TEST
po disciplini pojmovi moderne prirodne znanosti
Tema br.9
"Strukturne razine organizacije materije"
Plan:
Uvod………………………………………………………………………………..2
- Uloga koncepta sustava u analizi strukturnih razina organizacije materije……………….……………………………………2
Strukturne razine življenja…………………………………………………………..6
Suština makrokozmosa, mikrokozmosa i megakozmosa…………………………….7
- Mikrosvijet……………………………………………………………..… …………..8
- Makrosvijet………………………………………………………………..… …………11
- Megasvijet………………………………………………………………………12
- Analiza klasičnog i suvremenog shvaćanja pojma makrokozmosa……………………………………………………………….…13
Uvod.
Svi objekti prirode (živa i neživa priroda) mogu se prikazati kao sustav koji ima značajke koje karakteriziraju njihove razine organizacije. Koncept strukturnih razina žive tvari uključuje ideje sustavnosti i povezane organizacije cjelovitosti živih organizama. Živa materija je diskretna, tj. podijeljen je na sastavne dijelove niže organizacije koji imaju određene funkcije.
Strukturne razine razlikuju se ne samo u klasama složenosti, već iu obrascima funkcioniranja. Hijerarhijska struktura je takva da svaka viša razina ne kontrolira, već uključuje nižu. Uzimajući u obzir razinu organizacije, može se razmotriti hijerarhija struktura organizacije materijalnih objekata žive i nežive prirode. Ova hijerarhija struktura počinje elementarnim česticama, a završava životnim zajednicama. Koncept strukturnih razina prvi put je predložen 20-ih godina našeg stoljeća. Sukladno tome, strukturne razine se razlikuju ne samo prema klasama složenosti, već i prema obrascima funkcioniranja. Koncept uključuje hijerarhiju strukturnih razina, u kojoj je svaka sljedeća razina uključena u prethodnu.
- Uloga koncepta sustava u analizi strukturnih razina organizacije materije.
Materija (lat. Materia - tvar), “...filozofska kategorija za označavanje objektivne stvarnosti, koja je dana čovjeku u njegovim osjetilima, koja se kopira, fotografira, prikazuje našim osjetilima, postoji neovisno o nama.”
Materija je beskonačan skup svih objekata i sustava koji postoje u svijetu, supstrat bilo kojih svojstava, veza, odnosa i oblika kretanja. U tvar spadaju ne samo svi neposredno opažljivi objekti i tijela prirode, nego i svi oni koji se u načelu mogu spoznati u budućnosti na temelju usavršavanja sredstava promatranja i eksperimentiranja.
U moderna znanost Ideje o strukturi materijalnog svijeta temelje se na sustavnom pristupu, prema kojem se bilo koji objekt materijalnog svijeta (atom, organizam, galaksija i sam Svemir) može smatrati složenom formacijom, uključujući sastavne dijelove organizirane u cjelovitost. .
Osnovni principi sistemskog pristupa:
- Cjelovitost, koja nam omogućuje da sustav istovremeno promatramo kao jedinstvenu cjelinu iu isto vrijeme kao podsustav za više razine.
Hijerarhija strukture, odnosno prisutnost mnogih (najmanje dva) elemenata koji se nalaze na temelju podređenosti elemenata niže razine elementima više razine. Provedba ovog načela jasno je vidljiva na primjeru svake konkretne organizacije. Kao što znate, svaka organizacija je interakcija dvaju podsustava: upravljačkog i upravljanog. Jedno je podređeno drugome.
Strukturiranje, koje vam omogućuje analizu elemenata sustava i njihovih odnosa unutar određene organizacijske strukture. U pravilu, proces funkcioniranja sustava određen je ne toliko svojstvima njegovih pojedinačnih elemenata koliko svojstvima same strukture.
Višestrukost, koja omogućuje korištenje mnogih kibernetičkih, ekonomskih i matematičkih modela za opisivanje pojedinačnih elemenata i sustava u cjelini.
Za označavanje cjelovitosti objekata u znanosti razvijen je koncept "sustava".
Sustav je kompleks elemenata koji međusobno djeluju. U prijevodu s grčkog to je cjelina sastavljena od dijelova, veza.
Koncept "elementa" znači minimalnu, tada nedjeljivu komponentu unutar danog sustava. Sustav se može sastojati ne samo od homogenih objekata, već i od heterogenih. Po strukturi može biti jednostavna ili složena. Složeni sustav sastoji se od elemenata, koji pak tvore podsustave različitih razina složenosti i hijerarhije.
Svaki sustav karakterizira ne samo prisutnost veza i odnosa između njegovih sastavnih elemenata, već i njegovo neraskidivo jedinstvo s okolinom.
Mogu se razlikovati različite vrste sustava:
- po prirodi veze između dijelova i cjeline - anorganske i organske;
po oblicima gibanja tvari - mehaničko, fizikalno, kemijsko, fizikalno-kemijsko;
u odnosu na kretanje - statistički i dinamički;
prema vrsti promjene - nefunkcionalna, funkcionalna, razvojna;
po prirodi razmjene s okolinom - otvoreni i zatvoreni;
prema stupnju organiziranosti - jednostavni i složeni;
prema stupnju razvoja - niži i viši;
po prirodi podrijetla - prirodni, umjetni, mješoviti;
u smjeru razvoja – progresivno i regresivno.
Stabilne veze između elemenata određuju uređenost sustava. Postoje dvije vrste veza između elemenata sustava - vodoravno i okomito.
“Horizontalne” veze su koordinacijske veze između elemenata istog reda. Po prirodi su korelirani: niti jedan dio sustava ne može se promijeniti bez promjene ostalih dijelova.
“Okomite” veze su veze subordinacije, odnosno subordinacije elemenata. Oni izražavaju složenu unutarnju strukturu sustava, gdje neki dijelovi mogu biti inferiorni po važnosti u odnosu na druge i biti im podređeni. Vertikalna struktura uključuje razine organizacije sustava, kao i njihovu hijerarhiju.
Posljedično, polazište svakog sustavnog istraživanja je ideja o cjelovitosti sustava koji se proučava.
Cjelovitost sustava znači da svi njegovi sastavni dijelovi, međusobno djelujući i međusobno povezujući se, čine jedinstvenu cjelinu koja ima nova svojstva sustava.
Svojstva sustava nisu samo zbroj svojstava njegovih elemenata, već nešto novo, svojstveno samo sustavu kao cjelini.
Dakle, prema suvremenim znanstvenim pogledima na prirodu, svi prirodni objekti su uređeni, strukturirani, hijerarhijski organizirani sustavi.
U prirodnim znanostima postoje dvije velike klase materijalnih sustava: sustavi nežive prirode i sustavi žive prirode.
Sustavi nežive prirode uključuju elementarne čestice i polja, fizički vakuum, atome, molekule, makroskopska tijela, planete i planetarne sustave, zvijezde, galaksije i sustav galaksija - Metagalaksiju.
Sustave žive prirode čine biopolimeri (informacijske molekule), stanice, višestanični organizmi, populacije, biocenoze i biosfera kao ukupnost svih živih organizama.
U prirodi je sve međusobno povezano, pa možemo razlikovati sustave koji uključuju elemente žive i nežive prirode – biogeocenoze i Zemljinu biosferu.
- Strukturne razine živih bića.
Biosfera – uključujući cjelokupnu ukupnost živih organizama na Zemlji zajedno s njihovim prirodnim okolišem. Na ovoj razini biološka znanost rješava takav problem kao što su promjene koncentracije ugljičnog dioksida u atmosferi. Koristeći ovaj pristup, znanstvenici su otkrili da se u posljednje vrijeme koncentracija ugljičnog dioksida godišnje povećala za 0,4%, stvarajući opasnost od globalnog povećanja temperature, pojave takozvanog "efekta staklenika".
Razina biocenoza izražava sljedeći stupanj strukture živih bića, koji se sastoji od dijelova Zemlje s određenim sastavom živih i neživih komponenti, koji predstavljaju jedan prirodni kompleks, ekosustav. Racionalno korištenje prirode nemoguće je bez poznavanja strukture i funkcioniranja biogeocenoza, odnosno ekosustava.
Populacija-vrsta razina nastaje slobodnim križanjem jedinki iste vrste. Njegovo proučavanje važno je za utvrđivanje čimbenika koji utječu na veličinu populacije.
Organizam i organsko tkivo razine odražavaju karakteristike pojedinih jedinki, njihovu građu, fiziologiju, ponašanje, kao i građu i funkcije organa i tkiva živih bića.
Stanični i substanični razine odražavaju procese specijalizacije stanica, kao i različite intracelularne inkluzije.
Molekularni razini predmet je molekularne biologije, čiji je jedan od najvažnijih problema proučavanje mehanizama prijenosa genetskih informacija te razvoj genetičkog inženjerstva i biotehnologije.
Podjela žive tvari na razine je, naravno, vrlo uvjetna. Rješenje specifičnih bioloških problema, poput regulacije broja vrsta, temelji se na podacima o svim razinama živih bića. Ali svi se biolozi slažu da u živom svijetu postoje stepenaste razine, svojevrsna hijerarhija. Ideja o njima jasno odražava sustavan pristup proučavanju prirode, što pomaže da se bolje razumije.
Temeljna osnova živog svijeta je stanica. Njezina istraživanja pomažu u razumijevanju specifičnosti svih živih bića.
- Suština makrokozmosa, mikrokozmosa i megakozmosa.
Kriteriji za identifikaciju različitih strukturnih razina su sljedeći:
- prostorno-vremenske ljestvice;
skup bitnih svojstava;
specifični zakoni gibanja;
stupanj relativne složenosti koji nastaje u procesu povijesnog razvoja materije u određenom području svijeta;
neki drugi znakovi.
Mikrosvijet.
Prefiks "mikro" odnosi se na vrlo male veličine. Dakle, možemo reći da je mikrokozmos nešto malo.
Mikrosvijet su molekule, atomi, elementarne čestice - svijet iznimno malih, neposredno nevidljivih mikroobjekata, čija se prostorna dimenzija računa od 10 -8 do 10 -16 cm, a životni vijek od beskonačnosti do 10 -24. sekundi.
U filozofiji se čovjek proučava kao mikrokozmos, au fizici, pojmovima moderne prirodne znanosti, molekule se proučavaju kao mikrokozmos.
Mikrosvijet ima svoje karakteristike koje se mogu izraziti na sljedeći način:
1) jedinice udaljenosti (m, km, itd.) koje koriste ljudi jednostavno su besmislene za korištenje;
2) također je besmisleno koristiti mjerne jedinice ljudske težine (g, kg, funte itd.).
U antici je Demokrit iznio atomističku hipotezu o strukturi materije, a kasnije, u 18. stoljeću, obnovio ju je kemičar J. Dalton, koji je uzeo atomsku težinu vodika kao jednu i usporedio atomske težine drugih plinova s to.
Zahvaljujući radovima J. Daltona počela su se proučavati fizikalna i kemijska svojstva atoma. U 19. stoljeću D. I. Mendeljejev izgradio je sustav kemijskih elemenata na temelju njihove atomske težine.
U fizici je koncept atoma kao posljednjeg nedjeljivog strukturnog elementa materije došao iz kemije. Zapravo, fizička proučavanja atoma počinju krajem 19. stoljeća, kada je francuski fizičar A. A. Becquerel otkrio fenomen radioaktivnosti, koji se sastojao u spontanoj transformaciji atoma jednih elemenata u atome drugih elemenata.
Povijest istraživanja strukture atoma započela je 1895. godine zahvaljujući otkriću J. Thomsona elektrona, negativno nabijene čestice koja je dio svih atoma.
Kako elektroni imaju negativan naboj, a atom kao cjelina električki neutralan, pretpostavilo se da osim elektrona postoji i pozitivno nabijena čestica. Izračunato je da je masa elektrona 1/1836 mase pozitivno nabijene čestice.
Postojalo je nekoliko modela strukture atoma.
Godine 1902. engleski fizičar W. Thomson (Lord Kelvin) predložio je prvi model atoma - pozitivan naboj je raspoređen na prilično velikom području, a elektroni su prošarani njime, poput "grožđica u pudingu".
Godine 1911. E. Rutherford predložio je model atoma koji je nalik Sunčevom sustavu: u središtu je atomska jezgra, a oko nje se kreću elektroni u svojim orbitama.
Jezgra ima pozitivan, a elektroni negativan naboj. Umjesto gravitacijskih sila koje djeluju u Sunčevom sustavu, u atomu djeluju električne sile. Električni naboj jezgre atoma, brojčano jednak rednom broju u periodnom sustavu Mendeljejeva, uravnotežen je zbrojem naboja elektrona - atom je električki neutralan.
Pokazalo se da su oba ova modela kontradiktorna.
Godine 1913. veliki danski fizičar N. Bohr primijenio je princip kvantizacije za rješavanje problema strukture atoma i karakteristika atomskih spektara.
Model atoma N. Bohra temeljio se na planetarnom modelu E. Rutherforda i na kvantnoj teoriji strukture atoma koju je on razvio. N. Bohr iznio je hipotezu o strukturi atoma, temeljenu na dva postulata koji su potpuno nekompatibilni s klasičnom fizikom:
1) u svakom atomu postoji nekoliko stacionarnih stanja.
2) kada elektron prijeđe iz jednog stacionarnog stanja u drugo, atom emitira ili apsorbira dio energije.
U konačnici, fundamentalno je nemoguće točno opisati strukturu atoma na temelju ideje o orbitama točkastih elektrona, budući da takve orbite zapravo ne postoje.
Teorija N. Bohra predstavlja, takoreći, granicu prve faze u razvoju moderne fizike. Ovo je najnoviji pokušaj da se opiše struktura atoma na temelju klasična fizika, dopunjujući ga samo malim brojem novih pretpostavki.
Činilo se da postulati N. Bohra odražavaju neka nova, nepoznata svojstva materije, ali samo djelomično. Odgovori na ova pitanja dobiveni su kao rezultat razvoja kvantne mehanike. Pokazalo se da atomski model N. Bohra ne treba shvatiti doslovno, kao što je bio na početku. Procesi u atomu, u načelu, ne mogu se vizualno prikazati u obliku mehaničkih modela po analogiji s događajima u makrokozmosu. Čak su se i koncepti prostora i vremena u onom obliku koji postoji u makrosvijetu pokazali neprikladnima za opisivanje mikrofizičkih pojava. Atom teoretskih fizičara sve je više postajao apstraktan, neopažljiv zbroj jednadžbi.
Makrosvijet.
Naravno, postoje objekti koji su mnogo veći od objekata u mikrosvijetu. Ovi objekti čine makrokozmos. Makrosvijet je "naseljen" samo onim objektima koji su po veličini usporedivi s veličinom osobe. Sam čovjek također se može smatrati objektom makrokozmosa.
