TEST
prin disciplina concepte ale științelor naturale moderne
Subiectul nr. 9
„Niveluri structurale de organizare a materiei”
Plan:
Introducere………………………………………………………………… ….……………..2
- Rolul conceptelor de sistem în analiza nivelurilor structurale de organizare a materiei………………………………………………………………2
Niveluri structurale de trai…………………………………………………………………..6
Esența macrocosmosului, a microcosmosului și a megacosmosului…………………………..7
- Microlume…………………………………………………………………..… …………..8
- Macroworld…………………………………………………………………..… …………11
- Megaworld………………………………………………………………… ……12
- Analiza înțelegerii clasice și moderne a conceptului de macrocosmos………………………………………………………………… …….…13
Introducere.
Toate obiectele naturii (natura vie și neînsuflețită) pot fi reprezentate ca un sistem care are trăsături care le caracterizează nivelurile de organizare. Conceptul de niveluri structurale ale materiei vii include idei de sistematicitate și organizarea asociată a integrității organismelor vii. Materia vie este discretă, adică. este împărțit în părți constitutive ale unei organizații inferioare care au funcții specifice.
Nivelurile structurale diferă nu numai în clasele de complexitate, ci și în modelele de funcționare. Structura ierarhică este astfel încât fiecare nivel superior nu îl controlează, ci îl include pe cel inferior. Luând în considerare nivelul de organizare, se poate lua în considerare ierarhia structurilor de organizare a obiectelor materiale de natură animată și neînsuflețită. Această ierarhie a structurilor începe cu particulele elementare și se termină cu comunitățile vii. Conceptul de niveluri structurale a fost propus pentru prima dată în anii 20 ai secolului nostru. În conformitate cu acesta, nivelurile structurale diferă nu numai în funcție de clasele de complexitate, ci și de modelele de funcționare. Conceptul include o ierarhie a nivelurilor structurale, în care fiecare nivel ulterior este inclus în cel anterior.
- Rolul conceptelor de sistem în analiza nivelurilor structurale ale organizării materiei.
Materia (lat. Materia - substanță), „...o categorie filozofică pentru a desemna realitatea obiectivă, care este dată unei persoane în simțurile sale, care este copiată, fotografiată, afișată de simțurile noastre, existând independent de noi.”
Materia este un set infinit al tuturor obiectelor și sistemelor existente în lume, substratul oricăror proprietăți, conexiuni, relații și forme de mișcare. Materia include nu numai toate obiectele și corpurile naturii observabile direct, ci și toate cele care, în principiu, pot fi cunoscute în viitor pe baza îmbunătățirii mijloacelor de observare și experimentare.
ÎN stiinta moderna Ideile despre structura lumii materiale se bazează pe o abordare sistematică, conform căreia orice obiect al lumii materiale (atom, organism, galaxie și Universul însuși) poate fi considerat ca o formațiune complexă, incluzând părți componente organizate în integritate. .
Principiile de bază ale abordării sistemelor:
- Integritatea, care ne permite să considerăm simultan sistemul ca un întreg unic și în același timp ca un subsistem pentru niveluri superioare.
Ierarhia structurii, adică prezența multor (cel puțin două) elemente situate pe baza subordonării elementelor de nivel inferior față de elementele de nivel superior. Implementarea acestui principiu este clar vizibilă în exemplul oricărei organizații specifice. După cum știți, orice organizație este o interacțiune a două subsisteme: managementul și gestionat. Unul este subordonat celuilalt.
Structurare, care vă permite să analizați elementele sistemului și relațiile acestora în cadrul unei structuri organizaționale specifice. De regulă, procesul de funcționare a unui sistem este determinat nu atât de proprietățile elementelor sale individuale, cât de proprietățile structurii în sine.
Multiplicitate, permițând utilizarea multor modele cibernetice, economice și matematice pentru a descrie elementele individuale și sistemul în ansamblu.
Pentru a denota integritatea obiectelor în știință, a fost dezvoltat conceptul de „sistem”.
Un sistem este un complex de elemente care interacționează. Tradus din greacă, este un întreg alcătuit din părți, o legătură.
Conceptul de „element” înseamnă o componentă minimă, apoi indivizibilă într-un sistem dat. Un sistem poate consta nu numai din obiecte omogene, ci și din obiecte eterogene. Poate fi simplu sau complex în structură. Un sistem complex este format din elemente, care la rândul lor formează subsisteme cu diferite niveluri de complexitate și ierarhie.
Fiecare sistem se caracterizează nu numai prin prezența unor conexiuni și relații între elementele sale constitutive, ci și prin unitatea sa inextricabilă cu mediul.
Se pot distinge diferite tipuri de sisteme:
- prin natura legăturii dintre părți și întreg - anorganic și organic;
prin forme de mișcare a materiei - mecanică, fizică, chimică, fizico-chimică;
în raport cu mișcarea – statistică și dinamică;
după tipul de schimbare - nefuncțională, funcțională, în curs de dezvoltare;
prin natura schimbului cu mediul - deschis și închis;
după gradul de organizare - simplu și complex;
după nivelul de dezvoltare - din ce în ce mai mare;
după natura originii - naturală, artificială, mixtă;
în direcţia dezvoltării – progresivă şi regresivă.
Legăturile stabile între elemente determină ordinea sistemului. Există două tipuri de conexiuni între elementele sistemului - orizontal și vertical.
Conexiunile „orizontale” sunt conexiuni de coordonare între elemente de același ordin. Ele sunt corelate în natură: nicio parte a sistemului nu se poate schimba fără ca alte părți să se schimbe.
Conexiunile „verticale” sunt conexiuni de subordonare, adică de subordonare a elementelor. Ele exprimă structura internă complexă a sistemului, în care unele părți pot fi inferioare ca importanță față de altele și pot fi subordonate acestora. Structura verticală include niveluri de organizare a sistemului, precum și ierarhia acestora.
În consecință, punctul de plecare al oricărei cercetări sistemice este ideea integrității sistemului studiat.
Integritatea sistemului înseamnă că toate părțile sale componente, interacționând și conectându-se între ele, formează un întreg unic care are noi proprietăți ale sistemului.
Proprietățile unui sistem nu sunt doar suma proprietăților elementelor sale, ci ceva nou, inerent doar sistemului ca întreg.
Deci, conform concepțiilor științifice moderne asupra naturii, toate obiectele naturale sunt sisteme ordonate, structurate, organizate ierarhic.
În științele naturii, există două mari clase de sisteme materiale: sisteme ale naturii neînsuflețite și sisteme ale naturii vii.
Sistemele de natură neînsuflețită includ particule și câmpuri elementare, vid fizic, atomi, molecule, corpuri macroscopice, planete și sisteme planetare, stele, galaxii și sistemul de galaxii - Metagalaxia.
Sistemele naturii vii includ biopolimeri (molecule informaționale), celule, organisme multicelulare, populații, biocenoze și biosfera ca totalitate a tuturor organismelor vii.
În natură, totul este interconectat, astfel încât putem distinge sisteme care includ atât elemente ale naturii vii, cât și ale naturii neînsuflețite - biogeocenoze și biosfera Pământului.
- Nivelurile structurale ale viețuitoarelor.
Biosfera - incluzând întreaga totalitate a organismelor vii de pe Pământ împreună cu mediul lor natural. La acest nivel, știința biologică rezolvă o astfel de problemă precum modificările concentrației de dioxid de carbon din atmosferă. Folosind această abordare, oamenii de știință au descoperit că recent concentrația de dioxid de carbon a crescut anual cu 0,4%, creând pericolul unei creșteri globale a temperaturii, apariția așa-numitului „efect de seră”.
Nivelul biocenozelor exprimă următoarea etapă a structurii viețuitoarelor, constând din secțiuni ale Pământului cu o anumită compoziție de componente vii și nevii, reprezentând un singur complex natural, un ecosistem. Utilizarea rațională a naturii este imposibilă fără cunoașterea structurii și funcționării biogeocenozelor sau ecosistemelor.
Populație-specie nivel este format din încrucișarea liberă a indivizilor din aceeași specie. Studiul său este important pentru identificarea factorilor care influențează mărimea populației.
Organism și organ-țesut nivelurile reflectă caracteristicile indivizilor, structura, fiziologia, comportamentul acestora, precum și structura și funcțiile organelor și țesuturilor ființelor vii.
Celular și subcelular nivelurile reflectă procesele de specializare celulară, precum și diverse incluziuni intracelulare.
Molecular nivel este subiectul biologiei moleculare, una dintre cele mai importante probleme ale căreia este studiul mecanismelor de transmitere a informațiilor genetice și dezvoltarea ingineriei genetice și a biotehnologiei.
Împărțirea materiei vii în niveluri este, desigur, foarte condiționată. Soluția la problemele biologice specifice, cum ar fi reglarea numărului de specii, se bazează pe date privind toate nivelurile viețuitoarelor. Dar toți biologii sunt de acord că în lumea vie există niveluri în trepte, un fel de ierarhie. Ideea lor reflectă în mod clar o abordare sistematică a studiului naturii, care ajută la o mai bună înțelegere.
Baza fundamentală a lumii vii este celula. Cercetările ei ajută la înțelegerea specificului tuturor viețuitoarelor.
- Esența macrocosmosului, microcosmosului și megacosmosului.
Criteriile de identificare a diferitelor niveluri structurale sunt următoarele:
- scale spatiotemporale;
un set de proprietăți esențiale;
legi specifice de mișcare;
gradul de complexitate relativă care apare în procesul de dezvoltare istorică a materiei într-o anumită zonă a lumii;
alte semne.
Microlume.
Prefixul „micro” se referă la dimensiuni foarte mici. Astfel, putem spune că un microcosmos este ceva mic.
Microlumea este molecule, atomi, particule elementare - lumea micro-obiectelor extrem de mici, neobservabile direct, a căror dimensiune spațială este calculată de la 10 -8 la 10 -16 cm, iar durata de viață este de la infinit la 10 -24. secunde.
În filosofie, omul este studiat ca microcosmos, iar în fizică, conceptele științelor naturale moderne, moleculele sunt studiate ca microcosmos.
