Смерть человека является обычной иллюзией. Такое предположение озвучил Роберт Ланца из Медицинской школы Университета Уэйк-Форест.
По его мнению, столь пугающий людей момент смерти - это всего лишь галлюцинация, которая является репрезентантом человеческой совести. Ланца уточняет, что смерть – это просто момент перехода человека на следующий, пока не изученный уровень существования. Люди слишком привязываются к своему телу и считают прекращение функционирования биооболочки концом существования, но Ланца считает, что сознание не погибает вместе с организмом. Оно просто трансформируется в другую форму бытия и проявляется в других условиях.
Точку зрения Ланцы разделяют многие физики, которые уверены в многослойности Вселенной. По их убеждениям, человек живет в каждой временной эпохе, как в прошлой, так и в будущей (общего толкования среди ученых пока нет). Смерть – это просто переход из одного состояния в другое и попытка это както представить или осознать невозможна для нашего текущего состояния. Количество жизней может быть бесконечным (или бесконечна сама жизнь).
Роберт Поль Ланца - американский врач, ученый, главный научный сотрудник компании «Ocata Therapeutics», прежнее название которой «Advanced Cell Technology» и адъюнкт-профессор в Институте регенеративной медицины (Institute for Regenerative Medicine) Медицинской школы Университета Вэйк Форест (Wake Forest University School of Medicine).
Р. П. Ланца был членом научного коллектива, который впервые в мире клонировал эмбрионы человека на ранней стадии, а также впервые успешно создал стволовые клетки из зрелых клеток, использовав соматический перенос ядра соматической клетки («терапевтическое клонирование»).
Р. П. Ланца продемонстрировал, что методы, которые используются в преимплантационной генетической диагностике, можно использовать для создания эмбриональных стволовых клеток без умерщвления эмбриона.
В 2001 г. он был первым, кто клонировал гаура (один из угрожаемых видов животных), а в 2003 г. он также клонировал бантенга (еще один угрожаемый вид) из замороженных клеток кожи животного, которое умерло в зоопарке Сан-Диего примерно за четверть века до этого.
Р. П. Ланца с коллегами впервые продемонстрировал, что пересадку ядра можно использовать для остановки процесса старения и для создания иммунологически совместимых тканей, включая создание первого органа, выращенного в лаборатории из клональных клеток.
Р. П. Ланца показал возможность создания функциональных, способных переносить кислород красных кровяных клеток из эмбриональных стволовых клеток при условиях, которые подходят для воссоздания в больнице. Потенциально, такие клетки крови могут быть источником «универсальной» крови.
Группа, работающая под руководством Р. П. Ланцы, открыла способ, позволяющий получать функциональные гемангиобласты (популяция клеток «скорой помощи») из эмбриональных стволовых клеток человека. У животных эти клетки быстро восстанавливали повреждённые сосуды, вдвое снижая уровень смертности после инфаркта и налаживая кровоток к ишемизированной конечности, которую в других случаях следовало ампутировать.
Недавно Р. П. Ланца и группа исследователей Гарвардского университета, возглавляемая Кванг-Су Кимом (Kwang-Soo Kim), сообщили о создании безопасной технологии, которая позволяет получать индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS).
iPS человека были получены из клеток кожи с помощью прямой доставки белков. Таким образом, опасные риски, связанные с генетическими и химическими манипуляциями, были исключены. Эта новая технология дает возможность получить потенциально безопасный источник пациент-специфических стволовых клеток, которые можно использовать для введения в клиническую практику. Р. П. Ланца и компания «Advanced Cell Technology» планируют начать процесс официального одобрения исследований, которые, по мнению экспертов, могут стать первыми исследованиями на человеке, в которых задействованы индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS), созданные путём возвращения зрелых клеток в состояние, подобное эмбриональному.
Группа исследователей, работающая под руководством Р. П. Ланцы в компании «Advanced Cell Technology», смогла вырастить клетки сетчатки глаза из стволовых клеток. Применение этой технологии дает возможность излечить некоторые формы слепоты, такие как макулярная дегенерация и болезнь Штаргардта. Эти болезни глаз в настоящее время являются неизлечимыми и приводят к слепоте у подростков, а также у людей молодого и пожилого возраста.
Компания «Advanced Cell Technology» получила разрешение Управления по контролю пищевых продуктов и лекарственных средств (США) на проведение исследований на человеке, в которых эмбриональные стволовые клетки используются для лечения дегенеративных заболеваний глаз. При таком лечении заболеваний глаз стволовые клетки используются для получения тех клеток сетчатки, которые поддерживают фоторецепторные клетки, дающие человеку возможность видеть. Поддерживающие клетки являются частью пигментного эпителия сетчатки (retinal pigment epithelium, RPE) и, как правило, именно эти клетки первыми отмирают при возрастной макулярной дегенерации и других болезнях глаз, что, в свою очередь, приводит к потере зрения.
В сентябре 2011 г. компания Р. П. Ланцы получила разрешение Управления по контролю лекарственных средств и изделий медицинского назначения (Великобритания) на проведение первых в Европе клинических испытаний с использованием эмбриональных стволовых клеток человека. Хирурги глазной клиники Мурфилдса (Moorfields Eye Hospital), расположенной в Лондоне, будут вводить здоровые клетки сетчатки в глаза пациентов с макулярной дистрофией Штаргардта. Таким образом они надеются замедлить данную болезнь, остановить её или даже устранить её негативные последствия. Первый пациент прошел курс лечения эмбриональными стволовыми клетками в начале 2012 г. После лечения этот пациент отметил улучшение зрения. По мнению газеты «Гардиан» (The Guardian), этот результат «является величайшим научным достижением».