Makrokozmos ima prilično složenu organizaciju. Njegov najmanji element je atom, a najveći sustav je planet Zemlja. Uključuje i nežive sustave i žive sustave različitih razina. Svaka razina organizacije makrosvijeta sadrži i mikrostrukture i makrostrukture. Na primjer, čini se da molekule pripadaju mikrokozmosu, jer ih mi ne promatramo izravno. Ali, s jedne strane, najveća struktura mikrokozmosa je atom. I sada imamo priliku vidjeti čak i dio atoma vodika pomoću mikroskopa najnovije generacije. S druge strane, postoje goleme molekule koje su po svojoj strukturi iznimno složene, primjerice DNK jezgre može biti duga gotovo jedan centimetar. Ta je vrijednost već sasvim usporediva s našim iskustvom, a da je molekula deblja, vidjeli bismo je golim okom.
Sve tvari, bilo krute ili tekuće, sastoje se od molekula. Molekule tvore kristalne rešetke, rude, stijene i druge objekte, tj. što možemo osjetiti, vidjeti itd. Međutim, unatoč ogromnim formacijama kao što su planine i oceani, sve su to molekule koje su međusobno povezane. Molekule su nova razina organizacije; sve se sastoje od atoma koji se u tim sustavima smatraju nedjeljivima, tj. elementi sustava.
I fizička razina organizacije makrokozmosa i kemijska razina bave se molekulama i različitim stanjima materije. Međutim, kemijska razina je mnogo složenija. Ona se ne svodi na fizikalnu, koja razmatra strukturu tvari, njihova fizikalna svojstva, kretanje (sve se to proučavalo u okviru klasične fizike), barem u smislu složenosti kemijskih procesa i reaktivnosti tvari.
Na biološkoj razini organizacije makrokozmosa, osim molekula, najčešće bez mikroskopa ne možemo vidjeti stanice. Ali postoje stanice koje dosežu ogromne veličine, na primjer, aksoni neurona hobotnice dugi su jedan metar ili čak više. U isto vrijeme, sve stanice imaju određene slične značajke: sastoje se od membrana, mikrotubula, mnoge imaju jezgre i organele. Sve membrane i organele se pak sastoje od divovskih molekula (proteina, lipida itd.), a te se molekule sastoje od atoma. Stoga su i divovske informacijske molekule (DNA, RNA, enzimi) i stanice mikrorazine biološke razine organizacije materije, koja uključuje takve ogromne formacije kao što su biocenoze i biosfera.
Megasvijet.
Megasvijet je svijet objekata koji su nesrazmjerno veći od ljudi.
Cijeli naš svemir je megasvijet. Njegova veličina je ogromna, neograničena je i stalno se širi. Svemir je ispunjen objektima koji su puno veći od našeg planeta Zemlje i našeg Sunca. Često se događa da je razlika između bilo koje zvijezde izvan Sunčevog sustava desetke puta veća od Zemlje.
Moderna znanost smatra megasvijet, ili prostor, sustavom svih u interakciji i razvoju nebeska tijela. Megasvijet ima sustavnu organizaciju u obliku planeta i planetarnih sustava koji nastaju oko zvijezda, zvijezda i zvjezdanih sustava – galaksija; sustavi galaksija - Metagalaksije.
Proučavanje megasvijeta usko je povezano s kozmologijom i kozmogonijom.
Kozmogonija je grana znanosti o astronomiji koja proučava podrijetlo galaksija, zvijezda, planeta i drugih objekata. Današnju kozmogoniju možemo podijeliti na dva dijela:
1) kozmogonija Sunčevog sustava. Ovaj dio (ili tip) kozmogonije inače se naziva planetarni;
2) zvjezdana kozmogonija.
I premda sve te razine imaju svoje specifične zakonitosti, mikrosvijet, makrosvijet i megasvijet usko su međusobno povezani.
- Analiza klasičnog i suvremenog shvaćanja pojma makrokozmosa.
Najznačajniji za kasniji razvoj prirodnih znanosti bio je koncept diskretne strukture materije - atomizam, prema kojem se sva tijela sastoje od atoma - najmanjih čestica na svijetu.
Polazna načela atomizma bili su atomi i praznina. Bit prirodnih procesa objašnjena je na temelju mehaničkog međudjelovanja atoma, njihovog privlačenja i odbijanja.
Budući da su moderne znanstvene ideje o strukturnim razinama organizacije materije razvijene tijekom kritičkog promišljanja ideja klasične znanosti, primjenjivih samo na objekte na makrorazini, proučavanje mora započeti s konceptima klasične fizike.
I. Newton, oslanjajući se na Galileijeva djela, razvio je strogu znanstvenu teoriju mehanike, koja opisuje i kretanje nebeskih tijela i kretanje zemaljskih tijela po istim zakonima. Prirodu su promatrali kao složen mehanički sustav. Materija se smatrala materijalnom tvari koja se sastoji od pojedinačnih čestica atoma ili korpuskula. Atomi su apsolutno jaki, nedjeljivi, neprobojni, karakterizira ih prisutnost mase i težine.
Kretanje se smatralo kretanjem u prostoru po kontinuiranim putanjama u skladu sa zakonima mehanike. Vjerovalo se da se svi fizički procesi mogu svesti na kretanje materijalnih točaka pod utjecajem gravitacije, koja je dalekosežna.
Na tragu Newtonove mehanike nastale su hidrodinamika, teorija elastičnosti, mehanička teorija topline, molekularna kinetička teorija i niz drugih, u skladu s kojima je fizika postigla golem uspjeh. Međutim, postojala su dva područja - optički i elektromagnetski fenomeni koji se nisu mogli u potpunosti objasniti u okviru mehanicističke slike svijeta.
Razvijajući optiku, I. Newton je, slijedeći logiku svog učenja, svjetlo smatrao strujanjem materijalnih čestica - korpuskula. U korpuskularnoj teoriji svjetlosti I. Newtona tvrdilo se da svjetleća tijela emitiraju sićušne čestice koje se gibaju u skladu sa zakonima mehanike i izazivaju osjećaj svjetlosti kada uđu u oko. Na temelju te teorije I. Newton je objasnio zakone odbijanja i loma svjetlosti.
Uz mehaničku korpuskularnu teoriju, optičke su se pojave pokušavale objasniti na bitno drugačiji način, naime na temelju valne teorije koju je formulirao H. Huygens. H. Huygens je glavnim argumentom u korist svoje teorije smatrao činjenicu da dvije zrake svjetlosti, sijekući se, prodiru jedna u drugu bez ikakvih smetnji, baš kao dva reda valova na vodi.
Prema korpuskularnoj teoriji, između snopova emitiranih čestica, poput svjetlosti, dolazilo bi do sudara ili barem do neke vrste poremećaja. H. Huygens je na temelju valne teorije uspješno objasnio refleksiju i lom svjetlosti.
Međutim, postojala je jedna važna zamjerka. Kao što znate, valovi teku oko prepreka. Ali zraka svjetlosti, koja se širi ravnom linijom, ne može obići prepreke. Ako se neprozirno tijelo s oštrim rubom postavi na put svjetlosne zrake, tada će njegova sjena imati oštar rub. No, ovaj je prigovor ubrzo otklonjen zahvaljujući Grimaldijevim pokusima. Suptilnijim promatranjem pomoću povećala otkriveno je da se na granicama oštrih sjena mogu vidjeti slaba područja osvjetljenja u obliku naizmjeničnih svijetlih i tamnih pruga ili aureola. Ova pojava je nazvana difrakcija svjetlosti.
Valnu teoriju svjetlosti ponovno su iznijeli u prvim desetljećima 19. stoljeća engleski fizičar T. Young i francuski prirodoslovac O. J. Fresnel. T. Jung je dao objašnjenje fenomena interferencije, t.j. pojava tamnih pruga kada se svjetlo nanosi na svjetlo. Njegova se bit može opisati paradoksalnom tvrdnjom: svjetlost dodana svjetlosti ne mora nužno proizvesti jaču svjetlost, ali može proizvesti slabiju svjetlost, pa čak i tamu. Razlog tome je što, prema valnoj teoriji, svjetlost nije tok materijalnih čestica, već vibracije elastičnog medija, odnosno valno gibanje. Kada se lanci valova u suprotnim fazama međusobno preklapaju, gdje se vrh jednog vala poklapa s dolinom drugog, oni se međusobno uništavaju, što rezultira tamnim prugama.
Još jedno područje fizike u kojem su se mehanički modeli pokazali neadekvatnima bilo je područje elektromagnetskih pojava. Pokusi engleskog prirodoslovca M. Faradaya i teorijski radovi engleskog fizičara J. C. Maxwella konačno su uništili ideje Newtonove fizike o diskretnoj materiji kao jedinoj vrsti materije i postavili temelje elektromagnetskoj slici svijeta. Fenomen elektromagnetizma otkrio je danski prirodoslovac H.K.Oersted, koji je prvi uočio magnetski učinak električne struje.
Kasnije je M. Faraday došao do zaključka da su proučavanje elektriciteta i optike međusobno povezani i čine jedno područje. Njegovi su radovi postali polazište za istraživanja J. C. Maxwella, čija je zasluga u matematičkom razvoju ideja M. Faradaya o magnetizmu i elektricitetu.
Generalizirajući zakonitosti elektromagnetskih pojava prethodno utvrđene eksperimentima (Coulomb, Ampere) i fenomen elektromagnetske indukcije koji je otkrio M. Faraday, Maxwell je pronašao sustav diferencijalnih jednadžbi koje opisuju elektromagnetsko polje na čisto matematički način. Ovaj sustav jednadžbi pruža, unutar granica svoje primjenjivosti, potpuni opis elektromagnetskih pojava i jednako je savršena i logički koherentna teorija kao i sustav Newtonove mehanike.
Iz jednadžbi je slijedio najvažniji zaključak o mogućnosti samostalnog postojanja polja koje nije “vezano” za električne naboje. U
itd................. Uvod 2
1.Što je materija. Povijest nastanka pogleda na materiju 3
2. Strukturne razine organizacije materije:
2.1 mikrosvijet 6
2.2 makrosvijet 7
2,3 megasvijeta 13
Zaključak 24
Reference 25
- Uvod
- Što je materija? Povijest nastanka pogleda na materiju
Materija je beskonačan skup svih objekata i sustava koji postoje u svijetu, supstrat bilo kojih svojstava, veza, odnosa i oblika kretanja. U tvar spadaju ne samo svi neposredno opažljivi objekti i tijela prirode, nego i svi oni koji se u načelu mogu spoznati u budućnosti na temelju usavršavanja sredstava promatranja i eksperimentiranja. S gledišta marksističko-lenjinističkog shvaćanja materije, ono je organski povezano s dijalektičko-materijalističkim rješenjem glavnog pitanja filozofije; polazi od načela materijalnog jedinstva svijeta, prvenstva materije u odnosu na ljudsku svijest i načela spoznatljivosti svijeta na temelju dosljednog proučavanja specifičnih svojstava, veza i oblika kretanja materije.
Osnova za ideje o strukturi materijalnog svijeta je sistemski pristup, prema kojem se bilo koji objekt materijalnog svijeta, bio to atom, planet, organizam ili galaksija, može smatrati složenom formacijom, uključujući sastavne dijelove organizirane u integritet. Za označavanje cjelovitosti objekata u znanosti je razvijen koncept sustava.
Materija kao objektivna stvarnost uključuje ne samo materiju u njezina četiri agregatna stanja (kruto, tekuće, plinovito, plazma), već i fizikalna polja (elektromagnetsko, gravitacijsko, nuklearno itd.), kao i njihova svojstva, odnose, interakcije proizvoda . Također uključuje antimateriju (skup antičestica: pozitron, ili antielektron, antiproton, antineutron), koju je znanost nedavno otkrila. Antimaterija nikako nije antimaterija. Antimaterija uopće ne može postojati.
Kretanje i materija organski su i neraskidivo povezani jedno s drugim: nema kretanja bez materije, kao što nema materije bez kretanja. Drugim riječima, u svijetu nema nepromjenjivih stvari, svojstava i odnosa. “Sve teče”, sve se mijenja. Neki oblici ili tipovi zamjenjuju se drugima, pretvaraju se u druge - kretanje je stalno. Mir je dijalektički nestajući trenutak u kontinuiranom procesu mijenjanja i postajanja. Apsolutni mir je ravan smrti, odnosno nepostojanju. U tom pogledu može se razumjeti A. Bergson koji je svu stvarnost smatrao nedjeljivim pokretnim kontinuitetom. Ili A. N. Whiteheada, za kojeg je "stvarnost proces". I gibanje i mirovanje definitivno su fiksirani samo u odnosu na neki referentni okvir. Dakle, stol za kojim su ispisani ovi redovi miruje u odnosu na danu sobu, koja pak miruje u odnosu na danu kuću, a sama kuća miruje u odnosu na Zemlju. Ali zajedno sa Zemljom, stol, soba i kuća kreću se oko Zemljine osi i oko Sunca.
Pokretna materija postoji u dva glavna oblika - u prostoru i u vremenu. Pojam prostora služi za izražavanje svojstava proširenosti i reda koegzistencije materijalnih sustava i njihovih stanja. Ona je objektivna, univerzalna (univerzalni oblik) i nužna. Pojam vremena utvrđuje trajanje i redoslijed promjena stanja materijalnih sustava. Vrijeme je objektivno, neizbježno i nepovratno. Potrebno je razlikovati filozofske i prirodoslovne ideje o prostoru i vremenu. Sam filozofski pristup ovdje predstavlja četiri koncepta prostora i vremena: supstancijalni i relacijski, statički i dinamički.
Utemeljitelj gledišta da se materija sastoji od diskretnih čestica bio je Demokrit.
Demokrit je poricao beskonačnu djeljivost materije. Atomi se međusobno razlikuju samo po obliku, redoslijedu međusobnog slijeda i položaju u praznom prostoru te po veličini i gravitaciji koja ovisi o veličini. Imaju beskrajno različite oblike s udubljenjima ili ispupčenjima. Demokrit također naziva atome "figurama" ili "figurinama", iz čega slijedi da su Demokritovi atomi najmanji, dalje nedjeljivi likovi ili figurice. U modernoj znanosti bilo je mnogo rasprava o tome jesu li Demokritovi atomi fizička ili geometrijska tijela, ali sam Demokrit još nije došao do razlike između fizike i geometrije. Iz tih atoma koji se kreću u različitim smjerovima, iz njihovog "vrtloga", prirodnom nužnošću, spajanjem međusobno sličnih atoma, nastaju kako pojedinačna cjelina tijela tako i čitav svijet; kretanje atoma je vječno, a broj svjetova u nastajanju je beskonačan.
Svijet objektivne stvarnosti dostupan ljudima neprestano se širi. Konceptualni oblici izražavanja ideje o strukturnim razinama materije su raznoliki.
Moderna znanost identificira tri strukturne razine u svijetu.
2 . Strukturne razine organizacije materije
2.1 Mikrosvijet
Mikrosvijet– to su molekule, atomi, elementarne čestice – svijet iznimno malih, neposredno nevidljivih mikroobjekata, čija se prostorna raznolikost računa od 10 -8 do 10 -16 cm, a životni vijek od beskonačnosti do 10 -24. s.
