Главная » Цвет в интерьере » Уровни организации материальных систем. Структурные уровни организации материи по Б.П.Иванову. Структурные уровни организации материи

Уровни организации материальных систем. Структурные уровни организации материи по Б.П.Иванову. Структурные уровни организации материи

Московская Открытая Социальная Академия

Кафедра математических и общих естественнонаучных дисциплин

Учебная дисциплина:

Концепции современного естествознания.

Тема реферата:

Структурные уровни организации материи.

Факультета заочного образование

номер группы: ФЭБ-3,6

Руководитель:

Москва 2009

ВВЕДЕНИЕ

I. Структурные уровни организации материи: микро-, макро,- мегамиры

1.1 Современный взгляд на структурную организацию материи

II. Структура и ее роль в организации живых систем

2.1 Система и целое

2.2 Часть и элемент

2.3 Взаимодействие части и целого

III. Атом, человек, Вселенная – длинная цепь усложнений

ЗАКЛЮЧЕНИЕСПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение

Все объекты природы (живой и неживой природы)можно представить в виде системы, обладающими особенностями, характеризующими их уровней организации. Концепция структурных уровней живой материи включает представления системности и связанной с ней организацией целостности живых организмов. Живая материя дискретна, т.е. делится на составные части более низкой организации, имеющие определенные функции. Структурные уровни различаются не только классами сложности, но и по закономерности функционирования. Иерархическая структура такова, что каждый высший уровень не управляет, а включает низший. Диаграмма наиболее точно отражает целостную картину природы и уровень развития естествознания в целом. С учетом уровня организации можно рассматривать иерархию структур организации материальных объектов живой и неживой природы. Такая иерархия структур начинается с элементарных частиц и заканчивается живыми сообществами. Концепция структурных уровней впервые была предложена в 20-х г.г. нашего столетия. В соответствии с ней структурные уровни различаются не только по классам сложностью, но по закономерностям функционирования. Концепция включает в себя иерархию структурных уровней, в которой каждый следующий уровень входит в предыдущий.

Цель данной работы заключается в изучении концепции структурной организации материи.

I. Структурные уровни организации материи: микро-, макрО -, мегамиры

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.

1.1 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:

микромир – мир атомов и элементарных частиц – предельно малых непосредственно ненаблюдаемых объектов, размерность от 10-8 см до 10-16 см, а время жизни – от бесконечности до 10-24 с.

макромир – мир устойчивых форм и соразмерных человеку величин: земных расстояний и скоростей, масс и объемов; размерность макрообъектов соотносима с масштабами человеческого опыта – пространственные величины от долей миллиметра до километров и временные измерения от долей секунды до лет.

мегамир – мир космоса (планеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики); мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние измеряется световыми годами, а время миллионами и миллиардами лет;

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.

Между мегамиром и макромиром нет строгой границы. Обычно полагают, что он

начинается с расстояний около 107 и масс 1020 кг. Опорной точкой начала мегамира может служить Земля (диаметр 1,28×10+7 м, масса 6×1021 кг). 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, равное 1,5×1011 м.

Световой год – расстояние, которое проходит свет в течение одного года, а именно 9,46×1015 м.

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. Это расстояние равно 206265 а.е. = 3,08×1016 м = 3,26 св. г.

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.

II. СТРУКТУРА И ЕЕ РОЛЬ В ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВЫХ СИСТЕМ

2.1СИСТЕМА И ЦЕЛОЕ

Система - это комплекс элементов, находящихся во взаимодействии. В переводе с греческого это целое, составленное из частей, соединение.

Претерпев длительную историческую эволюцию, понятие система с середины XX в. становится одним из ключевых научных понятий.

Первичные представления о системе возникли в античной философии как упорядоченность и ценность бытия. Понятие система сейчас имеет чрезвычайно широкую область применения: практически каждый объект может быть рассмотрен как система.

Каждая система характеризуется не только наличием связей и отношений между образующими ее элементами, но и неразрывным единством с окружающей средой.

Можно выделить различные типы систем:

По характеру связи между частями и целым - неорганические и органические;

По формам движения материи - механические, физические, химические, физико-химические;

По отношению к движению - статистические и динамические;

По видам изменений - нефункциональные, функциональные, развивающиеся;

По характеру обмена со средой - открытые и закрытые;

По степени организации - простые и сложные;

По уровню развития - низшие и высшие;

По характеру происхождения - естественные, искусственные, смешанные;

По направлению развития - прогрессивные и регрессивные.

Согласно одному из определений, целое - это то, у чего не отсутствует ни одна из частей, состоя из которых, оно именуется целым. Целое обязательно предполагает системную организованность его компонентов.

Понятие целого отражает гармоническое единство и взаимодействие частей по определенной упорядоченной системе.

Родственность понятий целого и системы послужило основанием для не совсем верного их полного отождествления. В случае системы мы имеем дело не с отдельным объектом, а с группой взаимодействующих объектов, взаимно влияющих друг на друга. По мере дальнейшего совершенствования системы в сторону упорядоченности ее компонентов, она может перейти в целостность. Понятие целого характеризует не только множественность составляющих компонентов, но и то, что связь и взаимодействие частей являются закономерными, возникающими из внутренних потребностей развития частей и целого.

Поэтому целое есть особого рода система. Понятие целого является отражением внутренне необходимого, органического характера взаимосвязи компонентов системы, причем, иногда изменение одного из компонентов с неизбежностью вызывает то или иное изменение в другом, а нередко и всей системы.

Свойства и механизм целого как более высокого уровня организации по сравнению с организующими его частями не могут быть объяснены только через суммирование свойств и моментов действия этих частей, рассматриваемых изолированно друг от друга. Новые свойства целого возникают в результате взаимодействия его частей, поэтому, чтобы знать целое, надо наряду со знанием особенностей частей знать закон организации целого, т.е. закон объединения частей.

Поскольку целое как качественная определенность является результатом взаимодействия его компонентов, необходимо остановиться на их характеристике. Являясь составляющими системы или целого, компоненты вступают в различные отношения между собой. Отношения между элементами могут быть разделены на «элемент - структура» и «часть - целое». В системе целого наблюдается подчиненность частей целому. Система целого характерна тем, что она может создать недостающие ей органы.

2.2 ЧАСТЬ И ЭЛЕМЕНТ

Элемент - это такой компонент предмета, который может быть безразличен к специфике предмета. В категории структуры могут найти отношение связи и отношения между элементами, безразличными к его специфике.

Часть - это тоже составной компонент предмета, но, в отличие от элемента, часть - это компонент, который не безразличен к специфике предмета как целого (например, стол состоит из частей - крышки и ножек, а также элементов - скрепляющих части шурупов, болтов, которые можно применять для крепления других предметов: шкафов, тумб и т.д.)

Живой организм как целое состоит из многих компонентов. Одни из них будут просто элементами, другие в то же время и частями. Частями являются лишь такие компоненты, которым присущи функции жизни (обмен веществ и т.д.): внеклеточное живое вещество; клетка; ткань; орган; система органов.

Всем им присущи функции живого, все они выполняют свои специфические функции в системе организации целого. Поэтому часть - это такой компонент целого, функционирование которого определено природой, сущностью самого целого.

Кроме частей в организме имеются и другие компоненты, которые сами по себе не обладают функциями жизни, т.е. являются неживыми компонентами. Это элементы. Неживые элементы имеются на всех уровнях системной организации живой материи:

В протоплазме клетки - зерна крахмала, капли жира, кристаллы;

В многоклеточном организме к числу неживых компонентов, не обладающих собственным обменом веществ и способностью к самовоспроизведению, относятся волосы, когти, рога, копыта, перья.

Таким образом, часть и элемент составляют необходимые компоненты организации живого как целостной системы. Без элементов (неживых компонентов) невозможно функционирование частей (живых компонентов). Поэтому только совокупное единство и элементов и частей, т.е. неживых и живых компонентов, составляет системную организацию жизни, ее целостность.

2.2.1 СООТНОШЕНИЕ КАТЕГОРИЙ ЧАСТЬ И ЭЛЕМЕНТ

Соотношение категорий часть и элемент весьма противоречиво. Содержание категории часть отличается от категории элемент: элементами являются все составные компоненты целого, независимо от того, выражается в них специфика целого или нет, а частями являются лишь те элементы, в которых непосредственно выражена специфика предмета как целого, поэтому категория части уже категории элемента. С другой стороны содержание категории части шире категории элемента, так как лишь определенная совокупность элементов составляет часть. И это можно показать применительно к любому целому.

Значит, существуют определенные уровни или границы в структурной организации целого, которые отделяют элементы от частей. В то же время различие между категориями часть и элемент являются весьма относительными, так как они могут взаимопревращаться, например, органы или клетки, функционируя, подвергаются разрушению, значит, из частей превращаются в элементы и наоборот, они снова строятся из неживого, т.е. элементов, и становятся частями. Элементы, не выведенные из организма, могут превращаться в солевые отложения, которые уже являются частью организма, причем довольно нежелательной.