Microlumea are propriile sale caracteristici, care pot fi exprimate după cum urmează:
1) unitățile de distanță (m, km etc.) folosite de oameni sunt pur și simplu inutil de utilizat;
2) este, de asemenea, inutil să folosiți unități de măsură ale greutății umane (g, kg, lire etc.).
În antichitate, Democrit a înaintat ipoteza atomistă a structurii materiei, mai târziu, în secolul al XVIII-lea, a fost reînviată de chimistul J. Dalton, care a luat masa atomică a hidrogenului ca una singură și a comparat greutățile atomice ale altor gaze cu aceasta.
Datorită lucrărilor lui J. Dalton, au început să fie studiate proprietățile fizice și chimice ale atomului. În secolul al XIX-lea, D.I. Mendeleev a construit un sistem de elemente chimice bazat pe greutatea lor atomică.
În fizică, conceptul de atomi ca ultimele elemente structurale indivizibile ale materiei a venit din chimie. De fapt, studiile fizice ale atomului încep la sfârșitul secolului al XIX-lea, când fizicianul francez A. A. Becquerel a descoperit fenomenul radioactivității, care a constat în transformarea spontană a atomilor unor elemente în atomi ai altor elemente.
Istoria cercetării asupra structurii atomului a început în 1895 datorită descoperirii de către J. Thomson a electronului, o particulă încărcată negativ care face parte din toți atomii.
Deoarece electronii au o sarcină negativă, iar atomul în ansamblu este neutru din punct de vedere electric, s-a presupus că, pe lângă electron, există o particulă încărcată pozitiv. Masa electronului a fost calculată a fi 1/1836 din masa unei particule încărcate pozitiv.
Au existat mai multe modele ale structurii atomului.
În 1902, fizicianul englez W. Thomson (Lord Kelvin) a propus primul model al atomului - o sarcină pozitivă este distribuită pe o suprafață destul de mare, iar electronii sunt intercalate cu ea, ca „stafide în budincă”.
În 1911, E. Rutherford a propus un model al atomului care semăna cu sistemul solar: în centru se află un nucleu atomic, iar electronii se mișcă în jurul lui pe orbitele lor.
Nucleul are o sarcină pozitivă, iar electronii o sarcină negativă. În loc de forțele gravitaționale care acționează în sistemul solar, forțele electrice acționează în atom. Sarcina electrică a nucleului unui atom, numeric egală cu numărul de serie din sistemul periodic al lui Mendeleev, este echilibrată de suma sarcinilor electronilor - atomul este neutru din punct de vedere electric.
Ambele modele s-au dovedit a fi contradictorii.
În 1913, marele fizician danez N. Bohr a aplicat principiul cuantizării pentru a rezolva problema structurii atomului și a caracteristicilor spectrelor atomice.
Modelul atomului lui N. Bohr se baza pe modelul planetar al lui E. Rutherford și pe teoria cuantică a structurii atomice dezvoltată de acesta. N. Bohr a prezentat o ipoteză despre structura atomului, bazată pe două postulate care sunt complet incompatibile cu fizica clasică:
1) în fiecare atom există mai multe stări staţionare.
2) când un electron trece de la o stare staționară la alta, atomul emite sau absoarbe o parte de energie.
În cele din urmă, este fundamental imposibil să descrii cu exactitate structura unui atom pe baza ideii de orbite ale electronilor punctuali, deoarece astfel de orbite nu există de fapt.
Teoria lui N. Bohr reprezintă, parcă, granița primei etape în dezvoltarea fizicii moderne. Acesta este cel mai recent efort de a descrie structura atomului pe care se bazează fizica clasica, completându-l doar cu un număr mic de ipoteze noi.
Părea că postulatele lui N. Bohr reflectă unele proprietăți noi, necunoscute ale materiei, dar doar parțial. Răspunsurile la aceste întrebări au fost obținute ca urmare a dezvoltării mecanicii cuantice. S-a dovedit că modelul atomic al lui N. Bohr nu trebuie luat la propriu, așa cum era la început. Procesele din atom, în principiu, nu pot fi reprezentate vizual sub formă de modele mecanice prin analogie cu evenimentele din macrocosmos. Chiar și conceptele de spațiu și timp în forma existentă în macrolume s-au dovedit a fi nepotrivite pentru descrierea fenomenelor microfizice. Atomul fizicienilor teoreticieni a devenit din ce în ce mai mult o sumă abstractă, inobservabilă de ecuații.
Macroworld.
Desigur, există obiecte cu dimensiuni mult mai mari decât obiectele din microlume. Aceste obiecte alcătuiesc macrocosmosul. Macrolumea este „locuită” doar de acele obiecte care sunt comparabile ca mărime cu dimensiunea unei persoane. Omul însuși poate fi considerat și un obiect al macrocosmosului.
Macrocosmosul are o organizare destul de complexă. Cel mai mic element al său este atomul, iar cel mai mare sistem al său este planeta Pământ. Include atât sisteme nevii, cât și sisteme vii de diferite niveluri. Fiecare nivel de organizare al macrolumii conține atât microstructuri, cât și macrostructuri. De exemplu, moleculele par să aparțină microcosmosului, deoarece nu sunt observate direct de noi. Dar, pe de o parte, cea mai mare structură a microcosmosului este atomul. Și acum avem ocazia să vedem chiar și o parte dintr-un atom de hidrogen folosind microscoape de ultimă generație. Pe de altă parte, există molecule uriașe care sunt extrem de complexe în structura lor, de exemplu, ADN-ul nucleului poate avea aproape un centimetru lungime. Această valoare este deja destul de comparabilă cu experiența noastră, iar dacă molecula ar fi mai groasă, am vedea-o cu ochiul liber.
Toate substanțele, fie că sunt solide sau lichide, sunt formate din molecule. Moleculele formează rețele cristaline, minereuri, roci și alte obiecte, de ex. ceea ce putem simți, vedea etc. Cu toate acestea, în ciuda unor formațiuni atât de uriașe precum munții și oceanele, toate acestea sunt molecule legate între ele. Moleculele reprezintă un nou nivel de organizare; toate constau din atomi, care în aceste sisteme sunt considerați indivizibili, adică. elemente ale sistemului.
Atât nivelul fizic de organizare al macrocosmosului, cât și cel chimic se ocupă de molecule și diferite stări ale materiei. Cu toate acestea, nivelul chimic este mult mai complex. Nu se reduce la fizic, care ia în considerare structura substanțelor, proprietățile lor fizice, mișcarea (toate acestea au fost studiate în cadrul fizicii clasice), cel puțin în ceea ce privește complexitatea proceselor chimice și reactivitatea substanțelor.
La nivel biologic de organizare a macrocosmosului, pe lângă molecule, de obicei nu putem vedea celule fără microscop. Dar există celule care ating dimensiuni enorme, de exemplu, axonii neuronilor de caracatiță au o lungime de un metru sau chiar mai mult. În același timp, toate celulele au anumite trăsături similare: sunt formate din membrane, microtubuli, multe au nuclee și organele. Toate membranele și organitele, la rândul lor, sunt formate din molecule gigantice (proteine, lipide etc.), iar aceste molecule sunt formate din atomi. Prin urmare, atât moleculele informaționale gigantice (ADN, ARN, enzime), cât și celulele sunt micro-niveluri ale nivelului biologic de organizare a materiei, care include formațiuni atât de uriașe precum biocenozele și biosfera.
Megaworld.
Megaworld este o lume de obiecte care sunt disproporționat mai mari decât oamenii.
Întregul nostru Univers este o megalume. Dimensiunea sa este enormă, este nelimitată și în continuă expansiune. Universul este plin de obiecte care sunt mult mai mari decât planeta noastră Pământ și Soarele nostru. Se întâmplă adesea ca diferența dintre orice stea din afara sistemului solar să fie de zeci de ori mai mare decât Pământul.
Știința modernă consideră megalumea, sau spațiul, ca un sistem de interacțiune și dezvoltare al tuturor corpuri cerești. Megalumea are o organizare sistemică sub formă de planete și sisteme planetare care apar în jurul stelelor, stelelor și sistemelor stelare - galaxii; sisteme de galaxii - Metagalaxii.
Studiul megalumilor este strâns legat de cosmologie și cosmogonie.
Cosmogonia este o ramură a științei astronomiei care studiază originea galaxiilor, stelelor, planetelor și a altor obiecte. Astăzi, cosmogonia poate fi împărțită în două părți:
1) cosmogonia sistemului solar. Această parte (sau tip) de cosmogonie este altfel numită planetară;
2) cosmogonie stelară.
Și deși toate aceste niveluri au propriile lor legi specifice, microlumea, macrolumea și megalumea sunt strâns interconectate.
- Analiza înțelegerii clasice și moderne a conceptului de macrocosmos.
Cel mai semnificativ pentru dezvoltarea ulterioară a științelor naturale a fost conceptul de structură discretă a materiei - atomism, conform căruia toate corpurile constau din atomi - cele mai mici particule din lume.
Principiile de plecare în atomism au fost atomii și vidul. Esența proceselor naturale a fost explicată pe baza interacțiunii mecanice a atomilor, a atracției și respingerii acestora.
Întrucât ideile științifice moderne despre nivelurile structurale ale organizării materiei au fost dezvoltate în cursul unei regândiri critice a ideilor științei clasice, aplicabile doar obiectelor de nivel macro, studiul trebuie să înceapă cu conceptele fizicii clasice.
I. Newton, bazându-se pe lucrările lui Galileo, a dezvoltat o teorie științifică strictă a mecanicii, care descrie atât mișcarea corpurilor cerești, cât și mișcarea obiectelor pământești după aceleași legi. Natura era privită ca un sistem mecanic complex. Materia a fost considerată ca o substanță materială constând din particule individuale de atomi sau corpusculi. Atomii sunt absolut puternici, indivizibili, impenetrabili, caracterizați prin prezența masei și greutății.
Mișcarea a fost considerată ca mișcare în spațiu de-a lungul traiectoriilor continue în conformitate cu legile mecanicii. Se credea că toate procesele fizice pot fi reduse la mișcarea punctelor materiale sub influența gravitației, care este pe rază lungă.
