Естественные науки, начав изучение материального мира с наиболее простых непосредственно воспринимаемых человеком материальных объектов, переходят далее к изучению сложнейших объектов глубинных структур материи, выходящих за пределы человеческого восприятия и несоизмеримых с объектами повседневного опыта. Применяя системный подход, естествознание не просто выделяет типы материальных систем, а раскрывает их связь и соотношение.
В науке выделяются три уровня строения материи:
Микромир (элементарные частицы, ядра, атомы, молекулы) - мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная разномерность которых исчисляется от десяти в минус восьмой степени до десяти в минус шестнадцатой степени см, а время жизни - от бесконечности до десяти в минус двадцать четвертой степени сек.
Макромир (макромолекулы, живые организмы, человек, объекты техники и т.д.) - мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время - в секундах, минутах, часах, годах.
Мегамир (планеты, звезды, галактика) - мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов - миллионами и миллиардами лет.
И хотя на этих уровнях действуют свои специфические закономерности, микро-, макро- и мегамиры теснейшим образом взаимосвязаны. Фундаментальные мировые константы определяют масштабы иерархической структуры материи нашего мира. Очевидно, что сравнительно небольшое их изменение и должно приводить к формированию качественно иного мира, в котором стало бы невозможным образование ныне существующих микро-, макро - и мегаструктур и в целом высоко-организованных форм живой материи. Определенные их значения и взаимоотношения между ними, по существу, и обеспечивает структурную устойчивость нашей Вселенной. Поэтому проблема, казалось бы, абстрактных мировых констант имеет глобальное мировоззренческое значение.
Материя
Материя – это бесконечное множество всех существующих в мире объектов и систем, субстрат любых свойств, связей, отношений и форм движения. Материя включает в себя не только все непосредственно наблюдаемые объекты и тела природы, но и все те, которые в принципе могут быть познаны в будущем на основе совершенствования средств наблюдения и эксперимента. В основе представлений о строении материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм или галактика, может быть рассмотрен как сложное образование, включающее в себя составные части, организованные в целостность. Для обозначения целостности объектов в науке было выработано понятие системы.
Материя как объективная реальность включает в себя не только вещество в четырех его агрегатных состояниях (твердом, жидком, газообразном, плазменном), но и физические поля (электромагнитное, гравитационное, ядерное и т.д.), а также их свойства, отношения, продукты взаимодействия. Входит в нее и антивещество (совокупность античастиц: позитрон, или антиэлектрон, антипротон, антинейтрон), недавно открытое наукой. Антивещество ни в коем случае не антиматерия. Антиматерии вообще быть не может. Движение и материя органически и нерасторжимо связаны друг с другом: нет движения без материи, как нет и материи без движения. Иначе говоря, нет в мире неизменных вещей, свойств и отношений. Одни формы или виды сменяются другими, переходят в другие – движение постоянно. Покой – диалектически исчезающий момент в беспрерывном процессе изменения, становления. Абсолютный покой равнозначен смерти, а вернее – несуществованию. И движение, и покой с определенностью фиксируются лишь по отношению к какой-то системе отсчета.
Движущаяся материя существует в двух основных формах – в пространстве и во времени. Понятие пространства служит для выражения свойства протяженности и порядка сосуществования материальных систем и их состояний. Оно объективно, универсально и необходимо. В понятии времени фиксируется длительность и последовательность смены состояний материальных систем. Время объективно, неотвратимо и необратимо.
Основоположником взгляда на материю, как состоящую из дискретных частиц был Демокрит. Демокрит отрицал бесконечную делимость материи. Атомы различаются между собой только формой, порядком взаимного следования, и положением в пустом пространстве, а также величиной и зависящей от величины тяжестью. Они имеют бесконечно разнообразные формы с впадинами или выпуклостями. В современной науке много спорили о том, являются ли атомы Демокрита физическими или геометрическими телами, однако сам Демокрит еще не дошел до различения физики и геометрии. Из этих атомов, движущихся в различных направлениях, из их "вихря" по естественной необходимости путем сближения взаимноподобных атомов образуются как отдельные целые тела, так и весь мир; движение атомов вечно, а число возникающих миров бесконечно. Мир доступной человеку объективной реальности постоянно расширяется. Концептуальные формы выражения идеи структурных уровней материи многообразны. Современная наука выделяет в мире три структурных уровня.
Структурные уровни организации материиМикромир – это молекулы, атомы, элементарные частицы - мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная разномерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16 см, а время жизни - от бесконечности до 10-24 с. Макромир - мир устойчивых форм и соразмерных человеку величин, а также кристаллические комплексы молекул, организмы, сообщества организмов; мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время - в секундах, минутах, часах, годах.
Мегамир - это планеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов - миллионами и миллиардами лет.
И хотя на этих уровнях действуют свои специфические закономерности, микро-, макро- и мегамиры теснейшим образом взаимосвязаны.
Понятно, что границы микро - и макромира подвижны, и не существует отдельного микромира и отдельного макромира. Естественно, что макрообъекты и мегаобъекты, построены из микрообъектов и в основе макро - и мегаявлений лежат микроявления. Это наглядно видно на примере построения Вселенной из взаимодействующих элементарных частиц в рамках космомикрофизики. На самом деле мы должны понимать, что речь идет лишь о различных уровнях рассмотрения вещества. Микро-, макро - и мегаразмеры объектов соотносятся друг с другом как макро/микро - мега/макро.
В классической физике отсутствовал объективный критерий отличия макро - от микрообъекта. Это отличие ввел М. Планк: если для рассматриваемого объекта минимальным воздействием на него можно пренебречь, то это макрообъекты, если нельзя – это микрообъекты. Из протонов и нейтронов образуются ядра атомов. Атомы объединяются в молекулы. Если двигаться дальше по шкале размеров тел, то далее следует обычные макротела, планеты и их системы, звезды скопления галактик и метагалактик, то есть можно представить переход от микро-, макро - и мега - как в размерах, так и моделях физических процессов.
МикромирДемокритом в античности была выдвинута Атомистическая гипотеза строения материи, позже, в XVIII в. была возрождена химиком Дж. Дальтоном, который принял атомный вес водорода за единицу и сопоставил с ним атомные веса других газов. Благодаря трудам Дж. Дальтона стали изучаться физико-химические свойства атома. В XIX в.Д.И. Менделеев построил систему химических элементов, основанную на их атомном весе. История исследования строения атома началась в 1895 г. благодаря открытию Дж. Томсоном электрона - отрицательно заряженной частицы, входящей в состав всех атомов. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, а атом в целом электрически нейтрален, то было сделано предположение о наличии помимо электрона и положительно заряженной частицы. Масса электрона составила по расчетам 1/1836 массы положительно заряженной частицы.
Ядро имеет положительный заряд, а электроны - отрицательный. Вместо сил тяготения, действующих в Солнечной системе, в атоме действуют электрические силы. Электрический заряд ядра атома, численно равный порядковому номеру в периодической системе Менделеева, уравновешивается суммой зарядов электронов - атом электрически нейтрален. Обе эти модели оказались противоречивы.
