Структурные уровни организации материи

1. Введение
2. Структурные уровни организации материи
2.1. Системный подход в структурной организации материального мира
2.2. Микромир
2.2. Макромир
2.3. Мегамир
3. Заключение
Литература

Структурные уровни организации материи

Основными характеристиками элементарных частиц являются масса, заряд, среднее время жизни, спин и квантовые числа.Масса покоя элементарных частиц определяется относительно массы покоя электрона. 1. Фотоны не имеют массы покоя. 2. Легкие частицы – лептоны — электрон и нейтрино.3. Средние частицы – мезоны, их масса варьирует в пределах 1-103 масс электрона.4. Тяжелые частицы – барионы, их масса свыше 103 масс электрона (протоны, нейтроны, гипероны и многие резонансы).Другой важнейшей характеристикой элементарных частиц является электрический заряд, который у всех известных частиц является положительным, нулевым либо отрицательным. Каждой частице, кроме фотона и двух мезонов, соответствуют античастицы с противоположным зарядом..Исходя из среднего времени жизни элементарные частицы подразделяются на стабильные (их пять: фотон, две разновидности нейтрино, электрон и протон) и нестабильные, которые существуют всего 10-10 — 10-24 с, после чего распадаются. Стабильные частицы играют важнейшую роль в структуре макротел.Такие характеристики, как спин, или собственный момент количества движения микрочастицы, и квантовые числа, выражающие состояние элементарных частиц, не имеют аналогов в классической физике: Элементарные частицы делятся на два класса: фермионы (названные в честь Э. Ферми) и бозоны (названные в честь Ш. Бозе).К фермионам относятся кварки и лептоны, к бозонам — кванты полей (фотоны, векторные бозоны, глюоны, гравитино и гравитоны). Эти частицы считаются истинно элементарными, т.е. далее неразложимыми. Остальные частицы классифицируются как условно элементарные, т.е. составные частицы, образованные из кварков и соответствующих квантов полей. Фермионы составляют вещество, бозоны переносят взаимодействие.Элементарные частицы участвуют во всех видах фундаментальных взаимодействий: сильном, электромагнитном, слабом и гравитационном.В настоящее время считают, что среди множества элементарных частиц можно выделить 12 фундаментальных частиц и столько же античастиц. Шесть частиц — это кварки: «верхний», «нижний», «очарованный», «странный», «истинный», «прелестный». Остальные шесть — лептоны: электрон, мюон, тау-частица и соответствующие им нейтрино (электронное, мюонное, тау-нейтрино).Ядра. Атомные ядра представляют собой связанные системы протонов и нейтронов. Релятивистский эффект, определяющий энергию связи ядра, заключается в том, что массы ядер всегда несколько меньше суммы масс составляющих ядро протонов и нейтронов. Плотность числа частиц в многонуклонных ядрах порядка 1044 нуклонов/м3, а плотность массы 1017 кг/м3. Радиусы ядер варьируют в пределах 2*10-15 м (гелий) до 7*10-15 м (уран). Форма ядер - вытянутый или сплюснутый эллипсоид (иногда более сложная).В основном состояния ядра бывают стабильными (устойчивыми) и нестабильными (радиоактивными). Кроме того, являясь квантовыми системами, ядра могут находиться в различных дискретных возбужденных состояниях. Еще одной характеристикой ядра является период полураспада - время, за которое из некоторого количества нестабильных ядер распадается половина.Атомы. Согласно кварковой модели атома, он из тяжелого ядра (протонов и нейтронов, сильно связанных глюонными полями) и электронной оболочки. Ядра имеют положительный электрический заряд и окружены облаком отрицательно заряженных электронов. В целом атом электронейтрален. Протон, согласно кварковой гипотезе, состоит из двух «верхних» кварков и одного «нижнего», а нейтрон — из одного «верхнего» и двух «нижних» кварков. Их нельзя представить в виде твердого шарика, скорее, они напоминают облако с размытыми границами, состоящее из рождающихся и исчезающих виртуальных частиц.Атом является структурной единицей химических элементов. Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента в периодической таблице химических элементов Д.И. Менделеева.