PĀRBAUDE
pēc disciplīnas mūsdienu dabaszinātņu koncepcijas
Tēma Nr.9
"Matērijas organizācijas strukturālie līmeņi"
Plāns:
Ievads………………………………………………………………………………..2
- Sistēmu jēdzienu nozīme matērijas organizācijas strukturālo līmeņu analīzē……………….……………………………………2
Dzīves strukturālie līmeņi………………………………………………………..6
Makrokosmosa, mikrokosmosa un megakosmosa būtība…………………………….7
- Mikropasaule………………………………………………………………………………………..8
- Makropasaule………………………………………………………………..… …………11
- Megaworld………………………………………………………………… 12
- Makrokosmosa jēdziena klasiskās un mūsdienu izpratnes analīze…………………………………………………………………..13
Ievads.
Visus dabas objektus (dzīvo un nedzīvo dabu) var attēlot kā sistēmu, kurai ir pazīmes, kas raksturo to organizācijas līmeņus. Dzīvās vielas strukturālo līmeņu jēdziens ietver idejas par sistemātiskumu un ar to saistīto dzīvo organismu integritātes organizāciju. Dzīvā matērija ir diskrēta, t.i. ir sadalīta zemākas organizācijas daļās, kurām ir noteiktas funkcijas.
Strukturālie līmeņi atšķiras ne tikai sarežģītības klasēs, bet arī funkcionēšanas modeļos. Hierarhiskā struktūra ir tāda, ka katrs augstākais līmenis nekontrolē, bet ietver zemāko. Ņemot vērā organizācijas līmeni, var aplūkot dzīvas un nedzīvas dabas objektu organizācijas struktūru hierarhiju. Šī struktūru hierarhija sākas ar elementārdaļiņām un beidzas ar dzīvām kopienām. Strukturālo līmeņu jēdziens pirmo reizi tika ierosināts mūsu gadsimta 20. gados. Saskaņā ar to strukturālie līmeņi atšķiras ne tikai pēc sarežģītības klasēm, bet arī pēc funkcionēšanas modeļiem. Jēdziens ietver strukturālo līmeņu hierarhiju, kurā katrs nākamais līmenis ir iekļauts iepriekšējā.
- Sistēmu jēdzienu nozīme matērijas organizācijas strukturālo līmeņu analīzē.
Matērija (lat. Materia — viela), “...filozofiska kategorija, lai apzīmētu objektīvo realitāti, kas cilvēkam tiek dota viņa sajūtās, ko kopē, fotografē, parāda mūsu maņas, pastāv neatkarīgi no mums.”
Matērija ir bezgalīgs visu pasaulē pastāvošo objektu un sistēmu kopums, jebkuru īpašību, savienojumu, attiecību un kustības formu substrāts. Matērijā ietilpst ne tikai visi tieši novērojamie dabas objekti un ķermeņi, bet arī visi tie, kurus principā var uzzināt nākotnē, pamatojoties uz novērošanas un eksperimenta līdzekļu pilnveidošanu.
IN mūsdienu zinātne Priekšstati par materiālās pasaules uzbūvi ir balstīti uz sistemātisku pieeju, saskaņā ar kuru jebkurš materiālās pasaules objekts (atoms, organisms, galaktika un pats Visums) var tikt uzskatīts par kompleksu veidojumu, iekļaujot integritātē sakārtotas sastāvdaļas. .
Sistēmas pieejas pamatprincipi:
- Integritāte, kas ļauj vienlaikus uzskatīt sistēmu par vienotu veselumu un vienlaikus par apakšsistēmu augstākiem līmeņiem.
Struktūras hierarhija, tas ir, daudzu (vismaz divu) elementu klātbūtne, kas atrodas, pamatojoties uz zemāka līmeņa elementu pakļaušanu augstāka līmeņa elementiem. Šī principa īstenošana ir skaidri redzama jebkuras konkrētas organizācijas piemērā. Kā jūs zināt, jebkura organizācija ir divu apakšsistēmu mijiedarbība: vadošā un pārvaldītā. Viens ir pakārtots otram.
Strukturēšana, kas ļauj analizēt sistēmas elementus un to attiecības noteiktā organizatoriskā struktūrā. Parasti sistēmas funkcionēšanas procesu nosaka ne tik daudz tās atsevišķo elementu īpašības, cik pašas struktūras īpašības.
Daudzveidība, kas ļauj izmantot daudzus kibernētiskos, ekonomiskos un matemātiskos modeļus, lai aprakstītu atsevišķus elementus un sistēmu kopumā.
Lai apzīmētu objektu integritāti zinātnē, tika izstrādāts jēdziens “sistēma”.
Sistēma ir elementu komplekss, kas mijiedarbojas. Tulkojumā no grieķu valodas tas ir veselums, kas sastāv no daļām, savienojuma.
Jēdziens “elements” nozīmē minimālu, pēc tam nedalāmu komponentu noteiktā sistēmā. Sistēma var sastāvēt ne tikai no viendabīgiem objektiem, bet arī no neviendabīgiem objektiem. Tās struktūra var būt vienkārša vai sarežģīta. Sarežģīta sistēma sastāv no elementiem, kas savukārt veido dažādu sarežģītības un hierarhijas līmeņu apakšsistēmas.
Katrai sistēmai ir raksturīga ne tikai savienojumu un attiecību klātbūtne starp tās elementiem, bet arī tās nesaraujama vienotība ar vidi.
Var izšķirt dažādus sistēmu veidus:
- pēc saiknes rakstura starp daļām un veselumu - neorganisks un organisks;
pēc matērijas kustības formām - mehāniskās, fizikālās, ķīmiskās, fizikāli ķīmiskās;
attiecībā uz kustību - statistiskā un dinamiskā;
pēc izmaiņu veida - nefunkcionāls, funkcionāls, attīstošs;
pēc apmaiņas rakstura ar vidi - atvērta un slēgta;
pēc organizācijas pakāpes - vienkāršs un sarežģīts;
pēc attīstības līmeņa - zemāks un augstāks;
pēc izcelsmes rakstura - dabiska, mākslīga, jaukta;
attīstības virzienā - progresīvs un regresīvs.
Stabili savienojumi starp elementiem nosaka sistēmas sakārtotību. Starp sistēmas elementiem ir divu veidu savienojumi - horizontāli un vertikāli.
“Horizontālie” savienojumi ir koordinācijas savienojumi starp vienas kārtas elementiem. Tie ir savstarpēji saistīti: neviena sistēmas daļa nevar mainīties, nemainot citas daļas.
“Vertikālie” savienojumi ir subordinācijas savienojumi, tas ir, elementu subordinācija. Tie pauž sarežģīto sistēmas iekšējo struktūru, kur dažas daļas var būt zemākas par citām un būt tām pakārtotas. Vertikālā struktūra ietver sistēmas organizācijas līmeņus, kā arī to hierarhiju.
Līdz ar to jebkura sistēmiskā pētījuma sākumpunkts ir ideja par pētāmās sistēmas integritāti.
Sistēmas integritāte nozīmē, ka visas tās sastāvdaļas, mijiedarbojoties un savienojoties kopā, veido unikālu veselumu, kam ir jaunas sistēmas īpašības.
Sistēmas īpašības nav tikai tās elementu īpašību summa, bet gan kaut kas jauns, kas raksturīgs tikai sistēmai kopumā.
Tātad, saskaņā ar mūsdienu zinātniskajiem uzskatiem par dabu, visi dabas objekti ir sakārtotas, strukturētas, hierarhiski organizētas sistēmas.
Dabaszinātnēs ir divas lielas materiālo sistēmu klases: nedzīvās dabas sistēmas un dzīvās dabas sistēmas.
Nedzīvās dabas sistēmas ietver elementāras daļiņas un laukus, fizisko vakuumu, atomus, molekulas, makroskopiskus ķermeņus, planētas un planētu sistēmas, zvaigznes, galaktikas un galaktiku sistēmu - metagalaktiku.
Dzīvās dabas sistēmas ietver biopolimērus (informācijas molekulas), šūnas, daudzšūnu organismus, populācijas, biocenozes un biosfēru kā visu dzīvo organismu kopumu.
Dabā viss ir savstarpēji saistīts, tāpēc var atšķirt sistēmas, kas ietver gan dzīvās, gan nedzīvās dabas elementus – biogeocenozes un Zemes biosfēru.
- Dzīvo būtņu strukturālie līmeņi.
Biosfēra - ieskaitot visu dzīvo organismu kopumu uz Zemes, kā arī to dabisko vidi. Šajā līmenī bioloģijas zinātne risina tādu problēmu kā oglekļa dioksīda koncentrācijas izmaiņas atmosfērā. Izmantojot šo pieeju, zinātnieki ir atklājuši, ka pēdējā laikā oglekļa dioksīda koncentrācija katru gadu ir palielinājusies par 0,4%, radot globālas temperatūras paaugstināšanās draudus, tā sauktā "siltumnīcas efekta" rašanos.
Biocenožu līmenis izsaka nākamo dzīvo būtņu uzbūves posmu, kas sastāv no Zemes posmiem ar noteiktu dzīvo un nedzīvo komponentu sastāvu, kas pārstāv vienotu dabas kompleksu, ekosistēmu. Racionāla dabas izmantošana nav iespējama bez zināšanām par biogeocenožu jeb ekosistēmu uzbūvi un darbību.
Populācija-sugas līmenis veidojas, brīvi krustojoties vienas sugas īpatņiem. Tās pētījums ir svarīgs, lai noteiktu faktorus, kas ietekmē populācijas lielumu.
Organisms un orgānu audi līmeņi atspoguļo atsevišķu indivīdu īpašības, to uzbūvi, fizioloģiju, uzvedību, kā arī dzīvo būtņu orgānu un audu uzbūvi un funkcijas.
Šūnu un subcelulāri līmeņi atspoguļo šūnu specializācijas procesus, kā arī dažādus intracelulārus ieslēgumus.
Molekulārā līmenis ir molekulārās bioloģijas priekšmets, kuras viena no svarīgākajām problēmām ir ģenētiskās informācijas pārraides mehānismu izpēte un gēnu inženierijas un biotehnoloģijas attīstība.
Dzīvās matērijas dalījums līmeņos, protams, ir ļoti nosacīts. Konkrētu bioloģisku problēmu risinājums, piemēram, sugu skaita regulēšana, balstās uz datiem par visiem dzīvo būtņu līmeņiem. Taču visi biologi ir vienisprātis, ka dzīvajā pasaulē pastāv pakāpju līmeņi, sava veida hierarhija. To ideja skaidri atspoguļo sistemātisku pieeju dabas izpētei, kas palīdz to labāk izprast.
Dzīvās pasaules pamats ir šūna. Viņas pētījumi palīdz izprast visu dzīvo būtņu specifiku.
- Makrokosmosa, mikrokosmosa un megakosma būtība.
Kritēriji dažādu strukturālo līmeņu noteikšanai ir šādi:
- spatiotemporālās skalas;
būtisku īpašību kopums;
īpaši kustības likumi;
relatīvās sarežģītības pakāpe, kas rodas matērijas vēsturiskās attīstības procesā noteiktā pasaules apgabalā;
dažas citas pazīmes.
Mikropasaule.
Prefikss "mikro" attiecas uz ļoti maziem izmēriem. Tādējādi mēs varam teikt, ka mikrokosmoss ir kaut kas mazs.
Mikropasaule ir molekulas, atomi, elementārdaļiņas - ārkārtīgi mazu, tieši nenovērojamu mikroobjektu pasaule, kuras telpiskā dimensija ir aprēķināta no 10 -8 līdz 10 -16 cm, bet mūžs ir no bezgalības līdz 10 -24 sekundes.
Filozofijā cilvēks tiek pētīts kā mikrokosms, un fizikā, mūsdienu dabaszinātņu jēdzieni, molekulas tiek pētītas kā mikrokosmoss.
Mikropasaulei ir savas īpašības, kuras var izteikt šādi:
1) cilvēku izmantotās attāluma mērvienības (m, km utt.) ir vienkārši bezjēdzīgas;
2) bezjēdzīgi izmantot arī cilvēka svara mērvienības (g, kg, mārciņas utt.).
Senatnē Demokrits izvirzīja atomu hipotēzi par matērijas uzbūvi, vēlāk, 18. gadsimtā, to atdzīvināja ķīmiķis Dž.Daltons, ūdeņraža atomsvaru uzskatot par vienu un salīdzinot citu gāzu atomsvaru ar to.
Pateicoties J. Daltona darbiem, sāka pētīt atoma fizikālās un ķīmiskās īpašības. 19. gadsimtā D.I.Mendeļejevs uzbūvēja ķīmisko elementu sistēmu, pamatojoties uz to atommasu.
Fizikā jēdziens par atomiem kā pēdējiem nedalāmiem matērijas struktūras elementiem nāca no ķīmijas. Faktiski atoma fizikālie pētījumi sākās 19. gadsimta beigās, kad franču fiziķis A. A. Bekerels atklāja radioaktivitātes fenomenu, kas sastāvēja no dažu elementu atomu spontānas pārvēršanās par citu elementu atomiem.
Atoma struktūras izpētes vēsture aizsākās 1895. gadā, pateicoties J. Tomsona atklājumam elektronu, negatīvi lādētu daļiņu, kas ir daļa no visiem atomiem.
Tā kā elektroniem ir negatīvs lādiņš un atoms kopumā ir elektriski neitrāls, tika pieņemts, ka papildus elektronam ir arī pozitīvi lādēta daļiņa. Elektrona masa tika aprēķināta kā 1/1836 no pozitīvi lādētas daļiņas masas.
Bija vairāki atoma uzbūves modeļi.
1902. gadā angļu fiziķis V. Tomsons (lords Kelvins) ierosināja pirmo atoma modeli - pozitīvs lādiņš tiek izplatīts diezgan lielā laukumā, un elektroni tiek mijas ar to, piemēram, "rozīnes pudiņā".
1911. gadā E. Rezerfords piedāvāja atoma modeli, kas atgādināja Saules sistēmu: centrā atrodas atoma kodols, un elektroni pārvietojas ap to savās orbītās.
Kodolam ir pozitīvs lādiņš, un elektroniem ir negatīvs lādiņš. Tā vietā, lai Saules sistēmā iedarbotos gravitācijas spēki, atomā darbojas elektriskie spēki. Atoma kodola elektriskais lādiņš, kas skaitliski vienāds ar kārtas numuru Mendeļejeva periodiskajā sistēmā, tiek līdzsvarots ar elektronu lādiņu summu - atoms ir elektriski neitrāls.
Abi šie modeļi izrādījās pretrunīgi.
1913. gadā izcilais dāņu fiziķis N. Bors izmantoja kvantēšanas principu, lai atrisinātu atoma uzbūves un atomu spektru raksturlielumu problēmu.
N. Bora atoma modelis balstījās uz E. Rezerforda planetāro modeli un viņa izstrādāto atomu uzbūves kvantu teoriju. N. Bors izvirzīja hipotēzi par atoma uzbūvi, balstoties uz diviem postulātiem, kas ir pilnīgi nesavienojami ar klasisko fiziku:
1) katrā atomā ir vairāki stacionāri stāvokļi.
2) elektronam pārejot no viena stacionāra stāvokļa citā, atoms izstaro vai absorbē daļu enerģijas.
Galu galā būtībā nav iespējams precīzi aprakstīt atoma struktūru, pamatojoties uz ideju par punktveida elektronu orbītām, jo šādas orbītas faktiski nepastāv.
N. Bora teorija it kā reprezentē mūsdienu fizikas attīstības pirmā posma robežlīniju. Šis ir jaunākais mēģinājums aprakstīt atoma struktūru, pamatojoties uz klasiskā fizika, papildinot to tikai ar nelielu skaitu jaunu pieņēmumu.
Šķita, ka N. Bora postulāti atspoguļoja kādas jaunas, nezināmas matērijas īpašības, taču tikai daļēji. Atbildes uz šiem jautājumiem tika iegūtas kvantu mehānikas attīstības rezultātā. Izrādījās, ka N. Bora atommodelis nav jāuztver burtiski, kā tas bija sākumā. Procesus atomā principā nevar vizuāli attēlot mehānisku modeļu veidā pēc analoģijas ar notikumiem makrokosmosā. Pat telpas un laika jēdzieni makropasaulē pastāvošajā formā izrādījās nepiemēroti mikrofizikālo parādību aprakstīšanai. Teorētisko fiziķu atoms arvien vairāk kļuva par abstraktu, nenovērojamu vienādojumu summu.
Makropasaule.
Dabiski, ka ir objekti, kuru izmēri ir daudz lielāki nekā mikropasaulē esošie objekti. Šie objekti veido makrokosmu. Makropasauli “apdzīvo” tikai tie objekti, kas pēc izmēra ir salīdzināmi ar cilvēka augumu. Arī pašu cilvēku var uzskatīt par makrokosmosa objektu.
