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漫谈——微观与宏观

已有 43852 次阅读 2014-6-20 14:03 |个人分类:杂谈|系统分类:科研笔记| style, color, background, 物理量, Yellow



物理概念

 

宏观:

通常被认为是宏观的长度尺度,大致在1毫米至1公里之间。宏观体系的特点是物理量具有自平均性:即可以把宏观物体看成是由许多的小块所组成,每一小块是统计独立的,整个宏观物体所表现出来的性质是各小块的平均值,如果减小宏观物体的尺寸,只要还是足够大,测量的物理量,例如电导率,和系统的平均值的差别就很小。

 

介观:

介观尺度就是指介于宏观和微观之间的尺度;一般认为它的尺度在纳米和毫米之间(有的学者认为其特征尺度为10-9~10-7米)。物体的尺寸具有宏观大小,但具有那些我们原来认为只能在微观世界中才能观察到的许多物理现象。介观粒子仍属宏观粒子,然而这种宏观粒子在低温条件下的实验结果,却表现出了微观粒子才有的量子效应,这种呈现出微观物理效应的宏观系统叫介观系统。它所服从的是介观物理学的规律,这是介乎微观与宏观之间的第三种规律──介观规律。

 

微观:

粒子自然科学中一般指空间线度小于10-710-6厘米的物质系统。包括分子、原子、原子核、基本粒子及与之相应的场。基本粒子也有其内部结构。

 

有的学者也给出如下分类:


 

 

哲学层面

 

宏观世界具有普遍性,包含性和所指对象的空间范围的广阔性等等特征。微观世界则恰恰与之相反。一般而言宏观世界是由微观世界所组成的。但在某种相对的意义条件下,二者是可辨证性的

总的说来,哲学对宏观世界和微观世界所理解的依据主要是自然科学的理解。

对于具有某种质的相互区别而言,其要旨在于空间结构的广狭。对于二者相互联系的主要性质而言,则在于二者之间的包含关系。

宏观是建立在微观之上,是微观的积累到一定的产物,从整体和部分来讲,宏观是微观的集合。两者是统一的,微观和宏观只是一个角度,微观的影响会制约着宏观的发展.所以必须全面分析问题。

 

 

社会科学:

一般来说,我们通常把从大的方面、整体方面去研究把握的科学,叫做宏观科学,这种研究方法,叫做宏观方法。通常把从小的方面、局部方面去研究把握的科学,叫做微观科学,这种研究方法,叫做微观方法。

 

经济学:

微观经济学是以单个经济单位为研究对象,通过研究单个经济单位的经济行为和相应的经济变量单项数值的决定来说明价格机制如何解决社会的资源配置问题。

宏观经济原意是“大”。所谓宏观经济学则是以整个国民经济为研究对象,通过研究经济总量的决定及其变化,来说明社会资源的充分利用问题。

 

水文地质-工程地质:

宏观参数(如孔隙度、渗透率及相对渗透率等)是含水层微观参数(如孔喉半径、孔喉比、孔喉形状等)的宏观体现(或称为平均意义上的物理量),储层微观参数改变导致储层宏观参数的变化。

 

 

细观力学:

固体力学的分支,用连续介质力学方法分析具有细观结构(即在光学或常规电子显微镜下可见的材料细微结构)的材料的力学问题。

其研究尺度可从10纳米到毫米量级,随研究对象不同而异。

 

①细观力学方法论。除包括细观力学的一般公理化体系外,还主要探讨各个细观尺度之间、宏观与细观之间力学量的转化规律。

②细观损伤力学。从孔洞、微裂纹、局部化带、界面失效等细观损伤基元出发定量地刻划固体破坏行为的孕育和发展过程。

③细观计算力学。将细观力学的算法引入细观分析构型,并发展适宜于各种典型细观结构的专用算法和表达宏细观结合的统计型计算方法。

④细观实验力学。它发展具有高分辨率的力学量测方法和对材料内部细观形变、损伤、断裂过程的非破坏式测量技术。

 

 

 

小结:(均为个人见解,欢迎讨论指正)

对于宏观、微观、介观、细观四种现在人类对于出现在科学研究领域中的物质的理解的存在状态,不同学者认识存在差异。

从材料科学研究而言,宏观可以理解为毫米级及以上,介观为纳米级至毫米级,之后为微观。钱学森也曾提出,现代科学应当将原有的“宏观”和“微观”概念扩充为五个,即:渺观、微观、宏观、宇观和胀观,其认为宏观、微观可能存在上下限。

当然,对于尖端的物理学研究,我认为,宏观是具有牛顿力学特征的物质存在状态,微观符合是量子力学规律的存在状态,而介观由于其具有量子力学和牛顿力学的双重特征,部分物质可能出于宏观和介观、介观和微观的双重状态。

在水文地质工程地质领域,“介观”被“细观”取代。细观力学是20世纪30年代萌生的一个固体力学的分支,20世纪50年代,钱学森第一次阐述“细观力学”的概念。(http://baike.baidu.com/view/320839.htm

宏观上而言,水文地质中的渗流特征是符合达西定律的,达西定律也是一种宏观的,整体的表现形式,但是再引深至细观,微观层面可能不合适。

细观在水文地质工程地质领域主要是指裂隙网络或者孔隙结构等岩石结构特征,这种特征一般肉眼难以观察,但是可以借助室内试验使其呈现宏观特征。细观层面上,岩石内部的孔隙或是裂隙水流动可能就像是一个奇形怪状布满管道的大屋子,我们的视野是整个屋子,内部水的流动是不符合宏观的渗流规律的,甚至有点倾向于管流。

微观层面上,主要是研究孔隙或裂隙的内部特征,这种情况往往针对的是单个孔隙或裂隙管道的。比如研究孔喉半径、孔喉形状,颗粒表面形态等特征。这种情况下,地下水的流动可能已经完全可以按管流考虑。

因而,就哲学和社会科学而言,微观和和宏观是相对的,我们可以辩证地理解。而就自然科学研究而言,微观和宏观是绝对地存在的,界限明显。但是,共同点是,微观始终是宏观的一部分,微观的变化可以导致宏观的变化,宏观的现象即是所有微观世界一起呈现的结果。




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