В 1913 г. великий датский физик Н. Бор применил принцип квантования при решении вопроса о строении атома и характеристике атомных спектров. Модель атома Н. Бора базировалась на планетарной модели Э. Резерфорда и на разработанной им самим квантовой теории строения атома. Н. Бор выдвинул гипотезу строения атома, основанную на двух постулатах, совершенно несовместимых с классической физикой:
1) в каждом атоме существует несколько стационарных состояний (говоря языком планетарной модели, несколько стационарных орбит) электронов, двигаясь по которым электрон может существовать, не излучая;
2) при переходе электрона из одного стационарного состояния в другое атом излучает или поглощает порцию энергии.
В конечном итоге точно описать структуру атома на основании представления об орбитах точечных электронов принципиально невозможно, поскольку таких орбит в действительности не существует. Теория Н. Бора представляет собой как бы пограничную полосу первого этапа развития современной физики. Это последнее усилие описать структуру атома на основе классической физики, дополняя ее лишь небольшим числом новых предположений.
Создавалось впечатление, что постулаты Н. Бора отражают какие-то новые, неизвестные свойства материи, но лишь частично. Ответы на эти вопросы были получены в результате развития квантовой механики. Выяснилось, что атомную модель Н. Бора не следует понимать буквально, как это было вначале. Процессы в атоме в принципе нельзя наглядно представить в виде механических моделей по аналогии с событиями в макромире. Даже понятия пространства и времени в существующей в макромире форме оказались неподходящими для описания микрофизических явлений. Атом физиков-теоретиков все больше и больше становился абстрактно-ненаблюдаемой суммой уравнений.
МакромирВ истории изучения природы можно выделить два этапа: донаучный и научный. Донаучный, или натурфилософский, охватывает период от античности до становления экспериментального естествознания в XVI-XVII вв. Наблюдаемые природные явления объяснялись на основе умозрительных философских принципов. Наиболее значимой для последующего развития естественных наук была концепция дискретного строения материи атомизм, согласно которому все тела состоят из атомов - мельчайших в мире частиц.
Со становления классической механики начинается научный этап изучения природы. Поскольку современные научные представления о структурных уровнях организации материи были выработаны в ходе критического переосмысления представлений классической науки, применимых только к объектам макроуровня, то начинать нужно с концепций классической физики.
Формирование научных взглядов на строение материи относится к XVI в., когда Г. Галилеем была заложена основа первой в истории науки физической картины мира - механической. Он открыл закон инерции, и разработал методологию нового способа описания природы - научно-теоретического. Суть его заключалась в том, что выделялись только некоторые физические и геометрические характеристики, которые становились предметом научного исследования.
И. Ньютон, опираясь на труды Галилея, разработал строгую научную теорию механики, описывающую и движение небесных тел, и движение земных объектов одними и теми же законами. Природа рассматривалась как сложная механическая система. В рамках механической картины мира, разработанной И. Ньютоном и его последователями, сложилась дискретная (корпускулярная) модель реальности. Материя рассматривалась как вещественная субстанция, состоящая из отдельных частиц - атомов или корпускул. Атомы абсолютно прочны, неделимы, непроницаемы, характеризуются наличием массы и веса.
Существенной характеристикой ньютоновского мира было трехмерное пространство евклидовой геометрии, которое абсолютно постоянно и всегда пребывает в покое. Время представлялось как величина, не зависящая ни от пространства, ни от материи. Движение рассматривалось как перемещение в пространстве по непрерывным траекториям в соответствии с законами механики. Итогом ньютоновской картины мира явился образ Вселенной как гигантского и полностью детерминированного механизма, где события и процессы являют собой цепь взаимозависимых причин и следствий.
Механистический подход к описанию природы оказался необычайно плодотворным. Вслед за ньютоновской механикой были созданы гидродинамика, теория упругости, механическая теория тепла, молекулярно-кинетическая теория и целый ряд других, в русле которых физика достигла огромных успехов. Однако были две области - оптических и электромагнитных явлений, которые не могли быть полностью объяснены в рамках механистической картины мира.
Наряду с механической корпускулярной теорией, осуществлялись попытки объяснить оптические явления принципиально иным путем, а именно - на основе волновой теории. Волновая теория устанавливала аналогию между распространением света и движением волн на поверхности воды или звуковых волн в воздухе. В ней предполагалось наличие упругой среды, заполняющей все пространство, - светоносного эфира. Исходя из волновой теории X. Гюйгенс успешно объяснил отражение и преломление света.
Другой областью физики, где механические модели оказались неадекватными, была область электромагнитных явлений. Эксперименты английского естествоиспытателя М. Фарадея и теоретические работы английского физика Дж. К. Максвелла окончательно разрушили представления ньютоновской физики о дискретном веществе как единственном виде материи и положили начало электромагнитной картине мира. Явление электромагнетизма открыл датский естествоиспытатель X.К. Эрстед, который впервые заметил магнитное действие электрических токов. Продолжая исследования в этом направлении, М. Фарадей обнаружил, что временное изменение в магнитных полях создает электрический ток.
М. Фарадей пришел к выводу, что учение об электричестве и оптика взаимосвязаны и образуют единую область. Максвелл "перевел" модель силовых линий Фарадея в математическую формулу. Понятие "поле сил" первоначально складывалось как вспомогательное математическое понятие. Дж. К. Максвелл придал ему физический смысл и стал рассматривать поле как самостоятельную физическую реальность: "Электромагнитное поле - это та часть пространства, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом или магнитном состоянии"
Исходя из своих исследований, Максвелл смог заключить, что световые волны представляют собой электромагнитные волны. Единая сущность света и электричества, которую М. Фарадей предположил в 1845 г., а Дж.К. Максвелл теоретически обосновал в 1862 г., была экспериментально подтверждена немецким физиком Г. Герцем в 1888 г. После экспериментов Г. Герца в физике окончательно утвердилось понятие поля не в качестве вспомогательной математической конструкции, а как объективно существующей физической реальности. Был открыт качественно новый, своеобразный вид материи. Итак, к концу XIX в. физика пришла к выводу, что материя существует в двух видах: дискретного вещества и непрерывного поля. В результате же последующих революционных открытий в физике в конце прошлого и начале нынешнего столетий оказались разрушенными представления классической физики о веществе и поле как двух качественно своеобразных видах материи.
МегамирМегамир или космос, современная наука рассматривает как взаимодействующую и развивающуюся систему всех небесных тел. Все существующие галактики входят в систему самого высокого порядка - Метагалактику. Размеры Метагалактики очень велики: радиус космологического горизонта составляет 15 - 20 млрд. световых лет. Понятия "Вселенная" и "Метагалактика" - очень близкие понятия: они характеризуют один и тот же объект, но в разных аспектах. Понятие "Вселенная" обозначает весь существующий материальный мир; понятие "Метагалактика" - тот же мир, но с точки зрения его структуры - как упорядоченную систему галактик. Строение и эволюция Вселенной изучаются космологией. Космология как раздел естествознания, находится на своеобразном стыке науки, религии и философии. В основе космологических моделей Вселенной лежат определенные мировоззренческие предпосылки, а сами эти модели имеют большое мировоззренческое значение.