Makrokosmosam ir diezgan sarežģīta organizācija. Tās mazākais elements ir atoms, bet lielākā sistēma ir planēta Zeme. Tas ietver gan nedzīvas sistēmas, gan dažādu līmeņu dzīvās sistēmas. Katrs makropasaules organizācijas līmenis satur gan mikrostruktūras, gan makrostruktūras. Piemēram, šķiet, ka molekulas pieder pie mikrokosmosa, jo mēs tās tieši nenovērojam. Bet, no vienas puses, lielākā mikrokosmosa struktūra ir atoms. Un tagad mums ir iespēja redzēt pat daļu no ūdeņraža atoma, izmantojot jaunākās paaudzes mikroskopus. No otras puses, ir milzīgas molekulas, kuru uzbūve ir ārkārtīgi sarežģīta, piemēram, kodola DNS var būt gandrīz vienu centimetru garš. Šī vērtība jau ir diezgan salīdzināma ar mūsu pieredzi, un, ja molekula būtu biezāka, mēs to redzētu ar neapbruņotu aci.
Visas vielas, gan cietas, gan šķidras, sastāv no molekulām. Molekulas veido kristāla režģi, rūdas, akmeņus un citus objektus, t.i. ko varam sajust, redzēt utt. Tomēr, neskatoties uz tādiem milzīgiem veidojumiem kā kalni un okeāni, tās visas ir viena ar otru saistītas molekulas. Molekulas ir jauns organizācijas līmenis, tās visas sastāv no atomiem, kurus šajās sistēmās uzskata par nedalāmiem, t.i. sistēmas elementi.
Gan makrokosmosa fiziskais organizācijas līmenis, gan ķīmiskais līmenis attiecas uz molekulām un dažādiem matērijas stāvokļiem. Tomēr ķīmiskais līmenis ir daudz sarežģītāks. Tas netiek reducēts uz fizikālo, kas ņem vērā vielu uzbūvi, to fizikālās īpašības, kustību (tas viss tika pētīts klasiskās fizikas ietvaros), vismaz ķīmisko procesu sarežģītības un vielu reaktivitātes ziņā.
Makrokosmosa organizācijas bioloģiskajā līmenī papildus molekulām mēs parasti nevaram redzēt šūnas bez mikroskopa. Bet ir šūnas, kas sasniedz milzīgus izmērus, piemēram, astoņkāju neironu aksoni ir vienu metru vai pat vairāk. Tajā pašā laikā visām šūnām ir noteiktas līdzīgas pazīmes: tās sastāv no membrānām, mikrotubulām, daudzām ir kodoli un organoīdi. Visas membrānas un organellas savukārt sastāv no milzu molekulām (olbaltumvielām, lipīdiem utt.), un šīs molekulas sastāv no atomiem. Tāpēc gan milzu informācijas molekulas (DNS, RNS, fermenti), gan šūnas ir matērijas bioloģiskā organizācijas līmeņa mikrolīmeņi, kas ietver tādus milzīgus veidojumus kā biocenozes un biosfēru.
Megapasaule.
Megaworld ir objektu pasaule, kas ir nesamērīgi lielāki par cilvēkiem.
Viss mūsu Visums ir mega pasaule. Tās izmērs ir milzīgs, tas ir neierobežots un nepārtraukti paplašinās. Visums ir piepildīts ar objektiem, kas ir daudz lielāki par mūsu planētu Zemi un Sauli. Bieži gadās, ka atšķirība starp jebkuru zvaigzni ārpus Saules sistēmas ir desmitiem reižu lielāka nekā Zeme.
Mūsdienu zinātne uzskata megapasauli jeb kosmosu par visu mijiedarbojošu un attīstošu sistēmu debess ķermeņi. Megapasaulē ir sistēmiska organizācija planētu un planētu sistēmu veidā, kas rodas ap zvaigznēm, zvaigznēm un zvaigžņu sistēmām – galaktikām; galaktiku sistēmas - metagalaktikas.
Megapasaules izpēte ir cieši saistīta ar kosmoloģiju un kosmogoniju.
Kosmogonija ir astronomijas zinātnes nozare, kas pēta galaktiku, zvaigžņu, planētu un citu objektu izcelsmi. Mūsdienās kosmogoniju var iedalīt divās daļās:
1) Saules sistēmas kosmogonija. Šo kosmogonijas daļu (vai veidu) citādi sauc par planetāro;
2) zvaigžņu kosmogonija.
Un, lai gan visiem šiem līmeņiem ir savi specifiski likumi, mikropasaule, makropasaule un megapasaule ir savstarpēji cieši saistītas.
- Makrokosmosa jēdziena klasiskās un mūsdienu izpratnes analīze.
Nozīmīgākais turpmākajai dabaszinātņu attīstībai bija matērijas diskrētās struktūras - atomisma koncepcija, saskaņā ar kuru visi ķermeņi sastāv no atomiem - mazākajām daļiņām pasaulē.
Atomisma sākuma principi bija atomi un tukšums. Dabisko procesu būtība tika skaidrota, pamatojoties uz atomu mehānisko mijiedarbību, to pievilkšanu un atgrūšanu.
Tā kā mūsdienu zinātniskie priekšstati par matērijas organizācijas strukturālajiem līmeņiem tika izstrādāti klasiskās zinātnes ideju kritiskas pārdomāšanas gaitā, kas attiecināmas tikai uz makrolīmeņa objektiem, pētījums jāsāk ar klasiskās fizikas jēdzieniem.
I. Ņūtons, paļaujoties uz Galileja darbiem, izstrādāja stingru zinātnisku mehānikas teoriju, kas apraksta gan debess ķermeņu kustību, gan zemes objektu kustību pēc vieniem un tiem pašiem likumiem. Daba tika uzskatīta par sarežģītu mehānisku sistēmu. Matērija tika uzskatīta par materiālu vielu, kas sastāv no atsevišķām atomu vai korpusu daļiņām. Atomi ir absolūti spēcīgi, nedalāmi, necaurlaidīgi, tos raksturo masas un svara klātbūtne.
Kustība tika uzskatīta par kustību telpā pa nepārtrauktām trajektorijām saskaņā ar mehānikas likumiem. Tika uzskatīts, ka visus fiziskos procesus var reducēt līdz materiālo punktu kustībai gravitācijas ietekmē, kas ir liela attāluma
Sekojot Ņūtona mehānikai, tika izveidota hidrodinamika, elastības teorija, siltuma mehāniskā teorija, molekulārā kinētiskā teorija un vairākas citas, ar kurām fizika ir guvusi milzīgus panākumus. Tomēr bija divas jomas - optiskās un elektromagnētiskās parādības, kuras nevarēja pilnībā izskaidrot pasaules mehāniskā attēla ietvaros.
Izstrādājot optiku, I. Ņūtons, vadoties pēc savas mācības loģikas, gaismu uzskatīja par materiālu daļiņu plūsmu - asinsķermenīšiem. I.Ņūtona gaismas korpuskulārajā teorijā tika apgalvots, ka gaismas ķermeņi izstaro sīkas daļiņas, kas pārvietojas saskaņā ar mehānikas likumiem un, iekļūstot acī, rada gaismas sajūtu. Pamatojoties uz šo teoriju, I.Ņūtons izskaidroja gaismas atstarošanas un laušanas likumus.
Līdzās mehāniskajai korpuskulārajai teorijai optiskās parādības tika mēģināts skaidrot principiāli citādā veidā, proti, pamatojoties uz H. Haigensa formulēto viļņu teoriju. Par galveno argumentu par labu savai teorijai H. Huigenss uzskatīja faktu, ka divi gaismas stari, kas krustojas, iekļūst viens otrā bez jebkādiem traucējumiem, tieši tāpat kā divas viļņu rindas uz ūdens.
Saskaņā ar korpuskulāro teoriju starp emitēto daļiņu, piemēram, gaismas, stariem notiktu sadursmes vai vismaz kaut kādi traucējumi. Pamatojoties uz viļņu teoriju, H. Haigenss veiksmīgi izskaidroja gaismas atstarošanu un laušanu.
Tomēr pret to bija viens būtisks iebildums. Kā zināms, viļņi plūst ap šķēršļiem. Bet gaismas stars, kas izplatās taisnā līnijā, nevar plūst ap šķēršļiem. Ja gaismas stara ceļā novieto necaurspīdīgu ķermeni ar asu malu, tad tā ēnai būs asa mala. Tomēr šis iebildums drīz tika noņemts, pateicoties Grimaldi eksperimentiem. Veicot smalkāku novērojumu, izmantojot palielināmo lēcu, tika atklāts, ka asu ēnu robežās var redzēt vājas apgaismojuma zonas mainīgu gaišu un tumšu svītru vai halo veidā. Šo parādību sauca par gaismas difrakciju.
Gaismas viļņu teoriju 19. gadsimta pirmajās desmitgadēs atkal izvirzīja angļu fiziķis T. Jangs un franču dabaszinātnieks O. J. Fresnels. T. Jungs sniedza interferences fenomena skaidrojumu, t.i. tumšu svītru parādīšanās, kad gaisma tiek pielietota gaismai. Tās būtību var aprakstīt, izmantojot paradoksālu apgalvojumu: gaismai pievienotā gaisma ne vienmēr rada spēcīgāku gaismu, bet var radīt vājāku gaismu un pat tumsu. Iemesls tam ir tāds, ka saskaņā ar viļņu teoriju gaisma nav materiāla daļiņu plūsma, bet gan elastīgas vides vibrācijas jeb viļņu kustība. Ja viļņu ķēdes pretējās fāzēs pārklājas viena ar otru, kur viena viļņa virsotne sakrīt ar cita viļņa sile, tās iznīcina viena otru, kā rezultātā veidojas tumšas svītras.
Vēl viena fizikas joma, kurā mehāniskie modeļi izrādījās nepietiekami, bija elektromagnētisko parādību joma. Angļu dabaszinātnieka M. Faradeja eksperimenti un angļu fiziķa J. K. Maksvela teorētiskie darbi beidzot iznīcināja Ņūtona fizikas idejas par diskrēto matēriju kā vienīgo matērijas veidu un ielika pamatus pasaules elektromagnētiskajam attēlam. Elektromagnētisma fenomenu atklāja dāņu dabaszinātnieks H.K.Oersteds, kurš pirmais pamanīja elektrisko strāvu magnētisko efektu.
Vēlāk M. Faradejs nonāca pie secinājuma, ka elektrības un optikas izpēte ir savstarpēji saistītas un veido vienotu lauku. Viņa darbi kļuva par sākumpunktu Dž.K.Maksvela pētījumiem, kuru nopelni slēpjas M.Faraday ideju matemātiskajā attīstībā par magnētismu un elektrību.
Vispārinājis iepriekš eksperimentāli noteiktos elektromagnētisko parādību likumus (Kulons, Ampers) un M. Faradeja atklāto elektromagnētiskās indukcijas fenomenu, Maksvels atrada diferenciālvienādojumu sistēmu, kas tīri matemātiski apraksta elektromagnētisko lauku. Šī vienādojumu sistēma tās pielietojamības robežās sniedz pilnīgu elektromagnētisko parādību aprakstu un ir tikpat perfekta un loģiski saskaņota teorija kā Ņūtona mehānikas sistēma.
No vienādojumiem sekoja vissvarīgākais secinājums par tāda lauka neatkarīgas pastāvēšanas iespējamību, kas nav “piesaistīts” elektriskajiem lādiņiem. IN
utt................. 2. ievads
1. Kas ir matērija. Matērijas skatījuma rašanās vēsture 3
2. Vielas organizācijas strukturālie līmeņi:
2.1 mikropasaule 6
2.2 makropasaule 7
2,3 megapasaules 13
24. secinājums
Atsauces 25
- Ievads
- Kas ir matērija? Matērijas skatījuma rašanās vēsture
Matērija ir bezgalīgs visu pasaulē pastāvošo objektu un sistēmu kopums, jebkuru īpašību, savienojumu, attiecību un kustības formu substrāts. Matērijā ietilpst ne tikai visi tieši novērojamie dabas objekti un ķermeņi, bet arī visi tie, kurus principā var uzzināt nākotnē, pamatojoties uz novērošanas un eksperimenta līdzekļu pilnveidošanu. No marksistiski ļeņiniskās matērijas izpratnes viedokļa tā ir organiski saistīta ar filozofijas pamatjautājuma dialektiski materiālistisko risinājumu; tas izriet no pasaules materiālās vienotības principa, matērijas pārākuma attiecībā pret cilvēka apziņu un pasaules izzināšanas principa, pamatojoties uz konsekventu matērijas īpašību, savienojumu un kustības formu izpēti.
Pamats priekšstatiem par materiālās pasaules uzbūvi ir sistēmiskā pieeja, saskaņā ar kuru jebkurš materiālās pasaules objekts, vai tas būtu atoms, planēta, organisms vai galaktika, var tikt uzskatīts par sarežģītu veidojumu, kas ietver sastāvdaļas, kas sakārtotas integritāte. Lai zinātnē apzīmētu objektu integritāti, tika izstrādāts sistēmas jēdziens.
Matērija kā objektīva realitāte ietver ne tikai matēriju tās četros agregācijas stāvokļos (cieta, šķidra, gāzveida, plazma), bet arī fiziskos laukus (elektromagnētisko, gravitācijas, kodolenerģijas utt.), kā arī to īpašības, attiecības, produktu mijiedarbību. . Tas ietver arī antimateriālu (antidaļiņu kopums: pozitrons vai antielektrons, antiprotons, antineutrons), ko nesen atklāja zinātne. Antimatērija nekādā gadījumā nav antimatērija. Antimatērija vispār nevar pastāvēt.
Kustība un matērija ir organiski un nesaraujami saistītas viena ar otru: nav kustības bez matērijas, tāpat kā nav matērijas bez kustības. Citiem vārdiem sakot, pasaulē nav nemainīgu lietu, īpašību un attiecību. “Viss plūst”, viss mainās. Dažas formas vai tipi tiek aizstāti ar citiem, transformējas citās – kustība ir nemainīga. Miers ir dialektiski izzūdošs brīdis nepārtrauktā pārmaiņu un tapšanas procesā. Absolūts miers ir līdzvērtīgs nāvei, pareizāk sakot, neesamībai. Šajā sakarā var saprast A. Bergsonu, kurš visu realitāti uzskatīja par nedalāmu kustīgu kontinuitāti. Vai A.N. Vaitheds, kuram “realitāte ir process”. Gan kustība, gan atpūta noteikti ir fiksēta tikai attiecībā pret kādu atskaites sistēmu. Tādējādi tabula, pie kuras ir rakstītas šīs rindas, atrodas miera stāvoklī attiecībā pret doto telpu, kas, savukārt, atrodas miera stāvoklī attiecībā pret doto māju, un pati māja atrodas miera stāvoklī attiecībā pret Zemi. Bet kopā ar Zemi galds, istaba un māja pārvietojas ap zemes asi un ap Sauli.
Kustīgā matērija pastāv divās galvenajās formās – telpā un laikā. Telpas jēdziens kalpo, lai izteiktu materiālo sistēmu un to stāvokļu paplašinājuma īpašības un līdzāspastāvēšanas kārtību. Tas ir objektīvs, universāls (universāla forma) un nepieciešams. Laika jēdziens nosaka materiālo sistēmu stāvokļu izmaiņu ilgumu un secību. Laiks ir objektīvs, neizbēgams un neatgriezenisks. Ir jānošķir filozofiskās un dabaszinātniskās idejas par telpu un laiku. Pati filozofiskā pieeja šeit ir pārstāvēta ar četriem telpas un laika jēdzieniem: substanciālais un relāciju, statiskais un dinamiskais.
Uzskata par matēriju, kas sastāv no atsevišķām daļiņām, pamatlicējs bija Demokrits.
Demokrits noliedza matērijas bezgalīgo dalāmību. Atomi atšķiras viens no otra tikai pēc formas, savstarpējās pēctecības secības un novietojuma tukšā telpā, kā arī pēc izmēra un smaguma, kas ir atkarīgs no izmēra. Tiem ir bezgalīgi dažādas formas ar ieplakām vai izspiedumiem. Demokrits atomus sauc arī par "figūriem" vai "figūriņām", no kā izriet, ka Demokrita atomi ir mazākās, tālāk nedalāmās figūras vai figūriņas. Mūsdienu zinātnē ir bijis daudz diskusiju par to, vai Dēmokrīta atomi ir fiziski vai ģeometriski ķermeņi, taču pats Demokrits vēl nav nonācis pie atšķirības starp fiziku un ģeometriju. No šiem atomiem, kas pārvietojas dažādos virzienos, no sava “virpuļa”, pēc dabiskas nepieciešamības, savstarpēji līdzīgu atomu satuvināšanās rezultātā veidojas gan atsevišķi veseli ķermeņi, gan visa pasaule; atomu kustība ir mūžīga, un topošo pasauļu skaits ir bezgalīgs.
Cilvēkiem pieejamā objektīvās realitātes pasaule nepārtraukti paplašinās. Konceptuālās formas matērijas strukturālo līmeņu idejas izteikšanai ir dažādas.
Mūsdienu zinātne identificē trīs strukturālos līmeņus pasaulē.
2 . Matērijas organizācijas strukturālie līmeņi
2.1 Mikropasaule
Mikropasaule– tās ir molekulas, atomi, elementārdaļiņas - ārkārtīgi mazu, tieši nenovērojamu mikroobjektu pasaule, kuru telpiskā daudzveidība ir aprēķināta no 10 -8 līdz 10 -16 cm, bet mūžs ir no bezgalības līdz 10 -24 s.
