66

Понятие самоорганизация означает процессы внутрисистемной упорядоченности, развивающихся материально-динамических, качественно изменяющихся систем. В отличие от понятия организация оно отражает особенности существования динамических систем, развитие которых сопровождается их восхождением на более высокие уровни сложности и системной организации [38].

Самоорганизация систем осуществляется под действием в результате проявления законов диалектики: единство и борьбы противоположностей, отрицания отрицания, перехода количества в новое качество. В биологии самоорганизация прослеживается в наследственной изменчивости, естественном отборе и борьбе за существование, происходящих внутри системы под действием окружающей природной среды.

8. Состояние

Категория диалектики «состояние» близка к категории сущности, но в отличие от неё раскрывает физическое состояние объекта. Одно и то же вещество может находиться в различных состояниях – так называемых агрегатных состояниях. Например, вода может находиться в твердом – лед, жидком и газообразном – пар – состояниях. Переходы между агрегатными состояниями сопровождаются скачкообразным изменением ряда физических свойств, таких как плотность, энтропия и пр. Помимо газообразного, жидкого и твердого агрегатных состояний иногда рассматривают еще плазменное состояние. Возможность вещества находиться в нескольких агрегатных состояниях обусловлена различиями в тепловом движении его молекул или атомов и в их взаимодействии.

Вгазообразном состоянии вещества кинетическая энергия теплового движения его частиц: молекул, атомов, ионов – значительно превосходит потенциальную энергию взаимодействия между ними, поэтому частицы движутся относительно свободно, равномерно заполняя при отсутствии внешних полей весь имеющийся для них объем.

Вжидком состоянии вещества содержат в себе черты как твердого состояния, такие как сохранение объема, прочность на разрыв, так и газообразного – изменчивость формы. Жидкости характерен так называемый ближний порядок в расположении частиц – молекул, атомов – малое отличие в кинетической энергии теплового движения молекул и их потенциальной энергии взаимодействия.

Ближний порядок состоит в согласованности расположения соседних частиц в веществе, который соблюдается (в отличие от дальнего порядка) на малых расстояниях, сравнимых с размерами самих частиц. Кроме жидкостей ближний порядок характерен также для твердых аморфных тел. Дальним порядком характеризуются кристаллы, которым отвечает строгая повторяемость во всех направлениях (сдвиговая симметрия) одного и того же структурного элемента (атома, группы атомов, молекулы и т. п.) на протяжении сотен и тысяч периодов кристаллической решетки. В некоторых веществах наблюдается также упорядоченность в ориентации молекул (например, в жидких кристаллах), магнитных моментов, электрических дипольных моментов.

Тепловое движение молекул жидкости состоит из колебаний около положений равновесия и сравнительно редких скачкообразных переходов из одного равновесного положения в другое, с которыми связана текучесть жидкостей. Отметим здесь свойство сверхтекучести квантовой жидкости – жидкого гелия, открытое П. Л. Капицей в 1938 г., заключающееся в протекании без внутреннего трения (вязкости) через узкие щели, капилляры и т. п. при низких температурах (ниже 1,17 К).

Втвердом состоянии вещества отличаются большой стабильностью формы и характером теплового движения атомов, которые совершают малые колебания около

67

положения равновесия. Различают, как уже упоминалось, кристаллические и аморфные твердые тела. В первых существует пространственная периодичность в расположении положений равновесия атомов. В аморфных твердых телах атомы колеблются около хаотически расположенных точек. Устойчивым состоянием твердого тела является кристаллическое.

Различают твердые тела с ионной, ковалентной, металлической и др. типами связи между атомами, что обусловливает разнообразие их физических свойств. Электрические и некоторые другие свойства твердых тел в основном определяются характером движения внешних электронов его атомов. По электрическим свойствам твердые тела делятся на диэлектрики, полупроводники и металлы, по магнитным – на диамагнетики, парамагнетики и тела с упорядоченной магнитной структурой. Исследования свойств твердого тела объединились в большую область физики – физику твердого тела, развитие которой стимулируется потребностями техники.

9. Взаимодействие

Взаимодействие – категория диалектики, которая раскрывает процессы внутрисистемной упорядоченности в микро-, макро- и мегомирах.

Около 60 лет назад считалось, что существует только четыре элементарные частицы – протон, нейтрон, электрон и фотон. Однако с тех пор в течение довольно короткого времени были открыты не только новые элементарные частицы, но и многочисленные процессы их взаимных превращении. Элементарные частицы образуют одно тесное неразделимое сообщество. Существование одной частицы так или иначе связано с наличием другой.