În urma mecanicii newtoniene, au fost create hidrodinamica, teoria elasticității, teoria mecanică a căldurii, teoria cinetică moleculară și o serie de altele, în conformitate cu care fizica a obținut un succes enorm. Cu toate acestea, existau două domenii - fenomenele optice și electromagnetice care nu puteau fi pe deplin explicate în cadrul tabloului mecanicist al lumii.
În timp ce dezvolta optica, I. Newton, urmând logica învățăturii sale, a considerat lumina ca un flux de particule materiale - corpusculi. În teoria corpusculară a luminii a lui I. Newton, s-a susținut că corpurile luminoase emit particule minuscule care se mișcă în conformitate cu legile mecanicii și provoacă o senzație de lumină la intrarea în ochi. Pe baza acestei teorii, I. Newton a explicat legile reflexiei și refracției luminii.
Alături de teoria corpusculară mecanică s-au încercat explicarea fenomenelor optice într-un mod fundamental diferit, și anume, pe baza teoriei ondulatorii formulată de H. Huygens. H. Huygens a considerat principalul argument în favoarea teoriei sale ca fiind faptul că două raze de lumină, intersectându-se, se pătrund între ele fără nicio interferență, exact ca două rânduri de valuri pe apă.
Conform teoriei corpusculare, între fasciculele de particule emise, cum ar fi lumina, ar avea loc ciocniri sau cel puțin un fel de perturbare. Pe baza teoriei undelor, H. Huygens a explicat cu succes reflexia și refracția luminii.
Cu toate acestea, a existat o obiecție importantă la aceasta. După cum știți, valurile curg în jurul obstacolelor. Dar o rază de lumină, care se propagă în linie dreaptă, nu poate curge în jurul obstacolelor. Dacă un corp opac cu o margine ascuțită este plasat în calea unei raze de lumină, atunci umbra sa va avea o margine ascuțită. Cu toate acestea, această obiecție a fost înlăturată curând datorită experimentelor lui Grimaldi. Cu o observare mai subtilă folosind lentile de mărire, s-a descoperit că la granițele umbrelor ascuțite se puteau vedea zone slabe de iluminare sub formă de dungi sau halouri luminoase și întunecate. Acest fenomen a fost numit difracția luminii.
Teoria ondulatorie a luminii a fost din nou prezentată în primele decenii ale secolului al XIX-lea de către fizicianul englez T. Young și naturalistul francez O. J. Fresnel. T. Jung a dat o explicație pentru fenomenul de interferență, adică. apariția dungilor întunecate atunci când lumina este aplicată la lumină. Esența sa poate fi descrisă folosind o afirmație paradoxală: lumina adăugată la lumină nu produce neapărat o lumină mai puternică, dar poate produce o lumină mai slabă și chiar întuneric. Motivul pentru aceasta este că, conform teoriei undelor, lumina nu este un flux de particule materiale, ci vibrații ale unui mediu elastic sau mișcare ondulatorie. Când lanțurile de valuri în faze opuse se suprapun, unde creasta unui val coincide cu jgheabul altuia, ele se distrug reciproc, rezultând dungi întunecate.
O altă zonă a fizicii în care modelele mecanice s-au dovedit inadecvate a fost domeniul fenomenelor electromagnetice. Experimentele naturalistului englez M. Faraday și lucrările teoretice ale fizicianului englez J. C. Maxwell au distrus în cele din urmă ideile fizicii newtoniene despre materia discretă ca singur tip de materie și au pus bazele imaginii electromagnetice a lumii. Fenomenul electromagnetismului a fost descoperit de naturalistul danez H.K. Oersted, care a observat primul efectul magnetic al curenților electrici.
Mai târziu, M. Faraday a ajuns la concluzia că studiul electricității și al opticii sunt interconectate și formează un singur câmp. Lucrările sale au devenit punctul de plecare al cercetărilor lui J.C.Maxwell, al cărui merit constă în dezvoltarea matematică a ideilor lui M. Faraday despre magnetism și electricitate.
După ce a generalizat legile fenomenelor electromagnetice stabilite anterior experimental (Coulomb, Ampere) și fenomenul de inducție electromagnetică descoperit de M. Faraday, Maxwell a găsit un sistem de ecuații diferențiale care descriu câmpul electromagnetic într-un mod pur matematic. Acest sistem de ecuații oferă, în limitele aplicabilității sale, o descriere completă a fenomenelor electromagnetice și este o teorie la fel de perfectă și coerentă din punct de vedere logic ca și sistemul mecanicii newtoniene.
Din ecuații a rezultat cea mai importantă concluzie despre posibilitatea existenței independente a unui câmp care nu este „legat” de sarcinile electrice. ÎN
etc................. Introducere 2
1. Ce este materia. Istoria apariției viziunii materiei 3
2. Niveluri structurale de organizare a materiei:
2.1 microlume 6
2.2 macrolume 7
2,3 megalumi 13
Concluzia 24
Referințe 25
- Introducere
- Ce s-a intamplat? Istoria apariției viziunii materiei
Materia este un set infinit al tuturor obiectelor și sistemelor existente în lume, substratul oricăror proprietăți, conexiuni, relații și forme de mișcare. Materia include nu numai toate obiectele și corpurile naturii observabile direct, ci și toate cele care, în principiu, pot fi cunoscute în viitor pe baza îmbunătățirii mijloacelor de observare și experimentare. Din punctul de vedere al înțelegerii marxist-leniniste a materiei, ea este legată organic de soluția dialectico-materialistă a problemei principale a filosofiei; pornește de la principiul unității materiale a lumii, primatul materiei în raport cu conștiința umană și principiul cunoașterii lumii pe baza unui studiu consecvent al proprietăților, conexiunilor și formelor specifice de mișcare a materiei.
Baza ideilor despre structura lumii materiale este o abordare sistemică, conform căreia orice obiect al lumii materiale, fie că este vorba despre un atom, planetă, organism sau galaxie, poate fi considerat o formațiune complexă, incluzând părți componente organizate în integritate. Pentru a denota integritatea obiectelor în știință, a fost dezvoltat conceptul de sistem.
Materia ca realitate obiectivă include nu numai materia în cele patru stări ale sale de agregare (solid, lichid, gazos, plasmă), ci și câmpurile fizice (electromagnetice, gravitaționale, nucleare etc.), precum și proprietățile, relațiile, interacțiunile dintre produse. . Include și antimateria (un set de antiparticule: pozitron, sau antielectron, antiproton, antineutron), descoperit recent de știință. Antimateria nu este nicidecum antimaterie. Antimateria nu poate exista deloc.
Mișcarea și materia sunt legate organic și indisolubil una de cealaltă: nu există mișcare fără materie, așa cum nu există materie fără mișcare. Cu alte cuvinte, nu există lucruri, proprietăți și relații neschimbate în lume. „Totul curge”, totul se schimbă. Unele forme sau tipuri sunt înlocuite cu altele, se transformă în altele - mișcarea este constantă. Pacea este un moment dialectic care dispare în procesul continuu de schimbare și devenire. Pacea absolută echivalează cu moartea, sau mai bine zis cu inexistența. Se poate înțelege în acest sens pe A. Bergson, care a considerat toată realitatea ca o continuitate indivizibilă în mișcare. Sau A.N. Whitehead, pentru care „realitatea este un proces”. Atât mișcarea, cât și odihna sunt cu siguranță fixate numai în raport cu un anumit cadru de referință. Astfel, tabelul la care sunt scrise aceste rânduri este în repaus în raport cu camera dată, care, la rândul ei, este în repaus în raport cu casa dată, iar casa însăși este în repaus față de Pământ. Dar împreună cu Pământul, masa, camera și casa se mișcă în jurul axei pământului și în jurul Soarelui.
Materia în mișcare există în două forme principale - în spațiu și în timp. Conceptul de spațiu servește la exprimarea proprietăților de extindere și a ordinii de coexistență a sistemelor materiale și a stărilor acestora. Este obiectiv, universal (forma universală) și necesar. Conceptul de timp fixează durata și succesiunea schimbărilor în stările sistemelor materiale. Timpul este obiectiv, inevitabil și ireversibil. Este necesar să se facă distincția între ideile filozofice și cele științifice naturale despre spațiu și timp. Abordarea filozofică în sine este reprezentată aici de patru concepte de spațiu și timp: substanțial și relațional, static și dinamic.
Fondatorul viziunii materiei ca fiind formată din particule discrete a fost Democrit.
Democrit a negat divizibilitatea infinită a materiei. Atomii diferă între ei doar prin formă, ordinea succesiunii reciproce și poziție în spațiul gol, precum și prin dimensiune și gravitație, care depinde de dimensiune. Au forme infinit variate, cu depresiuni sau umflături. Democrit numește și atomii „figurine” sau „figurine”, din care rezultă că atomii lui Democrit sunt cele mai mici și mai departe indivizibile figuri sau figurine. În știința modernă s-a dezbătut mult dacă atomii lui Democrit sunt corpuri fizice sau geometrice, dar Democrit însuși nu a ajuns încă la distincția dintre fizică și geometrie. Din acești atomi care se mișcă în direcții diferite, din „vortexul” lor, prin necesitate naturală, prin reunirea unor atomi asemănători reciproc, se formează atât corpuri întregi individuale, cât și întreaga lume; mișcarea atomilor este eternă, iar numărul de lumi emergente este infinit.
Lumea realității obiective accesibilă oamenilor este în continuă expansiune. Formele conceptuale de exprimare a ideii de niveluri structurale ale materiei sunt diverse.
Știința modernă identifică trei niveluri structurale în lume.
2 . Niveluri structurale de organizare a materiei
2.1 Microlume
Microlume- acestea sunt molecule, atomi, particule elementare - lumea micro-obiectelor extrem de mici, neobservabile direct, a căror diversitate spațială este calculată de la 10 -8 la 10 -16 cm, iar durata de viață este de la infinit la 10 -24 s.
Democrit
în antichitate
a fost nominalizat
Ipoteza atomistă a structurii materiei ,
mai târziu, în secolul al XVIII-lea. a fost reînviat de chimistul J. Dalton, care a luat greutatea atomică a hidrogenului ca una și a comparat greutățile atomice ale altor gaze cu aceasta. Datorită lucrărilor lui J. Dalton, au început să fie studiate proprietățile fizice și chimice ale atomului. În secolul 19 D.I. Mendeleev a construit un sistem de elemente chimice bazat pe greutatea lor atomică.