Demokrits
senatnē
tika nominēta
Atomiskā hipotēze par vielas uzbūvi ,
vēlāk, 18. gadsimtā. atdzīvināja ķīmiķis J. Daltons, kurš uztvēra ūdeņraža atommasu kā vienu un salīdzināja ar to citu gāzu atomsvarus. Pateicoties J. Daltona darbiem, sāka pētīt atoma fizikālās un ķīmiskās īpašības. 19. gadsimtā D.I. Mendeļejevs izveidoja ķīmisko elementu sistēmu, pamatojoties uz to atomu svaru.
Fizikā jēdziens par atomiem kā pēdējiem nedalāmiem matērijas struktūras elementiem nāca no ķīmijas. Faktiski atoma fizikālie pētījumi sākās 19. gadsimta beigās, kad franču fiziķis A. A. Bekerels atklāja radioaktivitātes fenomenu, kas sastāvēja no dažu elementu atomu spontānas pārvēršanās par citu elementu atomiem.
Atoma struktūras izpētes vēsture aizsākās 1895. gadā, pateicoties J. Tomsona atklājumam elektronu, negatīvi lādētu daļiņu, kas ir daļa no visiem atomiem. Tā kā elektroniem ir negatīvs lādiņš un atoms kopumā ir elektriski neitrāls, tika pieņemts, ka papildus elektronam ir arī pozitīvi lādēta daļiņa. Elektrona masa tika aprēķināta kā 1/1836 no pozitīvi lādētas daļiņas masas.
Bija vairāki atoma uzbūves modeļi.
1902. gadā angļu fiziķis V. Tomsons (lords Kelvins) ierosināja pirmo atoma modeli - pozitīvs lādiņš tiek izplatīts diezgan lielā laukumā, un elektroni tiek mijas ar to, piemēram, "rozīnes pudiņā".
1911. gadā E. Rezerfords piedāvāja atoma modeli, kas atgādināja Saules sistēmu: centrā atrodas atoma kodols, un elektroni pārvietojas ap to savās orbītās.
Kodolam ir pozitīvs lādiņš, un elektroniem ir negatīvs lādiņš. Tā vietā, lai Saules sistēmā iedarbotos gravitācijas spēki, atomā darbojas elektriskie spēki. Atoma kodola elektriskais lādiņš, kas skaitliski vienāds ar kārtas numuru Mendeļejeva periodiskajā sistēmā, tiek līdzsvarots ar elektronu lādiņu summu - atoms ir elektriski neitrāls.
Abi šie modeļi izrādījās pretrunīgi.
1913. gadā izcilais dāņu fiziķis N. Bors izmantoja kvantēšanas principu, lai atrisinātu atoma uzbūves un atomu spektru raksturlielumu problēmu.
N. Bora atoma modelis balstījās uz E. Rezerforda planetāro modeli un viņa izstrādāto atomu uzbūves kvantu teoriju. N. Bors izvirzīja hipotēzi par atoma uzbūvi, balstoties uz diviem postulātiem, kas ir pilnīgi nesavienojami ar klasisko fiziku:
1) katrā atomā ir vairāki elektronu stacionāri stāvokļi (planētu modeļa valodā vairākas stacionāras orbītas), pa kuriem pārvietojas elektrons, neizstarojot ;
2) elektronam pārejot no viena stacionāra stāvokļa citā, atoms izstaro vai absorbē daļu enerģijas.
Galu galā būtībā nav iespējams precīzi aprakstīt atoma struktūru, pamatojoties uz ideju par punktveida elektronu orbītām, jo šādas orbītas faktiski nepastāv.
N. Bora teorija it kā reprezentē mūsdienu fizikas attīstības pirmā posma robežlīniju. Šis ir jaunākais mēģinājums aprakstīt atoma uzbūvi, pamatojoties uz klasisko fiziku, kas papildināts tikai ar nelielu skaitu jaunu pieņēmumu.
Šķita, ka N. Bora postulāti atspoguļoja kādas jaunas, nezināmas matērijas īpašības, taču tikai daļēji. Atbildes uz šiem jautājumiem tika iegūtas kvantu mehānikas attīstības rezultātā. Izrādījās, ka N. Bora atommodelis nav jāuztver burtiski, kā tas bija sākumā. Procesus atomā principā nevar vizuāli attēlot mehānisku modeļu veidā pēc analoģijas ar notikumiem makrokosmosā. Pat telpas un laika jēdzieni makropasaulē pastāvošajā formā izrādījās nepiemēroti mikrofizikālo parādību aprakstīšanai. Teorētisko fiziķu atoms arvien vairāk kļuva par abstraktu, nenovērojamu vienādojumu summu.
2.2 Makropasaule
Makropasaule- cilvēkam samērīgu stabilu formu un izmēru pasaule, kā arī molekulu, organismu, organismu kopienu kristāliskie kompleksi; makroobjektu pasaule, kuras dimensija ir korelēta arcilvēka pieredzes skalas: telpiskos lielumus izsaka milimetros, centimetros un kilometros, bet laiku - sekundēs, minūtēs, stundās, gados.
Dabas izpētes vēsturē var izdalīt divus posmus: pirmszinātnisko un zinātnisko.
Pirmszinātniska jeb dabasfilozofiska ,
aptver laika posmu no senatnes līdz eksperimentālās dabaszinātnes veidošanās 16.-17.gs. Novērotās dabas parādības tika skaidrotas, balstoties uz spekulatīviem filozofiskiem principiem.
Nozīmīgākais turpmākajai dabaszinātņu attīstībai bija matērijas diskrētās struktūras atomisma koncepcija, saskaņā ar kuru visi ķermeņi sastāv no atomiem - mazākajām daļiņām pasaulē.
Dabas izpētes zinātniskais posms sākas ar klasiskās mehānikas veidošanos.
Tā kā mūsdienu zinātniskie priekšstati par matērijas organizācijas strukturālajiem līmeņiem tika izstrādāti klasiskās zinātnes ideju kritiskas pārdomāšanas gaitā, kas attiecināmas tikai uz makrolīmeņa objektiem, jāsāk ar klasiskās fizikas jēdzieniem.
Zinātnisko uzskatu veidošanās par matērijas uzbūvi aizsākās 16. gadsimtā, kad G. Galileo lika pamatu pirmajam pasaules fiziskajam attēlam zinātnes vēsturē - mehāniskajam. Viņš ne tikai pamatoja N. Kopernika heliocentrisko sistēmu un atklāja inerces likumu, bet izstrādāja metodiku jaunam dabas aprakstīšanas veidam – zinātniskam un teorētiskam. Tās būtība bija tāda, ka tika identificētas tikai noteiktas fizikālās un ģeometriskās īpašības, kas kļuva par zinātniskās izpētes priekšmetu. Galileo rakstīja: "Es nekad nepieprasīšu no ārējiem ķermeņiem neko citu kā tikai izmēru, figūru, daudzumu un vairāk vai mazāk strauju kustību, lai izskaidrotu garšas, smaržas un skaņas rašanos."
I. Ņūtons, paļaujoties uz Galileja darbiem, izstrādāja stingru zinātnisku mehānikas teoriju, aprakstot gan debess ķermeņu kustību, gan zemes kustību.objektiem ar tiem pašiem likumiem. Daba tika uzskatīta par sarežģītu mehānisku sistēmu.
I.Ņūtona un viņa sekotāju izstrādātā pasaules mehāniskā attēla ietvaros radās diskrēts (korpuskulārais) realitātes modelis. Matērija tika uzskatīta par materiālu vielu, kas sastāv no atsevišķām daļiņām - atomiem vai asinsķermenīšiem. Atomi ir absolūti spēcīgi, nedalāmi, necaurlaidīgi, tos raksturo masas un svara klātbūtne.
Būtiska Ņūtona pasaules īpašība bija Eiklīda ģeometrijas trīsdimensiju telpa, kas ir absolūti nemainīga un vienmēr atrodas miera stāvoklī. Laiks tika pasniegts kā daudzums, kas nav atkarīgs ne no telpas, ne no matērijas.
Kustība tika uzskatīta par kustību telpā pa nepārtrauktām trajektorijām saskaņā ar mehānikas likumiem.
Ņūtona pasaules attēla rezultāts bija Visuma tēls kā gigantisks un pilnībā noteikts mehānisms, kur notikumi un procesi ir savstarpēji atkarīgu cēloņu un seku ķēde.
Mehāniskā pieeja dabas aprakstam ir izrādījusies ārkārtīgi auglīga. Sekojot Ņūtona mehānikai, tika izveidota hidrodinamika, elastības teorija, siltuma mehāniskā teorija, molekulārā kinētiskā teorija un vairākas citas, ar kurām fizika ir guvusi milzīgus panākumus. Tomēr bija divas jomas - optiskās un elektromagnētiskās parādības, kuras nevarēja pilnībā izskaidrot mehāniskā pasaules attēla ietvaros.
Līdzās mehāniskajai korpuskulārajai teorijai optiskās parādības tika mēģināts izskaidrot principiāli citādā veidā, proti, pamatojoties uz K. Haigensa formulēto viļņu teoriju. Viļņu teorija izveidoja analoģiju starp gaismas izplatīšanos un viļņu kustību pa ūdens virsmu vai skaņas viļņiem gaisā. Tas paredzēja elastīgas vides, kas aizpilda visu telpu, klātbūtni - gaismas ēteru. Pamatojoties uz X. Huygens viļņu teoriju, veiksmīgi izskaidroja gaismas atstarošanu un laušanu.
Vēl viena fizikas joma, kurā mehāniskie modeļi izrādījās nepietiekami, bija elektromagnētisko parādību joma. Angļu dabaszinātnieka M. Faradeja eksperimenti un angļu fiziķa J. K. Maksvela teorētiskie darbi beidzot iznīcināja Ņūtona fizikas idejas par diskrēto matēriju kā vienīgo matērijas veidu un ielika pamatus pasaules elektromagnētiskajam attēlam.
Elektromagnētisma fenomenu atklāja dāņu dabaszinātnieks H. K. Oersteds, kurš pirmais pamanīja elektrisko strāvu magnētisko efektu. Turpinot pētījumus šajā virzienā, M. Faradejs atklāja, ka īslaicīgas izmaiņas magnētiskajos laukos rada elektrisko strāvu.
M. Faradejs nonāca pie secinājuma, ka elektrības un optikas izpēte ir savstarpēji saistītas un veido vienotu lauku. Viņa darbi kļuva par sākumpunktu J. C. Maxwell pētījumiem, kuru nopelni ir M. Faradeja ideju par magnētismu un elektrību matemātiskā attīstībā. Maksvels “pārtulkoja” Faradeja lauka līniju modeli matemātiskā formulā. Jēdziens “spēku lauks” sākotnēji tika izstrādāts kā matemātisks palīgjēdziens. J.C. Maxwell piešķīra tam fizisku nozīmi un sāka uzskatīt lauku par neatkarīgu fizisko realitāti: "Elektromagnētiskais lauks ir tā telpas daļa, kas satur un ieskauj ķermeņus, kas atrodas elektriskā vai magnētiskā stāvoklī."
No saviem pētījumiem Maksvels varēja secināt, ka gaismas viļņi ir elektromagnētiskie viļņi. Vienoto gaismas un elektrības būtību, ko M. Faradejs ierosināja 1845. gadā un J. C. Maxwell teorētiski pamatoja 1862. gadā, eksperimentāli apstiprināja vācu fiziķis G. Hercs 1888. gadā.
Pēc G. Herca eksperimentiem lauka jēdziens fizikā beidzot nostiprinājās nevis kā matemātiska palīgkonstrukcija, bet gan kā objektīvi pastāvoša fiziskā realitāte. Tika atklāts kvalitatīvi jauns, unikāls matērijas veids.
Tātad līdz 19. gadsimta beigām. fizika ir nonākusi pie secinājuma, ka matērija eksistēdivi veidi: diskrētā viela un nepārtraukts lauks.
Sekojošo revolucionāro atklājumu fizikā rezultātā pagājušā gadsimta beigās un šī gadsimta sākumā tika iznīcinātas klasiskās fizikas idejas par vielu un lauku kā diviem kvalitatīvi unikāliem matērijas veidiem.
2.3 Megapasaules
Megapasaule- tās ir planētas, zvaigžņu kompleksi, galaktikas, metagalaktikas - milzīgu kosmisku mērogu un ātrumu pasaule, kuras attālums tiek mērīts gaismas gados, bet kosmosa objektu dzīves ilgums ir mērāms miljonos un miljardos gadu.
Un, lai gan šiem līmeņiem ir savi specifiski likumi, mikro, makro un mega pasaule ir cieši savstarpēji saistītas.
Mikroskopiskā līmenī fizika mūsdienās pēta procesus, kas notiek garumā no 10 līdz mīnus astoņpadsmitajai pakāpei cm, laika posmā no 10 līdz mīnus divdesmit sekunžu pakāpēm s. Megapasaulē zinātnieki izmanto instrumentus, lai reģistrētu objektus, kas atrodas tālu no mums aptuveni 9-12 miljardu gaismas gadu attālumā.
Mūsdienu zinātne uzlūko megapasauli jeb kosmosu kā visu debess ķermeņu sistēmu, kas mijiedarbojas un attīstās.
Visas esošās galaktikas ir iekļautas augstākās kārtas sistēmā- metagalaktika .
Metagalaktikas izmēri ir ļoti lieli: kosmoloģiskā horizonta rādiuss ir 15-20 miljardi gaismas gadu.
Jēdzieni “Visums” un “Metagalaktika” ir ļoti tuvi jēdzieni: tie raksturo vienu un to pašu objektu, bet dažādos aspektos. Jēdziens “Visums” nozīmē visu esošo materiālo pasauli; jēdziens “Metagalaktika” ir tā pati pasaule, bet no tās struktūras viedokļa - kā sakārtota galaktiku sistēma.
Visuma uzbūvi un evolūciju pēta kosmoloģija .
Kosmoloģija kā dabaszinātņu nozare atrodas unikālā zinātnes, reliģijas un filozofijas krustpunktā. Visuma kosmoloģiskie modeļi ir balstīti uz noteiktām ideoloģiskām premisām, un pašiem šiem modeļiem ir liela ideoloģiska nozīme.
Klasiskajā zinātnē pastāvēja tā sauktā Visuma līdzsvara stāvokļa teorija, saskaņā ar kuru Visums vienmēr ir bijis gandrīz tāds pats kā tagad. Astronomija bija statiska: tika pētītas planētu un komētu kustības, aprakstītas zvaigznes, izveidotas to klasifikācijas, kas, protams, bija ļoti svarīgi. Bet jautājums par Visuma evolūciju netika izvirzīts.
Mūsdienu kosmoloģiskie Visuma modeļi ir balstīti uz vispārējā teorija A. Einšteina relativitāte, saskaņā ar kuru metrikatelpu un laiku nosaka gravitācijas masu sadalījums Visumā. Tās īpašības kopumā nosaka vidējais vielas blīvums un citi specifiski fizikāli faktori.
Einšteina gravitācijas vienādojumam ir nevis viens, bet daudzi risinājumi,kas izskaidro daudzu Visuma kosmoloģisko modeļu esamību. Pirmo modeli 1917. gadā izstrādāja pats A. Einšteins. Viņš noraidīja Ņūtona kosmoloģijas postulātus par telpas un laika absolūtumu un bezgalību. Saskaņā ar A. Einšteina kosmoloģisko Visuma modeli pasaules telpa ir viendabīga un izotropa, matērija tajā ir sadalīta vidēji vienmērīgi, un masu gravitācijas pievilcību kompensē universālā kosmoloģiskā atgrūšanās.
Visuma esamība ir bezgalīga, t.i. nav sākuma vai beigu, un telpa ir neierobežota, bet ierobežota.
Visums A. Einšteina kosmoloģiskajā modelī ir stacionārs, bezgalīgs laikā un neierobežots telpā.
1922. gadā Krievu matemātiķis un ģeofiziķis A. A. Frīdmens noraidīja klasiskās kosmoloģijas postulātu par Visuma stacionāro dabu un ieguva Einšteina vienādojuma risinājumu, kas apraksta Visumu ar “paplašināšanos”.
Tā kā matērijas vidējais blīvums Visumā nav zināms, šodien mēs nezinām, kurā no šīm Visuma telpām mēs dzīvojam.
1927. gadā beļģu abats un zinātnieks J. Lemaitre saistīja ar “paplašināšanos”telpas ar astronomisko novērojumu datiem. Lemaitre ieviesa jēdzienu par Visuma sākumu kā singularitāti (t.i., superblīvu stāvokli) un Visuma dzimšanu kā Lielo sprādzienu.
1929. gadā amerikāņu astronoms E.P. Habls atklāja dīvainas attiecības starp galaktiku attālumu un ātrumu: visas galaktikas attālinās no mums, un ar ātrumu, kas palielinās proporcionāli attālumam - galaktiku sistēma paplašinās.
