Макроскопическая шкала - Macroscopic scale

Макроскопический масштаб является масштабом длины , на которых объекты или явления , достаточно , чтобы быть видимыми с большими невооруженным глазом , без увеличительных оптических приборов . Это противоположно микроскопическому .

Обзор

Применительно к физическим явлениям и телам макроскопическая шкала описывает вещи так, как человек может их непосредственно воспринимать без помощи увеличительных устройств. Это контрастирует с наблюдениями ( микроскопия ) или теориями ( микрофизика , статистическая физика ) объектов с геометрической длиной меньше, чем, возможно, несколько сотен микрометров .

Макроскопический вид мяча - это всего лишь мяч. Под микроскопом можно увидеть толстую круглую кожу, которая, по-видимому, полностью состоит из сморщенных трещин и трещин (при просмотре в микроскоп ) или, в более низком масштабе, скопления молекул примерно сферической формы (при просмотре в электронный микроскоп ). Примером физической теории, которая сознательно придерживается макроскопической точки зрения, является термодинамика . Примером темы, которая простирается от макроскопической до микроскопической точки зрения, является гистология .

Не совсем различие между макроскопической и микроскопической, классическая и квантовая механика - это теории, которые различаются несколько иначе. На первый взгляд можно подумать, что они отличаются просто размером объектов, которые они описывают, классические объекты считаются гораздо большими по массе и геометрическим размерам, чем квантовые объекты, например футбольный мяч по сравнению с мелкой частицей пыли. Более тонкое рассмотрение отличает классическую механику от квантовой на том основании, что классическая механика не может признать, что материя и энергия не могут быть разделены на бесконечно малые части, так что в конечном итоге тонкое разделение обнаруживает несводимые гранулярные особенности. Критерием тонкости является то, описываются ли взаимодействия в терминах постоянной Планка . Грубо говоря, классическая механика рассматривает частицы в математически идеализированных терминах, даже таких тонких, как геометрические точки без величины, но все еще имеющие конечные массы. Классическая механика также считает математически идеализированные протяженные материалы геометрически непрерывно существенными. Такие идеализации полезны для большинства повседневных вычислений, но могут полностью потерпеть неудачу для молекул, атомов, фотонов и других элементарных частиц. Во многих отношениях классическую механику можно рассматривать в основном как макроскопическую теорию. В гораздо меньшем масштабе атомов и молекул классическая механика может потерпеть неудачу, и тогда взаимодействия частиц будут описаны квантовой механикой. Рядом с абсолютным минимумом температуры , то конденсат Бозе-Эйнштейна имеет влияние на макроуровне описание , что спрос квантовой механики.

В проблеме квантового измерения вопрос о том, что составляет макроскопический и что составляет квантовый мир, остается нерешенным и, возможно, неразрешимым. Связанный с этим принцип соответствия можно сформулировать так: каждое макроскопическое явление можно сформулировать как проблему квантовой теории. Таким образом, нарушение принципа соответствия обеспечит эмпирическое различие между макроскопическим и квантовым.

В патологии макроскопическая диагностика обычно включает грубую патологию , в отличие от микроскопической гистопатологии .

Термин «мегаскопический» является синонимом. «Макроскопический» может также относиться к «большему виду», а именно виду, доступному только с большой перспективы (гипотетический «макроскоп» ). Макроскопическое положение можно рассматривать как «большую картину».

Физика высоких энергий в сравнении с физикой низких энергий

Физика элементарных частиц , имеющая дело с мельчайшими физическими системами, также известна как физика высоких энергий . Физика больших масштабов длины , включая макроскопический масштаб, также известна как физика низких энергий . Интуитивно может показаться неправильным связывать «высокую энергию» с физикой очень маленьких систем с низкой массой и энергией , таких как субатомные частицы. По сравнению, один грамм из водорода , макроскопической системы, имеет ~В 6 × 10 23 раз больше массы и энергии отдельного протона , что является центральным объектом исследования в физике высоких энергий. Даже весь пучок протонов, циркулирующий в Большом адронном коллайдере , эксперименте по физике высоких энергий, содержит ~3,23 × 10 14 протонов, каждый с6,5 × 10 12  эВ энергии для полной энергии пучка ~2,1 × 10 27  эВ или ~ 336,4 МДж , что все еще составляет ~В 2,7 × 10 5 раз меньше, чем масса-энергия одного грамма водорода. Тем не менее, макроскопическая область - это «физика низких энергий», а область квантовых частиц - «физика высоких энергий».

Причина этого в том, что «высокая энергия» относится к энергии на уровне квантовой частицы . Хотя макроскопические системы действительно имеют большее суммарное энергосодержание, чем любая из составляющих их квантовых частиц, не может быть никакого эксперимента или другого наблюдения этой полной энергии без извлечения соответствующего количества энергии из каждой из квантовых частиц, что в точности является областью физика высоких энергий. Ежедневные опыты с материей и Вселенной характеризуются очень низкой энергией. Например, энергия фотона из видимого света составляет примерно от 1,8 до 3,2 эВ. Точно так же энергия диссоциации связи углерод-углерод составляет около 3,6 эВ. Это шкала энергии, проявляющаяся на макроскопическом уровне, например, в химических реакциях . Даже фотоны с гораздо большей энергией, гамма-лучи, образующиеся при радиоактивном распаде , имеют энергию фотонов, которая почти всегда находится между10 5  эВ и10 7  эВ - все еще на два порядка меньше, чем масса-энергия отдельного протона. Гамма-лучи радиоактивного распада считаются частью ядерной физики , а не физики высоких энергий.

Наконец, при достижении уровня квантовой частицы обнаруживается область высоких энергий. Протон имеет массу-энергию ~9,4 × 10 8  эВ ; некоторые другие массивные квантовые частицы, как элементарные, так и адронные , имеют еще более высокие массы-энергии. Квантовые частицы с более низкими массами-энергиями также являются частью физики высоких энергий; они также имеют массу-энергию, которая намного выше, чем в макроскопическом масштабе (например, электроны ), или в равной степени участвуют в реакциях на уровне частиц (таких как нейтрино ). Релятивистские эффекты , такие как в ускорителях частиц и космических лучах , могут дополнительно увеличивать энергию ускоренных частиц на много порядков, а также общую энергию частиц, исходящих от их столкновения и аннигиляции .

Смотрите также

использованная литература