Владимир Соломатин - Система гуманитарного и социально-экономического знания
Макромир. Поведение и свойства физических тел, состоящих из микрочастиц и составляющих макромир, описываются классической физикой. В классической механике Ньютона в качестве вещественных образований выступают материальная частица – корпускула и физическое тело (как единая система корпускул), другими словами, идеальными и предельно абстрактными физическими образами реально существующих частиц и тел в классической механике служат материальная точка и абсолютно твердое тело. Взаимодействие тел в макромире осуществляется под действием силы тяготения и электромагнитных сил.
Масса представляет собой одну из важнейших физических характеристик материальных объектов. Общепринятое в классической физике определение массы было сформулировано Ньютоном: количество материи (масса) есть мера таковой, устанавливаемая пропорционально плотности и объему ее. Однако фактически работающим в концепции Ньютона оказывается понятие массы как меры инерции тел. Бесспорно, массу можно определить как меру инерции материальных объектов, но это не означает, что данное определение дает исчерпывающую характеристику. Масса пропорциональна энергии и потому может быть охарактеризована как мера энергии. Наконец, масса выступает и как мера гравитационных свойств материальных объектов. Постоянство и независимость ускорения свободного падения тел от их массы возможны только при равенстве инертной и гравитационной масс.
Среди фундаментальных понятий классической физики и понятие «сила». Сила – физическая мера взаимодействия тел и причина изменения их механического движения, т. е. их перемещения друг относительно друга.
К числу основных понятий макромира принадлежит и «энергия» – общая мера различных форм движения. Качественно различные физические формы движения материи способны превращаться друг в друга. Данный процесс превращения сопровождается определенными количественными эквивалентами, что и позволяет выделить общую меру движения – энергию. Перечислим известные виды энергии: механическая, тепловая, электромагнитная, ядерная, гравитационная и т. д.
Как отмечалось, помимо сил тяготения в макромире проявляются и электромагнитные силы, источником которых является электрический заряд (закон Кулона, формула Лоренца, уравнения электромагнитной теории Максвелла).
Говоря об исследовании свойств макромира, нельзя не выделить и учение о строении и свойствах вещества, которое называется молекулярно-кинетической теорией. В ее основе лежат следующие принципы:
• вещество состоит из атомов и молекул;
• атомы и молекулы находятся в хаотическом движении;
• между ними действуют силы взаимного притяжения и отталкивания;
• вещество может находиться в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом.
К числу важнейших законов природы, проявляющих себя в макромире, относятся законы сохранения импульса, сохранения и превращения энергии, а также закона механического движения (три закона Ньютона), закон всемирного тяготения, сформулированный им же, и другие. Открытие закона сохранения энергии способствовало развитию двух методов исследования тепловых явлений и свойств макросистем: термодинамического (положившего основу термодинамики) и статистического (заложившего молекулярную физику). Изучение электромагнитного поля породило новую науку – электродинамику. Такова в общих чертах физика макромира.
Мегамир. Провести строгую границу между макромиром и мегамиром достаточно сложно. Предполагают, что мегамир начинается с расстояний ≈ 107 м и с масс 1020 кг. Для измерения таких огромных величин введены специальные единицы:
• световой год (расстояние, которое проходит свет в течение одного года): 1 световой год равен 9,46 .1015 м;
• астрономическая единица (среднее расстояние от Земли до Солнца): 1 а.е. равна 1,5 .1011 м;
• парсек: 3,26 св. г. равен 3,08. 1016 м.
Мегамир изучается, прежде всего, астрономией. Именно эта наука исследует движение и природу небесных тел, их происхождение и дальнейшее развитие. Мегамир образует систему небесных тел, которая, в свою очередь, имеет системную организацию в форме планет и планетных систем; звезд и звездных систем – галактик; системы галактик – Метагалактики. Материя во Вселенной представлена сконденсировавшимися космическими телами и диффузной материей, которая существует как в виде разобщенных атомов и молекул, так и в форме газово-пылевых туманностей (гигантских облаков пыли и газа). Материя может существовать также и в виде излучения.