Visuma izplešanās tiek uzskatīta par zinātniski pierādītu faktu. Pēc Dž. Lemetra teorētiskajiem aprēķiniem, Visuma rādiuss sākotnējā stāvoklī bija 10 -12 cm, kas pēc izmēra ir tuvu elektrona rādiusam, un tā blīvums bija 10 96 g/cm 3 . Atsevišķā stāvoklī Visums bija nenozīmīga izmēra mikroobjekts. No sākotnējā vienskaitļa stāvokļa Visums pārcēlās uz izplešanos Lielā sprādziena rezultātā.
Retrospektīvie aprēķini nosaka Visuma vecumu 13-20 miljardus gadu. G.A. Gamovs ierosināja, ka vielas temperatūra bija augsta un samazinājās līdz ar Visuma izplešanos. Viņa aprēķini parādīja, ka Visums savā evolūcijā iziet noteiktus posmus, kuru laikā notiek ķīmisko elementu un struktūru veidošanās. Mūsdienu kosmoloģijā skaidrības labad Visuma evolūcijas sākotnējais posms ir sadalīts “laikmetos”.
Hadronu laikmets. Smagās daļiņas ienāk spēcīga mijiedarbība.
Leptonu laikmets. Gaismas daļiņas, kas nonāk elektromagnētiskā mijiedarbībā.
Fotonu laikmets. Ilgums 1 miljons gadu. Lielākā masas daļa – Visuma enerģija – nāk no fotoniem.
Zvaigžņu laikmets. Rodas 1 miljonu gadu pēc Visuma dzimšanas. Zvaigžņu laikmetā sākas protozvaigžņu un protogalaktiku veidošanās process.
Tad atklājas grandiozs priekšstats par metagalaktikas struktūras veidošanos.
Mūsdienu kosmoloģijā kopā ar Lielā sprādziena hipotēzi ļoti populārs ir Visuma inflācijas modelis, kurā tiek apsvērta Visuma radīšana. Radīšanas idejai ir ļoti sarežģīts pamatojums, un tā ir saistīta ar kvantu kosmoloģiju. Šis modelis apraksta Visuma evolūciju, sākot ar brīdi 10-45 s pēc izplešanās sākuma.
Inflācijas modeļa piekritēji saskata atbilstību starp kosmiskās evolūcijas un pasaules radīšanas posmiem, kas aprakstīti Bībeles 1. Mozus grāmatā.
Saskaņā ar inflācijas hipotēzi kosmiskā evolūcija agrīnajā Visumā iziet vairākus posmus.
Visuma sākumu teorētiskie fiziķi definē kā kvantu supergravitācijas stāvokli ar Visuma rādiusu 10-50 cm
Inflācijas stadija. Kvantu lēciena rezultātā Visums nonāca ierosinātā vakuuma stāvoklī un, ja tajā nebija matērijas un starojuma, intensīvi paplašinājās saskaņā ar eksponenciālu likumu. Šajā periodā tika izveidota paša Visuma telpa un laiks. Inflācijas posmā, kas ilgst 10 -34. Visums no neiedomājami maza kvanta izmēra 10 -33 uzpūtās līdz neiedomājami lielam 10 1000000 cm, kas ir par daudzām kārtām lielāks nekā novērojamā Visuma izmērs - 10 28 cm. Visā šajā sākotnējā periodā nebija ne matērijas, ne starojums Visumā.
Pāreja no inflācijas stadijas uz fotonu stadiju. Viltus vakuuma stāvoklis izjuka, atbrīvotā enerģija devās uz smago daļiņu un antidaļiņu dzimšanu, kuras, iznīcinot, radīja spēcīgu starojuma (gaismas) zibspuldzi, kas apgaismoja telpu.
Vielas atdalīšanas stadija no starojuma: matērija, kas paliek pēc iznīcināšanas, ir kļuvusi caurspīdīga starojumam, saskare starp vielu unstarojums pazuda. No matērijas atdalītais starojums veido mūsdienu relikto fonu, ko teorētiski paredzēja G. A. Gamovs un eksperimentāli atklāja 1965. gadā.
Pēc tam Visuma attīstība virzījās virzienā no vienkāršākā viendabīgā stāvokļa uz arvien sarežģītāku struktūru - atomu (sākotnēji ūdeņraža atomu), galaktiku, zvaigžņu, planētu, smago elementu sintēzi zvaigžņu zarnās, tai skaitā nepieciešams dzīvības radīšanai, dzīvības rašanās un kā radīšanas kronis - cilvēks.
Atšķirība starp Visuma evolūcijas posmiem inflācijas modelī un Lielā sprādziena modelī attiecas tikai uz sākotnējo posmu 10-30 s, tad starp šiem modeļiem nav principiālu atšķirību kosmiskās evolūcijas posmu izpratnē. .
Tikmēr šos modeļus ar zināšanu un iztēles palīdzību var izskaitļot datorā, taču jautājums paliek atklāts.
Vislielākās grūtības zinātniekiem rodas, izskaidrojot kosmiskās evolūcijas cēloņus. Ja mēs noliekam malā detaļas, mēs varam atšķirt divus galvenos jēdzienus, kas izskaidro Visuma evolūciju: pašorganizācijas jēdzienu un kreacionisma jēdzienu.
Pašorganizācijas jēdzienam materiālais Visums ir vienīgā realitāte, un bez tā nepastāv neviena cita realitāte. Visuma evolūciju raksturo pašorganizēšanās: notiek spontāna sistēmu sakārtošanās arvien sarežģītāku struktūru veidošanās virzienā. Dinamisks haoss rada kārtību.
Kreacionisma jēdziena ietvaros, t.i. radīšanu, Visuma evolūcija ir saistīta ar programmas īstenošanu ,
utt.................
Maskavas atklātā sociālā akadēmija
Matemātisko un vispārējo dabaszinātņu katedra
Akadēmiskā disciplīna:
Mūsdienu dabaszinātņu jēdzieni.
Abstrakta tēma:
Vielas organizācijas strukturālie līmeņi.
Neklātienes izglītības fakultāte
grupas numurs: FEB-3.6
Pārraugs:
Maskava 2009
IEVADS
I. Vielas organizācijas strukturālie līmeņi: mikro-, makro-, mega-pasaule
1.1. Mūsdienu skatījums uz matērijas strukturālo organizāciju
II. Struktūra un tās loma dzīvo sistēmu organizācijā
2.1 Sistēma un veselums
2.2 Detaļa un elements
2.3. Daļas un veseluma mijiedarbība
III. Atoms, cilvēks, Visums - gara sarežģījumu ķēde
SECINĀJUMU ATSAUCES
Ievads
Visus dabas objektus (dzīvo un nedzīvo dabu) var attēlot kā sistēmu, kurai ir pazīmes, kas raksturo to organizācijas līmeņus. Dzīvās vielas strukturālo līmeņu jēdziens ietver idejas par sistemātiskumu un ar to saistīto dzīvo organismu integritātes organizāciju. Dzīvā matērija ir diskrēta, t.i. ir sadalīta zemākas organizācijas daļās, kurām ir noteiktas funkcijas. Strukturālie līmeņi atšķiras ne tikai sarežģītības klasēs, bet arī funkcionēšanas modeļos. Hierarhiskā struktūra ir tāda, ka katrs augstākais līmenis nekontrolē, bet ietver zemāko. Diagramma visprecīzāk atspoguļo dabas holistisko ainu un dabaszinātņu attīstības līmeni kopumā. Ņemot vērā organizācijas līmeni, var aplūkot dzīvas un nedzīvas dabas objektu organizācijas struktūru hierarhiju. Šī struktūru hierarhija sākas ar elementārdaļiņām un beidzas ar dzīvām kopienām. Strukturālo līmeņu jēdziens pirmo reizi tika ierosināts 1920. gados. mūsu gadsimta. Saskaņā ar to strukturālie līmeņi atšķiras ne tikai pēc sarežģītības klasēm, bet arī pēc funkcionēšanas modeļiem. Jēdziens ietver strukturālo līmeņu hierarhiju, kurā katrs nākamais līmenis ir iekļauts iepriekšējā.
Šī darba mērķis ir izpētīt matērijas strukturālās organizācijas jēdzienu.
I. Matērijas organizācijas strukturālie līmeņi: mikro-, makro-, megapasaules
Mūsdienu zinātnē priekšstatu par materiālās pasaules uzbūvi pamats ir sistēmiskā pieeja, saskaņā ar kuru jebkurš materiālās pasaules objekts, vai tas būtu atoms, planēta utt. var uzskatīt par sistēmu - kompleksu veidojumu, kas ietver sastāvdaļas, elementus un savienojumus starp tiem. Elements šajā gadījumā nozīmē minimālu, tālāk nedalāmu dotās sistēmas daļu.
Savienojumu kopums starp elementiem veido sistēmas struktūru, stabilie savienojumi nosaka sistēmas sakārtotību. Horizontālie savienojumi koordinē un nodrošina sistēmas korelāciju (konsekvenci), neviena sistēmas daļa nevar mainīties, nemainot citas daļas. Vertikālie savienojumi ir pakļautības savienojumi, daži sistēmas elementi ir pakārtoti citiem. Sistēmai ir integritātes zīme – tas nozīmē, ka visas tās sastāvdaļas, apvienojot veselumā, veido kvalitāti, ko nevar reducēt līdz atsevišķu elementu īpašībām. Saskaņā ar mūsdienu zinātnes uzskatiem visi dabas objekti ir sakārtotas, strukturētas, hierarhiski organizētas sistēmas.
Vispārīgākajā vārda izpratnē “sistēma” nozīmē jebkuru apkārtējās pasaules objektu vai parādību un atspoguļo daļu (elementu) savstarpējo saistību un mijiedarbību veselumā. Struktūra ir sistēmas iekšējā organizācija, kas veicina tās elementu savienošanu vienotā veselumā un piešķir tai unikālas iezīmes. Struktūra nosaka objekta elementu secību. Elementi ir jebkuras parādības, procesi, kā arī jebkuras īpašības un attiecības, kas ir jebkāda veida savstarpējā saistībā un korelācijā viena ar otru.
Matērijas strukturālās organizācijas izpratnē svarīga loma ir jēdzienam “attīstība”. Nedzīvās un dzīvās dabas attīstības koncepcija tiek uzskatīta par neatgriezenisku virzītu dabas objektu struktūras maiņu, jo struktūra izsaka matērijas organizācijas līmeni. Struktūras vissvarīgākā īpašība ir tās relatīvā stabilitāte. Struktūra ir vispārēja, kvalitatīvi noteikta un relatīvi stabila iekšējo attiecību kārtība starp noteiktas sistēmas apakšsistēmām. Jēdziens "organizācijas līmenis", atšķirībā no jēdziena "struktūra", ietver ideju par izmaiņām struktūrās un to secību laikā. vēsturiskā attīstība sistēma no tās izveides brīža. Lai gan struktūras izmaiņas var būt nejaušas un ne vienmēr vērstas, izmaiņas organizācijas līmenī notiek vajadzīgajā veidā.
Sistēmas, kas sasniegušas atbilstošu organizācijas līmeni un kurām ir noteikta struktūra, iegūst spēju izmantot informāciju, lai ar vadības palīdzību saglabātu nemainīgu (vai palielinātu) savu organizācijas līmeni un veicinātu savas entropijas noturību (vai samazināšanos). entropija ir nekārtības mērs). Vēl nesen dabaszinātnes un citas zinātnes varēja iztikt bez holistiskas, sistemātiskas pieejas saviem izpētes objektiem, neņemot vērā stabilu struktūru veidošanās un pašorganizēšanās procesu izpēti.
Šobrīd sinerģētikā pētītās pašorganizēšanās problēmas kļūst aktuālas daudzās zinātnēs, sākot no fizikas līdz ekoloģijai.
Sinerģētikas uzdevums ir noskaidrot organizācijas organizēšanas un kārtības rašanās likumus. Atšķirībā no kibernētikas šeit uzsvars tiek likts nevis uz informācijas vadīšanas un apmaiņas procesiem, bet gan uz organizācijas veidošanas principiem, tās rašanos, attīstību un pašsarežģīšanos (G.Hakens). Jautājums par optimālu sakārtošanu un organizēšanu ir īpaši aktuāls, pētot globālās problēmas – enerģētikas, vides un daudzas citas, kas prasa milzīgu resursu iesaisti.
1.1. MODERNI VIEDOKĻI PAR MATĒRIJAS STRUKTURĀLO ORGANIZĀCIJU
Klasiskajā dabaszinātnē matērijas strukturālās organizācijas principu doktrīnu pārstāvēja klasiskais atomisms. Atomisma idejas kalpoja par pamatu visu zināšanu par dabu sintēzei. 20. gadsimtā klasiskais atomisms piedzīvoja radikālas pārvērtības.
Mūsdienu principi matērijas strukturālā organizācija ir saistīta ar sistēmas koncepciju attīstību un ietver dažas konceptuālas zināšanas par sistēmu un tās iezīmēm, kas raksturo sistēmas stāvokli, tās uzvedību, organizāciju un pašorganizāciju, mijiedarbību ar vidi, uzvedības mērķtiecību un paredzamību. un citas īpašības.
Vienkāršākā sistēmu klasifikācija ir sadalīt tās statiskajās un dinamiskajās, kas, neskatoties uz tā ērtību, tomēr ir nosacīta, jo viss pasaulē nemitīgi mainās. Dinamiskās sistēmas iedala deterministiskās un stohastiskās (varbūtības). Šīs klasifikācijas pamatā ir sistēmas uzvedības dinamikas prognozēšanas raksturs. Šādas sistēmas tiek pētītas mehānikā un astronomijā. Turpretim stohastiskās sistēmas, kuras parasti sauc par varbūtības-statistiskām, nodarbojas ar masīviem vai atkārtotiem nejaušiem notikumiem un parādībām. Tāpēc prognozes tajās nav ticamas, bet tikai varbūtības.
Pēc mijiedarbības rakstura ar vidi izšķir atvērtas un slēgtas (izolētas) sistēmas, dažkārt izšķir arī daļēji atvērtas sistēmas. Šī klasifikācija galvenokārt ir nosacīta, jo ideja par slēgtām sistēmām radās klasiskajā termodinamikā kā zināma abstrakcija. Lielākā daļa, ja ne visas, sistēmas ir atvērtā pirmkoda.
Daudzas sarežģītas sistēmas, kas sastopamas sociālajā pasaulē, ir vērstas uz mērķi, t.i. ir vērsta uz viena vai vairāku mērķu sasniegšanu, un dažādās apakšsistēmās un dažādos organizācijas līmeņos šie mērķi var būt atšķirīgi un pat nonākt pretrunā viens ar otru.
Sistēmu klasifikācija un izpēte ļāva izstrādāt jaunu izziņas metodi, ko sauca par sistēmu pieeju. Sistēmu ideju pielietošana ekonomisko un sociālo procesu analīzē veicināja spēļu teorijas un lēmumu teorijas rašanos. Nozīmīgākais solis sistēmu metodes izstrādē bija kibernētikas kā vispārējas teorijas par tehnisko sistēmu, dzīvo organismu un sabiedrības vadības rašanos. Lai gan individuālās kontroles teorijas pastāvēja pirms kibernētikas, vienotas starpdisciplināras pieejas izveide ļāva atklāt dziļākus un vispārīgākus kontroles modeļus kā informācijas uzkrāšanas, pārraidīšanas un transformācijas procesu. Pati kontrole tiek veikta, izmantojot algoritmus, kurus apstrādā datori.
Universālā sistēmu teorija, kas noteica sistēmas metodes fundamentālo lomu, izsaka, no vienas puses, materiālās pasaules vienotību un, no otras puses, vienotību. zinātniskās zināšanas. Šīs materiālo procesu apsvēršanas svarīgas sekas bija sistēmu zināšanu samazināšanas lomas ierobežojums. Kļuva skaidrs, ka jo vairāk daži procesi atšķiras no citiem, jo tie ir kvalitatīvi neviendabīgāki, jo grūtāk tos samazināt. Tāpēc sarežģītāku sistēmu likumus nevar pilnībā reducēt uz zemāku formu vai vienkāršāku sistēmu likumiem. Kā antipods redukcionisma pieejai rodas holistiskā pieeja (no grieķu holos — vesels), saskaņā ar kuru veselums vienmēr ir pirms daļām un vienmēr ir svarīgāks par daļām.
Katra sistēma ir veselums, ko veido tās savstarpēji saistītās un mijiedarbojošās daļas. Tāpēc dabas un sociālo sistēmu izziņas process var būt veiksmīgs tikai tad, ja to daļas un kopums tiek pētītas nevis pretstatā, bet mijiedarbībā savā starpā.
Mūsdienu zinātne sistēmas uzskata par sarežģītām, atvērtām, ar daudzām iespējām jauniem attīstības veidiem. Sarežģītas sistēmas attīstības un funkcionēšanas procesiem ir pašorganizēšanās raksturs, t.i. iekšēji konsekventas funkcionēšanas rašanās, pateicoties iekšējiem sakariem un sakariem ar ārējo vidi. Pašorganizācija ir matērijas paškustības procesa dabiska zinātniska izpausme. Dzīvās un nedzīvās dabas sistēmām, kā arī mākslīgajām sistēmām piemīt pašorganizēšanās spējas.