2.3 В ЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЧАСТИ И ЦЕЛОГО

Взаимодействие части и целого состоит в том, что одно предполагает другое, они едины и друг без друга существовать не могут. Не бывает целого без части и наоборот: нет частей вне целого. Часть становится частью лишь в системе целого. Часть приобретает свой смысл только благодаря целому, так же как и целое есть взаимодействие частей.

Во взаимодействии части и целого ведущая, определяющая роль принадлежит целому. Части организма не могут самостоятельно существовать. Представляя собой частные приспособительные структуры организма, части возникают в ходе развития эволюции ради целого организма.

Определяющую роль целого по отношению к частям в органической природе как нельзя лучше подтверждают явления автотомии и регенерации. Ящерица, схваченная за хвост, убегает, оставив кончик хвоста. То же самое происходит с клешнями крабов, раков. Автотомия, т.е. самоотсечение хвоста у ящерицы, клешней у крабов и раков, является защитной функцией, способствующей приспособлению организма, выработавшейся в эволюционном процессе. Организм жертвует своей частью в интересах спасения и сохранения целого.

Явление автотомии наблюдается в тех случаях, когда организм способен восстановить утраченную часть. Недостающая часть хвоста у ящерицы вырастает заново (но, правда, один раз). У крабов и раков тоже часто вырастают отломанные клешни. Значит, организм способен сначала потерять часть ради спасения целого, с тем чтобы потом эту часть восстановить.

Явление регенерации еще больше свидетельствует о подчиненности частей целому: целое обязательно требует выполнения в той или иной мере утраченных частей. Современная биология установила, что регенерационной способностью обладают не только низкоорганизованные существа (растения и простейшие), но и млекопитающие.

Существует несколько видов регенерации: восстанавливаются не только отдельные органы, но и целые организмы из отдельных его участков (гидра из кольца, вырезанного из середины ее тела, простейшие, коралловые полипы, кольчатые черви, морские звезды и т.д.). В русском фольклоре нам известен Змей-Горыныч, у которого добры-молодцы отрубали головы, тут же снова выраставшие… В общебиологическом плане регенерация может рассматриваться как способность взрослого организма к развитию.

Однако определяющая роль целого по отношению к частям не означает, что части лишены своей специфики. Определяющая роль целого предполагает не пассивную, а активную роль частей, направленную на обеспечение нормальной жизни организма как целого. Подчиняясь в общем системе целого, части сохраняют относительную самостоятельность и автономность. С одной стороны, части выступают как компоненты целого, а с другой - они сами являются своеобразными целостными структурами, системами со своими специфическими функциями и структурами. В многоклеточном организме из всех частей именно клетки представляют наиболее высокий уровень целостности и индивидуальности.

То, что части сохраняют свою относительную самостоятельность и автономность, позволяет проводить относительную самостоятельность исследования отдельных систем органов: спинного мозга, вегетативной нервной системы, систем пищеварения и т.д., что имеет большое значение для практики. Пример тому - исследование и раскрытие внутренних причин и механизмов относительной самостоятельности злокачественных опухолей.

Относительная самостоятельность частей в большей мере, чем животным, присуща растениям. Им свойственно образование одних частей из других - вегетативное размножение. Каждому, наверное, в своей жизни приходилось видеть привитые, например, на яблоне черенки других растений.

3..АТОМ, ЧЕЛОВЕК, ВСЕЛЕННАЯ - ДЛИННАЯ ЦЕПЬ УСЛОЖНЕНИЙ

В современной науке широко используется метод структурного анализа, при котором учитывается системность исследуемого объекта. Ведь структурность – внутренняя расчлененность материального бытия, способ существования материи. Структурные уровни материи образованы из определенного множества объектов какого-либо вида и характеризуются особым способом взаимодействия между составляющими их элементами, применительно к трем основным сферам объективной действительности эти уровни выглядят следующим образом.

СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ МАТЕРИИ
	Неорганическая		Общество
1	Субмикроэлементарный	Биологический макромолекулярный	Индивид
2	Микроэлементарный	Клеточный	Семья
3	Ядерный	Микроорганический	Коллективы
4	Атомарный	Органы и ткани	Большие социальные группы (классы, нации)
5	Молекулярный	Организм в целом	Государство (гражданское общество)
6	Макроуровень	Популяция	Системы государств
7	Мегауровень (планеты, звездно-планетные системы, Галактики)	Биоценоз	Человечество
8	Метауровень (метагалактики)	Биосфера	Ноосфера

Каждая из сфер объективной действительности включает в себя ряд взаимосвязанных структурных уровней. Внутри этих уровней доминирующими являются координационные отношения, а между уровнями – субординационные.

Системное исследование материальных объектов предполагает не только установление способов описания отношений, связей и структуры множества элементов, но и выделения тех из них, которые являются системообразующими, т. е. обеспечивают обособленное функционирование и развитие системы. Системный подход к материальным образованиям предполагает возможность понимания рассматриваемой системы более высокого уровня. Для системы обычно характерна иерархичность строения, т. е. последовательное включение системы более низкого уровня в систему более высокого уровня. Таким образом, в структуру материи на уровне неживой природы (неорганической) входят элементарные частицы, атомы, молекулы (объекты микромира, макротела и объекты мегамира: планеты, галактики, системы метагалактик и т. д.). Метагалактику часто отождествляют со всей Вселенной, но Вселенная понимается в предельно широком смысле этого слова, она тождественна всему материальному миру и движущейся материи, которая может включать в себя множество метагалактик и других космических систем.

Живая природа также структурирована. В ней выделены уровень биологический и уровень социальный. Биологический уровень включает подуровни:

Макромолекул (нуклеиновые кислоты, ДНК, РНК, белки);

Клеточный уровень;

Микроорганический (одноклеточные организмы);

Органов и тканей организма в целом;

Популяционный;

Биоценозный;

Биосферный.

Основными понятиями данного уровня на последних трех подуровнях являются понятия биотоп, биоценоз, биосфера, требующие пояснения.

Биотоп – совокупность (сообщество) одного и того же вида (например, стая волков), которые могут скрещиваться и производить себе подобных (популяции).

Биоценоз – совокупность популяций организмов, при которых продукты жизнедеятельности одних являются условиями существование 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) проявляется на любом из выделенных подуровней:

На уровне организмов обмен веществ означает ассимиляцию и диссимиляцию при посредстве внутриклеточных превращений;

На уровне экосистем (биоценоза) он состоит из цепи превращения вещества, первоначально ассимилированного организмами производителями при посредстве организмов-потребителей и организмов-разрушителей, относящихся к разным видам;

На уровне биосферы происходит глобальный круговорот вещества и энергии при непосредственном участии факторов космического масштаба.

На определенном этапе развития биосферы возникают особые популяции живых существ, которые благодаря своей способности к труду образовали своеобразный уровень – социальный. Социальная деятельность в структурном аспекте разделяется на подуровни: индивидов, семьи, различных коллективов (производственных), социальных групп и т. д.

Структурный уровень социальной деятельности находится в неоднозначно-линейных связях между собой (например, уровень наций и уровень государств). Переплетение разных уровней в рамках общества порождает представление о господстве случайности и хаотичности в социальной деятельности. Но внимательный анализ обнаруживает наличие в нем фундаментальных структур – главных сфер общественной жизни, которыми являются материально-производственная, социальная, политическая, духовная сферы, имеющие свои законы и структуры. Все они в определенном смысле субординированы в составе общественно-экономической формации, глубоко структурированы и обуславливают генетическое единство общественного развития в целом. Таким образом, любая из трех областей материальной действительности образуется из ряда специфических структурных уровней, которые находятся в строгой упорядоченности в составе той или иной области действительности. Переход от одной области к другой связан с усложнением и увеличением множества образованных факторов, обеспечивающих целостность систем. Внутри каждого из структурных уровней существуют отношения субординации (молекулярный уровень включает атомарный, а не наоборот). Закономерности новых уровней несводимы к закономерностям уровней, на базе которых они возникали, и являются ведущими для данного уровня организации материи. Структурная организация, т.е. системность, является способом существования материи.

Заключение

Структурные уровни организации материи строятся по принципу пирамиды: высшие уровни состоят из многочисленного числа низших уровней. Низшие уровни являются основой существования материи. Без этих уровней невозможно дальнейшее построение «пирамиды материи». Высшие (сложные) уровни образуются путём эволюции – постепенно переходя от простого к сложному. Структурные уровни материи образованы из определенного множества объектов какого-либо вида и характеризуются особым способом взаимодействия между составляющими их элементами.

Все объекты живой и неживой природы можно представить в виде определенных систем, обладающих конкретными особенностями и свойствами, характеризующими их уровень организации. С учетом уровня организации можно рассматривать иерархию структур организации материальных объектов живой и неживой природы. Такая иерархия структур начинается с элементарных частиц, представляющих собой первоначальный уровень организации материи, и заканчивается живыми организациями и сообществами - высшими уровнями организации.

Концепция структурных уровней живой материи включает представления системности и связанной с ней органической целостности живых организмов. Однако история теории систем начиналась с механистического понимания организации живой материи, в соответствии с которым все высшее сводилось к низшему: процессы жизнедеятельности - к совокупности физико-химических реакций, а организация организма - к взаимодействию молекул, клеток, тканей, органов и т.п.