В нашей Галактике 97 % вещества сосредоточено в звездах – гигантских плазменных образованиях различной величины и температуры. Среди основных характеристик звезд: температура, которая определяет цвет звезды (красноватый, желтоватый, белый и голубоватый), светимость, радиус, магнетизм, химический состав (как правило, звезды представляют собой водородные и гелиевые плазмы).
Современная астрономия располагает большим числом аргументов, что звезды образуются путем конденсации облаков газопылевой межзвездной среды. Процесс образования звезд продолжается и в настоящее время. Источником звездной энергии являются термоядерные реакции синтеза, происходящие в недрах звезд при очень высокой температуре.
Картина эволюции звезды выглядит следующим образом. Эволюция начинается с конденсации облака межзвездной газопылевой среды. Под влиянием сил всемирного тяготения из него образуется сравнительно плотный газовый шар. Поскольку давление газа внутри шара не в состоянии пока уравновесить силы притяжения отдельных его частей, он будет непрерывно сжиматься (глобулы). При сжатии протозвезды температура ее повышается и значительная часть энергии излучается в окружающее пространство. В этот период температура звездных недр уже оказывается достаточной для того, чтобы там начались термоядерные реакции. Газовый шар перестает сжиматься. При термоядерных реакциях происходит «выгорание» водорода и превращение его в гелий (что имеет место только в центральных областях звезды, в то время как наружные слои сохраняют содержание водорода относительно неизменным). После выгорания водорода ядро звезды начинает сжиматься, в то же время происходят ядерные реакции на периферии. После того как температура плотного гелиевого ядра звезды достигнет 100–150 млн К, начнется новая ядерная реакция, которая приведет к образованию углерода и прекращению сжатия ядра.
Далее следует процесс медленного остывания звезды и превращения ее в белого карлика. Постепенно остывая, звезды все меньше и меньше излучают, переходя в невидимые черные карлики (холодные звезды с очень большой плотностью).
Однако не все звезды проходят такой плавный путь эволюции: некоторые из них на заключительном этапе эволюции взрываются. В таких случаях говорят о вспышке «сверхновой» звезды.
Звезды образуют определенные системы – звездные скопления, которые являются частями более общей системы – галактики, включающей в себя помимо звезд и диффузную материю. По форме галактики бывают эллиптические, спиральные и неправильные (с вихревыми движениями газов). В настоящее время насчитывают около 10 миллиардов галактик. Галактика, включающая в себя Солнечную систему, является спиральной системой, состоящей приблизительно из 120 миллиардов звезд. Она имеет форму утолщенного диска, наибольший диаметр которого 100 тысяч световых лет. Ближайшей к нам галактической системой является туманность Андромеды (расстояние до нее – 2 миллиона 700 тысяч световых лет). Системы галактик образуют Метагалактику, включающую в себя все известные космические объекты.
При объяснении явлений мегамира велика роль гравитационного взаимодействия. Всякое тело притягивает другие тела, но сила гравитации быстро уменьшается с увеличением расстояния между ними.
Помимо звезд в мегамире существуют и планеты. Все различия между звездами и планетами являются следствием различия их масс.
Солнечную систему образует Солнце и движущиеся вокруг него девять планет. Солнце – единственная звезда, все остальные планеты – это остывшие тела, светящиеся отраженным от Солнца светом. По орбите Земля движется со скоростью 30 км/с. Ее орбита незначительно отличается от круговой.
Солнце вращается вокруг своей оси, делая один оборот за 25 суток. Однако для земного наблюдателя вращение Солнца кажется происходящим с периодом 27 суток, поскольку Земля вращается в том же направлении. Температура в поверхностных слоях Солнца составляет ≈ 6000К. Больше всего на Солнце водорода (70 % от всей его массы) и гелия(≈ 28 %). Особенностью строения Солнца является наличие в его фотосфере солнечных пятен, в которых сосредоточены сильные магнитные поля. Кроме этого, на Солнце наблюдаются и такие нестационарные явления, как вспышки. Солнце излучает в мировое пространство огромную энергию (≈ 1,3 1034 Дж в год).