Mūsdienu zinātniski pamatotajā matērijas sistēmiskās organizācijas koncepcijā parasti izšķir trīs matērijas struktūras līmeņus:
mikropasaule - atomu un elementārdaļiņu pasaule - ārkārtīgi mazi tieši nenovērojami objekti, izmēri no 10-8 cm līdz 10-16 cm, un mūžs - no bezgalības līdz 10-24 s.
makrokosmoss ir stabilu formu un daudzumu pasaule, kas samērojama ar cilvēku: attālumi un ātrumi uz zemes, masas un tilpumi; makroobjektu dimensija ir salīdzināma ar cilvēka pieredzes mērogu – telpiskās dimensijas no milimetra daļām līdz kilometriem un laika dimensijas no sekundes daļām līdz gadiem.
megaworld – kosmosa pasaule (planētas, zvaigžņu kompleksi, galaktikas, metagalaktikas); milzīgu kosmisko mērogu un ātrumu pasaule, attālumu mēra gaismas gados, bet laiku mēra miljonos un miljardos gadu;
Dabas strukturālo līmeņu hierarhijas izpēte ir saistīta ar šīs hierarhijas robežu noteikšanas sarežģītās problēmas risināšanu gan megapasaulē, gan mikropasaulē. Katra nākamā posma objekti rodas un attīstās atsevišķu iepriekšējā posma objektu kopu kombinēšanas un diferenciācijas rezultātā. Sistēmas kļūst arvien vairāk un vairāk daudzlīmeņu. Sistēmas sarežģītība palielinās ne tikai tāpēc, ka palielinās līmeņu skaits. Būtiska kļūst jaunu attiecību veidošana starp līmeņiem un ar vidi, kas ir kopīga šādiem objektiem un to asociācijām.
Mikropasaulei, kas ir makropasaules un megapasaules apakšlīmenis, ir pilnīgi unikālas iezīmes, un tāpēc to nevar aprakstīt ar teorijām, kas saistītas ar citiem dabas līmeņiem. Jo īpaši šī pasaule pēc savas būtības ir paradoksāla. Princips “sastāv no” uz viņu neattiecas. Tādējādi, saduroties divām elementārdaļiņām, neveidojas mazākas daļiņas. Pēc divu protonu sadursmes rodas daudzas citas elementāras daļiņas, tostarp protoni, mezoni un hiperoni. Daļiņu “vairākkārtējas dzimšanas” fenomenu skaidroja Heizenbergs: sadursmes laikā liela kinētiskā enerģija tiek pārvērsta matērijā, un mēs novērojam daļiņu daudzkārtēju dzimšanu. Mikropasaule tiek aktīvi pētīta. Ja pirms 50 gadiem bija zināmi tikai 3 elementārdaļiņu veidi (elektrons un protons kā mazākās vielas daļiņas un fotons kā minimālā enerģijas daļa), tad šobrīd ir atklātas ap 400 daļiņu. Otrā mikrokosma paradoksālā īpašība ir saistīta ar mikrodaļiņas, kas ir gan vilnis, gan korpuskulis, duālo dabu. Tāpēc to nevar stingri viennozīmīgi lokalizēt telpā un laikā. Šī iezīme ir atspoguļota Heizenberga nenoteiktības attiecības principā.
Cilvēku novērotie matērijas organizācijas līmeņi tiek apgūti, ņemot vērā dabas apstākļi cilvēku mājvieta, t.i. ņemot vērā mūsu zemes likumus. Tomēr tas neizslēdz pieņēmumu, ka līmeņos, kas ir pietiekami tālu no mums, var pastāvēt vielas formas un stāvokļi, kam raksturīgas pilnīgi atšķirīgas īpašības. Šajā sakarā zinātnieki sāka atšķirt ģeocentriskas un neģeocentriskas materiālu sistēmas.
Ģeocentriskā pasaule ir Ņūtona laika un Eiklīda telpas atsauces un pamata pasaule, ko apraksta teoriju kopums, kas saistīts ar objektiem zemes mērogā. Neģeocentriskas sistēmas - īpašs veids objektīvā realitāte, ko raksturo cita veida atribūti, cita telpa, laiks, kustība nekā zemes. Pastāv pieņēmums, ka mikropasaule un megapasaule ir logi uz neģeocentriskām pasaulēm, kas nozīmē, ka to modeļi vismaz nelielā mērā ļauj iedomāties cita veida mijiedarbību nekā makropasaulē vai ģeocentriskajā realitātē.
Starp megapasauli un makropasauli nav stingras robežas. Parasti tiek uzskatīts, ka viņš
sākas ar aptuveni 107 distancēm un 1020 kg masu. Megapasaules sākuma atskaites punkts var būt Zeme (diametrs 1,28 × 10 + 7 m, masa 6 × 1021 kg). Tā kā megapasaule nodarbojas ar lieliem attālumiem, to mērīšanai tiek ieviestas īpašas vienības: astronomiskā vienība, gaismas gads un parseks.
Astronomiskā vienība (a.e.) - vidējais attālums no Zemes līdz Saulei ir 1,5 × 1011 m.
Gaismas gads – attālums, ko gaisma veic vienā gadā, proti, 9,46 × 1015 m.
Parsec (paralakss otrā) - attālums, kurā Zemes orbītas gada paralakse (t.i., leņķis, kurā redzama zemes orbītas puslielā ass, kas atrodas perpendikulāri redzes līnijai), ir vienāds ar vienu sekundi. Šis attālums ir vienāds ar 206265 AU. = 3,08 × 1016 m = 3,26 St. G.
Debess ķermeņi Visumā veido dažādas sarežģītības sistēmas. Tātad veidojas Saule un 9 planētas, kas pārvietojas ap to Saules sistēma. Lielākā daļa zvaigžņu mūsu galaktikā ir koncentrētas diskā, kas redzams no Zemes “no sāniem” miglainas joslas veidā, kas šķērso debess sfēru - Piena ceļu.
Visiem debess ķermeņiem ir sava attīstības vēsture. Visuma vecums ir 14 miljardi gadu. Tiek lēsts, ka Saules sistēmas vecums ir 5 miljardi gadu, Zemes - 4,5 miljardi gadu.
Mūsdienās diezgan plaši izplatīta ir cita materiālu sistēmu tipoloģija. Tas ir dabas dalījums neorganiskajā un organiskajā, kurā ir ieņemta īpaša vieta sociālā forma jautājums. Neorganiskās vielas ir elementārdaļiņas un lauki, atomu kodoli, atomi, molekulas, makroskopiski ķermeņi, ģeoloģiskie veidojumi. Organiskajai vielai ir arī daudzlīmeņu struktūra: pirmsšūnu līmenis - DNS, RNS, nukleīnskābes; šūnu līmenis – neatkarīgi eksistējoši vienšūnas organismi; daudzšūnu līmenis – audi, orgāni, funkcionālās sistēmas (nervu, asinsrites u.c.), organismi (augi, dzīvnieki); supraorganismu struktūras – populācijas, biocenozes, biosfēra. Sociālā matērija pastāv tikai pateicoties cilvēku darbībai un ietver īpašas apakšstruktūras: indivīdu, ģimeni, grupu, kolektīvu, valsti, nāciju utt.
II. STRUKTŪRA UN TĀS LOMA DZĪVES SISTĒMU ORGANIZĀCIJĀ
2.1. SISTĒMA UN KOPĀ
Sistēma ir elementu komplekss, kas mijiedarbojas. Tulkojumā no grieķu valodas tas ir veselums, kas sastāv no daļām, savienojuma.
Ilgu vēsturisku evolūciju piedzīvojis sistēmas jēdziens no 20. gadsimta vidus. kļūst par vienu no galvenajiem zinātnes jēdzieniem.
Galvenās idejas par sistēmu radās senā filozofija kā esības sakārtotība un vērtība. Sistēmas jēdzienam tagad ir ārkārtīgi plašs pielietojums: gandrīz katru objektu var uzskatīt par sistēmu.
Katrai sistēmai ir raksturīga ne tikai savienojumu un attiecību klātbūtne starp tās elementiem, bet arī tās nesaraujama vienotība ar vidi.
Var izšķirt dažādus sistēmu veidus:
Pēc saiknes rakstura starp daļām un veselumu - neorganiskā un organiskā;
Pēc matērijas kustības formām - mehāniskā, fizikālā, ķīmiskā, fizikāli ķīmiskā;
Saistībā ar kustību – statistiski un dinamiski;
Pēc izmaiņu veida - nefunkcionāls, funkcionāls, attīstošs;
Pēc apmaiņas rakstura ar vidi - atvērta un slēgta;
Pēc organizācijas pakāpes - vienkāršs un sarežģīts;
Pēc attīstības līmeņa - zemāk un augstāk;
Pēc izcelsmes rakstura - dabīgs, mākslīgs, jaukts;
Atbilstoši attīstības virzienam – progresīvais un regresīvais.
Saskaņā ar vienu no definīcijām veselums ir kaut kas tāds, kam netrūkst nevienas daļas, no kurām to veido veselums. Kopums obligāti paredz tā sastāvdaļu sistemātisku organizēšanu.
Veseluma jēdziens atspoguļo harmonisku daļu vienotību un mijiedarbību saskaņā ar noteiktu sakārtotu sistēmu.
Veseluma un sistēmas jēdzienu līdzība kalpoja par pamatu to pilnīgai identificēšanai, kas nav gluži pareiza. Sistēmas gadījumā mums ir darīšana nevis ar vienu objektu, bet ar mijiedarbojošu objektu grupu, kas savstarpēji ietekmē viens otru. Tā kā sistēma turpina uzlaboties, lai tās komponenti būtu sakārtoti, tā var kļūt par neatņemamu. Veseluma jēdziens raksturo ne tikai to veidojošo komponentu daudzveidību, bet arī to, ka daļu saikne un mijiedarbība ir dabiska, kas izriet no daļu un veseluma attīstības iekšējām vajadzībām.
Tāpēc kopums ir īpaša veida sistēma. Veseluma jēdziens atspoguļo sistēmas komponentu savstarpējo attiecību iekšēji nepieciešamo, organisko raksturu, un dažreiz izmaiņas vienā no komponentiem neizbēgami izraisa vienas vai citas izmaiņas otrā, un bieži vien visā sistēmā. .
Kopuma kā augstāka organizācijas līmeņa īpašības un mehānismu, salīdzinot ar daļām, kas to organizē, nevar izskaidrot tikai ar šo daļu īpašību un darbības momentu summēšanu, aplūkojot atsevišķi viena no otras. Jaunas veseluma īpašības rodas tā daļu mijiedarbības rezultātā, tāpēc, lai izzinātu veselumu, līdzās zināšanām par daļu īpašībām ir jāzina arī veseluma organizācijas likums, t.i. daļu apvienošanas likums.
Tā kā kopums kā kvalitatīva noteiktība ir tā sastāvdaļu mijiedarbības rezultāts, ir jāpakavējas pie to īpašībām. Būdami sistēmas vai veseluma sastāvdaļas, tās savā starpā veido dažādas attiecības. Attiecības starp elementiem var iedalīt "elements - struktūra" un "daļa - veselums". Veseluma sistēmā tiek ievērota daļu pakārtotība veselumam. Kopuma sistēmai ir raksturīgs tas, ka tā spēj radīt orgānus, kuriem tai trūkst.
2.2 DAĻA UN ELEMENTS
Elements ir objekta sastāvdaļa, kas var būt vienaldzīga pret objekta specifiku. Struktūras kategorijā var atrast sakarības un attiecības starp elementiem, kas ir vienaldzīgi pret tās specifiku.
Detaļa ir arī objekta neatņemama sastāvdaļa, taču, atšķirībā no elementa, detaļa ir sastāvdaļa, kas nav vienaldzīga pret objekta specifiku kopumā (piemēram, galds sastāv no daļām - vāka un kājiņām, bet, piemēram, galds sastāv no detaļām, kas nav vienaldzīgs). kā arī elementi - skrūves, bultskrūves, kuras var izmantot citu priekšmetu stiprināšanai: skapji, skapji utt.)
Dzīvs organisms kopumā sastāv no daudzām sastāvdaļām. Daži no tiem būs vienkārši elementi, citi tajā pašā laikā daļas. Daļas ir tikai tās sastāvdaļas, kas ir raksturīgas dzīvības funkcijām (vielmaiņai utt.): ārpusšūnu dzīvā viela; šūna; Tekstils; orgāns; orgānu sistēma.
Visām tām ir dzīvām būtnēm raksturīgas funkcijas, tās visas pilda savas īpašās funkcijas veseluma organizācijas sistēmā. Tāpēc daļa ir veseluma sastāvdaļa, kuras darbību nosaka daba, pati veseluma būtība.
Papildus detaļām ķermenī ir arī citas sastāvdaļas, kurām pašām nepiemīt dzīvības funkcijas, t.i. ir nedzīvas sastāvdaļas. Tie ir elementi. Nedzīvi elementi atrodas visos dzīvās vielas sistēmiskās organizācijas līmeņos:
Šūnas protoplazmā ir cietes graudi, tauku pilieni, kristāli;
Daudzšūnu organismā nedzīvās sastāvdaļas, kurām nav sava vielmaiņas un nespēj vairoties, ir mati, nagi, ragi, nagi un spalvas.
Tādējādi daļa un elements veido nepieciešamās dzīvo būtņu organizācijas sastāvdaļas kā vienotu sistēmu. Bez elementiem (nedzīvām sastāvdaļām) nav iespējama detaļu (dzīvu komponentu) darbība. Tāpēc tikai abu elementu un daļu kopējā vienotība, t.i. nedzīvās un dzīvās sastāvdaļas, veido sistēmisku dzīves organizāciju, tās integritāti.
2.2.1. DAĻAS UN ELEMENTA KATEGORIJU SAISTĪBA
Attiecības starp kategoriju daļu un elementu ir ļoti pretrunīgas. Kategorijas daļas saturs atšķiras no kategorijas elementa: elementi ir visas veselumu veidojošās sastāvdaļas neatkarīgi no tā, vai tajos ir izteikta veseluma specifika vai nē, un daļas ir tikai tie elementi, kuros objekta specifika. kā veselums ir tieši izteikts, tāpēc daļas kategorija ir šaurāka nekā elementa kategorija. No otras puses, daļas kategorijas saturs ir plašāks nekā elementa kategorija, jo tikai noteikta elementu kopa veido daļu. Un to var parādīt saistībā ar jebkuru veselumu.
Tas nozīmē, ka veseluma strukturālajā organizācijā ir noteikti līmeņi vai robežas, kas atdala elementus no daļām. Tajā pašā laikā atšķirība starp kategorijām daļu un elementu ir ļoti relatīva, jo tos var savstarpēji pārveidot, piemēram, orgāni vai šūnas funkcionējot tiek pakļauti iznīcināšanai, kas nozīmē, ka no daļām tie pārvēršas par elementiem un netikumiem. otrādi, tie atkal ir būvēti no nedzīva, t.i. elementi un kļūt par daļām. Elementi, kas netiek izvadīti no organisma, var pārvērsties sāls nogulsnēs, kas jau ir ķermeņa sastāvdaļa, turklāt diezgan nevēlamā.
2.3. DAĻAS UN VESELUMA MIJIEDARBĪBA
Daļas un veseluma mijiedarbība ir tāda, ka viens paredz otru, tie ir vienoti un nevar pastāvēt viens bez otra. Nav veseluma bez daļas un otrādi: nav daļu ārpus veseluma. Daļa kļūst par daļu tikai veseluma sistēmā. Daļa savu nozīmi iegūst tikai caur veselumu, tāpat kā veselums ir daļu mijiedarbība.
Daļas un veseluma mijiedarbībā vadošā, noteicošā loma pieder veselumam. Organisma daļas nevar pastāvēt neatkarīgi. Pārstāvot organisma privātās adaptīvās struktūras, daļas rodas evolūcijas attīstības gaitā visa organisma labā.
Veseluma noteicošo lomu attiecībā pret daļām organiskajā dabā vislabāk apliecina autotomijas un reģenerācijas parādības. Aiz astes noķerta ķirzaka aizbēg, atstājot astes galu. Tas pats notiek ar krabju un vēžu nagiem. Autotomija, t.i. ķirzakai astes pašgriešana, krabjiem un vēžiem spīles ir aizsargfunkcija, kas veicina organisma adaptāciju, attīstījusies evolūcijas procesā. Ķermenis upurē savu daļu veseluma glābšanas un saglabāšanas interesēs.
Autotomijas fenomens tiek novērots gadījumos, kad organisms spēj atjaunot zaudēto daļu. Trūkstošā ķirzakas astes daļa ataug (bet tikai vienu reizi). Arī krabjiem un vēžiem bieži izaug nolauzti nagi. Tas nozīmē, ka ķermenis vispirms spēj zaudēt daļu, lai saglabātu visu, lai pēc tam atjaunotu šo daļu.
Reģenerācijas fenomens vēl vairāk parāda daļu pakārtotību veselumam: veselumam noteikti ir vienā vai otrā pakāpē jāizpilda zaudētās daļas. Mūsdienu bioloģija atklāja, ka ne tikai zemiski organizētām radībām (augiem un vienšūņiem), bet arī zīdītājiem piemīt atjaunošanās spējas.