Demokrit
u antici
bio nominiran
Atomistička hipoteza o građi tvari ,
kasnije, u 18. stoljeću. ponovno je oživio kemičar J. Dalton, koji je uzeo atomsku težinu vodika kao jedinicu i s njom usporedio atomske težine drugih plinova. Zahvaljujući radovima J. Daltona počela su se proučavati fizikalna i kemijska svojstva atoma. U 19. stoljeću D. I. Mendeljejev izgradio je sustav kemijskih elemenata na temelju njihove atomske težine.
U fizici je koncept atoma kao posljednjeg nedjeljivog strukturnog elementa materije došao iz kemije. Zapravo, fizička proučavanja atoma počinju krajem 19. stoljeća, kada je francuski fizičar A. A. Becquerel otkrio fenomen radioaktivnosti, koji se sastojao u spontanoj transformaciji atoma jednih elemenata u atome drugih elemenata.
Povijest istraživanja strukture atoma započela je 1895. godine zahvaljujući otkriću J. Thomsona elektrona, negativno nabijene čestice koja je dio svih atoma. Kako elektroni imaju negativan naboj, a atom kao cjelina električki neutralan, pretpostavilo se da osim elektrona postoji i pozitivno nabijena čestica. Izračunato je da je masa elektrona 1/1836 mase pozitivno nabijene čestice.
Postojalo je nekoliko modela strukture atoma.
Godine 1902. engleski fizičar W. Thomson (Lord Kelvin) predložio je prvi model atoma - pozitivan naboj je raspoređen na prilično velikom području, a elektroni su prošarani njime, poput "grožđica u pudingu".
Godine 1911. E. Rutherford predložio je model atoma koji je nalik Sunčevom sustavu: u središtu je atomska jezgra, a oko nje se kreću elektroni u svojim orbitama.
Jezgra ima pozitivan, a elektroni negativan naboj. Umjesto gravitacijskih sila koje djeluju u Sunčevom sustavu, u atomu djeluju električne sile. Električni naboj jezgre atoma, brojčano jednak rednom broju u periodnom sustavu Mendeljejeva, uravnotežen je zbrojem naboja elektrona - atom je električki neutralan.
Pokazalo se da su oba ova modela kontradiktorna.
Godine 1913. veliki danski fizičar N. Bohr primijenio je princip kvantizacije za rješavanje problema strukture atoma i karakteristika atomskih spektara.
Model atoma N. Bohra temeljio se na planetarnom modelu E. Rutherforda i na kvantnoj teoriji strukture atoma koju je on razvio. N. Bohr iznio je hipotezu o strukturi atoma, temeljenu na dva postulata koji su potpuno nekompatibilni s klasičnom fizikom:
1) u svakom atomu postoji nekoliko stacionarnih stanja (u jeziku planetarnog modela, nekoliko stacionarnih orbita) elektrona, krećući se duž kojih elektron može postojati bez emitiranja ;
2) kada elektron prijeđe iz jednog stacionarnog stanja u drugo, atom emitira ili apsorbira dio energije.
U konačnici, fundamentalno je nemoguće točno opisati strukturu atoma na temelju ideje o orbitama točkastih elektrona, budući da takve orbite zapravo ne postoje.
Teorija N. Bohra predstavlja, takoreći, granicu prve faze u razvoju moderne fizike. Ovo je najnoviji pokušaj da se opiše struktura atoma na temelju klasične fizike, dopunjen samo malim brojem novih pretpostavki.
Činilo se da postulati N. Bohra odražavaju neka nova, nepoznata svojstva materije, ali samo djelomično. Odgovori na ova pitanja dobiveni su kao rezultat razvoja kvantne mehanike. Pokazalo se da atomski model N. Bohra ne treba shvatiti doslovno, kao što je bio na početku. Procesi u atomu, u načelu, ne mogu se vizualno prikazati u obliku mehaničkih modela po analogiji s događajima u makrokozmosu. Čak su se i koncepti prostora i vremena u onom obliku koji postoji u makrosvijetu pokazali neprikladnima za opisivanje mikrofizičkih pojava. Atom teoretskih fizičara sve je više postajao apstraktan, neopažljiv zbroj jednadžbi.
2.2 Makrosvijet
Makrosvijet- svijet stabilnih oblika i veličina primjerenih čovjeku, kao i kristalnih kompleksa molekula, organizama, zajednica organizama; svijet makroobjekata čija je dimenzija u korelaciji sljestvice ljudskog iskustva: prostorne veličine izražavaju se u milimetrima, centimetrima i kilometrima, a vremenske - u sekundama, minutama, satima, godinama.
U povijesti proučavanja prirode mogu se razlikovati dvije faze: predznanstvena i znanstvena.
Predznanstveno, odnosno prirodno-filozofsko ,
obuhvaća razdoblje od antike do formiranja eksperimentalne prirodne znanosti u 16.-17.st. Promatrane prirodne pojave objašnjavane su na temelju spekulativnih filozofskih načela.
Najznačajniji za kasniji razvoj prirodnih znanosti bio je koncept diskretne strukture materije, atomizam, prema kojem se sva tijela sastoje od atoma - najmanjih čestica na svijetu.
Znanstvena faza proučavanja prirode počinje formiranjem klasične mehanike.
Budući da su moderne znanstvene ideje o strukturnim razinama organizacije materije razvijene tijekom kritičkog promišljanja ideja klasične znanosti, primjenjivih samo na objekte na makrorazini, moramo početi s konceptima klasične fizike.
Formiranje znanstvenih pogleda na strukturu materije seže u 16. stoljeće, kada je G. Galileo postavio temelje prvoj fizikalnoj slici svijeta u povijesti znanosti – mehaničkoj. Ne samo da je potkrijepio heliocentrični sustav N. Kopernika i otkrio zakon tromosti, već je razvio metodologiju novog načina opisivanja prirode - znanstvenog i teorijskog. Njegova je bit bila da su samo određene fizičke i geometrijske karakteristike identificirane i postale predmet znanstvenog istraživanja. Galileo je napisao: “Nikada neću od vanjskih tijela zahtijevati ništa osim veličine, figure, količine i više ili manje brzog kretanja kako bih objasnio pojavu okusa, mirisa i zvuka.”
I. Newton, oslanjajući se na Galileijeva djela, razvio je strogu znanstvenu teoriju mehanike, opisujući i kretanje nebeskih tijela i kretanje zemaljskihobjekata po istim zakonima. Prirodu su promatrali kao složen mehanički sustav.
U okviru mehaničke slike svijeta koju su razvili I. Newton i njegovi sljedbenici nastao je diskretni (korpuskularni) model stvarnosti. Materija se smatrala materijalnom tvari koja se sastoji od pojedinačnih čestica – atoma ili korpuskula. Atomi su apsolutno jaki, nedjeljivi, neprobojni, karakterizira ih prisutnost mase i težine.
Bitna karakteristika Newtonovog svijeta bio je trodimenzionalni prostor euklidske geometrije, koji je apsolutno konstantan i uvijek miruje. Vrijeme je predstavljeno kao veličina neovisna ni o prostoru ni o materiji.
Kretanje se smatralo kretanjem u prostoru po kontinuiranim putanjama u skladu sa zakonima mehanike.
Rezultat Newtonove slike svijeta bila je slika Svemira kao gigantskog i potpuno određenog mehanizma, gdje su događaji i procesi lanac međuovisnih uzroka i posljedica.
Mehanicistički pristup opisivanju prirode pokazao se izuzetno plodnim. Na tragu Newtonove mehanike nastale su hidrodinamika, teorija elastičnosti, mehanička teorija topline, molekularna kinetička teorija i niz drugih, u skladu s kojima je fizika postigla golem uspjeh. Međutim, postojala su dva područja - optički i elektromagnetski fenomeni koji se nisu mogli u potpunosti objasniti u okviru mehanističke slike svijeta.
Uz mehaničku korpuskularnu teoriju, pokušavalo se bitno drukčije objasniti optičke pojave, naime na temelju valne teorije koju je formulirao X. Huygens. Valna teorija uspostavila je analogiju između širenja svjetlosti i kretanja valova na površini vode ili zvučnih valova u zraku. Pretpostavljao je prisutnost elastičnog medija koji ispunjava cijeli prostor - luminifernog etera. Na temelju valne teorije X. Huygens je uspješno objasnio refleksiju i lom svjetlosti.
Još jedno područje fizike u kojem su se mehanički modeli pokazali neadekvatnima bilo je područje elektromagnetskih pojava. Pokusi engleskog prirodoslovca M. Faradaya i teorijski radovi engleskog fizičara J. C. Maxwella konačno su uništili ideje Newtonove fizike o diskretnoj materiji kao jedinoj vrsti materije i postavili temelje elektromagnetskoj slici svijeta.
Fenomen elektromagnetizma otkrio je danski prirodoslovac H. K. Oersted, koji je prvi uočio magnetsko djelovanje električnih struja. Nastavljajući istraživanja u tom smjeru, M. Faraday je otkrio da privremena promjena magnetskih polja stvara električnu struju.
M. Faraday je došao do zaključka da su proučavanje elektriciteta i optike međusobno povezani i čine jedno područje. Njegovi radovi postali su polazište za istraživanja J. C. Maxwella, čija je zasluga u matematičkom razvoju ideja M. Faradaya o magnetizmu i elektricitetu. Maxwell je Faradayev model linija polja “preveo” u matematičku formulu. Koncept “polja sila” izvorno je razvijen kao pomoćni matematički koncept. J.C. Maxwell dao mu je fizičko značenje i počeo razmatrati polje kao neovisnu fizičku stvarnost: "Elektromagnetsko polje je onaj dio prostora koji sadrži i okružuje tijela koja su u električnom ili magnetskom stanju."
Iz svojih istraživanja Maxwell je mogao zaključiti da su svjetlosni valovi elektromagnetski valovi. Jedinstvenu bit svjetlosti i elektriciteta, koju je M. Faraday predložio 1845., a J. C. Maxwell teorijski potkrijepio 1862. godine, eksperimentalno je potvrdio njemački fizičar G. Hertz 1888. godine.
Nakon eksperimenata G. Hertza, u fizici se konačno ustalio pojam polja, ali ne kao pomoćnog matematičkog konstrukta, već kao objektivno postojeće fizičke stvarnosti. Otkrivena je kvalitativno nova, jedinstvena vrsta materije.
Dakle, do kraja 19.st. fizika je došla do zaključka da materija postoji udvije vrste: diskretna materija i kontinuirano polje.
Kao rezultat kasnijih revolucionarnih otkrića u fizici krajem prošlog i početkom ovog stoljeća, srušene su ideje klasične fizike o materiji i polju kao dvije kvalitativno jedinstvene vrste materije.
2.3 Megasvjetovi
Megasvijet- to su planeti, zvjezdani kompleksi, galaksije, metagalaksije - svijet ogromnih kozmičkih razmjera i brzina, udaljenost u kojem se mjeri svjetlosnim godinama, a životni vijek svemirskih objekata milijunima i milijardama godina.
I premda te razine imaju svoje specifične zakonitosti, mikro-, makro- i megasvjetovi usko su međusobno povezani.
Na mikroskopskoj razini, fizika danas proučava procese koji se odvijaju na duljinama reda veličine 10 na minus osamnaestu potenciju cm, tijekom vremena reda veličine 10 na minus dvadeset drugu potenciju s. U megasvijetu znanstvenici koriste instrumente za snimanje objekata udaljenih od nas na udaljenosti od oko 9-12 milijardi svjetlosnih godina.
Moderna znanost gleda na megasvijet ili svemir kao na sustav svih nebeskih tijela koji međusobno djeluju i razvijaju se.
Sve postojeće galaksije uključene su u sustav najvišeg reda- Metagalaksija .
Dimenzije Metagalaksije su vrlo velike: radijus kozmološkog horizonta je 15-20 milijardi svjetlosnih godina.
Pojmovi "Svemir" i "Metagalaksija" vrlo su bliski pojmovi: karakteriziraju isti objekt, ali u različitim aspektima. Koncept “Svemir” označava cijeli postojeći materijalni svijet; koncept "metagalaksije" je isti svijet, ali sa stajališta njegove strukture - kao uređeni sustav galaksija.
Građu i evoluciju Svemira proučava kozmologija .
Kozmologija kao grana prirodnih znanosti nalazi se na jedinstvenom sjecištu znanosti, religije i filozofije. Kozmološki modeli Svemira temelje se na određenim ideološkim premisama, a sami ti modeli imaju veliko ideološko značenje.
U klasičnoj znanosti postojala je takozvana teorija stabilnog stanja svemira, prema kojoj je svemir uvijek bio gotovo isti kakav je sada. Astronomija je bila statična: proučavalo se kretanje planeta i kometa, opisivale su se zvijezde, stvarale su se njihove klasifikacije, što je, naravno, bilo vrlo važno. Ali pitanje evolucije svemira nije postavljeno.
Moderni kozmološki modeli Svemira temelje se na opća teorija relativnosti A. Einsteina, prema kojoj metričprostor i vrijeme određeno je raspodjelom gravitacijskih masa u Svemiru. Njegova svojstva u cjelini određena su prosječnom gustoćom tvari i drugim specifičnim fizikalnim čimbenicima.
Einsteinova jednadžba gravitacije nema jedno, već mnogo rješenja,što objašnjava postojanje mnogih kozmoloških modela Svemira. Prvi model razvio je sam A. Einstein 1917. Odbacio je postavke Newtonove kozmologije o apsolutnosti i beskonačnosti prostora i vremena. U skladu s kozmološkim modelom svemira A. Einsteina, svjetski prostor je homogen i izotropan, materija je u njemu u prosjeku ravnomjerno raspoređena, a gravitacijsko privlačenje masa kompenzirano je univerzalnim kozmološkim odbijanjem.
Postojanje Svemira je beskonačno, tj. nema početka ni kraja, a prostor je neograničen, ali konačan.
Svemir u kozmološkom modelu A. Einsteina je stacionaran, beskonačan u vremenu i neograničen u prostoru.
Godine 1922 Ruski matematičar i geofizičar A.A. Friedman odbacio je postulat klasične kozmologije o stacionarnoj prirodi Svemira i dobio rješenje Einsteinove jednadžbe, koja opisuje Svemir sa prostorom koji se “širi”.
Budući da je prosječna gustoća materije u Svemiru nepoznata, danas ne znamo u kojem od ovih prostora Svemira živimo.
Godine 1927. belgijski opat i znanstvenik J. Lemaitre povezao je "ekspanziju"prostori s podacima astronomskih promatranja. Lemaitre je uveo koncept početka Svemira kao singularnosti (tj. supergustog stanja) i rođenja Svemira kao Velikog praska.
Godine 1929. američki astronom E.P. Hubble je otkrio postojanje čudnog odnosa između udaljenosti i brzine galaksija: sve se galaksije udaljavaju od nas, a brzinom koja raste proporcionalno udaljenosti – širi se sustav galaksija.
