Наблюдаемые свойства объектов макромира можно объяснить предположив что они являются
Содержание:
Макромир, мегамир и микромир. взаимодействия и силы:
Совокупность окружающих нас тел, которые можно наблюдать невооруженным глазом, называют макромиром.
Это слово происходит от греческого слова «макрос» — большой. Макромир на самом деле велик: от песчинки до д Земли! Именно изучая макромир, ученые начали открывать законы природы: так, Галилео Галилей открыл закон инерции и установил, что причиной различия в падении тел является только сопротивление воздуха.
Мегамир
Мир космических тел называют мегамиром.
Это слово происходит от греческого слова «мега» — огромный. Первый шаг в изучении мегамира сделал также Галилей. С помощью созданного им телескопа он открыл, что у Юпитера, самой большой планеты Солнечной системы, есть спутники. А в середине 17-го века голландский ученый Христиан Гюйгенс, также с помощью телескопа, открыл, что у второй по величине планеты, Сатурна, есть замечательное «украшение» в виде гигантского кольца. На рис. 4.1 приведены сделанные с помощью телескопа фотографии Юпитера и Сатурна (рядом с ними в том же масштабе изображена Земля). Галилей открыл также, что Млечный Путь является колоссальным звездным скоплением.
На рис. 4.2 показан Млечный Путь, каким он виден невооруженным глазом, а на рис. 4.3 — малая часть Млечного Пути, видимая в телескоп. Со времен Галилея телескопы значительно усовершенствовали, благодаря чему астрономы открыли множество огромных звездных систем, каждая из которых состоит из сотен миллиардов звезд! Такие звездные системы назвали галактиками. Одна из них показана на рис. 4.4. Млечный Путь тоже является галактикой.
Микромир
Мир частиц, из которых состоит вещество, называют микромиром.
Это слово происходит от греческого «микрос» — малый. В 17-м веке изобрели микроскоп — прибор для рассматривания очень малых предметов. И сразу выяснилось, что в «малом» ученых ждут не менее удивительные открытия, чем в «великом».
В начале 19-го века английский ботаник Роберт Броун увидел в микроскоп, что взвешенные в воде мелкие частицы цветочной пыльцы пребывают в «вечном танце». Как установили со временем ученые, это непрерывное движение частиц пыльцы обусловлено беспрестанными ударами молекул. Открытие Броуна позволило впервые заглянуть в мир частиц, размеры которых составляют миллионные доли миллиметра!
Как выяснилось со временем, молекулы состоят из еще более мелких частиц — атомов, а атомы, в свою очередь, u состоят из еще более мелких частиц! И это захватывающее путешествие в глубины вещества еще не закончено. На рис. 4.5 изображена модель молекулы воды, состоящей из трех атомов. А на рис. 4.6 вы видите модель строения атома: вокруг положительно заряженного атомного ядра движутся отрицательно заряженные легчайшие частицы — электроны. Атомное ядро тоже является составным: оно состоит из частиц, между которыми действуют огромные силы притяжения. О молекулах и атомах мы расскажем в Главе 2 «Строение вещества».
Взаимодействия в макромире
Силы упругости
Наблюдения показывают, что при непосредственном контакте твердые тела как бы «упираются» друг в друга: поэтому, например, мы не проваливаемся «сквозь землю». Когда тела давят друг на друга, между ними действуют силы упругости. Они обусловлены деформацией тел, то есть изменением их формы. И хотя часто на глаз мы не замечаем деформации тела, ее можно измерить приборами. Иногда же телу намеренно придают такую форму, чтобы его деформация была хорошо заметной, — именно такую форму, например, имеют пружины. Сила упругости — проявление сил электрического взаимодействия между частицами вещества. Об этих силах вы узнаете далее.
Силы трения
Делая шаг, вы отталкиваетесь от Земли с некоторой силой 
(рис. 4.7). Земля же при этом толкает вас вперед с силой 
. Обе эти силы являются силами трения. Сила трения разгоняет также автомобили и мотоциклы благодаря тому, что их колеса отталкиваются от дороги (рис. 4.8). Тормозят автомобили тоже благодаря силам трения: тормозные колодки прижимаются к ободам колес и останавливают их вращение.