În fizică, conceptul de atomi ca ultimele elemente structurale indivizibile ale materiei a venit din chimie. De fapt, studiile fizice ale atomului încep la sfârșitul secolului al XIX-lea, când fizicianul francez A. A. Becquerel a descoperit fenomenul radioactivității, care a constat în transformarea spontană a atomilor unor elemente în atomi ai altor elemente.
Istoria cercetării asupra structurii atomului a început în 1895 datorită descoperirii de către J. Thomson a electronului, o particulă încărcată negativ care face parte din toți atomii. Deoarece electronii au o sarcină negativă, iar atomul în ansamblu este neutru din punct de vedere electric, s-a presupus că, pe lângă electron, există o particulă încărcată pozitiv. Masa electronului a fost calculată a fi 1/1836 din masa unei particule încărcate pozitiv.
Au existat mai multe modele ale structurii atomului.
În 1902, fizicianul englez W. Thomson (Lord Kelvin) a propus primul model al atomului - o sarcină pozitivă este distribuită pe o suprafață destul de mare, iar electronii sunt intercalate cu ea, ca „stafide în budincă”.
În 1911, E. Rutherford a propus un model al atomului care semăna cu sistemul solar: în centru se află un nucleu atomic, iar electronii se mișcă în jurul lui pe orbitele lor.
Nucleul are o sarcină pozitivă, iar electronii o sarcină negativă. În loc de forțele gravitaționale care acționează în sistemul solar, forțele electrice acționează în atom. Sarcina electrică a nucleului unui atom, numeric egală cu numărul de serie din sistemul periodic al lui Mendeleev, este echilibrată de suma sarcinilor electronilor - atomul este neutru din punct de vedere electric.
Ambele modele s-au dovedit a fi contradictorii.
În 1913, marele fizician danez N. Bohr a aplicat principiul cuantizării pentru a rezolva problema structurii atomului și a caracteristicilor spectrelor atomice.
Modelul atomului lui N. Bohr se baza pe modelul planetar al lui E. Rutherford și pe teoria cuantică a structurii atomice dezvoltată de acesta. N. Bohr a prezentat o ipoteză despre structura atomului, bazată pe două postulate care sunt complet incompatibile cu fizica clasică:
1) în fiecare atom există mai multe stări staționare (în limbajul modelului planetar, mai multe orbite staționare) ale electronilor, în mișcare de-a lungul cărora poate exista un electron fără a emite ;
2) când un electron trece de la o stare staționară la alta, atomul emite sau absoarbe o parte de energie.
În cele din urmă, este fundamental imposibil să descrii cu exactitate structura unui atom pe baza ideii de orbite ale electronilor punctuali, deoarece astfel de orbite nu există de fapt.
Teoria lui N. Bohr reprezintă, parcă, granița primei etape în dezvoltarea fizicii moderne. Acesta este cel mai recent efort de a descrie structura atomului bazat pe fizica clasică, completat doar cu un număr mic de ipoteze noi.
Părea că postulatele lui N. Bohr reflectă unele proprietăți noi, necunoscute ale materiei, dar doar parțial. Răspunsurile la aceste întrebări au fost obținute ca urmare a dezvoltării mecanicii cuantice. S-a dovedit că modelul atomic al lui N. Bohr nu trebuie luat la propriu, așa cum era la început. Procesele din atom, în principiu, nu pot fi reprezentate vizual sub formă de modele mecanice prin analogie cu evenimentele din macrocosmos. Chiar și conceptele de spațiu și timp în forma existentă în macrolume s-au dovedit a fi nepotrivite pentru descrierea fenomenelor microfizice. Atomul fizicienilor teoreticieni a devenit din ce în ce mai mult o sumă abstractă, inobservabilă de ecuații.
2.2 Macroworld
Macroworld- lumea formelor și dimensiunilor stabile proporționale cu oamenii, precum și a complexelor cristaline de molecule, organisme, comunități de organisme; lumea macro-obiectelor, a cărei dimensiune este corelată cuscări ale experienței umane: cantitățile spațiale sunt exprimate în milimetri, centimetri și kilometri, iar timpul - în secunde, minute, ore, ani.
În istoria studiului naturii se pot distinge două etape: pre-științifică și științifică.
Pre-științific sau natural-filosofic ,
acoperă perioada de la antichitate până la formarea științelor naturale experimentale în secolele XVI-XVII. Fenomenele naturale observate au fost explicate pe baza unor principii filozofice speculative.
Cel mai semnificativ pentru dezvoltarea ulterioară a științelor naturale a fost conceptul de structură discretă a materiei, atomismul, conform căruia toate corpurile constau din atomi - cele mai mici particule din lume.
Etapa științifică a studierii naturii începe cu formarea mecanicii clasice.
Deoarece ideile științifice moderne despre nivelurile structurale ale organizării materiei au fost dezvoltate în cursul unei regândiri critice a ideilor științei clasice, aplicabile doar obiectelor de nivel macro, trebuie să începem cu conceptele fizicii clasice.
Formarea concepțiilor științifice asupra structurii materiei datează din secolul al XVI-lea, când G. Galileo a pus bazele primei imagini fizice a lumii din istoria științei – una mecanică. El nu numai că a fundamentat sistemul heliocentric al lui N. Copernic și a descoperit legea inerției, dar a dezvoltat o metodologie pentru un nou mod de a descrie natura - științific și teoretic. Esența sa a fost că doar anumite caracteristici fizice și geometrice au fost identificate și au devenit subiect de cercetare științifică. Galileo a scris: „Nu voi cere niciodată de la corpurile externe altceva decât dimensiunea, silueta, cantitatea și mișcarea mai mult sau mai puțin rapidă pentru a explica apariția gustului, mirosului și sunetului”.
I. Newton, bazându-se pe lucrările lui Galileo, a dezvoltat o teorie științifică strictă a mecanicii, descriind atât mișcarea corpurilor cerești, cât și mișcarea corpurilor terestre.obiecte după aceleaşi legi. Natura era privită ca un sistem mecanic complex.
În cadrul tabloului mecanic al lumii dezvoltat de I. Newton și adepții săi, a apărut un model discret (corpuscular) al realității. Materia a fost considerată ca o substanță materială constând din particule individuale - atomi sau corpusculi. Atomii sunt absolut puternici, indivizibili, impenetrabili, caracterizați prin prezența masei și greutății.
O caracteristică esențială a lumii newtoniene a fost spațiul tridimensional al geometriei euclidiene, care este absolut constant și mereu în repaus. Timpul a fost prezentat ca o cantitate independentă de spațiu sau materie.
Mișcarea a fost considerată ca mișcare în spațiu de-a lungul traiectoriilor continue în conformitate cu legile mecanicii.
Rezultatul imaginii lumii lui Newton a fost imaginea Universului ca un mecanism gigantic și complet determinat, în care evenimentele și procesele sunt un lanț de cauze și efecte interdependente.
Abordarea mecanicistă a descrierii naturii s-a dovedit a fi extrem de fructuoasă. În urma mecanicii newtoniene, au fost create hidrodinamica, teoria elasticității, teoria mecanică a căldurii, teoria cinetică moleculară și o serie de altele, în conformitate cu care fizica a obținut un succes enorm. Cu toate acestea, existau două domenii - fenomenele optice și electromagnetice care nu puteau fi pe deplin explicate în cadrul unei imagini mecaniciste a lumii.
Alături de teoria corpusculară mecanică s-au încercat explicarea fenomenelor optice într-un mod fundamental diferit, și anume, pe baza teoriei ondulatorii formulată de X. Huygens. Teoria undelor a stabilit o analogie între propagarea luminii și mișcarea undelor pe suprafața apei sau undele sonore din aer. A presupus prezența unui mediu elastic care umple tot spațiul - un eter luminifer. Bazat pe teoria undelor a lui X. Huygens a explicat cu succes reflexia și refracția luminii.
O altă zonă a fizicii în care modelele mecanice s-au dovedit inadecvate a fost domeniul fenomenelor electromagnetice. Experimentele naturalistului englez M. Faraday și lucrările teoretice ale fizicianului englez J. C. Maxwell au distrus în cele din urmă ideile fizicii newtoniene despre materia discretă ca singur tip de materie și au pus bazele imaginii electromagnetice a lumii.
Fenomenul electromagnetismului a fost descoperit de naturalistul danez H. K. Oersted, care a observat primul efectul magnetic al curenților electrici. Continuând cercetările în această direcție, M. Faraday a descoperit că o schimbare temporară a câmpurilor magnetice creează un curent electric.
M. Faraday a ajuns la concluzia că studiul electricității și al opticii sunt interconectate și formează un singur câmp. Lucrările sale au devenit punctul de plecare al cercetărilor lui J. C. Maxwell, al cărui merit constă în dezvoltarea matematică a ideilor lui M. Faraday despre magnetism și electricitate. Maxwell a „tradus” modelul lui Faraday de linii de câmp într-o formulă matematică. Conceptul de „câmp de forțe” a fost dezvoltat inițial ca un concept matematic auxiliar. J.C. Maxwell i-a dat un sens fizic și a început să considere câmpul ca o realitate fizică independentă: „Un câmp electromagnetic este acea parte a spațiului care conține și înconjoară corpuri care se află într-o stare electrică sau magnetică”.
Din cercetările sale, Maxwell a putut concluziona că undele luminoase sunt unde electromagnetice. Singura esență a luminii și a electricității, pe care M. Faraday a sugerat-o în 1845 și J. C. Maxwell a susținut-o teoretic în 1862, a fost confirmată experimental de fizicianul german G. Hertz în 1888.
După experimentele lui G. Hertz, conceptul de câmp a fost stabilit în cele din urmă în fizică, nu ca un construct matematic auxiliar, ci ca o realitate fizică existentă în mod obiectiv. A fost descoperit un tip de materie unic din punct de vedere calitativ.
Deci, până la sfârșitul secolului al XIX-lea. fizica a ajuns la concluzia că materia există îndouă tipuri: materie discretă și câmp continuu.