Список литературы

1. Данилова В.С. Основные концепции современного естествознания: Учеб. пособие для вузов. – М., 2000. – 256 с.

2. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учеб.. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.; Альфа-М; ИНФРА-М, 2004. – 622 с.

3. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М., 2003. – 287 с.

4. Концепция современного естествознания: Под ред. Профессора С. И. Самыгина, Серия «Учебники и учебные пособия» -4-е изд., перераб. и доп. – Ростов н/Д: «Феникс».2003 -448c.

5. Дубнищева Т.Я. Концепция современного естествознания.: учебное пособие для студ. вузов/ 6-е изд., исправ. и допол. –М; Издательский центр «Академия», -20006.-608c.

Тема: Структурные уровни организации материи: макромир, микромир, мегамир

Вуз: ВЗФЭИ

Год и город: Уфа 2008

ПЛАН

1. Введение
2. Системный подход к строению материи
3. Взаимосвязь микро-, макро- и мегамиров
4. Представление о классической физике, о поле и веществе, каквидах материи
5. Корпускулярно-волновой дуализм
6. Структура атома с точки зрения современной физики
7. Элементарные частицы и их свойства
8. Модели Вселенной, разработанные в современной космологии
9. Основные этапы эволюции Вселенной с точки зрениясовременной науки
10. Заключение
11. Список использованной литературы

1. ВВЕДЕНИЕ

Весь окружающий нас мир представляет собой движущуюся материю в её бесконечно разнообразных формах и проявлениях, со всеми её свойствами, связями и отношениями.

Материя (лат. Materia - вещество), «…философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от нас».

Слово «материя» многозначно. В быту им пользуются для обозначения той или иной ткани. Современная астрономия сообщает, что видимая Вселенная насчитывает сотни тысяч звезд, звездных туманностей и других небесных тел. У всех предметов и явлений, несмотря на их разнообразие, есть общая черта: все они существуют вне сознания человека и независимо от него, т.е. являются материальными. Люди открывают все новые и новые свойства природных тел и процессов, производят бесконечное множество несуществующих в природе вещей, следовательно, материя, неисчерпаема.

Материя и ее атрибуты несотворимы и неуничтожимы, существуют вечно и бесконечно разнообразны по форме своих проявлений. Все явления в мире обусловлены естественными материальными связями и взаимодействиями, причинными отношениями и законами природы. В этом смысле в мире нет ничего сверхъестественного и противостоящего материи. Человеческая психика и сознание тоже определяются материальными процессами в мозгу человека и являются высшей формой отражения внешнего мира.

2. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К СТРОЕНИЮ МАТЕРИИ

Структурность и системная организация материи относятся к числу ее важнейших атрибутов, выражают упорядоченность существования материи и те конкретные формы, в которых она проявляется.

Структура материи . Под структурой материи обычно понимают ее строение в макромире, т.е. существование в виде молекул, атомов, элементарных частиц и т.д. Это связано с тем, что человек является макроскопическим существом и для него привычными являются макроскопические масштабы, поэтому понятие структуры ассоциируется обычно с различными микрообъектами.

Но если рассматривать материю в целом, то понятие структуры материи будет охватывать также макроскопические тела, все космические системы мегамира, причем в любых сколь угодно больших пространственно-временных масштабах. С этой точки зрения, понятие «структура» проявляется в том, что она существует в виде бесконечного многообразия целостных систем, тесно взаимосвязанных между собой, а также в упорядоченности строения каждой системы. Такая структура бесконечна в количественном и качественном отношениях.

Проявлениями структурной бесконечности материи выступают:

неисчерпаемость объектов и процессов микромира;
бесконечность пространства и времени;
бесконечность изменений и развития процессов.

Из всего многообразия форм объективной реальности эмпирически доступной всегда остается лишь конечная область материального мира, которая ныне простирается в масштабах от 10-15 до 1028 см, а во времени - до 2х109 лет.

Структурность и системная организация материи относятся к числу важнейших ее атрибутов. Они выражают упорядоченность существования материи и те ее конкретные формы, в которых она проявляется.

Материальный мир един: мы подразумеваем, что все его части - от неодушевленных предметов до живых существ, от небесных тел до человека как члена общества - так или иначе связаны.

Системой является то, что определенным образом связано между собой и подчинено соответствующим законам.

Система - это внутреннее или внешнее упорядоченное множество взаимосвязанных и взаимодействующих элементов.

Упорядоченность множества подразумевает наличие закономерных отношений между элементами системы, которое проявляется в виде законов структурной организации. Внутренняя упорядоченность имеется у всех природных систем, возникающих в результате взаимодействия тел и естественного саморазвития материи. Внешняя характерна для созданных человеком искусственных систем: технических, производственных, и т.п.

Структурные уровни материи образованы из определенного множества объектов какого-либо класса и характеризуются особым типом взаимодействия между составляющими их элементами.

Критерием для выделения различных структурных уровней служат следующие признаки:

пространственно-временные масштабы;
совокупность важнейших свойств;
специфические законы движения;
степень относительной сложности, возникающей в процессе исторического развития материи в данной области мира;
некоторые другие признаки.

3. ВЗАИМОСВЯЗЬ МИКРО-, МАКРО- И МЕГАМИРОВ

Микромир - это молекулы, атомы, элементарные частицы - мир предельно малых, непосредственно не наблю-даемых микрообъектов, пространственная разномерность которых исчисляется от 10 -8 до 10 -16 см, а время жизни - от бесконечно-сти 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 скоро-стей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов - миллионами и мил-лиардами лет.

И хотя на этих уровнях действуют свои специфические зако-номерности, микро-, макро - и мегамиры теснейшим образом взаи-мосвязаны.

На микроскопическом уровне физика сегодня занимается изучением процессов, разыгрывающихся на длинах порядка 10 -18 см., за время - порядка 10-22 с. В мегамире ученые с помощью приборов фиксируют объекты, удаленные от нас на расстоянии около 9-12 млрд. световых лет.

С увеличением размеров объектов уменьшается энергия взаимодействия. Если принять энергию гравитационного взаимодействия за единицу, то электромагнитное взаимодействие в атоме будет в 10 39 больше, а взаимодействие между нуклонами - составляющими ядро частицами - в 10 41 раз больше. Чем меньше размеры материальных систем, тем более прочно связаны между собой их элементы.

Деление материи на структурные уровни носит относительный характер. В доступных пространственно-временных масштабах структурность материи проявляется в ее системной организации, существовании в виде множества иерархически взаимодействующих систем, начиная от элементарных частиц и кончая Метагалактикой.

Говоря о структурности - внутренней расчлененности материального бытия, можно отметить, что сколь бы ни был широк диапазон мировидения науки, он тесно связан с обнаружением все новых и новых структурных образований. Например, если раньше взгляд на Вселенную замыкался Галактикой, затем расширился до системы галактик, то теперь изучается Метагалактика как особая система со специфическими законами, внутренними и внешними взаимодействиями.

4. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О КЛАССИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕ, О ПОЛЕ И ВЕЩЕСТВЕ КАК ВИДАХ МАТЕРИИ

Материя - фундаментальное понятие, связанное с любыми объектами, существующими в природе, о которых мы можем судить благодаря нашим ощущениям. Физика описывает материю как нечто, существующее в пространстве и во времени (в пространстве-времени) - представление, идущее от Ньютона (пространство - вместилище вещей, время - событий); либо как нечто, само задающее свойства пространства и времени - представление, идущее от Лейбница и, в дальнейшем, нашедшее выражение в Общей Теории Относительности Эйнштейна. Изменения во времени, происходящие с различными формами материи, составляют физические явления.

Материя существует в двух видах - вещество и поле. Они строго разделены и их превращение друг в друга невозможно. Главным является поле, а значит основным свойством материи является непрерывность в противовес дискретности (концепция континуального непрерывного строения материи).

Вещество. Классическое вещество может находиться в одном из трех агрегатных состояний: газообразном, жидком или твердом. Кроме того, выделяют высокоионизованное состояние вещества (чаще газообразного, но, в широком смысле, любого агрегатного состояния), называемое плазмой.

В химическом отношении все вещества подразделяют на простые и сложные (химические соединения), а также на неорганические и органические вещества.

Поле в физике — одна из форм материи, характеризующая все точки пространства (или, шире, пространства-времени) и обладающая бесконечным числом степеней свободы. Каждой точке пространства при этом присваивается определённая физическая величина. Эта величина, как правило, меняется при переходе от одной точки к другой. В зависимости от математического вида этой величины выделяют скалярные, векторные, тензорные и спинорные поля.

Также поля делятся в зависимости от своей природы на электромагнитные, гравитационные, магнитное, электрическое и поля ядерных сил. Проявляются поля в виде взаимодействия (переносимого с конечной скоростью) тел (при этом сила взаимодействия определяется различными характеристиками тел: массой для гравитационного поля, зарядом для электромагнитного и т. д.), которые в квантовой физике объясняются передачей специфичных для каждого типа поля частиц (фотонов для электромагнитного, гипотетических гравитонов для гравитационного и т. д.). Долгое время считалось, что поле является только наглядным теоретическим объяснением таких явлений, как световые волны, пока в 1887 Генрих Рудольф Герц не доказал существование электромагнитного поля экспериментально.

5. КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ В СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКЕ

Корпускулярно-волновой дуализм - свойство любой микрочастицы обнаруживать признаки частицы (корпускулы) и волны. Наиболее ярко корпускулярно-волновой дуализм проявляется у элементарных частиц. Электрон, нейтрон, фотон в одних условиях ведут себя как хорошо локализованные в пространстве материальные объекты (частицы), двигающиеся с определёнными энергиями и импульсами по классическим траекториям, а в других - как волны, что проявляется в их способности к интерференции и дифракции. Так электромагнитная волна, рассеиваясь на свободных электронах, ведёт себя как поток отдельных частиц - фотонов, являющихся квантами электромагнитного поля (Комптона эффект), причём импульс фотона даётся формулой р = h/1, где р - длина электромагнитной волны, а h - постоянная Планка. Эта формула сама по себе - свидетельство дуализма. В ней слева - импульс отдельной частицы (фотона), а справа - длина волны фотона.

Дуализм электронов, которые мы привыкли считать частицами, проявляется в том, что при отражении от поверхности монокристалла наблюдается дифракционная картина, что является проявлением волновых свойств электронов. Количественная связь между корпускулярными и волновыми характеристиками электрона та же, что и для фотона: р = h/1 (р - импульс электрона, а h - его длина волны де Бройля).

Корпускулярно-волновой дуализм лежит в основе квантовой физики.

6. СТРУКТУРА АТОМА С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ

Гипотеза об атомах как неделимых частицах вещест-ва была возрождена в естествознании и прежде всего в физике и химии для объяснения таких эмпирических законов, как законы Бойля — Мариотта и Гей-Люссака для идеальных газов, теплового расширения тел и раз-личных химических законов. В самом деле, закон Бойля — Мариотта утверждает, что объем газа обратно про-порционален его давлению, но не объясняет почему. Аналогично этому при нагревании тела его размеры увеличиваются, но эмпирический закон теплового рас-ширения не объясняет причину такого расширения.

Очевидно, что для такого объяснения необходимо выйти за рамки наблюдаемых зависимостей, которые выражаются в эмпирических законах, и обратиться к теоретическим гипотезам и законам. В отличие от эм-пирических законов они содержат понятия и величины, относящиеся к ненаблюдаемым объектам. Именно та-кими объектами являются атомы, а также образованные из них молекулы. С помощью атомов и молекул в кине-тической теории вещества убедительно объясняются все перечисленные и другие известные эмпирические зако-ны. В химии атом обычно определяют как наименьшую часть или единицу химического элемента.

Однако попытка сведения всех многообразных и слож-ных свойств и закономерностей тел и явлений окружаю-щего мира к более простым вряд ли могла считаться ус-пешной, хотя бы потому, что на каждом уровне познания раскрывались новые границы и находились новые недели-мые последние частицы материи. Вплоть до конца про-шлого века такой частицей считался атом, но крупнейшие открытия в физике привели к отказу от такой точки зре-ния. Среди этих открытий следует отметить, во-первых, обнаружение явлений естественной радиоактивности таких химических элементов, как радий и уран. Оказалось, что эти элементы в естественных условиях испускают специ-фические радиоактивные лучи и в результате превращают-ся в другие химические элементы, а в конечном итоге - свинец. Отсюда непосредственно следовало, что атомы вовсе не являются неизменными, неделимыми и последними кирпичиками мироздания. Вскоре после радиоактивности была открыта мельчайшая частица электричества — электрон. В 1913 г. Э. Резерфорд, исследуя рассеяние α-частиц атомами тяжелых элементов, показал, что основная часть массы атома сосредоточена в его центральной части — ядре, так как вдали от него α -частицы проходят беспрепятственно. Основываясь на этих экспе-риментах, он предложил планетарную модель атома, со-гласно которой вокруг массивного ядра вращаются по сво-им орбитам отрицательно заряженные электроны.

Впоследствии эта модель была значительно модифи-цирована. Оказалось, что элек-троны не могут вращаться по любым орбитам, а только по стационарным, ибо в противном случае они бы не-прерывно излучали энергию и упали бы на ядро, и атом самопроизвольно разрушился. Ничего подобного, одна-ко, не наблюдается, так как атомы являются весьма ус-тойчивыми образованиями. Все эти и связанные с ними революционные открытия невозможно было понять и объяснить с точки зрения старой, классической физики.

После того, когда физики установили, что атом не является последним кирпичиком мироздания и сам он построен из более простых, элементарных частиц, идея поиска таких частиц заняла главное место в их исследо-ваниях. По-прежнему мысль физиков была устремлена на то, чтобы свести все многообразие сложных свойств тел и явлений природы к простым свойствам неболь-шого числа первичных, фундаментальных частиц, кото-рые впоследствии были названы элементарными. Наиболее известными элементарными частицами явля-ются электрон, фотон, пи-мезоны, мюоны, тяжелые лептоны и нейтрино. Позже были открыты частицы с весьма экзотическими названиями: странные частицы, мезоны со скрытым "очарованием ", "очарованные " частицы, ипсилион -частицы, разнообразные резонансные частицы и многие другие. Общее их число превышает 350. Поэтому вряд ли все такие частицы можно назвать подлинно элементарными, не содержащими других элементов. Это убеж-дение усиливается в связи с гипотезой о существовании кварков, из которых, по предположению, построены все известные элементарные частицы.

Одна из характерных особенностей элементарных частиц состоит в том, что они имеют крайне незначи-тельные массы и размеры. Масса большинства из них — порядка массы протона, т. е. 1,6 х 10 -24г, а размеры порядка 10 -16 см. Другое их свойство заключается в способности рождаться и уничтожаться, т. е. испускать-ся и поглощаться при взаимодействии с другими части-цами. Например, превращения пары электрон и позитрон в два фотона: е - + е + -> 2γ

Подобные же взаимопревращения происходят и с другими элементарными частицами.

Рис. 2. Структура атома

7. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ИХ СВОЙСТВА

В соответствии с достижениями квантовой физики основополагающим понятием современного атомизма является понятие элементарной частицы, но им присущи такие свойства, которые не имели ничего общего с атомизмом древности.

Развитие физики микромира показало неисчерпаемость свойств элементарных частиц и их взаимодействий. Все частицы, имеющие достаточно большую энергию, способны к взаимопревращениям, но при соблюдении ряда законов сохранения. Число известных элементарных частиц постоянно растет и превышает уже 300 разновидностей, включая неустойчивые резонансные состояния. Важнейшим свойством частицы является ее масса покоя. По этому свойству частицы делятся на 4 группы:

1. Легкие частицы - лептоны (фотон, электрон, позитрон). Фотоны не имеют массы покоя.

2. Частицы средней массы - мезоны (мю-мезон, пи-мезон).

3. Тяжелые частицы - барионы. К ним относятся нуклоны - составные части ядра: протоны и нейтроны. Протон - самый легкий барион.

4. Сверхтяжелые - гипероны. Устойчивых разновидностей немного: фотоны (кванты электромагнитного излучения); гравитоны (гипотетические кванты гравитационного поля); электроны; позитроны (античастицы электронов); протоны и антипротоны; нейтроны; нейтрино - самая загадочная из всех элементарных частиц.

Нейтрино играет большую роль в космических процессах во всей эволюции материи во Вселенной. Время их жизни практически бесконечно. По подсчетам ученых, нейтрино уносят значительную долю излучаемой звездами энергии. Наше Солнце теряет за счет излучения нейтрино примерно 7% энергии, на каждый квадратный сантиметр Земли перпендикулярно солнечным лучам ежесекундно падает примерно 300 миллионов нейтрино. Дальнейшая судьба этого излучения неизвестна, но, очевидно, нейтрино должно вновь включиться в круговорот материи в природе.

Особенностью элементарных частиц является то, что большинство из них могут возникать при столкновении с другими частицами достаточно высокой энергии: протон большой энергии превращается в нейтрон с испусканием пи-мезона. При этом элементарные частицы распадаются на другие: нейтрон - на электрон, протон и антинейтрино, а нейтральный пи-мезон - на два фотона. Пи-мезоны, таким образом, являются квантами ядерного поля, объединяющими нуклоны и ядра.

В ходе развития науки открываются все новые свойства элементарных частиц. Взаимная обусловленность свойств частиц свидетельствует о сложной их природе, наличии многогранных связей и отношений.

У большинства элементарных частиц есть античастицы, отличающиеся противоположными знаками электрических зарядов и магнитных моментов: антипротоны, антинейтроны и т.д. Из античастиц могут быть образованы устойчивые атомные ядра и антивещество, подчиняющееся тем же законам движения, что и обычное вещество. В больших количествах антивещество в космосе не обнаружено, поэтому существование «антимира», т.е. галактик из антивещества является проблематичным.

Таким образом, с каждым новым открытием строение микромира уточняется и оказывается все более сложным. Чем глубже мы уходим в него, тем больше новых свойств обнаруживает наука.