В классической науке существовала так называемая теория стационарного состояния Вселенной, согласно которой Вселенная всегда была почти такой же, как сейчас. Астрономия была статичной: изучались движения планет и комет, описывались звезды, создавались их классификации, что было, конечно, очень важно. Но вопрос об эволюции Вселенной не ставился. Современные космологические модели Вселенной основываются на общей теории относительности А. Эйнштейна, согласно которой метрика пространства и времени определяется распределением гравитационных масс во Вселенной. Ее свойства как целого обусловлены средней плотностью материи и другими конкретно-физическими факторами.
Уравнение тяготения Эйнштейна имеет не одно, а множество решений, чем и обусловлено наличие многих космологических моделей Вселенной. Первая модель была разработана самим А. Эйнштейном в 1917 г. Он отбросил постулаты ньютоновской космологии об абсолютности и бесконечности пространства и времени. В соответствии с космологической моделью Вселенной А. Эйнштейна мировое пространство однородно и изотропно, материя в среднем распределена в ней равномерно, гравитационное притяжение масс компенсируется универсальным космологическим отталкиванием. Время существования Вселенной бесконечно, т. ё. не имеет ни начала, ни конца, а пространство безгранично, но конечно.
Вселенная в космологической модели А. Эйнштейна стационарна, бесконечна во времени и безгранична в пространстве. В 1922г. русский математик и геофизик А. А Фридман отбросил постулат классической космологии о стационарности Вселенной и получил решение уравнения Эйнштейна, описывающее Вселенную с “расширяющимся” пространством. Поскольку средняя плотность вещества во Вселенной неизвестна, то сегодня мы не знаем, в каком из этих пространств Вселенной мы живем.
В 1927 г. бельгийский аббат и ученый Ж. Леметр связал “расширение” пространства с данными астрономических наблюдений. Леметр ввел понятие начала Вселенной как сингулярности (т.е. сверхплотного состояния) и рождения Вселенной как Большого взрыва. Расширение Вселенной считается научно установленным фактом. Согласно теоретическим расчетам Ж. Леметра, радиус Вселенной в первоначальном состоянии был 10-12 см, что близко по размерам к радиусу электрона, а ее плотность составляла 1096 г/см 3 . В сингулярном состоянии Вселенная представляла собой микрообъект ничтожно малых размеров. От первоначального сингулярного состояния Вселенная перешла к расширению в результате Большого взрыва.
Ретроспективные расчеты определяют возраст Вселенной в 13-20 млрд. лет. В современной космологии для наглядности начальную стадию эволюцию Вселенной делят на “эры”.
Эра адронов. Тяжелые частицы, вступающие в сильные взаимодействия.
Эра лептонов. Легкие частицы, вступающие в электромагнитное взаимодействие.
Фотонная эра. Продолжительность 1 млн. лет. Основная доля массы - энергии Вселенной - приходится на фотоны.
Звездная эра. Наступает через 1 млн. лет после зарождения Вселенной. В звездную эру начинается процесс образования протозвезд и протогалактик. Затем разворачивается грандиозная картина образования структуры Метагалактики.
В современной космологии наряду с гипотезой Большого взрыва весьма популярна инфляционная модель Вселенной, в которой рассматривается творение Вселенной. Сторонники инфляционной модели видят соответствие между этапами космической эволюции и этапами творения мира, описанными в книге Бытия в Библии. В соответствии с инфляционной гипотезой космическая эволюция в ранней Вселенной проходит ряд этапов.
Стадия инфляции. В результате квантового скачка Вселенная перешла в состояние возбужденного вакуума и в отсутствие в ней вещества и излучения интенсивно расширялась по экспоненциальному закону. В этот период создавалось само пространство и время Вселенной. Вселенная раздулась от невообразимо малых квантовых размеров 10-33 до невообразимо больших 101000000 см, что на много порядков превосходит размер наблюдаемой Вселенной - 1028 см. Весь этот первоначальный период во Вселенной не было ни вещества, ни излучения. Переход от инфляционной стадии к фотонной. Состояние ложного вакуума распалось, высвободившаяся энергия пошла на рождение тяжелых частиц и античастиц, которые, проаннигилировав, дали мощную вспышку излучения (света), осветившего космос.
В дальнейшем развитие Вселенной шло в направлении от максимально простого однородного состояния к созданию все более сложных структур - атомов (первоначально атомов водорода), галактик, звезд, планет, синтезу тяжелых элементов в недрах звезд, в том числе и необходимых для создания жизни, возникновению жизни и как венца творения - человека. Различие между этапами эволюции Вселенной в инфляционной модели и модели Большого взрыва касается только первоначального этапа порядка 10-30 с, далее между этими моделями принципиальных расхождений в понимании этапов космической эволюции нет. Вселенной на самых разных уровнях, от условно элементарных частиц и до гигантских сверхскоплений галактик, присуща структурность. Современная структура Вселенной является результатом космической эволюции, в ходе которой из протогалактик образовались галактики, из протозвезд – звезды, из протопланетного облака – планеты.
Метагалактика – представляет собой совокупность звездных систем – галактик, а ее структура определяется их распределение в пространстве, заполненном чрезвычайно разреженным межгалактическим газом и пронизываемом межгалактическими лучами. Согласно современным представлениям, для метагалактики характерно ячеистая (сетчатая, пористая) структура. Существуют огромные объемы пространства (порядка миллиона кубических мегапарсек), в которых галактик пока не обнаружено. Возраст Метагалактики близок к возрасту Вселенной, поскольку образование структуры приходиться на период, следующий за разъединением вещества и излучение. По современным данным, возраст Метагалактики оценивается в 15 млрд. лет.
Галактика – гигантская система, состоящая из скоплений звезд и туманностей, образующих в пространстве достаточно сложную конфигурацию. По форме галактики условно распределяются на три типа: эллиптические, спиральные, неправильные. Эллиптические галактики – обладают пространственной формой эллипсоида с разной степенью сжатия они являются наиболее простыми по структуре: распределение звезд равномерно убывает от центра. Спиральные галактики – представлены в форме спирали, включая спиральные ветви. Это самый многочисленный вид галактик, к которому относится и наша Галактика – млечный путь. Неправильные галактики – не обладают выраженной формой, в них отсутствует центральное ядро. В ядре галактики сосредоточенны самые старые звезды, возраст которых приближается к возрасту галактики. Звезды среднего и молодого возраста расположены в диске галактики. Звезды и туманности в пределах галактики движутся довольно сложным образом вместе с галактикой они принимают участие в расширении Вселенной, кроме того, они участвуют во вращении галактики вокруг оси.
Звезды. На современном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится преимущественно в звездном состоянии.97% вещества в нашей Галактике сосредоточено в звездах, представляющих собой гигантские плазменные образования различной величины, температуры, с разной характеристикой движения. У многих других галактик, если не у большинства, "звездная субстанция" составляет более чем 99,9% их массы. Возраст звезд меняется в достаточно большом диапазоне значений: от 15 млрд. лет, соответствующих возрасту Вселенной, до сотен тысяч - самых молодых. Рождение звезд происходит в газово-пылевых туманностях под действием гравитационных, магнитных и других сил, благодаря которым идет формирование неустойчивых однородностей и диффузная материя распадается на ряд сгущений. Если такие сгущения сохраняются достаточно долго, то с течением времени они превращаются в звезды. На завершающем этапе эволюции звезды превращаются в инертные ("мертвые") звезды.