В октябре 2014 г., Р. П. Ланца с коллегами опубликовали дополнительную статью в журнале «The Lancet», в которой впервые показана долгосрочная безопасность и возможная биологическая активность потомков плюрипотентных стволовых клеток в организме человека при любых болезнях. «Не меньше двадцати лет ученые мечтали об использовании эмбриональных стволовых клеток человека для лечения болезней», - сказал Гаутам Найк, репортер по вопросам науки из журнала «The Wall Street Journal», - «и этот день наконец настал… С помощью эмбриональных стволовых клеток ученые успешно вылечили пациентов с серьезными потерями зрения». Клетки пигментного эпителия сетчатки, полученные из эмбриональных стволовых клеток, были введены в глаза 18 пациентов с болезнью Штаргардта или сухой формой возрастной макулярной дегенерации. За пациентами наблюдали более трех лет, половина пациентов смогли видеть на три строки больше в таблицах для исследования остроты зрения, что существенно улучшило их каждодневную жизнь.
В 2007 г. в журнале «The American Scholar» вышла статья Р. П. Ланцы «Новая теория Вселенной» («A New Theory of the Universe»). В статье дано представление Р. П. Ланцы о биоцентрической вселенной, согласно которому биологию следует поместить над другими науками. Книга Р. П. Ланцы «Биоцентризм, или Почему жизнь и сознание являются ключами к пониманию Вселенной», издана в соавторстве с Б. Бернамом в 2009 г. Данная книга вызвала неоднозначную реакцию читателей.
Биоцентрическая вселенная - это концепция, предложенная в 2007 году Робертом Ланца, который видит биологию как центральную науку во Вселенной и ключ к пониманию других наук. Биоцентризм утверждает, что биологическая жизнь создаёт окружающую нас реальность, время и вселенную - то есть жизнь создаёт вселенную, а не наоборот. Он утверждает, что в настоящее время теории физического мира не работают и никогда не будут работать, до тех пор, пока они не будут отталкиваться, как от исходной точки - от жизни во вселенной и её разумного начала.
В настоящее время физика считается основой для изучения Вселенной, а химия фундаментом для исследования жизни, однако, биоцентризм утверждает, что биология - это фундамент для остальных наук и претендует на звание так называемой «теории всего».
Роберт Ланца считает, что будущие эксперименты, в частности, по крупномасштабной квантовой суперпозиции, подтвердят или поставят под сомнение его теорию.
Для критически настроенного человека весьма интересными и полезными могут оказаться наблюдения за тем, как при переходе людей из одного состояния в другое меняются их физиологические характеристики. Например, поза и тон голоса могут меняться практически мгновенно. Наблюдая за другими, вы сможете многое открыть в самом себе, особенно если до сих пор вы считали, что лишены творческой энергии или что вам не хватает реализма, или что вы плохой организатор. Вы можете несколько модифицировать модель стратегии Диснея – например, у себя дома используйте различные комнаты или кресла для обозначения разных позиций. Но помните о необходимости соблюдения следующих важных правил НЛП:
Каждой позиции должен соответствовать некий осязаемый «якорь», такой, чтобы он неизменно ассоциировался у вас с определенным состоянием (так же, как любимое кресло ассоциируется у вас с отдыхом).
Прежде чем войти в какое‑то новое состояние, выйдите из предыдущего (поэтому целесообразно использовать для различных состояний и разные положения в пространстве). В противном случае существует опасность прихватить с собой элементы прежнего состояния при переходе в новое, «сесть на два стула сразу».
Как можно больше практикуйтесь (так же, как и при освоении любой другой техники) и будьте гибкими. Модель стратегии Диснея можно применять в самых различных случаях – и по отношению к людям, и по отношению к процессам, медленным или быстропротекающим.
Все это не более чем модели и приемы, на практике же вы вольны думать так, как считаете нужным, и менять точку зрения по своему усмотрению. Цель проведенного выше упражнения – помочь вам научиться в случае необходимости мгновенно переходить из одного состояния в другое (например, в случае внезапной опасности). Если вы сумеете представить себя входящим в какую‑то определенную комнату или сидящим в каком‑то определенном кресле, эти представления смогут вызвать у вас такие же ассоциации, как и реальные физические действия. Умение создавать для себя подобные подкрепляющие «якоря» является необходимым условием процесса обучения.
Моделируем себя самого
Ранее мы рассматривали моделирование как выявление стратегий деятельности людей, достигших совершенства в какой‑либо области, и воспроизведение этих стратегии в своей деятельности. Модель стратегии Диснея, однако, наглядно показывает, что мы можем основываться и на собственных воспоминаниях. Внутри любого из нас находятся мечтатель, реалист и критик, которые при определенных условиях могут действовать нам во благо. Таким образом, каждый из нас располагает внутренними ресурсами, необходимыми для повышения эффективности своей деятельности. Если вы когда‑нибудь имели сильную побудительную мотивацию, были уверены в себе, если вам казалось, что все зависит только от вас, если вы были изобретательными, настойчивыми и готовыми к осмысленному риску, тогда вам не нужно искать пример для подражания Просто перенесите одну из своих эффективных стратегий в новую сферу деятельности. Например, из области спорта – в профессиональную сферу. Успешность в работе перенесите домой, из частной жизни – в общественную, и наоборот. Научитесь оценивать достоинства эффективных стратегий вне зависимости от тех или иных конкретных обстоятельств.
Подобно рецепту миндального пирожного или правилам перехода через улицу, стратегии могут быть использованы всеми. Необходимым условием личной успешности является умение находить в наибольшей степени подходящие вам стратегии в своем личном опыте или в опыте других людей. И отбрасывать те стратегии, которые недостаточно эффективны для достижения стоящих перед вами в данный момент целей.
В умении использовать модели для изменения стратегий заключается суть так называемого ускоренного обучения. Мы можем существенно ускорить обычно довольно вялотекущий процесс обучения, применив собственные эффективные стратегии. Так же мы можем использовать опыт других. Хотя, конечно, при этом не приходится рассчитывать на то, чтобы сразу же достичь их уровня. Каждый из нас способен научиться пользоваться обеими половинами своего мозга, более эффективно использовать внутренние ресурсы и таким образом добиваться исключительных успехов.
