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-, макро- или 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 макро- и 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 микро- и мегамира. Процессы, протекающие в данной области, изучаются квантовой теорией поля и физикой высоких энергий. К этой области относится и современная космология.
