Протоны и нейтроны состоят из кварков, а электрон сам по себе ни из чего не состоит

Введение. Предмет физики. Методы физического исследования. Периоды развития физики

Лекция 1.

В переводе с греческого «физика» - наука о природе. Наряду с другими естественными науками она изучает свойства окружающего нас мира.

Окружающий нас мир, все существующее вокруг нас и обнаруживаемое нами посредством ощущений представляет собой материю. Наш мир необычайно сложен и интересен. В настоящее время мы знаем, что все тела (кроме Солнца и звезд - там вещество находится в состоянии плазмы) состоят из атомов.

Атомы являются кирпичиками мироздания, находятся в непрерывном движении, притягиваются на больших расстояниях, но отталкиваются, когда мы стремимся приблизить их друг к другу.

Размер атома ~10^-10 м=10^-8 см=1 А°, если яблоко увеличить до размеров Земли, то атомы яблока станут размером с яблоко. Можно ли увидеть атом? Да, можно – в туннельный микроскоп (1981 г.), а в обычный нельзя, так как нельзя увидеть объект размером меньше длины световой волны λ≈0,5 мкм≈5000 Аُ. Глядя в туннельный микроскоп мы можем пересчитывать атомы поштучно.

Рис.1. Туннельный микроскоп

Рис.2. Структура атома

Атомы состоят из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов.

Размер электрона до сих пор не поддаётся измерению. Известно лишь, что радиус электрона заведомо меньше 10^{-16 см.}

Размер ядра намного больше, порядка 10^-4÷10^-5 А°=10^-12÷10^-13 см==10^-14÷10^-15м.

Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Вся масса атома сосредоточена в ядре.

Атом пуст. Если бы электроны и ядра были не заряжены, то атомы бы спокойно проходили друг сквозь друга, нисколько не мешая соседу.

Все явления природы происходят во Вселенной. Размеры Вселенной порядка 10²⁸ см~10¹⁰ световых лет.

Один световой год равен расстоянию, которое свет проходит за год, это составляет: 9,5 10¹² км~10¹⁶ м~10¹⁸ см.

Жизнь – это наиболее сложное явление во Вселенной, а человек, одно из наиболее сложно устроенных живых существ, состоит из ~ 10¹⁶ клеток.

Клетка представляет собой элементарную физиологическую ячейку, содержащую 10 ¹² –10¹⁴ атомов.

В любую клетку любого живого организма входит хотя бы одна длинная молекулярная нить ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты).

В молекуле ДНК 10⁸ – 10¹⁰ атомов, точное расположение которых может изменяться от индивидуума к индивидууму.

Молекула ДНК является носителем генетической информации.

Физика - одна из ведущих наук о природе, изучающая наиболее простейшие и наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы ее движения.

Академик А.Ф. Иоффе (1880-1960) - российский физик определил физику как науку, изучающую общие свойства и законы движения вещества и поля.

В настоящее время общепризнано, что все взаимодействия осуществляются посредством полей.

Неживая материя может существовать в 2-х видах: вещество и поле.

К веществам относятся: атомы, молекулы и все состоящие из них тела.

Поля могут быть: сильные, слабые, гравитационные, электромагнитные, поля ядерных сил. Поля могут существовать самостоятельно, независимо от частиц, их породивших.

В последнее время теоретикам удалось сравнить силу взаимодействий: принято считать, что сила взаимодействия нуклонов в ядре равна 1, тогда следующим по силе взаимодействия будет электромагнитное – 10^-2, затем слабое – 10^-5, затем - гравитационное – 10^-40.

Природа сильного взаимодействия является ещё не вполне понятной, а теория недостроенной, хотя человечество уже научилось использовать ядерные силы, создав атомную бомбу, в которой процесс взрыва обусловлен процессами, происходящими в ядрах атомов - делением и слиянием атомов. Термоядерные реакции на Солнце, например, являются источником тепла на Земле, они же причина свечения звёзд в ночном небе.

Таким образом, основной движущей силой почти всех процессов на Земле являются электромагнитные силы и взаимодействия.

Различные виды материи могут превращаться друг в друга.

Вещество может превращаться в поле, а поле - в вещество.

Например, электрон и позитрон, представляющие собой вещество, при аннигиляции могут превращаться в фотоны, т. е. в электромагнитное поле.

Материя находится в непрерывном движении. Пространство и время - формы бытия материи.

«Наблюдение, размышление и опыт – вот что составляет так называемый научный метод» - писал Р.Фейнман в своих ФЛФ.

Физика наука опытная. Методами физических исследований являются: опыт, гипотеза, теория, эксперимент.

Опыт - основной метод исследования в физике.

Опыт - это наблюдение исследуемого явления в точно контролируемых условиях, позволяющих следить за ходом явления и воссоздать его каждый раз при повторении этих условий.

Гипотеза - научное предположение, выдвигаемое для объяснения какого-либо факта или явления. Гипотеза подтверждается опытом.

Эксперимент - научно поставленный опыт с целью проверки гипотезы.

Физическая теория - система основных идей, обобщающих опытные данные и отражающих объективные закономерности природы.

Физическая теория дает объяснение целой области явлений природы с единой точки зрения.

Дата добавления: 2014-01-05