Un message sur le thème des méga-macro et micro-mondes. Micro, macro et méga mondes

MACROWORLD ET MICROMONDE– deux domaines principaux monde matériel, radicalement différents dans la nature de leurs modèles. Le contraste entre le macrocosme et le microcosme remonte aux concepts philosophiques naturels les plus anciens. macrocosme et microcosme . Représentations modernes sur le macromonde et le micromonde développés lors de la formation de la théorie quantique et de sa compréhension : les objets de recherche de la physique pré-quantique constituent le macromonde, et les objets sur la base desquels il est développé théorie des quanta, constituent un microcosme. La théorie quantique a été créée en tant que théorie de la structure et des propriétés de l'atome et des processus à l'échelle atomique ; elle est désormais à la base de la physique des particules. En termes d'idées physique classique, les lois de la théorie quantique se sont révélées très étranges et paradoxales, ce qui a déterminé la formation du concept d'un monde physique spécial et unique. L’opinion est exprimée que la théorie quantique représente un tel « fruit de la pensée humaine, qui est plus que tout autre réalisation scientifique approfondi et élargi notre compréhension du monde" ( Weiskopf W. La physique au XXe siècle. M., 1977, p. 34). Principales fonctionnalités des concepts quantiques qui nous permettent de parler d'un monde particulier phénomènes physiques, sont la dualité onde-particule, fondamentalement caractère probabiliste processus du micromonde et la relativité des propriétés du microobjet, fixées au niveau macro.

Historiquement, la pénétration de la science dans le domaine des microprocédés a conduit au développement théories scientifiques dans une large mesure communauté. La pénétration dans la structure de la matière a conduit au développement de physique statistique, et l'analyse des structures profondes de l'hérédité conduit à la création d'une théorie du gène. La connaissance de l'atome a donné naissance à la théorie quantique, la plus fondamentale de la physique moderne. « La microphysique hier, aujourd'hui et, il faut y penser, demain », comme le note physicien domestique V. Ginzburg, « était, est et sera l'avant-garde de la physique et de toutes les sciences naturelles » ( Ginzbourg V. Sur les perspectives de développement de la physique et de l'astrophysique à la fin du XXe siècle. – Physique XXe siècle. Développement et perspectives. M., 1984, p. 299). Les idées sur le macrocosme et le microcosme se complètent et se conditionnent mutuellement. La connaissance des propriétés et des lois du micromonde permet de révéler les propriétés et les structures des objets du macromonde, et la connaissance du macromonde permet de révéler la richesse des capacités internes des objets du micromonde.

Le développement de la physique des micromondes transforme également les formes fondamentales d’expression théorique des connaissances. En particulier, lors de la transition de la physique classique à la physique du micromonde, des changements se sont produits dans notre compréhension de l'élémentaire - une transition des idées sur les atomes sans structure ( points matériels) à des idées sur événements élémentaires ainsi que d’autres actes d’interaction indécomposables (sans structure). La théorie de la relativité et surtout la théorie quantique, dans leurs constructions, partent du concept d'événement, qui est un objet élémentaire sans structure. Comme l'a dit le physicien russe A.D. Aleksandrov, se référant à la structure de la théorie de la relativité : « L'élément le plus simple le monde est ce qu’on appelle un événement. Il s'agit d'un phénomène « ponctuel », comme l'éclair instantané d'une lampe ponctuelle, ou, en utilisant les concepts visuels de l'espace et du temps, d'un phénomène dont l'extension dans l'espace et le temps peut être négligée. En un mot, un événement est analogue à un point en géométrie, et, en imitant la définition d'un point donnée par Euclide, on peut dire qu'un événement est un phénomène dont rien ne fait partie, c'est un phénomène « atomique ». Chaque phénomène, chaque processus est présenté comme un ensemble cohérent d'événements. De ce point de vue, le monde entier est vu comme une multitude d’événements » ( Alexandrov A.D. Sur le contenu philosophique de la théorie de la relativité. – Einstein et problèmes philosophiques physique du 20ème siècle M., 1979, p. 113). Analyse du passage du langage des objets au langage des événements en cours de formation physique moderne B. Russell y attachait une importance fondamentale (voir : Russell B. Cognition humaine. M., 1957. p. 358 et 497). On peut donc affirmer que le monde de la macrophysique est un monde construit à partir d’objets, et que le monde de la microphysique est un monde formé d’événements.

Dans la physique moderne, le problème de l’essence élémentaire (en tant qu’élément indécomposable et sans structure) reste largement ouvert. On peut supposer qu'avec la pénétration plus poussée de la science dans les niveaux profonds de la structure de la matière, la question de l'élément le plus simple et sans structure changera de sens. Phénomènes initiaux monde physique dès le début doit être considéré comme quelque chose de complexe, c'est-à-dire de manière systématique ; en même temps, le concept même de système agit comme primaire, fondamental. Cela changera également la nature des constructions théoriques domaines fondamentaux physique.

MACROWORLD ET MICROMONDE

MACROWORLD ET MICROMONDE

MACROWORLD ET MICROWORLD sont deux domaines principaux du monde matériel, radicalement différents dans la nature de leurs lois. Le contraste entre le macrocosme et le microcosme remonte aux anciens concepts philosophiques naturels du macrocosme et du microcosme. Les idées modernes sur le macromonde et le micromonde se sont développées lors de la formation de la théorie quantique et de sa compréhension : les objets de recherche de la physique pré-quantique constituent le macromonde, et les objets sur la base desquels elle est développée constituent le micromonde. Le quantum a été créé comme une théorie de la structure et des propriétés de l’atome et des processus à l’échelle atomique ; elle est désormais à la base de la physique des particules. Du point de vue des concepts de la physique classique, les lois de la théorie quantique se sont révélées très étranges et paradoxales, ce qui a déterminé le concept d'un monde physique spécial et unique. On dit que la théorie quantique représente « un fruit humain qui, plus que toute autre réalisation scientifique, a approfondi et élargi notre monde » (Weiskopf V. La physique au vingtième siècle. M., 1977, p. 34). Les caractéristiques les plus importantes des concepts quantiques, qui nous permettent de parler d'un monde particulier de phénomènes physiques, sont les processus à ondes corpusculaires, fondamentalement probabilistes du micromonde et la relativité des propriétés d'un microobjet, fixées au niveau macro.

