Структурные уровни организации материи. Микро-, макро- и мегамиры

Материя. структура и системная организация материи. Системная организация как атрибут материи. Структура материи. Структурные уровни организации материи. структурные уровни различных сфер.

Материя

Понятие «материя» многозначно. Его используют для обозначения той или иной ткани. Иногда ему придают иронический смысл, говоря о «высокой материи». У всех предметов и явлений, окружающих человека (животных и растений, машин и инструментов, произведений искусства, явлений природы, звездных туманностей и других небесных тел и т.п.), несмотря на их разнообразие, есть общая черта: все они существуют вне сознания человека и независимо от него, т.е. являются материальными. Люди постоянно открывают все новые и новые свойства природных тел, производят множество не существующих в природе вещей, следовательно, материя неисчерпаема.

Материя несотворима и неуничтожима, существует вечно и бесконечно разнообразна по форме своих проявлений. Материальный мир един. Все его части – от неодушевленных предметов до живых существ, от небесных тел до человека как члена общества – так или иначе связаны. То есть 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, происходящими в мозгу человека, и являются высшей формой отражения внешнего мира.

Структура и системная организация материи. Системная организация как атрибут материи

Системность – характерная черта материальной действительности. Системой является то, что определенным образом связано между собой и подчинено соответствующим законам. В переводе с греческого система – это целое, составленное из частей, соединение. Системы бывают объективно существующие и теоретические, или концептуальные, т.е. существующие лишь в сознании человека. Система – это внутренне или внешнее упорядоченное множество взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. Она фиксирует преобладание в мире организованности над хаотичными изменениями. Все материальные объекты универсума обладают внутренне упорядоченной, системной организацией. Упорядоченность подразумевает наличие закономерных отношений между элементами системы, которое проявляется в виде законов структурной организации.

Структура материи

Структурность – это внутренняя расчлененность материального бытия. Внутренняя упорядоченность имеется у всех природных систем, возникающих в результате взаимодействия тел и естественного саморазвития материи. Внешняя – характерна для искусственных систем, созданных человеком: технических, производственных, концептуальных, информационных и т.п. Истоки идеи структурности универсума относятся к античной философии (атомистике Демокрита, Эпикура, Лукреция Кара).

Понятие структуры материи охватывает макроскопические тела, микроскопические тела, все космические системы. С этой точки зрения, понятие «структура» проявляется в том, что она существует в виде бесконечного многообразия целостных систем, тесно взаимосвязанных между собой, в упорядоченности строения каждой системы. Такая структура бесконечна в количественном и качественном отношении. Проявлениями структурной бесконечности материи выступают:

- неисчерпаемость объектов и процессов микромира;

- бесконечность пространства и времени;

- бесконечность изменений и развития процессов.

Эмпирически доступна для человека лишь конечная область материального мира: в масштабах от 10^-15 до 10²⁸, а во времени – до 2*10⁹ лет.

Структурные уровни организации материи

В современном естествознании эта структурированность материи оформилась в научно обоснованную концепцию системной организации материи. Структурные уровни материи образованы из какого-либо вида и характеризуются особым типом взаимодействия между составляющими их элементами. Критериям для выделения различных структурных уровней служат следующие признаки:

- пространственно-временные масштабы;

- совокупность важнейших свойств и законов изменения;

- степень относительной сложности, возникшей в процессе исторического развития материи в данной области мира.

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

Структурные уровни различных сфер

Объективная действительность состоит их трех основных сфер: неорганическая природа, живая природа, общество. Эти уровни схематично представлены в табл.1:

При классификации неорганического типа материальной системы выделяют элементарные частицы и поля, атомные ядра, атомы, молекулы, макроскопические тела, геологические образования. Из них можно вычленить три структурных уровня:

мегамир – мир космоса (планеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики и неограниченные масштабы до 10²⁸см);

макромир – устойчивых форм и соразмерных человеку величин (а также кристаллические комплексы молекул, организмы, сообщества организмов, т.е. макроскопические тела 10^-6 –10⁷см);

микромир – мир атомов и элементарных частиц, где неприменим принцип «состоит из» (область порядка 10^-15см).

Таблица 1

На разных структурных уровнях материи мы сталкиваемся с особенными проявлениями пространственно-временных отношений, различными видами движения. Микромир описывается законами квантовой механики. В макромире действуют законы классической механики. Мегамир – связан с законами теории относительности и релятивистской космологии.

Разные уровни материи характеризуются разными типами связей:

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

2. Целостность атомов, молекул, макротел обеспечивают электромагнитные силы.

3. В космических масштабах – гравитационные силы.

