Методическая разработка для лекций по теме «Структура и ее роль в организации материи» дисциплины «Концепции современного естествознания»

Кислинский В.Б.
Сызранский филиал
ФГБОУ ВПО
«Самарский государственный экономический университет»
2015 год
Методическая разработка для проведения лекционных занятий по дисциплине «Концепции современного естествознания».


Структура и её роль в организации материи. Структурные уровни.

Важнейшими атрибутами материи являются структурность и системность. Они выражают упорядоченность существования материи и те конкретные формы, в которых она проявляется.
1. Системная организация как атрибут материи.
В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм или галактика, может быть рассмотрен как сложное образование, включающее составные части, организованные в единую целостность. Для обозначения целостности объектов в науке выработано понятие системы.
Система представляет собой совокупность элементов и связей между ними.
Понятие «элемент» означает минимальный, далее неделимый компонент в рамках системы. Элемент является таковым лишь по отношению к данной системе, в других же отношениях он сам может представлять сложную систему.
Совокупность связей между элементами образует структуру системы. Устойчивые связи элементов определяют упорядоченность системы. Существует два типа связей между элементами системы: по «горизонтали» и по «вертикали».
«Горизонтальные связи» - это связи координации между похожими элементами. Они носят коррелирующий характер: ни одна часть системы не может измениться без того, чтобы не изменились другие части.
«Вертикальные связи» - это связи субординации, т.е. подчинения элементов. Они выражают сложное внутреннее устройство системы, где одни части по своей значимости могут уступать другим и подчиняться им. Вертикальная структура включает уровни организации системы, а также их иерархию.
Исходным пунктом всякого системного исследования является представление о целостности изучаемой системы.
Целостность системы означает, что все её составные части, соединяясь вместе, образуют новое целое, обладающее уникальными свойствами.
Свойства системы – не просто сумма свойств её элементов, а нечто новое, присущее только системе в целом. Например, молекула воды H2O. Сам по себе водород, два атома которого входят в данную систему, горит, а кислород (один его атом входит в систему), поддерживает горение. Система же в целом сформировала интегративное свойство: способность гасить огонь. Наличие свойств, присущих системе в целом, но не её отдельным частям, определяется взаимодействием элементов.
Все системы делятся на закрытые, в которых отсутствуют связи с внешней средой, и открытые, связанные с внешней окружающей средой.
Закрытой система может быть только теоретически, все реальные природные объекты существуют во внешней среде, обмениваясь с ней так или иначе веществом, энергией и информацией. Любой материальный объект от атома и клетки до галактики входит в систему более высокого уровня и может существовать только во взаимодействии с окружающей средой.
Метасистема (внешняя среда)
внешние информационные связи внешние энергетические связи
HYPER13 SHAPE \* MERGEFORMAT HYPER14HYPER15
внешние вещественные связи
Под структурой материи обычно понимают её строение в макромире, т.е. существование в виде молекул, атомов, элементарных частиц и т.д. Это связано с тем, что человек является макроскопическим существом и мыслит привычными макроскопическими категориями. Но если рассматривать материю в целом, то понятие структуры материи будет охватывать также микроскопические тела, все космические системы мегамира, причем в любых сколь угодно больших пространственно-временных масштабах. С этой точки зрения, понятие «структура» проявляется в том, что материя существует в виде бесконечного многообразия целостных систем, тесно взаимосвязанных между собой, а также в упорядоченности строения каждой системы. Такая структура бесконечна в количественном и качественном отношениях.
Проявлениями структурной бесконечности материи выступают:
- неисчерпаемость объектов и процессов мира;
- бесконечность пространства и времени;
- бесконечность изменений и развития процессов.
Из всего многообразия форм объективной реальности эмпирически доступной всегда остается лишь конечная область материального мира, которая ныне простирается в масштабах от 10-15 см до 1028 см, а во времени – до 2HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15109 лет.
2. Структурные уровни организации материи.
В окружающем нас материальном мире принято выделять три основные сферы объективной действительности:
неживая (неорганическая) природа;
живая (органическая) природа;
общество.
Предметом изучения естественных наук являются первые две сферы. Каждая из сфер объективной действительности подразделяется на структурные уровни. Структурные уровни материи образованы из определенного множества объектов какого-либо класса и характеризуются особым типом взаимодействия между составляющими их элементами. Критериями для выделения различных структурных уровней служат следующие признаки:
пространственно-временные масштабы;
совокупность важнейших свойств;
специфические законы взаимодействия и движения;
степень относительной сложности.
В соответствии с этими критериями в настоящее время принята следующая классификация структурных уровней:

Сферы объективной действительности


Неорганическая природа
Живая природа
Общество

1
Субмикроэлементарный
Доклеточный
Индивид

2
Микроэлементарный
Клеточный
Семья

3
Ядерный
Микроорганический
Коллективы

4
Атомарный
Органы и ткани
Большие социальные группы (классы, нации)

5
Молекулярный
Организм в целом
Государство

6
Макроуровень
Популяции
Системы государств

7
Мегауровень
Биоценозный
Человечество в целом

8
Метауровень
Биосферный
Ноосфера

Внутри этих уровней доминирующими являются координационные отношения, а между уровнями – субординационные (отношения подчинения). Системный подход к материальным образованиям предполагает возможность понимания рассматриваемой системы более высокого уровня. Для системы обычно характерна иерархичность строения, т.е. последовательное включение системы более низкого уровня в систему более высокого уровня.
Таким образом, в структуру материи в сфере неживой природы входят вакуум (поля с минимальной энергией), элементарные частицы, ядра атомов, атомы, молекулы, макротела, планеты, звезды и звездные системы, метагалактику. Часто метагалактику отождествляют со всей Вселенной, но все-таки будем понимать Вселенную в предельно широком смысле этого слова, она тождественна всему материальному миру и движущейся материи и может включать в себя множество метагалактик.
Живая природа также структурирована. Она включает в себя:
- доклеточный уровень (белки и нуклеиновые кислоты);
- клеточный уровень (клетку как «кирпичик» живого);
- микроорганический (одноклеточные организмы);
- уровень органов и тканей всего организма;
- организм в целом;
- популяционный уровень;
- уровень биоценозов;
- биосферный уровень.
Ключевыми понятиями здесь являются следующие:
популяция – совокупность особей одного вида, занимающих определенную территорию, свободно скрещивающихся между собой и частично либо полностью изолированных от других групп особей своего вида;
биоценоз – совокупность популяций, при которых продукты жизнедеятельности одних являются условиями существования других организмов, населяющих участок суши или воды;
биосфера – живое вещество планеты, т.е. совокупность всех живых организмов, включая человека.
Поскольку в природе все взаимосвязано, в ней существуют такие системы, элементами которых являются как живая, так и неживая природа. Это:
биогеоценоз – сложная природная система, объединяющая на основе обмена веществ и энергии совокупность живых организмов с неживыми компонентами – условиями обитания.
Наряду с этим термином широко используют и такое обозначение, как экосистема.
В соответствии с этим биосфера, понимаемая как совокупность биогеоценозов, включает в себя также среду обитания живых организмов – нижнюю часть атмосферы, верхнюю часть литосферы и гидросферу.
Общая основа жизни – органический метаболизм (обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой) – проявляется на любом из выделенных уровней:
- на уровне организмов обмен веществ означает ассимиляцию и диссимиляцию при посредстве внутриклеточных превращений;
- на уровне биоценозов он состоит из цепи превращений вещества, первоначально ассимилированного организмами – производителями при посредстве организмов – потребителей и организмов – разрушителей, относящихся к разным видам;
- на уровне биосферы происходит глобальный круговорот вещества и энергии при непосредственном участии факторов космического масштаба.
На определенном этапе развития биосферы возникли особые популяции живых существ, которые, благодаря своей способности к труду, образовали своеобразную сферу объективной деятельности – общество. Социальная действительность в соответствии с принятыми критериями делится на уровни: индивид, семья, коллективы, большие социальные группы, государство или гражданское общество, системы государств, человечество в целом. Важнейшее понятие ноосферы будет подробно рассмотрено в главе 14.
Отметим, что переход от одного уровня к другому связан с усложнением и увеличением количества факторов, обеспечивающих целостность систем. Закономерности новых уровней не сводятся к закономерностям предыдущих уровней, а включают их в себя в основном, добавляя при этом новые качества.
Осознавая системность и структурность материи в качестве важнейших её атрибутов, человек при изучении окружающего мира соизмеряет все эти многочисленные системы и уровни в первую очередь с собой. Исходя из этого, в естествознании также выделяют три основных группы уровней материи:
микромир – мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых объектов, размеры которых от 10-16 см до 10-8 см, а время жизни – от 10-24 сек до бесконечности;
макромир – мир объектов, соизмеримых с человеком и его опытом, размеры которых выражаются от 10-8 см до 107 см;
мегамир – мир космических объектов размерами до 1028 см.
Следует отметить, что деление материи на структурные уровни носит все-таки относительный характер, не является чем-то абсолютно фиксированным. Наука открывает все новые и новые структурные образования. Например, если раньше взгляд на Вселенную замыкался нашей Галактикой, затем расширился до системы галактик, а теперь изучается Метагалактика как особая система со своими специфическими законами.