Молекулы. Молекула - наименьшая структурная единица сложного химического соединения. Качественно молекула — это определенное вещество, состоящее из одного или нескольких химических элементов, атомы которых за счет обменного химического взаимодействия объединены в частицы. Взаимодействие атомов многообразно, поэтому многообразны и химические связи, которые часто сводят к нескольким основным типам – ковалентной, ионной, донорно-акцепторной, водородной связи и др. Однако все эти взаимодействия можно описать с позиций единой теории химической связи. Поскольку электроны в молекулах обобществлены, атомы теряют свою индивидуальность. При затрате определенной энергии устойчивая молекула может быть разложена на атомы. Современная теория химической связи, теория строения молекул и кристаллов основана на квантово-механической теории: молекулы, как и атомы, построены из ядер и электронов, и теория химической связи должна учитывать корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц.В образовании химической связи между атомами главную роль играют электроны, расположенные на внешней оболочке, и, следовательно, наименее прочно связанные с атомным ядром - валентные электроны. Именно поэтому строение валентной электронной конфигурации атомов является определяющим фактором при рассмотрении условий образования химической связи. Образование химической связи и заполнение внешней электронной оболочки до устойчивого состояния изменяет энергию системы и является энергетически выгодным процессом. Некоторые атомы (например, углерода и водорода) способны образовывать сложные молекулярные цепи, являющиеся основой для образования еще более сложных структур (макромолекул), которые проявляют уже биологические свойства, то есть свойства живого. Особое место в аспекте следует отвести молекулам дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), которая является носителем генетического кода. Благодаря изучению структуры и функций ДНК, было определено, что живая материя состоит из неживых атомов и элементарных частиц, которые совмещают в себе фундаментальные свойства волны и частицы, но эти же свойства используются биосистемами в качестве основы для волнового энергоинформационного обмена. Клетка. Клетка — это фундаментальная частица живой материи, она является тем «кирпичиком», элементарной структурой, из котороой состоят все живые организмы – от простейших до человека. Только на клеточном уровне материя в полной мере проявляет свойства живого: наличие метаболизма, поддержание гомеостаза, способности к размножению. Клетки элементарными структурами на онтогенетическом уровне организации жизни. Размеры клеток от 10-6-10-9 м. Клетки и простейших, и многоклеточных организмов имеют общий план строения: они состоит из ядра и цитоплазмы, в которых находятся органеллы, выполняющие определенные функции, обеспечивающие жизнедеятельность клетки. Различают растительные и животные клетки, внутри организма клетки дифференцированы в зависимости от тканевой принадлежности. 2.2. МакромирПо современным представлениям, материя существует в двух видах: дискретного вещества и непрерывного поля. Вещество и поле различаются как корпускулярные и волновые сущности: вещество дискретно и состоит из атомов, а поле непрерывно. Вещество и поле различаются по своим физическим характеристикам: частицы вещества обладают массой покоя, а поле — нет. Вещество и поле различаются по степени проницаемости: вещество мало проницаемо, а поле, наоборот, полностью проницаемо. Скорость распространения поля равна скорости света, а скорость движения частиц вещества меньше ее на много порядков.Макротела (вещество). Вещество – это вид материи, макроскопические тела представляют собой большие совокупности однотипных атомов (или молекул), и состоят из мельчайших частиц — атомов, молекул, ионов, элементарных частиц, имеющих массу и находящихся в постоянном движении и взаимодействии.Существует огромное множество веществ, различных по составу и свойствам. Вещества делятся на простые (построенные из атомов или молекул одного химического элемента: H2, водород; О2, кислород) и сложные (в их состав входят атомы разных элементов: Н2О, вода). Также выделяют вещества органические вещества (соединения углерода) и неорганические (прочие соединения). Свойства веществ зависят от их состава и строения.Основу вещества живой материи составляют всего шесть элементов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера, общая весовая доля которых в организмах составляет 97,4%. Еще 12 элементов являются физиологически важными компонентами биосистем: натрий, калий, кальций, магний, железо, алюминий, кремний, хлор, медь, цинк, кобальт, весовая доля которых составляет 1,6%.Индивид.