Ir vairāki reģenerācijas veidi: tiek atjaunoti ne tikai atsevišķi orgāni, bet arī veseli organismi no atsevišķām tā daļām (hidra no gredzena, kas izgriezts no ķermeņa vidus, vienšūņi, koraļļu polipi, annelīdi, jūras zvaigznes utt.). Krievu folklorā mēs zinām Čūsku-Goriņiču, kurai labie biedri nogrieza galvas, kas uzreiz atkal izauga... Vispārīgi bioloģiskajā ziņā reģenerāciju var uzskatīt par pieauguša organisma spēju attīstīties.
Taču veseluma noteicošā loma attiecībā pret daļām nenozīmē, ka daļām tiek atņemta to specifika. Kopuma noteicošā loma paredz nevis pasīvu, bet aktīvu daļu lomu, kuras mērķis ir nodrošināt normālu organisma dzīvi kopumā. Notiek iesniegšana vispārējā sistēma kopumā, daļas saglabā relatīvu neatkarību un autonomiju. No vienas puses, daļas darbojas kā veseluma sastāvdaļas, no otras puses, tās pašas ir unikālas neatņemamas struktūras, sistēmas ar savām specifiskām funkcijām un struktūrām. Daudzšūnu organismā no visām daļām tieši šūnas pārstāv augstāko integritātes un individualitātes līmeni.
Fakts, ka daļas saglabā relatīvo neatkarību un autonomiju, ļauj iegūt relatīvu neatkarību atsevišķu orgānu sistēmu izpētē: muguras smadzenes, veģetatīvā nervu sistēma, gremošanas sistēmas utt., kam ir liela nozīme praksē. Piemērs tam ir ļaundabīgo audzēju relatīvās neatkarības iekšējo cēloņu un mehānismu izpēte un atklāšana.
Daļu relatīvā neatkarība lielākā mērā nekā dzīvniekiem ir raksturīga augiem. Viņiem ir raksturīga dažu daļu veidošanās no citām - veģetatīvā vairošanās. Ikviens savā dzīvē droši vien ir redzējis citu augu spraudeņus, kas uzpotēti, piemēram, ābelei.
3..ATOMS, CILVĒKS, VISUMS - GARA KOMPlikāciju ķēde
Mūsdienu zinātnē plaši tiek izmantota strukturālās analīzes metode, kas ņem vērā pētāmā objekta sistemātisko raksturu. Galu galā struktūra ir materiālās esamības iekšēja sadalīšana, matērijas pastāvēšanas veids. Strukturālie matērijas līmeņi veidojas no noteiktas jebkura veida objektu kopas, un tiem raksturīgs īpašs to veidojošo elementu mijiedarbības veids; attiecībā uz trim galvenajām objektīvās realitātes sfērām šie līmeņi izskatās šādi.
| MATĒRIJAS STRUKTURĀLIE LĪMEŅI | |||
Neorganisks | Sabiedrība | ||
| 1 | Submikroelementārs | Bioloģiskā makromolekulārais | Individuāls |
| 2 | Mikroelementārais | Mobilais | Ģimene |
| 3 | Kodolenerģija | Mikroorganisks | Komandas |
| 4 | Atomisks | Orgāni un audi | Lielas sociālās grupas (šķiras, tautas) |
| 5 | Molekulārā | Ķermenis kopumā | Valsts (pilsoniskā sabiedrība) |
| 6 | Makro līmenis | Populācija | Valsts sistēmas |
| 7 | Mega līmenis (planētas, zvaigžņu-planētu sistēmas, galaktikas) | Biocenoze | Cilvēcība |
| 8 | Meta līmenis (metagalaktikas) | Biosfēra | Noosfēra |
Katra no objektīvās realitātes sfērām ietver vairākus savstarpēji saistītus strukturālos līmeņus. Šajos līmeņos dominē koordinācijas attiecības, bet starp līmeņiem dominē subordinācijas attiecības.
Sistemātiska materiālo objektu izpēte ietver ne tikai veidu noteikšanu, kā aprakstīt daudzu elementu attiecības, savienojumus un struktūru, bet arī identificēt tos no tiem, kas veido sistēmu, tas ir, nodrošina sistēmas atsevišķu darbību un attīstību. Sistemātiska pieeja materiālajiem veidojumiem paredz iespēju izprast attiecīgo sistēmu augstākā līmenī. Sistēmu parasti raksturo hierarhiska struktūra, tas ir, zemāka līmeņa sistēmas secīga iekļaušana augstāka līmeņa sistēmā. Tādējādi matērijas struktūra nedzīvās dabas (neorganiskās) līmenī ietver elementārdaļiņas, atomus, molekulas (mikropasaules objektus, makroķermeņus un megapasaules objektus: planētas, galaktikas, metagalaktiku sistēmas utt.). Metagalaktiku bieži identificē ar visu Visumu, taču Visumu saprot ārkārtīgi plašā vārda nozīmē, tā ir identiska visai materiālajai pasaulei un kustīgajai matērijai, kas var ietvert daudzas metagalaktikas un citas kosmiskās sistēmas.
Savvaļas dzīvnieki ir arī strukturēti. Tas izšķir bioloģisko un sociālo līmeni. Bioloģiskais līmenis ietver apakšlīmeņus:
Makromolekulas (nukleīnskābes, DNS, RNS, olbaltumvielas);
Šūnu līmenis;
Mikroorganiskie (vienšūnas organismi);
Ķermeņa orgāni un audi kopumā;
Populācija;
Biocenotisks;
Biosfēra.
Šī līmeņa galvenie jēdzieni pēdējos trīs apakšlīmeņos ir biotopa, biocenozes, biosfēras jēdzieni, kas prasa skaidrojumu.
Biotops ir vienas un tās pašas sugas (piemēram, vilku bara) kolekcija (kopa), kas var krustoties un radīt savas sugas (populācijas).
Biocenoze ir organismu populāciju kopums, kurā dažu atkritumu produkti ir nosacījumi citu organismu pastāvēšanai, kas apdzīvo zemes vai ūdens apgabalu.
Biosfēra ir globāla dzīvības sistēma, tā ģeogrāfiskās vides daļa (atmosfēras apakšējā daļa, litosfēras augšdaļa un hidrosfēra), kas ir dzīvo organismu dzīvotne, kas nodrošina to izdzīvošanai nepieciešamos apstākļus (temperatūra, augsne). u.c.), veidojas mijiedarbības biocenožu rezultātā.
Dzīves vispārējais pamats bioloģiskā līmenī - organiskā vielmaiņa (materiālu, enerģijas un informācijas apmaiņa ar vidi) izpaužas jebkurā no identificētajiem apakšlīmeņiem:
Organismu līmenī vielmaiņa nozīmē asimilāciju un disimilāciju caur intracelulārām transformācijām;
Ekosistēmu līmenī (biocenoze) tas sastāv no vielas transformācijas ķēdes, ko sākotnēji asimilēja ražotājorganismi caur patērētājorganismiem un iznīcinātājiem, kas pieder dažādi veidi;
Biosfēras līmenī notiek globāla matērijas un enerģijas cirkulācija ar tiešu faktoru līdzdalību kosmiskā mērogā.
Noteiktā biosfēras attīstības stadijā rodas īpašas dzīvo būtņu populācijas, kuras, pateicoties savām darba spējām, ir izveidojušas unikālu līmeni – sociālo. Sociālā darbība strukturālajā aspektā ir sadalīta apakšlīmeņos: indivīdi, ģimenes, dažādas komandas (rūpnieciskās), sociālās grupas utt.
Sociālās aktivitātes strukturālais līmenis atrodas neviennozīmīgās lineārās attiecībās savā starpā (piemēram, nāciju līmenis un valstu līmenis). Aust dažādi līmeņi sabiedrībā tas rada priekšstatu par nejaušības un haosa dominēšanu sociālajā darbībā. Taču rūpīga analīze atklāj tajā fundamentālo struktūru klātbūtni - galvenās sabiedriskās dzīves sfēras, kas ir materiālā un ražošanas, sociālā, politiskā, garīgā sfēra, kurām ir savi likumi un struktūras. Tie visi zināmā mērā ir pakārtoti sociāli ekonomiskajā veidojumā, dziļi strukturēti un nosaka sociālās attīstības ģenētisko vienotību kopumā. Tādējādi jebkura no trim materiālās realitātes jomām veidojas no vairākiem specifiskiem strukturāliem līmeņiem, kas ir stingri sakārtoti noteiktā realitātes jomā. Pāreja no vienas zonas uz otru ir saistīta ar sarežģītību un izveidoto faktoru skaita palielināšanos, kas nodrošina sistēmu integritāti. Katrā strukturālajā līmenī pastāv subordinācijas attiecības (molekulārais līmenis ietver atomu līmeni, nevis otrādi). Jauno līmeņu modeļi ir nereducējami līdz to līmeņu modeļiem, uz kuru pamata tie radušies, un ir vadošie noteiktā matērijas organizācijas līmenī. Strukturālā organizācija, t.i. sistemātiskums ir matērijas pastāvēšanas veids.
Secinājums
Mūsdienu zinātnē plaši tiek izmantota strukturālās analīzes metode, kas ņem vērā pētāmo objektu sistemātisko raksturu. Galu galā struktūra ir materiālās esamības iekšēja sadalīšana, matērijas pastāvēšanas veids.
Matērijas organizācijas strukturālie līmeņi ir veidoti pēc piramīdas principa: augstākie līmeņi sastāv no liela skaita zemāko līmeņu. Zemākie līmeņi ir matērijas pastāvēšanas pamatā. Bez šiem līmeņiem turpmāka “matērijas piramīdas” būvniecība nav iespējama. Augstāki (sarežģīti) līmeņi veidojas evolūcijas ceļā – pakāpeniski pārejot no vienkārša uz sarežģītu. Strukturālie matērijas līmeņi veidojas no noteiktas jebkura veida objektu kopas, un tiem raksturīgs īpašs to veidojošo elementu mijiedarbības veids.
Visus dzīvās un nedzīvās dabas objektus var attēlot noteiktu sistēmu veidā, kurām ir īpašas iezīmes un īpašības, kas raksturo to organizācijas līmeni. Ņemot vērā organizācijas līmeni, var aplūkot dzīvas un nedzīvas dabas objektu organizācijas struktūru hierarhiju. Šāda struktūru hierarhija sākas ar elementārdaļiņām, kas pārstāv sākotnējo matērijas organizācijas līmeni, un beidzas ar dzīvām organizācijām un kopienām – augstākajiem organizācijas līmeņiem.
Dzīvās vielas strukturālo līmeņu jēdziens ietver idejas par sistemātiskumu un ar to saistīto dzīvo organismu organisko integritāti. Tomēr sistēmu teorijas vēsture sākās ar mehānisku izpratni par dzīvās vielas organizāciju, saskaņā ar kuru viss augstākais tika reducēts uz zemāko: dzīvības procesi - uz fizikālo un ķīmisko reakciju kopumu, bet ķermeņa organizācija - uz zemāko. molekulu, šūnu, audu, orgānu u.c.
Bibliogrāfija
1. Daņilova V.S. Mūsdienu dabaszinātņu pamatjēdzieni: Proc. rokasgrāmata universitātēm. – M., 2000. – 256 lpp.
2. Naydysh V.M. Mūsdienu dabaszinātņu jēdzieni: mācību grāmata.. Red. 2., pārskatīts un papildu – M.; Alfa-M; INFRA-M, 2004. – 622 lpp.
3. Ruzavins G.I. Mūsdienu dabaszinātņu jēdzieni: mācību grāmata augstskolām. – M., 2003. – 287 lpp.
4. Mūsdienu dabaszinātņu jēdziens: Ed. Profesors S.I. Samygina, sērija “Mācību grāmatas un mācību līdzekļi” - 4. izdevums, pārskatīts. un papildu – Rostova n/a: “Fēnikss”.2003 -448c.
5. Dubnischeva T.Ya. Mūsdienu dabaszinātņu jēdziens: mācību grāmata skolēniem. augstskolas / 6. izd., labots. un papildu -M; Izdevniecības centrs "Akadēmija", -20006.-608c.
Matērijas jēdziens (hils) pirmo reizi tika atrasts Platonā. Matērija viņa izpratnē ir noteikts substrāts (materiāls), kam nav īpašību, no kura veidojas dažāda izmēra un formas ķermeņi; tas ir bezformīgs, nenoteikts, pasīvs. Pēc tam viela, kā likums, tika identificēta ar noteiktu vielu vai atomiem. Zinātnei un filozofijai attīstoties, matērijas jēdziens pamazām zaudē jutekliski konkrētās iezīmes un kļūst arvien abstraktāks. Tas ir paredzēts, lai aptvertu bezgalīgu dažādību visam, kas patiešām pastāv un nav reducējams līdz apziņai.
Dialektiski materiālistiskajā filozofijā matērija tiek definēta kā objektīva realitāte, kas mums tiek dota sajūtās, pastāv neatkarīgi no cilvēka apziņas un atspoguļojas tajā. Šī definīcija ir vispieņemtākā mūsdienu krievu filozofiskajā literatūrā. Matērija ir vienīgā viela, kas pastāv. Tā ir mūžīga un bezgalīga, neradīta un neiznīcināma, neizsīkstoša un pastāvīgā kustībā, spējīga pašorganizēties un pārdomāt. Tā pastāv – causa sui, cēlonis pats par sevi (B. Spinoza). Visas šīs īpašības (substancialitāte, neizsmeļamība, neiznīcināmība, kustība, mūžība) nav atdalāmas no matērijas un tāpēc tiek sauktas par tās atribūtiem. No matērijas nav atdalāmas tās formas – telpa un laiks.
Matērija ir sarežģīta sistēmas organizācija. Pēc mūsdienu zinātniskajiem datiem, matērijas struktūrā (dalīšanas princips ir dzīvības klātbūtne) var izdalīt divus lielus pamatlīmeņus: neorganisko vielu (nedzīvā daba) un organisko vielu (dzīvā daba).
Neorganiskā daba ietver šādus struktūras līmeņus:
1. Elementārdaļiņas ir fizikālās vielas mazākās daļiņas (fotoni, protoni, neitrīno u.c.), no kurām katrai ir sava antidaļiņa. Pašlaik ir zināmas vairāk nekā 300 elementārdaļiņas (tostarp antidaļiņas), tostarp tā sauktās “virtuālās daļiņas”, kas starpstāvokļos pastāv ļoti īsu laiku. Elementārdaļiņām raksturīga iezīme
- spēja veikt savstarpējas pārvērtības.
2. Atoms ir ķīmiskā elementa mazākā daļiņa, kas saglabā savas īpašības. Tas sastāv no kodola un elektronu apvalka. Atoma kodols sastāv no protoniem un neitroniem.
3. Ķīmiskais elements ir atomu kopums ar vienādu kodollādiņu. Ir zināmi 107 ķīmiskie elementi (19 iegūti mākslīgi), no kuriem sastāv visas nedzīvās un dzīvās dabas vielas.
4. Molekula - mazākā vielas daļiņa, kurai ir viss ķīmiskās īpašības. Sastāv no atomiem, kas savienoti ar ķīmiskām saitēm.
5. Planētas ir masīvākie ķermeņi Saules sistēmā, kas pārvietojas pa eliptiskām orbītām ap Sauli.
6. Planētu sistēmas.
7. Zvaigznes ir gaismas gāzes (plazmas) bumbiņas, līdzīgas Saulei: tās satur lielāko daļu Visuma matērijas. Tie veidojas no gāzes un putekļu vides (galvenokārt no ūdeņraža un hēlija).
8. Galaktikas ir milzu zvaigžņu sistēmas, līdz pat simtiem miljardu zvaigžņu, jo īpaši mūsu galaktika (Piena ceļš), kurā ir vairāk nekā 100 miljardi zvaigžņu.
9. Galaktiku sistēma.
Organiskajai dabai (biosfērai, dzīvībai) ir šādi līmeņi (pašorganizācijas veidi):
1. Pirmsšūnu līmenis - dezonukleīnskābes, ribonukleīnskābes, olbaltumvielas. Pēdējās - augstas molekulārās organiskās vielas, kas veidotas no 20 aminoskābēm, veido (kopā ar nukleīnskābēm) visu organismu dzīvības aktivitātes pamatu.
2. Šūna ir elementāra dzīva sistēma, visu augu un dzīvnieku uzbūves un dzīvībai svarīgās aktivitātes pamats.
3. Floras un faunas daudzšūnu organismi
- indivīdi vai to kopums.
4. Populācija - vienas sugas īpatņu kopums, kas ilgstoši aizņem noteiktu telpu un vairojas lielā paaudžu skaitā.
5. Biocenoze - augu, dzīvnieku un mikroorganismu kolekcija, kas apdzīvo noteiktu zemes vai ūdens objektu.
6. Biogeocenoze (ekosistēma) - viendabīgs zemes virsmas laukums, vienots dabisks komplekss, ko veido dzīvi organismi un to dzīvotne.