Звезды не существуют изолированно, а образуют системы. Простейшие звездные системы - так называемые кратные системы состоят из двух, трех, четырех, пяти и больше звезд, обращающихся вокруг общего центра тяжести. Звезды объединены также в еще большие группы - звездные скопления, которые могут иметь "рассеянную" или "шаровую" структуру. Рассеянные звездные скопления насчитывают несколько сотен отдельных звезд, шаровые скопления - многие сотни тысяч. Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, девять больших планет, десятки спутников планет, тысячи малых планет (астероидов), сотни комет и бесчисленное множество метеоритных тел, движущихся как роями, так и в виде отдельных частиц.
К 1979 г. было известно 34 спутника и 2000 астероидов. Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела - Солнца. Солнечная система является упорядоченной системой, имеющей свои закономерности строения. Единый характер Солнечной системы проявляется в том, что все планеты вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении и почти в одной и той же плоскости. Большинство спутников планет вращается в том же направлении и в большинстве случаев в экваториальной плоскости своей планеты. Солнце, планеты, спутники планет вращаются вокруг своих осей в том же направлении, в котором они совершают движение по своим траекториям. Закономерно и строение Солнечной системы: каждая следующая планета удалена от Солнца примерно в два раза дальше, чем предыдущая.
Солнечная система образовалась примерно 5 млрд. лет назад, причем Солнце - звезда второго поколения. Таким образом, Солнечная система возникла на продуктах жизнедеятельности звезд предыдущих поколений, скапливавшихся в газово-пылевых облаках. Это обстоятельство дает основание назвать Солнечную систему малой частью звездной пыли. О происхождении Солнечной системы и ее исторической эволюции наука знает меньше, чем необходимо для построения теории планетообразования.
Современные концепции происхождения планет Солнечной системы основываются на том, что нужно учитывать не только механические силы, но и другие, в частности электромагнитные. Эта идея была выдвинута шведским физиком и астрофизиком X. Альфвеном и английским астрофизиком Ф. Хойлом. В соответствии с современными представлениями, первоначальное газовое облако, из которого образовались и Солнце и планеты, состояло из ионизированного газа, подверженного влиянию электромагнитных сил. После того как из огромного газового облака посредством концентрации образовалось Солнце, на очень большом расстоянии от него остались небольшие части этого облака. Гравитационная сила стала притягивать остатки газа к образовавшейся звезде - Солнцу, но его магнитное поле остановило падающий газ а различных расстояниях - как раз там, где находятся планеты. Гравитационная и магнитные силы повлияли на концентрацию и сгущение падающего газа, и в результате образовались планеты. Когда возникли самые крупные планеты, тот же процесс повторился в меньших масштабах, создав, таким образом, системы спутников.
Теории происхождения Солнечной системы носят гипотетический характер, и однозначно решить вопрос об их достоверности на современном этапе развития науки невозможно. Во всех существующих теориях имеются противоречия и неясные места. В настоящее время в области фундаментальной теоретической физики разрабатываются концепции, согласно которым объективно существующий мир не исчерпывается материальным миром, воспринимаемым нашими органами чувств или физическими приборами. Авторы данных концепций пришли к следующему выводу: наряду с материальным миром существует реальность высшего порядка, обладающая принципиально иной природой по сравнению с реальностью материального мира.
Издавна люди пытались найти объяснение многообразию и причудливости мира. Изучение материи и её структурных уровней является необходимым условием формирования мировоззрения, независимо от того, окажется ли оно в конечном счёте материалистическим или идеалистическим. Достаточно очевидно, что очень важна роль определения понятия материи, понимания последней как неисчерпаемой для построения научной картины мира, решения проблемы реальности и познаваемости объектов и явлений микро, макро и мега миров.
Все вышеизложенные революционные открытия в физике перевернули ранее существующие взгляды на мир. Исчезла убежденность в универсальности законов классической механики, ибо разрушились прежние представления о неделимости атома, о постоянстве массы, о неизменности химических элементов и т.д. Теперь уже вряд ли можно найти физика, который считал бы, что все проблемы его науки можно решить с помощью механических понятий и уравнений.
Рождение и развитие атомной физики, таким образом, окончательно сокрушило прежнюю механистическую картину мира. Но классическая механика Ньютона при этом не исчезла. По сей день она занимает почетное место среди других естественных наук. С ее помощью, например, рассчитывается движение искусственных спутников Земли, других космических объектов и т.д. Но трактуется она теперь как частный, случай квантовой механики, применимый для медленных движений и больших масс объектов макромира.
Систематизируя известные сведения о строении материи, можно указать следующую ее структурную картину. Во-первых, следует выделить три основных вида материи, к которым
относятся: вещество, антивещество и поле. Известны электромагнитные, гравитационные, электронные, мезонные и др. поля. Вообще говоря, с каждой элементарной частицей связано соответствующее ей поле. К веществу относятся элементарные частицы (исключая фотоны), атомы, молекулы, макро-и мегатела, т.е. все то, что имеет массу покоя.
Все указанные виды материи диалектически взаимосвязаны между собой. Иллюстрацией этого является открытие в 1922 г. Луи де Бройлем двойственного характера элементарных частиц, которые в одних условиях обнаруживают свою корпускулярную природу, а в других - волновые качества.
Во-вторых, в самом общем виде можно выделить следующие структурные
уровни материи:
Элементарные частицы и поля.
Атомно-молекулярный уровень.
Все макротела, жидкости и газы.
Космические объекты: галактики, звездные ассоциации, туманности и т.д.
Биологический уровень, живую природу.
Социальный уровень - общество.
Каждый структурный уровень материи в своем движении, развитии подчиняется своим специфическим законам. Так, например, на первом структурном уровне свойства элементарных частиц и полей описываются законами квантовой физики, которые носят вероятностный, статистический характер. Свои законы действуют в живой природе. По особым законам функционирует человеческое общество. Имеется целый ряд законов, действующих на всех структурных уровнях материи (законы диалектики, закон всемирного тяготения и др.), что является одним из свидетельств неразрывной взаимосвязи всех этих уровней.
Всякий более высокий уровень материи включает в себя более низкие ее уровни. Например, атомы и молекулы включают в себя элементарные частицы, макротела состоят из элементарных частиц, атомов и молекул. Однако материальные образования на более высоком уровне не являются просто механической суммой элементов низшего уровня. Это качественно новые материальные образования, со свойствами, коренным образом отличающимися от простой суммы свойств составных элементов, что и находит свое выражение в специфике законов, описывающих их. Известно, что атом, состоящий из разнородно заряженных частиц, нейтрален. Или классический пример. Кислород поддерживает горение, водород горит, а вода, молекулы которой состоят из кислорода и водорода, гасит огонь. Далее. Общество есть совокупность отдельных людей - биосоциальных существ. Вместе с тем общество несводимо ни к отдельному человеку, ни к некоторой сумме людей.
В-третьих, исходя из приведенной выше классификации, можно выделить три различных сферы материи: неживую, живую и социально-организованную - общество.
Движение - способ существования материи. Основные формы движения материи и их взаимосвязь.
При всей ограниченности взглядов на сущность материи философов материалистов древнего мира, они были правы в том, что признавали неразрывность материи и движения. У Фалеса изменения первичной субстанции воды вели к образованию различных вещей; у Гераклита диалектична идея о вечных изменениях огня; Демокрит и другие атомисты исходили из того, что атомы непрерывно движутся в пустоте.