Силы трения действуют между соприкасающимися телами, движущимися друг относительно друга, а также когда одно тело пытаются сдвинуть относительно другого. Эти силы всегда препятствуют движению одного тела относительно другого.
Силы трения играют огромную роль в макромире, хотя мы их часто не замечаем: так, благодаря им ткани не распадаются на нити, а нити — на волокна. Силы трения, как и силы упругости, — проявление сил электрического взаимодействия между частицами вещества.
Сила тяготения
Третья сила, которая заметно проявляет себя в макромире, — это сипа тяготения, о которой мы уже рассказывали.
Электрические и магнитные силы
Выясним на опыте, могут ли тела взаимодействовать, не касаясь друг друга, то есть на расстоянии.
Расчешите сухие волосы пластмассовой расческой, и она станет притягивать кусочки бумаги (рис. 4.9).
Поднесите магнит к скрепкам или шурупам. Вы увидите, что магнит притягивает эти предметы (рис. 4.10).
В первом опыте действовали электрические силы, а во втором — магнитные. Электрические силы действуют между электрически заряженными телами и частицами. Приобретать электрический заряд тела могут, например, благодаря трению: при этом некоторое количество электронов переходит с одного тела на другое. Тело, потерявшее электроны, приобретает положительный заряд, а тело, на которое перешли электроны, — отрицательный. Заряженное тело, как мы видели, притягивает и незаряженные тела, поскольку в них происходит перераспределение электрических зарядов.
Магнитные силы действуют, например, между постоянными магнитами. У любого магнита есть северный и южный полюсы, названные так потому, что северный полюс свободно подвешенного магнита указывает на север, а южный — на юг. Одноименные (северный-северный или южный-южный) полюсы магнита отталкиваются, а разноименные (северный и южный) — притягиваются. Как мы видели, магнитные силы обнаруживают себя и в притяжении постоянными магнитами железных и стальных предметов. Законы электрических сил установил на опыте французский ученый Шарль Огюстен Кулон в 18-м веке. А в 19-м веке датский ученый Ханс Кристиан Эрстед и французский ученый Андре Мари Ампер обнаружили, что вблизи проводника с током магнитная стрелка поворачивается, а катушка с током притягивает железные и стальные предметы подобно постоянному магниту. Опираясь на эти и свои собственные опыты, английский ученый Майкл Фарадей предположил, что электрическое и магнитное взаимодействия являются проявлениями единого электромагнитного взаимодействия, а его соотечественник Клерк Джеймс Максвелл создал теорию электромагнитных взаимодействий.
Взаимодействия в мегамире
Однажды — это было в 1666 году — падение яблока заставило задуматься юного англичанина Исаака Ньютона: — Может, сила тяготения, действующая со стороны Земли на яблоко, имеет ту же физическую природу, что и сила, которая «заставляет» Луну двигаться вокруг Земли? А может, ту же самую природу имеют и силы, которые «удерживают» планеты на их орбитах вокруг Солнца? Это предположение, будь оно правильным, давало захватывающую возможность понять строение Вселенной! Чтобы проверить его, Ньютон создал даже новые разделы математики — дифференциальное и интегральное исчисления.
Расчеты подтвердили предположение ученого. Так был открыт закон всемирного тяготения. А «яблоко Ньютона» навсегда стало символом гениальной догадки.
Силы всемирного тяготения — важнейшие силы в мегамире. Они «управляют» движением планет, звезд и даже галактик, а также «зажигают» звезды, сжимая огромные массы вещества. При этом температура внутри повышается до десятков миллионов градусов, когда «вступают в игру» ядерные силы, о которых мы расскажем далее.
В начале 20-го века Альберт Эйнштейн предположил, что силы тяготения — проявление искривления пространства вблизи массивных тел. Теория Эйнштейна получила название «общей теорией относительности». Ее следствия были подтверждены астрономическими наблюдениями. Исходя из этой теории, физик Джордж Гамов, родившийся в Украине, смог разгадать загадку происхождения Вселенной (см. § 7. Выдающиеся ученые — наши соотечественники)
Взаимодействия в микромире
Вещество не распадается на отдельные частицы благодаря электрическому взаимодействию: притяжение разноименных зарядов удерживает электроны вблизи атомных ядер, соединяет атомы в молекулы, а молекулы — в вещество.
