Науки о неживой природе

МАКРОМИР: КОНЦЕПЦИИ КЛАССИЧЕСКОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

В результате изучения данной главы студент должен: знать

• • структурные уровни организации материи, роль симметрии в структуре естествознания;
• • динамические и статистические закономерности в природе;
• • роль энтропии и соотношение порядка и беспорядка в природе; уметь
• • устанавливать и обосновывать связь между симметрией пространства и законами сохранения;
• • объяснять, к чему ведет нарушение симметрии;
• • описывать состояние динамических и статистических систем; владеть
• • методами теории вероятностей;
• • навыками определения энтропии для различных процессов природы;
• • умением определять, к какому уровню организации материи: микро-, макроили мегамиру относятся те или иные физические явления.

Значение физики как целостного фундамента естествознания

Познание природы имеет многоуровневый характер. На каждом уровне познания мы сталкиваемся с закономерностями, специфичными для этого уровня, и если мы не переходим на другие уровни, то нет надобности выходить за пределы этих закономерностей, — их применение наиболее целесообразно и разумно. Однако в природе есть наиболее глубокий уровень, на котором действуют «исходные», фундаментальные законы материального мира, — на сегодняшний день это законы физики. Построение теоретических основ естественной науки означает переход на этот уровень.

Структурные уровни организации материи

В основу классификации структурных уровней материи можно положить человека с его размерами и возможностями его органов чувств. Мир объектов, масштабы которого соизмеримыми с размерами человека, называется макромиром. Это сравнение весьма условно. Главное, что в макромире выполняются законы классической физики.

Мегамир — это мир космических размеров. Чтобы результаты измерений, проводящихся в этом мире, получать за конечное время, скорости зондирующих сигналов должны быть близки к максимально доступной скорости — скорости света с. Мегамир имеет существенные отличия от макромира. Так, например, масса, линейные размеры тела и время в нем зависят от скорости движения тела.

От макрои мегамира отличается микромир — мир малых размеров, где действуют свои законы, изучаемые квантовой механикой.

Есть более строгие критерии для определения границ структурных уровней, говорящие о том, каким разделом физики следует пользоваться. Так, для релятивистской физики надо, чтобы в данной системе скорость движения объекта была близка к скорости света, т. е. в/с 1. Для квантовой механики необходимо выполнение в данной системе условия h/S —" 1, где h — квант действия (постоянная Планка); S — действие, механическая величина, характеризующая движение частиц; численно величина S может быть определена как произведение пройденного телом пути на его импульс.

Рис. 4.1.

Вышесказанное можно изобразить графически, выбрав систему координат, в которой по оси абсцисс отложено отношение h/S, а по оси ординат — отношение в/с. Такая система координат приведена на рис. 4.1. Здесь 1 — макромир — область классической физики (механика, термодинамика, электродинамика); 2 — мегамир — область релятивистской физики (теория относительности); 3 — область квантовых закономерностей (квантовая механика). И наконец, существует область 4, где отношения в/с и h/S одновременно стремятся к единице. Это область, в которой происходит объединение микрои мегамира. Процессы, протекающие в данной области, изучаются квантовой теорией поля и физикой высоких энергий. К этой области относится и современная космология.