>>Физика: Агрегатные состояния вещества
Зимой вода на поверхности озер и рек замерзает, превращаясь в лед. Подо льдом вода остается жидкой. Здесь одновременно существуют два различных агрегатных состояния
воды - твердое (лед) и жидкое (вода). Существует и третье состояние воды - газообразное: невидимый водяной пар находится в окружающем нас воздухе.
Различные агрегатные состояния существуют у каждого вещества. Отличаются эти состояния друг от друга не молекулами, а тем, как эти молекулы расположены и как движутся. Особенности расположения молекул в различных агрегатных состояниях одного и того же вещества - воды - иллюстрирует рисунок 76.
При определенных условиях вещества могут переходить из одного состояния в другое. Все возможные при этом превращения отображены на рисунке 77. Буквы Т, Ж и Г обозначают соответственно твердое, жидкое и газообразное состояния вещества; стрелки указывают направление, в котором протекает тот или иной процесс.
Всего различают шесть процессов, при которых происходят агрегатные превращения вещества.
Переход вещества из твердого (кристаллического) состояния в жидкое называется плавлением
кристаллизацией
или отвердеванием
. Пример плавления - таяние льда, обратный процесс происходит при замерзании воды.
Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием
, обратный процесс называется конденсацией
(от латинского слова "конденсатио" - уплотнение, сгущение). Пример парообразования - испарение воды, конденсацию можно наблюдать при образовании росы.
Переход вещества из твердого состояния в газообразное (минуя жидкое) называется сублимацией
(от латинского слова "сублимо" - возношу) или возгонкой
, обратный процесс называется десублимацией
. Например, графит можно нагреть до тысячи, двух тысяч и даже трех тысяч градусов, и тем не менее в жидкость он не превратится: он будет сублимироваться, т. е. из твердого состояния сразу переходить в газообразное. Сразу в газообразное состояние (минуя жидкое) переходит и так называемый "сухой лед" (твердый оксид углерода СО 2), который можно увидеть в контейнерах для хранения и транспортировки мороженого. Все запахи, которыми обладают твердые тела (например, нафталин), также обусловлены возгонкой: вылетая из твердого тела, молекулы образуют над ним газ (или пар), который и вызывает ощущение запаха.
Примером десублимации может служить образование на окнах зимой узоров из кристалликов льда. Эти красивые узоры являются результатом десублимации водяного пара, находящегося в воздухе.
Переходы вещества из одного агрегатного состояния в другое играют важную роль не только в природе, но и в технике. Так, например, превратив воду в пар, мы можем использовать его затем в паровых турбинах на электростанциях. Расплавляя металлы на заводах, мы получаем возможность изготовить из них различные сплавы: сталь, чугун, латунь и т. д. Для понимания всех этих процессов надо знать, что происходит с веществом при изменении его агрегатного состояния и при каких условиях это изменение возможно. Об этом и пойдет речь в следующих параграфах.
1. Назовите три агрегатных состояния вещества. 2. Перечислите все возможные процессы, при которых вещество переходит из одного агрегатного состояния в другое. 3. Приведите примеры возгонки и десублимации. 4. Какие практические применения агрегатных превращений вы знаете? 5. Какой буквой (а, б или в) на рисунке 76 обозначено твердое состояние воды, жидкое и газообразное?
Отослано читателями из интернет-сайтов
Полный список тем по классам, ответы на тесты , календарный план согласно школьной программы физика, курсы и задания с физики для 8 класса, готовые домашние задания и решения, вся физика онлайн
Содержание урока конспект урока и опорный каркас презентация урока интерактивные технологии акселеративные методы обучения Практика тесты, тестирование онлайн задачи и упражнения домашние задания практикумы и тренинги вопросы для дискуссий в классе Иллюстрации видео- и аудиоматериалы фотографии, картинки графики, таблицы, схемы комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты Дополнения рефераты шпаргалки фишки для любознательных статьи (МАН) литература основная и дополнительная словарь терминов Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике замена устаревших знаний новыми Только для учителей календарные планы учебные программы методические рекомендацииНаиболее распространено знание о трех агрегатных состояниях: жидком, твердом, газообразном, иногда вспоминают о плазменном, реже жидкокристаллическом. Последнее время в интернете распространился перечень 17 фаз вещества, взятый из известной () Стивена Фрая. Поэтому мы расскажем о них подробнее, т.к. о материи следует знать немного больше хотя бы для того, чтобы лучше понимать процессы, происходящие во Вселенной.
Приведённый ниже список агрегатных состояний вещества возрастает от самых холодных состояний к самым горячим и т.о. может быть продолжен. Одновременно следует понимать, что от газообразного состояния (№11), самого «разжатого», в обе стороны списка степень сжатия вещества и его давление (с некоторыми оговорками для таких неизученных гипотетических состояний, как квантовое, лучевое или слабо симметричное) возрастают.После текста приведен наглядный график фазовых переходов материи.
1. Квантовое — агрегатное состояние вещества, достигаемое при понижении температуры до абсолютного нуля, в результате чего исчезают внутренние связи и материя рассыпается на свободные кварки.
2. Конденсат Бозе-Эйнштейна
— агрегатное состояние материи, основу которой составляют бозоны, охлаждённые до температур, близких к абсолютному нулю (меньше миллионной доли градуса выше абсолютного нуля). В таком сильно охлаждённом состоянии достаточно большое число атомов оказывается в своих минимально возможных квантовых состояниях и квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне. Конденсат Бозе-Эйнштейна (который зачастую называют «бозе-конденсат», или попросту «бэк») возникает, когда вы охлаждаете тот или иной химический элемент до чрезвычайно низких температур (как правило, до температуры чуть выше абсолютного нуля, минус 273 градуса по Цельсию, — теоретическая температура, при которой все перестает двигаться).
