СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ
ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ.МИКРОМИР.
- Мате́рия
— фундаментальное физическое понятие, связанное
с любыми объектами, существующими в природе, о которых можно судить
благодаря ощущениям[1].
Физика описывает материю
как нечто, существующее в пространстве и во времени (в пространстве-времени) — представление, идущее от Ньютона (пространство — вместилище
вещей, время — событий); либо как нечто, само
задающее свойства пространства и времени
— представление, идущее от Лейбница и, в дальнейшем, нашедшее
выражение в общей теории
относительности Эйнштейна. Изменения во времени,
происходящие с различными формами материи, составляют физические
явления.
Основной задачей физики является описание
свойств тех или иных видов материи и ее
взаимодействия
Основные
виды материи
- Вещество
- Адронное
вещество — основную массу этого типа вещества
составляют элементарные
частицы адроны
- Барионное
вещество (барионная
материя)
— основной (по массе) компонент — барионы
- Вещество в классическом понимании.
Состоит из атомов в обычном смысле этого
слова, то есть из атомов, содержащих протоны, нейтроны и электроны. Эта форма материи
доминирует в Солнечной
системе
и в ближайших звёздных системах
- Антивещество — состоит из антиатомов, содержащих антипротоны, антинейтроны и позитроны
- Нейтронное
вещество
— состоит преимущественно из нейтронов и лишено атомного строения.
Основной компонент нейтронных
звёзд, существенно
более плотный, чем обычное вещество, но
менее плотный, чем кварк-глюонная
плазма
- Другие виды
веществ имеющих атомоподобное строение
(например, вещество, образованное мезоатомами с мюонами)
- Кварк-глюонная
плазма
— сверхплотная форма вещества, существовавшая
на ранней стадии эволюции Вселенной до объединения кварков в классические элементарные
частицы (до конфайнмента)
- Докварковые
сверхплотные материальные
образования, составляющие которых
— струны и другие объекты, c
которыми оперируют теории
великого объединения
(см. теория
струн, теория
суперструн).
Основные формы материи, предположительно
существовавшие на ранней стадии эволюции
Вселенной. Струноподобные объекты в современной
физической теории претендуют на роль
наиболее фундаментальных материальных
образований, к которым можно свести все
элементарные частицы, т.е. в конечном
счёте, все известные формы материи. Данный
уровень анализа материи, возможно, позволит
объяснить с единых позиций свойства различных
элементарных частиц. Принадлежность
к «веществу» здесь следует понимать условно,
поскольку различие между вещественной
и полевой формами материи на данном уровне
стирается
- Поле (в классическом смысле)
- Электромагнитное
поле
- Гравитационное
поле
- Квантовые
поля различной
природы. Согласно современным представлениям
квантовое поле является универсальной
формой материи, к которой могут быть сведены
как вещества, так и классические поля
- Материальные
объекты неясной физической природы
- Тёмная
материя
- Тёмная
энергия
Эти объекты
были введены в научный обиход
для объяснения ряда астрофизических и космологических явлений.
2. Макромир мир
макрообъектов, размерность которых соотносима
с масштабами человеческого опыта: пространственные
величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах
и километрах, а время — в секундах, минутах,
часах, годах.
- Микромир
— мир предельно малых, непосредственно
не наблюдаемых микрообъектов, пространственная
разномерность которых исчисляется от
десяти в минус восьмой степени до десяти
в минус шестнадцатой степени см, а время
жизни - от бесконечности до десяти в минус
двадцать четвертой степени сек.
- Мегамир
— мир огромных космических масштабов
и скоростей, расстояние в котором измеряется
световыми годами, а время существования
космических объектов — миллионами и
миллиардами лет.
4. Основные свойства
элементарных частиц. Каждая элементарная
частица описывается набором дискретных
значений физ. величин (квантовых чисел).
Общие характеристики всех элементарных
частиц - масса, время жизни, спин, электрич.
заряд. В зависимости от времени жизни
элементарные частицы делятся на стабильные,
квазистабильные и нестабильные (резонансы).
Стабильными (в пределах точности совр.
измерений) являются: электрон (время жизни
более 5 -1021 лет), протон (более 1031 лет), фотон
и нейтрино. К квазистабильным относятся
частицы, распадающиеся вследствие электромагнитного
и слабого взаимод., их времена жизни более
10-20 с. Резонансы распадаются за счет сильного
взаимод., их характерные времена жизни
10-22-10-24 с. Внутренними характеристиками
(квантовыми числами) элементарных частиц
являются лептонный (символ L) и барионный
(символ В)заряды; эти числа считаются
строго сохраняющимися величинами для
всех типов фундам. взаимод. Для лептонных
нейтрино и их античастиц L имеют противоположные
знаки; для барионов В = 1, для соответствующих
античастиц В = -1. Для адронов характерно
наличие особых квантовых чисел: "странности",
"очарования", "красоты". Обычные
(нестранные) адроны - протон, нейтрон,-мезоны.