Širenje Svemira smatra se znanstveno utvrđenom činjenicom. Prema teoretskim proračunima J. Lemaîtrea polumjer Svemira u izvornom stanju bio je 10 -12 cm, što je po veličini blizu polumjeru elektrona, a gustoća mu je bila 10 96 g/cm 3 . U singularnom stanju, Svemir je bio mikroobjekt zanemarive veličine. Iz početnog singularnog stanja, Svemir je krenuo u širenje kao rezultat Velikog praska.
Retrospektivni izračuni određuju starost svemira na 13-20 milijardi godina. G.A. Gamow je sugerirao da je temperatura tvari visoka i da pada sa širenjem svemira. Njegovi proračuni pokazali su da Svemir u svojoj evoluciji prolazi kroz određene faze, tijekom kojih dolazi do formiranja kemijskih elemenata i struktura. U modernoj kozmologiji, radi jasnoće, početna faza evolucije svemira podijeljena je na "ere".
Hadronska era. Teške čestice koje stupaju u jake interakcije.
Era leptona. Svjetlosne čestice stupaju u elektromagnetsku interakciju.
Fotonska era. Trajanje 1 milijun godina. Glavnina mase - energije svemira - dolazi od fotona.
Zvjezdano doba. Nastaje 1 milijun godina nakon rođenja svemira. Tijekom zvjezdane ere počinje proces nastanka protozvijezda i protogalaksija.
Tada se otkriva grandiozna slika formiranja strukture Metagalaksije.
U modernoj kozmologiji, uz hipotezu Velikog praska, vrlo je popularan inflacijski model Svemira koji razmatra nastanak Svemira. Ideja stvaranja ima vrlo složeno opravdanje i povezuje se s kvantnom kozmologijom. Ovaj model opisuje evoluciju Svemira počevši od trenutka 10 -45 s nakon početka širenja.
Zagovornici inflacijskog modela vide podudarnost između faza kozmičke evolucije i faza stvaranja svijeta opisanih u knjizi Postanka u Bibliji.
U skladu s hipotezom inflacije, kozmička evolucija u ranom Svemiru prolazi kroz nekoliko faza.
Početak Svemira teorijski fizičari definiraju kao stanje kvantne supergravitacije s polumjerom Svemira od 10 -50 cm
Stadij inflacije. Kao rezultat kvantnog skoka, Svemir je prešao u stanje pobuđenog vakuuma te se, u nedostatku materije i zračenja u njemu, intenzivno širio po eksponencijalnom zakonu. U tom razdoblju stvoreni su prostor i vrijeme samog Svemira. Tijekom inflacijske faze koja traje 10 -34. Svemir se napuhao od nezamislivo male kvantne veličine 10 -33 do nezamislivo velikih 10 1000000 cm, što je mnogo redova veličine veće od veličine promatranog Svemira - 10 28 cm. Tijekom cijelog ovog početnog razdoblja nije bilo materije ili zračenja u svemiru.
Prijelaz iz inflacijske faze u fotonsku fazu. Stanje lažnog vakuuma se raspalo, oslobođena energija otišla je u rađanje teških čestica i antičestica, koje su anihilirajući dale snažan bljesak zračenja (svjetlosti) koji je osvijetlio prostor.
Faza odvajanja materije od zračenja: materija koja je ostala nakon anihilacije postala je prozirna za zračenje, kontakt između materije izračenje je nestalo. Zračenje odvojeno od materije čini modernu reliktnu pozadinu, koju je teorijski predvidio G. A. Gamov i eksperimentalno otkrio 1965. godine.
Kasnije je razvoj Svemira išao u smjeru od najjednostavnijeg homogenog stanja do stvaranja sve složenijih struktura - atoma (u početku atoma vodika), galaksija, zvijezda, planeta, sinteze teških elemenata u utrobi zvijezda, uključujući one neophodan za stvaranje života, nastanak života i kao kruna stvaranja – čovjek.
Razlika između faza evolucije Svemira u inflatornom modelu i modelu Velikog praska tiče se samo početne faze reda veličine 10 -30 s, tada nema temeljnih razlika između ovih modela u razumijevanju faza kozmičke evolucije. .
U međuvremenu se ti modeli uz pomoć znanja i mašte mogu izračunati na računalu, ali pitanje ostaje otvoreno.
Najveća poteškoća znanstvenicima nastaje u objašnjavanju uzroka kozmičke evolucije. Ako ostavimo po strani pojedinosti, možemo razlikovati dva glavna koncepta koji objašnjavaju evoluciju Svemira: koncept samoorganizacije i koncept kreacionizma.
Za koncept samoorganizacije, materijalni Svemir je jedina stvarnost i ne postoji nijedna druga stvarnost osim njega. Evolucija Svemira opisuje se terminima samoorganizacije: dolazi do spontanog uređenja sustava u smjeru formiranja sve složenijih struktura. Dinamički kaos stvara red.
U okviru koncepta kreacionizma, tj. stvaranje, evolucija svemira povezana je s provedbom programa ,
itd.................
Moskovska otvorena društvena akademija
Odsjek za matematiku i opće prirodne znanosti
Akademska disciplina:
Pojmovi moderne prirodne znanosti.
Sažetak teme:
Strukturne razine organizacije materije.
Fakultet dopisnog obrazovanja
broj grupe: FEB-3.6
Nadglednik:
Moskva 2009
UVOD
I. Strukturne razine organizacije materije: mikro-, makro-, megasvjetovi
1.1 Suvremeni pogled na strukturnu organizaciju materije
II. Struktura i njezina uloga u organizaciji živih sustava
2.1 Sustav i cjelina
2.2 Dio i element
2.3 Interakcija dijela i cjeline
III. Atom, čovjek, svemir - dugačak lanac komplikacija
ZAKLJUČAK LITERATURA
Uvod
Svi objekti prirode (živa i neživa priroda) mogu se prikazati kao sustav koji ima značajke koje karakteriziraju njihove razine organizacije. Koncept strukturnih razina žive tvari uključuje ideje sustavnosti i povezane organizacije cjelovitosti živih organizama. Živa materija je diskretna, tj. podijeljen je na sastavne dijelove niže organizacije koji imaju određene funkcije. Strukturne razine razlikuju se ne samo u klasama složenosti, već iu obrascima funkcioniranja. Hijerarhijska struktura je takva da svaka viša razina ne kontrolira, već uključuje nižu. Dijagram najtočnije odražava cjelovitu sliku prirode i stupanj razvoja prirodne znanosti u cjelini. Uzimajući u obzir razinu organizacije, može se razmotriti hijerarhija struktura organizacije materijalnih objekata žive i nežive prirode. Ova hijerarhija struktura počinje elementarnim česticama, a završava životnim zajednicama. Koncept strukturnih razina prvi put je predložen 1920-ih. našeg stoljeća. Sukladno tome, strukturne razine se razlikuju ne samo prema klasama složenosti, već i prema obrascima funkcioniranja. Koncept uključuje hijerarhiju strukturnih razina, u kojoj je svaka sljedeća razina uključena u prethodnu.
Svrha ovog rada je proučavanje koncepta strukturne organizacije materije.
I. Strukturne razine organizacije materije: mikro-, makro-, megasvjetovi
U suvremenoj znanosti temelj za ideje o strukturi materijalnog svijeta je sistemski pristup, prema kojem bilo koji objekt materijalnog svijeta, bio to atom, planet itd. može se promatrati kao sustav - složena tvorevina koja uključuje komponente, elemente i veze među njima. Element u ovom slučaju znači minimalni, dalje nedjeljivi dio danog sustava.
Skup veza između elemenata čini strukturu sustava, a stabilne veze određuju uređenost sustava. Horizontalne veze su koordinirajuće i osiguravaju korelaciju (konzistentnost) sustava, niti jedan dio sustava ne može se promijeniti bez promjene drugih dijelova. Vertikalne veze su veze subordinacije, neki su elementi sustava podređeni drugima. Sustav ima oznaku cjelovitosti - to znači da svi njegovi sastavni dijelovi, spojeni u cjelinu, čine kvalitetu koja se ne može svesti na kvalitete pojedinih elemenata. Prema suvremenim znanstvenim pogledima, svi prirodni objekti su uređeni, strukturirani, hijerarhijski organizirani sustavi.
U najopćenitijem smislu riječi "sustav" označava bilo koji objekt ili bilo koju pojavu svijeta koji nas okružuje i predstavlja međupovezanost i interakciju dijelova (elemenata) unutar cjeline. Struktura je unutarnja organizacija sustava koja doprinosi povezivanju njegovih elemenata u jedinstvenu cjelinu i daje joj jedinstvena svojstva. Struktura određuje redoslijed elemenata objekta. Elementi su sve pojave, procesi, kao i sva svojstva i odnosi koji su u bilo kakvoj međusobnoj vezi i korelaciji.
U razumijevanju strukturne organizacije materije, koncept "razvoja" igra važnu ulogu. Pojam razvoja nežive i žive prirode promatra se kao nepovratna usmjerena promjena u strukturi prirodnih objekata, budući da struktura izražava razinu organizacije materije. Najvažnije svojstvo konstrukcije je njezina relativna stabilnost. Struktura je opći, kvalitativno definiran i relativno stabilan poredak unutarnjih odnosa između podsustava određenog sustava. Koncept "razine organizacije", za razliku od koncepta "strukture", uključuje ideju promjene struktura i njihov redoslijed tijekom povijesni razvoj sustava od trenutka njegovog nastanka. Dok promjena u strukturi može biti nasumična i ne uvijek usmjerena, promjena na razini organizacije događa se na nužan način.
Sustavi koji su dosegli odgovarajuću razinu organiziranosti i imaju određenu strukturu stječu sposobnost korištenja informacija kako bi upravljanjem održali nepromijenjenu (ili povećali) svoju organiziranost i pridonijeli postojanosti (ili smanjenju) svoje entropije ( entropija je mjera nereda). Donedavno su prirodne znanosti i druge znanosti mogle bez holističkog, sustavnog pristupa svojim predmetima proučavanja, bez uzimanja u obzir proučavanja procesa formiranja stabilnih struktura i samoorganizacije.
Trenutno, problemi samoorganizacije, koji se proučavaju u sinergetici, postaju relevantni u mnogim znanostima, od fizike do ekologije.
Zadaća je sinergetike razjasniti zakonitosti organiziranja organizacije i nastanka reda. Za razliku od kibernetike, ovdje se naglasak ne stavlja na procese upravljanja i razmjene informacija, već na principe izgradnje organizacije, njezin nastanak, razvoj i samousložavanje (G. Haken). Pitanje optimalnog uređenja i organizacije posebno je akutno kada se proučavaju globalni problemi - energetski, ekološki i mnogi drugi koji zahtijevaju angažman golemih resursa.
1.1 SUVREMENI POGLEDI NA STRUKTURALNU ORGANIZACIJU TVARI
U klasičnoj prirodnoj znanosti nauk o principima strukturne organizacije materije zastupao je klasični atomizam. Ideje atomizma poslužile su kao temelj za sintezu svih znanja o prirodi. U 20. stoljeću klasični atomizam doživio je radikalne preobrazbe.
Moderna načela strukturna organizacija materije povezana su s razvojem koncepta sustava i uključuju neka pojmovna znanja o sustavu i njegovim značajkama koje karakteriziraju stanje sustava, njegovo ponašanje, organizaciju i samoorganizaciju, interakciju s okolinom, svrhovitost i predvidljivost ponašanja , i druga svojstva.
Najjednostavnija klasifikacija sustava je podjela na statičke i dinamičke, koja je, unatoč svojoj pogodnosti, još uvijek uvjetna, jer sve na svijetu je u stalnoj promjeni. Dinamički sustavi dijele se na determinističke i stohastičke (probabilističke). Ova se klasifikacija temelji na prirodi predviđanja dinamike ponašanja sustava. Takvi se sustavi proučavaju u mehanici i astronomiji. Nasuprot tome, stohastički sustavi, koji se obično nazivaju vjerojatnosno-statističkim, bave se masovnim ili ponavljajućim slučajnim događajima i pojavama. Stoga predviđanja u njima nisu pouzdana, već samo vjerojatnosna.
Po prirodi interakcije sa okoliš razlikuju se otvoreni i zatvoreni (izolirani) sustavi, a ponekad se razlikuju i djelomično otvoreni sustavi. Ova je klasifikacija uglavnom uvjetna, jer ideja zatvorenih sustava nastala je u klasičnoj termodinamici kao određena apstrakcija. Velika većina, ako ne i svi, sustavi su otvorenog koda.
Mnogi složeni sustavi koji se nalaze u društvenom svijetu usmjereni su ka cilju, tj. usmjereni na postizanje jednog ili više ciljeva, au različitim podsustavima i na različitim razinama organizacije ti ciljevi mogu biti različiti, pa čak i doći u međusobni sukob.
Klasifikacija i proučavanje sustava omogućila je razvoj nove metode spoznaje koja je nazvana sistemski pristup. Primjena sistemskih ideja na analizu ekonomskih i društvenih procesa pridonijela je nastanku teorije igara i teorije odlučivanja. Najznačajniji korak u razvoju sistemske metode bila je pojava kibernetike kao opće teorije upravljanja tehničkim sustavima, živim organizmima i društvom. Iako su pojedinačne teorije upravljanja postojale i prije kibernetike, stvaranje jedinstvenog interdisciplinarnog pristupa omogućilo je otkrivanje dubljih i općenitijih obrazaca upravljanja kao procesa akumulacije, prijenosa i transformacije informacija. Sama kontrola se provodi pomoću algoritama, koji se obrađuju računalima.
Univerzalna teorija sustava, koja je odredila temeljnu ulogu sistemske metode, izražava, s jedne strane, jedinstvo materijalnog svijeta, as druge strane, jedinstvo znanstveno znanje. Važna posljedica ovakvog razmatranja materijalnih procesa bilo je ograničenje uloge redukcije u poznavanju sustava. Postalo je jasno da što se neki procesi više razlikuju od drugih, što su kvalitativno heterogeniji, to ih je teže reducirati. Stoga se zakonitosti složenijih sustava ne mogu u potpunosti svesti na zakone nižih oblika ili jednostavnijih sustava. Kao antipod redukcionističkom pristupu nastaje holistički pristup (od grč. holos – cjelina), prema kojem cjelina uvijek prethodi dijelovima i uvijek je važnija od dijelova.
Svaki sustav je cjelina koju čine njegovi međusobno povezani i međusobno povezani dijelovi. Dakle, proces spoznaje prirodnih i društvenih sustava može biti uspješan samo onda kada se njihovi dijelovi i cjelina proučavaju ne u suprotnosti, nego u međusobnom djelovanju.
Suvremena znanost sustave promatra kao složene, otvorene, s mnogo mogućnosti za nove načine razvoja. Procesi razvoja i funkcioniranja složenog sustava imaju prirodu samoorganizacije, tj. nastanak unutarnje dosljednog funkcioniranja zahvaljujući unutarnjim vezama i vezama s vanjskim okruženjem. Samoorganizacija je prirodnoznanstveni izraz procesa samogibanja materije. Sustavi žive i nežive prirode, kao i umjetni sustavi, imaju sposobnost samoorganiziranja.