Вот тут с веществом начинают происходить совершенно странные вещи. Процессы, обычно наблюдаемые лишь на уровне атомов, теперь протекают в масштабах, достаточно крупных для наблюдения невооруженным глазом. Например, если поместить «бэк» в лабораторный стакан и обеспечить нужный температурный режим, вещество начнет ползти вверх по стенке и в конце концов само по себе выберется наружу.
Судя по всему, здесь мы имеем дело с тщетной попыткой вещества понизить собственную энергию (которая и без того находится на самом низком из всех возможных уровней).
Замедление атомов с использованием охлаждающей аппаратуры позволяет получить сингулярное квантовое состояние, известное как конденсат Бозе, или Бозе — Эйнштейна. Это явление было предсказано в 1925 году А. Эйнштейном, как результат обобщения работы Ш. Бозе, где строилась статистическая механика для частиц, начиная от безмассовых фотоно до обладающих массой атомов (рукопись Эйнштейна, считавшаяся утерянной, была обнаружена в библиотеке Лейденского университета в 2005 году). Результатом усилий Бозе и Эйнштейна стала концепция Бозе газа, подчиняющегося статистике Бозе — Эйнштейна, которая описывает статистическое распределение тождественных частиц с целым спином, называемых бозонами. Бозоны, которыми являются, например, и отдельные элементарные частицы — фотоны, и целые атомы, могут находиться друг с другом в одинаковых квантовых состояниях. Эйнштейн предположил, что охлаждение атомов — бозонов до очень низких температур заставит их перейти (или, по-другому, сконденсироваться) в наинизшее возможное квантовое состояние. Результатом такой конденсации станет возникновение новой формы вещества.
Этот переход возникает ниже критической температуры, которая для однородного трёхмерного газа, состоящего из невзаимодействующих частиц без каких-либо внутренних степеней свободы.
3. Фермионный конденсат
— агрегатное состояние вещества, схожее с бэком, но отличающееся по строению. При приближении к абсолютному нулю атомы ведут себя по-разному в зависимости от величины собственного момента количества движения (спина). У бозонов спины имеют целочисленные значения, а у фермионов - кратные 1/2 (1/2, 3/2, 5/2). Фермионы подчиняются принципу запрета Паули, согласно которому два фермиона не могут иметь одно и то же квантовое состояние. Для бозонов такого запрета нет, и поэтому у них есть возможность существовать в одном квантовом состоянии и образовывать тем самым так называмый конденсат Бозе-Эйнштейна. Процесс образования этого конденсата отвечает за переход в сверхпроводящее состояние.
Электроны имеют спин 1/2 и, следовательно, относятся к фермионам. Они объединяются в пары (так называемые пары Купера), которые затем образуют Бозе-конденсат.
Американские ученые предприняли попытку получить своего рода молекулы из атомов-фермионов при глубоком охлаждении. Отличие от настоящих молекул заключалось в том, что между атомами не было химической связи - просто они двигались вместе, коррелированным образом. Связь между атомами оказалась даже прочнее, чем между электронами в куперовских парах. У образованных пар фермионов суммарный спин уже не кратен 1/2, следовательно, они уже ведут себя как бозоны и могут образовывать бозе-конденсат с единым квантовым состоянием. В ходе эксперимента охлаждали газ из атомов калия-40 до 300 нанокельвинов, при этом газ заключался в так называемую оптическую ловушку. Затем наложили внешнее магнитное поле, с помощью которого удалось изменить природу взаимодействий между атомами - вместо сильного отталкивания стало наблюдаться сильное притяжение. При анализе влияния магнитного поля удалось найти такое его значение, при котором атомы стали вести себя, как куперовские пары электронов. На следующем этапе эксперимента ученые предполагают получить эффекты сверхпроводимости для фермионного конденсата.
4. Сверхтекучее вещество
— состояние, при котором у вещества фактически отсутствует вязкость, а при течении он не испытывает трения с твёрдой поверхностью. Следствием этого является, например, такой интересный эффект, как полное самопроизвольное «выползание» сверхтекучего гелия из сосуда по его стенкам против силы тяжести. Нарушения закона сохранения энергии здесь, конечно же, нет. В отсутствие сил трения на гелий действуют только силы тяжести, силы межатомного взаимодействия между гелием и стенками сосуда и между атомами гелия. Так вот, силы межатомного взаимодействия превышают все остальные силы вместе взятые. В результате гелий стремится растечься как можно сильнее по всем возможным поверхностям, поэтому и «путешествует» по стенкам сосуда. В 1938 году советский учёный Пётр Капица доказал, что гелий может существовать в сверхтекучем состоянии.
Стоит отметить, что многие из необычных свойств гелия известны уже довольно давно. Однако и в последние годы этот химический элемент «балует» нас интересными и неожиданными эффектами. Так, в 2004 году Мозес Чань и Эун-Сьонг Ким из Университета Пенсильвании заинтриговали научный мир заявлением о том, что им удалось получить совершенно новое состояние гелия — сверхтекучее твёрдое вещество. В этом состоянии одни атомы гелия в кристаллической решётке могут обтекать другие, и гелий таким образом может течь сам через себя. Эффект «сверхтвёрдости» теоретически был предсказан ещё в 1969 году. И вот в 2004 году — как будто бы и экспериментальное подтверждение. Однако более поздние и весьма любопытные эксперименты показали, что не всё так просто, и, возможно, такая интерпретация явления, которое до этого принималось за сверхтекучесть твёрдого гелия, неверна.
Эксперимент учёных под руководством Хэмфри Мариса из Университета Брауна в США был прост и изящен. Учёные помещали перевёрнутую вверх дном пробирку в замкнутый резервуар с жидким гелием. Часть гелия в пробирке и в резервуаре они замораживали таким образом, чтобы граница между жидким и твёрдым внутри пробирки была выше, чем в резервуаре. Иными словами, в верхней части пробирки был жидкий гелий, в нижней — твёрдый, он плавно переходил в твёрдую фазу резервуара, над которой был налито немного жидкого гелия — ниже, чем уровень жидкости в пробирке. Если бы жидкий гелий стал просачиваться через твёрдый, то разница уровней уменьшилась бы, и тогда можно говорить о твёрдом сверхтекучем гелии. И в принципе, в трёх из 13 экспериментов разница уровней действительно уменьшалась.