Чтобы вы смогли представить «могущество» этих сил, приведем пример. Если бы из одной столовой ложки воды можно было «перенести» в другую столовую ложку воды только одну миллионную долю электронов, то эти две ложки воды, находясь на расстоянии одного метра, притягивались бы с силой, равной примерно весу груженого товарного состава длиной от Киева до Харькова! Вот какие колоссальные силы скрыты под гладью воды в одной столовой ложке.
Но даже эти силы очень малы по сравнению с ядерными силами, удерживающими вместе частицы, из которых состоит атомное ядро. Ядерные силы больше электрических примерно в сто раз! Именно действие ядерных сил поддерживает «горение» звезд, в частности и нашего Солнца. Как свидетельствуют наблюдения и расчеты, Солнце светит уже около пяти миллиардов лет. И будет светить еще по крайней мере столько же! В курсе физики старших классов вы узнаете, как ученые «заставили» работать ядерные силы и на Земле.
При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org
Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи
Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей
Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.
Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.
Филин С. Концепции современного естествознания: конспект лекций
ОГЛАВЛЕНИЕ
ЛЕКЦИЯ № 16. Микро-, макро-, мегамир
1. Микромир
Приставка «микро» означает отношение к очень малым размерам. Таким образом, можно сказать, что микромир – это что-то небольшое. В философии в качестве микромира изучается человек, а в физике, концепции современного естествознания в качестве микромира изучаются молекулы.
Микромир имеет свои особенности, которые можно выразить так:
1) единицы измерения расстояния (м, км и т. д.), используемые человеком, применять просто бессмысленно;
2) единицы измерения веса человека (г, кг, фунты и т. д.) применять также бессмысленно.
Так как была установлена бессмысленность применения единиц измерения расстояния и веса по отношению к объектам микромира, то, естественно, потребовалось изобрести новые единицы измерения. Так, расстояния между ближайшими звездами и планетами измеряются не в километрах, а в световых годах. Световой год – это такое расстояние, которое солнечный свет проходит за один земной год.
Изучение микромира вместе с изучением мегамира способствовало крушению теории Ньютона. Таким образом, была разрушена механистическая картина мира.
В 1927 г. Нильс Бор вносит еще один свой вклад в развитие науки: он сформулировал принцип дополнительности. Причиной, послужившей для формулировки данного принципа, стала двойственная природа света (так называемый корпускулярно-волновой дуализм света). Сам же Бор утверждал, что появление данного принципа было связано с изучением микромира из макромира. В качестве обоснования этого он приводил следующее:
1) предпринимались попытки объяснить явления микромира посредством понятий, которые были выработаны при изучении макромира;
2) в сознании человека возникали сложности, связанные с разделением бытия на субъект и объект;
3) при наблюдении и описании явлений микромира мы не можем абстрагироваться от явлений, относящихся к макромиру наблюдателя, и средств наблюдения.
Нильс Бор утверждал, что «принцип дополнительности» подходит как для исследования микромира, так и для исследования в других науках (в частности, в психологии).
В заключение данного вопроса стоит сказать, что микромир является основой нашего макромира. Также в науке можно выделить «микромикромир». Или, по-другому, наномир. Наномир, в отличие от микромира, является носителем света, точнее, всего спектра электромагнитных процессов, фундаментом, поддерживающим структуру элементарных частиц, фундаментальных взаимодействий и большинства явлений, известных современной науке.
Таким образом, предметы, окружающие нас, а также само тело человека не являются единым целым. Все это состоит из «частей», т. е. молекул. Молекулы, в свою очередь, также делятся на более мелкие составляющие части – атомы. Атомы тоже, в свою очередь, делятся на еще более мелкие составляющие части, которые именуются элементарными частицами.