8. МОДЕЛИ ВСЕЛЕННОЙ, РАЗРАБОТАННЫЕ В СОВРЕМЕННОЙ КОСМОЛОГИИ

Современные космологические модели Вселенной основы-ваются на общей теории относительности А. Эйнштейна, со-гласно которой метрика пространства и времени определяется распределением гравитационных масс во Вселенной. Ее свойства как целого обусловлены средней плотностью материи и другими конкретно-физическими факторами. Современная релятивистская космология строит модели Вселенной, отталкиваясь от основного уравнения тяготения, введенного А. Эйнштейном в общей теории относительности. Уравнение тяготения Эйнштейна имеет не одно, а множество решений, чем и обусловлено наличие многих космологиче-ских моделей Вселенной. Первая модель была разработана са-мим Л. Эйнштейном в 1917 г. В соответствии с космологической моделью Вселенной А. Эйнштейна мировое пространство однород-но и изотропно, материя в среднем распределена в ней равно-мерно, гравитационное притяжение масс компенсируется уни-версальным космологическим отталкиванием.

Эта модель казалась в то время вполне удовлетворительной, поскольку она согласовывалась со всеми известными фактами. Но новые идеи, выдвинутые А. Эйнштейном, стимулировали дальнейшее исследование, и вскоре подход к проблеме реши-тельно изменился.

В том же 1917 г. голландский астроном В. де Ситтер пред-ложил другую модель, представляющую собой также решение уравнений тяготения. Это решение имело то свойство, что оно существовало бы даже в случае "пустой" Вселенной, свободной oт материи. Если же в такой Вселенной появлялись массы, то решение переставало быть стационарным: возникало некото-рого рода космическое отталкивание между массами, стремя-щееся удалить их друг от друга и растворить всю систему. Тен-денция к расширению, по В. де Ситтеру, становилась заметной лишь на очень больших расстояниях.

В 1922 г. российский математик и геофизик Л.А. Фридман отбросил постулат классической космологии о стационарности Вселенной и дал принятое в настоящее время решение космо-логической проблемы.

Решение уравнений А.А. Фридмана, допускает три возможно-сти.:

если средняя плотность вещества и излучения во Вселенной равна некоторой критической величине, мировое пространство оказывается евклидовым и Вселенная неограниченно расширяется от первоначального точечного состояния;
если плотность меньше критической, пространство обладает геометрией Лобачевского и так же неограниченно расширяется;
если плотность больше критической, пространство Вселенной оказывается римановым, расширение на некотором эта-пе сменяется сжатием, которое продолжается вплоть до первона-чального точечного состояния.

По современным данным, средняя плотность материи во Вселенной меньше критической, так что более вероятной считается модель Лобачевского, т.е. пространст-венно бесконечная расширяющаяся Вселенная. Не исключено, что некоторые виды материи, которые имеют большое значение для величины средней плотности, пока остаются неучтенными. В связи с этим делать окончательные выводы о конечности или бес-конечности Вселенной пока преждевременно.

Расширение Вселенной считается научно установленным фактом. Первым к поискам данных о движении спиральных га-лактик обратился В. де Ситтер. Обнаружение эффекта Доплера, свидетельствовавшего об удалении галактик, дало толчок даль-нейшим теоретическим исследованиям и новым улучшенным измерениям расстояний и скоростей спиральных туманностей.

В 1929 г. американский астроном Э.П.Хаббл обнаружил существование странной зависимости между расстоянием и скоростью галактик: все галактики движутся от нас, причем со скоростью, которая возрастает пропорционально расстоянию,- система галактик расширяется.

Но то, что в настоящее время Вселенная расширяется, еще не позволяет однозначно решить вопрос в пользу той или иной модели.

9. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ЭВОЛЮЦИИ ВСЕЛЕННОЙ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ

В качестве одного из наиболее вероятных сценариев эволюции Вселенной, в рамках которого удается решить большинство космологических проблем, современная космология рассматривает сценарий, включающий инфляционную стадию. Инфляция в переводе с латинского - вздутие. Инфляционная стадия предполагает процесс вздутия Вселенной. Основная идея инфляционной теории состоит в том, что и расширение Вселенной и весь последующий ход эволюционного развития рассматриваются из состояния, когда вся материя была представлена только физическим вакуумом. Однако в физическом смысле вакуум не есть пустота, в нем постоянно происходят процессы рождения и уничтожения всевозможных частиц, квантов, полей.

Модель Большого взрыва . Считается, что после того как 15 млрд. лет назад произошел Большой взрыв, началось постепенное охлаждение и расширение Вселенной. Причины Большого взрыва и перехода к расширению во всех моделях Вселенной считаются неясными и выходящими за рамки компетенции любой физической современной теории. Но если взрыв был, то дальше картина выглядит следующим образом:

1. Через 10 -43 с от начала расширения началось рождение частиц и античастиц.

2. Через 10 -6 с - возникновение протонов и антипротонов и их аннигиляция. Количество протонов на одну стомиллионную часть (10 -8) превышало количество антипротонов, в результате чего после аннигиляции возникло и сохранилось то вещество, из которого возникли все галактики, звезды и планеты. Если бы число протонов было бы равно числу антипротонов, то вещество полностью перешло бы в излучение и невозможно было бы наблюдение Космоса и Земли.

3. Через 1 с после начала расширения стали рождаться и аннигилировать электронно-позитронные пары.

4. Через 1 мин начались ядерный синтез и образование ядер дейтерия и гелия. На долю последних пришлось примерно 30% от массы оставшихся протонов. Образование более тяжелых элементов в рамках этой теории объяснить не удалось, так как не хватило времени для их синтеза в процессе расширения. Эти элементы образуются в последующей эволюции звезд в результате термоядерных реакций в их недрах, а тяжелые элементы синтезируются при взрыве сверхновых и затем выбрасываются в космическое пространство, где они со временем концентрируются в газово-пылевые облака, из которых образуются звезды второго поколения типа Солнца и планеты вокруг них.

Через 300 тыс. лет после Большого взрыва произошло отделение излучения от вещества, Вселенная стала прозрачной, в последующие миллиарды лет стали формироваться галактики, первичные звезды в шаровых скоплениях и звезды второго поколения в спиральных рукавах галактик.

10. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Издавна люди пытались найти объяснение многообразию и причудливости мира.

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.

В современной науке 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 составные части, организованные в целостность. Для обозначения целостности объектов в науке было выработано понятие системы.

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.

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 элементарные частицы, атомы, молекулы, поля, физический вакуум, макроскопические тела, планеты и планетные системы, звезды и звездные системы - галактики, системы галактик - метагалактику.

В живой природе к структурным уровням организации материи относят системы доклеточного уровня - нуклеиновые кислоты и белки; 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, и, наконец, биосферу как всю массу живого вещества.

Изучение материи и её структурных уровней является необходимым условием формирования мировоззрения, независимо от того, окажется ли оно в конечном счёте материалистическим или идеалистическим.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Вайнберг С. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной /С.Вайнберг. -М.: Наука, 1981
Дорфман Я.Г. Всемирная история физики с начала века до середины века 8Я.Г.Дорфман. -М.: Наука, 1979
Мэрион Дж.Б. Физика и физический мир /Дж.Б.Мэрион. -М.: Мир, 1975
Хорошавина С.Г. Концепции современного естествознания: курс лекций / Изд. 4-е. - Ростов н/Д: Феникс, 2005
Шкловский И.С. Звезды, их рождение, жизнь и смерть /И.С.Шкловский. -М.: Наука, 1977

Понравилось? Нажмите на кнопочку ниже. Вам не сложно , а нам приятно ).

Чтобы скачать бесплатно Контрольные работы на максимальной скорости, зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Важно! Все представленные Контрольные работы для бесплатного скачивания предназначены для составления плана или основы собственных научных трудов.

Друзья! У вас есть уникальная возможность помочь таким же студентам как и вы! Если наш сайт помог вам найти нужную работу, то вы, безусловно, понимаете как добавленная вами работа может облегчить труд другим.

Если Контрольная работа, по Вашему мнению, плохого качества, или эту работу Вы уже встречали, сообщите об этом нам.