Historiquement, la pénétration de la science dans le domaine des microprocédés a conduit au développement de théories scientifiques d’un haut degré de généralité.

Le développement de la physique des micromondes transforme également les formes fondamentales d’expression théorique des connaissances. En particulier, lors de la transition de la physique classique à la physique du micromonde, des changements se sont produits dans notre compréhension de l'élémentaire - une transition des idées sur les atomes sans structure (points matériels) aux idées sur les événements élémentaires comme d'autres actes indécomposables (sans structure) de interaction. Les deux, et en particulier la théorie quantique, procèdent dans leurs constructions du concept d'événement, avant

représentant un élémentaire sans structure. Comme l’a dit le physicien russe A.D. Alexandrov, se référant à la structure de la théorie de la relativité : « L’élément le plus simple du monde est ce qu’on appelle un événement. Il s'agit d'un phénomène « ponctuel », comme l'éclair instantané d'une lampe ponctuelle, ou, en utilisant les concepts visuels de l'espace et du temps, d'un phénomène dont l'extension dans l'espace et le temps peut être négligée. En un mot, analogue à un point en géométrie, et en imitant la définition du point donnée par Euclide, on peut dire qu'un événement est un phénomène dont il fait partie, c'est un phénomène « atomique ». Chaque phénomène, tout le monde est présenté comme un ensemble cohérent d’événements. De ce point de vue, tout est considéré comme des événements » (Alexandrov A.D. Sur le contenu philosophique de la théorie de la relativité. - Einstein et les problèmes philosophiques de la physique du 20e siècle. M., 1979, p. 113). B. Russell a attaché une importance fondamentale à l'analyse du passage du langage des objets au langage des événements lors de la formation de la physique moderne (voir : Russell B. Human. M., 1957. pp. 358 et 497). Il est donc possible d’affirmer que le monde de la macrophysique est un monde construit à partir d’objets, et que le monde de la microphysique est un monde formé d’événements.

Dans la physique moderne, l’essence élémentaire (en tant qu’élément indécomposable et sans structure) reste largement ouverte. On peut supposer qu'avec la pénétration plus poussée de la science dans les niveaux profonds de la structure de la matière, l'élément le plus simple et sans structure changera de nature. Les phénomènes initiaux du monde physique doivent être considérés dès le début comme complexes, c'est-à-dire de manière systématique ; en même temps, le système lui-même agit comme primaire, fondamental. Cela modifiera également la nature des constructions théoriques dans les domaines fondamentaux de la physique.

Yu. V. Sachkov

Nouveau encyclopédie philosophique: En 4 vol. M. : Pensée. Edité par V.S. Stepin. 2001 .

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L'univers est le corps de quelqu'un. Les étoiles au-dessus de nous sont des atomes du corps d'une créature géante inconnue

Il existe une hypothèse selon laquelle notre Univers serait le corps d'une créature inconnue. C'est pourquoi il (le corps) a ses limites. Cependant, au-delà de lui, il y a un autre infini, d’autres corps et l’Univers qu’ils habitent, qui est également limité dans l’espace, car il est lui-même le corps de quelqu’un et ainsi de suite sans fin. L’hypothèse, à première vue, est folle, mais si on y réfléchit, elle n’est pas si folle qu’elle n’ait pas le droit d’exister. C’est pourquoi il est discuté avec le plus grand sérieux par des communautés scientifiques faisant autorité. En fait, la similitude des mondes macro et micro est remarquée depuis longtemps par les observateurs et les experts. De plus, cette similitude est parfois tout simplement étonnante. Si, d'une manière miraculeuse, nous pouvions nous déplacer à l'intérieur de l'atome jusqu'au troisième électron, alors la similitude avec notre monde serait telle que nous ne remarquerions même pas les changements. À moins qu’en regardant le ciel nocturne, ils ne trouvent pas de constellations familières. Mais la densité des étoiles resterait la même, la durée du jour et la durée de l’année resteraient les mêmes. Le temps passerait vite, comparé à la vie sur la planète Terre. En une seconde, pendant que vous éternuez, des millions, voire des milliards d’années s’écouleront dans le microcosme.

Incroyable!

Le microcosme à l’intérieur de toute créature vivante est incroyablement diversifié et complexe. A l'intérieur de chacun de nous se trouve tout un univers

S'il existe vie intelligente, alors des centaines de civilisations changeront, des mondes entiers surgiront et seront détruits. Mais étant à l’intérieur de l’atome, nous ne le remarquerons pas, car le temps s’écoulera pour nous comme avant.

Soit dit en passant, le sujet est maîtrisé depuis longtemps par les écrivains de science-fiction. Enfant, je lisais une histoire (j'ai oublié le titre et l'auteur), mais l'essentiel est le suivant.

L'expédition a découvert deux statues géantes. Comment et de quelle manière ils y sont arrivés est un mystère, tout comme la substance à partir de laquelle les géants ont été fabriqués. À première vue, cela ressemblait à une sorte de rocher.

Ensuite, l’un des participants a cassé un morceau de la jambe de la statue afin de l’étudier en laboratoire et de revenir. Mais bientôt la guerre commença et la fois suivante, les membres se retrouvèrent dans le même désert plusieurs années plus tard.

Ils trouvèrent les statues et imaginent leur surprise lorsqu'ils virent qu'elles avaient changé de position. L'anxiété apparut sur le visage de l'une, et l'autre, dont un morceau de la jambe avait été cassé, tendit la main vers la puce, ressentant la douleur.