Всю эту систему можно представить как дом или здание. Здание не является цельным куском, т. к. оно построено, допустим, с помощью кирпичной кладки, а кирпичная кладка состоит непосредственно из кирпича и раствора цемента. Если же начнет разрушаться кирпич, то, естественно, рухнет и все строение. Так и наша Вселенная – разрушение ее, если это произойдет вообще, также начнется с наномира и микромира.
2. Макромир
Естественно, есть объекты, которые по своим размерам гораздо больше объектов микромира (т. е. атомов и молекул). Эти объекты и составляют макромир. Макромир «населяют» только те объекты, которые по своим размерам соизмеримы с размерами человека. К объектам макромира можно отнести и самого человека. И, что естественно, человек является самой главной составляющей макромира.
Что же такое человек? Древний античный философ Платон как-то сказал, что человек – это двуногое животное без перьев. В ответ на это его оппоненты принесли ему ощипанного петуха и сказали: вот, Платон, твой человек! Изучение человека как объекта макромира с точки зрения его физических данных неправильно.
Прежде всего отметим, что человек – это целая совокупность различных систем: кровеносной, нервной, мышечной, костной системы и т. д. Но помимо этого, одной из составляющих человека является его энергия, которая тесно связана с физиологией. Причем энергия может рассматриваться в двух смыслах:
1) как движение и способность производить работу;
2) «подвижность» человека, его активность.
Также энергию называют аурой или ци. Энергию (или ауру) можно, как и физическое тело, развивать и укреплять.
Нервная система, мышечная система, другие системы, энергия – еще не все составляющие человека. Самой главной такой «составляющей» является сознание. Что такое сознание? Где оно находится? Можно ли его потрогать, подержать в руках, посмотреть на него?
До сих пор на эти вопросы ответов нет, да и, скорее всего, не будет. Сознание – это нематериальный объект. Сознание нельзя взять и отделить от человека – оно неотделимо.
Но вместе с этим можно попытаться выделить ингредиенты, которые составляют человеческое сознание:
Интеллект – это мыслительная и умственная способность человека. Психологи утверждают, что главной функцией интеллекта является память. Действительно, мы не можем себе представить, что же было бы с нами, если бы памяти у нас не было вообще. Просыпаясь каждое утро, человек бы начинал соображать: кто я? Что я здесь делаю? Кто меня окружает? и т. д.
К подсознанию относятся все наши «рабочие» навыки. Навыки складываются из многократно повторяемых и однообразных действий. Для того чтобы проиллюстрировать, что такое навыки, достаточно вспомнить, что мы умеем писать и читать. Видя какой-то текст, мы не думаем: а это что за буква, а это что за знак? Мы просто складываем буквы в слова, а слова в предложения.
Сверхсознание. К сверхсознанию относится прежде всего душа человека.
Душа – это также нематериальный объект (ее нельзя ни увидеть, ни подержать в руках). Совсем недавно было заявлено, что ученые узнали, сколько весит душа. Некоторые ученые утверждают, что в момент смерти человека его вес немного уменьшается, т. е. отлетает душа человека. Но данное утверждение необоснованно, так как какой разумный врач положит умирающего на весы и будет сидеть и ждать, когда же больной умрет? В клятве Гиппократа, которую дает каждый начинающий врач, говорится о том, чтобы не навредить человеку. Врач будет не сидеть, а спасать человеческую жизнь. И вообще узнать вес души нереально, так как нематериальные объекты не имеют никакого веса.
Человеческая душа – это религиозная ценность. Все мировые религии направлены на то, чтобы дать людям возможность спасти свою душу после смерти (т. е. жить вечно после физической смерти бренной оболочки души – тела человека). Борьбу за душу всегда ведут Добро и Зло. Например, в христианстве это Бог и Сатана.
3. Мегамир
Если микромир – это мир тех объектов, которые не подходят под единицы измерения человека, макромир – это мир объектов, которые сопоставимы с единицами измерения человека, то мегамир – это мир объектов, которые несоизмеримо больше человека.
Проще говоря, вся наша Вселенная – это мегамир. Ее размеры огромны, она безгранична и постоянно расширяется. Вселенную заполняют объекты, которые значительно больше нашей планеты Земля и нашего Солнца. Нередко бывает, что разница между какой-либо звездой за пределами Солнечной системы в десятки раз превосходит Землю.