Позднее, в условиях господства метафизических и механических воззрений в философии, хотя и поверхностно, но признавалась неразрывность материи и движения. Именно английский философ Д. Толанд в XIII в. высказал убеждение, что "движение есть способ существования материи". Эта мысль была подхвачена и развита французскими материалистами.
Само понятие "движение", как и понятие "материя", есть абстракция. Нет движения как такового, а есть движение конкретных материальных предметов.
На основе развития частных наук, анализа философских идей своих предшественников создатели диалектико-материалистической философии углубили понимание сущности движения, его непрерывной связи с материей, пространством и временем. Диалектический материализм утверждает, что материя без движения так же немыслима, как и движение без материи.
С точки зрения диалектического материализма причины движения материи существуют внутри нее, определяются ее внутренней противоречивостью, наличием таких противоположностей, как изменчивость и устойчивость, притяжение и отталкивание, противоречием между старым и новым, простым и сложным и т.д. Таким образом, движение есть результат внутренней активности материи, единство противоречий, есть ее самодвижение. Раздвоение единого на противоположности и борьба между ними раскрывают источник самодвижения материи.
Концепция самодвижения материи есть логический вывод из самой сущности диалектики, основными принципами которой являются принципы всеобщей связи и развития. Диалектико-материалистическая концепция движения преодолевает механистическое и метафизическое понимание движения как только простого перемещения предметов друг относительно друга, как движение по замкнутому кругу с возвратом в исходное положение, как только чисто количественные или только качественные изменения. С диалектико-материалистической точки зрения любой предмет, находящийся в состоянии покоя относительно одних тел, находится в движении по отношению к другим телам. Более того, внутри каждого предмета происходят непрерывные изменения и процессы, взаимодействия их внутренних частей (элементарных частиц, полей), переход частиц в поля и наоборот, что и является внутренней причиной их изменений, причиной того, что любая вещь в каждый момент времени является той же и в то же время уже другой. Из сказанного следует, что "движением называются всякие изменения и процессы во Вселенной, начиная от простого перемещения и кончая мышлением". И это бесконечный процесс, в этом суть, в этом основа и причина существования бесконечного многообразия вещей, объединяемых общим понятием "материя". Как видим, если предположить
невозможным отсутствие движения, то материя представляла бы собой лишенную всякой определенности, мертвую, безжизненную, полностью лишенную активности массу. Именно благодаря движению материя дифференцируется, происходит непрерывное возникновение и уничтожение всего многообразия предметов и явлений. Движение способ существования материи, и, следовательно, быть, существовать значит быть вовлеченным в процесс изменения, в движение. А это значит, что движение абсолютно, как и материя. Но это не исключает признания относительности движения в различных конкретных случаях. Например, механическое движение одного предмета относительно другого или взаимопревращение конкретных элементарных частиц данного состояния по отношению к другому их состоянию. Так, аннигиляция электрона и позитрона ведет к появлению двух протонов. Здесь мы видим различие конечного результата по отношению к начальному состоянию элементарных частиц.
Признавая абсолютность движения, диалектический материализм не отрицает его противоположности покоя. Под покоем понимается неизменность вещей, их стабильность, временное единство противоположностей, равновесие, сохранение вещей и их состояний. Если движение является причиной возникновения конкретных, качественно различных вещей, то покой является причиной сохранения относительной устойчивости этих конкретных вещей, условием их существования. Если представить себе, что состояние покоя не существует, то всю материю придется представить как нечто хаотичное, лишенное всякой определенности, качественно неразличимое. Таким образом, благодаря движению образуются конкретные качественно различные предметы, а благодаря состоянию покоя они существуют какое-то время в определенном состоянии и в известном месте. Сама возможность покоя, относительной устойчивости вещей определяется движением материи. Не было бы движения, не было бы и качественно различных предметов, не было бы и равновесия, стабильности и т.д., т.е. не было бы и покоя. Это еще раз приводит к мысли, что "движение абсолютно, а покой относителен". И если можно в какой-то мере говорить об абсолютности покоя, то только в плане необходимости всеобщего временного существования конкретных вещей.
Основные формы движения материи : Механическое движение - пространственное перемещение объектов, Физическое движение - теплота, электромагнетизм, гравитация., Химическое движение - превращение атомов и молекул, связанное с перестройкой электронных оболочек атомов (но не их ядер), Биологическое движение - специфические для живого процессы, процессы отражения и саморегуляции, направленные на самосохранение и воспроизводство организмов.
Социальная форма движения рассматривалась как совокупность всех видов общественной деятельности человека. Мышление также признавалось особой формой движения материи, хотя само по себе мышление не материально, а идеально В отличие от механистического материализма, абсолютизирующего механистическую форму движения, распространяющего ее на любые материальные образования, диалектический материализм, исходя из достижений всей совокупности наук, рассматривает движение во всем многообразии его форм и во взаимопереходах последних. При этом важным является утверждение, что каждая форма движения имеет определенного материального носителя. Критерием выделения этих форм движения является связь каждой из них с определенными материальными носителями. Вместе с тем каждая основная форма характеризуется соответствующими законами, действующими на том или ином структурном уровне материи.
Все эти формы движения взаимосвязаны между собой и более простые входят в более сложные, образуя качественно иную форму движения. Каждая из этих форм включает в себя бесконечное множество видов движения. Даже простейшая механическая включает в себя такие виды движения, как равномерно прямолинейное, равномерно ускоренное (замедленное), криволинейное, хаотическое и др. Наиболее сложной формой движения является социальная, т.к. материальный носитель есть самый сложный вид материи социальный.
Следует подчеркнуть, что различные формы движения способны переходить друг в друга в соответствии с законами сохранения материи и движения. Это есть проявление свойства неуничтожимости и несотворимости материи и движения. Мерой движения материи является - энергия, мерой покоя, инертности - масса.
Развитие квантовой механики поставило вопрос об анализе новой основной формы движения квантово-механической, которая, видимо, на сегодняшний день является простейшей. В развитие представлений об основных формах движения речь в настоящее время идет о геологической, космической формах движения, имеющих специфических материальных носителей, изучаемых современными науками физикой, астрофизикой, геологией. Таким образом, развитие современной науки ведет к обогащению наших знаний об основных формах движения. К тому же сейчас возникает проблема уяснения природы особых биополей, "читаемых" экстрасенсами, ясновидцами, и, следовательно, становится насущной проблема дальнейшего развития учения о формах движения, считающихся пока загадочными и необъяснимыми. Так, подтверждаются догадки, сформулированные еще в начале ХХ в., что в природе будет открыто еще много диковинного. Все сказанное выше свидетельствует о том, что мир принципиально познаваем, хотя каждая ступень в развитии нашего познания расширяет область незнаемого, ставит новые проблемы.
В своем формировании категория «материя
» (как субстанция мира) прошла три этапа или так называемые три исторические формы материализма:
На первом этапе материя отождествлялась с конкретной природной стихией, с конкретным видом вещества: водой (Фалес), воздухом (Анаксимен), огнем (Гераклит), атомами (Демокрит). Этот этап носит название стихийного материализма древних.