Для обозначения всех этих многообразных связей физики используют понятие «взаимодействие». Этот термин достаточно конкретный, но, с другой стороны, весьма широкий. Независимо оттого, притягиваются ли частицы между собой, отталкиваются или распадаются на другие частицы, - они «взаимодействуют» друг с другом.

Современная физика знает четыре силы, существующие в природе, и, соответственно, четыре типа взаимодействия. Первая, которая порождает так называемое сильное взаимодействие, действует на крайне коротких расстояниях (около 10-15 м) между частицами в атомных ядрах и обеспечивает «склейку» ядер. Другая, сила (в 1014 раз, слабее сильной), вызывающая между субатомными частицами, обуславливает бета-распад. Третья сила – электромагнитное взаимодействие примерно в 100 раз слабее сильного, зато радиус его практически не ограничен. Четвертая сила – гравитация – наиболее слабый вид взаимодействия: его интенсивность составляет всего лишь 10-43 от интенсивности электромагнитного взаимодействия.

10. Близкодействие и дальнодействие

Категория диалектики «близкодействие» и «дальнодействие» раскрывает пространственный принцип взаимодействия между физическими объектами. По концепции близкодействие – любое воздействие на материальные объекты может быть передано только между соседними точками пространства за конечный промежуток времени. Дальнодействие допускает действие на расстоянии с мгновенной скоростью – за очень короткий промежуток времени. После Ньютона эта концепция получает широкое распространение в физике, хотя он сам и понимал, что введенные им силы дальнодействия (например, силы тяготения) являются лишь формальным

68

приближенным приемом, позволяющим дать верное в некоторых пределах описание наблюдаемых явлений. Окончательное утверждение принципа близкодействия пришло с выработкой концепции физического поля как материальной среды. Уравнения поля описывают состояние системы в данной точке в данный момент времени как зависящее от состояния в ближайший предшествующий момент в ближайшей соседней точке.

11. Принцип относительности

Принцип относительности - категория диалектики, которая раскрывает временную физическую теорию пространства и времени.

Содержание принципа относительности: «никакие опыты (механические, электрические, оптические), проведенные в данной инерциальной системе отсчета, не дают возможности обнаружить, покоиться ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы к другой».

Из общей теории относительности следуют новые пространственно временные представления, например такие как, относительность длин и промежутков времени, относительность одновременности событий. При переходе к космическим масштабам геометрия пространства – времени может изменяться от одной области к другой в зависимости от концентрации масс в этих областях и их движения.

12. Принцип инвариантности

Принцип инвариантности относительно сдвигов в пространстве и времени является важным в понимании законов природы. Принцип инвариантности - смещение во времени и пространстве не влияет на протекание физических процессов. Инвариантность непосредственно связана с симметрией, представляющей собой структурность материального объекта относительно его преобразований.

13. Принципы симметрии

Принцип симметрии – категория диалектики, которая определяет степень устойчивости систем во времени и пространстве. Принцип симметрии в настоящее время рассматривается на основе использования теоремы Нетер, которая в 1918 году доказала фундаментальную теорему, носящую теперь ее имя. Эта теорема утверждает, что существование любой конкретной симметрии – в пространстве – времени, степенях свободы элементарных частиц и физических полей – приводит к соответствующему закону сохранения, причем из этой же теоремы следует и конкретная структура сохраняющейся величины.

Согласно этой теоремы, из инвариантности относительно сдвига во времени – сдвиговая симметрия – (что выражает физическое свойство равноправия всех моментов времени – однородность времени) следует закон сохранения энергии; относительно пространственных сдвигов (свойство равноправия всех точек пространства – однородность пространства) – закон сохранения импульса или количества движения; относительно пространственного вращения – осевая симметрия (свойство равноправия всех направлений в пространстве – изотропность пространства) – закон сохранения

70

соответствующими измерительными приборами, «дополняют» друг друга. Этот принцип стал краеугольным камнем квантовой механики.

15.Принципы системной целостности

Всистемных средах внутренние связи между элементами должны быть крепче, чем

свнешними, по отношению к данной системе идентичными элементами. Система – совокупность элементов, тесно связанных между собой и образующих единое целое. Если по каким – либо причинам в системе внутренние связи ослабевают, а внешние усиливаются, то система в начале испытывает кризис, а затем начинается сепаратизм – выход элементов из данной системы.

Пример, - нарушение экономических связей между республиками в СССР вызвали экономический кризис, а затем начался развал Союза ССР.