Исследование мегамира тесно связано с космологией и космогонией.
Наука космология является очень молодой. Она родилась сравнительно недавно – в начале XX в. Можно выделить две главные причины рождения космологии. И, что интересно, обе причины связаны с развитием физики:
1) Альберт Эйнштейн создает свою релятивистскую физику;
2) М. Планк создает квантовую физику.
Квантовая физика изменила взгляды человечества на структуру пространства-времени и структуру физических взаимодействий.
Также очень важную роль сыграла теория А. А. Фридмана о расширяющейся Вселенной. Эта теория очень недолго оставалась недоказанной: только в 1929 г. ее доказал Э. Хаббл. Вернее, он не доказывал теорию, а обнаружил то, что Вселенная действительно расширяется. Причем следует отметить, что в то время причины расширения Вселенной установлены не были. Они были установлены гораздо позже, в наши дни. Они были установлены тогда, когда к ранней Вселенной применили результаты, полученные посредством изучения элементарных частиц в современной физике.
Космогония. Космогония – это раздел науки астрономии, который изучает происхождение галактик, звезд, планет, а также других объектов. На сегодня космогонию можно разделить на две части:
1) космогония Солнечной системы. Эту часть (или вид) космогонии по-другому называют планетной;
2) звездная космогония.
Во 2-й половине XX в. в космогонии Солнечной системы утвердилась точка зрения, согласно которой Солнце и вся Солнечная система образовались из газо-пылевого состояния. Впервые такое мнение было высказано Иммануилом Кантом. В середине XVIII в. Кант написал научную статью, которая называлась: «Космогония, или попытка объяснить происхождение мироздания, образование небесных тел и причины их движения общими законами развития материи в соответствии с теорией Ньютона». Молодой ученый захотел написать эту работу, потому что он узнал: Прусская академия наук предложила конкурс на аналогичную тему. Но Кант не смог собраться с духом и издать свой труд. Спустя какое-то время он пишет вторую статью, которая называлась: «Вопрос о том, стареет ли Земля с физической точки зрения». Первая статья была написана в сложное время: Иммануил Кант уехал из родного Кенигсберга, пытаясь подработать домашним учителем. Не получив ничего ценного (кроме своих познаний), Кант возвращается домой и в 1754 г. издает эту статью. Обе работы позже были объединены в единый трактат, который был посвящен проблемам космологии.
Теорию Канта о происхождении Солнечной системы в дальнейшем стал развивать Лаплас. Француз подробно описал гипотезу образования Солнца и планет из уже вращающейся газовой туманности, учел основные характерные черты Солнечной системы.
.
Естествознание. 10 класс
Конспект урока
Естествознание, 10 класс
Урок 10. Масштабы Вселенной
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: Что понимают под Вселенной? Что такое макромир, наномир, микромир и мегамир и каковы их масштабы? С помощью каких средств изучаются различные объекты Вселенной? Чем ограничены наши возможности при изучении объектов Вселенной? Как знания о различных объектах Вселенной могут быть наглядно представлены?
Вселенная – весь существующий материальный мир, бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития.
Структура (от лат. structura – строение, расположение, порядок) – совокупность устойчивых связей объекта, обеспечивающих сохранение его основных свойств при различных внешних и внутренних изменениях.
Масштаб – отношение двух линейных размеров. Отношение натуральной величины объекта к величине его изображения.
Мегамир (от греч. μέγας – большой) – структурная область Вселенной, объекты которой характеризуются огромными масштабами, измеряемыми десятками – миллиардами световых лет (звезды, черные дыры, звездные скопления, галактики, скопления галактик).
Макромир (от греч. μάκρος – большой) – структурная область Вселенной, объекты которой соизмеримы с масштабами жизни на Земле (доступны человеку для наблюдения с помощью органов чувств).
Световой год – расстояние, которое свет проходит за 1 год (9,46∙10 12 км).
Астрономическая единица (а.е.) – расстояние, равное среднему расстоянию Земли от Солнца (149,6 млн. км).
Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):
1. Естествознание. 10 класс: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 2017. – С. 44-49.
2. Энциклопедия для детей. Том 16. Физика. Ч. 1. Биография физики. Путешествие в глубь материи. Механическая картина мира / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2000. – С. 102-103, 126, 212-216, 234-235, 274-279.
3. Энциклопедия для детей. Том 16. Физика. Ч. 2. Электричество и магнетизм. Термодинамика и квантовая механика. Физика ядра и элементарных частиц / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2000. – С. 267-270.
4. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2000. – С. 209-211.
Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии)
Новая философская энциклопедия. Вселенная. URL:
Физический энциклопедический словарь. Космология. URL:
Химия и жизнь. – 2017. – №5. URL:
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Наука изучает самые разные объекты материального мира: от звезд, удаленных от нас на десятки световых лет, до атомов, размеры которых составляют сто миллионные доли сантиметра. Как же можно систематизировать знания о столь разных объектах природы?
Окружающий нас материальный мир очень разный, его объекты могут очень сильно отличаться по своим пространственно-временным характеристикам. Доступные нашим органам чувств объекты принято называть макромиром, например, Земля и ее окрестности, человек, животные, растения. Звезды и их скопления, галактики, имеющие гигантские размеры и удаленные на огромные от нас расстояния, образуют мегамир. Мельчайшие объекты, такие как атомы и элементарные частицы, составляю микромир.
Все это многообразие существующих вокруг нас материальных объектов принято называть Вселенной. Разнообразные структуры Вселенной различаются не только своими пространственно-временным характеристикам, но и образующими их структурными элементами и закономерностями своего существования и развития. Используя различные средства и методы исследования, наука сначала получает знания об отдельных структурах Вселенной, а затем эти знания систематизирует.
Рассмотрение Вселенной как сложно организованной системы позволяет выделить в ней отдельные структурные области: мегамир, макромир и микромир. Сразу отметим, что границы между этими мирами достаточно условны.
Наглядное представление о размерах объектов макро-, мега и микромира можно получить, если мысленно увеличивать или уменьшать некоторую сферу во много раз.
Если для примера взять сферу радиусом 10 см, объекты такого размера относятся к макромиру, и увеличить ее в миллиард раз, то получим сферу радиусом 100 000 км. 100 000 км это приблизительно четверть того расстояния, на которое Луна удалена от Земли. Спутник нашей планеты – Луна (средний радиус около 1,7 тысяч км), и остальные небесные тела Солнечной системы (несмотря большую удаленность от Земли) достаточно хорошо изучены.
В сферу этих размеров попадает большое число объектов макромира. Так средний радиус планеты Земля около 6,4 тысяч км, ее газовая оболочка – атмосфера, простирается на расстояние 100 км от ее поверхности. Водная оболочка Земли – мировой океан, занимает площадь 361,1 миллионов квадратных километров, что составляет более 70% земной поверхности.
Нашу планету населяет огромное число живых организмов, многообразие которых представлено миллионами видов. Размеры их варьируются в больших пределах. Так синий кит может достигать в длину более 30 метров и иметь массу полторы сотни тонн. Размеры бактериальных клеток оцениваются микрометрами (тысячные доли миллиметра). Для того чтобы их увидеть необходимо воспользоваться микроскопом. Все живые структуры состоят из веществ, а их существование подчиняется биологическим законам.
Таким образом, макромир – это структурная область Вселенной, объекты которой соизмеримы с жизнью на Земле. Материя на этом структурном уровне Вселенной представлена полем и веществом и организована в различные неживые и живые структуры, существование и развитие которых определяется особенностями их организации.
Обратимся теперь к обсуждению космических размеров. Земля находится от Солнца в среднем на расстоянии 149,6 млн. км. Это расстояние в астрономии принимается за 1 астрономическую единицу (а.е.). Самая дальняя планета Солнечной системы – Нептун находится от Солнца на расстоянии около 30 а.е. Размеры Солнечной системы и расстояния, на которых находятся ближайшие к нам звезды, будут составлять уже сотни тысяч астрономических единиц.
