Понятие «фрактальный объект» или «фрактал».

Фрактальными объектами называют такие объекты, которые обладают свойством самоподобия. Это означает, что малый фрагментструктуры такого объекта подобен другому более крупному фрагменту или даже всей структуре в целом.

К фрактальным объектам можно отнести кучевое облако, береговую линию реки, ракушку и т.п.Свойство фрактальности имеет глубинные культурные, философские и научные аналоги. Так, согласно монадологии Лейбница, каждая монада отражает как в зеркале свойства мира в целом. Или высказывания типа, “каков человек, таково и общество”.

Детерминированный хаос – это закономерное и многократное чередование порядка и хаоса. Для синергетики характерно представление о хаосе как о таком же закономерном этапе развития, как и порядок.

“Нужно носить в себе еще хаос, чтобы быть в состоянии родить танцующую звезду” (Ф.Ницше).

Мы уже говорили, что предметом синергетики являются универсальные механизмы самоорганизации. Сейчас же настало время рассмотреть некоторые из них.

Структурная общность, то есть единая симметрия форм, образующихся в живой и неживой природе в результате процессов самоорганизации. Например, спиралевидные формы, которые мы можем наблюдать как спиральные рукава нашей галактики (Млечный Путь), спиральные вихри циклонов в атмосфере Земли, спиральная форма раковин многих моллюсков, спирально закрученные рога многих копытных, спиральная форма ДНК и т.д.

Аналогичную общность и широкое распространение имеет структура шестигранных ячеек. Проявление этой структуры мы можем найти в пчелиных сотах, снежинках, перистых облаках, в географическом распределении населения по территории и т.д.

Синергетика показывает необходимость образования в процессах самоорганизации именно таких структур.

Следующим механизмом является функциональная общность процессов самоорганизации. Устойчивость процессов самоорганизации поддерживается благодаря следованию законам ритма, циклическойсмены состояний: подъем – застой – спад – подъем и т.д. И человек, и общество, и природа – все подчиняется этим ритмам. Например, раздувание и сжатие наблюдаемой Вселенной, смена активности (бодрствования и сна) у человека и животных, колебания творческой активности у человека, чередования политических и экономических подъемов и спадов в обществе и т.д.

Третьим крупным механизмом самоорганизации является случайность как элемент мира. Случайность, которая играет особую, творческую роль в процессах самоорганизации, случайность, которая творит новую структуру.

Выделяют два вида случайности:

1. случайность, которая дает начало направленной эволюции системы. Здесь необходимость рождается на базе случайности.

2. Случайность, которая дополняет необходимость, представляет собой форму ее проявления. Это традиционное философское понимание случайности.

Мы уже видели, что хаос, беспорядок, случайность необходимы для возникновения нового. Как правило, всякий процесс развитиясопровождается огромным фоном случайностей. Когда и какой случайности удастся стать существенной, прорваться с малого масштаба в масштаб системы в целом? Инициирующим началом самоструктурирования системы является малая случайность (флуктуация), одна из общего фона случайностей, которым сопровождается любой процесс. Для объяснения перехода от хаоса к порядку И.Пригожин вводит принцип “порядок через флуктуации”. В открытых, нелинейных системах обязательно существуют диссипативные структуры, осуществляющие процесс диссипации, то есть процесс уничтожения, выжигания всего лишнего и оставления лишь того, что образует, выстраивает новую структуру. Хаос, как это ни странно, конструктивен в самой своей разрушительности и через нее. Хаос есть важнейшее свойство процессов самоорганизации, необходимое для выхода на аттрактор, для создания новой структуры. Чтобы случайность могла прорваться в масштаб системы, необходимое особое состояние системы. Это состояние называют неустойчивостью. Состояние неустойчивости системы означает ее чувствительность к малейшим флуктуациям (случайностям). Простейшие примеры неустойчивости: положение мяча, находящегося на вершине горки, где любое малейшее отклонение может привести мяч к падению вниз; неустойчивое положение карандаша, который пытались поставить на острие, революционная ситуация в обществе и т.п. Неустойчивость – это то, что приводит к коренным перестройкам нелинейной открытой системы. Если нет неустойчивости, то нет и развития. Иначе говоря, развитие происходит через неустойчивость, через бифуркации, через случайность.

Синергетика и управление.