Внутри разных групп адронов имеются семейства
частиц, близких по массе и со сходными
св-вами по отношению к сильному взаимод.,
но с разл. значениями электрич. заряда;
простейший пример -протон и нейтрон. Общее
квантовое число для таких элементарных
частиц - т. наз. изотопич. спин, принимающий,
как и обычный спин, целые и полуцелые
значения. К особым характеристикам адронов
относится и внутренняя четность, принимающая
значения1. Важное св-во элементарных частиц
- их способность к взаимопревращениям
в результате электромагнитных или др.
взаимодействий. Один из видов взаимопревращений
- т. наз. рождение пары, или образование
одновременно частицы и античастицы (в
общем случае - образование пары элементарных
частиц с противоположными лептонными
или барионными зарядами). Возможны процессы
рождения электрон-позитронных пар е-е+,
мюонных пар новых тяжелых частиц при
столкновениях лептонов, образование
из кварков cc- и bb-состояний (см. ниже). Другой
вид взаимопревращений элементарных частиц
- аннигиляция пары при столкновениях
частиц с образованием конечного числа
фотонов (квантов). Обычно образуются 2
фотона при нулевом суммарном спине сталкивающихся
частиц и 3 фотона - при суммарном спине,
равном 1 (проявление закона сохранения
зарядовой четности). При определенных
условиях, в частности при невысокой скорости
сталкивающихся частиц, возможно образование
связанной системы - позитрония е-е+ и мюония
Эти нестабильные системы, часто наз. водородоподобными
атомами, их время жизни в в-ве в большой
степени зависит от св-в в-ва, что позволяет
использовать водородоподобные атомы
для изучения структуры конденсир. в-ва
и кинетики быстрых хим. р-ций (см. Мезонная
химия, Ядерная химия).
- 6.Атомное
ядро любого химического элемента
состоит из протонов и нейтронов, связанных
между собой ядерными силами (сильным
взаимодействием). Протон - ядро атома
водорода имеет положительный заряд, равный
абсолютной величине заряда электрона
и спин (собственный механический момент
импульса, величина любой проекции которого
может быть равна ±(h/2p)/2.). Нейтрон - электронейтральная
частица c таким же как у протона спином.
Протоны и нейтроны имеют очень близкие
массы (масса нейтрона больше массы протона
приблизительно на две массы электрона)
и неразличимы с точки зрения ядерных
сил (т.н. зарядовая независимость ядерного
взаимодействия), их обычно называют нуклонами,
т.е., ядерными частицами. Ядра, имеющие
одинаковое число протонов, но разное
число нейтронов, называются изотопами.
У легких и средних ядер число протонов
и нейтронов примерно одинаково. МОЛЕКУЛ
СТРОЕНИЕ (молекулярная структура),
взаимное расположение атомов в молекулах.
В ходе химических реакций происходит
перегруппировка атомов в молекулах реагентов
и образуются новые соединения. Поэтому
одна из фундаментальных химических проблем
состоит в выяснении расположения атомов
в исходных соединениях и характера изменений
при образовании из них других соединений.Первые
представления о структуре молекул основывались
на анализе химического поведения вещества.
Эти представления усложнялись по мере
накопления знаний о химических свойствах
веществ. Применение основных законов
химии позволяло определить число и тип
атомов, из которых состоит молекула данного
соединения; эта информация содержится
в химической формуле. Со временем химики
осознали, что одной химической формулы
недостаточно для точной характеристики
молекулы, поскольку существуют молекулы-изомеры,
имеющие одинаковые химические формулы,
но разные свойства. Этот факт навел ученых
на мысль, что атомы в молекуле должны
иметь определенную топологию, стабилизируемую
связями между ними. Впервые эту идею высказал
в 1858 немецкий химик Ф.Кекуле. Согласно
его представлениям, молекулу можно изобразить
с помощью структурной формулы, в которой
указаны не только сами атомы, но и связи
между ними. Межатомные связи должны также
соответствовать пространственному расположению
атомов. Этапы развития представлений
о строении молекулы метана отражены на
рис. 1. Современным данным отвечает структура
г: молекула имеет форму правильного тетраэдра,
в центре которого находится атом углерода,
а в вершинах – атомы водорода