книги из ГПНТБ / Румлянский, П. М. Философия и физика микромира. Системно-структурный анализ и физика частиц

следующем уровне — о разнообразии будущих молекуляр­ ных соединений. Разнообразие элементов (актуальных и потенциальных) атомных систем включает в себя разно­ образие ядер и электронов и др. Тем самым сложность атомов выше сложности ядер, выше и их структурной сложности. Различное расположение электронов по орби­ там вокруг ядер указывает и на определенное разнообра­ зие отношений порядка, кроме тех, которые имеются на ядерном уровне. Значит и упорядоченность, и структурная упорядоченность атомов выше, чем у ядер.

Учет кроме того и разнообразия связей, взаимодей­ ствий элементов атомных образований, потенциальных связей, взаимодействий дает возможность рассмотреть также структурную организацию атомных систем. Так, различные атомы имеют различные возможности вступле­ ния во взаимосвязи и взаимодействия с другими атомами. Атом углерода, например, обладает возможностью всту­ пать во взаимосвязь с четырьмя атомами водорода, с двумя атомами кислорода и т. д.

Потенциальные элементы, потенциальные связи и от­ ношения, потенциальные целостные образования рассма­ триваются по отношению к атомному уровню, в рамках атома. Актуализация этих возможностей атомного уровня приводит к образованию молекул. В рамках молекулярной теории такие возможности становятся действительными. На молекулярном уровне структурными элементами вы­ ступают атомы. На данном уровне кроме внутреннего разнообразия атомов добавляется и разнообразие самих атомов. Можно выделить также и потенциальные элемен­ ты молекулярных систем, определенные атомные соеди­ нения.

Учитывая разнообразие (актуальное и потенциальное) атомов, образующих состав молекул, можно определить также структурную сложность их. Кроме того, атомы объ­ единенные в молекулы, различаются своим расположением в пространстве и отношением порядка. Возможны соеди­ нения, в которых количество элементов одинаково, связи между элементами тождественны, различие состоит лишь в пространственном расположении элементов. Однако фи­ зические и химические свойства этих соединений различ­ ны. Примерами могут служить изомеры вещества СгНбО, выступающие как

30

Известны также и другие соединения.

Структурные формулы этилового спирта и метиловогоэфира различаются тем, что в первой выделяется группа ОН, во второй атом кислорода расположен между атома­ ми углерода. Порядок связей в обоих изомерах одинаков, различно лишь пространственное расположение атомов. Это так называемая стереопзомерия. По поводу явления изомеризации молекул заметил еще Ф. Энгельс. Он писал, что «если число объединяющихся в молекулу атомов дости­ гает некоторой определенной для каждого ряда величины, то группировка атомов в молекуле может происходить не­ сколькими способами; таким образом могут появиться два или несколько изомеров, имеющих в молекуле одинаковое число атомов С, Н, О, но тем не менее качественно раз­ личных между собой»4 7 .

Наряду с разнообразием элементов и отношений по­ рядка в химических соединениях (молекулах) имеются и различные связи, взаимодействия элементов, разнообразие

сложных молекул представляется определенными цепями атомов. Атомы, вступая в определенные связи между со­ бой, образуют определенные цепи атомов. Это так назы ­ ваемые первичные структуры (структуры определенного уровня усложнения молекул). В органических макромо­ лекулах Д Н К и Р Н К кроме первичной структуры извест­ на и вторичная, суть которой заключается во взаимодей­ ствии различных участков цепи. Она рушится при повы­

31

т ак же и третичная структура. Суть ее в наличии законо­ мерной укладки отдельных участков цепи молекулярной структуры 4 9 . Наряду с учетом отношений порядка и дру­ гих отношений, а также связей атомов химических соеди­ нений при неизменном количестве атомов количество изо­ меров молекул растет. Например, такие два изомера, как винилуксусиая и кротоновая кислоты характеризуются и разнообразием связей между элементами определенных соединений. Об этом свидетельствуют их структурные формулы:

ной в изомере кротоновой, тогда как двойная связь между

с одинарными связями имеются и двойные. Это подтвер­

в области обратимых изомеризации. Такой тип изомерии молекул называется таутомерным. В таутомериых пре­ вращениях молекул изменяются как отдельные связи между атомами, так и пространственное расположение их, на что заказывает отличие структурных формул винилуксусной и кротоновой кислот. Это свидетельствует об определенной организации, динамической устойчивости молекул, находящихся в горячем щелочном растворе. При восстановлении прежних условий эти изомеры становятся устойчивыми химическими соединениями.

Приведенные молекулы представляют определенную ступень эволюции молекулярных систем. Дальнейшая эво­ люция их приводит к сложнейшим органическим соеди­ нениям, как Д Н К и Р Н К , составленным из гетероцикли-

4 9 См.: А. С. Спирин. Некоторые проблемы макромолекулярпой структуры рибонуклеиновых кислот. М., Изд-во АН СССР, 1963, стр. 34—35.

5 0 См.: О. А. Реутов. Теоретические проблемы органической химии. М., Изд-во МГУ, 1956, стр. 428.