Второй этап носит название механистического, метафизического материализма. Он был характерен для . Развитие в XVII-XVIII вв. математики и механики coдействовало изучению природы и обогащению представлений о материи. В новоевропейской философии материя наделялась рядом атрибутивных свойств, которые были изучены в рамках классической науки того времени (механики Ньютона) - массой, протяженностью, инерцией, неделимостью, непроницаемостью и т.д. Носителем этих свойств выступали различные проявления первовещества (элементы, корпускулы, атомы). На этом этапе завершается построение механистической картины мира. Эта картина мира сложилась в результате научной революции XVI-XVII вв., оформилась в целостное образование к XVIII веку и господствовала на протяжении XIX века. Основу механистической картины мира составил атозм, который весь мир, включая и человека, понимал как совокупность огромного числа атомов, перемещающихся в пространстве и времени. Ключевым понятием было понятие движение. Однако все многообразие форм и видов движения в природе сводилось к механическому движению (к простому перемещению тел И пространстве). Кроме того, в качестве движения предполагался некий первотолчок, находящийся за пределами мира. Отсюда и знание - механистический, метафизический материализм.
Следует отметить, что для первого и второго этапов характерно представление о материи как о субстрате, т.е. как о строительном материале, из которого состоит все в мире. Кроме того, эти этапы были тесно связаны с уровнем развития научного знания своего времени. В XIX веке совершается ряд научных открытий:
- физика проникает в микромир;
- наряду с веществом вводится понятие электромагнитного поля (Фарадей, Максвелл);
- открывается явление радиоактивности;
- атом перестает быть конечным пределом делимости материи;
- А. Эйнштейн создает теорию относительности.
Все это способствовало появлению убеждения, что нельзя материю отождествлять с веществом , с каким-то конкретным ее видом, т.к. наука постоянно развивается, и как следствие этого меняются представления о мире. В философии возникла выработать такое представление о материи, которое характеризовало бы ее любые формы, виды, независимо оттого, познаны они уже или нет, и независимо от того, какими конкретными свойствами и качествами эти формы и виды обладают.
Третий этап - это этап возникновения материализма. В диалектико-материалистической традиции были окончательно разведены конкретно-научный и философские подходы к пониманию материи, а в ее определении, сформулированном В.И. Лениным, из всего многообразия свойств в качестве самого главного было выделено свойство материи быть объективной реальностью, т.е. не зависеть от . Причем, в диалектико-материалистической традиции материя, как объективная реальность охватывает не только мир , но социум т.е. объективные процессы в обществе.
Материя - это Философская категория для обозначения объективной реальности, существующей независимо от человеческого сознания и отображаемой им. Понятие материя - это абстракция. Не существует материя как таковая вообще, как и человек вообще, стол вообще, т.е. как нечто чувственно воспринимаемое, как нечто положенное рядом с вещами. Материя существует в конкретных бесконечно многообразных видах и форма вещей, процессов, явлений, состояний. Ни один из этих видов, форм и состояний не может быть отождествлен с материей, но все и многообразие, включая их связи и взаимодействия, составляю материальную действительность.
В основе современных научных представлений о строении материи лежит идея о ее сложной системно-структурной организации. Материя - это не сплошное однородное целое . Она структурно организована, и эту структурную организацию можно обнаружить в любом ее элементе. К тому же структура материи не является одноуровневой. Она представляет собой многообразие качественно своеобразных материальных форм различной степени-сложности.
6.2. Структурные уровни материи Микромир, Макромир, Мегамир.
6.3. Структуры макромира Механистическая концепция описания макромира.
6.4. Структуры микромира Квантово-механическая концепция описания микромира
6.1. Системная организация материи
Система - это определенная целостность, проявляющая себя как нечто единое по отношению к другим объектам или условиям.
В понятие системы входит совокупность элементов и связи между ними.
Под элементом системы понимается компонент системы, который далее, внутри данной системы, рассматривается как неделимый.
Причем элемент является таковым лишь по отношению к данной системе, в других же отношениях он сам может представлять сложную систему.
Под структурной организацией материи понимается ее иерархическое строение - любой объект от микрочастиц до организмов, планет и галактик является частью более сложного образования и сам может считаться таковым, т. е. состоящим из неких составных частей.
Совокупность связей между элементами образует структуру системы.
Устойчивые связи элементов определяют упорядоченность системы.
Существуют два типа связей между элементами системы:
Связи по «горизонтали » - это связи координации между однопорядковыми элементами. Они носят коррелирующий характер: ни одна часть системы не может измениться без того, чтобы не изменились другие части.
Связи по «вертикали » - это связи субординации, т.е. соподчинения элементов. Они выражают сложное внутреннее устройство системы, где одни части по своей значимости могут уступать другим и подчиняться им. Вертикальная структура включает уровни организации системы, а также их иерархию.
Исходным пунктом всякого системного исследования является представление о целостности изучаемой системы.
Целостность системы означает, что все ее составные части, соединяясь вместе, образуют уникальное целое, обладающее новыми интегративными свойствами.
Свойства системы - не просто сумма свойств ее элементов, а нечто новое, присущее только системе в целом.
Итак, согласно современным научным взглядам на природу, все природные объекты представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархически организованные системы.
Все системы делятся на закрытые , в которых отсутствуют связи с внешней средой, и открытые , связанные с внешней окружающей средой.
6.2. Структурные уровни материи Микромир, Макромир, Мегамир.
Под структурой материи обычно понимают ее строение в макромире, т.е. существование в виде молекул, атомов, элементарных частиц и т.д.
Критерием для выделения различных структурных уровней служат признаки:
пространственно-временные масштабы;
совокупность важнейших свойств;
специфические законы движения;
степень относительной сложности;
В естественных науках выделяются два больших класса материальных систем: системы неживой природы и системы живой природы .
В неживой природе в качестве структурных уровней организации материи выделяют:
Молекула - наименьшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Молекулы состоят из атомов, соединенных химическими связями.
Теория химического строения молекул была создана А.М.Бутлеровым, а позже подтверждена квантово-механическими расчетами.
Под молекулярной структурой понимается сочетание атомов, которые имеют закономерное расположение в пространстве и связаны между собой химической связью с помощью валентных электронов.
Атом - составная часть молекулы.
Существование структуры атома было доказано Томсоном открытием в 1897 г. электрона.
Вслед за электроном были открыты элементарные частицы. Для упорядочения их группируют по времени жизни, участию в разных типах фундаментальных взаимодействий и другим признакам.
Микромир - мир очень малых микрообъектов, размеры которых от 10 -10 до 10 -18 м, а время жизни может быть до 10 -24 с. Испускание и поглощение света происходит порциями, квантами, получившими название фотонов. Это мир - от атомов до элементарных частиц.
При этом для микромира свойственен корпускулярно-волновой дуализм, т.е. любой микрообъект, обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами.
Описание микромира опирается на принцип дополнительности Н. Бора и соотношения неопределенности Гейзенберга . Мир элементарных частиц, которые долго считали элементарными «кирпичиками», подчиняется законам квантовой механики, квантовой электродинамики, квантовой хромодинамики.
Макромир - это мир объектов, соизмеримых с человеческим опытом. Размеры макрообъектов измеряются от долей миллиметра до сотен километров, а время - от секунд до сотен – тысяч лет. Поведение же макроскопических тел, состоящих из микрочастиц, описывается классической механикой и электродинамикой.