5. Сверхтвёрдое вещество — агрегатное состояние при котором материя прозрачна и может "течь", как жидкость, но фактически она лишена вязкости. Такие жидкости известны много лет, их называют суперфлюидами. Дело в том, что если супержидкость размешать, она будет циркулировать чуть ли не вечно, тогда как нормальная жидкость в конечном счёте успокоится. Первые два суперфлюида были созданы исследователями с использованием гелия-4 и гелия-3. Они были охлаждены почти до абсолютного нуля — до минус 273 градусов Цельсия. А из гелия-4 американским учёным удалось получить сверхтвёрдое тело. Замороженный гелий они сжали давлением более чем в 60 раз, а затем заполненный веществом стакан установили на вращающийся диск. При температуре 0,175 градусов Цельсия диск внезапно начал вращаться свободнее, что, по мнению учёных, свидетельствует о том, что гелий стал супертелом.
6. Твёрдое — агрегатное состояние вещества, отличающееся стабильностью формы и характером теплового движения атомов, которые совершают малые колебания вокруг положений равновесия. Устойчивым состоянием твердых тел является кристаллическое. Различают твердые тела с ионной, ковалентной, металлической и др. типами связи между атомами, что обусловливает разнообразие их физических свойств. Электрические и некоторые др. свойства твердых тел в основном определяются характером движения внешних электронов его атомов. По электрическим свойствам твердые тела делятся на диэлектрики, полупроводники и металлы, по магнитным — на диамагнетики, парамагнетики и тела с упорядоченной магнитной структурой. Исследования свойств твердых тел объединились в большую область — физику твердого тела, развитие которой стимулируется потребностями техники.
7. Аморфное твёрдое — конденсированное агрегатное состояние вещества, характеризующееся изотропией физических свойств, обусловленной неупорядоченным расположением атомов и молекул. В аморфных твердых телах атомы колеблются около хаотически расположенных точек. В отличие от кристаллического состояния переход из твердого аморфного в жидкое происходит постепенно. В аморфном состоянии находятся различные вещества: стекла, смолы, пластмассы и т. д.
8. Жидкокристаллическое
— это специфическое агрегатное со-стояние вещества, в котором оно проявляет одновре-менно свойства кристалла и жидкости. Сразу надо огово-риться, что далеко не все вещества могут находиться в жидкокристаллическом состоянии. Однако, некоторые органические вещества, обладающие сложными молеку-лами, могут образовы-вать специфическое агрегатное состояние — жидкокристалли-ческое. Это состояние осуществляется при плавлении кристаллов некоторых веществ. При их плавлении обра-зуется жидкокристаллическая фаза, отличающаяся от обычных жидкостей. Эта фаза существует в интервале от температуры плавления кристалла до некоторой более высокой температуры, при нагреве до которой жидкий кристалл переходит в обычную жидкость.
Чем же жидкий кристалл отличается от жидкости и обычного кристалла и чем похож на них? Подобно обычной жидкости, жидкий кристалл обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который он помещен. Этим он отличается от известных всем кристаллов. Однако, несмотря на это свойство, объединяющее его с жид-костью, он обладает свойством, характерным для кри-сталлов. Это - упорядочение в пространстве молекул, образующих кристалл. Правда, это упорядочение не та-кое полное, как в обычных кристаллах, но, тем не менее, оно существенно влияет на свойства жидких кристаллов, чем и отличает их от обычных жидкостей. Неполное про-странственное упорядочение молекул, образующих жид-кий кристалл, проявляется в том, что в жидких кристал-лах нет полного порядка в пространственном располо-жении центров тяжести молекул, хотя частичный порядок может быть. Это означает, что у них нет жесткой кри-сталлической решетки. Поэтому жидкие кристаллы, по-добно обычным жидкостям, обладают свойством текуче-сти.
Обязательным свойством жидких кристаллов, сбли-жающим их с обычными кристаллами, является наличие порядка пространственной ориентации молекул. Такой порядок в ориентации может проявляться, например, в том, что все длинные оси молекул в жидкокристалличе-ском образце ориентированы одинаково. Эти молекулы должны обладать вытянутой формой. Кроме простейше-го названного упорядочения осей молекул, в жидком кристалле может осуществляться более сложный ориентационный порядок молекул.
В зависимости от вида упорядочения осей молекул жидкие кристаллы разделяются на три разновидности: нематические, смектические и холестерические.
Исследования по физике жидких кристаллов и их при-менениям в настоящее время ведутся широким фрон-том во всех наиболее развитых странах мира. Отечествен-ные исследования сосредоточены как в академических, так и отраслевых научно-исследовательских учреждени-ях и имеют давние традиции. Широкую известность и признание получили выполненные еще в тридцатые годы в Ленинграде работы В.К. Фредерикса к В.Н. Цветкова. В последние годы бурного изучения жидких кристаллов отечественные исследователи также вносят весомый вклад в развитие учения о жидких кристаллах в целом и, в частности, об оптике жидких кристаллов. Так, работы И.Г. Чистякова, А.П. Капустина, С.А. Бразовского, С.А. Пикина, Л.М. Блинова и многих других советских иссле-дователей широко известны научной общественности и служат фундаментом ряда эффективных технических приложений жидких кристаллов.
Существование жидких кристаллов было установлено очень давно, а именно в 1888 году, то есть почти столетие назад. Хотя учёные и до 1888 года сталкивались с данным состоянием вещества, но официально его открыли позже.