3. Краткая характеристика микромира.
Субмикроэлементарный уровень (вакуум). По современным представлениям, вакуум – это отнюдь не пустота. Вакуум представляет собой физический объект, в котором непрерывно происходят процессы рождения и уничтожения виртуальных частиц. Вакуум является динамической системой, обладающей некоторой энергией, которая все время перераспределяется между этими виртуальными (воображаемыми) частицами. Однако воспользоваться энергией вакуума нельзя, т.к. это есть наинизшее энергетическое состояние. При наличии внешнего источника энергии можно реализовать возбужденные состояния поля – тогда будут наблюдаться обычные (не виртуальные) частицы. Вакуум способен порождать не только отдельные частицы, но и целые миры. Самопроизвольные флуктуации вакуума рождают вселенные с определенными наборами фундаментальных констант. В одной из таких вселенных, видимо, случайно, получился набор, годный для появления разумных существ. Здесь мы и живём. О других вселенных мы пока ничего не знаем и можем лишь догадываться об их существовании.
Микроэлементарный уровень (элементарные частицы). По современным представлениям, все элементарные частицы являются наименьшими «кирпичиками», из которых создан окружающий мир. Однако это не означает, что их свойства просты. Для описания поведения элементарных частиц применяют наиболее сложные физические теории, представляющие синтез квантовой теории и теории относительности.
Все известные элементарные частицы подразделяются на две группы:
адроны