Традиционный, господствующий до настоящего времени подход куправлению природными и социальными процессами соответствовал схеме: управляющее воздействие – желаемый результат. Причем, чем больше прилагаешьусилий, тем больше как будто бы отдача. Однако, такое представление о процессе управления не только упрощенно, но и опасно. Оно, к примеру, привело нашу страну к глубокому экологическому и социальному кризису. Наша жизнь показала, что стремление к предельной планомерности, заорганизованности, централизации сверху привело к обратному, непредсказуемому результату, трудно преодолимому кризису. Знание законов синергетики (самоорганизации) сложных систем вселяет в человека новые надежды и дает новые перспективы.

Во-первых, раз существует множество путей развития, то значит путь развития не предопределен, не единственен. У человечества есть право выбора лучшего, оптимального для него пути развития. Оптимальный путь развития надо выбирать, его надо вычислять и им надо управлять.

Во-вторых, хотя путей развития системы и много, но их количество все же не бесконечно. Знание ограничений, то есть того, что в принципе нельзяосуществить в данной системе - это само по себе очень ценное знание. Так, человек знает, что нельзя изобрести вечный двигатель, черпать энергию из ничего и т.д. И тогда человек уже не будет тратить материальные ресурсы и время, собственные усилия впустую.

В-третьих, человек может рассчитать желательные, оптимальныеи осуществимые “сценарии” развертывания событий и контуры будущего. Зная будущее желательное состояние и способы следования естественным тенденциям самоорганизующейся системы, человек может сократить время выхода на аттрактор будущей формыорганизации. Тем самым можно избежать многих зигзагов эволюционного пути, то есть ускорить эволюцию.

Но каким же образом этого достичь? В каждом процессе развития открытой системы есть определенная стадия, где система особенночувствительна к воздействиям, согласованным с ее внутренними свойствами (резонансные воздействия). Резонансное воздействие, по сути дела, означает, что важна не величина, не сила воздействия на систему, а его правильная пространственно-временная организация, “архитектура”. Слабое, но резонансное воздействие, как правило, очень эффективно. Если мы будем “укалывать” систему в нужное время и в нужном месте, согласно ее собственным структурам возбуждения, то она будет развертывать перед нами желаемые формы и структуры.

Этот подход к управлению имеет универсальное значение. Исходя из него, можно ответить на вопрос, каковы эффективные способы воздействия человека на природу. Вплоть до настоящего времени отношение человека к природе строилось как внешнее воздействие, покорение, насилие (например, Ф.Бэкон: “знание – господство человека над природой, знание – эксплуатация природы….”). В соответствии с положениями синергетики необходимо ориентироваться на собственные, естественные тенденции развития природы, старатьсяпопадать с ними в резонанс.

Парадокс И.Пригожина.

В конце своей жизни в интервью журналу «Эксперт» (декабрь 2000 г.) Пригожин заявил, что «мы приближаемся сейчас к такой точке бифуркации, после прохождения которой человечество окажется на одной из нескольких вероятных траекторий. Главный фактор – информационно-технический бум. Мы подходим к созданию «сетевого общества», в котором люди будут связаны между собой так, как никогда ранее… На что будет походить сетевое общество – на большой механически организованный муравейник или на общество свободных людей?» И далее он уточняет, что потеря свободы человечеством кажется не лучшим выходом из новой бифуркации; правда и мир, в котором все решает случай, вряд ли кого устроит. Следуя его мысли, можно поставить ряд вопросов. Где лежит компромисс между этими крайностями? Возможна ли иная, третья, альтернатива? Ответа никто дать не может. Можно лишь предположить, что процессы глобализации и сетевизации общественных структур ведут не только к жесткой упорядоченности социальных связей, но и значительному повышению роли отдельных личностей в истории. Так было всегда и, вероятно, будет в дальнейшем.

Из рассмотренного выше парадокса И.Пригожина вытекает, что увеличение свободы на микроуровне ограничивает возможности управления системой на макроуровне. И, наоборот, увеличение возможностей управления на макроуровне социума потребует резкого ограничения свободы на микроуровне.

Лекция № 15. Симметрия законов природы.

К слову «симметрия» мы привыкаем с детства, и кажется, что в этом ясном понятии ничего загадочного быть не может. Если стать в центре здания и слева от вас окажется то же количество этажей, колонн, окон, что и справа, значит здание симметрично. Если бы можно было перегнуть его по центральной оси, то обе половинки дома совпали бы при наложении. Такая симметрия получила название зеркальной. Этот вид симметрии весьма популярен в животном царстве, сам человек скроен по ее канонам.

В этом понимании симметрия означает неизменность предмета при отражении в зеркале или при отражении в центре.