Ca urmare a descoperirilor revoluționare ulterioare în fizică la sfârșitul ultimului și începutul acestui secol, ideile fizicii clasice despre materie și câmp ca două tipuri de materie unice calitativ au fost distruse.
2.3 Megalumi
Megaworld- acestea sunt planete, complexe de stele, galaxii, metagalaxii - o lume de scări și viteze cosmice enorme, distanța în care se măsoară în ani lumină, iar durata de viață a obiectelor spațiale este măsurată în milioane și miliarde de ani.
Și deși aceste niveluri au propriile lor legi specifice, micro-, macro- și mega-lumile sunt strâns interconectate.
La nivel microscopic, fizica studiază astăzi procese care au loc la lungimi de ordinul 10 până la puterea minus optsprezecea a cm, pe un timp de ordinul 10 până la puterea minus douăzeci și secundă a lui s. În megalumea, oamenii de știință folosesc instrumente pentru a înregistra obiecte aflate la distanță de noi, la o distanță de aproximativ 9-12 miliarde de ani lumină.
Știința modernă vede megalumea sau spațiul ca pe un sistem de interacțiune și dezvoltare al tuturor corpurilor cerești.
Toate galaxiile existente sunt incluse în sistemul de cel mai înalt nivel- Metagalaxie .
Dimensiunile Metagalaxiei sunt foarte mari: raza orizontului cosmologic este de 15-20 de miliarde de ani lumină.
Conceptele „Univers” și „Metagalaxie” sunt concepte foarte apropiate: caracterizează același obiect, dar sub aspecte diferite. Conceptul „Univers” înseamnă întreaga lume materială existentă; conceptul de „Metagalaxie” este aceeași lume, dar din punctul de vedere al structurii sale - ca un sistem ordonat de galaxii.
Structura și evoluția Universului sunt studiate de cosmologie .
Cosmologia ca ramură a științelor naturale este situată la o intersecție unică a științei, religiei și filosofiei. Modelele cosmologice ale Universului se bazează pe anumite premise ideologice, iar aceste modele în sine au o mare semnificație ideologică.
În știința clasică a existat așa-numita teorie a stării de echilibru a Universului, conform căreia Universul a fost întotdeauna aproape la fel ca acum. Astronomia a fost statică: au fost studiate mișcările planetelor și cometelor, au fost descrise stelele, au fost create clasificările lor, ceea ce era, desigur, foarte important. Dar problema evoluției Universului nu a fost pusă.
Modelele cosmologice moderne ale Universului se bazează pe teorie generală relativitatea lui A. Einstein, conform căreia metricaspațiul și timpul sunt determinate de distribuția maselor gravitaționale în Univers. Proprietățile sale în ansamblu sunt determinate de densitatea medie a materiei și de alți factori fizici specifici.
Ecuația gravitației lui Einstein are nu una, ci multe soluții,ceea ce explică existenţa multor modele cosmologice ale Universului. Primul model a fost dezvoltat de însuși A. Einstein în 1917. El a respins postulatele cosmologiei newtoniene despre absolutitatea și infinititatea spațiului și timpului. În conformitate cu modelul cosmologic al Universului al lui A. Einstein, spațiul mondial este omogen și izotrop, materia este distribuită uniform în el în medie, iar atracția gravitațională a maselor este compensată de repulsia cosmologică universală.
Existența Universului este infinită, adică. nu are început sau sfârșit, iar spațiul este nelimitat, dar finit.
Universul din modelul cosmologic al lui A. Einstein este staționar, infinit în timp și nelimitat în spațiu.
În 1922 Matematicianul și geofizicianul rus A.A Friedman a respins postulatul cosmologiei clasice despre natura staționară a Universului și a obținut o soluție la ecuația Einstein, care descrie Universul cu spațiu „în expansiune”.
Deoarece densitatea medie a materiei din Univers este necunoscută, astăzi nu știm în care dintre aceste spații ale Universului trăim.
În 1927, starețul și omul de știință belgian J. Lemaitre a asociat „expansiunea”spații cu date de observație astronomică. Lemaitre a introdus conceptul de început al Universului ca o singularitate (adică o stare superdensă) și nașterea Universului ca Big Bang.
În 1929, astronomul american E.P. Hubble a descoperit existența unei relații ciudate între distanța și viteza galaxiilor: toate galaxiile se îndepărtează de noi și cu o viteză care crește proporțional cu distanța - sistemul galaxiilor se extinde.
Expansiunea Universului este considerată un fapt stabilit științific. Conform calculelor teoretice ale lui J. Lemaître, raza Universului în starea sa inițială era de 10 -12 cm, care este apropiată ca mărime de raza unui electron, iar densitatea sa era de 10 96 g/cm 3 . Într-o stare singulară, Universul era un micro-obiect de dimensiuni neglijabile. Din starea inițială singulară, Universul a trecut în expansiune ca urmare a Big Bang-ului.
Calculele retrospective determină vârsta Universului la 13-20 de miliarde de ani. G.A. Gamow a sugerat că temperatura substanței a fost ridicată și a scăzut odată cu expansiunea Universului. Calculele sale au arătat că Universul în evoluția sa trece prin anumite etape, în timpul cărora are loc formarea elementelor și structurilor chimice. În cosmologia modernă, pentru claritate, stadiul inițial al evoluției Universului este împărțit în „ere”.
Era Hadronului. Particule grele care intră interacțiuni puternice.
Epoca leptonilor. Particule de lumină care intră în interacțiune electromagnetică.
Era fotonilor. Durata 1 milion de ani. Cea mai mare parte a masei - energia Universului - provine din fotoni.
Era stelelor. Apare la 1 milion de ani de la nașterea Universului. În timpul erei stelare, începe procesul de formare a protostelelor și protogalaxiilor.
Apoi se desfășoară o imagine grandioasă a formării structurii Metagalaxiei.
În cosmologia modernă, alături de ipoteza Big Bang, modelul inflaționist al Universului, care ia în considerare crearea Universului, este foarte popular. Ideea de creație are o justificare foarte complexă și este asociată cu cosmologia cuantică. Acest model descrie evoluția Universului începând cu momentul 10 -45 s după începerea expansiunii.
Susținătorii modelului inflaționist văd o corespondență între etapele evoluției cosmice și etapele creării lumii descrise în cartea Geneza din Biblie.
În conformitate cu ipoteza inflației, evoluția cosmică în Universul timpuriu trece printr-o serie de etape.
Începutul Universului este definit de către fizicienii teoreticieni ca o stare de supergravitație cuantică cu o rază a Universului de 10 -50 cm.
Etapa de inflație. Ca urmare a unui salt cuantic, Universul a trecut într-o stare de vid excitat și, în absența materiei și a radiațiilor din el, sa extins intens conform unei legi exponențiale. În această perioadă a fost creat spațiul și timpul Universului însuși. Pe parcursul etapei inflaţioniste cu durata de 10 -34. Universul s-a umflat de la o dimensiune cuantică inimaginabil de mică de 10 -33 la o dimensiune inimaginabil de mare de 10 1000000 cm, ceea ce este cu multe ordine de mărime mai mare decât dimensiunea Universului observabil - 10 28 cm. În toată această perioadă inițială nu a existat nicio materie sau radiații în Univers.
Trecerea de la stadiul inflaționist la stadiul fotonic. Starea de vid fals s-a dezintegrat, energia eliberată a mers la nașterea particulelor grele și a antiparticulelor, care, după ce s-au anihilat, au dat un fulger puternic de radiație (lumină) care a iluminat spațiul.
Etapa de separare a materiei de radiații: materia rămasă după anihilare a devenit transparentă la radiații, contactul dintre materie șiradiațiile au dispărut. Radiația separată de materie constituie fondul relict modern, prezis teoretic de G. A. Gamov și descoperit experimental în 1965.
Ulterior, dezvoltarea Universului a mers în direcția de la cea mai simplă stare omogenă la crearea unor structuri din ce în ce mai complexe - atomi (inițial atomi de hidrogen), galaxii, stele, planete, sinteza elementelor grele din intestinele stelelor, inclusiv cele. necesar pentru crearea vieții, apariția vieții și ca coroană a creației - omul.
Diferența dintre etapele de evoluție a Universului în modelul inflaționist și modelul Big Bang se referă doar la stadiul inițial de ordinul 10 -30 s, atunci nu există diferențe fundamentale între aceste modele în înțelegerea etapelor evoluției cosmice. .
Între timp, aceste modele pot fi calculate pe computer cu ajutorul cunoștințelor și al imaginației, dar întrebarea rămâne deschisă.
Cea mai mare dificultate pentru oamenii de știință apare în explicarea cauzelor evoluției cosmice. Dacă lăsăm deoparte detaliile, putem distinge două concepte principale care explică evoluția Universului: conceptul de autoorganizare și conceptul de creaționism.
Pentru conceptul de autoorganizare, Universul material este singura realitate și nu există altă realitate în afară de aceasta. Evoluția Universului este descrisă în termeni de autoorganizare: există o ordonare spontană a sistemelor în direcția formării unor structuri din ce în ce mai complexe. Haosul dinamic creează ordine.
În cadrul conceptului de creaționism, i.e. creație, evoluția Universului este asociată cu implementarea programului ,
etc.................
Academia Socială Deschisă din Moscova
Catedra de Matematică și Științe Generale ale Naturii
Disciplina academica:
Concepte ale științelor naturale moderne.
Subiect abstract:
Niveluri structurale de organizare a materiei.