Incroyable!

Les atomes et les cellules qui composent toute vie sur Terre sont soumis aux mêmes lois que les corps célestes.

Mais ce n’est qu’une histoire ; en fait, les scientifiques pensent que la vitesse du temps est proportionnelle à la taille de l’objet. Et si l'Univers du microcosme est plusieurs milliards de fois plus petit que le nôtre, alors le temps s'y écoule plusieurs milliards de fois plus vite.

En plus des temporaires et autres relations physiques ont été trouvés dans les mondes micro et macro.

La conclusion a été tirée comme suit : « Tout ce que nous observons à l'aide de notre vision et à l'aide de télescopes super puissants (comme Hubble) et la galaxie sont des composants individuels ou des parties d'une sorte de super-organisme, un macrohomme. .»

Il s'agit d'un gigantesque, selon nos normes, dépassant les 20 milliards d'années-lumière. Rappelons qu'une année-lumière est une unité d'espace et non de temps.

Autrement dit, pour parcourir une telle distance, vous devez vous déplacer à une vitesse de 300 000 km. vingt milliards d'années par seconde.

Les étoiles dans notre ciel sont les noyaux des atomes d’un super-être, et le Soleil n’est qu’un de ces noyaux. La Terre est le troisième des huit électrons de cet atome.

Le plus intéressant est que pour un autre superbe, ce sera dans le microcosme, comme pour nous dans l'atome.

Incroyable!

Si une cellule est suffisamment agrandie pour voir les atomes qui la composent, l’image sera la même que celle que nous voyons en regardant le ciel nocturne.

Phénomènes inhabituels dans l'espace

G. Leibniz, autorité incontestée en mathématiques et en physique, disait il y a trois cents ans que le Cosmos est un organisme vivant.

Par conséquent, des processus universels, tels que les explosions de supernova, la destruction et la naissance d'étoiles, l'activité des quasars et des pulsars sont procédés chimiques, se produisant dans les cellules d’un superorganisme vivant.

Incroyable!

Les cellules de chaque être vivant se régénèrent, se divisent, meurent – ​​ces processus se poursuivent sans arrêt. La même chose se produit dans l'Univers, mais à notre échelle de temps, cela prend très longtemps

Tout comme les processus qui se produisent dans les cellules de notre corps, ils se transforment pour le microcosme en processus universels, prolongés dans le temps.

Les scientifiques du micromonde luttent probablement depuis des siècles avec le mystère de l'explosion et de la destruction de la galaxie après avoir coupé une ongle de votre ongle. Et l’injection de vitamine B, qui vous a été administrée pour améliorer votre bien-être, créera des milliers de nouveaux mondes et en détruira autant.

C'est pourquoi le microbiologiste observant microscope électronique cellule vivante, un astronome ou un astrophysicien engagé dans l'étude des galaxies et des supernovae fait essentiellement la même chose : essayer de comprendre la structure du monde sur des objets qui ne diffèrent que par leur échelle.

Le microcosme est constitué de molécules, d'atomes, particules élémentaires- le monde des micro-objets extrêmement petits, non directement observables, dont la diversité spatiale est calculée de 10-8 à 10-16 cm, et la durée de vie est de l'infini à 10-24 s.

Le macromonde est le monde des formes et des quantités stables, proportionnées aux humains, ainsi que des complexes cristallins de molécules, d'organismes, de communautés d'organismes ; le monde des macro-objets, dont la dimension est comparable à l'échelle de l'expérience humaine : les grandeurs spatiales sont exprimées en millimètres, centimètres et kilomètres, et le temps - en secondes, minutes, heures, années.

Megaworld, ce sont des planètes, des complexes stellaires, des galaxies, des métagalaxies - un monde immense échelle cosmique et les vitesses, dont la distance est mesurée en années-lumière et la durée de vie objets spatiaux- des millions et des milliards d'années.

Et bien que ces niveaux aient leurs propres lois spécifiques, les micro-, macro- et méga-mondes sont étroitement interconnectés.

Il est clair que les frontières du micro et du macrocosme sont mobiles et qu'il n'y a pas de microcosme et de macrocosme séparés. Naturellement, les macro-objets et les méga-objets sont construits à partir de micro-objets, et les macro- et méga-phénomènes sont basés sur des micro-phénomènes. Cela se voit clairement dans l'exemple de la construction de l'Univers à partir de particules élémentaires en interaction dans le cadre de la microphysique cosmique. En fait, nous devons comprendre que nous parlons de seulement environ différents niveaux examen du fond. Les micro, macro et méga tailles d'objets sont en corrélation les unes avec les autres en tant que macro/micro ~ méga/macro.

Absent de la physique classique critère objectif différences entre les objets macro et micro. Cette différence a été introduite par M. Planck : si pour l'objet considéré l'impact minimal sur lui peut être négligé, alors ce sont des macroobjets ; si cela n'est pas possible, ce sont des microobjets ; Les protons et les neutrons forment les noyaux des atomes. Les atomes se combinent pour former des molécules. Si nous avançons plus loin sur l'échelle des tailles corporelles, ce qui suit sont les macrocorps ordinaires, les planètes et leurs systèmes, les étoiles, les amas de galaxies et les métagalaxies, c'est-à-dire que nous pouvons imaginer la transition du micro, du macro et du méga-tous deux dans taille et dans les modèles de processus physiques.

Micromonde

Démocrite dans l'Antiquité a avancé l'hypothèse atomiste de la structure de la matière, plus tard, au XVIIIe siècle. a été relancé par le chimiste J. Dalton, qui a pris le poids atomique de l'hydrogène comme un seul et a comparé les poids atomiques d'autres gaz avec lui. Grâce aux travaux de J. Dalton, ils commencèrent à étudier propriétés physiques et chimiques atome. Au XIXe siècle, D.I. Mendeleïev a construit un système d'éléments chimiques basé sur leur poids atomique.

