Структурные уровни материи
Характеристикой материи является ее структурная бесконечность. Проявлениями данного свойства материи являются:
- Принцип Неисчерпаемости объектов и процессов микромира
- Принцип Бесконечности времени и пространства
- Принцип Бесконечности изменений и развития процессов.
В современной науке структурированность материи стала научно обоснованной концепцией системной организации материи. Для выделения структурных уровней существуют следующие характеристики:
- Пространственно-временные масштабы
- Совокупность важнейших свойств и законов изменения
- Степень относительной сложности, возникшей в процессе исторического развития материи.
- Объективную действительность составляют три основные сферы- неорганическая природа, органическая природа, общество.
Рассматривая неорганический тип материи можно выделить следующие структурные уровни:
- Мегамир
- Макромир
- Микромир
Краткая характеристика структурных уровней материи
Мегамир – это бесконечный мир космоса, сюда входят планеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики. Это мир огромных масштабов и скоростей. Расстояние в мегамире измеряется астрономическими единицами, световыми годами, парсеками. Время жизни космических объектов исчисляется миллионами и миллиардами лет.
Макромир – это мир устойчивых форм величин, соразмерных человеку. Сюда относятся организмы, сообщества организмов, кристаллические комплексы молекул и т.д. пространственные величины объектов макромира измеряются в миллиметрах, сантиметрах, километрах; время измеряется в секундах, минутах, часах, годах.
Микромир – это мир элементарных частиц и атомов, здесь принцип «состоит из» неприменим. Это мир предельно малых микрообъектов, размеры которых в пространстве составляют от $10^-8$ до $10^{-16}$ см, а время жизни составляет от бесконечности до $10^{-24}$ секунды.
На каждом из структурных уровней материи действуют собственные проявления пространственно-временных отношений, различные виды движений. Микромир определяется законами квантовой механики. Макромир описывается законами классической механики. Теория относительности и теория релятивистской космологии действуют в Мегамире.
Типы связей для разных уровней материи отличаются. В масштабах $10^{-13}$ существуют сильные взаимодействия, а целостность ядра обеспечивается ядерными силами. За целостность атомов, молекул, макротел отвечают электромагнитные силы. В масштабах космоса действуют гравитационные силы.
Подробнее всего наукой изучался макромир. Результатом долгого и подробного изучения макромира стала классическая наука Нового времени. Она занималась исследованием объектов и процессов, которые человек наблюдал невооруженным взглядом. В результате таких наблюдений появилась механика, оптика, электродинамика, классическая термодинамика.
Исследования макромира начались в конце 19 века, после открытия Дж. Томсоном первой элементарной частицы – электрона и выдвижения М. Планком идеи кванта – мельчайшей неделимой порции энергии, в которой может происходить излучение и поглощение энергии. Свойства элементарных частиц, которые казались необъяснимыми и ошеломляли ученых в скором времени удалось объяснить. Это случилось в рамках квантовой механики и квантовой электродинамики, которые стали первыми квантовыми теориями. Несмотря на множество открытий, сделанных учеными в этой области, все еще существует множество до сих пор необъясненных фактов и неизученных явлений. Исследование этих явлений и их изучение является задачей современной науки, и возможно, останется задачей постнеклассической науки.
Исследование мегамира началось с появлением астрономии. Астрономия является одной из первых естественных наук. Однако, преобладающую часть своей истории астрономия являлась описательной наукой. Концепции, носящие обоснованный характер, появились лишь к началу 20 века. Такими концепциями являются космология и космогония.
Определение 1
Космология – это физическое учение о строении и эволюции Вселенной, как единого целого.
Космогония – это раздел астрономии, который занимается исследованием происхождения и эволюции небесных тел, планет, звезд и других тел планетной системы
Нужно отметить, что большая часть концепций и теорий космологии и космогонии оказались связаны c исследованиями микромира. Этим самым подтверждается идея всеобщей связи всех уровней структурной организации материи.
Структурные уровни материи
Современная наука представляет Вселенную, окружающий мир и человека в качестве различающихся, но связанных генетически, систем. То есть Вселенная, окружающий мир и человек – это неорганический, биологический и социально организованный порядки материи. Каждая из этих систем имеет отличающиеся друг от друга структурные уровни, которые подчиняются своим специфическим внутренним законам.
Если рассматривать неорганическую систему, то в ней определены следующие уровни материи:
- Субатомный. Иначе его называют микромир, который состоит из элементарных частиц, полей и атомов
- Суператомный – макромир, который охватывает совокупность твердых, жидких, газообразных тел и процессов
- Мегамир – планетарные образования, звезды,галактики, одним словом – Вселенная.
Для вещественных видов материи, таких как макро- и мегамиры, характерно обладание массой покоя. Невещественные виды материи, к которым относятся электромагнитные, гравитационные, внутриядерные и другие поля, характеризуются массой движения. Масса движения – это энергия соответствующих элементарных частиц в процессе их непрерывного взаимопревращения.
Современные научные данные позволили сделать вывод о том, что на этапе развития Метагалактики в отдельных планетарных системах возможно появление условий для возникновения из некоторых неорганических форм существования компонентов живой природы.
В структуре живой природы выделяются следующие уровни организации систем:
- Доклеточный, к которому относятся ДНК и РНК, вирусы, белки
- Клетка и одноклеточные организмы
- Многоклеточные организмы
- Виды
- Популяция
- Биоценозы
- Биосфера.
На определенном этапе развития биосферы возникает популяция животных, которая благодаря предметной орудийной деятельности получает возможность перейти от биологических форм к человеческой форме бытия.