Facultatea de Educație prin corespondență
numărul grupului: FEB-3.6
supraveghetor:
Moscova 2009
INTRODUCERE
I. Niveluri structurale de organizare a materiei: micro-, macro-, mega-lumi
1.1 Viziune modernă asupra organizării structurale a materiei
II. Structura și rolul acesteia în organizarea sistemelor vii
2.1 Sistem și întreg
2.2 Parte și element
2.3 Interacțiunea unei părți și a întregului
III. Atom, om, Univers - un lanț lung de complicații
REFERINȚE DE CONCLUZIE
Introducere
Toate obiectele naturii (natura vie și neînsuflețită) pot fi reprezentate ca un sistem care are trăsături care le caracterizează nivelurile de organizare. Conceptul de niveluri structurale ale materiei vii include idei de sistematicitate și organizarea asociată a integrității organismelor vii. Materia vie este discretă, adică. este împărțit în părți constitutive ale unei organizații inferioare care au funcții specifice. Nivelurile structurale diferă nu numai în clasele de complexitate, ci și în modelele de funcționare. Structura ierarhică este astfel încât fiecare nivel superior nu îl controlează, ci îl include pe cel inferior. Diagrama reflectă cel mai precis imaginea holistică a naturii și nivelul de dezvoltare al științelor naturale în ansamblu. Luând în considerare nivelul de organizare, se poate lua în considerare ierarhia structurilor de organizare a obiectelor materiale de natură animată și neînsuflețită. Această ierarhie a structurilor începe cu particulele elementare și se termină cu comunitățile vii. Conceptul de niveluri structurale a fost propus pentru prima dată în anii 1920. al secolului nostru. În conformitate cu acesta, nivelurile structurale diferă nu numai în funcție de clasele de complexitate, ci și de modelele de funcționare. Conceptul include o ierarhie a nivelurilor structurale, în care fiecare nivel ulterior este inclus în cel anterior.
Scopul acestei lucrări este de a studia conceptul de organizare structurală a materiei.
I. Niveluri structurale de organizare a materiei: micro-, macro-, megalumi
În știința modernă, baza ideilor despre structura lumii materiale este o abordare sistemică, conform căreia orice obiect al lumii materiale, fie el un atom, o planetă etc. poate fi considerat ca un sistem - o formațiune complexă care include componente, elemente și conexiuni între ele. Un element în acest caz înseamnă o parte minimă, mai departe indivizibilă a unui sistem dat.
Setul de conexiuni dintre elemente formează structura sistemului; conexiunile stabile determină ordinea sistemului. Conexiunile orizontale se coordonează și asigură corelarea (coerența) sistemului; nicio parte a sistemului nu se poate schimba fără a schimba alte părți. Conexiunile verticale sunt conexiuni de subordonare; unele elemente ale sistemului sunt subordonate altora. Sistemul are un semn de integritate - aceasta înseamnă că toate părțile sale componente, atunci când sunt combinate într-un întreg, formează o calitate care nu poate fi redusă la calitățile elementelor individuale. Conform concepțiilor științifice moderne, toate obiectele naturale sunt sisteme ordonate, structurate, organizate ierarhic.
În sensul cel mai general al cuvântului „sistem” înseamnă orice obiect sau orice fenomen al lumii din jurul nostru și reprezintă interconectarea și interacțiunea părților (elementelor) în cadrul întregului. Structura este organizarea internă a unui sistem, care contribuie la conectarea elementelor sale într-un singur întreg și îi conferă caracteristici unice. Structura determină ordonarea elementelor unui obiect. Elementele sunt orice fenomene, procese, precum și orice proprietăți și relații care sunt în orice fel de conexiune și corelație reciprocă între ele.
În înțelegerea organizării structurale a materiei, conceptul de „dezvoltare” joacă un rol important. Conceptul de dezvoltare a naturii neînsuflețite și vii este considerat ca o schimbare direcționată ireversibilă a structurii obiectelor naturale, deoarece structura exprimă nivelul de organizare a materiei. Cea mai importantă proprietate a unei structuri este stabilitatea ei relativă. Structura este o ordine generală, definită calitativ și relativ stabilă a relațiilor interne între subsistemele unui anumit sistem. Conceptul de „nivel de organizare”, spre deosebire de conceptul de „structură”, include ideea unei schimbări în structuri și succesiunea acesteia în timpul dezvoltare istorica sistem din momentul înființării sale. În timp ce schimbarea structurii poate fi aleatorie și nu întotdeauna direcționată, schimbarea la nivel de organizare are loc într-un mod necesar.
Sistemele care au atins nivelul corespunzător de organizare și au o anumită structură dobândesc capacitatea de a utiliza informații pentru, prin management, să își mențină neschimbat (sau să crească) nivelul de organizare și să contribuie la constanța (sau scăderea) entropiei lor ( entropia este o măsură a dezordinei). Până de curând, știința naturii și alte științe se puteau lipsi de o abordare holistică, sistematică a obiectelor lor de studiu, fără a ține cont de studiul proceselor de formare a structurilor stabile și de autoorganizare.
În prezent, problemele auto-organizării, studiate în sinergetică, devin relevante în multe științe, de la fizică la ecologie.
Sarcina sinergeticii este de a clarifica legile de organizare a unei organizații și apariția ordinii. Spre deosebire de cibernetică, aici se pune accent nu pe procesele de gestionare și schimb de informații, ci pe principiile construirii unei organizații, apariția, dezvoltarea și autocomplicarea acesteia (G. Haken). Problema ordonării și organizării optime este deosebit de acută atunci când se studiază problemele globale - energie, mediu și multe altele care necesită implicarea unor resurse enorme.
1.1 VIZIUNI MODERNE PRIVIND ORGANIZAREA STRUCTURALĂ A MATERIEI
În știința naturală clasică, doctrina principiilor organizării structurale a materiei a fost reprezentată de atomismul clasic. Ideile atomismului au servit drept fundament pentru sinteza tuturor cunoștințelor despre natură. În secolul al XX-lea, atomismul clasic a suferit transformări radicale.
Principii moderne organizarea structurală a materiei sunt asociate cu dezvoltarea conceptelor de sistem și includ unele cunoștințe conceptuale despre sistem și trăsăturile sale care caracterizează starea sistemului, comportamentul, organizarea și auto-organizarea acestuia, interacțiunea cu mediul, scopul și predictibilitatea comportamentului. , și alte proprietăți.
Cea mai simplă clasificare a sistemelor este împărțirea lor în statice și dinamice, care, în ciuda confortului său, este încă condiționat, deoarece totul în lume este în continuă schimbare. Sistemele dinamice sunt împărțite în deterministe și stocastice (probabiliste). Această clasificare se bazează pe natura predicției dinamicii comportamentului sistemului. Astfel de sisteme sunt studiate în mecanică și astronomie. În schimb, sistemele stocastice, care sunt de obicei numite probabilistic-statistice, se ocupă de evenimente și fenomene aleatoare masive sau repetate. Prin urmare, predicțiile din ele nu sunt de încredere, ci doar probabilistice.
Prin natura interacțiunii cu mediu inconjurator se face o distincție între sistemele deschise și închise (izolate), iar uneori se disting și sistemele parțial deschise. Această clasificare este în principal condiționată, deoarece ideea sistemelor închise a apărut în termodinamica clasică ca o anumită abstractizare. Marea majoritate, dacă nu toate, sistemele sunt open source.
Multe sisteme complexe găsite în lumea socială sunt direcționate către obiective, de exemplu. concentrat pe atingerea unuia sau mai multor obiective, iar în diferite subsisteme și la diferite niveluri ale organizației aceste obiective pot fi diferite și chiar pot intra în conflict între ele.
Clasificarea și studiul sistemelor au făcut posibilă dezvoltarea unei noi metode de cunoaștere, care a fost numită abordarea sistemelor. Aplicarea ideilor de sisteme la analiza proceselor economice și sociale a contribuit la apariția teoriei jocurilor și a teoriei deciziei. Cel mai semnificativ pas în dezvoltarea metodei sistemelor a fost apariția ciberneticii ca teorie generală a controlului în sistemele tehnice, organismele vii și societate. Deși teoriile controlului individual existau înainte de cibernetică, crearea unei abordări interdisciplinare unificate a făcut posibilă dezvăluirea unor modele mai profunde și mai generale de control ca proces de acumulare, transmitere și transformare a informațiilor. Controlul în sine este efectuat folosind algoritmi, care sunt procesați de computere.
Teoria universală a sistemelor, care a determinat rolul fundamental al metodei sistemului, exprimă, pe de o parte, unitatea lumii materiale, iar pe de altă parte, unitatea cunoștințe științifice. O consecință importantă a acestei considerații a proceselor materiale a fost limitarea rolului reducerii în cunoașterea sistemelor. A devenit clar că, cu cât unele procese diferă mai mult de altele, cu atât sunt mai eterogene din punct de vedere calitativ, cu atât este mai dificil de redus. Prin urmare, legile sistemelor mai complexe nu pot fi complet reduse la legile formelor inferioare sau ale sistemelor mai simple. Ca antipod al abordării reducționiste, ia naștere o abordare holistică (din grecescul holos - întreg), conform căreia întregul precede întotdeauna părțile și este întotdeauna mai important decât părțile.
Fiecare sistem este un întreg format din părțile sale interconectate și care interacționează. Prin urmare, procesul de cunoaștere a sistemelor naturale și sociale poate avea succes numai atunci când părțile și întregul lor sunt studiate nu în opoziție, ci în interacțiune unele cu altele.
Știința modernă vede sistemele ca fiind complexe, deschise, cu multe posibilități pentru noi moduri de dezvoltare. Procesele de dezvoltare si functionare a unui sistem complex au natura de autoorganizare, i.e. apariția unei funcționări interne consistente datorită conexiunilor interne și conexiunilor cu mediul extern. Autoorganizarea este o expresie științifică naturală a procesului de auto-mișcare a materiei. Sistemele naturii vii și neînsuflețite, precum și sistemele artificiale, au capacitatea de a se autoorganiza.
În conceptul modern bazat științific al organizării sistemice a materiei, se disting de obicei trei niveluri structurale ale materiei:
microworld - lumea atomilor și a particulelor elementare - obiecte extrem de mici, direct neobservabile, cu dimensiunea de la 10-8 cm la 10-16 cm și durata de viață - de la infinit la 10-24 s.
macrocosmosul este lumea formelor și cantităților stabile proporționale cu oamenii: distanțe și viteze pământești, mase și volume; dimensiunea macro-obiectelor este comparabilă cu scara experienței umane - dimensiuni spațiale de la fracțiuni de milimetru la kilometri și dimensiuni de timp de la fracțiuni de secundă la ani.
megaworld – lumea spațiului (planete, complexe de stele, galaxii, metagalaxii); o lume de scări și viteze cosmice enorme, distanța este măsurată în ani lumină, iar timpul este măsurat în milioane și miliarde de ani;
Studiul ierarhiei nivelurilor structurale ale naturii este asociat cu rezolvarea problemei complexe de determinare a limitelor acestei ierarhii atât în megalume, cât și în microlume. Obiectele fiecărei etape ulterioare apar și se dezvoltă ca urmare a combinării și diferențierii anumitor seturi de obiecte ale etapei precedente. Sistemele devin din ce în ce mai multinivel. Complexitatea sistemului crește nu numai pentru că crește numărul de niveluri. Dezvoltarea de noi relații între niveluri și cu mediul comun acestor obiecte și asocierile acestora devine esențială.
Microlumea, fiind un subnivel al macrolumilor și megalumilor, are caracteristici complet unice și, prin urmare, nu poate fi descrisă de teorii legate de alte niveluri ale naturii. În special, această lume este în mod inerent paradoxală. Principiul „constă din” nu se aplică lui. Astfel, atunci când două particule elementare se ciocnesc, nu se formează particule mai mici. După ciocnirea a doi protoni, apar multe alte particule elementare - inclusiv protoni, mezoni și hiperoni. Fenomenul „nașterii multiple” a particulelor a fost explicat de Heisenberg: în timpul unei coliziuni, energia cinetică mare este convertită în materie și observăm nașterea multiplă a particulelor. Microlumea este studiată activ. Dacă în urmă cu 50 de ani erau cunoscute doar 3 tipuri de particule elementare (electronul și protonul ca fiind cele mai mici particule de materie și fotonul ca porțiune minimă de energie), acum au fost descoperite aproximativ 400 de particule. A doua proprietate paradoxală a microcosmosului este asociată cu natura duală a microparticulei, care este atât o undă, cât și un corpuscul. Prin urmare, nu poate fi localizat strict fără ambiguitate în spațiu și timp. Această caracteristică este reflectată în principiul relației de incertitudine Heisenberg.
Nivelurile de organizare a materiei observate de oameni sunt stăpânite ținând cont conditii naturale locuință umană, adică ținând cont de legile noastre pământești. Totuși, acest lucru nu exclude presupunerea că la niveluri suficient de îndepărtate de noi pot exista forme și stări ale materiei caracterizate prin proprietăți complet diferite. În acest sens, oamenii de știință au început să distingă sistemele materiale geocentrice și negeocentrice.
Lumea geocentrică este lumea de referință și de bază a timpului newtonian și a spațiului euclidian, descrisă de un set de teorii legate de obiectele la scară terestră. Sisteme non-geocentrice - un tip special realitatea obiectivă, caracterizată prin alte tipuri de atribute, alte spații, timp, mișcare decât cele pământești. Există o presupunere că microlumea și megalumea sunt ferestre către lumi non-geocentrice, ceea ce înseamnă că tiparele lor, cel puțin într-o măsură îndepărtată, fac posibilă imaginarea unui alt tip de interacțiune decât în macrolumea sau tipul de realitate geocentrică.
Nu există o graniță strictă între megalume și macrolume. De obicei se crede că el
incepe cu distante de aproximativ 107 si mase de 1020 kg. Punctul de referință pentru începutul megalumii poate fi Pământul (diametru 1,28 × 10 + 7 m, masă 6 × 1021 kg). Deoarece megalumea se ocupă de distanțe mari, sunt introduse unități speciale pentru măsurarea acestora: unitatea astronomică, anul lumină și parsec.
Unitate astronomică (a.e.) – distanța medie de la Pământ la Soare este de 1,5 × 1011 m.
An lumină – distanța pe care lumina o parcurge într-un an și anume 9,46 × 1015 m.
Parsec (paralaxă secundă) – distanța la care paralaxa anuală a orbitei pământului (adică unghiul la care este vizibilă semiaxa majoră a orbitei pământului, situată perpendicular pe linia de vedere) este egală cu o secundă. Această distanță este egală cu 206265 AU. = 3,08×1016 m = 3,26 St. G.
Corpurile cerești din Univers formează sisteme de complexitate diferită. Așa că se formează Soarele și 9 planete care se mișcă în jurul lui Sistem solar. Cea mai mare parte a stelelor din galaxia noastră este concentrată într-un disc vizibil de pe Pământ „din lateral” sub forma unei benzi de ceață care traversează sfera cerească - Calea Lactee.
Toate corpurile cerești au propria lor istorie de dezvoltare. Vârsta Universului este de 14 miliarde de ani. Vârsta Sistemului Solar este estimată la 5 miliarde de ani, Pământul - 4,5 miliarde de ani.
O altă tipologie a sistemelor materiale este destul de răspândită astăzi. Aceasta este împărțirea naturii în anorganice și organice, în care este ocupat un loc special formă socială materie. Materia anorganică este particule și câmpuri elementare, nuclee atomice, atomi, molecule, corpuri macroscopice, formațiuni geologice. Materia organică are și o structură pe mai multe niveluri: nivel precelular - ADN, ARN, acizi nucleici; nivel celular – organisme unicelulare existente în mod independent; nivel multicelular – țesuturi, organe, sisteme funcționale (nervos, circulator etc.), organisme (plante, animale); structuri supraorganismele – populații, biocenoze, biosferă. Materia socială există doar datorită activităților oamenilor și include substructuri speciale: individual, familial, grupal, colectiv, de stat, națiune etc.
II. STRUCTURA ȘI ROLUL EI ÎN ORGANIZAREA SISTEMELOR DE VIE
2.1 SISTEMUL ȘI ÎNTREGUL
Un sistem este un complex de elemente care interacționează. Tradus din greacă, este un întreg alcătuit din părți, o legătură.
După o evoluție istorică îndelungată, conceptul de sistem de la mijlocul secolului al XX-lea. devine unul dintre conceptele științifice cheie.
Ideile primare despre sistem au apărut în filozofie antică ca ordine şi valoare a fiinţei. Conceptul de sistem are acum un domeniu de aplicare extrem de larg: aproape fiecare obiect poate fi considerat ca un sistem.
Fiecare sistem se caracterizează nu numai prin prezența unor conexiuni și relații între elementele sale constitutive, ci și prin unitatea sa inextricabilă cu mediul.
Se pot distinge diferite tipuri de sisteme:
După natura legăturii dintre părți și întreg - anorganic și organic;
După formele de mișcare ale materiei - mecanică, fizică, chimică, fizico-chimică;
În raport cu mișcarea – statistică și dinamică;
După tipul de schimbare - nefuncțională, funcțională, în curs de dezvoltare;
Prin natura schimbului cu mediul - deschis și închis;
După gradul de organizare - simplu și complex;
După nivelul de dezvoltare - din ce în ce mai scăzut;
După natura originii - natural, artificial, mixt;
După direcția de dezvoltare – progresivă și regresivă.
Conform uneia dintre definiții, un întreg este ceva din care nu îi lipsește niciuna dintre părți, constând din care se numește întreg. Întregul presupune în mod necesar organizarea sistematică a componentelor sale.
Conceptul de întreg reflectă unitatea armonioasă și interacțiunea părților conform unui anumit sistem ordonat.
Asemănarea conceptelor întregului și a sistemului a servit drept bază pentru identificarea lor completă, ceea ce nu este în întregime corect. În cazul unui sistem, nu avem de-a face cu un singur obiect, ci cu un grup de obiecte care interacționează care se influențează reciproc. Pe măsură ce sistemul continuă să se îmbunătățească în ceea ce privește ordinea componentelor sale, acesta poate deveni integral. Conceptul de întreg caracterizează nu numai multiplicitatea componentelor sale constitutive, ci și faptul că legătura și interacțiunea părților sunt naturale, decurgând din nevoile interne ale dezvoltării părților și a întregului.
Prin urmare, întregul este un tip special de sistem. Conceptul de întreg este o reflectare a naturii interne necesare, organice, a relației dintre componentele sistemului și, uneori, o schimbare a uneia dintre componente provoacă inevitabil una sau alta schimbare în cealaltă și, adesea, în întregul sistem. .
Proprietățile și mecanismul întregului ca nivel superior de organizare față de părțile care îl organizează nu pot fi explicate doar prin însumarea proprietăților și momentelor de acțiune ale acestor părți, considerate izolat unele de altele. Noi proprietăți ale întregului apar ca urmare a interacțiunii părților sale, prin urmare, pentru a cunoaște întregul, este necesar, împreună cu cunoașterea caracteristicilor părților, să cunoaștem legea organizării întregului, adică. legea combinării părților.
Întrucât întregul ca certitudine calitativă este rezultatul interacțiunii componentelor sale, este necesar să ne oprim asupra caracteristicilor acestora. Fiind componente ale unui sistem sau ale unui întreg, componentele intră în diverse relații între ele. Relațiile dintre elemente pot fi împărțite în „element – structură” și „parte – întreg”. În sistemul întregului se observă subordonarea părților față de întreg. Sistemul întregului se caracterizează prin faptul că poate crea organele care îi lipsesc.
2.2 PARTEA ȘI ELEMENTUL
Un element este o componentă a unui obiect care poate fi indiferentă față de specificul obiectului. Într-o categorie de structură se pot găsi conexiuni și relații între elemente care sunt indiferente față de specificul acesteia.
O parte este, de asemenea, o componentă integrală a unui obiect, dar, spre deosebire de un element, o parte este o componentă care nu este indiferentă față de specificul obiectului în ansamblu (de exemplu, o masă este formată din părți - un capac și picioare, precum și elemente - șuruburi, șuruburi, care pot fi folosite pentru fixarea altor obiecte: dulapuri, dulapuri etc.)
Un organism viu în ansamblu este format din mai multe componente. Unele dintre ele vor fi pur și simplu elemente, altele în același timp părți. Părțile sunt doar acele componente care sunt inerente funcțiilor vieții (metabolism etc.): materie vie extracelulară; celulă; textile; organ; sistem de organe.
Toate au funcții inerente ale viețuitoarelor, toate își îndeplinesc funcțiile specifice în sistemul de organizare a întregului. Prin urmare, o parte este o componentă a întregului, a cărui funcționare este determinată de natură, esența întregului însuși.