элементарные частицы лептоны
Предполагается, что адроны имеют составное строение: состоят из истинно элементарных частиц - кварков. Допускается существование шести типов кварков.
Стабильными, то есть живущими в свободном состоянии неограниченно долго, частицами являются протон, электрон, фотон и, по-видимому, нейтрино всех типов. Время жизни протона составляет 1031 лет. Самыми короткоживущими частицами являются резонансы – их время жизни 10-23 сек. В природе короткоживущие частицы могут играть важную роль при самых экстремальных условиях существования вещества и поля, например, на начальных этапах эволюции Вселенной, при образовании «черных дыр» и т.п.
Объединение релятивистских и квантовых представлений, произошедшее в 30-х гг. XX века, привело к одному из наиболее выдающихся открытий в физике – открытию мира античастиц. Частица и соответствующая ей античастица имеют одинаковое время жизни, одинаковые массы, их электрические заряды равны, но противоположны по знаку. Самым характерным свойством пары частица – античастица является способность аннигилировать (самоуничтожаться) при встрече. Античастицы могут собираться в антивещество. Пока во Вселенной не обнаружены области со сколько-нибудь заметным содержанием антивещества. Частицы и их античастицы одинаково взаимодействуют с полем тяготения, что указывает, вероятно, на отсутствие антигравитации.
Ядерный уровень. Атомные ядра – это связанные системы протонов и нейтронов (рис. 4.1). HYPER13 SHAPE \* MERGEFORMAT HYPER14HYPER15Рис. 4.1. Ядро атома
Массы ядер всегда несколько меньше суммы масс свободных протонов и нейтронов, составляющих ядро. Это релятивистский эффект, определяющий энергию связи ядра. Известны ядра с зарядом, равным от одного заряда протона до 109 зарядов протона и с числом нуклонов (т.е. протонов и нейтронов) от 1 до 260. Особенно устойчивыми ядрами, т.е. обладающими наибольшей энергией связи, являются ядра с числами нуклонов 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Плотность числа частиц в больших ядрах порядка 1044 нуклонов/м3, а плотность массы 1017 кг/м3. Радиусы ядер меняются от 2*10-15 м (ядро гелия) до 7*10-15 м (ядро урана). Ядра обычно имеют форму вытянутого или сплюснутого эллипсоида.
Ядро как квантовая система может находиться в различных дискретных возбужденных состояниях. В основном эти состояния могут быть стабильными (устойчивыми) и нестабильными (радиоактивными). Время, за которое распадается половина нестабильных ядер, называют периодом полураспада. Периоды полураспада известных нам элементов меняются в пределах примерно от 1018 лет до 10-10 сек.
Атомный уровень. Атомы состоят из ядра и электронных орбит. Ядра имеют положительный электрический заряд и окружены отрицательно заряженными электронами. В целом атом электронейтрален. Атом есть наименьшая структурная единица химических элементов. В отличие от «плотной упаковки» ядер, атомные электроны образуют весьма рыхлые оболочки. Существуют жесткие правила «заселенности» электронами орбит вокруг ядра. Электроны, находящиеся на самых верхних этажах «атомного дома», определяют реакционную способность атомов, т.е. их способность вступать в соединение с другими атомами. Атом химически стабилен, если его внешняя оболочка заполнена определённым числом электронов (2, 8 и др.). Атомы с незаполненными внешними оболочками вступают в химические реакции, образуя связи с другими атомами.
Молекулярный уровень. При определенных условиях атомы способны соединяться в единые комплексы, называемые молекулами. Молекула есть наименьшая структурная единица химического соединения. Она состоит из атомов одного или нескольких химических элементов, объединенных с помощью обменного взаимодействия. Число возможных комбинаций атомов, определяющих число химических соединений, составляет миллионы. При затрате определенной энергии устойчивая молекула может быть разложена на атомы. Некоторые атомы (например, углерода и водорода) способны образовывать сложные молекулярные цепи, являющиеся основой для образования ещё более сложных структур (макромолекул), которые уже способны проявлять биологические свойства, т.е. свойства живого.
Доклеточный и клеточный уровни. За 3 млрд. лет существования на нашей планете живое вещество развилось в несколько миллионов видов, но все они – от бактерий до высших животных – состоят из клеток. Клетка – это организованная часть живой материи: она усваивает пищу, способна существовать и расти, может разделиться на две, каждая из которых содержит генетический материал, идентичный исходной клетке. Клетки служат элементарными структурами на онтогенетическом уровне организации жизни. Клетка состоит из ядра и цитоплазмы. От окружающей среды клетка отделена плазматической мембраной, которая регулирует обмен между внутренней и внешней средой и служит границей клетки. В каждой клетке содержится генетический материал в форме ДНК, регулирующей жизнедеятельность и самовоспроизведение. Размеры клеток измеряются примерно от 2 мкм до 50 мкм. Клетки существуют как самостоятельные организмы (простейшие бактерии) или входят в состав многоклеточных организмов. Клетки различаются по своим размерам, форме и выполняемым функциям.