U suvremenom znanstveno utemeljenom konceptu sustavne organizacije materije obično se razlikuju tri strukturne razine materije:
mikrosvijet - svijet atoma i elementarnih čestica - izrazito mali izravno neuočljivi objekti, dimenzija od 10-8 cm do 10-16 cm, a vijeka trajanja - od beskonačnosti do 10-24 s.
makrokozmos je svijet stabilnih oblika i količina razmjernih ljudima: zemaljskih udaljenosti i brzina, masa i volumena; dimenzija makroobjekata usporediva je s razmjerom ljudskog iskustva - prostorne dimenzije od djelića milimetra do kilometara i vremenske dimenzije od djelića sekunde do godina.
megasvijet – svijet svemira (planeti, zvjezdani kompleksi, galaksije, metagalaksije); svijet ogromnih kozmičkih razmjera i brzina, udaljenost se mjeri svjetlosnim godinama, a vrijeme milijunima i milijardama godina;
Proučavanje hijerarhije strukturnih razina prirode povezano je s rješavanjem složenog problema određivanja granica te hijerarhije kako u megasvijetu tako iu mikrosvijetu. Objekti svake sljedeće faze nastaju i razvijaju se kao rezultat kombinacije i diferencijacije određenih skupova objekata prethodne faze. Sustavi sve više postaju višerazinski. Složenost sustava se povećava ne samo zato što se povećava broj razina. Razvoj novih odnosa između razina i s okolinom zajedničkom takvim objektima i njihovim asocijacijama postaje bitan.
Mikrosvijet, kao podrazina makrosvijetova i megasvijetova, ima potpuno jedinstvene značajke i stoga se ne može opisati teorijama koje se odnose na druge razine prirode. Konkretno, ovaj svijet je inherentno paradoksalan. Načelo "sastoji se od" ne odnosi se na njega. Dakle, kada se sudare dvije elementarne čestice, ne nastaju manje čestice. Nakon sudara dvaju protona nastaju mnoge druge elementarne čestice - uključujući protone, mezone i hiperone. Fenomen “višestrukog rađanja” čestica objasnio je Heisenberg: tijekom sudara velika kinetička energija se pretvara u materiju, a mi promatramo višestruko rađanje čestica. Mikrosvijet se aktivno proučava. Ako su prije 50 godina bile poznate samo 3 vrste elementarnih čestica (elektron i proton kao najmanje čestice materije i foton kao minimalni udio energije), sada je otkriveno oko 400 čestica. Drugo paradoksalno svojstvo mikrokozmosa povezano je s dvojnom prirodom mikročestice, koja je i val i korpuskula. Stoga se ne može strogo jednoznačno lokalizirati u prostoru i vremenu. Ova značajka se odražava u Heisenbergovom principu odnosa nesigurnosti.
Razine organizacije materije koje promatraju ljudi svladavaju uzimajući u obzir prirodni uvjeti ljudsko stanovanje, tj. uzimajući u obzir naše zemaljske zakone. Međutim, to ne isključuje pretpostavku da na razinama dovoljno udaljenim od nas mogu postojati oblici i stanja materije koje karakteriziraju potpuno drugačija svojstva. S tim u vezi znanstvenici su počeli razlikovati geocentrične i negeocentrične materijalne sustave.
Geocentrični svijet je referentni i osnovni svijet Newtonovog vremena i euklidskog prostora, opisan skupom teorija povezanih s objektima na zemaljskoj razini. Negeocentrični sustavi su posebna vrsta objektivne stvarnosti, koju karakteriziraju različite vrste atributa, drugačiji prostor, vrijeme, kretanje od zemaljskih. Postoji pretpostavka da su mikrosvijet i megasvijet prozori u negeocentrične svjetove, što znači da njihovi obrasci, barem donekle, omogućuju zamišljanje drugačijeg tipa interakcije od one u makrosvijetu ili geocentričnom tipu stvarnosti.
Ne postoji stroga granica između megasvijeta i makrosvijeta. Obično se vjeruje da on
počinje s udaljenostima od oko 107 i masama od 1020 kg. Referentna točka za početak megasvijeta može biti Zemlja (promjer 1,28 × 10 + 7 m, masa 6 × 1021 kg). Budući da se megasvijet bavi velikim udaljenostima, uvode se posebne jedinice za njihovo mjerenje: astronomska jedinica, svjetlosna godina i parsek.
Astronomska jedinica (a.e.) – prosječna udaljenost od Zemlje do Sunca je 1,5 × 1011 m.
Svjetlosna godina – udaljenost koju svjetlost prijeđe u jednoj godini, naime 9,46 × 1015 m.
Parsek (paralaksa sekunda) – udaljenost na kojoj je godišnja paralaksa Zemljine orbite (tj. kut pod kojim je vidljiva velika poluos Zemljine orbite, smještena okomito na liniju vizure) jednaka je jednoj sekundi. Ova udaljenost je jednaka 206265 AJ. = 3,08×1016 m = 3,26 St. G.
Nebeska tijela u Svemiru tvore sustave različite složenosti. Tako nastaju Sunce i 9 planeta koji se kreću oko njega Sunčev sustav. Većina zvijezda u našoj galaksiji koncentrirana je u disku vidljivom sa Zemlje "sa strane" u obliku maglovite trake koja prelazi nebesku sferu - Mliječni put.
Sva nebeska tijela imaju svoju povijest razvoja. Starost Svemira je 14 milijardi godina. Starost Sunčevog sustava procjenjuje se na 5 milijardi godina, Zemlje - 4,5 milijardi godina.
Druga tipologija materijalnih sustava danas je prilično raširena. To je podjela prirode na anorgansku i organsku, u kojoj zauzima posebno mjesto društveni oblik materija. Anorganska tvar su elementarne čestice i polja, atomske jezgre, atomi, molekule, makroskopska tijela, geološke formacije. Organska tvar također ima višerazinsku strukturu: pretstanična razina - DNA, RNA, nukleinske kiseline; stanična razina – samostalno postojeći jednostanični organizmi; višestanična razina – tkiva, organi, funkcionalni sustavi (živčani, krvožilni itd.), organizmi (biljke, životinje); nadorganizmske strukture – populacije, biocenoze, biosfera. Društvena materija postoji samo zahvaljujući aktivnostima ljudi i uključuje posebne podstrukture: pojedinca, obitelj, grupu, kolektiv, državu, naciju itd.
II. STRUKTURA I NJEZINA ULOGA U ORGANIZACIJI ŽIVOTNIH SUSTAVA
2.1 SUSTAV I CJELINA
Sustav je kompleks elemenata koji međusobno djeluju. U prijevodu s grčkog to je cjelina sastavljena od dijelova, veza.
Prošavši dugu povijesnu evoluciju, koncept sustava od sredine 20.st. postaje jedan od ključnih znanstvenih pojmova.
Primarne ideje o sustavu nastale su u antička filozofija kao uređenost i vrijednost bića. Koncept sustava sada ima izuzetno širok opseg primjene: gotovo svaki objekt može se smatrati sustavom.
Svaki sustav karakterizira ne samo prisutnost veza i odnosa između njegovih sastavnih elemenata, već i njegovo neraskidivo jedinstvo s okolinom.
Mogu se razlikovati različite vrste sustava:
Prema naravi veze između dijelova i cjeline – anorganske i organske;
Prema oblicima gibanja tvari - mehaničko, fizikalno, kemijsko, fizikalno-kemijsko;
U odnosu na kretanje - statistički i dinamički;
Prema vrsti promjene - nefunkcionalne, funkcionalne, razvojne;
Po prirodi razmjene s okolinom - otvoreni i zatvoreni;
Po stupnju organiziranosti - jednostavni i složeni;
Po stupnju razvoja - niži i viši;
Po prirodi podrijetla - prirodni, umjetni, mješoviti;
Prema smjeru razvoja - progresivni i regresivni.
Prema jednoj od definicija, cjelina je nešto čemu ne nedostaje niti jedan dio od kojih se sastoji naziva se cjelina. Cjelina nužno pretpostavlja sustavnu organizaciju svojih sastavnica.
Koncept cjeline odražava skladno jedinstvo i međudjelovanje dijelova prema određenom uređenom sustavu.
Sličnost pojmova cjeline i sustava poslužila je kao osnova za njihovu potpunu identifikaciju, što nije posve točno. U slučaju sustava, ne radi se o jednom objektu, već o grupi međusobno povezanih objekata koji međusobno utječu jedni na druge. Kako se sustav nastavlja poboljšavati prema uređenosti svojih komponenti, može postati integralan. Pojam cjeline karakterizira ne samo mnoštvo sastavnih dijelova, već i činjenicu da su povezanost i međudjelovanje dijelova prirodni, proizlaze iz unutarnjih potreba razvoja dijelova i cjeline.
Stoga je cjelina posebna vrsta sustava. Pojam cjeline odraz je unutarnje nužne, organske prirode odnosa među komponentama sustava, a ponekad promjena u jednoj od komponenti neizbježno uzrokuje jednu ili onu promjenu u drugoj, a često iu cijelom sustavu. .
Svojstva i mehanizam cjeline kao više razine organizacije u odnosu na dijelove koji je organiziraju ne mogu se objasniti samo zbrajanjem svojstava i momenata djelovanja tih dijelova, promatranih odvojeno jedan od drugog. Nova svojstva cjeline nastaju kao rezultat međudjelovanja njezinih dijelova, pa je za spoznaju cjeline potrebno, uz poznavanje svojstava dijelova, poznavati i zakon organizacije cjeline, tj. zakon spajanja dijelova.
Budući da je cjelina kao kvalitativna izvjesnost rezultat međudjelovanja svojih sastavnica, potrebno je zadržati se na njihovim karakteristikama. Kao komponente sustava ili cjeline, komponente stupaju u različite međusobne odnose. Odnose među elementima možemo podijeliti na "element - struktura" i "dio - cjelina". U sustavu cjeline opaža se podređenost dijelova cjelini. Sustav cjeline karakterizira činjenica da može stvoriti organe koji mu nedostaju.
2.2 DIO I ELEMENT
Element je sastavni dio objekta koji može biti indiferentan prema specifičnostima objekta. U kategoriji strukture mogu se pronaći veze i odnosi između elemenata koji su ravnodušni prema njezinoj specifičnosti.
Dio je također sastavni dio predmeta, ali za razliku od elementa, dio je sastavni dio koji nije ravnodušan prema specifičnostima predmeta kao cjeline (npr. stol se sastoji od dijelova - poklopca i nogu, kao i elemente - vijke, vijke, koji se mogu koristiti za pričvršćivanje drugih predmeta: ormarića, ormara i sl.)
Živi organizam kao cjelina sastoji se od mnogih komponenti. Neki od njih će biti jednostavno elementi, drugi u isto vrijeme dijelovi. Dijelovi su samo oni sastojci koji su svojstveni funkcijama života (metabolizam i dr.): izvanstanična živa tvar; ćelija; tekstil; orgulje; sustav organa.
Svima njima svojstvene su funkcije živih bića, svi oni obavljaju svoje specifične funkcije u sustavu organizacije cjeline. Dakle, dio je sastavni dio cjeline, čije je djelovanje određeno prirodom, bit same cjeline.
Osim dijelova, tijelo sadrži i druge komponente koje same nemaju životne funkcije, tj. su nežive komponente. To su elementi. Neživi elementi prisutni su na svim razinama sistemske organizacije žive tvari:
U protoplazmi stanice nalaze se zrnca škroba, kapljice masti, kristali;
U višestaničnom organizmu, nežive komponente koje nemaju vlastiti metabolizam i sposobnost samorazmnožavanja uključuju kosu, kandže, rogove, kopita i perje.
Dakle, dio i element čine nužne komponente organizacije živih bića kao cjelovitog sustava. Bez elemenata (neživih komponenti) nemoguće je funkcioniranje dijelova (živih komponenti). Dakle, samo ukupno jedinstvo i elemenata i dijelova, tj. nežive i žive komponente, čini sustavnu organizaciju života, njegovu cjelovitost.
2.2.1 ODNOS KATEGORIJA DIO I ELEMENT
Odnos između kategorija dio i element vrlo je kontradiktoran. Sadržaj kategorije dio razlikuje se od elementa kategorije: elementi su svi sastavni dijelovi cjeline, bez obzira je li u njima izražena specifičnost cjeline ili ne, a dijelovi su samo oni elementi u kojima se posebnost predmeta izražava. kao cjelina neposredno je izražena, stoga je kategorija dijela uža od kategorije elementa. S druge strane, sadržaj kategorije dijela je širi od kategorije elementa, jer samo određeni skup elemenata čini dio. I to se može pokazati u odnosu na bilo koju cjelinu.
To znači da postoje određene razine ili granice u strukturnoj organizaciji cjeline koje odvajaju elemente od dijelova. Istodobno, razlika između kategorija dio i element vrlo je relativna, budući da se one mogu međusobno transformirati, na primjer, organi ili stanice tijekom funkcioniranja podložni su uništenju, što znači da se iz dijelova pretvaraju u elemente i obratno. obratno, opet se grade od neživoga, t j . elementi i postaju dijelovi. Elementi koji se ne izluče iz tijela mogu se pretvoriti u naslage soli, koje su već dio tijela, i to prilično nepoželjan.
2.3 INTERAKCIJA DIJELA I CJELINE
Interakcija dijela i cjeline je da jedno pretpostavlja drugo, oni su ujedinjeni i ne mogu jedno bez drugog. Nema cjeline bez dijela i obrnuto: nema dijelova izvan cjeline. Dio postaje dio tek u sustavu cjeline. Dio dobiva svoje značenje tek kroz cjelinu, kao što je cjelina međudjelovanje dijelova.
U međudjelovanju dijela i cjeline, vodeća, određujuća uloga pripada cjelini. Dijelovi organizma ne mogu postojati neovisno. Predstavljajući privatne adaptivne strukture organizma, dijelovi nastaju tijekom razvoja evolucije za dobrobit cijelog organizma.
Određujuću ulogu cjeline u odnosu na dijelove u organskoj prirodi najbolje potvrđuju fenomeni autotomije i regeneracije. Gušter uhvaćen za rep bježi ostavljajući vrh repa za sobom. Ista stvar se događa s pandžama rakova i rakova. Autotomija, tj. samorezanje repa u guštera, kandži u rakova i rakova, zaštitna je funkcija koja pridonosi prilagodbi organizma, razvijena u evolucijskom procesu. Tijelo žrtvuje svoj dio u interesu spašavanja i očuvanja cjeline.
Fenomen autotomije uočen je u slučajevima kada je tijelo u stanju vratiti izgubljeni dio. Gušteru ponovno izraste dio repa koji nedostaje (ali samo jednom). Rakovima i rakovima također često rastu odlomljene kandže. To znači da je tijelo sposobno prvo izgubiti dio da bi spasilo cjelinu, da bi potom taj dio obnovilo.
Fenomen regeneracije dalje pokazuje podređenost dijelova cjelini: cjelina nužno zahtijeva ispunjenje, u ovom ili onom stupnju, izgubljenih dijelova. Moderna biologija otkrili da ne samo nisko organizirana bića (biljke i protozoe), već i sisavci imaju sposobnost regeneracije.
Postoji nekoliko vrsta regeneracije: obnavljaju se ne samo pojedini organi, već i čitavi organizmi iz pojedinih njegovih dijelova (hidra iz prstena izrezanog iz sredine tijela, protozoe, koraljni polipi, anelidi, morske zvijezde itd.). U ruskom folkloru poznajemo Zmiju-Gorynycha, kojoj su dobri momci odsjekli glavu, koja je odmah ponovno izrasla... U općenitom biološkom smislu, regeneracija se može smatrati sposobnošću odraslog organizma da se razvija.
Međutim, određujuća uloga cjeline u odnosu na dijelove ne znači da su dijelovi lišeni svoje posebnosti. Određujuća uloga cjeline pretpostavlja ne pasivnu, već aktivnu ulogu dijelova, usmjerenu na osiguranje normalnog života organizma kao cjeline. Podvrgavajući se ukupnom sustavu cjeline, dijelovi zadržavaju relativnu neovisnost i autonomiju. S jedne strane, dijelovi djeluju kao sastavni dijelovi cjeline, as druge su oni sami jedinstvene cjelovite strukture, sustavi sa svojim specifičnim funkcijama i strukturama. U višestaničnom organizmu, od svih dijelova, stanice predstavljaju najvišu razinu integriteta i individualnosti.
Činjenica da dijelovi zadržavaju svoju relativnu samostalnost i samostalnost omogućuje relativnu neovisnost u proučavanju pojedinih organskih sustava: leđne moždine, autonomnog živčanog sustava, probavnog sustava itd., što je od velike važnosti za praksu. Primjer za to je proučavanje i otkrivanje unutarnjih uzroka i mehanizama relativne neovisnosti malignih tumora.
Relativna neovisnost dijelova, u većoj mjeri nego životinjama, svojstvena je biljkama. Karakterizira ih formiranje nekih dijelova od drugih - vegetativno razmnožavanje. Svatko je vjerojatno u svom životu vidio reznice drugih biljaka cijepljenih na, na primjer, stablo jabuke.
3..ATOM, ČOVJEK, SVEMIR - DUGAČKI LANAC KOMPLIKACIJA
U modernoj znanosti široko se koristi metoda strukturalne analize, koja uzima u obzir sustavnu prirodu predmeta koji se proučava. Uostalom, struktura je unutarnje raščlanjivanje materijalnog postojanja, način postojanja materije. Strukturne razine materije formirane su od određenog skupa objekata bilo koje vrste i karakterizirane su posebnim načinom interakcije između svojih sastavnih elemenata; u odnosu na tri glavne sfere objektivne stvarnosti, ove razine izgledaju ovako.
| STRUKTURNE RAZINE MATERIJE | |||
Anorganski | Društvo | ||
| 1 | Submikroelementarni | Biološki makromolekularni | Pojedinac |
| 2 | Mikroelementarni | Stanični | Obitelj |
| 3 | Nuklearna | Mikroorganski | Timovi |
| 4 | Atomski | Organi i tkiva | Velike društvene grupe (klase, nacije) |
| 5 | Molekularni | Tijelo kao cjelina | Država (civilno društvo) |
| 6 | Makro razina | Populacija | Državni sustavi |
| 7 | Mega razina (planete, zvjezdano-planetarni sustavi, galaksije) | Biocenoza | Čovječanstvo |
| 8 | Meta razina (metagalaksije) | Biosfera | Noosfera |
Svaka od sfera objektivne stvarnosti uključuje niz međusobno povezanih strukturnih razina. Unutar ovih razina dominantni su koordinacijski odnosi, a između razina subordinacijski.
Sustavno proučavanje materijalnih objekata uključuje ne samo utvrđivanje načina za opisivanje odnosa, veza i strukture mnogih elemenata, već i identificiranje onih od njih koji tvore sustav, odnosno osiguravaju zasebno funkcioniranje i razvoj sustava. Sustavni pristup materijalnim tvorevinama pretpostavlja mogućnost razumijevanja predmetnog sustava na višoj razini. Sustav obično karakterizira hijerarhijska struktura, odnosno sekvencijalno uključivanje sustava niže razine u sustav više razine. Dakle, struktura materije na razini nežive prirode (anorganske) uključuje elementarne čestice, atome, molekule (objekti mikrosvijeta, makrotijela i objekti megasvijeta: planeti, galaksije, metagalaktički sustavi itd.). Metagalaksija se često poistovjećuje s cijelim Svemirom, no Svemir se shvaća u krajnje širokom smislu te riječi, identičan je cjelokupnom materijalnom svijetu i pokretnoj materiji, što može uključivati mnoge metagalaksije i druge kozmičke sustave.
Divljina je također strukturirana. Razlikuje biološku razinu i društvenu razinu. Biološka razina uključuje podrazine:
Makromolekule (nukleinske kiseline, DNA, RNA, proteini);
Stanična razina;
Mikroorganski (jednostanični organizmi);
Organi i tkiva tijela u cjelini;
Populacija;
biocenotski;
Biosfera.
Glavni pojmovi ove razine na posljednja tri podrazina su pojmovi biotop, biocenoza, biosfera, koji zahtijevaju objašnjenje.
Biotop je skup (zajednica) iste vrste (na primjer, čopor vukova), koji se mogu križati i stvarati vlastitu vrstu (populacije).
Biocenoza je skup populacija organizama u kojima su otpadni proizvodi jednih uvjeti za postojanje drugih organizama koji nastanjuju neko kopneno ili vodeno područje.
Biosfera je globalni sustav života, onaj dio geografskog okoliša (donji dio atmosfere, gornji dio litosfere i hidrosfere), koji je stanište živih organizama, osigurava uvjete potrebne za njihov opstanak (temperatura, tlo). , itd.), nastalih kao rezultat međudjelovanja biocenoza.
Opća osnova života na biološkoj razini - organski metabolizam (razmjena tvari, energije i informacija s okolinom) očituje se na bilo kojoj od identificiranih podrazina:
Na razini organizama metabolizam znači asimilaciju i disimilaciju unutarstaničnim transformacijama;
Na razini ekosustava (biocenoza), sastoji se od lanca transformacije tvari koju su inicijalno asimilirali organizmi proizvođači preko organizama potrošača i organizama razarača koji pripadaju različiti tipovi;
Na razini biosfere događa se globalno kruženje tvari i energije uz izravno sudjelovanje čimbenika na kozmičkoj razini.
Na određenom stupnju razvoja biosfere nastaju posebne populacije živih bića koje su zahvaljujući svojoj radnoj sposobnosti formirale jedinstvenu razinu – društvenu. Društvena aktivnost u strukturnom aspektu dijeli se na podrazine: pojedinci, obitelji, različiti kolektivi (industrijski), društvene grupe itd.
Strukturna razina društvene djelatnosti nalazi se u dvosmislenim linearnim međusobnim odnosima (primjerice, razina nacija i razina država). Tkati različite razine unutar društva rađa ideju o dominaciji slučajnosti i kaosa u društvenom djelovanju. Ali pažljiva analiza otkriva prisutnost temeljnih struktura u njemu - glavnih sfera društvenog života, a to su materijalna i proizvodna, društvena, politička, duhovna sfera, koje imaju svoje vlastite zakone i strukture. Sve su one u određenom smislu podređene unutar društveno-ekonomske formacije, duboko strukturirane i određuju genetsko jedinstvo društvenog razvoja u cjelini. Dakle, bilo koje od tri područja materijalne stvarnosti formirano je od niza specifičnih strukturnih razina, koje su u strogom poretku unutar određenog područja stvarnosti. Prijelaz iz jednog područja u drugo povezan je s kompliciranjem i povećanjem broja formiranih čimbenika koji osiguravaju cjelovitost sustava. Unutar svake od strukturnih razina postoje odnosi subordinacije (molekularna razina uključuje atomsku razinu, a ne obrnuto). Obrasci novih razina nesvodivi su na obrasce razina na temelju kojih su nastali, a vodeći su za danu razinu organizacije materije. Strukturna organizacija, tj. sustavnost je način postojanja materije.
Zaključak
U modernoj znanosti široko se koristi metoda strukturalne analize, koja uzima u obzir sustavnu prirodu predmeta koji se proučavaju. Uostalom, struktura je unutarnje raščlanjivanje materijalnog postojanja, način postojanja materije.
Strukturne razine organizacije materije izgrađene su po principu piramide: najviše razine sastoje se od velikog broja nižih razina. Niže razine su osnova postojanja materije. Bez ovih razina daljnja izgradnja “piramide materije” je nemoguća. Viši (složeni) stupnjevi nastaju evolucijom - postupno prelazeći od jednostavnih prema složenima. Strukturne razine materije formirane su od određenog skupa objekata bilo koje vrste i karakterizirane su posebnim načinom interakcije između svojih sastavnih elemenata.
Svi objekti žive i nežive prirode mogu se prikazati u obliku određenih sustava koji imaju specifične značajke i svojstva koja karakteriziraju njihovu razinu organizacije. Uzimajući u obzir razinu organizacije, može se razmotriti hijerarhija struktura organizacije materijalnih objekata žive i nežive prirode. Takva hijerarhija struktura počinje elementarnim česticama, koje predstavljaju početnu razinu organizacije materije, a završava živim organizacijama i zajednicama – najvišim razinama organizacije.
Koncept strukturnih razina žive tvari uključuje ideje o sustavnosti i povezanoj organskoj cjelovitosti živih organizama. No, povijest teorije sustava započela je s mehanicističkim shvaćanjem organizacije žive tvari, prema kojoj se sve više svodilo na niže: životni procesi - na skup fizikalnih i kemijskih reakcija, a organizacija tijela - na međudjelovanje molekula, stanica, tkiva, organa itd.
Bibliografija
1. Danilova V.S. Temeljni pojmovi suvremene prirodne znanosti: Zbornik. priručnik za sveučilišta. – M., 2000. – 256 str.
2. Naydysh V.M. Koncepti suvremene prirodne znanosti: Udžbenik.. ur. 2., revidirano i dodatni – M.; Alfa-M; INFRA-M, 2004. – 622 str.
3. Ružavin G.I. Koncepti suvremene prirodne znanosti: Udžbenik za sveučilišta. – M., 2003. – 287 str.
4. Pojam moderne prirodne znanosti: ur. Profesor S.I. Samygina, Serija “Udžbenici i nastavna pomagala” - 4. izdanje, revidirano. i dodatni – Rostov n/a: “Phoenix”.2003 -448c.
5. Dubnischeva T.Ya. Pojam moderne prirodne znanosti: udžbenik za studente. sveučilišta / 6. izd., ispr. i dodatni –M; Izdavački centar "Akademija", -20006.-608c.
Pojam materije (hyle) prvi put je pronađen kod Platona. Materija je u njegovom shvaćanju određeni supstrat (materijal) lišen svojstava, od kojeg se formiraju tijela različitih veličina i oblika; bezobličan je, neodređen, pasivan. Kasnije se materija, u pravilu, identificirala s određenom tvari ili atomima. Kako se znanost i filozofija razvijaju, pojam materije postupno gubi svoje osjetilno konkretne značajke i postaje sve apstraktniji. Namjera mu je obuhvatiti beskonačnu raznolikost svega što stvarno postoji i što se ne može svesti na svijest.
U dijalektičko-materijalističkoj filozofiji materija se definira kao objektivna stvarnost, koja nam je dana u osjetima, postoji neovisno o ljudskoj svijesti i njome se odražava. Ova je definicija najprihvaćenija u modernoj ruskoj filozofskoj literaturi. Materija je jedina supstanca koja postoji. Vječan je i beskonačan, nestvoren i neuništiv, neiscrpan iu stalnom kretanju, sposoban za samoorganiziranje i refleksiju. Postoji - causa sui, uzrok samome sebi (B. Spinoza). Sva ova svojstva (supstancijalnost, neiscrpnost, neuništivost, kretanje, vječnost) neodvojiva su od materije i stoga se nazivaju njezinim atributima. Od materije su neodvojivi njeni oblici – prostor i vrijeme.
Materija je složena sustavna organizacija. Prema suvremenim znanstvenim podacima, u građi materije mogu se razlikovati dvije velike osnovne razine (princip podjele je prisutnost života): anorganska tvar (neživa priroda) i organska tvar (živa priroda).
Anorganska priroda uključuje sljedeće strukturne razine:
1. Elementarne čestice su najmanje čestice fizikalne tvari (fotoni, protoni, neutrini itd.) od kojih svaka ima svoju antičesticu. Trenutačno je poznato više od 300 elementarnih čestica (uključujući i antičestice), uključujući i takozvane “virtualne čestice” koje u međustanjima egzistiraju vrlo kratko. Karakteristična značajka elementarnih čestica
- sposobnost međusobnih transformacija.
2. Atom je najmanja čestica kemijskog elementa koja zadržava njegova svojstva. Sastoji se od jezgre i elektronske ljuske. Jezgra atoma sastoji se od protona i neutrona.
3. Kemijski element je skup atoma s istim nuklearnim nabojem. Poznato je 107 kemijskih elemenata (19 dobivenih umjetnim putem), od kojih su sastavljene sve tvari nežive i žive prirode.
4. Molekula – najmanja čestica tvari koja ima sve svoje kemijska svojstva. Sastoji se od atoma povezanih kemijskim vezama.
5. Planeti su najmasivnija tijela u Sunčevom sustavu, kreću se po eliptičnim putanjama oko Sunca.
6. Planetarni sustavi.
7. Zvijezde su svjetleće plinske (plazma) kugle, slične Suncu: sadrže najveći dio materije Svemira. Nastaju iz okoline plina i prašine (uglavnom od vodika i helija).
8. Galaksije su ogromni zvjezdani sustavi, do stotina milijardi zvijezda, posebno naša Galaksija (Mliječni put), koja sadrži više od 100 milijardi zvijezda.
9. Sustav galaksija.
Organska priroda (biosfera, život) ima sljedeće razine (vrste samoorganizacije):
1. Predstanična razina - dezonukleinske kiseline, ribonukleinske kiseline, proteini. Potonje - visokomolekularne organske tvari, građene od 20 aminokiselina, čine (uz nukleinske kiseline) osnovu životne aktivnosti svih organizama.
2. Stanica je elementarni živi sustav, osnova građe i vitalne aktivnosti svih biljaka i životinja.
3. Višestanični organizmi flore i faune
- pojedinci ili njihov skup.
4. Populacija - skup jedinki iste vrste koji dugo zauzima određeni prostor i razmnožava se kroz veliki broj generacija.
5. Biocenoza - skup biljaka, životinja i mikroorganizama koji nastanjuju određeno područje kopna ili vodeno tijelo.
6. Biogeocenoza (ekosustav) - homogeno područje zemljine površine, jedinstveni prirodni kompleks koji čine živi organizmi i njihovo stanište.
Prema veličini materija se dijeli na tri razine:
1. Makrosvijet - skup objekata čije su dimenzije usporedive s razmjerom ljudskog iskustva: prostorne količine izražene su u milimetrima, centimetrima, kilometrima, a vrijeme - u sekundama, minutama, satima, godinama.
2. Mikrosvijet - svijet iznimno malih mikroobjekata koji se ne mogu izravno uočiti, čija se prostorna dimenzija računa do 10 (-8) - do 16 (-16) cm, a životni vijek od beskonačnosti do 10 (- 24) sekundi.
3. Megasvijet je svijet ogromnih kozmičkih razmjera i brzina, udaljenost u kojem se mjeri svjetlosnim godinama (a brzina svjetlosti je 3.000.000 km/s), a životni vijek svemirskih tijela milijunima i milijardama godina.
Ovo je gledište materijalizma. Za razliku od materijalista, idealisti niječu materiju kao objektivnu stvarnost. Za subjektivne idealiste (Berkeley, Mach) materija je “kompleks osjeta”; za objektivne idealiste (Platon, Hegel) ona je proizvod duha, “drugo biće” ideje.
3. Kretanje i njegovi glavni oblici. Prostor i vrijeme.
U najširem smislu, kretanje primijenjeno na materiju je “promjena općenito”; ono uključuje sve promjene koje se događaju u svijetu. Ideje o kretanju kao promjeni nastale su u antičkoj filozofiji i razvijale su se na dva glavna pravca – materijalističkom i idealističkom.
Idealisti kretanje ne shvaćaju kao promjene u objektivnoj stvarnosti, već kao promjene u osjetilnim percepcijama, idejama i mislima. Dakle, pokušava se zamisliti kretanje bez materije. Materijalizam ističe atributivnost kretanja u odnosu na materiju (njezinu neodvojivost od nje) i primat kretanja materije u odnosu na promjene u duhu. Tako je F. Bacon branio ideju da je materija puna aktivnosti i da je usko povezana s kretanjem kao svojim urođenim svojstvom.
Kretanje je atribut, sastavno svojstvo materije, oni su usko povezani i ne postoje jedno bez drugog. Međutim, u povijesti znanja bilo je pokušaja da se ovaj atribut odvoji od materije. Dakle, pristaše "energeticizma" - trenda u filozofiji i prirodnim znanostima koji je nastao krajem 19. stoljeća. - početak 20. stoljeća pokušali su sve prirodne pojave svesti na modifikacije energije lišene materijalne osnove, tj. odvojiti gibanje (a energija je opća kvantitativna mjera raznih oblika gibanja materije) od materije. Energija je tumačena kao čisto duhovni fenomen, a ta “duhovna tvar” proglašena je osnovom svega postojećeg.
Ovaj koncept je nespojiv sa zakonom očuvanja transformacije energije, prema kojem energija u prirodi ne nastaje ni iz čega i ne nestaje; može se samo mijenjati iz jednog oblika u drugi. Stoga je kretanje neuništivo i neodvojivo od materije.
Materija je usko povezana s kretanjem, a postoji u obliku svojih specifičnih oblika. Glavni su: mehanički, fizikalni, kemijski, biološki i društveni. Ovu klasifikaciju prvi je predložio F. Engels, ali trenutno je prošla određene specifikacije i pojašnjenja. Tako danas postoje mišljenja da su samostalni oblici kretanja geološki, okolišni, planetarni, računalni itd.
Moderna znanost razvija ideju da mehaničko gibanje nije povezano ni s jednom posebnom strukturnom razinom organizacije materije. To je prije jedan aspekt, određeni presjek koji karakterizira interakciju nekoliko takvih razina. Također je postalo potrebno razlikovati kvantno mehaničko gibanje, koje karakterizira međudjelovanje elementarnih čestica i atoma, i makromehaničko gibanje makrotijela.
Ideje o biološkom obliku gibanja tvari znatno su obogaćene. Razjašnjene su ideje o njegovim primarnim materijalnim nositeljima. Osim proteinskih molekula, izolirane su DNA i RNA kiseline kao molekularni nositelji života.
Pri karakterizaciji oblika gibanja materije i njihovog međusobnog odnosa potrebno je imati u vidu sljedeće:
1. Svaki je oblik kvalitativno specifičan, ali su svi neraskidivo povezani i pod odgovarajućim uvjetima mogu odjednom postati suparnici.
2. Jednostavni (niži) oblici temelj su viših i složenijih oblika.
3. Viši oblici kretanja uključuju niže oblike u transformiranom obliku. Potonji su sekundarni u odnosu na viši oblik, koji ima svoje zakone.
4. Neprihvatljivo viši oblici smanjiti na najnižu. Tako su pristaše mehanizma (XVII-XIX st.) pokušavale objasniti sve pojave prirode i društva samo uz pomoć zakona klasične mehanike. Mehanizam je oblik redukcionizma, prema kojem se viši oblici organizacije (na primjer, biološki i društveni) mogu svesti na niže (na primjer, fizikalni ili kemijski) i potpuno objasniti samo zakonima potonjih (na primjer, socijalni darvinizam).
Kretanje kao “općenita promjena” dijeli se ne samo po glavnim oblicima, već i po vrstama. Kvantitet je vanjska izvjesnost predmeta (njegova veličina, volumen, veličina, tempo itd.);
ovo je promjena koja se događa s objektom bez njegove radikalne transformacije (na primjer, osoba koja hoda). Kvaliteta je radikalna transformacija unutarnje strukture predmeta, njegove suštine (na primjer, lutka leptir, tijesto-kruh). Posebna vrsta kretanja je razvoj. Razvoj se shvaća kao nepovratna, progresivna, kvantitativna i kvalitativna promjena u objektu ili pojavi (primjerice, ljudski život, kretanje povijesti, razvoj znanosti). Može doći do komplikacije strukture, povećanja razine organizacije objekta ili pojave, što se obično karakterizira kao napredak. Ako se kretanje događa u suprotnom smjeru - od savršenijih oblika prema manje savršenima, onda je to regresija. Nauka o razvoju u svom punom obliku je dijalektika.
Prostor i vrijeme. Prostor je oblik postojanja materije, koji izražava opseg, strukturu, red koegzistencije i jukstapozicije materijalnih objekata.
Vrijeme je oblik postojanja materije, koji izražava trajanje postojanja materijalnih objekata i slijed promjena koje se događaju s objektima.
Vrijeme i prostor su usko isprepleteni. Ono što se događa u prostoru događa se istovremeno u vremenu, a ono što se događa u vremenu događa se i u prostoru.
U povijesti filozofije i znanosti pojavila su se dva glavna koncepta prostora i vremena:
1. Supstancijalni koncept smatra prostor i vrijeme posebnim neovisnim entitetima koji postoje uz i neovisno o materijalnim objektima. Prostor je sveden na beskonačnu prazninu (“kutiju bez zidova”) koja sadrži sva tijela, vrijeme na “čisto” trajanje. Ova ideja, koju je u općem obliku formulirao Demokrit, dobila je svoj logičan zaključak u Newtonovom konceptu apsolutnog prostora i vremena, koji je vjerovao da njihova svojstva ne ovise o prirodi materijalnih procesa koji se odvijaju u svijetu.
2. Relacijski koncept smatra prostor i vrijeme ne posebnim entitetima neovisnim o materiji, već oblicima postojanja stvari i bez tih stvari ne postoje same po sebi (Aristotel, Leibniz, Hegel).
Supstancijalni i relacijski koncepti nisu jedinstveno povezani s materijalističkim ili idealističkim tumačenjem svijeta; oba su se razvila na jednoj ili drugoj osnovi. Dijalektički materijalistički koncept prostora i vremena bio je
formuliran u okviru relacijskog pristupa.
Prostor i vrijeme, kao oblici postojanja materije, imaju kako zajednička svojstva tako i karakteristike karakteristične za svaki od ovih oblika. U njihova univerzalna svojstva spadaju: objektivnost i neovisnost o ljudskoj svijesti, njihova neraskidiva međusobna povezanost i povezanost s pokretnom materijom, kvantitativna i kvalitativna beskonačnost, vječnost. Prostor karakterizira opseg materije, njenu strukturu i interakciju elemenata u materijalnim sustavima. To je neophodan uvjet za postojanje bilo kojeg materijalnog objekta. Prostor stvarnog postojanja je trodimenzionalan, homogen i izotropan. Homogenost prostora povezana je s nepostojanjem točaka "odabranih" u njemu na bilo koji način. Izotropnost prostora znači jednakost bilo kojeg od mogućih smjerova u njemu.
Vrijeme karakterizira materijalno postojanje kao vječno i neuništivo u svojoj ukupnosti. Vrijeme je jednodimenzionalno (od sadašnjosti prema budućnosti), asimetrično i nepovratno.
Manifestacija vremena i prostora je drugačija u razne forme kretanja, dakle, u novije vrijeme izdvajaju se biološki, psihološki, društveni i drugi prostori i vremena.
Tako je, na primjer, psihološko vrijeme povezano s njegovim mentalnim stanjima, stavovima itd. Vrijeme u određenoj situaciji može "usporiti" ili, obrnuto, "ubrzati", ono "leti" ili se "rasteže". Ovo je subjektivni osjećaj vremena.
Biološko vrijeme povezano je s bioritmovima živih organizama, s ciklusom dana i noći, s godišnjim dobima i ciklusima Sunčeve aktivnosti. Također se vjeruje da postoji mnogo bioloških prostora (primjerice, područja rasprostranjenosti određenih organizama ili njihovih populacija).
Društveno vrijeme, povezano s razvojem čovječanstva, s poviješću, također može ubrzati i usporiti svoj tempo. To je ubrzanje posebno karakteristično za dvadeseto stoljeće u vezi sa znanstvenim i tehnološkim napretkom. Znanstveno-tehnološka revolucija doslovno je stisnula društveni prostor i nevjerojatno ubrzala protok vremena, dajući eksplozivan karakter razvoju društveno-ekonomskih procesa. Planet je postao malen i tijesan za čovječanstvo u cjelini, a vrijeme prelaska s jednog kraja na drugi sada se mjeri satima, što je bilo jednostavno nezamislivo čak iu prošlom stoljeću.
U dvadesetom stoljeću, na temelju otkrića u prirodnim i egzaktnim znanostima, razriješen je spor između ova dva pojma. Pobijedio je relacijski. Tako je N. Lobačevski u svojoj neeuklidskoj geometriji došao do zaključka da svojstva prostora nisu uvijek i svugdje ista i nepromijenjena, već se mijenjaju ovisno o najopćenitijim svojstvima materije. Prema teoriji relativnosti
A. Einsteina, prostorno-vremenska svojstva tijela ovise o brzini njihova kretanja (tj. o pokazateljima materije). Prostorne dimenzije se smanjuju u smjeru gibanja kako se brzina tijela približava brzini svjetlosti u vakuumu (300 000 km/s), a vremenski procesi u brzokretnim sustavima se usporavaju. Također je dokazao da se vrijeme usporava u blizini masivnih tijela, baš kao što se događa u središtu planeta. Taj je učinak uočljiviji što je veća masa nebeskih tijela.
Tako je teorija relativnosti A. Einsteina pokazala neraskidivu vezu između materije, prostora i vremena.
U klasičnoj prirodnoj znanosti, a prije svega u prirodnoj znanosti prošlog stoljeća, učenje o principima strukturne organizacije materije zastupao je klasični atomizam. Na atomizmu su zatvorene teorijske generalizacije koje potječu iz svake od znanosti. Ideje atomizma poslužile su kao osnova za sintezu znanja i njezino izvorno uporište. U današnje vrijeme, pod utjecajem naglog razvoja svih područja prirodnih znanosti, klasični atomizam doživljava intenzivne transformacije. Najznačajnije i široko značajne promjene u našim predodžbama o principima strukturne organizacije materije su one promjene koje su izražene u sadašnjem razvoju koncepta sustava.
Opća shema hijerarhijske stupnjevite strukture materije, povezana s prepoznavanjem postojanja relativno neovisnih i stabilnih razina, čvornih točaka u nizu podjela materije, zadržava svoju snagu i heurističko značenje. Prema ovoj shemi, diskretni objekti određene razine materije, ulazeći u specifične interakcije, služe kao početni u formiranju i razvoju temeljno novih tipova objekata s različitim svojstvima i oblicima interakcije. Istovremeno, veća stabilnost i neovisnost izvornih, relativno elementarnih objekata određuje ponavljajuća i postojana svojstva, odnose i uzorke objekata više razine. Ova pozicija je ista za sustave različite prirode.
Strukturalnost i sustavna organizacija materije među njezinim su najvažnijim atributima, izražavajući uređenost postojanja materije i specifičnih oblika u kojima se ona manifestira.
Pod strukturom materije obično se podrazumijeva njezina struktura u makrokozmosu, tj. postojanje u obliku molekula, atoma, elementarnih čestica itd. To je zbog činjenice da je čovjek makroskopsko biće i da su mu makroskopska mjerila poznata, pa se pojam strukture obično povezuje s različitim mikro objektima.
Ali ako razmatramo materiju kao cjelinu, tada će pojam strukture materije obuhvatiti i makroskopska tijela, sve kozmičke sustave megasvijeta i na bilo kojoj proizvoljno velikoj prostorno-vremenskoj skali. S ove točke gledišta, koncept "strukture" se očituje u činjenici da postoji u obliku beskonačne raznolikosti integralnih sustava, usko međusobno povezanih, kao iu uređenosti strukture svakog sustava. Takva struktura je beskonačna u kvantitativnom i kvalitativnom smislu.
Manifestacije strukturne beskonačnosti materije su:
– neiscrpnost objekata i procesa mikrosvijeta;
– beskonačnost prostora i vremena;
– beskonačnost promjena i razvoja procesa.
Od cjelokupne raznolikosti oblika objektivne stvarnosti uvijek ostaje empirijski dostupno samo konačno područje materijalnog svijeta, koje se sada proteže na skali od 10 -15 do 10 28 cm, au vremenu - do 2 × 10 9 godina.
Strukturalnost i sustavna organizacija materije među njezinim su najvažnijim atributima. One izražavaju uređenost postojanja materije i onih specifičnih oblika u kojima se ona očituje.
Materijalni svijet je jedan: mislimo na to da su svi njegovi dijelovi - od neživih predmeta do živih bića, od nebeskih tijela do čovjeka kao člana društva - na neki način povezani.
Sustav je nešto što je na određeni način međusobno povezano i podliježe relevantnim zakonima.
Urednost skupa podrazumijeva postojanje pravilnih odnosa između elemenata sustava, što se očituje u obliku zakona strukturne organizacije. Svi prirodni sustavi imaju unutarnji red, koji nastaje kao rezultat međudjelovanja tijela i prirodnog samorazvoja materije. Vanjski je tipičan za umjetne sustave koje je stvorio čovjek: tehnički, proizvodni, konceptualni itd.
Strukturne razine materije formirane su od određenog skupa objekata bilo koje klase i karakterizirane su posebnom vrstom interakcije između svojih sastavnih elemenata.
Kriteriji za identifikaciju različitih strukturnih razina su sljedeći:
– prostorno-vremenske ljestvice;
– skup bitnih svojstava;
– specifični zakoni gibanja;
– stupanj relativne složenosti koji nastaje u procesu povijesnog razvoja materije na određenom području svijeta;
- neki drugi znakovi.
Trenutno poznate strukturne razine materije mogu se klasificirati prema gore navedenim karakteristikama u sljedeća područja.
1. Mikrosvijet. To uključuje:
– elementarne čestice i atomske jezgre – površine reda veličine 10 – 15 cm;
– atomi i molekule 10 –8 -10 –7 cm.
Mikrosvijet su molekule, atomi, elementarne čestice - svijet iznimno malih, neposredno nevidljivih mikroobjekata, čija se prostorna raznolikost računa od 10 -8 do 10 -16 cm, a životni vijek od beskonačnosti do 10 -24 cm. s.
2. Makrosvijet: makroskopska tijela 10 –6 -10 7 cm.
Makrosvijet je svijet stabilnih oblika i količina primjerenih čovjeku, kao i kristalnih sklopova molekula, organizama, zajednica organizama; svijet makroobjekata čija je dimenzija usporediva s razmjerom ljudskog iskustva: prostorne veličine izražavaju se u milimetrima, centimetrima i kilometrima, a vrijeme - u sekundama, minutama, satima, godinama.
Megasvijet su planeti, zvjezdani kompleksi, galaksije, metagalaksije - svijet ogromnih kozmičkih razmjera i brzina, udaljenost u kojem se mjeri svjetlosnim godinama, a životni vijek svemirskih objekata milijunima i milijardama godina.
I premda te razine imaju svoje specifične zakonitosti, mikro-, makro- i megasvjetovi usko su međusobno povezani.
3. Megasvijet: svemirski sustavi i neograničena mjerila do 1028 cm.
Različite razine materije karakteriziraju različite vrste veza.
Na skalama od 10-13 cm postoje jake interakcije, cjelovitost jezgre osiguravaju nuklearne sile.
Cjelovitost atoma, molekula i makrotijela osiguravaju elektromagnetske sile.
U kozmičkim razmjerima – gravitacijske sile.
Kako se veličina objekata povećava, energija interakcije se smanjuje. Ako uzmete energiju gravitacijska interakcija po jedinici, tada će elektromagnetsko međudjelovanje u atomu biti 1039 puta veće, a međudjelovanje između nukleona – čestica koje čine jezgru – 1041 puta veće. Što su materijalni sustavi manji, to su njihovi elementi čvršće međusobno povezani.
Podjela materije na strukturne razine je relativna. Na dostupnim prostorno-vremenskim ljestvicama struktura materije očituje se u njezinoj sistemskoj organizaciji, postojanju u obliku mnoštva hijerarhijski međusobno povezanih sustava, od elementarnih čestica do Metagalaksije.
Govoreći o strukturalnosti - unutarnjoj raščlanjenosti materijalnog postojanja, može se primijetiti da koliko god širok bio raspon svjetonazora znanosti, on je usko povezan s otkrivanjem sve više i više novih strukturnih formacija. Na primjer, ako je ranije pogled na Svemir bio ograničen na Galaksiju, zatim proširen na sustav galaksija, sada se Metagalaksija proučava kao poseban sustav sa specifičnim zakonima, unutarnjim i vanjskim interakcijama.
U modernoj znanosti široko se koristi metoda strukturalne analize, koja uzima u obzir sustavnu prirodu predmeta koji se proučavaju. Uostalom, struktura je unutarnje raščlanjivanje materijalnog postojanja, način postojanja materije. Strukturne razine materije formirane su od određenog skupa objekata bilo koje vrste i karakterizirane su posebnim načinom interakcije između svojih sastavnih elemenata; u odnosu na tri glavne sfere objektivne stvarnosti, ove razine izgledaju ovako (Tablica 1).
Tablica 1 – Strukturne razine materije
|
Anorganska priroda |
Živa priroda |
Društvo |
|
Submikroelementarni |
Biološka makromolekula |
Pojedinac |
|
Mikroelementarni |
Stanični |
Obitelj |
|
Nuklearna |
Mikroorganski |
Timovi |
|
Atomski |
Organi i tkiva |
Velike društvene grupe (klase, nacije) |
|
Molekularni |
Tijelo kao cjelina |
Država (civilno društvo) |
|
Makro razina |
Populacije |
Državni sustavi |
|
Mega razina (planete, zvjezdano-planetarni sustavi, galaksije) |
Biocenoza |
Čovječanstvo u cjelini |
|
Mega razina (metagalaksije) |
Biosfera |
Noosfera |
Svaka od sfera objektivne stvarnosti uključuje niz međusobno povezanih strukturnih razina. Unutar ovih razina dominantni su koordinacijski odnosi, a između razina subordinacijski odnosi.
Sustavno proučavanje materijalnih objekata uključuje ne samo utvrđivanje načina za opisivanje odnosa, veza i strukture mnogih elemenata, već i identificiranje onih od njih koji tvore sustav, tj. osigurati odvojeno funkcioniranje i razvoj sustava. Sustavni pristup materijalnim tvorevinama pretpostavlja mogućnost razumijevanja predmetnog sustava na višoj razini. Sustav obično karakterizira hijerarhijska struktura, tj. sekvencijalno uključivanje sustava niže razine u sustav više razine.
Dakle, struktura materije na razini nežive prirode (anorganske) uključuje elementarne čestice, atome, molekule (objekti mikrosvijeta, makrotijela i objekti megasvijeta: planeti, galaksije, metagalaktički sustavi itd.). Metagalaksija se često poistovjećuje s cijelim Svemirom, no Svemir se shvaća u krajnje širokom smislu te riječi, identičan je cjelokupnom materijalnom svijetu i pokretnoj materiji, što može uključivati mnoge metagalaksije i druge kozmičke sustave.
Divljina je također strukturirana. Razlikuje biološku razinu i društvenu razinu. Biološka razina uključuje podrazine:
– makromolekule (nukleinske kiseline, DNA, RNA, proteini);
– stanična razina;
– mikroorganski (jednostanični organizmi);
– organi i tkiva tijela u cjelini;
- populacija;
– biocenotski;
– biosfera.
Glavni pojmovi ove razine na posljednja tri podrazina su pojmovi biotop, biocenoza, biosfera, koji zahtijevaju objašnjenje.
Biotop je skup (zajednica) jedinki iste vrste (na primjer, čopor vukova) koji se mogu križati i razmnožavati vlastitu vrstu (populaciju).
Biocenoza je skup populacija organizama u kojima su otpadni proizvodi jednih uvjeti za postojanje drugih organizama koji nastanjuju neko kopneno ili vodeno područje.
Biosfera je globalni sustav života, onaj dio geografskog okoliša (donji dio atmosfere, gornji dio litosfere i hidrosfere), koji je stanište živih organizama, osigurava uvjete potrebne za njihov opstanak (temperatura, tlo, itd.), nastale kao rezultat međudjelovanja biocenoza.
Opća osnova života na biološkoj razini - organski metabolizam (razmjena tvari, energije i informacija s okolinom) - očituje se na bilo kojoj od identificiranih podrazina:
– na razini organizama metabolizam znači asimilaciju i disimilaciju kroz unutarstanične transformacije;
– na razini ekosustava (biocenoza) sastoji se od lanca transformacija tvari koju su inicijalno asimilirali organizmi proizvođači preko organizama potrošača i organizama razarača koji pripadaju različitim vrstama;
– na razini biosfere događa se globalno kruženje tvari i energije uz izravno sudjelovanje čimbenika kozmičke razine.
Na određenom stupnju razvoja biosfere nastaju posebne populacije živih bića koje su zahvaljujući svojoj radnoj sposobnosti formirale jedinstvenu razinu – društvenu. Društvena stvarnost u strukturnom aspektu podijeljena je na podrazine: pojedinci, obitelji, različiti kolektivi (industrijski), društvene grupe itd.
Strukturna razina društvene djelatnosti nalazi se u dvosmislenim linearnim međusobnim odnosima (primjerice, razina nacija i razina država). Ispreplitanje različitih razina unutar društva rađa ideju o dominaciji slučajnosti i kaosa u društvenom djelovanju. Ali pažljiva analiza otkriva prisutnost temeljnih struktura u njemu - glavnih sfera društvenog života, a to su materijalna i proizvodna, društvena, politička, duhovna sfera, koje imaju svoje vlastite zakone i strukture. Sve su one u određenom smislu podređene unutar društveno-ekonomske formacije, duboko strukturirane i određuju genetsko jedinstvo društvenog razvoja u cjelini.
Dakle, bilo koje od tri područja materijalne stvarnosti formirano je od niza specifičnih strukturnih razina, koje su u strogom poretku unutar određenog područja stvarnosti.
Prijelaz iz jednog područja u drugo povezan je s kompliciranjem i povećanjem broja formiranih čimbenika koji osiguravaju cjelovitost sustava. Unutar svake od strukturnih razina postoje odnosi subordinacije (molekularna razina uključuje atomsku razinu, a ne obrnuto). Obrasci novih razina nesvodivi su na obrasce razina na temelju kojih su nastali, a vodeći su za danu razinu organizacije materije. Strukturna organizacija, tj. sustavnost je način postojanja materije.
2. TRI “SLIKE” BIOLOGIJE. TRADICIONALNA ILI NATURALISTIČKA BIOLOGIJA
Također možemo govoriti o tri glavna smjera biologije ili, slikovito rečeno, tri slike biologije:
1. Tradicionalna ili naturalistička biologija. Njegov predmet proučavanja je živa priroda u svom prirodnom stanju i nepodijeljenoj cjelovitosti - "Hram prirode", kako ga je nazvao Erasmus Darwin. Podrijetlo tradicionalne biologije seže u srednji vijek, iako je sasvim prirodno ovdje se prisjetiti djela Aristotela koji je razmatrao pitanja biologije, biološkog napretka i pokušao sistematizirati žive organizme („ljestve prirode“). U 18. i 19. stoljeću datira formiranje biologije u samostalnu znanost - prirodoslovnu biologiju. Prva faza prirodoslovne biologije obilježena je stvaranjem klasifikacija životinja i biljaka. Tu spadaju poznata klasifikacija C. Linnaeusa (1707. – 1778.), koja je tradicionalna sistematizacija biljnog svijeta, kao i klasifikacija J.-B. Lamarck, koji je primijenio evolucijski pristup klasifikaciji biljaka i životinja. Tradicionalna biologija ni danas nije izgubila na važnosti. Kao dokaz navode mjesto ekologije među biološkim znanostima, kao iu cijeloj prirodnoj znanosti. Njezin je položaj i autoritet trenutno iznimno visok, a prvenstveno se temelji na načelima tradicionalne biologije, budući da proučava međusobne odnose organizama (biotički čimbenici) i s okolišem (abiotski čimbenici).
2. Funkcionalno-kemijska biologija, koja odražava konvergenciju biologije s egzaktnim fizikalnim i kemijskim znanostima. Značajka fizikalno-kemijske biologije je raširena uporaba eksperimentalnih metoda koje omogućuju proučavanje žive tvari na submikroskopskoj, supramolekularnoj i molekularnoj razini. Jedan od najvažnijih dijelova fizikalne i kemijske biologije je molekularna biologija - znanost koja proučava strukturu makromolekula koje su u osnovi žive tvari. Biologiju često nazivaju jednom od vodećih znanosti 21. stoljeća.
Najvažnije eksperimentalne metode koje se koriste u fizikalno-kemijskoj biologiji uključuju metodu obilježenih (radioaktivnih) atoma, metode analize rendgenske difrakcije i elektronske mikroskopije, metode frakcioniranja (npr. odvajanje raznih aminokiselina), korištenje računala itd.
3. Evolucijska biologija. Ova grana biologije proučava obrasce povijesnog razvoja organizama. Trenutno je koncept evolucionizma zapravo postao platforma na kojoj se odvija sinteza heterogenih i specijaliziranih znanja. Osnova moderne evolucijske biologije je Darwinova teorija. Također je zanimljivo da je Darwin u svoje vrijeme uspio identificirati takve činjenice i obrasce koji imaju univerzalni značaj, tj. teorija koju je stvorio primjenjiva je na objašnjenje pojava koje se događaju ne samo u živoj, već iu neživoj prirodi. Trenutno su sve prirodne znanosti prihvatile evolucijski pristup. Istodobno, evolucijska biologija je samostalno područje znanja, sa svojim problemima, metodama istraživanja i perspektivama razvoja.
Trenutno se pokušavaju sintetizirati ova tri smjera ("slike") biologije i formirati neovisnu disciplinu - teorijsku biologiju.
4. Teorijska biologija. Cilj teorijske biologije je razumijevanje najtemeljnijih i generalni principi, zakonitosti i svojstva u osnovi žive tvari. Ovdje različite studije iznose različita mišljenja o pitanju što bi trebalo postati temeljem teorijske biologije. Pogledajmo neke od njih:
Aksiomi biologije. B.M. Mednikov, istaknuti teoretičar i eksperimentator, izveo je 4 aksioma koji karakteriziraju život i razlikuju ga od "ne-života".
Aksiom 1. Svi živi organizmi moraju se sastojati od fenotipa i programa za njegovu izgradnju (genotip), koji se nasljeđuje iz generacije u generaciju. Ne nasljeđuje se struktura, nego opis strukture i upute za njezinu izradu. Život zasnovan samo na jednom genotipu ili jednom fenotipu je nemoguć, jer u ovom slučaju nemoguće je osigurati niti samoreprodukciju strukture niti njezino samoodržavanje. (D. Neumann, N. Wiener).
Aksiom 2. Genetski programi ne nastaju iznova, već se repliciraju na matrični način. Gen prethodne generacije koristi se kao matrica na kojoj se gradi gen buduće generacije. Život je matrično kopiranje praćeno samosastavljanjem kopija (N.K. Koltsov).
Aksiom 3. U procesu prijenosa s koljena na koljeno, genetski se programi, kao rezultat mnogih razloga, mijenjaju nasumično i neusmjereno, a tek se slučajno te promjene pokažu adaptivnima. Odabir slučajnih promjena nije samo temelj evolucije života, već i razlog njegovog nastanka, jer bez mutacija odabir ne funkcionira.
Aksiom 4.
U procesu formiranja fenotipa umnožavaju se slučajne promjene u genetskim programima, što omogućuje njihovu selekciju okolišnim čimbenicima. Zbog porasta slučajnih promjena u fenotipovima, evolucija žive prirode je fundamentalno nepredvidljiva (N.V. Timofeev-Resovski).
E.S. Bauer (1935) iznio je načelo stabilne neravnoteže živih sustava kao glavnu karakteristiku života.
L. Bertalanffy (1932.) smatra biološke objekte otvorenim sustavima u stanju dinamičke ravnoteže.
E. Schrödinger (1945.), B.P. Astauri su zamislili stvaranje teorijske biologije po uzoru na teorijsku fiziku.
S. Lem (1968) iznio je kibernetičko tumačenje života.
5. A.A. Malinovsky (1960.) je predložio matematičke i sistemske metode kao osnovu teorijske biologije.