Первым, кто обнаружил жидкие кристаллы, был авст-рийский ученый-ботаник Рейнитцер. Исследуя новое син-тезированное им вещество холестерилбензоат, он обна-ружил, что при температуре 145°С кристаллы этого ве-щества плавятся, образуя мутную сильно рассеивающую свет жидкость. При продолжении нагрева по достижении температуры 179°С жидкость просветляется, т. е. начина-ет вести себя в оптическом отношении, как обычная жидкость, например вода. Неожиданные свойства холестерилбензоат обнаруживал в мутной фазе. Рассматри-вая эту фазу под поляризационным микроскопом, Рей-нитцер обнаружил, что она обладает двупреломлением. Это означает, что показатель преломления света, т. е скорость света е этой фазе, зависит от поляризации.
9. Жидкое — агрегатное состояние вещества, сочетающее в себе черты твердого состояния (сохранение объема, определенная прочность на разрыв) и газообразного (изменчивость формы). Для жидкости характерны ближний порядок в расположении частиц (молекул, атомов) и малое различие в кинетической энергии теплового движения молекул и их потенциальной энергии взаимодействия. Тепловое движение молекул жидкости состоит из колебаний около положений равновесия и сравнительно редких перескоков из одного равновесного положения в другое, с этим связана текучесть жидкости.
10. Сверхкритический флюид
(СКФ) — агрегатное состояние вещества, при котором исчезает различие между жидкой и газовой фазой. Любое вещество, находящееся при температуре и давлении выше критической точки является сверхкритическим флюидом. Свойства вещества в сверхкритическом состоянии промежуточные между его свойствами в газовой и жидкой фазе. Так, СКФ обладает высокой плотностью, близкой к жидкости, и низкой вязкостью, как и газы. Коэффициент диффузии при этом имеет промежуточное между жидкостью и газом значение. Вещества в сверхкритическом состоянии могут применяться в качестве заменителей органических растворителей в лабораторных и промышленных процессах. Наибольший интерес и распространение в связи с определенными свойствами получили сверхкритическая вода и сверхкритический диоксид углерода.
Одно из наиболее важных свойств сверхкритического состояния - это способность к растворению веществ. Изменяя температуру или давление флюида можно менять его свойства в широком диапазоне. Так, можно получить флюид, по свойствам близкий либо к жидкости, либо к газу. Так, растворяющая способность флюида увеличивается с увеличением плотности (при постоянной температуре). Поскольку плотность возрастает при увеличении давления, то меняя давление можно влиять на растворяющую способность флюида (при постоянной температуре). В случае с температурой завистимость свойств флюида несколько более сложная - при постоянной плотности растворяющая способность флюида также возрастает, однако вблизи критической точки незначительное увеличение температуры может привести к резкому падению плотности, и, соответственно, растворяющей способности. Сверхкритические флюиды неограниченно смешиваются друг с другом, поэтому при достижении критической точки смеси система всегда будет однофазной. Приблизительная критическая температура бинарной смеси может быть рассчитана как среднее арифмитическое от критических параметров веществ Tc(mix) = (мольная доля A) x TcA + (мольная доля B) x TcB.
11. Газообразное — (франц. gaz, от греч. chaos — хаос), агрегатное состояние вещества, в котором кинетическая энергия теплового движения его частиц (молекул, атомов, ионов) значительно превосходит потенциальную энергию взаимодействий между ними, в связи с чем частицы движутся свободно, равномерно заполняя в отсутствие внешних полей весь предоставленный им объем.
12. Плазма — (от греч. plasma — вылепленное, оформленное), состояние вещества, представляющее из себя ионизованный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов равны (квазинейтральность). В состоянии плазмы находится подавляющая часть вещества Вселенной: звезды, галактические туманности и межзвездная среда. Около Земли плазма существует в виде солнечного ветра, магнитосферы и ионосферы. Высокотемпературная плазма (Т ~ 106 — 108К) из смеси дейтерия и трития исследуется с целью осуществления управляемого термоядерного синтеза. Низкотемпературная плазма (Т Ј 105К) используется в различных газоразрядных приборах (газовых лазерах, ионных приборах, МГД-генераторах, плазмотронах, плазменных двигателях и т. д.), а также в технике (см. Плазменная металлургия, Плазменное бурение, Плазменная технология).
13. Вырожденное вещество — является промежуточной стадией между плазмой и нейтрониумом. Оно наблюдается в белых карликах, играет важную роль в эволюции звезд. Когда атомы находятся в условиях чрезвычайно высоких температур и давлений, они теряют свои электроны (они переходят в электронный газ). Другими словами, они полностью ионизованы (плазма). Давление такого газа (плазмы) определяется давлением электронов. Если плотность очень высока, все частицы вынуждены приближаться к друг другу. Электроны могут находится в состояниях с определенными энергиями, причем два электрона не могут иметь одинаковую энергию (если только их спины не противоположны). Таким образом, в плотном газе все нижние уровни энергии оказываются заполненными электронами. Такой газ называется вырожденным. В этом состоянии электроны проявляют вырожденное электронное давление, которое противодействует силам гравитации.
14. Нейтрониум
— агрегатное состояние, в которое вещество переходит при сверхвысоком давлении, недостижимом пока в лаборатории, но существующем внутри нейтронных звёзд. При переходе в нейтронное состояние электроны вещества взаимодействуют с протонами и превращаются в нейтроны. В результате вещество в нейтронном состоянии полностью состоит из нейтронов и обладает плотностью порядка ядерной. Температура вещества при этом не должна быть слишком высока (в энергетическом эквиваленте не более сотни МэВ).
При сильном повышении температуры (сотни МэВ и выше) в нейтронном состоянии начинают рождаться и аннигилировать разнообразные мезоны. При дальнейшем повышении температуры происходит деконфайнмент, и вещество переходит в состояние кварк-глюонной плазмы. Оно состоит уже не из адронов, а из постоянно рождающихся и исчезающих кварков и глюонов.
15. Кварк-глюонная плазма
(хромоплазма) — агрегатное состояние вещества в физике высоких энергий и физике элементарных частиц, при котором адронное вещество переходит в состояние, аналогичное состоянию, в котором находятся электроны и ионы в обычной плазме.