32

действительные элементы, связи и отношения, целостные образования, что свидетельствует об организации н о структурной организации таких систем.

Из сказанного видно, что молекулярные образования содержат больше разнообразия множества (актуального п потенциального) элементов, связей и отношений, целост­ ности. Это свидетельствует о большей структурной слож­ ности, упорядоченности, структурной организации моле­ кулярных образований по отношению к атомным, о боль­ шей информационной емкости их.

Потенциальные элементы молекулярного уровня, такие как кристаллы, макротела, одноклеточные живые организ­ мы и растения, становятся актуальными на следующем

лярном уровне лишь возможными), приводят к образованию клетки, осуществляя тем самым переход от моле­ кулярного уровня к клеточному (биологическому). Воз­ можность образования клетки содержится еще на молеку­ лярном уровне, выступая как потенциальные элементы в рамках молекулярной теории. Переход от молекулярного уровня к макротелам и одноклеточным живым организ­ мам и растениям сопровождается увеличением актуально­ го разнообразия множества на уровне элементов, связей и отношений. Если известны 104 различных атома, то раз­ нообразие неорганических молекул исчисляется несколь­ кими тысячами, а органических — почти миллионом.

С образованием клетки появляются живые существа, например, различные пресноводные формы, различные ви­ ды инфузорий, споровики и др. Учитывая разнообразие элементов клетки, отношения, взаимосвязи их, можно го­ ворить о различной степени структурной сложности, упо­ рядоченности, организации самих одноклеточных орга­ низмов. «Более детальное ознакомление обнаруживает у одноклеточных организмов морфологическую дифференцировку с разной степенью сложности у разных классов»5 1 .

51 И. Е. Амлинский. Некоторые проблемы становления многоклеточности. В сб.: Структура и формы материи. М., «Наука», 1967, стр. 528.

шей эволюции одноклеточного организма. По этому пово­ ду М. Ф. Ведеиов и В. И, Кремянский замечают, что «в структуре Д Н К зародышевой клетки, т. е. даже на уровне молекулярных компонентов живой системы, могут быть представлены (в кодированной форме) не физико-химиче­ ские, а биологические события, зависимости, закономер­ ности, структуры, фрагменты отображения важнейших результатов прошлого влияния естественного отбора и прямого приспособления на данный вид и организм, а вме­ сте с тем фрагменты унаследованной программы будущего индивидуального развития особи»5 2 . Имея программу будущего индивидуального развития, даже самый простей­ ший биологический организм — одноклеточный — содер­ жит в себе возможности его изменения, одной из них явля ­ ется возможность деления клеток и образования многокле­ точных организмов. Но актуализация одних возможностей на каком-нибудь уровне связана с возникновением и ак­ туализацией новых возможностей. «Многоклеточиость,—пи­ шет И. Е. Амлинскпй,— сделала возможной развитие тка­ невого, органного и системного уровней организации»5 3 . А с реализацией этих возможностей биологический организм эволюционирует по прогрессивной линии. Одноклеточные организмы развиваются в многоклеточные.

Сами многоклеточные организмы эволюционируют. Эволюция их начинается с губок (Protozoa) и кишечно­ полостных (Metazoa), затем охватывает шестнадцатиклеточные колонии Pandorina morum, выполняющие такие функции, как передвижение и питание, размножение и др. В процессе обмена веществ с окружающей средой много­ клеточные организмы самоорганизуются, сохраняя свою устойчивость. Организмы, которые не могут быть в до­ статочной мере приспособлены к окружающей среде, не­ достаточно самоорганизуются, погибают в результате «ес­ тественного отбора», при этом отдельные возможности ма­ териальных образований не реализуются. Не реализуются

52 М. Ф. Веденов, В. И. Кремянский. Специфика биологиче­ ских структур. В сб.: Структура и формы материи. М., «Наука», 1967, стр. 643.

53 И. Е. Амлипский. Некоторые проблемы становления миогоклеточиости. В сб.: Структура и формы материи, стр. 529.

34

горная порода. Если она и условия неблагоприятны для населяющих организмов, то они отмирают, видоизменяя горную породу.

В процессе взаимодействия возможно изменение всех компонентов биогеоценоза. При взаимоотношении компо­ нентов один тип взаимоотношений сменяется другим, одни взаимоотношения компонентов нарушаются, другие ж е создаются, одни возможности реализуются, другие появ­ ляются. Если учитывать как разнообразие элементов, свя­ зей и отношений, целостности, специфических для данного уровня, так и разнообразие множеств предыдущего уров­ ня, характеризующих и данный уровень, то налицо повы­ шение высоты структурной сложности, упорядоченности, организации при переходе от уровня к уровню.