4. Краткая характеристика макромира.
Макроуровень. При определенных условиях однотипные атомы и молекулы могут собираться в огромные совокупности – макроскопические тела (вещество). Эти макротела состоят из атомов, молекул, ионов, имеющих массу и находящихся в постоянном движении и взаимодействии. Существует огромное множество веществ, различных по составу и свойствам. К настоящему времени зарегистрировано более 10 млн. различных веществ, среди которых большую долю составляют вещества, полученные искусственно. Вещества делятся на простые, сложные, чистые, неорганические и органические. Свойства веществ можно объяснить и предсказать на основе их состава и строения.
Простое вещество состоит из атомов одного химического элемента. Например, О2 – кислород, О3 – озон, Ne – неон.
Сложное вещество состоит из атомов различных химических элементов. Например, H2SO4 – серная кислота, CH4 – метан.
Чистое вещество – вещество, состоящее из одинаковых частиц (молекул, атомов, ионов), обладающее определенными специфическими свойствами. Для очистки веществ от примесей используют различные методы: фильтрование, дистилляцию, перекристаллизацию.
Вещества неорганические – это химические соединения, образуемые всеми химическими элементами (кроме соединений углерода, относящихся к органическим веществам). Неорганические вещества образуются на Земле и в космосе под воздействием природных физико-химических факторов. Известно около 300 тысяч неорганических соединений. Они образуют практически всю литосферу, гидросферу и атмосферу Земли. В их состав входят атомы химических элементов в различных сочетаниях и количественных соотношениях. Все неорганические вещества делятся на группы со сходными свойствами (классы неорганических соединений).
Органические вещества – это соединения углерода с некоторыми другими элементами: водородом, кислородом, азотом, серой. Из соединений углерода к органическим не относятся оксиды углерода, угольная кислота и ее соли, являющиеся неорганическими соединениями. Название «органические» вещества получили в связи с тем, что первые представители этой группы веществ были выделены из тканей организмов. Долгое время считалось, что подобные соединения нельзя синтезировать в пробирке, вне живого организма. Однако в первой половине XIX века ученым удалось получить искусственно вещества, которые ранее извлекали только из тканей животных и растений: мочевину, жир, сахаристое вещество. Это послужило началом новых наук – органической химии и биохимии. Органические вещества обладают рядом свойств, отличающих их от неорганических: они неустойчивы к действию высоких температур, реакции с их участием протекают медленно и требуют особых условий. К органическим соединениям относятся нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, липиды, гормоны, витамины и многие другие вещества, играющие главную роль в построении и жизнедеятельности растительных и животных организмов. Пища, топливо, лекарства, одежда – все это состоит из органических веществ. В настоящее время известно около 10 млн. органических соединений, имеющих природное происхождение, а кроме того, буквально ежедневно в мире осуществляется искусственный синтез органических веществ, для многих из которых еще не найдены области практического применения.