Материя может пребывать как в виде вещества, так и в виде поля, причем вещество дискретно, а поле - непрерывно.
Скорости распространения поля равны скорости света, максимальной из возможных скоростей, а скорости движения частиц вещества всегда меньше скорости света.
Мегамир - мир объектов космического масштаба: планеты, звезды, галактики, Метагалактика. Кроме них во Вселенной присутствуют материя в виде излучения и диффузная материя. Последняя может занимать огромные пространства в виде гигантских облаков газа и пыли - газо-пылевых туманностей.
В звездах сосредоточено 97 % вещества нашей Галактики - Млечный Путь.
Диаметр Галактики порядка 100 тыс. св. лет;
Cветовой год равен расстоянию, которое свет проходит в вакууме, не испытывая влияния гравитационных полей, за один юлианский год..
Световой год равен: километрам.
Наше Солнце - рядовая звезда типа «желтый карлик».
Галактики (их до 10 млрд), наблюдаемые с Земли как туманные пятнышки, имеют разную форму: спиральную, неправильную, эллиптическую. Они образуют скопления из нескольких тысяч отдельных систем.
Систему галактик называют Метагалактикой .
Мегамир – или космос, современная наука рассматривает как взаимодействующую и развивающуюся систему всех небесных тел.
Мегамир описывается законами классической механики с поправками, которые были внесены теорией относительности.
Разграничения уровней организации живого ввел в 60-е годы ХХ века отечественный философ В.И. Кремянский, в своей книге “Структурные уровни живой материи” (1969) обобщив предшествующий опыт уровневых классификаций.
В живой природе к структурным уровням организации материи относят:
системы доклеточного уровня – нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) и белки (включая вирусы и неклеточные пробионты – первые живые организмы способные к саморегуляции и самовоспроизведению).
клетки как особый уровень биологической организации, представленные в форме одноклеточных организмов и элементарных единиц живого вещества;
многоклеточные организмы растительного и животного мира;
надорганизменные структуры , включающие виды, популяции и биоценозы, наконец, биосферу как всю массу живого вещества.
Популяция (биотоп) – совокупность (сообщество) особей одного и того же вида (например, стая волков), которые могут скрещиваться и воспроизводить себе подобных
Биоценоз - совокупность популяций организмов, при которых продукты жизнедеятельности одних являются условиями существования других организмов, населяющих участок суши или воды.
Биосфера - глобальная система жизни, та часть географической среды (нижняя часть атмосферы, верхняя часть литосферы и гидросферы), которая является средой обитания живых организмов, обеспечивая необходимые для их выживания условия (температуру, почву и т.п.), образованная в результате взаимодействия биоценозов.
Общая основа жизни на биологическом уровне - органический метаболизм (обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой) - который проявляется налюбом из выделенных подуровней.
|
СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ МАТЕРИИ |
|||
|
Неорганическая природа |
Живая природа |
Общество |
|
|
Субмикроэлементарный |
Биологический макромолекулярный |
Индивид |
|
|
Микроэлементарный |
Клеточный |
Семья |
|
|
Ядерный |
Микроорганический |
Коллективы |
|
|
Атомарный |
Органы и ткани |
Большие социальные группы (классы, нации) |
|
|
Молекулярный |
Организм в целом |
Государство (гражданское общество) |
|
|
Макроуровень |
Популяции |
Системы государств |
|
|
Мегауровень (планеты, звездно-планетные системы, галактики) |
Биоценоз |
Человечество в целом |
|
|
Метауровень (метагалактики) |
Биосфера |
В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета и т.д. может быть рассмотрен как система – сложное образование, включающее составные части, элементы и связи между ними. Элемент в данном случае означает минимальную, далее неделимую часть данной системы. Совокупность связей между элементами образует структуру системы, устойчивые связи определяют упорядоченность системы. Связи по горизонтали – координирующие, обеспечивают корреляцию (согласованность) системы, ни одна часть системы не может измениться без изменения других частей. Связи по вертикали – связи субординации, одни элементы системы подчиняются другим. Система обладает признаком целостности – это означает, что все ее составные части, соединяясь в целое, образуют качество, не сводимое к качествам отдельных элементов. Согласно современным научным взглядам все природные объекты представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархически организованные системы. В самом общем смысле слова «система» обозначает любой предмет или любое явление окружающего нас мира и представляет собой взаимосвязь и взаимодействие частей (элементов) в рамках целого. Структура - это внутренняя организация системы, которая способствует связи ее элементов в единое целое и придает ей неповторимые особенности. Структура определяет упорядоченность элементов объекта. Элементами являются любые явления, процессы, а также любые свойства и отношения, находящиеся в какой-либо взаимной связи и соотношении друг с другом. В понимании структурной организации материи большую роль играет понятие «развитие». Понятие развития неживой и живой природы рассматривается как необратимое направленное изменение структуры объектов природы, поскольку структура выражает уровень организации материи. Важнейшее свойство структуры - ее относительная устойчивость. Структура - это общий, качественно определенный и относительно устойчивый порядок внутренних отношений между подсистемами той или иной системы. Понятие "уровень организации" в отличие от понятия "структура" включает представление о смене структур и ее последовательности в ходе исторического развития системы с момента ее возникновения. В то время как изменение структуры может быть случайным и не всегда имеет направленный характер, изменение уровня организации происходит необходимым образом. Системы, достигшие соответствующего уровня организации и имеющие определенную структуру, приобретают способность использовать информацию для того, чтобы посредством управления сохранить неизменным (или повышать) свой уровень организации и способствовать постоянству (или уменьшению) своей энтропии (энтропия – мера беспорядка). До недавнего времени естествознание, и другие науки могли обходиться без целостного, системного подхода к своим объектам изучения, без учета исследования процессов образования устойчивых структур и самоорганизации. В настоящее время проблемы самоорганизации, изучаемые в синергетике, приобретают актуальный характер во многих науках, начиная от физики и кончая экологией. Задача синергетики - выяснение законов построения организации, возникновения упорядоченности. В отличие от кибернетики здесь акцент делается не на процессах управления и обмена информацией, а на принципах построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения (Г.Хакен). Вопрос об оптимальной упорядоченности и организации особенно остро стоит при исследованиях глобальных проблем - энергетических, экологических, многих других, требующих привлечения огромных ресурсов. Современные взгляды на структурную организацию материи В классическом естествознании учение о принципах структурной организации материи было представлено классическим атомизмом. Идеи атомизма служили фундаментом для синтеза всех знаний о природе. В XX веке классический атомизм подвергся радикальным преобразованиям. Современные принципы структурной организации материи связаны с развитием системных представлений и включают некоторые концептуальные знания о системе и ее признаках, характеризующих состояния системы, ее поведение, организацию и самоорганизацию, взаимодействие с окружением, целенаправленность и предсказуемость поведения и др. свойства. Наиболее простой классификацией систем является деление их на статические и динамические, которое, несмотря на его удобство все же условно, т.