Впервые понятие материя (hyle), встречается у Платона. Материя в его понимании некий лишенный качеств субстрат (материал), из которого образуются тела различной величины и очертаний; она бесформенна, неопределенна, пассивна. В дальнейшем материя, как правило, отождествлялась с конкретным веществом или атомами. По мере развития науки и философии понятие материи постепенно утрачивает чувственно-конкретные черты и становится все более абстрактным. Оно призвано охватить бесконечное многообразие всего реально существующего и несводимого к сознанию.
В диалектико-материалистической философии материя определяется как объективная реальность, данная нам в ощущениях, существующая независимо от человеческого сознания и отображаемая им. Это определение - наиболее принимаемое в современной философской российской литературе. Материя - это единственно существующая субстанция. Она вечна и бесконечна, несотворима и неуничтожима, неисчерпаема и находится в постоянном движении, способна к самоорганизации и отражению. Она есть - causa sui, причина самой себя (Б.Спиноза). Все эти свойства (субстанциальность, неисчерпаемость, неуничтожимость, движение, вечность) неотделимы от материи и потому называются ее атрибутами. Неотделимы от материи так же и ее формы - пространство и время.
Материя - это сложная системная организации. По современным научным данным в структуре материи можно выделить два крупных основных уровня (принцип деления - наличие жизни): неорганическая материя (неживая природа) и органическая материя (живая природа).
Неорганическая природа включает следующие структурные уровни:
1. Элементарные частицы - мельчайшие частицы физической материи (фотоны, протоны, нейтрино и др.), каждая из которых имеет свою античастицу. В настоящее время известно более 300 элементарных частиц (включая античастицы), в том числе и так называемые «виртуальные частицы», существующие в промежуточных состояниях очень короткое время. Характерная особенность элементарных частиц
- способность к взаимным превращениям.
2. Атом - мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его свойства. Он состоит из ядра и электронной оболочки. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов.
3. Химический элемент - совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Известно 107 химических элементов (19 получены искусственно), из которых состоят все вещества неживой и живой природы.
4. Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами. Состоит из атомов, соединенных химическими связями.
5. Планеты - наиболее массивные тела Солнечной системы, движущиеся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца.
6. Планетные системы.
7. Звезды - светящиеся газовые (плазменные) шары, подобные Солнцу: в них заключена большая часть вещества Вселенной. Образуются из газо-пылевой среды (главным образом из водорода и гелия).
8. Галактики - гигантские до сотен млрд. звезд) звездные системы, в частности, наша Г алактика (Млечный путь), которая содержит более 100 млрд. звезд.
9. Система галактик.
Органическая природа (биосфера, жизнь) имеет следующие уровни (виды самоорганизации):
1. Доклеточный уровень - дезонуклеиновые кислоты, рибонуклеиновые кислоты, белки. Последние - высокомолекулярные органические вещества, построенные из 20 аминокислот, составляют (наряду с нуклеиновыми кислотами) основу жизнедеятельности всех организмов.
2. Клетка - элементарная живая система, основа строения и жизнедеятельности всех растений и животных.
3. Многоклеточные организмы растительного и животного мира
- отдельные особи или их совокупность.
4. Популяция - совокупность особей одного вида, длительно занимающая определенное пространство и воспроизводящая себя в течение большого числа поколений.
5. Биоценоз - совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющих данный участок суши или водоема.
6. Биогеоценоз (экосистема) - однородный участок земной поверхности, единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания.
По размерам материя делится на три уровня:
1. Макромир - совокупность объектов, размерность которых соотносима с масштабом человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах, километрах, а время - в секундах, минутах, часах, годах.
2. Микромир - мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется до 10 (-8) - до 16 (-16) см, а время жизни от бесконечности до 10 (-24) сек.
3. Мегамир - мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами (а скорость света 3000000 км/с), а время существования космических объектов - миллионами и миллиардами лет.
Это точка зрения материализма. В отличие от материалистов идеалисты отрицают материю как объективную реальность. Для субъективных идеалистов (Беркли, Мах) материя - это «комплекс ощущений», для объективных идеалистов (Платон, Гегель) - это порождение духа, «инобытие» идеи.
3. Движение и его основные формы. Пространство и время.
В самом широком смысле движение в применении к материи - это «изменение вообще», оно включает в себя все происходящие в мире изменения. Представления о движении как изменении зародились уже в древней философии и развивались по двум основным линиям - материалистической и идеалистической.
Идеалисты под движением понимают не изменения объективной реальности, а изменения чувственных представлений, идей, мыслей. Тем самым делается попытка мыслить движение без материи. В материализме подчеркивается атрибутивный характер движения по отношению к материи (его неотрывность от нее) и первичность движения материи по отношению к изменениям духа. Так, Ф.Бэкон отстаивал мысль о том, что материя полна активности и тесно связана с движением как прирожденным своим свойством.
Движение - атрибут, неотъемлемое свойство материи, они тесно связаны и не существуют друг без друга. Однако, в истории познания имели место попытки оторвать этот атрибут от материи. Так, сторонники «энергетизма» - направления в философии и естествознании, возникшего в конце Х1Х в. - начале ХХ в. пытались все явления природы свести к видоизменениям энергии, лишенной материальной основы, т.е. оторвать движение (а энергия - общая количественная мера различных форм движения материи) от материи. Энергия при этом трактовалась как чисто духовный феномен, и эта «духовная субстанция» провозглашалась основой всего существующего.
Данная концепция несовместима с законом сохранения превращения энергии, согласно которому энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает; она может только переходить из одной формы в другую. А потому движение неуничтожимо и неотрывно от материи.
Материя тесно связана с движением, а оно существует в виде конкретных своих форм. Основными из них являются: механическое, физическое, химическое, биологическое и социальное. Впервые эту классификацию предложил Ф. Энгельс, но в настоящее время она претерпела определенную конкретизацию и уточнения. Так, сегодня есть мнения о том, что самостоятельными формами движения являются геологическое, экологическое, планетарное, компьютерное и др.
В современной науке развиваются представления о том, что механическое движение не связано с каким-либо отдельно взятым структурным уровнем организации материи. Это скорее аспект, некоторый срез, характеризующий взаимодействие нескольких таких уровней. Стало необходимым различать также квантово-механическое движение, характеризующее взаимодействие элементарных частиц и атомов, макромеханическое движение макротел.
Существенно обогатились представления о биологической форме движения материи. Были уточнены представления о ее первичных материальных носителях. Кроме белковых молекул, в качестве молекулярного носителя жизни были выделены кислот ДНК и РНК.
Характеризуя формы движения материи и их взаимосвязь, необходимо иметь в виду следующее:
1. Каждая форма качественно специфична, но все они неразрывно связаны и при соответствующих условиях могут переходить вдруг в руга.
2. Простые (низшие) формы являются основой более высоких и сложных форм.
3. Высшие формы движения включают в себя в преобразованном виде низшие формы. Последние являются побочными по отношению к высшей форме, которая обладает своими собственными закономерностями.
4. Недопустимо высшие формы сводить к низшим. Так, сторонники механицизма (XVI1-Х1Х вв.) пытались объяснить все явления природы и общества только с помощью законов классической механики. Механицизм - форма редукционизма, согласно которому высшие формы организации (например, биологические и социальные) могут быть сведены к низшим (например, физическим или химическим) и полностью объяснены только закономерностями последних (например, социал-дарвинизм).
Движение как «изменение вообще» подразделяется не только по своим основным формам, но и по типам. Количество - это внешняя определенность предмета (его величина, объем, размер, темп и т.д);
это изменение, происходящее с предметом, без коренного его преобразования (например, идущий человек). Качество - это коренное преобразование внутренней структуры предмета, его сущности (например, куколка-бабочка, тесто-хлеб). Особый тип движения - развитие. Под развитием понимается необратимое, поступательное, количественно-качественное изменение предмета или явления (например, жизнь человека, движение истории, развитие науки). Может иметь место усложнение структуры, повышение уровня организации предмета или явления, что обычно характеризуется как прогресс. Если же движение происходит в обратном направлении - от более совершенных форм к менее совершенным, то это регресс. Наукой о развитии в его полном виде является диалектика.
Пространство и время. Пространство есть форма бытия материи, которая выражает протяженность, структуру, порядок сосуществования и рядоположенность материальных объектов.
Время - форма бытия материи, которая выражает длительность существования материальных объектов и последовательность изменений, происходящих с объектами.
Время и пространство тесно переплетены между собой. То, что совершается в пространстве, происходит одновременно и во времени, а то, что происходит во времени, находится в пространстве.
В истории философии и науки сложились две основных концепции пространства и времени:
1. Субстанциальная концепция рассматривает пространство и время как особые самостоятельные сущности, которые существуют наряду и независимо от материальных объектов. Пространство сводилось к бесконечной пустоте («ящику без стенок»), вмещающей все тела, время - к «чистой» длительности. Эта идея, в общем виде сформулированная еще Демокритом, получила свое логическое завершение в концепции абсолютного пространства и времени Ньютона, который считал, что их свойства не зависят от характера протекающих в мире материальных процессов.
2. Реляционная концепция рассматривает пространство и время не как особые, не зависимые от материи сущности, а как формы существования вещей и без этих вещей сами по себе не существующие (Аристотель, Лейбниц, Гегель).
Субстанциальная и реляционная концепции не связаны однозначно с материалистическим или идеалистическим толкованием мира, обе развивались на той и другой основе. Диалектикоматериалистическая концепция пространства и времени была
сформулирована в рамках реляционного подхода.
Пространство и время как формы бытия материи имеют как общие для них свойства, так и характерные для каждой из этих форм. К их всеобщим свойствам относятся: объективность и независимость от сознания человека, их неразрывная связь друг с другом и с движущейся материей, количественная и качественная бесконечность, вечность. Пространство характеризует протяженность материи, ее структурность, взаимодействие элементов в материальных системах. Оно является непременным условием существования любого материального объекта. Пространство реального бытия трехмерно, однородно и изотропно. Однородность пространство связана с отсутствием в нем «выделенных» каким-либо образом точек. Изотропность пространства означает равноправность в нем любого из возможных направлений.
Время характеризует материальное бытие как вечное и неуничтожимое в своей совокупности. Время одномерно (от настоящего к будущему), ассиметрично и необратимо.
Проявление времени и пространство различно в различных формах движения, поэтому в последнее время выделяют биологическое, психологическое, социальное и другие пространства и время.
Так, например, психологическое время связано с его психическими состояниями, установками и т.п. Время в той или иной ситуации может «замедляться» или, наоборот, «ускоряться», оно «летит» или «тянется». Это субъективное чувство времени.
Биологическое время связано с биоритмами живых организмов, со сменой дня и ночи, со временем года и циклами солнечной активности. Считается также, что существует множество биологических пространств (например, ареалы распространения тех или иных организмов или их популяций).
Социальное время, связанное с развитием человечества, с историей, тоже может ускорять и замедлять свой бег. Особенно это ускорение характерно для ХХ века в связи с научно-технической прогрессом. НТР буквально спрессовало социальное пространство и неимоверно ускорило бег времени, придав взрывной характер развитию общественно-экономических процессов. Планета стала маленькой и тесной для человечества как единого целого, а время перемещения из одного ее конца в другой теперь измеряется часами, что было просто немыслимо еще в прошлом столетии.
В ХХ веке на основе открытии в естественных и точных науках был разрешен спор между этими двумя концепциями. Победила реляционная. Так, Н.Лобачевский пришел к выводу в своей неевклидовой геометрии, что свойства пространства не являются всегда и везде одинаковыми и неизменными, а они изменяются в зависимости от наиболее общих свойств материи. По теории относительности
А.Эйнштейна пространственно-временные свойства тел зависят от скорости их движения (т. е. от показателей материи). Пространственные размеры сокращаются в направлении движения при приближении скорости тела к скорости света в вакууме (300000 км/с), а временные процессы в быстро движущихся системах замедляются. Он доказал также, что вблизи массивных тел время замедляется, как и в центре планет. Этот эффект тем заметнее, чем больше масса небесных тел.
Таким образом, теория относительности А.Эйнштейна показала неразрывную связь между материей, пространством и временем.