Тестовые задания к главе 4.

1.Какой из трех законов является, по определению В.И. Ленина, «ядром диалектики»?

101) переход количества в новое качество;

102) единство и борьба противоположностей;

103) отрицания отрицания.

2.Какая из категорий диалектики является главной и лежит в основе развития

наук?

201) единичное и общее;

202) причина и следствие;

203) необходимость и случайность.

3.Какой из основных показателей характерен для законов природы:

301)устойчивость и постоянство связей;

302)повторяемость при наличии соответствующих условий;

303)корректировка во времени.

4.Закономерность поступательного развития материального мира: 401) исключает временные отклонения от поступательного развития;

402) не исключает временные отклонения от поступательного развития;

403) исключает частичное отклонение от поступательного развития;

5.Кто сказал: «Все течет, все изменяется и оборачивается своей противоположностью».

501) Гераклит;

502) Эмпедокл;

503) Демокрит.

71

Глава 5

ФОРМА СУЩЕСТВОВАНИЯ МАТЕРИИ И СИСТЕМНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МАТЕРИАЛЬНОГО МИРА

Формы существования материи и ее системная организация. Форма существования материи – единство движения материи во времени и пространстве. Теория относительности. Системная иерархия. Структурные уровни организации материи (неживая, живая и социально-организованная). Структурированность изучения материального мира. Системный подход к изучению материи.

5.1. Формы существования материи

Форма существования материи – это единство движения материи во времени и пространстве. Движение – это изменение взаимодействия материальных объектов.

Вмире нет материи без движения, так же как не может быть движения без материи. Движение материи абсолютно, тогда как всякий покой относителен и представляет собой один из моментов движения. Например, тело, покоящееся по отношению к Земле, движется вместе с ней вокруг Солнца, вместе с Солнцем – вокруг центра Галактики. Поскольку мир бесконечен, то всякое тело участвует в бесконечном движении. Качественная устойчивость тел и стабильность их свойств также представляет собой проявление относительного покоя.

Впроцессе развития материи проявляются качественно новые и более сложные формы движения. Но даже механическое перемещение не является абсолютно простым. В процессе развития материи через электромагнитные и гравитационные поля между телами непрерывно происходит движение.

Теория относительности указывает, что «с увеличением скорости движения происходит возрастание массы тел, уменьшаются по направлению движения линейные размеры, убыстряется ритм процессов в телах». «При околосветовых скоростях электроны и другие частицы способны интенсивно излучать кванты электромагнитного поля по направлению движения».

Таким образом, всякое развитие материального мира включает в себя взаимодействие различных форм движения и их взаимное превращение. Движение материи представляет собой процесс взаимодействия противоположностей.

Движение материальной системы включает в себя целостное изменение системы. Оно выступает как процесс развития системы [6, 8]. При восходящем развитии системы (от низшего к высшему) происходит усложнение связей, структуры и формы движения материальных объектов. Нисходящее развитие выражает напротив деградацию и распад системы, упрощение ее форм движения. Движение является более общим понятием, чем развитие.

Выделяют следующие основные формы движения:

* в неживой природе – это движение элементарных частиц и полей (гравитационное, электромагнитное, взаимного превращения, движение атомов и молекул); движение макроскопических тел через процессы кристаллизации и изменение агрегатных состояний, движение в космических системах различного порядка);

72

*в живой природе – биологические процессы в различных системах (биохимические, гормональные электрофизиологические и т.д.);

*в обществе – все социальные изменения, присущие общественным системам различного порядка.

Общей мерой движения является энергия. Все виды энергии в природе,

соответствующие различным формам движения. Их можно объединить в 3 основные группы:

- энергия пространственного перемещения тел; - энергия связей и взаимодействий тел посредством различных полей;

- собственная внутренняя энергия, соответствующая массе покоя тела.

В первую группу входит кинетическая энергия поступательного, вращательного, колебательного и других видов движения. Величина энергии зависит от массы и скорости тел, а у фотонов – от частоты колебаний.

Во вторую группу входят все виды потенциальной внутренней энергии материальных систем, представляющие собой различные проявления энергии взаимодействия посредством электромагнитного, гравитационного и ядерного полей.

В третью группу входит собственная внутренняя энергия каждого объекта, соответствующая его общей массе. Эта энергия находится в частицах в связанном состоянии и высвобождается полностью лишь в реакциях превращения пар частиц и античастиц в электромагнитное излучение. Она характеризует огромные внутренние возможности превращений и активных проявлений материй. Материя как бы пронизана энергией, и эта энергия высвобождается при определенных условиях.