С увеличением размеров объектов уменьшается энергия взаимодействия. Чем меньше размеры материальных систем, тем более прочно связаны между собой их элементы.

Органика как тип материальной системы тоже имеет несколько уровней своей организации:

- доклеточный уровень включает в себя ДНК, РНК, нуклеиновые кислоты, белки;

- клеточный - самостоятельно существующие одноклеточные организмы;

- многоклеточный - органы и ткани, функциональные системы (нервная, кровеносная), организмы: растения и животные;

- организм в целом;

- популяции (биотоп) - сообщества особей одного вида, которые связаны общим генофондом (могут скрещиваться и воспроизводить себе подобных): стая волков в лесу, стая рыб в озере, муравейник, кустарник;

- биоценоз – совокупность популяций организмов, при которых продукты жизнедеятельности одних становятся условиями жизни и существования других организмов, населяющих участок суши или воды. Например, лес: популяции живущих в нем растений, а также животных, грибов, лишайников и микроорганизмов взаимодействуют между собой, образуя целостную систему;

- 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, информацией с окружающей средой), которая проявляется на любом из выделенных подуровней:

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

- на уровне 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 участии факторов космического масштаба.

В рамках биосферы начинает развиваться особый тип материальной системы, который образован благодаря способности особых популяций живых существ к труду – человеческое общество. Социальная действительность включает в себя подуровни: индивид, семья, группа, коллектив, социальная группа, классы, нации, государство, системы государств, общество в целом. Общество существует лишь благодаря деятельности людей. Структурный уровень социальной действительности находится между собой в неоднозначно-линейных связях между собой (например, уровень нации и уровень государства). Переплетение разных уровней структуры общества не означает отсутствия упорядоченности и структурированности общества. В обществе можно выделить фундаментальные структуры – главные сферы общественной жизни: материально-производственная, социальная, политическая, духовная и т.д., имеющие свои законы и структуры. Все они в определенном смысле субординированы, структурированы и обусловливают генетическое единство развития общества в целом.

Таким образом, любая из областей объективной 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, т.е. эволюция материальных систем происходит в направлении от простого к сложному, от низшего в высшему.

Внутри каждого из структурных уровней существуют отношения субординации (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 высшего порядка может быть познана только на основе содержания высшей по отношению к ней формы материи.

Закономерности новых уровней не сводимы к закономерностям уровней, на базе которых они возникли, и являются ведущими для данного уровня организации материи. Кроме того, неправомерен перенос свойств высших уровней материи на низшие. Каждый уровень материи обладает своей качественной спецификой. В высшем уровне материи низшие его формы представлены не в «чистом», а в синтезированном («снятом») виде. Например, нельзя перенести законы животного мира на общество, даже если на первый взгляд кажется, что в нем господствует «закон джунглей». Хотя жестокость человека может быть несравненно больше жестокости хищников, тем не менее хищникам незнакомы такие человеческие чувства, как любовь, сострадание.

С другой стороны, безосновательны попытки отыскания на низших уровнях элементов высших уровней. Например, мыслящий булыжник. Это – гипербола. Но были попытки ученых-биологов, в которых они пытались создать обезьянам «человеческие» условия, рассчитывая через сто-двести лет обнаружить в их потомстве антропоида (первобытного человека).

Структурные уровни материи взаимодействуют между собой как часть и целое. 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 нет частей вне целого. Часть приобретает свой смысл только благодаря целому, так же как и целое есть взаимодействие частей.

Во взаимодействии части и целого определяющая роль принадлежит целому. Однако это не означает, что части лишены своей специфики. Определяющая роль целого предполагает не пассивную, а активную роль частей, направленную на обеспечение нормальной жизни универсума как целого. Подчиняясь в общем системе целого, части сохраняют свою относительную самостоятельность и автономность. С одной стороны, они выступают как компоненты целого, а с другой - они сами являются своеобразными целостными структурами, системами. Например, факторами, обеспечивающими целостность систем в неживой природе, являются ядерные, электромагнитные и другие силы, в обществе – производственные отношения, политические, национальные и т.д.

Структурная организация, т.е. системность, является способом существования материи.

Литература

1. Ахиезер А.И., Рекало М.П. Современная физическая картина мира. М., 1980.

2. Вайнберг С. Открытие субатомных частиц. М., 1986.

3. Вайнберг С. Первые три минуты. М., 1981.

4. Ровинский Р.Е. Развивающаяся Вселенная. М., 1995.

5. Шкловский И.С. Звезды, их рождение и смерть. М., 1975.

6. Философские проблемы естествознания. М., 1985.