Skala makroskopowa - Macroscopic scale

Skala makroskopowa to skala długości, w której obiekty lub zjawiska są wystarczająco duże, aby można je było dostrzec gołym okiem , bez powiększania instrumentów optycznych . Jest przeciwieństwem mikroskopijnych .

Przegląd

W zastosowaniu do zjawisk fizycznych i ciał, skala makroskopowa opisuje rzeczy tak, jak człowiek może je bezpośrednio postrzegać, bez pomocy urządzeń powiększających. Kontrastuje to z obserwacjami ( mikroskopia ) lub teoriami ( mikrofizyka , fizyka statystyczna ) obiektów o długościach geometrycznych mniejszych niż być może kilkaset mikrometrów .

Makroskopowy widok piłki jest właśnie tym: piłką. Obraz mikroskopowy może ujawnić grubą, okrągłą skórę, pozornie składającą się wyłącznie z pomarszczonych pęknięć i szczelin (patrząc pod mikroskopem ) lub, w mniejszej skali, zbiór cząsteczek w mniej więcej kulistym kształcie (patrząc pod mikroskopem elektronowym ). Przykładem teorii fizycznej, która celowo przyjmuje makroskopowy punkt widzenia, jest termodynamika . Przykładem tematu, który rozciąga się od punktu widzenia makroskopowego do mikroskopowego, jest histologia .

Niezupełnie przez rozróżnienie na makroskopowe i mikroskopowe, mechanika klasyczna i kwantowa to teorie, które wyróżnia się w nieco inny sposób. Na pierwszy rzut oka można by pomyśleć, że różnią się one po prostu wielkością obiektów, które opisują, klasyczne obiekty są uważane za znacznie większe pod względem masy i wymiarów geometrycznych niż obiekty kwantowe, na przykład piłka nożna kontra drobna cząsteczka kurzu. Bardziej wyrafinowane rozważania odróżniają mechanikę klasyczną od kwantowej na tej podstawie, że mechanika klasyczna nie rozpoznaje, iż materii i energii nie można podzielić na nieskończenie małe cząstki, tak że ostatecznie drobny podział ujawnia cechy nieredukowalnie ziarniste. Kryterium rozdrobnienia jest to, czy interakcje są opisane w kategoriach stałej Plancka . Z grubsza mówiąc, mechanika klasyczna rozpatruje cząstki w kategoriach wyidealizowanych matematycznie, nawet tak drobne, jak punkty geometryczne bez żadnej wielkości, wciąż mające swoje skończone masy. Mechanika klasyczna uważa również, że wyidealizowane matematycznie materiały rozszerzone są stale istotne pod względem geometrycznym. Takie idealizacje są przydatne w większości codziennych obliczeń, ale mogą całkowicie zawieść w przypadku cząsteczek, atomów, fotonów i innych cząstek elementarnych. Pod wieloma względami mechanikę klasyczną można uznać za teorię głównie makroskopową. W znacznie mniejszej skali atomów i molekuł mechanika klasyczna może zawieść, a interakcje cząstek są następnie opisywane przez mechanikę kwantową. Przy minimum temperatury The skroplin Bose-Einsteina wykazuje wpływ na skali makroskopowej opis że zapotrzebowanie mechaniki kwantowej.

W Problemie Pomiaru Kwantowego kwestia tego, co konstytuuje makroskopowe, a co stanowi świat kwantowy, jest nierozwiązana i być może nie do rozwiązania. Powiązaną z nią zasadę zgodności można sformułować w ten sposób: każde makroskopowe zjawisko można sformułować jako problem w teorii kwantowej. Naruszenie zasady korespondencji zapewniłoby zatem empiryczne rozróżnienie między makroskopowym a kwantowym.

W patologii diagnostyka makroskopowa na ogół obejmuje grubą patologię , w przeciwieństwie do histopatologii mikroskopowej .

Termin „megaskopowy” jest synonimem. „Makroskopowy” może również odnosić się do „większego widoku”, czyli widoku dostępnego tylko z dużej perspektywy (hipotetyczny „makroskop” ). Pozycję makroskopową można uznać za „duży obraz”.

Fizyka wysokich energii w porównaniu z fizyką niskich energii

Fizyka cząstek , zajmująca się najmniejszymi układami fizycznymi, znana jest również jako fizyka wysokich energii . Fizyka o większych skalach długości , w tym w skali makroskopowej, znana jest również jako fizyka niskich energii . Intuicyjnie może się wydawać niepoprawne kojarzenie „wysokiej energii” z fizyką bardzo małych układów o małej masie i energii , takich jak cząstki subatomowe. Dla porównania, jeden gram z wodoru , system makroskopowej ma ~6 × 10 23- krotność masy energii pojedynczego protonu , centralny przedmiot badań w fizyce wysokich energii. Nawet cała wiązka protonów krążących w Wielkim Zderzaczu Hadronów , eksperymencie fizyki wysokich energii, zawiera ~3,23 × 10 14 protonów, każdy z6,5 × 10 12  eV energii, dla całkowitej energii wiązki ~2,1 × 10 27  eV lub ~ 336,4 MJ , czyli nadal ~2,7 x 10 5 razy niższej niż masa energii jednego grama wodoru. Jednak sfera makroskopowa to „fizyka niskich energii”, podczas gdy cząstki kwantowe to „fizyka wysokich energii”.

Powodem tego jest to, że „wysoka energia” odnosi się do energii na poziomie cząstki kwantowej . Chociaż układy makroskopowe rzeczywiście mają większą zawartość energii całkowitej niż jakakolwiek z ich składowych cząstek kwantowych, nie można przeprowadzić eksperymentu ani innej obserwacji tej całkowitej energii bez wyodrębnienia odpowiedniej ilości energii z każdej z cząstek kwantowych – co jest dokładnie domeną fizyka wysokich energii. Codzienne doświadczenia materii i Wszechświata charakteryzują się bardzo niską energią. Na przykład energii fotonów w świetle widzialnym jest około 1,8 do 3,2 eV. Podobnie, energia wiązania-dysocjacji z wiązaniem węgiel-węgiel wynosi 3,6 eV. Jest to skala energetyczna przejawiająca się na poziomie makroskopowym, np. w reakcjach chemicznych . Nawet fotony o znacznie wyższej energii, promienie gamma , które powstają w rozpadzie promieniotwórczym , mają energię fotonów, która jest prawie zawsze pomiędzy10 5  eV i10 7  eV – wciąż o dwa rzędy wielkości mniej niż masa-energia pojedynczego protonu. Rozpad promieniotwórczy promienie gamma są uważane za część fizyki jądrowej , a nie fizyki wysokich energii.

Wreszcie, po osiągnięciu poziomu cząstek kwantowych, ujawnia się domena o wysokiej energii. Proton ma energię masową ~9.4 x 10 8  eV ; niektóre inne masywne cząstki kwantowe, zarówno elementarne, jak i hadronowe , mają jeszcze wyższe energie masowe. Cząstki kwantowe o niższych energiach masowych są również częścią fizyki wysokich energii; mają również energię masową, która jest znacznie wyższa niż w skali makroskopowej (np. elektrony ) lub są w równym stopniu zaangażowane w reakcje na poziomie cząstek (np. neutrina ). Efekty relatywistyczne , jak w akceleratorach cząstek i promieniowaniu kosmicznym , mogą dodatkowo zwiększyć energię przyspieszanych cząstek o wiele rzędów wielkości, jak również całkowitą energię cząstek pochodzących z ich zderzenia i anihilacji .

Zobacz też

Bibliografia