Однако при становлении человеческого организма, пре­ вращении организма обезьяны в организм человека, появ­ лении человеческого общества от компонентов биогеоце­ ноза выделяется человек. Он продолжает взаимодейство­ вать с компонентами биогеоценоза, но его взаимодействие носит целенаправленный характер — на удовлетворение своих потребностей. «Потребности людей — это исходный пункт и конечная цель общественного развития» 5 5 . По­ требности становятся источником человеческой активности именно тогда, когда потребности общества становятся по­ требностями отдельного человека. В результате появляет­ ся направленная деятельность человека: преобразование природы, отдельных компонентов биогеоценоза с исполь­ зованием их для удовлетворения своих нужд. Человек ак­ тивно вмешивается в изменение компонентов биогеоцено­ за, мешая его саморазвитию, препятствуя актуализации отдельных возможностей, но вместе с тем и создает усло­ вия для реализации новых возможностей. Эти возможности направлены на удовлетворение потребностей всего общест­ ва, на построение светлого будущего — коммунизма.

Мы выделили системы, повышающие свою структур­ ную организацию и более развитые. Исследовалось только прогрессивное развитие. Критерием развития материаль­ ных образований можно определить высоту их структур­

36

Г Л А В А I I

П Р И М Е Н Е Н ИЕ СИСТЕМНОСТРУКТУРНОГО МЕТОДА ДЛЯ И С С Л Е Д О В А Н И Я

ЭЛ Е М Е Н Т А Р Н Ы Х Ч А С Т И Ц

1.Проникновение идей системноструктурного анализа в познание

микромира

ной физике. Особенное значение приобретает он для позна­ ния сущности микрочастиц в физике элементарных частиц. К а к ж е происходит проникновение идей этого анализа и становление новых структурных моделей микрочастиц? Проанализируем их на основе выделения разнообразия на уровне элементов, связей и отношений.

Физика элементарных частиц за последнее время ин ­ тенсивно развивается, что подтверждается открытием боль­ шого их разнообразия. Первой элементарной частицей, ко­ торую открыл Д ж . Томсон в 1897 году, был электрон. Это доказало составимость самих атомов. Новые открытия по­ колебали классические представления физики, и несоот­ ветствие их классическим представлениям этой науки идеалисты объявили ее кризисом. Согласно ж е диалекти­ ческому материализму всякое положение науки является относительным, приблизительным. Таким явилось и по­ ложение о составимости материи из атомов к а к неделимых

37

ее элементов. Если мыслить диалектически, то понятие структуры материи с развитием науки должно меняться соответственно возникновению и развитию других понятий и категорий. И если вчера, замечает В. И. Ленин, челове­ ческое познание не шло дальше атома, сегодня — дальше электрона и эфира, то в будущем человека ждут новые от­ крытия. Именно это имел в виду В. И. Ленин, когда писал,

И действительно, развитие науки обусловлено как от­ крытием новых элементарных частиц, так и изучением свойств известных частиц. Если в 1908 году, во время на­ писания В. И. Лениным книги «Материализм и эмпирио­ критицизм», была известна всего-навсего одна элементар­ ная частица — электрон с присущими ему свойствами (массой и электрическим зарядом), то позднее, в 1919 го­ ду, была открыта вторая элементарная частица — протои.

За ней последовало открытие новых частиц. Стали изучать

итакие свойства микрочастиц, как спин и магнитный мо­ мент, обнаруженные впервые у электрона в 1925 году, а также явление дифракции, интерференции, а затем и взаи­ мопревращения известных микрочастиц. Были открыты и такие свойства у электрона, как лептониый заряд п сппральность, у протона, например, изотопический спин, у гиперонов — странность и др. А если учесть все разнооб­ разие известных ныне элементарных частиц, то их число составит свыше двухсот. Большое количество разнообраз­ ных элементарных частиц свидетельствует о необходимо­ сти их классификации по отдельным свойствам.

Первым, наиболее установившимся, свойством, по ко­ торому можно выделить разнообразие элементарных ча­ стиц, является масса. По массе различаются все частицы. Все элементарные частицы, если не считать менее изучен­

тяжелые (гипероны)2 . Таким же образом классифицируют­ ся по массе и античастицы.

38

Вторым свойством, по которому выделяется разнооб­

положительно заряженные, отрицательно заряженные и нейтральные. Различны и связи, взаимодействия частиц,

И х взаимодействие поддерживается тем, что электрически они не чисто нейтральные, так как в различных взаимо­ превращениях частиц заряды не исчезают, а сохраняются

элементов по электрическому заряду для элементарных частиц, объединенных в определенные системы, выделяет­ ся также разнообразие связей и отношений между эле­ ментами.

Следующим свойством является спин (собственный мо­

в следующем: если для фермионов в каком-нибудь состоя­ нии может находиться не более одной частицы, то для бо­ зонов количество частиц данного состояния не ограничено. В магнитном поле, например, одно состояние фермиона имеет спин, направленный к внешнему магнитному полю, другое — против него. Два состояния фермиона в данном случае характеризуются спинами —1/2 и +1/2 . Эти два состояния частиц во внешнем магнитном поле образуют дублет. Здесь эти частицы могут принимать одно из двух возможных состояний. Спин сохраняется во всех превра­ щениях частиц, для всех элементарных частиц закон со­ хранения спина выполняется.

Но наряду с разнообразием элементов по спину для системы элементарных частиц выделяется п разнообразие взаимосвязей и взаимодействий между элементами систе­ мы, ибо, как подчеркивают В. С. Готт и А. Ф. Перетурин,

39