В чем заключается понятие "материя"? Что такое атрибуты материи?

Материя - объективная реальность, которая дана человеку в его ощущениях и существует независимо от него. Это некая субстанция, основа всех существующих объектов и систем, их свойств, связей между ними и форм движения, т.е. то из чего состоит окружающий мир.

Структура материи - существование бесконечного многообразия целостных систем тесно, связанных между собой.

Атрибутами материи , всеобщими формами её бытия являются движение, пространство и время, которые не существуют вне материи. Точно так же не может быть и материальных объектов, которые не обладали бы пространственно-временными свойствами.

Пространство - объективная реальность, форма существования материи, характеризуется протяженностью и структурностью материальных объектов (явлений) в их соотношении с другими объектами и явлениями.

Время - объективная реальность, форма бытия материи характеризуется длительностью и последовательностью существования материальных объектов и явлений в их соотношении с другими материальными объектами и явлениями.

Фридрих Энгельс выделил пять форм движения материи : физическая; химическая; биологическая; социальная; механическая.

Универсальными свойствами материи являются:

несотворимость и неуничтожимость

вечность существования во времени и бесконечность в пространстве

материи всегда присущи движение и изменение, саморазвитие, превращение одних состояний в другие

детерминированность всех явлений

причинность — зависимость явлений и предметов от структурных связей в материальных системах и внешних воздействий, от порождающих их причин и условий

отражение — проявляется во всех процессах, но зависит от структуры взаимодействующих систем и характера внешних воздействий. Историческое развитие свойства отражения приводит к появлению высшей его формы — абстрактного мышления

Универсальные законы существования и развития материи:

Закон единства и борьбы противоположностей

Закон перехода количественных изменений в качественные

Закон отрицания отрицания

структурные уровни организации материи в неживой природе.

На каждом структурном уровне материи существуют особые (эмерджентные) свойства , отсутствующие на других уровнях. Внутри каждого из структурных уровней существуют отношения субординации, например, молекулярный уровень включает атомарный, а не наоборот. Всякая высшая форма возникает на основе низшей, включает ее в себя в снятом виде. Это означает, по существу, что специфика высших форм может быть познана только на основе анализа структур низших форм. И наоборот, сущность формы низшего порядка может быть познана только на основе содержания высшей по отношению к ней формы материи.

В естественных науках выделяются два больших класса материальных систем: системы неживой природы и системы живой природы . В неживой природе структурными уровнями организации материи являются:

1)вакуум(поля с минимальной энергией), 2)поля и элементарные частицы, 3)атомы, 4)молекулы,макротела, 5)планеты и планетные системы, 6)звезды и звездные системы,7) галактика,8)метагалактика, 9)Вселенная.

В живой природе выделяют два важнейших структурных уровня организации материи - биологический и социальный. Биологический уровень включает:

доклеточный уровень (белки и нуклеиновые кислоты);

клетку как "кирпичик" живого и одноклеточные организмы;
многоклеточный организм, его органы и ткани;
популяцию - совокупность особей одного вида, занимающих определенную территорию, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других групп своего вида;
биоценоз - совокупность популяций, при которой продукты жизнедеятельности одних являются условиями существования других организмов, населяющих определенный участок суши или воды;
биосферу - живое вещество планеты (совокупность всех живых организмов, включая человека).

На определенном этапе развития жизни на Земле возник разум, благодаря которому появился социальный структурный уровень материи. На этом уровне выделяются: индивид, семья, коллектив, социальная группа, класс и нация, государство, цивилизация, человечество в целом.

структурные уровни организации материи в живой природе.

Согласно современным научным взглядам на природу, все природные объекты представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархически организованные системы. В естественных науках выделяются два больших класса материальных систем: системы неживой природы и системы живой природы.

В живой природе к структурным уровням организации материи относят системы доклеточного уровня-нуклеиновые кислоты и белки; клетки как особый уровень биологической организации, представленные в форме одноклеточных организмов и элементарных единиц живого вещества; многоклеточные организмы растительного и животного мира; над организменные структуры, включающие в себя виды, популяции и биоценозы и, наконец, биосферу как всю массу живого вещества. В природе все взаимосвязано, поэтому можновыделить такие системы, которые включают в себя элементы как живой, так и неживой природы-биогеоценозы.

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 макромир, микромир и мегамир.

В классическом естествознании, и, прежде всего в естествознании прошлого века, учение о принципах структурной организации материи было представлено классическим атомизмом. Именно на атомизме замыкались теоретические обобщения, берущие начало в каждой из наук. Идеи атомизма служили основой для синтеза знаний и его своеобразной точкой опоры. В наши дни под воздействием бурного развития всех областей естествознания классический атомизм подвергается интенсивным преобразованиям. Наиболее существенными и широко значимыми изменениями в наших представлениях о принципах структурной организации материи являются те изменения, которые выражаются в нынешнем развитии системных представлений.

Общая схема иерархического ступенчатого строения материи, связанная с признанием существования относительно самостоятельных и устойчивых уровней, узловых точек в ряду делений материи, сохраняет свою силу и эвристические значения. Согласно этой схеме дискретные объекты определенного уровня материи, вступая в специфические взаимодействия, служат исходными при образовании и развитии принципиально новых типов объектов с иными свойствами и формами взаимодействия. При этом большая устойчивость и самостоятельность исходных, относительно элементарных объектов обусловливает повторяющиеся и сохраняющиеся свойства, отношения и закономерности объектов более высокого уровня. Это положение едино для систем различной природы.

Под структурой материи обычно понимают ее строение в макромире, т.е. существование в виде молекул, атомов, элементарных частиц и т.д. Это связано с тем, что человек является макроскопическим существом и для него привычными являются макроскопические масштабы, поэтому понятие структуры ассоциируется обычно с различными микрообъектами.

Проявлениями структурной бесконечности материи выступают:

– неисчерпаемость объектов и процессов микромира;

– бесконечность пространства и времени;

– бесконечность изменений и развития процессов.

Из всего многообразия форм объективной реальности эмпирически доступной всегда остается лишь конечная область материального мира, которая ныне простирается в масштабах от 10 -15 до 10 28 см, а во времени - до 2×10 9 лет.

Структурность и системная организация материи относятся к числу важнейших ее атрибутов. Они выражают упорядоченность существования материи и те ее конкретные формы, в которых она проявляется.

Системой является то, что определенным образом связано между собой и подчинено соответствующим законам.

Структурные уровни материи образованы из определенного множества объектов какого-либо класса и характеризуются особым типом взаимодействия между составляющими их элементами.

Критерием для выделения различных структурных уровней служат следующие признаки:

– пространственно-временные масштабы;

– совокупность важнейших свойств;

– специфические законы движения;

– степень относительной сложности, возникающей в процессе исторического развития материи в данной области мира;

– некоторые другие признаки.

Известные в настоящее время структурные уровни материи могут быть выделены по вышеперечисленным признакам в следующие области.

1. Микромир. Сюда относятся:

– частицы элементарные и ядра атомов - область порядка 10 – 15 см;

– атомы и молекулы 10 –8 -10 –7 см.

Микромир – 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.

2. Макромир: макроскопические тела 10 –6 -10 7 см.