L'histoire de la recherche sur la structure de l'atome commence en 1895 grâce à la découverte par J. Thomson de l'électron, une particule chargée négativement qui fait partie de tous les atomes. Puisque les électrons ont charge négative, et que l'atome dans son ensemble est électriquement neutre, on a supposé qu'en plus de l'électron, il existe une particule chargée positivement. La masse de l’électron a été calculée comme étant 1/1836 de la masse d’une particule chargée positivement.

Le noyau a charge positive, et les électrons sont négatifs. Au lieu des forces gravitationnelles agissant dans le système solaire, dans l'atome il y a forces électriques. Charge électrique du noyau d'un atome, numériquement égale à numéro de série V tableau périodique Mendeleev, est équilibré par la somme des charges électroniques - l'atome est électriquement neutre.

Ces deux modèles se sont révélés contradictoires.

En 1913, le grand physicien danois N. Bohr appliquait le principe de quantification pour résoudre le problème de la structure de l'atome et des caractéristiques des spectres atomiques.

Le modèle de l'atome de N. Bohr était basé sur modèle planétaire E. Rutherford et sur la théorie quantique de la structure atomique développée par lui. N. Bohr a avancé une hypothèse sur la structure de l'atome, basée sur deux postulats totalement incompatibles avec la physique classique :

1) dans chaque atome il y a plusieurs états stationnaires (dans le langage du modèle planétaire, plusieurs orbites stationnaires) des électrons, se déplaçant le long desquels un électron peut exister sans émettre ;

2) lorsqu'un électron passe d'un état stable dans un autre, l'atome émet ou absorbe une partie de l'énergie.

En fin de compte, il est fondamentalement impossible de décrire avec précision la structure d'un atome sur la base de l'idée des orbites des électrons ponctuels, car de telles orbites n'existent pas réellement.

La théorie de N. Bohr représente pour ainsi dire la limite de la première étape du développement de la physique moderne. Il s’agit du dernier effort visant à décrire la structure de l’atome sur la base de la physique classique, complété par seulement un petit nombre de nouvelles hypothèses.

Il semblait que les postulats de N. Bohr reflétaient certaines propriétés nouvelles et inconnues de la matière, mais seulement partiellement. Les réponses à ces questions ont été obtenues grâce au développement de la mécanique quantique. Il s'est avéré que le modèle atomique de N. Bohr ne devait pas être pris au pied de la lettre, comme c'était le cas au début. En principe, les processus dans un atome ne peuvent pas être représentés visuellement sous la forme modèles mécaniques par analogie avec les événements du macrocosme. Même les concepts d'espace et de temps tels qu'ils existent dans le monde macro se sont révélés inappropriés pour décrire les phénomènes microphysiques. L’atome des physiciens théoriciens est devenu de plus en plus une somme d’équations abstraite et inobservable.

