява да разглеждаме всички живи организми на Земята и тяхното местообитание като една много обширна и разнообразна екосистема - биосферата. Биосфера - онези части земни черупки(лито, хидро- и атмосфера), които през геоложката история са били повлияни от живи организми и носят следи от тяхната жизнена дейност. Биогеоценозите, които заедно образуват биосферата на нашата планета, са свързани помежду си чрез циркулацията на вещества и енергия. В този цикъл животът на Земята действа като водещ компонент на биосферата. Биогеоценозата е отворена система, която има енергийни „входове“ и „изходи“, които свързват съседни биогеоценози. Обменът на вещества между съседни биогеоценози може да се извършва в газообразна, течна и твърда фаза, както и под формата на жива материя (миграция на животни). В допълнение към живата материя, биосферата съдържа инертна (нежива) материя, както и биоинертни тела, които са сложни по природа. Те включват както живи организми, така и модифицирана нежива материя. Биоинертните тела включват почви, тини и естествени води.
Мегасвят
Мегасвятът е свят от обекти в космически мащаб от 10 9 см до 10 28 см. Този диапазон включва размерите на Земята, Слънчевата система, Галактиката, Метагалактиката.
Няма твърда граница, разделяща структурните нива на организацията на материята. С несъмнена качествена разлика те са свързани специфични процесивзаимни преходи. Нашата Земя се класифицира на ниво макрокосмос, но като една от планетите на Слънчевата система, тя едновременно действа и като елемент на мегасвета.
Планети.Първоначалната стъпка в йерархията на обектите на мегасвета са планетите (преведени от гръцки като „скитащи“). Планетите са небесни тела, които обикновено обикалят около звездите, отразяват тяхната светлина и нямат собствено видимо излъчване. По размер и маса те са много по-малки от звездите. Земята е 109 пъти по-малка от Слънцето по размер и 333 000 пъти по-малка по маса. Много планети имат сателити, обикалящи около тях. В Слънчевата система има 9 големи планети: Меркурий, Венера, Земя с Луната, Марс с Фобос и Деймос, Юпитер с 16 спътника, Сатурн със 17 спътника, Уран с 16 спътника, Нептун с 10 спътника, Плутон с Харон. Между орбитите на Марс и Юпитер има повече от 5000 малки планети. Слънчевата система също съдържа комети и метеороиди. Понастоящем не е известно дали в Слънчевата система има планети, които са дори по-отдалечени от Слънцето от Плутон; Може да се каже само, че ако такива планети съществуват, те са относително малки.
Астрофизиците смятат, че 10% от всички звезди имат планетарни системи. Те са надеждно открити в 10 най-близки до нас звезди. Например, една от близките до Земята звезди - "летящата" на Барнард - има три планети с маси, приблизително равни на масата на Юпитер. Смята се, че ако скоростта на въртене на звездите е по-малка (няколко km/s), отколкото обикновено се случва за звездите (няколко десетки km/s), тогава те имат планетарна система.
Звезди.Най-често срещаните обекти в заобикалящия ни материален свят са звездите. Частта от околното пространство, която изследвахме, е изпълнена с огромен брой звезди - най-големите небесни тела, подобно на нашето Слънце, чиято материя е в състояние на плазма. Те имат свои собствени видими емисии и се характеризират с различни размери, маси, яркост и живот.
Звездите са разположени на огромни разстояния една от друга и по този начин са практически изолирани. В близост до Слънцето средното разстояние между звездите е около 10 милиона пъти по-голямо от средния диаметър на звездите. Дори най-близката до нас звезда - Проксима Кентавър - е толкова далеч от нас, че в сравнение междупланетните разстояния в Слънчевата система изглеждат нищожни.
и т.н.............