Pamatojoties uz izmēru, viela ir sadalīta trīs līmeņos:
1. Makropasaule - objektu kopums, kuru izmēri ir salīdzināmi ar cilvēka pieredzes mērogu: telpiskie lielumi tiek izteikti milimetros, centimetros, kilometros, bet laiks - sekundēs, minūtēs, stundās, gados.
2. Mikropasaule - ārkārtīgi mazu, tieši nenovērojamu mikroobjektu pasaule, kuras telpiskā dimensija ir aprēķināta līdz 10 (-8) - līdz 16 (-16) cm, un mūžs no bezgalības līdz 10 (- 24) sekundes.
3. Megaworld ir milzīgu kosmisko mērogu un ātrumu pasaule, kuras attālumu mēra gaismas gados (un gaismas ātrums ir 3 000 000 km/s), bet kosmosa objektu dzīves ilgums ir mērāms miljonos un miljardos gadu.
Tas ir materiālisma skatījums. Atšķirībā no materiālistiem, ideālisti noliedz matēriju kā objektīvu realitāti. Subjektīvajiem ideālistiem (Bērklijs, Maks) matērija ir “sajūtu komplekss”, objektīviem ideālistiem (Platons, Hēgels) tā ir gara produkts, idejas “cita būtne”.
3. Kustība un tās galvenās formas. Telpa un laiks.
Plašākajā nozīmē kustība, kas attiecas uz matēriju, ir “pārmaiņas kopumā”; tā ietver visas izmaiņas, kas notiek pasaulē. Priekšstati par kustību kā pārmaiņām radās antīkajā filozofijā un attīstījās divās galvenajās līnijās – materiālistiskā un ideālistiskā.
Ideālisti kustību saprot nevis kā izmaiņas objektīvajā realitātē, bet gan kā maņu uztveres, ideju un domu izmaiņas. Tādējādi tiek mēģināts domāt par kustību bez matērijas. Materiālisms uzsver kustības atributīvo raksturu attiecībā pret matēriju (tās neatdalāmību no tās) un matērijas kustības pārākumu attiecībā uz izmaiņām garā. Tādējādi F. Bēkons aizstāvēja domu, ka matērija ir darbības pilna un ir cieši saistīta ar kustību kā tās iedzimto īpašumu.
Kustība ir matērijas atribūts, neatņemama īpašība, tie ir cieši saistīti un nepastāv viens bez otra. Tomēr zināšanu vēsturē ir bijuši mēģinājumi šo atribūtu atraut no matērijas. Tādējādi “enerģētikas” piekritēji - filozofijas un dabaszinātņu tendence, kas radās 19. gadsimta beigās. - 20. gadsimta sākums viņi centās visas dabas parādības reducēt uz enerģijas modifikācijām bez materiāla pamata, t.i. nodalīt kustību (un enerģija ir dažādu matērijas kustības formu vispārējs kvantitatīvs mērs) no matērijas. Enerģija tika interpretēta kā tīri garīga parādība, un šī “garīgā viela” tika pasludināta par visa esošā pamatu.
Šis jēdziens nav savienojams ar enerģijas pārveidošanas nezūdamības likumu, saskaņā ar kuru enerģija dabā nerodas no nekā un nepazūd; tas var mainīties tikai no vienas formas uz otru. Tāpēc kustība ir neiznīcināma un neatdalāma no matērijas.
Matērija ir cieši saistīta ar kustību, un tā pastāv savu īpašo formu veidā. Galvenie ir: mehāniskie, fizikālie, ķīmiskie, bioloģiskie un sociālie. Šo klasifikāciju pirmais ierosināja F. Engelss, taču šobrīd tā ir izgājusi zināmu specifikāciju un precizēšanu. Līdz ar to mūsdienās izskan viedokļi, ka patstāvīgas kustības formas ir ģeoloģiskās, vides, planetārās, datorizētās u.c.
Mūsdienu zinātne attīsta ideju, ka mehāniskā kustība nav saistīta ar kādu konkrētu matērijas organizācijas struktūras līmeni. Tas drīzāk ir aspekts, zināms šķērsgriezums, kas raksturo vairāku šādu līmeņu mijiedarbību. Tāpat ir kļuvis nepieciešams atšķirt kvantu mehānisko kustību, kas raksturo elementārdaļiņu un atomu mijiedarbību, un makroķermeņu makromehānisko kustību.
Idejas par matērijas kustības bioloģisko formu ir ievērojami bagātinājušās. Tika noskaidrotas idejas par tā primārajiem materiāla nesējiem. Papildus olbaltumvielu molekulām kā dzīvības molekulārā nesēja tika izolētas DNS un RNS skābes.
Raksturojot matērijas kustības formas un to savstarpējo saistību, jāpatur prātā sekojošais:
1. Katra forma ir kvalitatīvi specifiska, taču tās visas ir nesaraujami saistītas un atbilstošos apstākļos var pēkšņi pārvērsties par konkurentiem.
2. Vienkāršās (zemākās) formas ir augstāku un sarežģītāku formu pamatā.
3. Augstākās kustības formas ietver zemākās formas pārveidotā formā. Pēdējie ir sekundāri attiecībā pret augstāko formu, kurai ir savi likumi.
4. Ir nepieņemami reducēt augstākās formas uz zemākām. Tādējādi mehānisma piekritēji (XVII-XIX gs.) visas dabas un sabiedrības parādības centās izskaidrot tikai ar klasiskās mehānikas likumu palīdzību. Mehānisms ir redukcionisma forma, saskaņā ar kuru augstākās organizācijas formas (piemēram, bioloģiskās un sociālās) var tikt reducētas uz zemākām (piemēram, fizikālām vai ķīmiskām) un pilnībā izskaidrotas tikai ar pēdējās likumiem (piemēram, sociālais darvinisms).
Kustība kā “pārmaiņas kopumā” ir sadalīta ne tikai pēc galvenajām formām, bet arī pa veidiem. Daudzums ir objekta ārējā noteiktība (tā izmērs, apjoms, izmērs, temps utt.);
tās ir izmaiņas, kas notiek ar objektu, to radikāli nepārveidojot (piemēram, staigājošs cilvēks). Kvalitāte ir priekšmeta iekšējās struktūras, tā būtības (piemēram, tauriņlelle, mīklas-maize) radikāla pārveidošana. Īpašs kustību veids ir attīstība. Attīstība tiek saprasta kā neatgriezeniskas, progresējošas, kvantitatīvas un kvalitatīvas izmaiņas objektā vai parādībā (piemēram, cilvēka dzīvē, vēstures kustībā, zinātnes attīstībā). Var rasties struktūras sarežģījumi, objekta vai parādības organizācijas līmeņa paaugstināšanās, ko parasti raksturo kā progresu. Ja kustība notiek pretējā virzienā - no pilnīgākām formām uz mazāk perfektām, tad tā ir regresija. Attīstības zinātne pilnā formā ir dialektika.
Telpa un laiks. Telpa ir matērijas eksistences forma, kas izsaka materiālo objektu apjomu, struktūru, līdzāspastāvēšanas un pretstatīšanas kārtību.
Laiks ir matērijas eksistences forma, kas izsaka materiālo objektu pastāvēšanas ilgumu un ar objektiem notiekošo izmaiņu secību.
Laiks un telpa ir cieši saistīti. Tas, kas notiek telpā, notiek vienlaicīgi laikā, un tas, kas notiek laikā, notiek telpā.
Filozofijas un zinātnes vēsturē ir izveidojušies divi galvenie telpas un laika jēdzieni:
1. Substanču jēdziens telpu un laiku uzskata par īpašām neatkarīgām vienībām, kas pastāv līdzās un neatkarīgi no materiālajiem objektiem. Telpa tika samazināta līdz bezgalīgam tukšumam (“kaste bez sienām”), kurā bija visi ķermeņi, laiks līdz “tīram” ilgumam. Šī ideja, ko vispārīgi formulēja Demokrits, ieguva loģisku secinājumu Ņūtona absolūtās telpas un laika koncepcijā, kurš uzskatīja, ka to īpašības nav atkarīgas no pasaulē notiekošo materiālo procesu rakstura.
2. Relāciju jēdziens telpu un laiku uzskata nevis par īpašām, no matērijas neatkarīgām vienībām, bet gan par lietu esamības formām un bez šīm lietām tās pašas par sevi nepastāv (Aristotelis, Leibnics, Hēgelis).
Substantiālie un relāciju jēdzieni nav unikāli saistīti ar materiālistisku vai ideālistisku pasaules interpretāciju; abi ir izstrādāti uz viena vai otra pamata. Dialektiski materiālistiskais telpas un laika jēdziens bija
formulēts relāciju pieejas ietvaros.
Telpai un laikam kā matērijas eksistences formām piemīt gan tām kopīgas īpašības, gan katrai no šīm formām raksturīgas īpašības. To universālās īpašības ietver: objektivitāti un neatkarību no cilvēka apziņas, to nesaraujamu saikni savā starpā un ar kustīgo matēriju, kvantitatīvo un kvalitatīvo bezgalību, mūžību. Telpa raksturo matērijas apjomu, tās struktūru un elementu mijiedarbību materiālajās sistēmās. Tas ir neaizstājams jebkura materiāla objekta pastāvēšanas nosacījums. Reālās eksistences telpa ir trīsdimensiju, viendabīga un izotropiska. Telpas viendabīgums ir saistīts ar tajā jebkādā veidā “izvēlēto” punktu neesamību. Telpas izotropija nozīmē jebkuru tajā iespējamo virzienu vienlīdzību.
Laiks materiālo esamību raksturo kā mūžīgu un neiznīcināmu visā tās kopumā. Laiks ir viendimensionāls (no tagadnes uz nākotni), asimetrisks un neatgriezenisks.
Laika un telpas izpausme atšķiras dažādas formas kustības, tāpēc pēdējā laikā tiek izdalītas bioloģiskās, psiholoģiskās, sociālās un citas telpas un laiki.
Tā, piemēram, psiholoģiskais laiks ir saistīts ar viņa garīgajiem stāvokļiem, attieksmi utt. Laiks noteiktā situācijā var “palēnināt” vai, gluži otrādi, “paātrināt”, tas “lido” vai “stiepjas”. Tā ir subjektīva laika izjūta.
Bioloģiskais laiks ir saistīts ar dzīvo organismu bioritmiem, ar dienas un nakts ciklu, ar gadalaikiem un Saules aktivitātes cikliem. Tāpat tiek uzskatīts, ka ir daudz bioloģisko telpu (piemēram, noteiktu organismu vai to populāciju izplatības zonas).
Sociālais laiks, kas saistīts ar cilvēces attīstību, ar vēsturi, var arī paātrināt un palēnināt tā gaitu. Šis paātrinājums ir īpaši raksturīgs divdesmitajam gadsimtam saistībā ar zinātnes un tehnoloģiju progresu. Zinātniskā un tehnoloģiskā revolūcija burtiski saspieda sociālo telpu un neticami paātrināja laika ritējumu, piešķirot sociāli ekonomisko procesu attīstībai sprādzienbīstamu raksturu. Planēta cilvēcei kopumā ir kļuvusi maza un šaurāka, un laiks, kad pāriet no viena gala uz otru, tagad mērāms stundās, kas pat pagājušajā gadsimtā bija vienkārši neiedomājami.
Divdesmitajā gadsimtā, pamatojoties uz atklājumiem dabas un eksaktajās zinātnēs, strīds starp šiem diviem jēdzieniem tika atrisināts. Uzvarēja relāciju. Tā N. Lobačevskis savā neeiklīda ģeometrijā nonāca pie secinājuma, ka telpas īpašības ne vienmēr un visur ir vienādas un nemainīgas, bet tās mainās atkarībā no matērijas vispārīgākajām īpašībām. Saskaņā ar relativitātes teoriju
A. Einšteins, ķermeņu spatiotemporālās īpašības ir atkarīgas no to kustības ātruma (t.i., no matērijas rādītājiem). Telpiskie izmēri samazinās kustības virzienā, ķermeņa ātrumam tuvojoties gaismas ātrumam vakuumā (300 000 km/s), un laika procesi strauji kustīgās sistēmās palēninās. Viņš arī pierādīja, ka laiks palēninās masīvu ķermeņu tuvumā, tāpat kā planētu centrā. Šis efekts ir pamanāmāks, jo lielāka ir debess ķermeņu masa.
Tādējādi A. Einšteina relativitātes teorija parādīja nesaraujamu saikni starp matēriju, telpu un laiku.
Klasiskajā dabaszinātnē un, galvenokārt, pagājušā gadsimta dabaszinātnē, matērijas strukturālās organizācijas principu doktrīnu pārstāvēja klasiskais atomisms. Tieši uz atomismu tika slēgti teorētiskie vispārinājumi, kas radās katrā no zinātnēm. Atomisma idejas kalpoja par pamatu zināšanu sintēzei un to sākotnējam atbalsta punktam. Mūsdienās visu dabaszinātņu jomu straujās attīstības ietekmē klasiskais atomisms piedzīvo intensīvas pārvērtības. Būtiskākās un visplašāk nozīmīgākās izmaiņas mūsu priekšstatos par matērijas strukturālās organizācijas principiem ir tās izmaiņas, kas izpaužas pašreizējā sistēmas koncepciju attīstībā.
Vielas hierarhiskās pakāpju struktūras vispārējā shēma, kas saistīta ar relatīvi neatkarīgu un stabilu līmeņu, mezglu punktu esamības atzīšanu matērijas dalījumu virknē, saglabā savu spēku un heiristisko nozīmi. Saskaņā ar šo shēmu noteikta matērijas līmeņa diskrēti objekti, kas nonāk konkrētā mijiedarbībā, kalpo kā sākotnējie principiāli jaunu objektu veidošanā un attīstībā ar dažādām mijiedarbības īpašībām un formām. Tajā pašā laikā oriģinālo, salīdzinoši elementāro objektu lielāka stabilitāte un neatkarība nosaka augstāka līmeņa objektu atkārtotās un noturīgās īpašības, attiecības un modeļus. Šī pozīcija ir vienāda dažāda rakstura sistēmām.
Matērijas strukturalitāte un sistēmiskā organizācija ir vieni no svarīgākajiem tās atribūtiem, kas pauž matērijas esamības sakārtotību un specifiskās formas, kādās tā izpaužas.
Ar matērijas uzbūvi parasti saprot tās uzbūvi makrokosmosā, t.i. esamība molekulu, atomu, elementārdaļiņu u.c. veidā. Tas ir saistīts ar to, ka cilvēks ir makroskopiska būtne un makroskopiskie svari viņam ir pazīstami, tāpēc struktūras jēdziens parasti tiek saistīts ar dažādiem mikroobjektiem.
Bet, ja mēs aplūkojam matēriju kopumā, tad matērijas struktūras jēdziens attieksies arī uz makroskopiskiem ķermeņiem, visas megapasaules kosmiskās sistēmas un jebkurā patvaļīgi lielā telpas-laika mērogā. No šī viedokļa jēdziens “struktūra” izpaužas faktā, ka tā pastāv bezgalīgi daudzveidīgu, cieši savstarpēji saistītu sistēmu veidā, kā arī katras sistēmas struktūras sakārtotībā. Šāda struktūra ir bezgalīga kvantitatīvā un kvalitatīvā ziņā.
Matērijas strukturālās bezgalības izpausmes ir:
– mikropasaules objektu un procesu neizsmeļamība;
– telpas un laika bezgalība;
– pārmaiņu un procesu attīstības bezgalība.
No visas objektīvās realitātes formu daudzveidības empīriski pieejams vienmēr paliek tikai materiālās pasaules ierobežotais reģions, kas tagad sniedzas mērogā no 10-15 līdz 10 28 cm un laika gaitā - līdz 2 × 10 9 gadiem.
Vielas struktūra un sistēmiskā organizācija ir viena no svarīgākajām tās īpašībām. Tie pauž matērijas esamības sakārtotību un tās specifiskās formas, kurās tā izpaužas.
Materiālā pasaule ir viena: mēs domājam, ka visas tās daļas – no nedzīviem objektiem līdz dzīvām būtnēm, no debess ķermeņiem līdz cilvēkam kā sabiedrības loceklim – ir vienā vai otrā veidā saistītas.
Sistēma ir kaut kas, kas ir noteiktā veidā savstarpēji saistīts un ir pakļauts attiecīgiem likumiem.
Kopas sakārtotība nozīmē regulāru attiecību esamību starp sistēmas elementiem, kas izpaužas strukturālās organizācijas likumu veidā. Visām dabiskajām sistēmām ir iekšēja kārtība, kas rodas ķermeņu mijiedarbības un matērijas dabiskās pašattīstības rezultātā. Ārējais ir raksturīgs cilvēka radītajām mākslīgajām sistēmām: tehniskajām, ražošanas, konceptuālajām utt.
Strukturālie matērijas līmeņi veidojas no noteiktas jebkuras klases objektu kopas, un tos raksturo īpašs mijiedarbības veids starp to veidojošajiem elementiem.
Kritēriji dažādu strukturālo līmeņu noteikšanai ir šādi:
– spatiotemporālās skalas;
– būtisku īpašību kopums;
– specifiski kustības likumi;
- relatīvās sarežģītības pakāpe, kas rodas matērijas vēsturiskās attīstības procesā noteiktā pasaules apgabalā;
- dažas citas pazīmes.
