Иерархия структур природы. Макро-, микро-, мегамир

ФАКУЛЬТЕТ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ

Кафедра: " Физика"

Контрольная работа (Реферат)

по дисциплине: " Концепции современного естествознания"

Тема: " Иерархия структур природы"

Выполнила: Студентка Миронова А. В. Специальность: 030900

Группа: 2-3Ю

Проверила: Фроленкова Л. Ю.

Оценка работы: _____________

Орел, 2015 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1. Иерархия структур природы. Макро-, микро-, мегамир 4

1.1. Микромир – мир элементарных частиц 7

1.2. Макромир 12

1.3. Мегамир: звёзды, галактики, Метагалактика (Вселенная) 17

2. Структура и ее роль в организации живых систем 21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 25

ВВЕДЕНИЕ

Все объекты природы можно представить в виде системы, которые обладают особенностями, характеризующими их уровней организации. Концепция структурных уровней живой материи включает представления системности и связанной с ней организацией целостности живых организмов. Живая материя делится на составные части более низкой организации, которые имеют определенные функции. Структурные уровни различаются как классами сложности, так и закономерностями функционирования. Иерархическая структура такова, что каждый высший уровень не управляет, а включает низший. С учетом уровня организации можно рассматривать иерархию структур организации материальных объектов живой и неживой природы. Такая иерархия структур начинается с элементарных частиц и заканчивается живыми сообществами.

Концепция структурных уровней впервые была предложена в 20-х г.г. нашего столетия. В соответствии с ней структурные уровни различаются по классам сложности и закономерностям функционирования. Концепция включает в себя иерархию структурных уровней, в которой каждый следующий уровень входит в предыдущий. Всякая система есть целое, образованное взаимосвязанными и взаимодействующими его частями. Поэтому процесс познания природных и социальных систем может быть успешным только тогда, когда в них части и целое будут изучаться не в противопоставлении, а во взаимодействии друг с другом.

Цель данной работы заключается в изучении иерархии структурной организации материи.

Иерархия структур природы. Макро-, микро-, мегамир

Выделяют три крупных структурных уровня организации Вселенной:

1. микромир (элементарные частицы, атомы, молекулы)

2. макромир (человек, окружающая среда, планета)

3. мегамир (звездные системы, галактики, кластеры галактик, Метагалактика)

Окружающий нас мир представляет собой сложную иерархию природных и социальных систем. В этой иерархии каждый объект является системой, которая состоит 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.

В природе существуют качественно различные связанные системы объектов – ядра атомов, 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.

Гравитационные взаимодействия (тяготение) обусловливают притяжение тел к Земле, существование Солнечной системы и галактик.

Эти взаимодействия 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 Ньютона, 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 теорией гравитационного взаимодействия общая теория относительности Эйнштейна, 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.

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 супер объединение - все четыре силы природы могут быть сведены 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.

Перечисленные фундаментальные взаимодействия определяют структуры и процессы в неживой природе. На биологическом уровне организации материи определяющими являются взаимодействия другого рода: пищевые, сексуальные, родительские, групповые и др.