Для таких больших расстояний используют световые единицы. Эти единицы показывают, сколько времени потребуется свету, чтобы пройти определенное расстояние. 1 световой год равен приблизительно 9,46∙10 12 км. Для сравнения: свет от Солнца до Земли доходит за 8 минут. Размер Солнечной системы оценивается примерно в 2 световых года. Ближайшая к Земле звезда – Проксима Центавра, расположена на расстоянии более 4 световых лет.
Космическое пространство в радиусе 10 14 км или 10 световых лет от Солнца содержит около десятка звезд. Расстояния до них, а также их возраст, массы, размеры, состав, температуры поверхностей, светимость ученые уже определили достаточно точно. Размеры в десятки световых лет – это масштабы мегамира. Так, размер нашей галактики Млечный путь составляет около 100 тысяч световых лет (диаметр). Большое Магелланово Облако и Малое Магелланово Облако – галактики, которые находятся от нашей галактики на расстоянии 160 тысяч световых лет. Расстояние до еще одной из близких к нам галактик – галактики Андромеды составляет около 2,5 миллионов световых лет. Размеры галактик измеряются десяткам – сотнями тысяч световых лет, массы составляют от 10 7 до 10 12 масс Солнца (масса Солнца равна около 2∙10 30 кг).
Граница наблюдаемого мегамира находится от нас на расстоянии порядка 10 миллиардов световых лет. Согласно общепринятой гипотезе возраст нашей Вселенной составляет около 14 миллиардов лет, поэтому свет от объектов, удаленных более чем на 14 миллиардов световых лет, ещё до нас не дошёл, и наблюдать такие объекты невозможно.
Таким образом, структурные уровни мегамира – звезды и звездные скопления, галактики, скопления галактик. Это структуры огромных размеров, масс и энергий, их движение определяется гравитационным взаимодействием и описывается законами общей теории относительности.
Все современные методы исследования объектов различного масштаба основываются на использовании сложнейших приборов. Современные электронные микроскопы, использующие вместо света пучок электронов, позволяют получить изображения, где различимы отдельные атомы. Для изучения объектов мегамира используются, например, различные телескопы (оптические, радиотелескопы, космические телескопы) и межпланетные станции. В современных оптических телескопах размер зеркала может достигать 10 м. Главное зеркало космического телескопа Хаббла имеет диаметр 2,4 м. А рефлекторное зеркало радиотелескопа РАТАН-600 составляет 576 м.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:
1. Укажите верные утверждения:
Правильный ответ и пояснение
А. Вселенная – это все материальные объекты, окружающие нас.
Правильное утверждение. Вселенная – весь существующий материальный мир, бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития.
Б. Мегамир, макромир и микромир резко разграничены между собой.
Неправильное утверждение. Во Вселенной можно выделить некоторые структурные области, объекты которой различаются масштабами и закономерностями своего существования: мегамир, макромир, микромир. Границы между этими мирами достаточно условны.
В. Особые структуры микромира, лежащие в основе нанотехнологий, можно назвать наномиром.
Г. С помощью современных приборов мы можем непосредственно увидеть строение атомов и молекул.
Неправильное утверждение. Непосредственно увидеть строение атомов и молекул невозможно. О структуре атомов и молекул судят по косвенным данным, на основании которых и создаются модельные образы.
Д. Масштабы мегамира настолько огромны, что для их описания вводят специальную величину – световой год.
Правильное утверждение. Мегамир – структурная область Вселенной, объекты которой характеризуются огромными масштабами, измеряемыми десятками – миллиардами световых лет. Световой год равен расстоянию, которое свет проходит за 1 год и соответствует 9,46∙10 12 км
2. Установление соответствие между элементами двух множеств. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго. Правильный ответ:
Особенности структурной области Вселенной
Структурная область Вселенной
Преимущественным взаимодействием в этой структурной области Вселенной является гравитационное взаимодействие, описываемое законами общей теории относительности.
Основными фундаментальными взаимодействиями в данной структурной области Вселенной являются гравитационное и электромагнитное взаимодействия.
Ключевую роль в данной области Вселенной играют электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия.