6. Структурные уровни и системная организация материи
6.1. Системная организация материи
6.2. Структурные уровни материи Микромир, Макромир, Мегамир.
6.3. Структуры макромира Механистическая концепция описания макромира.
6.4. Структуры микромира Квантово-механическая концепция описания микромира
6.1. Системная организация материи
Система — это определенная целостность, проявляющая себя как нечто единое по отношению к другим объектам или условиям.
В понятие системы входит совокупность элементов и связи между ними.
Под элементом системы понимается компонент системы, который далее, внутри данной системы, рассматривается как неделимый.
Причем элемент является таковым лишь по отношению к данной системе, в других же отношениях он сам может представлять сложную систему.
Под структурной организацией материи понимается ее иерархическое строение — любой объект от микрочастиц до организмов, планет и галактик является частью более сложного образования и сам может считаться таковым, т. е. состоящим из неких составных частей.
Совокупность связей между элементами образует структуру системы.
Устойчивые связи элементов определяют упорядоченность системы.
Существуют два типа связей между элементами системы:
Связи по «горизонтали» — это связи координации между однопорядковыми элементами. Они носят коррелирующий характер: ни одна часть системы не может измениться без того, чтобы не изменились другие части.
Связи по «вертикали» — это связи субординации, т.е. соподчинения элементов. Они выражают сложное внутреннее устройство системы, где одни части по своей значимости могут уступать другим и подчиняться им. Вертикальная структура включает уровни организации системы, а также их иерархию.
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.
Свойства системы — не просто сумма свойств ее элементов, а нечто новое, присущее только системе в целом.
Итак, согласно современным научным взглядам на природу, все природные объекты представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархически организованные системы.
Все системы делятся на закрытые, в которых отсутствуют связи с внешней средой, и открытые, связанные с внешней окружающей средой.
6.2. Структурные уровни материи Микромир, Макромир, Мегамир.
Под структурой материи обычно понимают ее строение в макромире, т.е. существование в виде молекул, атомов, элементарных частиц и т.д.
Критерием для выделения различных структурных уровней служат признаки:
пространственно-временные масштабы;
совокупность важнейших свойств;
специфические законы движения;
степень относительной сложности;
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:
|
микро - мир |
|
мега - мир |
|
Макро тела |
|
Молекула — наименьшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Молекулы состоят из атомов, соединенных химическими связями.
Теория химического строения молекул была создана А.М.Бутлеровым, а позже подтверждена квантово-механическими расчетами.
Под молекулярной структурой понимается сочетание атомов, которые имеют закономерное расположение в пространстве и связаны между собой химической связью с помощью валентных электронов.
Атом — составная часть молекулы.
Существование структуры атома было доказано Томсоном открытием в 1897 г. электрона.
Вслед за электроном были открыты элементарные частицы. Для упорядочения их группируют по времени жизни, участию в разных типах фундаментальных взаимодействий и другим признакам.
Микромир — мир очень малых микрообъектов, размеры которых от 10-10 до 10-18 м, а время жизни может быть до 10-24 с. Испускание и поглощение света происходит порциями, квантами, получившими название фотонов. Это мир — от атомов до элементарных частиц.
При этом для микромира свойственен корпускулярно-волновой дуализм, т.е. любой микрообъект, обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами.
Описание микромира опирается на принцип дополнительности Н. Бора и соотношения неопределенности Гейзенберга. Мир элементарных частиц, которые долго считали элементарными «кирпичиками», подчиняется законам квантовой механики, квантовой электродинамики, квантовой хромодинамики.
Макромир — это мир объектов, соизмеримых с человеческим опытом. Размеры макрообъектов измеряются от долей миллиметра до сотен километров, а время — от секунд до сотен – тысяч лет. Поведение же макроскопических тел, состоящих из микрочастиц, описывается классической механикой и электродинамикой.
Материя может пребывать как в виде вещества, так и в виде поля, причем вещество дискретно, а поле — непрерывно.
Скорости распространения поля равны скорости света, максимальной из возможных скоростей, а скорости движения частиц вещества всегда меньше скорости света.
Мегамир — мир объектов космического масштаба: планеты, звезды, галактики, Метагалактика. Кроме них во Вселенной присутствуют материя в виде излучения и диффузная материя. Последняя может занимать огромные пространства в виде гигантских облаков газа и пыли — газо-пылевых туманностей.
В звездах сосредоточено 97 % вещества нашей Галактики — Млечный Путь.
Диаметр Галактики порядка 100 тыс. св. лет;
Cветовой год равен расстоянию, которое свет проходит в вакууме, не испытывая влияния гравитационных полей, за один юлианский год..
Световой год равен:
километрам.
Наше Солнце — рядовая звезда типа «желтый карлик».
Галактики (их до 10 млрд), наблюдаемые с Земли как туманные пятнышки, имеют разную форму: спиральную, неправильную, эллиптическую. Они образуют скопления из нескольких тысяч отдельных систем.
Систему галактик называют Метагалактикой.
Мегамир – или космос, современная наука рассматривает как взаимодействующую и развивающуюся систему всех небесных тел.
Мегамир описывается законами классической механики с поправками, которые были внесены теорией относительности.
Разграничения уровней организации живого ввел в 60-е годы ХХ века отечественный философ В.И. Кремянский, в своей книге “Структурные уровни живой материи” (1969) обобщив предшествующий опыт уровневых классификаций.
В живой природе к структурным уровням организации материи относят:
системы доклеточного уровня – нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) и белки (включая вирусы и неклеточные пробионты – первые живые организмы способные к саморегуляции и самовоспроизведению).
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, наконец, биосферу как всю массу живого вещества.
Популяция (биотоп) – совокупность (сообщество) особей одного и того же вида (например, стая волков), которые могут скрещиваться и воспроизводить себе подобных
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) — который проявляется налюбом из выделенных подуровней.
|
|
СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ МАТЕРИИ | ||
|
№ |
Неорганическая природа |
Живая природа |
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 |
Популяции |
Системы государств |
|
7 |
Мегауровень (планеты, звездно-планетные системы, галактики) |
Биоценоз |
Человечество в целом |
|
8 |
Метауровень (метагалактики) |
Биосфера |
Ноосфера |