Обычно вещество в адронах находится в так называемом бесцветном («белом») состоянии. То есть, кварки различных цветов компенсируют друг друга. Аналогичное состояние есть и у обычного вещества — когда все атомы электрически нейтральны, то есть,
положительные заряды в них компенсированы отрицательными. При высоких температурах может происходить ионизация атомов, при этом заряды разделяются, и вещество становится, как говорят, «квазинейтральным». То есть, нейтральным остаётся всё облако вещества в целом, а отдельные его частицы нейтральными быть перестают. Точно так же, по-видимому, может происходить и с адронным веществом — при очень высоких энергиях, цвет выходит на свободу и делает вещество «квазибесцветным».
Предположительно, вещество Вселенной находилось в состоянии кварк-глюонной плазмы в первые мгновения после Большого Взрыва. Сейчас кварк-глюонная плазма может на короткое время образовываться при соударениях частиц очень высоких энергий.
Кварк-глюонная плазма была получена экспериментально на ускорителе RHIC Брукхейвенской национальной лаборатории в 2005 году. Максимальная температура плазмы в 4 триллиона градусов Цельсия была получена там же в феврале 2010 года.
16. Странное вещество
— агрегатное состояние, при котором материя сжимается до предельных значений плотности, оно может существовать в виде "кваркового супа". Кубический сантиметр вещества в этом состоянии будет весить миллиарды тонн; к тому же он будет превращать любое нормальное вещество, с которым соприкоснётся, в ту же "странную" форму с выбросом значительного количества энергии.
Энергия, которая может выделиться при превращении вещества ядра звезды в "странное вещество", приведёт к сверхмощному взрыву "кварковой новой", - и, по мнению Лихи и Уйеда, именно его астрономы в сентябре 2006 года и наблюдали.
Процесс образования этого вещества начался с обычной сверхновой, в которую обратилась массивная звезда. В результате первого взрыва образовалась нейтронная звезда. Но, по мнению Лихи и Уйеда, просуществовала она очень недолго, - по мере того, как её вращение казалось затормозилось её собственным магнитным полем, она начала сжиматься ещё сильнее, с образованием сгустка "странного вещества", что привело к ещё более мощному, нежели при обычном взрыве сверхновой, выбросу энергии - и внешних слоёв вещества бывшей нейтронной звезды, разлетавшихся в окружающее пространство со скоростью, близкой к скорости света.
17. Сильно симметричное вещество
— это вещество, сжатое до такой степени, при которой микрочастицы внутри него наслаиваются друг на друга, а само тело коллапсирует в чёрную дыру. Термин «симметрия» объясняется следующим: Возьмём известные всем со школьной скамьи агрегатные состояния вещества - твёрдые, жидкие, газообразные. Для определённости в качестве твёрдого вещества рассмотрим идеальный бесконечный кристалл. В нём существует определённая, так называемая дискретная симметрия относительно переноса. Это означает, что, если сдвинуть кристаллическую решётку на расстояние, равное интервалу между двумя атомами, в ней ничего не изменится - кристалл совпадет сам с собой. Если же кристалл расплавить, то симметрия получившейся из него жидкости будет иной: она возрастёт. В кристалле равноценными были только точки, удалённые друг от друга на определённые расстояния, так называемые узлы кристаллической решётки, в которых находились одинаковые атомы.
Жидкость же однородна по всему объёму, все её точки неотличимы одна от другой. Это означает, что жидкости можно смещаться на любые произвольные расстояния (а не только на какие-то дискретные, как в кристалле) или поворачиваться на любые произвольные углы (чего в кристаллах делать нельзя вообще) и она будет совпадать сама с собой. Степень её симметрии выше. Газ ещё более симметричен: жидкость занимает определённый объём в сосуде и наблюдается асимметрия внутри сосуда, где жидкость есть, и точки, где её нет. Газ же занимает весь предоставленный ему объём, и в этом смысле все её точки неотличимы одна от другой. Всё же здесь было бы правильнее говорить не о точках, а о малых, но макроскопических элементах, потому что на микроскопическом уровне отличия всё-таки есть. В одних точках в данный момент времени имеются атомы или молекулы, а в других нет. Симметрия наблюдается только в среднем, либо по некоторым макроскопическим параметра объёма, либо по времени.
Но мгновенной симметрии на микроскопическом уровне здесь по-прежнему ещё нет. Если же вещество сжимать очень сильно, до давлений которые в обиходе недопустимы, сжимать так, что атомы были раздавлены, их оболочки проникли друг в друга, а ядра начали соприкасаться, возникает симметрия и на микроскопическом уровне. Все ядра одинаковы и прижаты друг к другу, нет не только межатомных, но и межъядерных расстояний и вещество становится однородным (странное вещество).
Но есть ещё субмикроскопический уровень. Ядра состоят из протонов и нейтронов, которые двигаются внутри ядра. Между ними тоже есть какое-то пространство. Если продолжать сжимать так, что будут раздавлены и ядра, нуклоны плотно прижмутся друг к другу. Тогда и на субмикроскопическом уровне появится симметрия, которой нет даже внутри обычных ядер.
Из сказанного можно усмотреть вполне определённую тенденцию: чем выше температура и больше давление, тем более симметричным становится вещество. Исходя из этих соображений сжатое до максимума вещество именуется сильно симметричным.
18. Слабо симметричное вещество — состояние, противоположное сильно симметричному веществу по своим свойствам, присутствовавшее в очень ранней Вселенной при температуре близкой к планковской, возможно, через 10-12 секунд после Большого Взрыва, когда сильные, слабые и электромагнитные силы представляли из себя единую суперсилу. В этом состоянии вещество сжато до такой степени, что его масса переходит в энергию, которая начинает инфлуировать, то есть неограниченно расширяться. Достичь энергий для экспериментального получения суперсилы и перевода вещества в эту фазу в земных условиях пока невозможно, хотя такие попытки предпринимались на Большом Адронном Коллайдере с целью изучения ранней вселенной. Ввиду отсутствия в составе суперсилы, образующей это вещество, гравитационного взаимодействия, суперсила является не достаточно симметричной в сравнении с суперсимметричной силой, содержащей все 4 вида взаимодействий. Поэтому данное агрегатное состояние и получило такое название.