Наиболее удачным может считаться остроумное определение немецкого математика Германа Вейля (1885-1955), согласно которому, симметричным называется такой предмет, с которым можно проделать какую-то операцию, получив в итоге первоначальное состояние. В случае зеркальной симметрии меняются правая и левая части предмета, а при поворотной симметрии переставляются его части.

Будем понимать под симметрией неизменность не только предметов, но и физических явлений, и не только при отражении, но и вообще при какой-либо операции – при переносе установки из одного места в другое или при изменении момента отсчёта времени.

Выделяют понимание симметрии в узком и в широком смысле.

В узком смысле «симметричное обозначает нечто, обладающее хорошим соотношением пропорций, а симметрия – тот вид согласованности отдельных частей, который объединяет их в целое. Красота тесно связана с симметрией», - писал Г.Вейль в книге «Этюды о симметрии».

В широком смысле симметрия – это понятие, отображающее существующий в объективной действительности порядок, определенное равновесное состояние, относительную устойчивость, пропорциональность и соразмерность между частями целого.

Мы воспринимаем как совершенно естественный тот факт, что законы физики совершенно одинаковы в Москве, Калуге и Лос-Анджелесе. Природа, точнее ее законы, обладает одним из видов симметрии — однородностью пространства: все точки пространства равноправны.

Но в пространстве взаимозаменяемы не только отдельные точки, но и группы точек — целые направления. Другими словами, если бы вдруг вся вселенная со всеми неисчислимыми звездными мирами плавно повернулась бы на какой-то угол, законы природы ни на йоту не изменились бы. Такое равноправие направлений, или, как говорят ученые, изотропность пространства, тоже вид симметрии. Законы природы симметричны не только относительно пространства, но и относительно времени.

К геометрической форме симметрии (внешние симметрии) относятся свойства пространства – времени, такие как однородность пространства и времени, изотропность пространства, эквивалентность инерциальных систем отсчета и т.д.

К динамической форме относятся симметрии (внутренние симметрии), выражающие свойства физических взаимодействий, например, симметрии электрического заряда, симметрии спина и т.п.

Калибровочные симметрии. Важным понятием в современной физике является понятие калибровочной симметрии. Калибровочные симметрии связаны с инвариантностью относительно масштабных преобразований. Сам термин «калибровка» происходит из жаргона железнодорожников, где он означает переход с узкой колеи на широкую. Под калибровкой, таким образом, первоначально понималось именно изменение масштаба.

Рассмотрим сначала, как проявляется самая простая геометрическая симметрия – ОДНОРОДНОСТЬ (эквивалентность всех точек) и ИЗОТРОПНОСТЬ (эквивалентность всех направлений) ПРОСТРАНСТВА. Эта симметрия означает, что любой физический прибор – часы, телевизор, телефон – должен работать одинаково в различных точках пространства, если не изменяются окружающие физические условия. То же самое относится и к повороту прибора. Например, если вы проводите какой-то эксперимент и после этого решаете повернуть вашу установку и повторить опыт, должны действовать те же самые законы. Этот принцип известен под названием ВРАЩАТЕЛЬНОЙ СИММЕТРИИ. Он означает, что законы физики трактуют все возможные НАПРАВЛЕНИЯ как равноправные.

Роль симметрии состоит в возможности восстановления свойств по косвенным признакам, что гораздо проще прямого подхода. Так, для изучения законов физики в созвездии Андромеды можно было бы направить туда экспедицию. Но косвенный подход с использованием закона симметрии при сдвиге места действия куда проще.

Ещё одна важная геометрическая симметрия – ОДНОРОДНОСТЬ ВРЕМЕНИ. Все физические законы протекают одинаково, когда бы они ни начались. Так, электроны в атомах далёких звёзд движутся в том же ритме, что и на Земле, - частота испускаемого ими света такая же, несмотря на то, что свет был испущен миллиарды лет тому назад.

Законы природы НЕ ИЗМЕНЯЮТСЯ И ОТ ЗАМЕНЫ НАПРАВЛЕНИЯ ТЕЧЕНИЯ ВРЕМЕНИ НА ОБРАТНОЕ ТЕЧЕНИЕ. Это означает, что взгляд назад являет такую же картину, как и взгляд вперёд. Так ли это? Яйцо, упавшее со стола, растекается, и никогда белок и желток не собираются обратно в скорлупу и не «прыгают» обратно на стол. И, тем не менее, молекулы в принципе могут случайно так согласовать свои движения, что невероятное свершится. В малом масштабе явления такого рода происходят с большой вероятностью: молекулы в малом объёме газа под влиянием столкновений то стекаются вместе, то растекаются так, что их плотность только в среднем является постоянной.