Micromonde
Micromonde – un monde de microsystèmes extrêmement petits, non directement observables, d'une taille caractéristique de 10 -10 - 10 -18 m. C'est un monde - des atomes aux particules élémentaires. Dans le même temps, le microcosme est caractérisé par le dualisme des ondes corpusculaires, c'est-à-dire tout microobjet possède à la fois des propriétés ondulatoires et corpusculaires. La description du micromonde s'appuie sur le principe de complémentarité de N. Bohr et la relation d'incertitude de Heisenberg. Le monde des particules élémentaires, qui ont longtemps été considérées comme des « éléments de base » élémentaires, obéit aux lois de la mécanique quantique, de l’électrodynamique quantique et de la chromodynamique quantique. Le champ quantique est de nature discrète.
Les principaux concepts liés au micromonde sont : les particules élémentaires, les noyaux, les atomes, les molécules et les cellules.
Particules élémentaires- les plus petites particules connues de matière physique.Toutes les particules élémentaires connues sont divisées en deux groupes : les hadrons et les leptons. On suppose que les hadrons ont une structure composite : ils sont constitués de particules de quarks véritablement élémentaires. De plus, l'existence de six types de quarks est admise.
Les particules stables, c'est-à-dire vivant à l'état libre pendant une durée illimitée, sont les protons, les électrons, les photons et, apparemment, les neutrinos de tous types. La durée de vie d'un proton est de 10 à 31 ans. Les formations les plus courtes sont les résonances - leur durée de vie est d'environ 10 à 23 s.
L'unification des concepts relativistes et quantiques, réalisée en grande partie dans les années 1930, a conduit à l'une des prédictions les plus remarquables de la physique : la découverte du monde des antiparticules. Une particule et son antiparticule correspondante ont les mêmes durées de vie, les mêmes masses et leurs charges électriques sont égales, mais de signes opposés. La propriété la plus caractéristique d’une paire particule-antiparticule est la capacité de s’annihiler (s’autodétruire) lorsqu’elle se transforme en particules d’un type différent. Les antiparticules peuvent s'assembler en antimatière. Malgré la symétrie microscopique entre les particules et les antiparticules, aucune région contenant un contenu notable d'antimatière n'a été découverte dans l'Univers. Les particules et leurs antiparticules interagissent de manière égale avec le champ gravitationnel, ce qui indique l’absence d’« antigravité ».
Noyaux. Les noyaux atomiques sont des systèmes liés de protons et de neutrons. Les masses des noyaux sont toujours légèrement inférieures à la somme des masses des protons et des neutrons libres qui composent le noyau. Ce effet relativiste, qui détermine l’énergie de liaison du noyau. Les noyaux sont connus avec une charge égale à une charge de proton pour 109 charges de protons et avec un nombre de protons et de neutrons (c'est-à-dire de nucléons) de 1 à environ 260. La densité numérique des particules dans les noyaux multinucléons est de l'ordre de 10 à 44 nucléons. /m 3 et la densité de masse 10 17 kg/m 3 . Les « rayons » des noyaux varient de 2 x 10 -15 m (noyau d'hélium) à 7 x 10 -15 m (noyau d'uranium). Les noyaux ont la forme d'un ellipsoïde allongé ou aplati (voire plus complexe).
Comme le noyau système quantique peut être dans divers états excités discrets. Fondamentalement, les états d'un noyau peuvent être stables (stables) ou instables (radioactifs). Le temps pendant lequel la moitié d’un nombre macroscopique de noyaux instables se désintègre est appelé demi-vie. Les demi-vies des éléments que nous connaissons varient d'environ 10 18 ans à 10 -10 s.
Des atomes. Ils sont constitués d’un noyau dense et d’orbites électroniques. Les noyaux ont une charge électrique positive et sont entourés d’un essaim d’électrons chargés négativement. En général, l’atome est électriquement neutre. Un atome est la plus petite unité structurelle d'éléments chimiques. Contrairement à « l'emballage serré » particules nucléaires les électrons atomiques forment des coquilles très lâches et en dentelle. Il existe des règles strictes pour la « population » des orbites autour du noyau par les électrons. Les électrons situés aux étages supérieurs de la « maison atomique » déterminent la réactivité des atomes, c’est-à-dire leur capacité à se combiner avec d’autres atomes. La plupart des éléments possèdent des atomes chimiquement instables. Un atome est stable si sa coque externe est remplie un certain nombre des électrons. Les atomes dont la coque externe est vide entrent dans réactions chimiques, formant des liaisons avec d’autres atomes.
Molécules. Une molécule est la plus petite unité structurelle d’un composé chimique complexe. Nombre combinaisons possibles atomes qui déterminent le nombre composés chimiques, s'élève à des millions. Qualitativement, une molécule est une substance spécifique constituée d'un ou plusieurs éléments chimiques dont les atomes sont combinés en particules en raison d'une interaction chimique d'échange. En dépensant une certaine énergie, une molécule stable peut être décomposée en atomes.
Certains atomes (par exemple le carbone et l'hydrogène) sont capables de former des chaînes moléculaires complexes, qui constituent la base de la formation d'encore plus structures complexes(macromolécules), qui présentent déjà des propriétés biologiques, c'est-à-dire les propriétés des êtres vivants.
Cellule. Au cours des 3 milliards d'années d'existence sur notre planète, la matière vivante s'est développée en plusieurs millions d'espèces, mais toutes - des bactéries aux animaux supérieurs - sont constituées de cellules. Une cellule est une partie organisée de la matière vivante : elle assimile les aliments, est capable d'exister et de croître, et peut se diviser en deux, dont chacune contient du matériel génétique identique à la cellule d'origine. Les cellules servent de structures élémentaires au niveau havegénétique de l’organisation de la vie. La cellule est constituée d'un noyau et d'un cytoplasme. Depuis environnement la cellule est séparée par une membrane plasmique, qui régule les échanges entre l'intérieur et environnement externe et sert de limite à la cellule. Chaque cellule contient du matériel génétique sous forme d’ADN, qui régule la vie et l’auto-reproduction. La taille des cellules est mesurée en micromètres (µm) – millionièmes de mètre et en nanomètres (nm) – parties par milliard. Les cellules existent en tant qu'organismes indépendants (bactéries protozoaires) ou font partie d'organismes multicellulaires.
Concepts de physique moderne
Initialement, l'idée selon laquelle la matière pourrait être composée de particules individuelles, a été exprimé pour la première fois par Leucipus de Milet (Grèce antique) au 5ème siècle. Colombie-Britannique e. Cette idée a été développée par son élève Démocrite, qui a introduit le mot « atome » (du grec « atomos », qui signifie « indivisible »). DANS début XIX siècle, John Dalton a relancé ce mot, apportant une base scientifique aux idées spéculatives des Grecs anciens. Selon Dalton, un atome est un petit particule indivisible matière qui participe à des réactions chimiques.