19. Лучевое вещество
— это, по сути дела, уже совсем не вещество, а в чистом виде энергия. Однако именно это гипотетическое агрегатное состояние примет тело, достигшее скорости света. Также его можно получить, разогрев тело до планковской температуры (1032К), то есть разогнав молекулы вещества до скорости света. Как следует из теории относительности, при достижении скорости более 0,99 с, масса тела начинает расти гораздо быстрее, нежели при "обычном" ускорении, кроме того тело удлиняется, разогревается, то есть начинает излучать в инфракрасном спектре. При пересечении порога 0,999 с, тело кардинально видоизменяется и начинает стремительный фазовый переход вплоть до лучевого состояния. Как следует из формулы Эйнштейна, взятой в полном виде, растущая масса итогового вещества складывается из масс, отделяющихся от тела в виде теплового, рентгеновского, оптического и других излучений, энергия каждого из которых описывается следующим членом в формуле. Таким образом, тело приблизившееся к скорости света начнет излучать во всех спектрах, расти в длину и замедляться во времени, утоньшаясь до планковской длины, то есть по достижении скорости с, тело превратится в бесконечно длинный и тонкий луч, двигающийся со скоростью света и состоящий из фотонов, не имеющих длины, а его бесконечная масса полностью перейдет в энергию. Поэтому такое вещество и называется лучевым.
Энтальпия (Н) – функция состояния, приращение которой равно теплоте, полученной системой в изобарном процессе.
Термодинамическая работа и количество теплоты не являются функциями состояния, так как их значение определяется видом процесса, в результате которого система изменила своё состояние.
Внутренняя энергия тела может изменяться только в результате его взаимодействия с другими телами. Существует два способа изменения внутренней энергии: теплопередача и совершение механической работы (например, нагревание при трении или при сжатии, охлаждение при расширении).
Теплопередача - это изменение внутренней энергии без совершения работы: энергия передается от более нагретых тел к менее нагретым. Теплопередача бывает трех видов: теплопроводность (непосредственный обмен энергией между хаотически движущимися частицами взаимодействующих тел или частей одного и того же тела); конвекция (перенос энергии потоками жидкости или газа) и излучение (перенос энергии электромагнитными волнами). Мерой переданной энергии при теплопередаче является количество теплоты (Q)
Работа (W)- одна из форм обмена энергией (наряду с теплотой) термодинамической системы (физического тела) с окружающими телами; количественная характеристика преобразования энергии в физических процессах, зависит от вида процесса; работа системы положительна, если она отдает энергию, и отрицательна, если получает.
Типы термодинамических систем:
1. Изолированной системой называется такая система, которая не обменивается со средой ни веществом, ни энергией (∆m=0, ∆E=0)
2. Закрытой системой называется такая система, которая не обменивается со средой веществом, но может обмениваться энергией (∆m=0, ∆E≠0)
3. Открытой системой называется такая система, которая может обмениваться со средой как веществом, так и энергией (∆m≠0, ∆E≠0) – пример: живая клетка
Переход системы из одного состояния в другое называется процессом.
Типы термодинамических процессов:
· изобарный , p = const ; например нагревание песка, воды или камней под действием солнечных лучей;
· изохорный , V = const , например, скисание молока в стеклянной бутылке;
· изотермический , T = const , например, надувание воздушного шарика;
· адиабатический , когда не происходит ни выделения, ни поглощения тепла, т. е. ΔQ =0, например нагревание и остывание воздушных масс.
Стандартное состояние - в термохимии, состояние вещества, в котором оно находится при температуре 298,15 К и давлении 101,325 кПа (760 мм ртутного столба)
2. Первое начало термодинамики. Энтальпия. Стандартная энтальпия образования вещества, стандартная энтальпия сгорания вещества. Стандартная энтальпия реакции. Закон Гесса. Применение первого начала термодинамики к биосистемам.
Первое начало термодинамики представляет собой строгую количественную основу для анализа энергетики различных систем. Для его формулировки необходимо ввести следующие понятия:
Под состоянием понимают совокупность свойств системы, позволяющих определить систему с точки зрения термодинамики.
Состояние системы называется равновесным , если все свойства остаются постоянными в течение как угодно большого промежутка времени и в системе отсутствуют потоки вещества и энергии.
Если свойства системы постоянны во времени, но имеются потоки вещества и энергии, состояние называется стационарным .
Если свойства системы меняются со временем, состояние называется переходным .
Изменение внутренней энергии системы ∆Е обусловлено работой W, которая совершается при взаимодействии системы со средой, и передачей теплоты Q между средой и системой. Соотношение между этими величинами составляет содержание 1-ого начала термодинамики:
Приращение внутренней энергии системы ∆Е в некотором процессе равно теплоте Q, полученной системой, плюс работа W, совершенная над системой в этом процессе: ∆E=Q+W (все величины измеряются в Джоулях)
Энтальпия – функция состояния, приращение которой равно теплоте, полученной системой в изобарном процессе (H=E+pV, где р – давление, а V – объём системы). Изменение энтальпии (или тепловой эффект химической реакции) не зависит от пути процесса, определяясь только начальным и конечным состоянием системы. Если система каким-либо путём возвращается в исходное состояние (круговой процесс), то изменение любого её параметра, являющегося функцией состояния, равно нулю, отсюда ΔH = 0
Энтальпией образования соединения А называется изменение энтальпии системы ∆Н А, сопровождающее образование 1 моль соединения А из простых веществ.
Стандартная энтальпия сгорания - ΔH гор о, тепловой эффект реакции сгорания одного моля вещества в кислороде до образования оксидов в высшей степени окисления. Теплота сгорания негорючих веществ принимается равной нулю.
