Мир в котором мы живем (путешествие в глубь материи)

| Категория реферата: Рефераты по физике
| Теги реферата: шпаргалки на телефон, отцы и дети сочинение
| Добавил(а) на сайт: Куклин.

Обратим теперь свой взгляд в обратную сторону - ту, которая уводит нас в глубь материи. «Мир, - писал американский физик Ричард Филлипс Фейнман, - если смотреть на него издали, кажется круглым, гладким, чисто отполированным шариком, но если посмотреть на него вблизи, он оказывается очень сложным: миллиарды крохотных атомов, всевозможные неровности».

Атомы настолько малы, что их нельзя увидеть ни в один оптический микроскоп. По своим размерам (примерно 10-10 м) они во столько же раз меньше обыкновенного яблока, во сколько раз яблоко меньше земного шара. А число атомов в яблоке так же велико, как и число звезд в наблюдаемой
Вселенной.

Ещё меньше протоны и нейтроны, образующие ядро атома. Если попытаться изобразить атом, в котором ядро имеет вид пятнышка диаметром 1 мм, получится рисунок поперечником 100 м!

Протоны и нейтроны, в свою очередь, тоже имеют сложное строение. Они состоят из частиц, называемых кварками. Кварки, а также лептоны, к которым относится, например, электрон, по сегодняшним представлениям, - самые маленькие частицы материи. Их размеры столь малы, что даже не поддаются определению: известно лишь, что они меньше 10-18 м. В теориях, описывающих поведение кварков и лептонов, они рассматриваются как точечные бесструктурные образования.

ВРЕМЕНА

Когда-то Вселенная представлялась людям вечной и неизменной. Одно время так думал даже великий Альберт Эйнштейн. Но в 1929 г. американский астроном
Эдвин Пауэлл Хаббл (1889-1953) установил, что Вселенная расширяется: галактики и их скопления удаляются друг от друга, причём со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними. Но если это так, то раньше все галактики располагались ближе друг к другу, чем сейчас. Был, очевидно, и такой момент, когда всё вещество Вселенной находилось в сжатом до бесконечно большой плотности состоянии. Потом оно стало стремительно расширяться, что и происходит до сих пор.

Начало расширения Вселенной в астрономии называется Большим взрывом, а время, прошедшее от Большого взрыва до наших дней, - возрастом Вселенной.
По приблизительным оценкам, он составляет около 15 млрд. лет.

Что же произошло за это время в нашей Вселенной? Чтобы легче было проследить эволюцию нашего мира во времени, американский астроном Карл
Саган (1934 - 1996-) придумал любопытный способ изложения космической хронологии. Всю историю Вселенной он описал в масштабе, при котором одной
«космической секунде» соответствует 500 реальных земных лет.
Продолжительность существования нашего мира «сжалась» в результате до одного воображаемого «космического года». В соответствии с масштабом, выбранным Саганом, первые люди появились «вечером» последнего дня первого
«года» в истории Вселенной. Как ни удивительно, но на тот же день приходятся и современные события. Этот день ещё не закончился, до «нового года» осталось около 40 мин. В реальном измерении они истекут через миллион с лишним лет.

Наряду со сверхбольшими интервалами времени, сравнимыми с возрастом
Вселенной и даже превышающими его (например, период полураспада изотопа свинца 204РЬ составляет 1,4(1017 лет), сегодня наука имеет дело и со сверхмалыми временами, поражающими воображение в не меньшей степени, нежели приведённые выше.

Так, солнечный свет достигает Земли примерно за 8 мин. Период колебаний напряжения в розетке осветительной сети составляет лишь 0,02 с. Время же, за которое свет от экрана включённого телевизора доходит до человека, расположившегося в 2 м от него, в 3 млн. раз меньше! Но и это время, измеряемое миллиардными долями секунды, является огромным по сравнению с периодом жизни элементарных частиц, называемых резонансами. Оно составляет порядка 10-22–10-24с и приблизительно во столько же раз меньше возраста
Вселенной, во сколько размер протона уступает размерам наблюдаемой
Вселенной.

МАССЫ ТЕЛ

Наименьшей массой во Вселенной обладают элементарные частицы. Масса электрона равна 0,9(10-30 кг. Примерно в 1800 раз тяжелее протон и нейтрон.
В состав Земли входит около 3,5(1051 протонов и нейтронов, а 1,2(1057 этих частиц образуют Солнце. Следовательно, масса Земли приблизительно равна
6(1024 кг, а масса Солнца - 2(1030 кг, т. е. в 300 тыс. раз больше.

