От физики к химии

Добавим еще несколько штрихов в картину мира.
При скоростях частиц, близких к максимальной - скорости света, изменяются свойства пространства-времени-материи, точнее привычных взаимоотношений между ними.
Пространство сокращается, время замедляется, масса увеличивается. Относительно, так и называется - теория относительности (ТО), основанная Эйнштейном.
А при расстояниях, сравнимых с размерами элементарных частиц, начинает проявляться несовместимая с ТО по формулам квантовая механика (КМ), основанная Планком.
Элементарные частицы, с одной стороны (в одних экспериментах) дискретны, с другой стороны (в других экспериментах) - ведут себя как волны (точнее, подчиняются волновым законам).
Но чтобы совсем уж не отходить от дискретности - как пакеты волн, или кванты. Что интересно, вести себя как волна, может не только частица, но и их конгломерат, т.е. любое тело, Де Бройль не даст соврать.

Поскольку любое измерение процесса представляет собой тоже процесс, который должен забрать часть энергии начального процесса, для элементарных частиц точные измерения всех параметров невозможны. Так и называется - принцип неопределенности Гейзенберга. 
Другими словами, измерения имеют характер вероятности, которой уже можно математически описывать структурированность систем с волночастицами.

Понять ни ТО, ни КМ до конца, тем более одновременно, не удалось никому, ни создателям, ни продолжателям. 
Но формулы в области их действия работают, благодаря чему этот текст может быть написан на компьютере, передан через спутник и прочитан на другом континенте.

Помните, мир электрически нейтрален? Это благодаря тому, что положительный заряд атомных ядер уравновешивается отрицательным зарядом электронов, которые совместно с ядром создают новую структуру - атом.

У структурированности как явления, есть два полюса - максимально возможная, примером которой является сингулярность (начальная точка Большого Взрыва), и минимально возможная, примером которой является реликтовое излучение в вакууме.
Или в привычных образах - каменная скала на голом плато и песчаная пустыня, которой стало содержимое скалы под воздействием эрозии.
Одна система (концентрированность в точке и "пустая" среда) сменилась другой системой - равномерно низкоконцентрированной средой. 

Если собрать вместе все физические объекты, структуры и их взаимодействия, то вроде бы должна и получиться Вселенная с наблюдаемыми свойствами, но пока набралось несколько процентов от исчисленного.
Остаток списали на так называемую "темную" материю, которой в разы больше известной, и "темную" энергию, которой еще в разы больше и того, и другого вместе взятого.
Наверно психологическая проекция, перенос характеристик собственного знания на внешний мир. Что-то еще его структурирует, чего мы не знаем.

Тем не менее, наблюдаемая часть мира, рамки которой значимы для нашего существования, относительно стабильна, измеряема и предсказуема, т.к. в конгломератах частиц статистика усредняет их хаотичность.
Структура из одинаково заряженных частиц, как отмечалось, довольно нестабильна, поэтому переходит в стабильное состояние, теряя свой и объединяясь с противоположным зарядом. 
Поэтому относительно стабильными структурами являются атомы, вокруг положительно заряженного ядра которых статистически по-разному можно описать нахождение такого же количества электронов.

Отрицательно заряженные электроны по сравнению с частицами, придающими положительный заряд ядру - протонами, гораздо меньше по массе, почти в две тысячи раз. 
Поэтому они проявляют свой волновой характер, не падая на ядро, а находясь на вероятностно распределенных расстояниях от ядра - орбиталях (по-простому в "электронных облаках").
Согласно принципу Паули и правилу Хунда, орбиталей может быть несколько, с разной емкостью количества электронов на одной орбитали и с разным распределением расстояний от ядра.
Полностью заполненная емкость орбитали дает уравновешенную структуру, которая не стремится вытолкнуть электрон наружу и не принимает в нее электрон снаружи.
А вот недозаполненная орбиталь (как правило внешняя) может легко отдавать свои электроны наружу, когда их еще мало, или забирать снаружи, когда их уже много.
Забегая вперед, атомная структура с недостающими или лишними электронами имеет итоговый заряд и на основании этого называется ионом, отдельная стабильность которого ниже, чем у изначального атома.
А главное, эти свойства орбиталей определяют сходное поведение элементов в столбцах таблицы периодической системы Менделеева, таких как щелочные металлы, галогены и др.