Индивид. Жизнь всегда представлена в виде дискретных индивидуумов. Это в равной степени присуще микроорганизмам, растениям, грибам и животным, хотя в указанных царствах индивиды имеют различное морфологическое содержание. Так, одноклеточные состоят из ядра, цитоплазмы, множества органелл и мембран, макромолекул и т.д. Сложность индивида у многоклеточных во много раз выше, поскольку он образован из миллионов и миллиардов клеток. Но и одноклеточная особь, и многоклеточная особь обладают системной организацией и регуляцией и выступают как единое целое. Индивид (особь) – элементарная неделимая единица жизни на Земле. Индивиды в природе не абсолютно изолированы друг от друга, а объединены более высоким рангом биологической организации на популяционно-видовом уровне.
Популяция. Совокупность особей одного вида, длительно населяющих определенное пространство, размножающихся путем свободного скрещивания и в той или иной степени изолированных друг от друга, называют популяцией. В генетическом смысле популяция – это пространственно-временная группа скрещивающихся между собой особей одного вида. Популяция является элементарной биологической структурой, способной к эволюционным изменениям. Популяции оказываются элементарными единицами, а виды – качественными этапами процесса эволюции. Совокупность генотипов всех особей популяции образует генофонд. Популяции и виды, несмотря на то, что состоят из множества особей, целостны. Их целостность связана с взаимодействием особей в популяции и поддерживается обменом генетического материала в процессе полового размножения. Популяции и виды всегда существуют в определенной среде, включающей как биотические, так и абиотические компоненты. Конкретная среда протекания процесса эволюции, идущего в отдельных популяциях, - сообщество, или биоценоз.
Биоценоз. Популяции разных видов всегда образуют сложные сообщества – биоценозы. Биоценоз – совокупность растений, животных, грибов и прокариот, населяющих участок суши или водоема и находящихся в определенных отношениях между собой. Вместе с конкретными участками земной поверхности, занимаемыми биоценозами, и атмосферой сообщество составляет экосистему. Экосистема – это взаимообусловленный комплекс живых и косных компонент, связанных между собой обменом веществом и энергией. Биогеоценоз – это такая экосистема, внутри которой не проходят биогенетические, микроклиматические, почвенные и гидрологические границы. Биогеоценоз – одна из наиболее сложных природных систем. Они являются средой для эволюции входящих в них популяций. Популяции разных видов в биогеоценозах воздействуют друг на друга по принципу прямой и обратной связи. В целом жизнь биогеоценоза регулируется в основном силами, действующими внутри самой системы, т.е. можно говорить о саморегуляции биогеоценоза. Автономность и саморегуляция биогеоценоза определяют его ключевое положение в биосфере нашей планеты.
Биосфера. Взаимосвязь разных сообществ, обмен между ними веществом и энергией позволяют рассматривать все живые организмы Земли и среду их обитания как одну очень протяженную и разнообразную экосистему – биосферу. Биосфера включает в себя те части земных оболочек (лито-, гидро- и атмосферы), которые на протяжении геологической истории подвергались влиянию живых организмов и несут на себе следы их жизнедеятельности. Биогеоценозы, образующие в совокупности биосферу нашей планеты, взаимосвязаны круговоротом веществ и энергии. В этом круговороте жизнь на Земле выступает как ведущий компонент биосферы. Можно рассматривать биогеоценоз как незамкнутую систему, имеющую энергетические «входы» и «выходы», связывающие соседние биогеоценозы. Обмен веществ между ними может осуществляться в газообразном, жидком и твердом видах, а также в форме живого вещества (миграция животных!). Кроме живого вещества, в составе биосферы есть косное (неживое) вещество, а также сложные по своей природе биокосные тела. К ним относятся почвы, илы, природные воды.