Существует еще и геометрическая ЗЕРКАЛЬНАЯ СИММЕТРИЯ – волчок, закрученный направо, ведёт себя так же, как закрученный налево, единственная разница в том, что фигуры движения правого волчка будут зеркальным отражением фигур левого.

Если объект может быть как зеркально симметричным, так и зеркально асимметричным как, например, левая и правая перчатка, то это его свойство зеркальной симметрии называется хиральностью (от греческого слова cheiros – рука).

СИММЕТРИЯ СРТ (це-пе-те) или СРТ-теорема, состоит в том, что процессы в природе не меняются (симметричны) при одновременном проведении трех преобразований: 1.Замене частиц античастицами (замена заряда на противоположный); 2.Зеркальном отражении, т.е. замене координат r на (- r), к примеру, правого направления на левое (пространственная инверсия, P) и 3.Замене времени, прошлого на будущее, t на - t (обращение времени, T).

СРТ-теорема была сформулирована и доказана в работах немецкого физика Г. Людерса (р.1920) и швейцарского физика В. Паули (1900-1958). Она вытекает из основных принципов квантовой теории поля. Если в природе происходит некоторый процесс, то в силу СРТ-теоремы с той же вероятностью в ней может происходить и процесс с соответствующими заменами.

А.Эйнштейн обнаружил, что все явления природы инвариантны относительно сдвигов, поворотов и отражений в ЧЕТЫРЁХМЕРНОМ ПРОСТРАНСТВЕ-ВРЕМЕНИ. СИММЕТРИЯ ПРОСТРАНСТВА-ВРЕМЕНИ ЯВЛЯЕТСЯ ВСЕОБЩЕЙ, все явления природы - физические, химические, биологические - не изменяются при таких поворотах. Ему удалось это сделать после глубокого и не сразу принятого современниками пересмотра привычных представлений о ПРОСТРАНСТВЕ и ВРЕМЕНИ.

Согласно специальному принципу относительности Эйнштейна, все физические законы имеют одинаковый вид в любых инерциальных системах отсчета. Это означает, что они симметричны (инвариантны) относительно перехода от одной инерциальной системы к другой.

Важнейшее следствие симметрии состоит в том, как уже упоминалось выше, что КАЖДОЙ СИММЕТРИИ СООТВЕТСТВУЕТ СВОЙ ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ.

Момент импульса (кинетический момент, угловой момент, орбитальный момент, момент количества движения) характеризует количество вращательного движения. Величина, зависящая от того, сколько массы вращается, как она распределена относительно оси вращения и с какой скоростью происходит вращение.

Следует учесть, что вращение здесь понимается в широком смысле, не только как регулярное вращение вокруг оси. Например, даже при прямолинейном движении тела мимо произвольной воображаемой точки, оно также обладает моментом импульса. Наибольшую роль момент импульса играет при описании собственно вращательного движения.

Момент импульса замкнутой системы сохраняется.

Момент импульса частицы относительно некоторого начала отсчёта определяется векторным произведением ее радиус-вектора и импульса:

где r — радиус-вектор частицы относительно выбранного неподвижного в данной системе отсчета начала отсчёта, p — импульс частицы.

В системе СИ момент импульса измеряется в единицах джоуль-секунда; (Дж·с.)

Из определения момента импульса следует его аддитивность.

Закон сохранения момента импульса (закон сохранения углового момента) — векторная сумма всех моментов импульса относительно любой оси для замкнутой системы остается постоянной в случае равновесия системы. В соответствии с этим, момент импульса замкнутой системы относительно любой неподвижной точки не изменяется со временем.

Изотропность— одно из ключевых свойств пространства в классической механике. Пространство называется изотропным, если поворот системы отсчета на произвольный угол не приведет к изменению результатов измерений.

Изотропность пространства означает, что в пространстве нет какого-то выделенного направления, относительно которого существует «особая» симметрия, все направления равноправны.

Следует отличать изотропность от однородности пространства.

Однородность пространства означает, что все точки пространства равноправны, поэтому рассматриваемый эксперимент не зависит от нашего выбора точки отсчета.

Однородность— одно из ключевых свойств пространства в классической механике. Пространство называется однородным, если параллельный перенос системы отсчета не влияет на результат измерений.

3) закон сохранения энергииесть следствиеоднородности времени. Величина энергии системы не зависит от выбора начала отсчёта во времени (можно сдвигать как в прошлое, так и в будущее).