Одной из форм движения материи является «жизнь». Жизнь – это форма движения высокоорганизованной материи (белковых тел), содержанием которой является упорядоченный постоянный обмен веществ, энергии и информации внутри организма и с окружающей средой на каждом этапе развития [ 7 ].

Существенной особенностью «живых тел» является накопление информации,

саморегуляция и воспроизводство. По существу, «жизнь» – это не одна форма движения, а система форм, в которых наряду с общими признаками есть и много специфических различий. Они проявляются при переходе от уровня организма к популяциям, видам, биоценозам и всей биосфере. Внутри каждой из таких систем существуют свои типы взаимодействий, подчиняющиеся различным законам.

Общественные формы движения включают в себя все типы отношений в обществе. По сравнению с другими формами они отличаются наибольшей сложностью. Усложняются прежде всего информационные связи, специфичные для всех самоорганизующихся систем с управлением. В обществе эти связи становятся необычайно многообразными в количественном и качественном отношениях.

Между всеми формами движения материи существует взаимная связь. Например, тепловое движение в неживой природе может существовать в очень широком диапазоне температур. Но в живых организмах оно возможно лишь в очень узком температурном интервале. Формы движения способны к взаимным превращениям при строгом выполнении законов, сохранения материи и ее основных свойств.

Время и пространство представляют собой совокупность бесчисленного множества пространственно-временных свойств и структур реально существующих материальных систем.

Время характеризует последовательность смены состояний и причинноследственных отношений, любых объектов и процессов.

Пространство как форма существования материи выражает существование, структурность и протяженность любых взаимодействующих объектов и систем.

73

Общими свойствами времени и пространства являются их объективность,

независимость от человеческого сознания, их абсолютность как универсальных форм существования материи, неразрывную связь друг с другом и с движением, количественную и качественную бесконечность.

Важнейшим свойством пространства является его трехмерность. Положение любого предмета может быть точно определено только с помощью трех независимых величин – координат. В прямоугольной декартовой системе координат – х, у, z, называемое длиной, шириной и высотой. В сферической системе координат – это радиус-вектор r, углы a и b. В цилиндрической системе – высота z, радиус-вектор и угол a.

Пространство выступает как всеобщая форма существования материи, которая выражает структурность, протяженность и сосуществование элементов материи в различных системах. Величина протяженности тел зависит от их внутренних и внешних связей. Пространству присуще определенное свойство симметрии. Она проявляется в сохранении объектами их геометрической формы и ряда других свойств при зеркальном отражении объектов, таких как шар, куб, параллелепипед и др. Но пространственная симметрия присуща далеко не всем объектам, например, асимметричное расположение некоторых органов у животных. Асимметрична пространственная структура молекул живого вещества.

Важнейшим свойством времени является его неповторяемость. Сохраняемость материи и непрерывная последовательность его изменений определяет и общую непрерывность времени. Поскольку любой конкретный объект существует ограниченный период, то время обладает свойством прерывности. Эта прерывность характеризует периоды изменения конкретных качественных состояний.

К числу важнейших свойств времени относят его одномерность и необратимость. Одномерность проявляется в последовательности временных изменений в виде линейной упорядоченности. Необратимость проявляется в ходе времени только от прошлого к будущему. Прошлое порождает настоящее и будущее. Но осуществившись, оно уже недоступно никакому внешнему влиянию и воздействию.

В 1905 г. Альбертом Эйнштейном была разработана теория относительности. Предметом теории относительности являются пространственно-временные отношения при равномерных и прямолинейных движениях систем отсчета. Эйнштейном были даны новые законы движения, обобщающие законы движения Ньютона. Эти обобщения сводились только для случая очень малых скоростей тел. В этой теории была раскрыта теория оптических явлений в движущихся телах.

Эйнштейн доказал, что масса тела пропорциональна запасенной в ней энергии. Одним из основных положений теории относительности является утверждение равноправности всех равномерных систем отсчета. Им отвергается существование абсолютного пространства и абсолютного времени, фигурирующих в ньютоновской физике.

Главный вывод теории состоит в установлении такой универсальной связи пространства и времени, в которой они объединены в единую форму существования материи – «пространство – время». Только пространственновременные отношения и свойства предметов и явлений имеют абсолютный характер и находятся в единой системе отсчета.

Важнейшими теоретико-познавательными выводами теории относительности

является:

а) подтверждение учения диалектического материализма о пространстве и времени как формах существования материи;