Les idées simples de Dalton sur l'atome ont été ébranlées en 1897 lorsque J. Thompson a découvert que les atomes pouvaient émettre des particules chargées négativement encore plus petites (appelées plus tard électrons). Il est devenu évident que l'atome structure interne. Cette découverte indiquait que l'atome devait également contenir des charges positives. Thompson a émis l'hypothèse que les électrons étaient dispersés dans un atome chargé positivement, comme des raisins secs dans une miche de pain. Ce modèle n'a pas permis d'expliquer certaines propriétés des atomes, mais un modèle plus avancé n'a été créé qu'après la découverte du rayonnement radioactif. Le phénomène de radioactivité a été découvert par Becquerel, qui a découvert que les atomes d'uranium émettent spontanément des radiations. Trois formes de ce rayonnement sont connues : ? – flux de protons et de neutrons, ? – des électrons chargés négativement et ? – un rayonnement magnétique à ondes courtes qui ne porte pas de charge.
En 1911, E. Rutherford a proposé un tout nouveau modèle d'atome - le modèle planétaire, basé sur les résultats de ses propres expériences et des expériences de Hans Geiger, dans lesquelles la distance des particules β traversant une feuille d'or a été mesurée. Selon le modèle de Rutherford, la charge positive et la masse de l'atome sont concentrées dans le noyau central, autour duquel se déplacent les électrons. Rutherford a établi plus tard que la charge positive du noyau est portée par des particules 1 836 fois plus lourdes que l’électron. Il les appelait des protons. Le nombre de protons est appelé numéro atomique et il est toujours égal au nombre d’électrons entourant le noyau. Plus tard, il a été découvert que tous les noyaux atomiques (à l'exception du noyau d'hydrogène) contiennent des particules non chargées - des neutrons d'une masse presque égale à la masse d'un proton.
Le modèle atomique de Rutherford était cependant instable, puisque les électrons en rotation, perdant leur énergie, finiraient par tomber dans le noyau. Les atomes sont des formations très stables dont la destruction nécessite des forces énormes.
Le physicien danois Niels Bohr, qui a franchi une nouvelle étape importante vers la création d'un modèle de l'atome, s'est appuyé sur deux autres domaines de recherche. La première d’entre elles est la théorie quantique, la seconde est la spectroscopie. L'idée de quantification a été proposée pour la première fois par Max Planck en 1900 pour expliquer le mécanisme de rayonnement de chaleur et de lumière par un corps chauffé. Planck a montré que l'énergie ne peut être émise et absorbée que dans certaines portions ou quanta.
Bohr a postulé qu'un électron en mouvement dans un atome d'hydrogène ne peut exister que sur des orbites fixes et que les raies spectrales de l'hydrogène correspondent à l'absorption ou à l'émission d'un quantum d'énergie. Ces processus se produisent lorsqu’un électron « saute » d’une orbite fixe à une autre.
En conséquence, les orbites de Bohr se sont avérées ne pas être les trajectoires exactes de l’électron, mais les endroits où il était le plus susceptible de se trouver dans l’atome. Selon l'idée de dualité onde-particule, exprimée pour la première fois par Louis de Broglie, particules subatomiques peut être décrit de la même manière que la lumière, en ce sens que dans certains cas, il convient d'utiliser le concept de « particule » et dans d'autres, « d'onde ».
Cependant, du point de vue de la chimie, l'idée d'un atome comme la plus petite particule de matière participant aux réactions chimiques reste la plus pratique.
Le phénomène de radioactivité, accompagné de la libération d'une énorme quantité d'énergie nucléaire, est associé à la physique nucléaire.
Lorsque les spectromètres de masse – instruments permettant de mesurer les masses d’ions et de noyaux individuels – atteignirent une assez grande précision, on découvrit que les masses des noyaux n’étaient pas égales à la somme des masses de leurs protons et neutrons constitutifs. Conformément à la formule relativiste d'Einstein E=mс2, cette différence de masse est la source de l'énergie nucléaire.
La théorie moderne considère le noyau comme une masse primordiale de protons et de neutrons. Si un noyau se divise en deux parties à peu près égales, ce processus est appelé fission ; si le noyau émet une ou plusieurs particules, il s'agit alors d'une désintégration radioactive ; lorsque deux noyaux se combinent, on parle de fusion nucléaire.
Ainsi, en 1932, il a été établi que les atomes sont constitués de particules subatomiques (élémentaires) - des protons et des neutrons, formant un noyau chargé positivement et des électrons chargés négativement tournant autour de lui.
Physicien anglais P.A. Dirac a prédit l'existence du positron, l'antiparticule de l'électron, découvert expérimentalement en 1934.
Pour avoir une image complète de la structure de la matière, il est nécessaire de caractériser non seulement les particules subatomiques elles-mêmes, mais aussi la façon dont elles sont maintenues les unes à côté des autres, c'est-à-dire leur interaction. Quatre types d'interactions ont été identifiés. 1) L'interaction gravitationnelle provoque une attraction entre les objets proportionnellement à leur masse (action au niveau macro). 2) Une interaction électromagnétique a lieu entre des particules ayant charge électrique. Elle est beaucoup plus forte que la gravité et provoque une attraction entre les noyaux et les électrons.
3) L’interaction forte s’opère à l’intérieur même du noyau. Il est environ 1000 fois plus puissant que l'électromagnétique et agit à des distances comparables à la taille du noyau.< 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.
Diverses manières d'expliquer les interactions ont été proposées. L'un d'eux utilise la notion de forces de terrain. Un autre modèle d'interaction, basé sur la mécanique quantique, utilise l'idée d'échange particules virtuelles. Deux particules chargées interagissent en émettant et en absorbant des photons. L'interaction gravitationnelle s'explique par l'échange de particules hypothétiques appelées gravitons. En 1935 Hidéki
Yukawa a suggéré que la forte interaction qui « maintient » les noyaux ensemble est due à l'échange d'une certaine particule dont la masse se situe entre les masses d'un proton et d'un électron. Aujourd’hui, cette particule, appelée méson ou pion, est connue. Une autre particule, le boson vecteur intermédiaire, a été proposée pour expliquer les interactions faibles, mais n'a pas encore été découverte.
Pendant la recherche rayons cosmiques et de nombreuses autres particules ont été découvertes lors d'expériences menées dans des accélérateurs. Plus de 400 particules subatomiques (élémentaires) sont désormais connues, dont la plupart sont instables. Ils sont caractérisés par une certaine masse, charge et durée de vie moyenne de la particule. De nombreuses particules subatomiques sont classées en groupes. Les particules participant à des interactions fortes sont appelées hadrons ; ceux-ci incluent les nucléons (protons et neutrons) ; les particules qui ne participent pas à des interactions fortes sont appelées leptons, parmi lesquels les électrons et les neutrinos.
La physique des hautes énergies considère que l'une de ses tâches principales consiste à créer une théorie unifiée qui explique et relie les quatre types d'interactions, ainsi que l'existence et le comportement d'une telle multitude de particules élémentaires.