Pašlaik zināmos vielu struktūras līmeņus var klasificēt pēc iepriekšminētajām pazīmēm šādās jomās.
1. Mikropasaule. Tie ietver:
- elementārdaļiņas un atomu kodoli - laukums 10-15 cm;
– atomi un molekulas 10 –8 -10 –7 cm.
Mikropasaule ir molekulas, atomi, elementārdaļiņas - ārkārtīgi mazu, tieši nenovērojamu mikroobjektu pasaule, kuru telpiskā daudzveidība ir aprēķināta no 10 -8 līdz 10 -16 cm, bet mūžs ir no bezgalības līdz 10 -24 s.
2. Makropasaule: makroskopiski ķermeņi 10 –6 -10 7 cm.
Makropasaule ir cilvēkiem samērīgu stabilu formu un daudzumu pasaule, kā arī molekulu, organismu, organismu kopienu kristāliskie kompleksi; makroobjektu pasaule, kuras dimensija ir salīdzināma ar cilvēka pieredzes mērogu: telpiskie lielumi izteikti milimetros, centimetros un kilometros, bet laiks - sekundēs, minūtēs, stundās, gados.
Megapasaule ir planētas, zvaigžņu kompleksi, galaktikas, metagalaktikas – milzīgu kosmisku mērogu un ātrumu pasaule, kuras attālums tiek mērīts gaismas gados, bet kosmosa objektu dzīves ilgums ir mērāms miljonos un miljardos gadu.
Un, lai gan šiem līmeņiem ir savi specifiski likumi, mikro, makro un mega pasaule ir cieši savstarpēji saistītas.
3. Megaworld: kosmosa sistēmas un neierobežoti mērogi līdz 1028 cm.
Dažādiem matērijas līmeņiem raksturīgi dažādi savienojumu veidi.
10–13 cm mērogos ir spēcīga mijiedarbība, kodola integritāti nodrošina kodolspēki.
Atomu, molekulu un makroķermeņu integritāti nodrošina elektromagnētiskie spēki.
Kosmiskā mērogā - gravitācijas spēki.
Palielinoties objektu lielumam, mijiedarbības enerģija samazinās. Ja ņemam gravitācijas mijiedarbības enerģiju kā vienotību, tad elektromagnētiskā mijiedarbība atomā būs 1039 reizes lielāka, bet mijiedarbība starp nukleoniem – daļiņām, kas veido kodolu – būs 1041 reizi lielāka. Jo mazāks ir materiālu sistēmu izmērs, jo stingrāk to elementi ir savstarpēji saistīti.
Vielas dalījums struktūras līmeņos ir relatīvs. Pieejamajos telpas-laika mērogos matērijas struktūra izpaužas tās sistēmiskajā organizācijā, eksistencē daudzu hierarhiski mijiedarbīgu sistēmu veidā, sākot no elementārdaļiņām līdz metagalaktikai.
Runājot par strukturālismu - materiālās esamības iekšējo sadalīšanu, var atzīmēt, ka, lai cik plašs būtu zinātnes pasaules redzējums, tas ir cieši saistīts ar arvien jaunu un jaunu strukturālu veidojumu atklāšanu. Piemēram, ja agrāk skats uz Visumu aprobežojās ar Galaktiku, pēc tam tika paplašināts līdz galaktiku sistēmai, tad tagad metagalaktika tiek pētīta kā īpaša sistēma ar konkrētiem likumiem, iekšējo un ārējo mijiedarbību.
Mūsdienu zinātnē plaši tiek izmantota strukturālās analīzes metode, kas ņem vērā pētāmo objektu sistemātisko raksturu. Galu galā struktūra ir materiālās esamības iekšēja sadalīšana, matērijas pastāvēšanas veids. Strukturālie matērijas līmeņi veidojas no noteiktas jebkura veida objektu kopas, un tiem raksturīgs īpašs to veidojošo elementu mijiedarbības veids; attiecībā uz trim galvenajām objektīvās realitātes sfērām šie līmeņi izskatās šādi (1. tabula).
1. tabula. Vielas strukturālie līmeņi
|
Neorganiskā daba |
Dzīvā daba |
Sabiedrība |
|
Submikroelementārs |
Bioloģiskā makromolekulāra |
Individuāls |
|
Mikroelementārais |
Mobilais |
Ģimene |
|
Kodolenerģija |
Mikroorganisks |
Komandas |
|
Atomisks |
Orgāni un audi |
Lielas sociālās grupas (šķiras, tautas) |
|
Molekulārā |
Ķermenis kopumā |
Valsts (pilsoniskā sabiedrība) |
|
Makro līmenis |
Populācijas |
Valsts sistēmas |
|
Mega līmenis (planētas, zvaigžņu-planētu sistēmas, galaktikas) |
Biocenoze |
Cilvēce kopumā |
|
Mega līmenis (metagalaktikas) |
Biosfēra |
Noosfēra |
Katra no objektīvās realitātes sfērām ietver vairākus savstarpēji saistītus strukturālos līmeņus. Šajos līmeņos dominē koordinācijas attiecības, un starp līmeņiem dominē subordinācijas attiecības.
Sistemātiska materiālo objektu izpēte ietver ne tikai veidu noteikšanu, kā aprakstīt daudzu elementu attiecības, savienojumus un struktūru, bet arī identificēt tos no tiem, kas veido sistēmu, t.i. nodrošināt atsevišķu sistēmas funkcionēšanu un attīstību. Sistemātiska pieeja materiālajiem veidojumiem paredz iespēju izprast attiecīgo sistēmu augstākā līmenī. Sistēmu parasti raksturo hierarhiska struktūra, t.i. zemāka līmeņa sistēmas secīga iekļaušana augstāka līmeņa sistēmā.
Tādējādi matērijas struktūra nedzīvās dabas (neorganiskās) līmenī ietver elementārdaļiņas, atomus, molekulas (mikropasaules objektus, makroķermeņus un megapasaules objektus: planētas, galaktikas, metagalaktiku sistēmas utt.). Metagalaktiku bieži identificē ar visu Visumu, taču Visumu saprot ārkārtīgi plašā vārda nozīmē, tā ir identiska visai materiālajai pasaulei un kustīgajai matērijai, kas var ietvert daudzas metagalaktikas un citas kosmiskās sistēmas.
Savvaļas dzīvnieki ir arī strukturēti. Tas izšķir bioloģisko un sociālo līmeni. Bioloģiskais līmenis ietver apakšlīmeņus:
– makromolekulas (nukleīnskābes, DNS, RNS, olbaltumvielas);
- šūnu līmenis;
– mikroorganiskie (vienšūnu organismi);
– ķermeņa orgāni un audi kopumā;
- populācija;
– biocenotisks;
- biosfēra.
Šī līmeņa galvenie jēdzieni pēdējos trīs apakšlīmeņos ir biotopa, biocenozes, biosfēras jēdzieni, kas prasa skaidrojumu.
Biotops ir vienas sugas īpatņu (piemēram, vilku bara) kopums (kopa), kas var krustoties un vairoties savu sugas veidu (populāciju).
Biocenoze ir organismu populāciju kopums, kurā dažu atkritumu produkti ir nosacījumi citu organismu pastāvēšanai, kas apdzīvo zemes vai ūdens apgabalu.
Biosfēra ir globāla dzīvības sistēma, tā ģeogrāfiskās vides daļa (atmosfēras lejasdaļa, litosfēras augšdaļa un hidrosfēra), kas ir dzīvo organismu dzīvotne, kas nodrošina to izdzīvošanai nepieciešamos apstākļus (temperatūra, augsne, utt.), kas veidojas mijiedarbības biocenožu rezultātā.
Vispārējais dzīvības pamats bioloģiskā līmenī - organiskā vielmaiņa (materiālu, enerģijas un informācijas apmaiņa ar vidi) - izpaužas jebkurā no identificētajiem apakšlīmeņiem:
– organismu līmenī vielmaiņa nozīmē asimilāciju un disimilāciju caur intracelulārām transformācijām;
– ekosistēmu līmenī (biocenoze) tas sastāv no vielas transformāciju ķēdes, ko sākotnēji asimilējuši ražotājorganismi caur dažādām sugām piederošiem patērētājorganismiem un iznīcinātājorganismiem;
– biosfēras līmenī notiek globāla matērijas un enerģijas cirkulācija ar tiešu faktoru līdzdalību kosmiskā mērogā.
Noteiktā biosfēras attīstības stadijā rodas īpašas dzīvo būtņu populācijas, kuras, pateicoties savām darba spējām, ir izveidojušas unikālu līmeni – sociālo. Sociālā realitāte strukturālajā aspektā ir sadalīta apakšlīmeņos: indivīdi, ģimenes, dažādas komandas (rūpnieciskās), sociālās grupas utt.
Sociālās aktivitātes strukturālais līmenis atrodas neviennozīmīgās lineārās attiecībās savā starpā (piemēram, nāciju līmenis un valstu līmenis). Dažādu līmeņu savijums sabiedrībā rada priekšstatu par nejaušības un haosa dominēšanu sociālajā darbībā. Taču rūpīga analīze atklāj tajā fundamentālo struktūru klātbūtni - galvenās sabiedriskās dzīves sfēras, kas ir materiālā un ražošanas, sociālā, politiskā, garīgā sfēra, kurām ir savi likumi un struktūras. Tie visi zināmā mērā ir pakārtoti sociāli ekonomiskajā veidojumā, dziļi strukturēti un nosaka sociālās attīstības ģenētisko vienotību kopumā.
Tādējādi jebkura no trim materiālās realitātes jomām veidojas no vairākiem specifiskiem strukturāliem līmeņiem, kas ir stingri sakārtoti noteiktā realitātes jomā.
Pāreja no vienas zonas uz otru ir saistīta ar sarežģītību un izveidoto faktoru skaita palielināšanos, kas nodrošina sistēmu integritāti. Katrā strukturālajā līmenī pastāv subordinācijas attiecības (molekulārais līmenis ietver atomu līmeni, nevis otrādi). Jauno līmeņu modeļi ir nereducējami līdz to līmeņu modeļiem, uz kuru pamata tie radušies, un ir vadošie noteiktā matērijas organizācijas līmenī. Strukturālā organizācija, t.i. sistemātiskums ir matērijas pastāvēšanas veids.
2. TRĪS BIOLOĢIJAS “ATTĒLI”. TRADICIONĀLĀ VAI NATURALISTISKĀ BIOLOĢIJA
Var runāt arī par trim galvenajiem bioloģijas virzieniem jeb, tēlaini izsakoties, trīs bioloģijas tēliem:
1. Tradicionālā vai naturālistiskā bioloģija. Tās izpētes objekts ir dzīvā daba tās dabiskajā stāvoklī un nedalītā integritāte - “Dabas templis”, kā to sauca Erasms Darvins. Tradicionālās bioloģijas pirmsākumi meklējami viduslaikos, lai gan gluži dabiski šeit atgādināt Aristoteļa darbus, kas aplūkoja bioloģijas, bioloģiskā progresa jautājumus un mēģināja sistematizēt dzīvos organismus (“dabas kāpnes”). Bioloģijas veidošanās par neatkarīgu zinātni - naturālistisko bioloģiju - aizsākās 18. un 19. gadsimtā. Naturālistiskās bioloģijas pirmais posms iezīmējās ar dzīvnieku un augu klasifikāciju izveidi. Tajos ietilpst plaši pazīstamā C. Linneja (1707 – 1778) klasifikācija, kas ir tradicionāls augu pasaules sistematizējums, kā arī klasifikācija J.-B. Lamarks, kurš izmantoja evolucionāru pieeju augu un dzīvnieku klasifikācijai. Tradicionālā bioloģija savu nozīmi nav zaudējusi arī mūsdienās. Kā pierādījumu viņi min ekoloģijas stāvokli bioloģijas zinātņu vidū, kā arī visā dabaszinātnēs. Tās pozīcija un autoritāte šobrīd ir ārkārtīgi augsta, un tā galvenokārt balstās uz tradicionālās bioloģijas principiem, jo tā pēta organismu attiecības savā starpā (biotiskie faktori) un ar vidi (abiotiskie faktori).
2. Funkcionāli ķīmiskā bioloģija, atspoguļojot bioloģijas konverģenci ar eksaktajām fizikālajām un ķīmiskajām zinātnēm. Fizikāli ķīmiskās bioloģijas iezīme ir plaši izplatītas eksperimentālās metodes, kas ļauj pētīt dzīvo vielu submikroskopiskā, supramolekulārā un molekulārā līmenī. Viena no svarīgākajām fizikālās un ķīmiskās bioloģijas sadaļām ir molekulārā bioloģija – zinātne, kas pēta dzīvās vielas pamatā esošo makromolekulu struktūru. Bioloģiju mēdz dēvēt par vienu no vadošajām zinātnēm 21. gadsimtā.
Nozīmīgākās fizikāli ķīmiskajā bioloģijā izmantotās eksperimentālās metodes ir iezīmēto (radioaktīvo) atomu metode, rentgenstaru difrakcijas analīzes un elektronu mikroskopijas metodes, frakcionēšanas metodes (piemēram, dažādu aminoskābju atdalīšana), datoru izmantošana u.c.
3. Evolūcijas bioloģija. Šī bioloģijas nozare pēta organismu vēsturiskās attīstības modeļus. Pašlaik evolucionisma jēdziens faktiski ir kļuvis par platformu, uz kuras notiek neviendabīgu un specializētu zināšanu sintēze. Mūsdienu evolūcijas bioloģijas pamatā ir Darvina teorija. Interesanti ir arī tas, ka Darvinam savā laikā izdevās identificēt tādus faktus un modeļus, kuriem ir universāla nozīme, t.i. viņa radītā teorija ir piemērojama ne tikai dzīvajā, bet arī nedzīvajā dabā notiekošo parādību skaidrošanai. Pašlaik evolūcijas pieeju ir pārņēmušas visas dabaszinātnes. Tajā pašā laikā evolūcijas bioloģija ir neatkarīga zināšanu joma ar savām problēmām, pētniecības metodēm un attīstības perspektīvām.
Šobrīd tiek mēģināts sintezēt šos trīs bioloģijas virzienus (“tēlus”) un izveidot patstāvīgu disciplīnu – teorētisko bioloģiju.
4. Teorētiskā bioloģija. Teorētiskās bioloģijas mērķis ir izprast būtiskākos un vispārīgākos principus, likumus un īpašības, kas ir dzīvās matērijas pamatā. Šeit dažādi pētījumi izvirza dažādus viedokļus par jautājumu, kam jākļūst par teorētiskās bioloģijas pamatu. Apskatīsim dažus no tiem:
Bioloģijas aksiomas. B.M. Medņikovs, ievērojams teorētiķis un eksperimentētājs, atvasināja 4 aksiomas, kas raksturo dzīvi un atšķir to no “nedzīvības”.
Aksioma 1. Visiem dzīviem organismiem jāsastāv no fenotipa un tā konstruēšanas programmas (genotipa), kas tiek mantota no paaudzes paaudzē. Nevis konstrukcija tiek mantota, bet gan konstrukcijas apraksts un instrukcijas tās izgatavošanai. Dzīve, kuras pamatā ir tikai viens genotips vai fenotips, nav iespējama, jo šajā gadījumā nav iespējams nodrošināt ne konstrukcijas pašreprodukciju, ne tās pašapkalpošanos. (D. Noimans, N. Vīners).
2. aksioma. Ģenētiskās programmas nerodas no jauna, bet tiek replicētas matricas veidā. Iepriekšējās paaudzes gēns tiek izmantots kā šablons, uz kura tiek būvēts nākamās paaudzes gēns. Dzīve ir matricas kopēšana, kam seko kopiju paškomplektēšana (N.K. Koļcovs).
3. aksioma. Pārraides procesā no paaudzes paaudzē ģenētiskās programmas daudzu iemeslu dēļ mainās nejauši un nevirzot, un tikai nejauši šīs izmaiņas izrādās adaptīvas. Nejaušo izmaiņu atlase ir ne tikai dzīvības evolūcijas pamatā, bet arī tās veidošanās cēlonis, jo bez mutācijām atlase nedarbojas.
4. aksioma.
Fenotipu veidošanās procesā tiek reizinātas nejaušas izmaiņas ģenētiskajās programmās, kas padara to atlasi iespējamu vides faktoru ietekmē. Sakarā ar nejaušu fenotipu izmaiņu pieaugumu dzīvās dabas evolūcija ir fundamentāli neparedzama (N.V. Timofejevs-Resovskis).
E.S. Bauers (1935) kā galveno dzīves īpašību izvirzīja dzīvo sistēmu stabilas nelīdzsvarotības principu.
L. Bertalanfijs (1932) uzskatīja bioloģiskos objektus par atvērtām sistēmām dinamiska līdzsvara stāvoklī.
E. Šrēdingers (1945), B.P. Teorētiskās bioloģijas radīšanu Astauri paredzēja teorētiskās fizikas tēlā.
S. Lems (1968) izvirzīja kibernētisko dzīves interpretāciju.
5. A.A. Maļinovskis (1960) ierosināja matemātikas un sistēmu metodes kā teorētiskās bioloģijas pamatu.