CC BY
25
УДК 128.14
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛА И АНТРОПНЫЙ ПРИНЦИП
Е. С. Дорофеева, С. С. Ковязин, А. А. Александрова Научный руководитель - Д. Е. Григоренко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Произведен анализ антропного космологического принципа относительно строения материалов. Приведен ряд фактов, свидетельствующих в пользу рассматриваемого принципа и его значимости для понимания смысла существования человека разумного (HomoSapiens) в современном мире.
Ключевые слова: антропный принцип; космология; кристаллическая решетка; металлы; полиморфизм; строение материалов; титан; частицы.
PHYSICAL PROPERTIES OF METAL AND ANTHROPIC PRINCIPLE
E. S. Dorofeeva, S. S. Kovyazin, A. A. Aleksandrova Scientific Supervisor - D. E. Grigorenko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: [email protected]
An anthropic cosmological principle is analyzed with respect to the structure of materials. A number of facts are presented that testify to the principle in question and its significance for understanding the meaning of the existence of a reasonable personin modern world.
Keywords: anthropic principle, cosmology, crystal lattice, metals, polymorphism, materials structure, titanium, particles.
В настоящее время, наука столкнулась с большой группой фактов, раздельное рассмотрение которых создает впечатление о необъяснимых случайных совпадениях, граничащих с чудом. Вероятность каждого подобного совпадения очень мала, а их совместное существование и вовсе невероятно. Тогда вполне обоснованной представляется постановка вопроса о существовании пока непознанных закономерностей, способных организовать Вселенную определенным образом [1]. В связи с изысканиями ученых в этой области появился так называемый антропный принцип.
Антропный принцип - один из фундаментальных принципов современной космологии, который фиксирует связь между крупномасштабными свойствами нашей Вселенной и существованием в ней человека, наблюдателя.
Термин «антропный принцип» предложил английский математик Б. Картер в 1973 году, его формулировка звучит как: «То, что мы ожидаем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования как наблюдателей».
Наряду с общей формулировкой антропного принципа известны также его модификации: «слабый антропный принцип» и «сильный антропный принцип». Формулировка сильного антропного принципа, по Картеру, гласит: «Вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит) должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателей». «Слабый», гласит: «То, что мы ожидаем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования как наблюдате-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 3
лей» [2]. То есть вселенная должна быть устроена не хаотически, а разумно именно для того, чтобы в ней мог появиться некто, способный постичь эту разумность. И существующие значения постоянных и фундаментальных параметров устройства вселенной наиболее совершенны для существования человека разумного.
Исходя из определения антропного принципа можно, утверждать, что не только появление разумной жизни зависит от совершенных по своей природе физических постоянных, но и свойства всех объектов и материалов, из которых они сделаны. В частности, это относится к строению кристаллической решетки металлов.
Твердые вещества бывают аморфные или кристаллические. Для описания атомно-кристаллической структуры используют понятие кристаллической решетки. Атомно-кристаллическая структура может быть представлена не рядом периодически повторяющихся объемов, а одной элементарной ячейкой. Трансляцией этого наименьшего объема можно полностью воспроизвести структуру кристалла [3].
В природе существует четыре основных типа кристаллических решеток металлов:
- кубическая (1 атом);
- обьемно-центрированая кубическая (2 атома);
- гранецентрированная кубическая (4 атома);
- гексогональная плотноупакованная (6 атомов) [4].
Каждому из этих типов присущи свои свойства. Эта особенность получила широкое применение в области машиностроения и металлургии.
Но в зависимости от того, каким типом кристаллической решетки представлен металл, те или иные свойства будут усиливаться или ослабляться. Некоторые металлы при разных температурах могут иметь различную кристаллическую решетку, а при изменении типа кристаллического строения решетки меняются и свойства, которыми обладает металл. Самые распространенные полиморфные превращения имеют железо и титан.
Например, титан, имея ГП-решетку, обладает низкой плотность по сравнению с железом, имеющим ОЦК-решетку, при одной и той же температуре, твердость и коррозиестойкость титана выше, а электропроводность ниже, чем у железа. При температуре выше 882 °С у титана и температуре выше 1392 °С у железа кристаллические решетки у этих элементов становятся одинаковыми - ОЦК. При этом свойства этих металлов одинаковыми не становятся. Именно на этой особенности основан принцип термической обработки металлов. Другими словами, термическая обработка указанных металлов при иных условиях стала бы невозможной, или же приводила бы к принципиально иным результатам, неприемлемым для реализации технологий машиностроения.
Возвращаясь к антропному принципу в строении материалов, можно ли говорить о том, что именно данный тип решетки является наиболее совершенным для данного металла. Исходя из выше сказанного, ответ да - является. Если предположить, что в любом из типов кристаллической решетки на один атом стало бы больше или меньше, возможно такого материала, как металл не существовало. Кроме того, кристалл обладает рядом других параметров, таких как:
- размеры ребер элементарной ячейки (в одном направлении выдерживаются строго определенными);
- углы между осями (а, в, х);
- координационное число (К);
- базис решетки количество атомов;
- плотность упаковки атомов в кристаллической решетке (например, для объемно-центрированной кубической решетки - 0,68, для гранецентрированной кубической решетки -0,74) [5].
Это в свою очередь говорит о том, что строение кристаллической решетки связанно не только с количеством атомов в одном ячейке, но и с рядом других факторов, изменение которых может привести к необратимым последствиям.
Таким образом, существует множество параметров, которые отвечают за конкретное строение и свойства тех или иных металлов. Не представляется возможным то, что все эти параметры возникли самопроизвольно и хаотически, т.е. независимо ни от чего. Они (параметры) подобраны действительно наилучшим образом и являются наиболее совершенными для строения
земных металлов, что выступает важным подтверждением фундаментальной значимости ан-тропного принципа для современной космологии.
Библиографические ссылки
1. Антропный принцип в современной науке [Электронный ресурс]. URL: https://studfiles. net/preview/6455581/page:71/ (дата обращения 11.03.2018).
2. Антропный принцип [Электронный ресурс]. URL: https://iphllb.ru/greenstone3/llbrary/ collection/newphilenc/document/HASH362f209c5da031600b8c36 (дата обращения: 11.03.2018).
3. Кристаллическое строение металлов и сплав [Электронный ресурс]. URL: http:// engineeringsystems.ru/procesi-proizvodstva-chernih-i-cvetnih-metaliv-i-ih-splavov/kristalicheskoye-stroenie-metalov-i-splavov.php (дата обращения: 15.03.2018).
4. Кристаллическое строение металлов [Электронный ресурс]. URL: http://twt.mpei.ru/ ochkov/TM/lection1.htm (дата обращения 19.03.2018).
5. Глинка Н. Л. Общая химия : учебник для бакалавров / под ред. В. А. Попкова, А. В. Баб-кова. 18-е изд., перераб. и доп. М. : Юрайт, 2013. 898 с.
© Дорофеева Е. С., Ковязин С. С., Александрова А. А., 2018