Закон сохранения энергии (закон Майера) — фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что энергия изолированной (замкнутой) системы сохраняется во времени. Другими словами, энергия не может возникнуть из ничего и не может исчезнуть бесследно, она может только переходить из одной формы в другую.

В теореме Нётер рассматривается пространство и время классической механики, подчиняющееся геометрии Евклида. Подразумеваются изолированные системы отсчёта.

Понятие асимметрии.

Противоположным симметрии понятием является понятие асимметрии, которое отражает существующее в объективном мире нарушение порядка, равновесия, относительной устойчивости, пропорциональности и соразмерности между отдельными частями целого, связанное с изменением, развитием и организационной перестройкой. Уже отсюда следует, что асимметрия может рассматриваться как источник развития, эволюции, образования нового.

Формы симметрии являются одновременно и формами асимметрии. Так геометрические асимметрии выражают неоднородность пространства – времени, анизотропность пространства и т.д. Динамические асимметрии проявляются в различиях между протонами и нейтронами в электромагнитных взаимодействиях, различие между частицами и античастицами (по электрическому, барионному зарядам) и т.д.

Довольно загадочным является тот факт, что в этом симметричном, мире несимметричность не только существует, но и играет весьма важную роль. Все симметричное в природе считают отражением фундаментальных качеств мира, а несимметричное — игрой случая.

Оказывается, человеческое лицо не совсем симметрично. Некоторые отклонения от стандарта и мертвой геометрии делают лицо гораздо более выразительным. Австралийский врач Д. С. Хейес объяснил, например, улыбку Моны Лизы (Джаконды) оригинальной несимметричностью ее лица.

Откуда же взялась эта неправильность в мире, полностью, казалось бы, основанном на симметрии? Прищур глаз или непрямолинейность носа еще могут быть объяснены случайными причинами, ну, а разница между руками или полушариями головного мозга?

«Праволапость» присуща не только людям, но и некоторым животным. «Правши» и «левши» обнаружены и в мире растений. Могут быть левыми и правыми листья, цветы, иголки и даже корни. Оказалось, что они обладают разными качествами. Селекционеры заметили, что несимметричные растения более жизнеспособны, и вывели новые урожайные морозоустойчивые сорта.

Внешне симметричные полушария головного мозга различаются по своим функциям: левое полушарие отвечает за логические и абстрактно-рациональные способности, а левое – за чувственно-образное восприятие. Явно асимметричным признаком является разделение полов – достаточно «позднее приобретение» эволюции, причем каждый пол вносит в процесс воспроизведения свою генетическую информацию.

Симметрия и асимметрия живого проявляются и в важнейших факторах эволюции. Так в устойчивости видов (наследственность) проявляется симметрия, а в их изменчивости – асимметрия.

Факторами возникновения асимметрии могли быть радиация, температура, давление, воздействие электромагнитных полей и др.

НАРУШЕНИЯ СИММЕТРИИ. Наиболее важным нарушением симметрии является СПОНТАННОЕ НАРУШЕНИЕ. Оно заключатся в том, что в системе, описываемой симметричными законами и удовлетворяющей симметричным начальным условиям, возникают несимметричные конечные состояния. Нарушения симметрии происходят тогда, когда симметричные состояния оказываются неустойчивыми и под воздействием малых возмущений переходят в энергетически более выгодные несимметричные состояния.

Например, когда в резервуаре равномерно распределены молекулы воды, она выглядит одинаковой вне зависимости от того, под каким углом на неё смотреть (то есть имеет место симметрия). При уменьшении температуры происходит уменьшение симметрии, которую проявляют молекулы воды. В то время как жидкая вода выглядит ещё одинаково под любым углом наблюдения, демонстрируя симметрию относительно вращений, твёрдый лёд выглядит совершенно иначе. Он обладает кристаллической структурой, то есть он, как и любой кристалл, будет выглядеть по-разному при наблюдении под разными углами.

Любой фазовый переход приводит к явному уменьшению симметрии.

Подобные переходы мы можем наблюдать в эволюции Вселенной, что привело к её асимметричной форме.

Так современное видение эволюции Вселенной основано на идее о спонтанном нарушении симметрии исходного вакуума. Под исходным вакуумом понимают состояние материи до Большого Взрыва, когда вся материя была представлена физическим вакуумом. Спонтанное нарушение симметрии означает, что при определенных макроусловиях фундаментальные симметрии оказываются в состоянии неустойчивости, а платой за устойчивое состояние является асимметричность вакуума.

В качестве одного из наиболее вероятных сценариев эволюции Вселенной, рассмотренный нами ранее, включает инфляционную стадию - раздувание вакуума, обладающего огромной энергией. Такой вакуум обладает стремлением к гравитационному отталкиванию, обеспечивающему его расширение. Вакуум представляет собой симметричное, но энергетически невыгодное состояние. В процессе расширения из «суперсимметричного» состояния Вселенная разогрелась до температуры, соответствующей Большому Взрыву. Дальнейшее ее развитие по мере падения температуры пролегало через критические точки бифуркации (ветвления), в которых происходили спонтанные нарушения симметрий исходного вакуума. Схематично этот процесс представляется в следующем виде:

1-я бифуркация: нарушение симметрии (тождества) между бозонами и фермионами привело к разделению материи на вещество и поле;

2-я бифуркация: нарушение тождества между кварками и лептонами; симметрия Вселенной нарушается до симметрии, отвечающей сильным взаимодействиям и симметрии, отвечающей электрослабым взаимодействиям; нарушается также симметрия между веществом и антивеществом: частиц вещества рождается больше, и вся наша Вселенная оказывается построенной из вещества;

3-я бифуркация: спонтанное нарушение симметрии электрослабого взаимодействия, что обнаруживается нами в виде различия между электромагнитным и слабым взаимодействием.

4-я бифуркация: возникают протоны и нейтроны.

Дальнейшая эволюция Вселенной приводит к возникновению водорода, гелия, ионизованного газа, звезд, галактик и т.д.

Спонтанное нарушение симметрии вакуума выражается в том, что он отдает энергию на рождение микрообъектов, на приобретение их масс и зарядов.

Другими словами, исходные законы физики максимально симметричны, а наблюдаемые асимметрии связаны с тем, что мы существуем в мире со спонтанно нарушенными симметриями.

Лекция № 16. Химические концепции.

Химия – наука о составе, строении и превращении веществ.

Химия разделяется на две крупные части: учение о составе вещества и химическую кинетику (учение о химической реакции).

Учение о составе вещества.

Химическое вещество определяют как материальную структуру (образование) состоящую из химических элементов.

Химическое вещество бывает простым и сложным.

Простым веществом является отдельный химический элемент. Точнее говоря, простое химическое вещество, состоящее из атомов одного и того же химического элемента. Оно может иметь молекулярное или атомное строение.

Некоторые элементы образуют несколько простых веществ. Это явление называется аллотропией. Аллотропия может быть обусловлена различным числом атомов в молекуле (например, обычный кислород О₂ и озон О₃) или различием в кристаллической решетке для веществ атомного строения (например, алмаз и графит).

Сложное химическое вещество можно определить как материальную структуру, состоящую из атомов различных химических элементов, соединенных между собой химической связью.

Атом – химически неделимая нейтральная частица, состоящая из более мелких элементарных частиц – протонов, нейтронов и электронов. Их основные свойства – заряд и масса.

Протоны и нейтроны в атоме образуют положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена практически вся масса атома. Положительный заряд ядра определяется числом протонов в нем.

Электроны в атоме движутся вокруг ядра и занимают пространство, которое в несколько тысяч раз превышает размер самого ядра (диаметр ядра 10^-12см, а диаметр атома 10^-8см). Заряд ядра является главной характеристикой атома. Он определяет число его электронов. Химические же свойства атома зависят исключительно от его электронной структуры. В химических реакциях только электроны участвуют в образовании химической связи.

Химический элемент – это совокупность всех атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра. Строение атома химического элемента, например, углерода, записывают так: ₆¹² С. Верхний индекс (12) соответствует массовому числу атомов (сумме протонов и нейтронов в ядре, численно равной его атомной массе), нижний индекс (6) – заряду ядра атома, т.е. количеству протонов в ядре и количеству электронов в атоме.

В принятой в химии системе атом обозначается первой буквой или первой и одной из последующих букв его латинского названия. В настоящее время известно 114 (по другим данным 118) химических элементов, многие из которых были искусственно синтезированы, то есть, получены в лаборатории, а не обнаружены непосредственно в природе.

Атомы тяжелых элементов (с порядковым номером выше 101) являются крайне неустойчивыми и, как правило, тут же распадаются после их синтеза. Время существования некоторых из них не превышает сотых, а то и тысячных долей секунды.

Молекулы – мельчайшие частицы вещества, сохраняющие его химические свойства.