5. Краткая характеристика мегамира.
Планеты. Эти объекты являются начальной ступенью в иерархии мегамира («планета» в переводе с греческого означает «блуждающая»). Планеты – это небесные тела, обращающиеся обычно вокруг звезд, отражающие их свет и не имеющие собственного видимого излучения. По размерам и массам они значительно меньше звезд. Земля меньше Солнца по размеру в 109 раз, а по массе – в 333 000 раз. Многие планеты имеют спутники, обращающиеся вокруг них. Одной из планет является Земля, ее спутником – Луна. Земля входит в состав планет Солнечной системы. В Солнечной системе 9 больших планет: Меркурий, Венера, Земля с Луной, Марс с Фобосом и Деймосом, Юпитер с 16 спутниками, Сатурн с 17 спутниками, Уран с 16 спутниками, Нептун с 10 спутниками, Плутон с Хароном. Между орбитами Марса и Юпитера находятся более 5000 малых планет. Солнечной системе принадлежат также кометы и метеорные тела. В настоящее время неизвестно, имеются ли в Солнечной системе планеты, еще более удаленные от Солнца, чем Плутон. Можно только утверждать, что если такие планеты и есть, то они сравнительно невелики. Условно размеры Солнечной системы можно принять равными 50-100 астрономическим единицам или около 10 млрд. км. (1 астрономическая единица равна среднему расстоянию от Земли до Солнца – 149600 тыс. км.).
Астрофизики полагают, что 10% всех звезд имеют планетные системы. У 10 ближайших к нам звезд они достоверно обнаружены. Например, одна из близких к Земле звезд – «летящая» Барнарда – имеет три планеты с массами, примерно равными массе Юпитера.
Звезды. Наиболее распространенными объектами окружающего нас материального мира являются звезды. Изученная нами часть окружающего пространства заполнена огромным количеством звезд – самых больших небесных тел, подобных нашему Солнцу, вещество которых находится в состоянии плазмы. Они имеют собственные видимые излучения и характеризуются различными размерами, массами, светимостями и временами жизни. По размерам есть звезды больше Солнца в 1000 раз и составляющие 0,003 от размера Солнца. По массе есть звезды массивнее Солнца в 80 раз, а есть составляющие до 0,05 от массы Солнца. На поверхности Солнца температура составляет 6000 К. Некоторые звезды имеют на поверхности температуру 50 000 К, а другие – всего 3000 К. Возраст звезд составляет от 100 млн. лет до 10 млрд. лет. Центральные области звезд и Солнца характеризуются температурой более 107 К и давлением 1011 атм. При этом становятся возможными термоядерные реакции, результатом которых является слияние ядер водорода и превращение их в ядра гелия. Эта ядерная реакция служит источником энергии звезд.
Звезды удалены друг от друга на огромные расстояния, и тем самым практически изолированы. Для оценки межзвездных и межгалактических расстояний за единицу измерения принимают «световой год». Это такое расстояние, которое свет, двигаясь со скоростью 300 тысяч км/сек, пройдет за год. Световой год равен 9,46*1012 км. Также используется особая единица, получившая название «парсек». Один парсек равен 3,26 световых года. Ближайшая к нам звезда – Проксима Центавра – удалена от нас на расстояние около 1,3 пк.
Галактики. Звезды рассеяны в пространстве неравномерно, они образуют связанные силами тяготения системы, называемые галактиками. Число звезд в галактиках порядка 1011HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER151012. Галактики в большинстве своем имеют эллипсоидальную, спиральную или неправильные формы. Их размеры таковы, что свет проходит через галактику за 104HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15105 световых лет. Расстояния между галактиками еще больше – они в десятки раз превосходят размеры самих галактик. С Земли галактики видны как слабые туманные пятна, и поэтому раньше их называли внегалактическими туманностями. Внутри галактик звезды распределены также неравномерно, концентрируясь к центру и образуя различные скопления. Пространство между звездами в галактиках и пространство между галактиками заполнено материей в виде газа, пыли, элементарных частиц, электромагнитного излучения и гравитационных полей. Солнце, большинство звезд и звездных скоплений, наблюдаемых на небе, образуют систему, которую мы называем нашей Галактикой. Огромное количество входящих в нее слабых звезд представляется невооруженному глазу полосой, проходящей через все небо и называемой Млечным путем. Систематические исследования распределения галактик в пространстве стали проводить лишь в первой половине XX века. Эти исследования показали, что галактики распределены примерно равномерно. Выяснилось, что при этом галактики, подобно звездам, образуют группы и скопления. Так, наша Галактика, туманность Андромеды, галактика Треугольника, Большое и Малое Магеллановы Облака и еще несколько звездных систем меньших размеров образуют Местную группу из 35 галактик, размеры которых достигают сотни тысяч парсек. Галактики Местной группы связаны общим тяготением и движутся вокруг общего центра масс. В среднем диаметры скоплений галактик близки к 8 Мпк. Наблюдение картины распределения галактик по небу показывает, что оно имеет сетчатую структуру. Галактики имеют тенденцию располагаться по границам гигантских ячеек, внутри которых они практически отсутствуют.
Метагалактика и Вселенная. По-видимому, ячеистая структура распределения галактик является наиболее крупной структурой Метагалактики – видимой части Вселенной. Самые далекие объекты Метагалактики, которые наблюдаются в настоящее время – это квазары. От наиболее удаленных квазаров свет доходит до нас более чем за 10 млрд. лет.
Под Вселенной понимают весь окружающий нас известный нам и неизвестный мир, т.е. все сущее. Известная часть Вселенной, называемая Метагалактикой, - это объём, заполненный звездами, галактиками и имеющий диаметр HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER151028 см. Возможно, что Метагалактика имеет форму диска и вращается вокруг своей оси за период 1011HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER151012 лет. Однако все эти цифры весьма условны, так как имеется слишком мало данных наблюдений. Ясно также, что Метагалактикой не исчерпывается вся Вселенная и за ее пределами существует бесчисленное множество других систем различной структурной организации.
По некоторым данным, наша Галактика находится от центра Метагалактики на расстоянии в несколько десятков миллионов световых лет и движется вокруг центра со скоростью около 1000 км/сек. Границу Метагалактики называют горизонтом познания Вселенной.
Во Вселенной все находится в движении. Движутся планеты и их спутники, кометы и метеорные тела, движутся Солнце и звезды в галактиках, движутся галактики друг относительно друга. Как нет пространства без материи, так нет и материи без движения.