к. все в мире находится в постоянном изменении. Динамические системы делят на детерминистские и стохастические (вероятностные). Эта классификация основана на характере предсказания динамики поведения систем. Такие системы исследуются в механике и астрономии. В отличие от них стохастические системы, которые обычно называют вероятностно – статистическими, имеют дело с массовыми или повторяющимися случайными событиями и явлениями. Поэтому предсказания в них имеют не достоверный, а лишь вероятностный характер. По характеру взаимодействия с окружающей средой различают системы открытые и закрытые (изолированные), а иногда выделяют также частично открытые системы. Такая классификация носит в основном условный характер, т.к. представление о закрытых системах возникло в классической термодинамике как определенная абстракция. Подавляющее большинство, если не все системы, являются открытыми. Многие сложноорганизованные системы, встречающиеся в социальном мире, являются целенаправленными, т.е. ориентированными на достижение одной или нескольких целей, причем в разных подсистемах и на разных уровнях организации эти цели могут быть различными и даже придти в конфликт друг с другом. Классификация и изучение систем позволили выработать новый метод познания, который получил название системного подхода. Применение системных идей к анализу экономических и социальных процессов способствовало возникновению теории игр и теории принятия решений. Самым значительным шагом в развитии системного метода было появление кибернетики как общей теории управления в технических системах, живых организмах и обществе. Хотя отдельные теории управления существовали и до кибернетики, создание единого междисциплинарного подхода дало возможность раскрыть более глубокие и общие закономерности управления как процесса накопления, передачи и преобразования информации. Само же управление осуществляется с помощью алгоритмов, для обработки которых служат компьютеры. Универсальная теория систем, обусловившая фундаментальную роль системного метода, выражает с одной стороны, единство материального мира, а с другой стороны, единство научного знания. Важным следствием такого рассмотрения материальных процессов стало ограничение роли редукции в познании систем. Стало ясно, что чем больше одни процессы отличаются от других, чем они качественно разнороднее, тем труднее поддаются редукции. Поэтому закономерности более сложных систем нельзя полностью сводить к законам низших форм или более простых систем. Как антипод редукционистского подхода возникает холистический подход (от греч. holos – целый), согласно которому целое всегда предшествует частям и всегда важнее частей. Всякая система есть целое, образованное взаимосвязанными и взаимодействующими его частями. Поэтому процесс познания природных и социальных систем может быть успешным только тогда, когда в них части и целое будут изучаться не в противопоставлении, а во взаимодействии друг с другом. Современная наука рассматривает системы как сложные, открытые, обладающие множеством возможностей новых путей развития. Процессы развития и функционирования сложной системы имеют характер самоорганизации, т.е. возникновения внутренне согласованного функционирования за счет внутренних связей и связей с внешней средой. Самоорганизация – это естественнонаучное выражение процесса самодвижения материи. Способностью к самоорганизации обладают системы живой и неживой природы, а также искусственные системы. В современной научно обоснованной концепции системной организации материи обычно выделяют три структурных уровня материи:
Изучение иерархии структурных уровней природы связано с решением сложнейшей проблемы определения границ этой иерархии как в мегамире, так и в микромире. Объекты каждой последующей ступени возникают и развиваются в результате объединения и дифференциации определенных множеств объектов предыдущей ступени. Системы становятся все более многоуровневыми. Сложность системы возрастает не только потому, что возрастает число уровней. Существенное значение приобретает развитие новых взаимосвязей между уровнями и со средой, общей для таких объектов и их объединений. Микромир, будучи подуровнем макромиров и мегамиров, обладает совершенно уникальными особенностями и поэтому не может быть описан теориями, имеющими отношение к другим уровням природы. В частности, этот мир изначально парадоксален. Для него не применим принцип «состоит из». Так, при соударении двух элементарных частиц никаких меньших частиц не образуется. После столкновения двух протонов возникает много других элементарных частиц – в том числе протонов, мезонов, гиперонов. Феномен «множественного рождения» частиц объяснил Гейзенберг: при соударении большая кинетическая энергия превращается в вещество, и мы наблюдаем множественное рождение частиц. Микромир активно изучается. Если 50 лет назад было известно всего лишь 3 типа элементарных частиц (электрон и протон как мельчайшие частицы вещества и фотон как минимальная порция энергии), то сейчас открыто около 400 частиц. Второе парадоксальное свойство микромира связано с двойственной природой микрочастицы, которая одновременно является волной и корпускулой. Поэтому ее невозможно строго однозначно локализовать в пространстве и времени. Эта особенность отражена в принципе соотношения неопределенностей Гейзенберга. Наблюдаемые человеком уровни организации материи осваиваются с учетом естественных условий обитания людей, т.е. с учетом наших земных закономерностей. Однако это не исключает предположения о том, что на достаточно удаленных от нас уровнях могут существовать формы и состояния материи, характеризующиеся совсем другими свойствами. В связи с этим ученые стали выделять геоцентрические и негеоцентрические материальные системы. Геоцентрический мир – эталонный и базисный мир ньютонова времени и эвклидова пространства, описывается совокупностью теорий, относящихся к объектам земного масштаба. Негеоцентрические системы – особый тип объективной реальности, характеризующийся иными типами атрибутов, иным пространством, временем, движением, нежели земные. Существует предположение о том, что микромир и мегамир – это окна в негеоцентрические миры, а значит, их закономерности хотя бы в отдаленной степени позволяют представить иной тип взаимодействий, чем в макромире или геоцентрическом типе реальности. Солнечная система в представлении художника. Масштабы расстояний от Солнца не соблюдены Между мегамиром и макромиром нет строгой границы. Обычно полагают, что он начинается с расстояний около 10 7 и масс 10 20 кг. Опорной точкой начала мегамира может служить Земля. Поскольку мегамир имеет дело с большими расстояниями, то для их измерения вводят специальные единицы: астрономическая единица, световой год и парсек. Астрономическая единица (а.е.) – среднее расстояние от Земли до Солнца. Световой год – расстояние, которое проходит свет в течение одного года. Парсек (параллакс-секунда) – расстояние, на котором годичный параллакс земной орбиты (т.е. угол, под которым видна большая полуось земной орбиты, расположенная перпендикулярно лучу зрения) равен одной секунде. Небесные тела во Вселенной образуют системы различной сложности. Так Солнце и движущиеся вокруг него 9 планет образуют Солнечную систему. Основная часть звезд нашей галактики сосредоточена в диске, видимом с Земли «сбоку» в виде туманной полосы, пересекающей небесную сферу – Млечного Пути. Все небесные тела имеют свою историю развития. Возраст Вселенной равен 14 млрд. лет. Возраст Солнечной системы оценивается в 5 млрд. лет, Земли – 4,5 млрд. лет. Еще одна типология материальных систем имеет сегодня достаточно широкое распространение. Это деление природы на неорганическую и органическую, в которой особое место занимает социальная форма материи. Неорганическая материя – это элементарные частицы и поля, атомные ядра, атомы, молекулы, макроскопические тела, геологические образования. Органическая материя также имеет многоуровневую структуру: доклеточный уровень – ДНК, РНК, нуклеиновые кислоты; клеточный уровень – самостоятельно существующие одноклеточные организмы; многоклеточный уровень – ткани, органы, функциональные системы (нервная, кровеносная и др.), организмы (растения, животные); надорганизменные структуры – популяции, биоценозы, биосфера. Социальная материя существует лишь благодаря деятельности людей и включает особые подструктуры: индивид, семья, группа, коллектив, государство, нация и др. | |