Основная масса живого вещества на Земле сосредоточена в растениях - это
2400 млрд. т. Что касается людей, их общая масса составляет около 300 млн. т.

Масса Галактики равна примерно 1,5(1011 массы Солнца. Чтобы оценить массу всей наблюдаемой Вселенной, следует учесть, что она содержит более
1023 звёзд. Если считать Солнце типичной звездой средней величины, то масса всего звёздного вещества во Вселенной составит 1053 кг – 1054 кг.

Приведённые данные стали известны лишь в XX столетии. И хотя они приблизительны, тем не менее, как заметили авторы знаменитого Берклиевского курса физики, «самое замечательное в этих числах - это то, что мы их вообще знаем».

АТОМЫ. ПОЯВЛЕНИЕ НА СВЕТ

Начала Вселенной – атомы и пустота. Всё же остальное существует лишь во мнении.

Демокрит

«Все люди от природы стремятся к знанию... - писал древнегреческий учёный Аристотель. - Удивление побуждает людей философствовать... Мудрый, насколько это, возможно, знает всё, хотя он и не имеет знания о каждом предмете в отдельности... Из наук ближе всего к мудрости та, которая желательна ради неё самой и для познания, нежели та, которая желательна ради извлекаемой из неё пользы... Тот, кто предпочитает знание ради знания, больше всего предпочтёт науку наиболее совершенную, а такова наука о наиболее достойном познания. А наиболее достойны познания первоначала и причины, ибо через них и на их основе познаётся всё остальное».

Родоначальник античной науки, древнегреческий философ Фалес (около 625
- около 547 до н. э.), такой первоосновой считал воду. Уплотняясь, она образует твёрдые тела, испаряясь - воздух. Всё произошло из воды, говорил
Фалес, и Земля плавает на воде, подобно куску дерева.

Впоследствии Эмпедокл из Агригента (около 490 - около 430 до н. э.) довёл количество элементов, являющихся первоначалами мира, до четырёх. При горении дерева, рассуждал он, сначала поднимается дым (воздух), а затем возникает пламя (огонь). При этом на холодной поверхности, оказавшейся рядом с пламенем, образуется влага (вода), а после сгорания дерева остаётся зола (земля). И потому основными элементами мира (или «корнями», как он их называл) следует считать огонь, воздух, воду и землю. К ним Эмпедокл добавил два «возбудителя движения» - любовь, стремящуюся соединить разнородные элементы, и вражду, разделяющую их.

Не всех удовлетворяло сведение всего существующего к проявлению четырёх стихий. Является ли образующая мир материя непрерывной? Существует ли пустота, где нет никакой материи? Не состоят ли и эти четыре стихии из каких-то первичных сущностей? Что получится, если делить, например, ту же воду на всё более и более мелкие капли? Будет ли такое деление бесконечным или, дойдя до какой-либо мельчайшей частицы, мы уже не сможем далее продолжить его? Над этими вопросами размышляло не одно поколение философов.

В V в. до н. э. древнегреческим учёным Левкиппом. а затем его учеником из города Абдера (Фракия) Демокритом (около 460 - 371 до н. э.) была выдвинута атомистическая гипотеза. В соответствии с ней всё в мире состоит из атомов, различающихся своей формой, порядком и ориентацией в теле; между атомами находится пустота.

По легенде, идея о существовании атомов возникла у её автора, когда он разрезал яблоко. До каких пор можно рассекать яблоко на части? Мысль о том, что существует предел такого деления, и побудила назвать мельчайшие (далее уже неделимые) частицы материи атомами (в буквальном переводе с языка древних греков слово «атом» означает «неразрезаемый», «нерассекасмый»).

Развивая атомистические идеи Левкиппа, Демокрит создал всеобъемлющую научную систему, включающую в себя учение о космосе, теорию познания, логику, этику, математику, биологию и психологию. Согласно его учению, в природе существуют лишь два начала - пустота и атомы. Атомы обладают различными выступами, углублениями и крючками, позволяющими им сцепляться друг с другом и тем самым образовывать устойчивые соединения. Философ был настолько убеждённым атомистом, что даже человеческую душу и богов представлял в виде комбинаций атомов.