Контрольные вопросы:
1. Что означает понятие «система»?
2. Чем отличаются горизонтальные связи от вертикальных?
3. Опишите примерное строения некоторой открытой системы.
4. Перечислите проявления структурной бесконечности материи.
5. Что выступает в качестве критерия для выделения структурных уровней?
6. Дайте определение популяции.
7. Каковы примерные пространственные размеры объектов макромира?
8. Что собой представляет вакуум в соответствии с современными научными концепциями?
9. Какие величины используют для характеристик расстояний в мегамире?
10. Какой структуре подчиняется распределение галактик на небе?
11. Что служит источником энергии звезд?
12. Перечислите большие планеты Солнечной системы.


Примерные темы рефератов:
1. Иерархия структур природы.
2. Физический вакуум: мир на границе реального.
3. Идеи элементарности и структурности от Демокрита до наших дней.
4. Вселенная в атоме. Атомы Вселенной.
5. Организация материи в неживой природе.
6. Человек, земля, Вселенная.


Тестовые задания:
1. Как распределены галактики во Вселенной7
1. Равномерно.
2. Беспорядочно и хаотически.
3. Образуют ячеистую, сетчатую структуру.
4. Концентрация увеличивается к ядру.

2. Что не входит в состав микромира?
1. Вакуум.
2. Атом.
3. Автомобиль.
4. Молекула.

3. Наименьшей структурной единицей чего является атом?
1. Химического соединения.
2. Химического элемента.
3. Вещества.
4. Ядра.

4. Укажите единицу, используемую для измерения расстояний между звездами в пределах Галактики.
1. Километр.
2. Парсек.
3. Миллиметр.
4. Нанометр.

5. Что не является структурной единицей мегамира?
1. Звезда.
2. Планета.
3. Галактика.
4. Биосфера.















HYPER13PAGE HYPER15


HYPER13PAGE HYPER141HYPER15



С И С Т Е М А


внутренние внутренние
связи 1-3 связи 1-2

внутренние
связи 2-3

n

P




Приложенные файлы

  • doc file12
    Размер файла: 126 kB Загрузок: 0