Система общественного порядка организации материи имеет следующие структуры:
- Человек
- Трудовые коллективы
- Род и племя
- Семья
- Нация и этнос
- Социальные слои и классы
- Общество
- Цивилизация
- Ноосфера.
В качестве особого вида организации материи общество может существовать исключительно благодаря деятельности людей. Этим объясняется то, что производственная деятельность человека является предельной субстанциональной основой общества. Благодаря производственной деятельности общество получает возможность удовлетворения своих потребностей и воспроизводства себя.
Структурный уровень социальной деятельности находится в линейной связи между собой. К примеру, уровень наций и уровень государств. Но при проведении более глубокого анализа обнаруживается наличие основополагающих структур, которые являются главными сферами общественной жизни. К ним относятся материально-производственная, духовная, социальная, политическая сфера деятельности. Каждая из перечисленных сфер имеет свою специфические законы и структуры. И все объединены в составе общественно-экономической формации и являются основой развития общества.
Таким образом, структурная организация, системность является главным способом существования развития материи, способом ее развития.
Представления о Мегамире
Строго определенной границы между макромиром и мегамиром не существует. Традиционно предполагается, что мегамир начинается с масс $10^{20}$ кг и с расстояния примерно $10^7$ км. Опорной точкой мегамира может быть Земля. В связи с тем, что мегамир характеризуется большими расстояниями, для их измерения введены специальные единицы – парсек, световой год, астрономическая единица.
Астрономическая единица (а.е.) – это среднее расстояние от Земли до Солнца, которое составляет $1,5 • 10^{11}$ м.
Световой год – это то расстояние, которое проходит свет в течение года, оно рано $9,46 • 10^{15}$м.
Парсек – это такое расстояние, на котором годичный параллакс земной орбиты равен одной секунде (параллакс-секунда). Оно составляет $206265 а.е. = 3,08 • 10^{16} м = 3,26$ св. г.
Весь мир, окружающий нас, – это Вселенная. Ученые, физики и астрономы, подразумевают, как правило, ту часть мира, которую возможно изучить при помощи естественнонаучных методов. Такая часть Вселенной называется Астрономическая Вселенная, или иначе Метагалактика.
Небесные тела Вселенной в свою очередь образуют системы, имеющие разную сложность. Примером одной из систем является Солнечная система, в которой вокруг Солнца движутся 9 планет, которые являются остывшими телами, светящиеся светом, отраженным от Солнца. Наблюдаемые невооруженным взглядом звезды составляют небольшую часть нашей Галактики, основная часть звезд сосредоточена в Млечном Пути.
Млечный путь – это светлая неровная полоса, огибающая небо по большому кругу. Кроме звезд и планетных тел, Галактики состоят из межзвездного газа и пыли. Звезды, принадлежащие одной Галактике, удерживаются вместе благодаря силе гравитации. Каждое небесное тело имеет свою историю развития. Возраст Вселенной исчисляется 15 — 20 млрд. лет, возраст Солнечной системы – 5 млрд. лет, возраст Земли — 4,5 млрд. лет.
Понятие системы и структуры
Понятие материи является основополагающим в философии и естествознании. Слово «материя» в переводе я латинского означает «вещество». Природа материи вызывала интерес еще у античных исследователей, тогда же возникли первые представления о том, что такое материя. Представители античных философских школ считали, что это некая материальная субстанция, находящаяся в основе бытия. Такой основой ученые античности считали огонь, воздух, воду, атомы и т.д.
С развитием науки к материи стали относится как к материалу, из которого сделаны вещи, в качестве философской категории материя практически не развивалась
Вывод о том, что материя – это физическая реальность, а не конкретное вещество, был сделан в 17-18 вв., в период, когда происходит отделение математических, естественных и общественных наук от философии.
Среди свойств, присущих материальным объектам, можно выделить следующие:
- Связь
- Взаимодействие
- Движение
- Пространство и время
- Структурность
- Системная организация
- Способность к саморазвитию и т.д.
Важнейшими атрибутами являются структурность и системная организация, которые и составляют основу современных представлений о материи.
Система – это что-либо целое, состоящее из совокупности множества элементов, которые в свою очередь образуют единство. Каждое тело, каждая вещь в роли объекта изучения представляет собой систему. В ходе взаимодействия различных систем друг с другом проявляются их свойства. В ходе подобных взаимодействий есть свойства каждой отдельной системы, которые не подвергаются изменениям. Такие повторяющиеся свойства называются структурой.
Определение 1
Под структурой понимается совокупность устойчивых связей между элементами системы, которые обеспечивают целостность этой системы. То есть, единство элементов и структуры составляют систему.
Несмотря на уникальность и своеобразие каждой системы, есть такие, которых объединяют общие признаки структуры. Такие системы можно сгруппировать в определенные порядки, виды, уровни, которые, в свою очередь, находятся во взаимодействии друг с другом.
Классификация систем
Существуют различные виды систем. По характеру связи между частями и целым различают органические и неорганические системы. Если рассматривать систему с точки зрения движения материи, то они могут быть механическими, химическими, физическими, физико-химическими. По отношению к движению системы делятся на статические и динамические. По видам изменений системы подразделяются на функциональные, нефункциональные и развивающиеся.
Исходя из характера обмена со средой, системы могут быть открытыми и закрытыми, а по степени организации простыми и сложными. Также различают системы по уровню развития – низшие и высшие, и по характеру происхождения – естественные, искусственные и смешанные. С точки зрения направления развития системы могут быть прогрессивными и регрессивными.