Коротка характеристика мікросвіту
На випадки натрапляють саме ті вчені, які роблять все, щоб на них натрапити. К. Тимірязєв
Вакуум. За уявленнями сучасної науки, вакуум - це зовсім не порожнеча або "відсутність будь-якої присутності". Вакуум є фізичним об'єктом, у якому безупинно відбувається народження та знищення віртуальних частинок (матеріалізовані порції енергії). Вакуум є динамічною системою, яка має якусь енергію, яка весь час перерозподіляється між віртуальними (уявними) частинками. Проте скористатися енергією вакууму ми можемо, оскільки це є найнижчий енергетичний стан полів. За наявності зовнішнього джерела енергії можна реалізувати збуджені стани полів - тоді спостерігатимуться звичайні (не віртуальні) частки. Вакуум здатний породжувати як частинки, а й світи. Мимовільні флуктуації вакууму народжують всесвіт з різним набором фундаментальних постійних. В одній із таких областей, мабуть випадково, вийшов набір, придатний для появи розумних істот. У ній ми живемо. Про інших всесвітів ми поки що нічого не знаємо і можемо лише здогадуватися про їхнє існування.
Елементарні частинки. За сучасними уявленнями, всі елементарні частинки є найменшими "цеглинами", з яких створений навколишній світ. Проте це означає, що й властивості прості. Для опису поведінки елементарних частинок використовують найскладніші фізичні теорії, що представляють синтез теорії відносності та квантової теорії.
Усі відомі елементарні частинки поділяються на дві групи: адрони та лептони. Передбачається, що адрони мають складову будову: складаються з елементарних частинок-кварків. І до того ж допускається існування шести типів кварків.
стабільними, тобто. живуть у вільному стані необмежено довго, частинками є протон, електрон, фотон і, мабуть, нейтрино всіх типів. Час життя протона становить 1031 років. Найбільш короткоживучими утвореннями є резонанси - їхній час життя близько 10-23 с. У самій природі короткоживучі елементарні утворення можуть відігравати роль за найекстремальніших умов існування речовини і поля, наприклад: у "початкових" стадіях еволюції Всесвіту, при утворенні таких астрофізичних об'єктів, як "чорні дірки", у формуванні серцевини нейтронних зірок.
Ядра. Атомні ядра - це пов'язані системи протонів та нейтронів. Маси ядер завжди трохи менше суми мас вільних протонів і нейтронів, що становлять ядро. Це релятивістський ефект, що визначає енергію зв'язку ядра. Відомі ядра з зарядом, рівним від одного заряду протона до 109 зарядів протону і з числом протонів і нейтронів (тобто нуклонів) від 1 до приблизно 260. Особливо стійкими ядрами, тобто володіють найбільшою енергією зв'язку, є ядра протонів і нейтронів 2,8,20,28,50,82,126, званих магічними. Щільність числа частинок багатонуклонних ядрах порядку 1044 нуклонів/м3, а щільність маси 1017 кг/м3. "Радіуси" ядер змінюються від 2х10-15м (ядро гелію) до 7х10-15 м (ядро урану). Ядра мають форму витягнутого чи сплюснутого еліпсоїда (або ще складнішу).
Ядро як квантова система може бути в різних дискретних збуджених станах. В основному стани ядра можуть бути стабільними (стійкими) та нестабільними (радіоактивними). Час, за який із будь-якої макроскопічної кількості нестабільних ядер розпадається половина, називають періодом напіврозпаду. Періоди напіврозпаду відомих нам елементів змінюються в межах приблизно від1018 років до 10–10 с.
Атоми. Вони складаються із щільного ядра та електронних орбіт. Ядра мають позитивний електричний заряд та оточені роєм негативно заряджених електронів. Загалом атом електронейтральний. Атом є найменша структурна одиниця хімічних елементів. На відміну від "щільної упаковки" ядерних частинок атомні електрони утворюють дуже пухкі та ажурні оболонки. Існують жорсткі правила "заселеності" електронами орбіт навколо ядра. Електрони, що знаходяться на верхніх поверхах "атомного будинку", визначають реакційну здатність атомів, тобто їх здатність вступати в з'єднання з іншими атомами. Тут ми вступаємо в галузь хімії, і умовність меж поділу між фізикою та хімією у разі очевидна. Більшість елементів атоми хімічно нестабільні. Атом стабільний, якщо його зовнішня оболонка заповнена певним числом електронів (2,8 та ін.). Атоми із незаповненими зовнішніми оболонками вступають у хімічні реакції, утворюючи зв'язки з іншими атомами.
Молекули. Не всякі атоми здатні поєднуватися один з одним. Зв'язок можливий у тому випадку, якщо спільна орбіта повністю заповнена електронами. Таку освіту називають молекулою. Молекула є найменшою структурною одиницею складної хімічної сполуки. Число можливих комбінацій атомів, що визначають кількість хімічних сполук, становить мільйони. Якісно молекула - це певна речовина, що складається з одного або кількох хімічних елементів, атоми яких за рахунок обмінної хімічної взаємодії об'єднані в частинки. Оскільки електрони у молекулах узагальнені, атоми втрачають свою індивідуальність. При витраті певної енергії стійку молекулу можна розкласти на атоми.
Деякі атоми (наприклад, вуглецю та водню) здатніутворювати складні молекулярні ланцюги, є основою освіти ще складніших структур (макромолекул), які виявляють вже біологічні властивості, т. е. властивості живого.
Клітка. За 3 млрд. років існування на нашій планеті жива речовина розвинулася у кілька мільйонів видів, але всі вони – від бактерій до вищих тварин – складаються з клітин. Клітина - це організована частина живої матерії: вона засвоює їжу, здатна існувати і рости, може розділитися на дві, кожна з яких містить генетичний матеріал, ідентичний вихідній клітині. Клітини є елементарними структурами на онтогенетичному рівні організації життя. Клітина складається з ядра та цитоплазми (рис. 5.3). Від навколишнього середовища клітина відокремлена плазматичною мембраною, яка регулює обмін між внутрішнім та зовнішнім середовищем і служить межею клітини. У кожній клітині міститься генетичний матеріал у формі ДНК, що регулює життєдіяльність та самовідтворення. Розміри клітин вимірюються в мікрометрах (мкм) – мільйонних частках метра та нанометрах (нм) – мільярдних частках. Наприклад, соматична тваринна клітина середніх розмірів має 10-20 мкм у діаметрі, рослинна - 30-50 мкм; довжина хлоропласту квіткової рослини – 5-10 мкм, бактерії – 2 мкм. Клітини існують як самостійні організми (найпростіші бактерії) або входять до складу багатоклітинних організмів. Статеві клітини служать для розмноження, соматичні (від грец. soma - "тіло") клітини відрізняються за будовою та функціями (нервові, м'язові, кісткові). Клітини відрізняються своїми розмірами, формою. У клітинах є органели, які виконують свій набір функцій.