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.

3. Мегамир: космические системы и неограниченные масштабы до 1028 см.

Разные уровни материи характеризуются разными типами связей.

В масштабах 10–13 см - сильные взаимодействия, целостность ядра обеспечивается ядерными силами.

Целостность атомов, молекул, макротел обеспечивают электромагнитные силы.

В космических масштабах - гравитационные силы.

С увеличением размеров объектов уменьшается энергия взаимодействия. Если принять энергию гравитационного взаимодействия за единицу, то электромагнитное взаимодействие в атоме будет в 1039 больше, а взаимодействие между нуклонами - составляющими ядро частицами - в 1041 раз больше. Чем меньше размеры материальных систем, тем более прочно связаны между собой их элементы.

В современной науке широко используется метод структурного анализа, при котором учитывается системность исследуемых объектов. Ведь структурность - это внутренняя расчлененность материального бытия, способ существования материи. Структурные уровни материи образованы из определенного множества объектов какого-либо вида и характеризуются особым способом взаимодействия между составляющими их элементами, применительно к трем основным сферам объективной действительности эти уровни выглядят следующим образом (табл. 1).

Таблица 1 – Структурные уровни материи

Неорганическая природа	Живая природа	Общество
Субмикроэле-ментарный	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
Мегауровень (метагалактики)	Биосфера	Ноосфера

Системное исследование материальных объектов предполагает не только установление способов описания отношений, связей и структуры множества элементов, но и выделение тех из них, которые являются системообразующими, т.е. обеспечивают обособленное функционирование и развитие системы. Системный подход к материальным образованиям предполагает возможность понимания рассматриваемой системы более высокого уровня. Для системы обычно характерна иерархичность строения, т.е. последовательное включение системы более низкого уровня в систему более высокого уровня.

Таким образом, в структуру материи на уровне неживой природы (неорганической) входят элементарные частицы, атомы, молекулы (объекты микромира, макротела и объекты мегамира: планеты, галактики, системы метагалактик и т.д.). Метагалактику часто отождествляют со всей Вселенной, но Вселенная понимается в предельно широком смысле этого слова, она тождественна всему материальному миру и движущейся материи, которая может включать в себя множество метагалактик и других космических систем.

– макромолекул (нуклеиновые кислоты, ДНК, РНК, белки);

– клеточный уровень;

– микроорганический (одноклеточные организмы);

– органов и тканей организма в целом;

– популяционный;

– биоценозный;

– биосферный.

Биотоп - совокупность (сообщество) особей одного и того же вида (например, стая волков), которые могут скрещиваться и воспроизводить себе подобных (популяции).

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) - проявляется на любом из выделенных подуровней:

– на уровне организмов обмен веществ означает ассимиляцию и диссимиляцию при посредстве внутриклеточных превращений;

– на уровне экосистем (биоценоза) он состоит из цепи превращений вещества, первоначально ассимилированного организмами-производителями при посредстве организмов-потребителей и организмов-разрушителей, относящихся к разным видам;

– на уровне биосферы происходит глобальный круговорот вещества и энергии при непосредственном участи факторов космического масштаба.

На определенном этапе развития биосферы возникают особые популяции живых существ, которые, благодаря своей способности к труду образовали своеобразный уровень - социальный. Социальная действительность в структурном аспекте разделяется на подуровни: индивидов, семьи, различных коллективов (производственных), социальных групп и т.д.

Таким образом, любая из трех областей материальной действительности образуется из ряда специфических структурных уровней, которые находятся в строгой упорядоченности в составе той или иной области действительности.

Переход от одной области к другой связан с усложнением и увеличением множества образованных факторов, обеспечивающих целостность систем. Внутри каждого из структурных уровней существуют отношения субординации (молекулярный уровень включает атомарный, а не наоборот). Закономерности новых уровней несводимы к закономерностям уровней, на базе которых они возникли, и являются ведущими для данного уровня организации материи. Структурная организация, т.е. системность, является способом существования материи.

2. ТРИ «ОБРАЗА» БИОЛОГИИ. ТРАДИЦИОННАЯ ИЛИ НАТУРАЛИСТИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯ

Можно также говорить о трех магистральных направлениях биологии или, по образному выражению трех образах биологии:

1. Традиционная или натуралистическая биология. Ее объектом изучения является живая природа в ее естественном состоянии и нерасчлененной целостности – «Храм природы», как называл ее Эразма Дарвина. Истоки традиционной биологии восходят к средним векам, хотя вполне естественно здесь вспомнить и работы Аристотеля, который рассматривал вопросы биологии, биологического прогресса, пытался систематизировать живые организма («лестница Природы»). Оформление биологии в самостоятельную науку – натуралистическую биологию приходится на 18-19 века. Первый этап натуралистической биологии ознаменовался созданием классификаций животных и растений. К ним относятся известная классификация К. Линнея (1707 – 1778), являющаяся традиционной систематизацией растительного мира, а также классификация Ж.-Б. Ламарка, применившего эволюционный подход к классифицированию растений и животных. Традиционная биология не утратила своего значения и в настоящее время. В качестве доказательства приводят положение экологии среди биологических наук, а также во всем естествознании. Ее позиции и авторитет в настоящее время чрезвычайно высоки, а она в первую очередь основывается в принципах традиционной биологии, поскольку исследует взаимоотношений организмов между собой (биотические факторы) и со средой обитания (абиотические факторы).

2. Функционально-химическая биология, отражающая сближение биологии с точными физико-химическими науками. Особенность физико-химической биологии – широкое использование экспериментальных методов, которые позволяют исследовать живую материю на субмикроскопическом, надмолекулярном и молекулярном уровнях. Одним из важнейших разделов физико-химической биологии является молекулярная биология – наука изучающая структуру макромолекул, лежащих в основе живого вещества. Биологию нередко называют одной из лидирующих наук 21-го века.

К важнейшим экспериментальным методам, использующимся в физико-химической биологии, относятся метод меченых (радиоактивных) атомов, метолы рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии, методы фракционирования (например, разделение различных аминокислот), использование ЭВМ и др.

3. Эволюционная биология. Это направление биологии изучает закономерности исторического развития организмов. В настоящее время концепция эволюционизма стала, фактически, платформой, на которой происходит синтез разнородного и специализированного знания. В основе современной эволюционной биологии лежит теория Дарвина. Интересно и то, что Дарвину в свое время удалось выявить такие факты и закономерности, которые имеют универсальное значение, т.е. теория созданная им, приложима к объяснению явлений, происходящих не только в живой, но и неживой природе. В настоящее время эволюционный подход взят на вооружение всем естествознанием. Вместе с тем, эволюционная биология – самостоятельная область знания, с собственными проблемами, методами исследования и перспективой развития.

В настоящее время предпринимаются попытки синтеза этих трех направлений («образов») биологии и оформления самостоятельной дисциплины – теоретической биологии.

4. Теоретическая биология. Целью теоретической биологии является познание самых фундаментальных и общих принципов, законов и свойств, лежащих в основе живой материи. Здесь разные исследования выдвигают различные мнения по вопросу о том, что должно стать фундаментом теоретической биологии. Рассмотрим некоторые из них:

Аксиомы биологии. Б.М. Медников – видный теоретик и экспериментатор, вывел 4 аксиомы, характеризующие жизнь и отличающие её от «нежизни».

Аксиома 1. Все живые организмы должны состоять из фенотипа и программы для его построения (генотипа), передающейся по наследству из поколения в поколение. Наследуется не структура, а описание структуры и инструкция по ее изготовлению. Жизнь на основе только одного генотипа или одного фенотипа невозможна, т.к. при этом нельзя обеспечить ни самовоспроизведения структуры, ни ее самоподдержания. (Д. Нейман, Н. Винер).

Аксиома 2. Генетические программы не возникают заново, а реплицируются матричным способом. В качестве матрицы, на которой строится ген будущего поколения, используется ген предыдущего поколения. Жизнь – это матричное копирование с последующей самосборкой копий (Н.К. Кольцов).

Аксиома 3. В процессе передачи из поколения в поколение генетические программы в результате многих причин изменяются случайно и ненаправленно, и лишь случайно эти изменения оказываются приспособительными. Отбор случайных изменений не только основа эволюции жизни, но и причина ее становления, потому что без мутаций отбор не действует.

Аксиома 4.
В процессе формирования фенотипа случайные изменения генетических программ многократно усиливаются, что делает возможным их селекцию со стороны факторов внешней среды. Из-за усиления в фенотипах случайных изменений эволюция живой природы принципиально непредсказуема (Н.В.Тимофеев-Ресовский).

Э.С. Бауэр (1935г.) выдвинул в качестве основной характеристики жизни принцип устойчивой неравновесности живых систем.

Л. Берталанфи (1932г.) рассматривал биологические объекты как открытые системы, находящиеся в состоянии динамического равновесия.

Э. Щредингер (1945г.), Б.П. Астауров представляли создание теоретической биологии по образу теоретической физики.

С. Лем (1968г.) выдвинул кибернетическую интерпретацию жизни.

5. А.А. Малиновский (1960г.) предлагал в качестве основы теоретической биологии математические и системные методы.