Орбитали могут не только отдавать или присоединять электроны. Мало заполненная внешняя орбиталь может совместно использовать электроны с почти заполненной орбиталью другой структуры, образуя новую структуру.
Если получившаяся структура электрически нейтральна, ее называют молекулой, если нет - опять ионом. Взаимодействие не обязательно парное, может быть и множественное (с несколькими элементами).
Взаимодействия такого рода называются химическими, а те, что с ионами - выделяют в электрохимические.
Получившиеся структуры могут через взаимодействие орбиталей создавать еще более сложные структуры, вплоть до периодических гораздо большего размера по сравнению с исходными элементами.
Образующиеся связи - химические, в случае сильного смещения к одному из элементов пары могут называться ионными, а если орбитали более "равноправны" - ковалентными.
Начинаясь с последних, понятие валентности, изучаемое в школе, уточняется несколько раз, и в общем, там, в школе, и остается.
Что более точно, все элементы различаются по способности тянуть электронное "одеяло" на себя.
Эта характеристика - относительная электроотрицательность, была введена химиком Полингом, чье имя оказалось увековеченным в названии операционной системы Linux.

Сложная структура из нескольких элементов может иметь неравномерно распределенную в пространстве плотность отрицательного (а следовательно и положительного) заряда.
Такая система может иметь характеристики в целом электрически нейтральной, но поляризованной структуры, электрически связываясь с другими поляризованными структурами в так называемую "ассоциацию".
Ассоциативная связь - не химическая, более слабая. Пример ее - водородная связь между молекулами воды, т.к. пространственно молекула воды - электрический диполь.

То есть структуры из элементарных частиц обладают характеристиками, более "распределенными" по пространству, чем исходные частицы.
Вызвано это связностью через структурные взаимодействия, менее выраженные, но более разнообразные, чем элементарные, т.к. они являются суперпозицией этих элементарных взаимодействий, которые, как мы помним, противоположно направлены.
На малых количествах частиц и расстояниях, конечно, большее значение для свойств структуры имеет плохо сбалансированное электромагнитное взаимодействие. 
Гравитационное, как более слабое, становится определяющим у структур с большим количеством частиц и размерами, т.к. электрический заряд по большой структуре усредняется.
Но, конечно, можно и разбалансировать электромагнитное взаимодействие и до заметного на больших размерах.

Так, уровень за уровнем, строятся и связываются все более и более сложные системы. Диалектически, структура всегда из чего-то состоит, что можно декомпозировать хоть до элементарных частиц.
Причем характер взаимодействия структур более высокого уровня не тот же, что и на низком уровне, а обусловлен разными суперпозициями низкоуровневых, т.ч. их больше просто по комбинаторике.
Просто поразительно, как всего три вида фундаментальных взаимодействий всего трех элементарных частиц создают сначала около десятка групп по около десятка элементов, и из них выстроен почти весь видимый мир во всем его многообразии. 
Опять придется отметить, что параметры образования и взаимодействия мировых структур на всех уровнях и между ними, как и для элементарных частиц, довольно тонко подстроены друг к другу, так что мир устойчив на разных уровнях. Наверно, и здесь что-то антропное.

Все это - проявление структурированности. Итак, база теперь есть, можно переходить к изучению разных явлений с этой точки зрения. В следующем материале рассмотрим диссипативные структуры.

P.S. Нельзя в одной статье описать все мироздание. Поэтому просьба не цепляться к деталям, как оно там на самом деле, тем более, что в точности это никому не известно. Да это и неважно, я формирую подход.

Начало https://aftershock.news/?q=node/561479
Продолжение https://aftershock.news/?q=node/566002