Macromonde
Le macromonde est le monde des macrocorps, depuis les macromolécules (taille de 10 à 6 cm et plus) jusqu'aux objets dont les dimensions sont comparables à l'échelle de l'expérience humaine directe - millimètres, centimètres, kilomètres, jusqu'à la taille de la Terre (40 000 km).
Les molécules sont considérées comme des particules reliant les niveaux micro et macro de la matière. Ils sont constitués d'atomes et sont construits de la même manière, mais le volume occupé ici par les orbitales électroniques est un peu plus grand et les orbitales moléculaires sont orientées dans l'espace. De ce fait, chaque molécule a une forme spécifique. Pour les molécules complexes, notamment organiques, la forme est crucial. La composition et la structure spatiale des molécules déterminent les propriétés d'une substance. Nous examinerons plus tard les types de liaisons ioniques, la structure des substances et des molécules, les systèmes chimiques et les réactions chimiques lors de l'étude du sujet « Systèmes et processus chimiques ».
Dans certaines conditions, les atomes et les molécules du même type peuvent se rassembler en énormes agrégats – des corps macroscopiques (la matière). La substance est un type de matière ; en quoi consiste le monde entier qui nous entoure. Les substances sont constituées de minuscules particules - atomes, molécules, ions, particules élémentaires qui ont une masse et sont en mouvement et en interaction constants. Il existe une grande variété de substances, de composition et de propriétés différentes. Les substances sont divisées en simples, complexes, pures, inorganiques et organiques. Les propriétés des substances peuvent être expliquées et prédites sur la base de leur composition et de leur structure.
La matière simple est constituée de particules (atomes ou molécules) formées par des atomes d'un même élément chimique. Par exemple, 0 2 (oxygène), 0 3 (ozone), S (soufre), Ne (néon) sont des substances simples.
Une substance complexe est constituée de particules formées d’atomes de divers éléments chimiques. Par exemple, H 2 S0 4 (acide sulfurique) ; FeS (sulfure de fer) ; CH 4 (méthane) - substances complexes.
Une substance pure est une substance constituée de particules identiques (molécules, atomes, ions) qui possèdent certaines propriétés spécifiques. Pour purifier les substances des impuretés qu'ils utilisent diverses méthodes: recristallisation, distillation, filtration.
Les substances inorganiques sont des composés chimiques formés par tous les éléments chimiques (à l'exception des composés carbonés, qui sont classés comme substances organiques). Les substances inorganiques se forment sur Terre et dans l'espace sous l'influence de facteurs physico-chimiques naturels. Environ 300 000 composés inorganiques sont connus. Ils forment la quasi-totalité de la lithosphère, de l'hydrosphère et de l'atmosphère de la Terre. Ils peuvent contenir des atomes de tous les éléments chimiques actuellement connus dans diverses combinaisons et rapports quantitatifs. En plus, quantité énorme les substances inorganiques sont obtenues artificiellement dans des laboratoires scientifiques et des usines chimiques. Toutes les substances inorganiques sont divisées en groupes avec propriétés similaires(classes de composés inorganiques).
Les substances organiques sont des composés de carbone avec d'autres éléments : hydrogène, oxygène, azote, soufre. Parmi les composés carbonés, les oxydes de carbone, l'acide carbonique et ses sels, qui sont des composés inorganiques, ne sont pas classés comme organiques. Ces composés ont reçu le nom de « organiques » en raison du fait que les premiers représentants de ce groupe de substances ont été isolés des tissus des organismes. On a longtemps cru que de tels composés ne pouvaient être synthétisés dans un tube à essai, en dehors d’un organisme vivant. Cependant, dans la première moitié du XIXe siècle. Les scientifiques ont pu obtenir artificiellement des substances qui étaient auparavant extraites uniquement des tissus d'animaux et de plantes ou de leurs déchets : urée, graisses et substances sucrées. Cela a servi de preuve de la possibilité de produire artificiellement des substances organiques et du début de nouvelles sciences - la chimie organique et la biochimie. Les substances organiques possèdent un certain nombre de propriétés qui les distinguent des substances inorganiques: ils sont instables à l'action températures élevées; les réactions les impliquant se déroulent lentement et nécessitent des conditions particulières. Les composés organiques comprennent acides nucléiques, protéines, glucides, lipides, hormones, vitamines et bien d’autres substances qui jouent un rôle majeur dans la construction et le fonctionnement des organismes végétaux et animaux. Nourriture, carburant, nombreux médicaments, vêtements - tout cela est constitué de substances organiques.
Les objets les plus importants du macrocosme sont : l'individu, l'espèce, la population et la biosphère.
Individuel(individu, spécimen) - une unité élémentaire indivisible de la vie sur Terre. Il est impossible de diviser un individu en parties sans perdre « l’individualité ». Bien entendu, dans un certain nombre de cas, la question de la détermination des limites d'un individu ou d'un individu n'est pas si simple et évidente. D'un point de vue évolutif, un individu doit être considéré comme l'ensemble des unités morphophysiologiques provenant d'un zygote, de gamètes, de spores, de bourgeons et soumises individuellement à l'action de facteurs élémentaires. Au niveau ontogénétique, l'unité de vie est l'individu depuis son origine jusqu'à sa mort. Grâce à l'évaluation d'un individu en cours de sélection naturelle, la viabilité d'un génotype donné est vérifiée. Dans la nature, les individus ne sont pas absolument isolés les uns des autres, mais sont unis par un rang d'organisation biologique plus élevé au niveau population-espèce.
Voir. L’essence du concept d’espèce biologique est la reconnaissance que les espèces sont réelles, constituées de populations et que tous les individus de l’espèce ont un programme génétique commun apparu au cours de l’évolution précédente. Les espèces sont définies moins par des différences que par leur séparation. Du concept biologique d'espèce découlent les critères qui permettent de distinguer une espèce d'une autre : 1. Le critère morphologique d'une espèce est une caractéristique des traits structurels, un ensemble de ses caractéristiques. 2. Le critère génétique stipule que chaque espèce possède son propre ensemble de chromosomes, caractérisé par un certain nombre de chromosomes, leur structure et leur coloration différentielle. 3. Le critère écologique et géographique d'une espèce comprend à la fois l'habitat et l'habitat immédiat de l'espèce - son niche écologique. 4. La caractéristique la plus importante d’une espèce qui se reproduit sexuellement est l’isolement reproductif. C'est le résultat de l'évolution de tous système génétique d'une espèce donnée et la protège de la pénétration de l'information génétique de l'extérieur. Ainsi, chaque critère pris individuellement ne suffit pas à déterminer l'espèce, mais ensemble, ils permettent de déterminer avec précision l'identité spécifique d'un organisme vivant ; La caractéristique la plus significative d’une espèce est qu’elle constitue un système génétiquement unifié.
Ainsi, une espèce est un ensemble de populations géographiquement et écologiquement proches, capables de se croiser dans des conditions naturelles, possédant un pool génétique unique, possédant des caractéristiques morphophysiologiques communes et biologiquement isolées des populations d'autres espèces.
Population. Un ensemble d'individus d'une même espèce qui habitent longtemps un certain espace, se reproduisent par croisement libre et, à un degré ou à un autre, isolés les uns des autres, est appelé une population. Au sens génétique, une population est un groupe spatio-temporel d’individus de la même espèce se croisant. Une population est une structure biologique élémentaire capable de changements évolutifs. Les populations s'avèrent être des unités élémentaires et les espèces sont des étapes qualitatives du processus évolutif. La totalité des génotypes de tous les individus d’une population constitue le pool génétique.
Populations différents types forment toujours des communautés complexes dans la biosphère terrestre - les biocénoses. La biocénose est un ensemble de plantes, d'animaux, de champignons et de procaryotes qui habitent un terrain ou une étendue d'eau et entretiennent certaines relations les uns avec les autres. Avec des domaines spécifiques surface de la terre occupée par les biocénoses et l'atmosphère, la communauté constitue un écosystème. Un écosystème est un complexe interdépendant de composants vivants et inertes interconnectés par l'échange de substances et d'énergies. La biogéocénose est un écosystème au sein duquel les frontières biogénétiques, microclimatiques, pédologiques et hydrologiques ne passent pas. La biogéocénose est l'un des systèmes naturels les plus complexes. Les limites visibles de l'extérieur des biogéocénoses coïncident le plus souvent avec les limites des communautés végétales. Tous les groupes d'écosystèmes sont le produit du développement historique conjoint d'espèces qui diffèrent par leur position systématique.
Biosphère. L'interconnexion de différentes communautés, l'échange de matière et d'énergie entre elles nous permettent de considérer tous les organismes vivants de la Terre et leur habitat comme un écosystème très étendu et diversifié : la biosphère. Biosphère - ces parties les coquilles terrestres(litho, hydro- et atmosphère), qui tout au long de l'histoire géologique ont été influencées par les organismes vivants et portent les traces de leur activité vitale. Les biogéocénoses, qui forment ensemble la biosphère de notre planète, sont interconnectées par la circulation des substances et de l'énergie. Dans ce cycle, la vie sur Terre agit comme une composante majeure de la biosphère. La biogéocénose est système ouvert, qui a des « entrées » et des « sorties » d’énergie qui relient les biogéocénoses voisines. Les échanges de substances entre biogéocénoses voisines peuvent avoir lieu sous forme gazeuse, liquide et solide, ainsi que sous forme de matière vivante (migration animale). En plus de la matière vivante, la biosphère contient de la matière inerte (non vivante), ainsi que des corps bio-inertes de nature complexe. Ils comprennent à la fois les organismes vivants et la matière non vivante modifiée. Les corps bioinertes comprennent les sols, les limons et les eaux naturelles.

Mégamonde
Megaworld est un monde d'objets à l'échelle cosmique de 10,9 cm à 10,28 cm. Cette gamme comprend la taille de la Terre, système solaire, Galaxies, Métagalaxies.
Il n’existe pas de frontière rigide séparant les niveaux structurels de l’organisation de la matière. Avec une différence qualitative incontestable, ils sont liés par des processus spécifiques de transitions mutuelles. Notre Terre est classée au niveau du macrocosme, mais en tant qu'une des planètes du système solaire, elle agit simultanément comme un élément du mégamonde.
Planètes. La première étape dans la hiérarchie des objets du mégamonde sont les planètes (traduit du grec par « errant »). Les planètes sont des corps célestes qui gravitent généralement autour des étoiles, réfléchissent leur lumière et ne possèdent pas leur propre rayonnement visible. En taille et en masse, elles sont beaucoup plus petites que les étoiles. Terre plus petit que le soleil en taille 109 fois et en masse 333 000 fois. De nombreuses planètes sont entourées de satellites. Il y a 9 planètes majeures dans le système solaire : Mercure, Vénus, la Terre avec la Lune, Mars avec Phobos et Deimos, Jupiter avec 16 satellites, Saturne avec 17 satellites, Uranus avec 16 satellites, Neptune avec 10 satellites, Pluton avec Charon. Il existe plus de 5 000 planètes mineures entre les orbites de Mars et de Jupiter. Le système solaire contient également des comètes et des météoroïdes. On ne sait actuellement pas s’il existe des planètes dans le système solaire qui sont encore plus éloignées du Soleil que Pluton ; On peut seulement dire que si de telles planètes existent, elles sont relativement petites.
Les astrophysiciens estiment que 10 % de toutes les étoiles possèdent des systèmes planétaires. Ils ont été détectés de manière fiable dans les 10 étoiles les plus proches de nous. Par exemple, l'une des étoiles proches de la Terre - la «volante» de Barnard - possède trois planètes dont la masse est d'environ égal à la masse Jupiter. On pense que si la vitesse de rotation des étoiles est inférieure (plusieurs km/s) à ce qui est habituellement le cas des étoiles (plusieurs dizaines de km/s), alors elles possèdent un système planétaire.
Des étoiles. Les objets les plus courants dans le monde matériel qui nous entoure sont les étoiles. La partie de l'espace environnant que nous avons étudiée est remplie d'un grand nombre d'étoiles - la plus grande corps célestes, semblable à notre Soleil, dont la matière est à l’état de plasma. Ils ont leurs propres émissions visibles et se caractérisent par différentes tailles, masses, luminosités et durées de vie.
Les étoiles sont situées à des distances énormes les unes des autres et sont donc pratiquement isolées. Dans le voisinage solaire, la distance moyenne entre les étoiles est environ 10 millions de fois supérieure au diamètre moyen des étoiles. Même l'étoile la plus proche de nous - Proxima Centauri - est si loin de nous longue distance, qu'en comparaison, les distances interplanétaires au sein du système solaire semblent minuscules.
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