Pe lângă părți, corpul conține și alte componente care nu posedă ele însele funcțiile vieții, adică. sunt componente nevii. Acestea sunt elementele. Elementele nevii sunt prezente la toate nivelurile organizării sistemice a materiei vii:
În protoplasma celulei există boabe de amidon, picături de grăsime, cristale;
Într-un organism multicelular, componentele nevii care nu au propriul metabolism și capacitatea de a se reproduce includ părul, ghearele, coarnele, copitele și pene.
Astfel, parte și element constituie componente necesare organizării viețuitoarelor ca sistem integral. Fără elemente (componente nevii), funcționarea părților (componente vii) este imposibilă. Prin urmare, numai unitatea totală a ambelor elemente și părți, i.e. componente neînsuflețite și vii, constituie organizarea sistemică a vieții, integritatea ei.
2.2.1 RELAȚIA CATEGORIILOR PARTEA ȘI ELEMENTUL
Relația dintre categoriile parte și element este foarte contradictorie. Conținutul părții categorie diferă de elementul categoriei: elementele sunt toate componentele constitutive ale întregului, indiferent dacă specificitatea întregului este exprimată sau nu în ele, iar părțile sunt doar acele elemente în care specificul obiectului. ca întreg este direct exprimat, prin urmare categoria părții este mai restrânsă decât categoria elementului. Pe de altă parte, conținutul categoriei de părți este mai larg decât categoria de element, deoarece doar un anumit set de elemente constituie o parte. Și acest lucru poate fi arătat în raport cu orice întreg.
Aceasta înseamnă că există anumite niveluri sau limite în organizarea structurală a întregului care separă elementele de părți. În același timp, diferența dintre categoriile parte și element este foarte relativă, deoarece se pot transforma reciproc, de exemplu, organele sau celulele, în timp ce funcționează, sunt supuse distrugerii, ceea ce înseamnă că din părți se transformă în elemente și viciu. invers, ele sunt din nou construite din neînsuflețite, adică . elemente și devin părți. Elementele care nu sunt excretate din organism se pot transforma în depozite de sare, care sunt deja parte a corpului, și una destul de nedorită.
2.3 INTERACȚIUNEA PĂRȚII ȘI A TOTULUI
Interacțiunea părții și a întregului este că una îl presupune pe cealaltă, sunt unite și nu pot exista unul fără celălalt. Nu există întreg fără o parte și invers: nu există părți în afara întregului. O parte devine o parte numai în sistemul întregului. O parte își dobândește sensul numai prin întreg, la fel cum întregul este interacțiunea părților.
În interacțiunea unei părți și a întregului, rolul conducător, determinant, aparține întregului. Părțile unui organism nu pot exista independent. Reprezentând structuri adaptative private ale organismului, părțile apar în timpul dezvoltării evoluției de dragul întregului organism.
Rolul determinant al întregului în raport cu părțile din natura organică este cel mai bine confirmat de fenomenele de autotomie și regenerare. O șopârlă prinsă de coadă fuge, lăsând în urmă vârful cozii. Același lucru se întâmplă și cu ghearele de crabi și raci. Autotomie, adică autotaierea cozii la soparla, ghearele la crabi si raci, este o functie protectoare care contribuie la adaptarea organismului, dezvoltata in procesul evolutiv. Corpul își sacrifică partea în interesul salvării și păstrării întregului.
Fenomenul de autotomie se observă în cazurile în care organismul este capabil să restaureze partea pierdută. Partea lipsă a cozii șopârlei crește înapoi (dar o singură dată). Racii și racii cresc adesea ghearele rupte. Aceasta înseamnă că corpul este capabil să piardă mai întâi o parte pentru a salva întregul, pentru a restabili apoi această parte.
Fenomenul de regenerare demonstrează în continuare subordonarea părților față de întreg: întregul necesită în mod necesar împlinirea, într-o măsură sau alta, a părților pierdute. Biologie modernă a constatat că nu numai creaturile slab organizate (plante și protozoare), ci și mamiferele au capacitatea de regenerare.
Există mai multe tipuri de regenerare: nu numai organele individuale sunt restaurate, ci și organisme întregi din părți individuale ale acesteia (hidra dintr-un inel tăiat din mijlocul corpului, protozoare, polipi de corali, anelide, stele de mare etc.). În folclorul rus, îl cunoaștem pe Șarpele-Gorynych, căruia i-au tăiat capul de oameni buni, care a crescut imediat din nou... În termeni biologici generali, regenerarea poate fi considerată ca fiind capacitatea unui organism adult de a se dezvolta.
Cu toate acestea, rolul determinant al întregului în raport cu părțile nu înseamnă că părțile sunt lipsite de specificul lor. Rolul determinant al întregului presupune nu un rol pasiv, ci unul activ al părților, menit să asigure viața normală a organismului în ansamblu. Trimiterea către sistem general ansamblu, părțile își păstrează relativă independență și autonomie. Pe de o parte, părțile acționează ca componente ale întregului, iar pe de altă parte, ele însele sunt structuri integrale unice, sisteme cu propriile funcții și structuri specifice. Într-un organism multicelular, dintre toate părțile, celulele reprezintă cel mai înalt nivel de integritate și individualitate.
Faptul că părțile își păstrează independența și autonomia relativă permite o independență relativă în studiul sistemelor individuale de organe: măduva spinării, sistemul nervos autonom, sistemele digestive etc., ceea ce este de mare importanță pentru practică. Un exemplu în acest sens este studiul și dezvăluirea cauzelor și mecanismelor interne ale independenței relative a tumorilor maligne.
Independența relativă a părților, într-o măsură mai mare decât a animalelor, este inerentă plantelor. Ele se caracterizează prin formarea unor părți din altele - reproducerea vegetativă. Probabil că toată lumea a văzut în viața lor butași de alte plante altoiți pe, de exemplu, un măr.
3..ATOM, OM, UNIVERS - UN LAN LUNG DE COMPLICATII
În știința modernă, este utilizată pe scară largă metoda analizei structurale, care ține cont de natura sistematică a obiectului studiat. Până la urmă, structura este dezmembrarea internă a existenței materiale, modul de existență a materiei. Nivelurile structurale ale materiei se formează dintr-un anumit set de obiecte de orice fel și se caracterizează printr-un mod special de interacțiune între elementele lor constitutive; în raport cu cele trei sfere principale ale realității obiective, aceste niveluri arată astfel.
| NIVELURI STRUCTURALE ALE MATERIEI | |||
Anorganic | Societate | ||
| 1 | Submicroelementare | Biologic macromoleculară | Individual |
| 2 | Microelementare | Celular | Familie |
| 3 | Nuclear | Microorganic | Echipe |
| 4 | Atomic | Organe și țesuturi | Grupuri sociale mari (clase, națiuni) |
| 5 | Molecular | Corpul ca întreg | Stat (societate civilă) |
| 6 | Nivel macro | Populația | Sistemele de stat |
| 7 | Mega nivel (planete, sisteme stele-planetare, galaxii) | Biocenoza | umanitate |
| 8 | Nivelul meta (metagalaxii) | Biosferă | Noosfera |
Fiecare dintre sferele realității obiective include o serie de niveluri structurale interconectate. În cadrul acestor niveluri, relațiile de coordonare sunt dominante, iar între nivele, cele de subordonare sunt dominante.
Un studiu sistematic al obiectelor materiale presupune nu numai stabilirea modalităților de a descrie relațiile, conexiunile și structura multor elemente, ci și identificarea celor dintre ele care formează sistemul, adică asigură funcționarea și dezvoltarea separată a sistemului. O abordare sistematică a formațiunilor materiale presupune posibilitatea înțelegerii sistemului în cauză la un nivel superior. Sistemul este de obicei caracterizat de o structură ierarhică, adică includerea secvenţială a unui sistem de nivel inferior într-un sistem de nivel superior. Astfel, structura materiei la nivelul naturii neînsuflețite (anorganice) include particule elementare, atomi, molecule (obiecte ale microlumii, macrocorpi și obiecte ale megalumii: planete, galaxii, sisteme metagalaxii etc.). O metagalaxie este adesea identificată cu întregul Univers, dar Universul este înțeles în sensul extrem de larg al cuvântului; este identică cu întreaga lume materială și cu materia în mișcare, care poate include multe metagalaxii și alte sisteme cosmice.
Fauna sălbatică este, de asemenea, structurată. Ea distinge nivelul biologic de cel social. Nivelul biologic include subniveluri:
Macromolecule (acizi nucleici, ADN, ARN, proteine);
Nivel celular;
Microorganice (organisme unicelulare);
Organe și țesuturi ale corpului în ansamblu;
Populația;
Biocenotic;
Biosferă.
Principalele concepte ale acestui nivel la ultimele trei subnivele sunt conceptele de biotop, biocenoză, biosferă, care necesită explicație.
Biotopul este o colecție (comunitate) din aceeași specie (de exemplu, o haită de lupi), care se pot încrucișa și produce propriul lor fel (populații).
Biocenoza este o colecție de populații de organisme în care deșeurile unora sunt condițiile existenței altor organisme care locuiesc într-o zonă de pământ sau apă.
Biosfera este un sistem global de viață, acea parte a mediului geografic (partea inferioară a atmosferei, partea superioară a litosferei și hidrosferei), care este habitatul organismelor vii, oferind condițiile necesare supraviețuirii acestora (temperatură, sol. , etc.), formate ca urmare a interacțiunii biocenozelor.
Baza generală a vieții la nivel biologic - metabolismul organic (schimbul de materie, energie și informații cu mediul) se manifestă la oricare dintre subnivelurile identificate:
La nivelul organismelor, metabolismul înseamnă asimilare și disimilare prin transformări intracelulare;
La nivelul ecosistemelor (biocenoza), ea constă într-un lanț de transformare a unei substanțe asimilate inițial de organismele producătoare prin organismele consumatoare și organismele distrugătoare aparținând tipuri diferite;
La nivelul biosferei are loc o circulație globală a materiei și energiei cu participarea directă a factorilor la scară cosmică.
La o anumită etapă de dezvoltare a biosferei, apar populații speciale de ființe vii, care, datorită capacității lor de a lucra, au format un nivel unic - social. Activitatea socială sub aspect structural se împarte pe subniveluri: indivizi, familii, diverse echipe (industriale), grupuri sociale etc.
Nivelul structural al activității sociale se află în relații liniare ambigue unul cu celălalt (de exemplu, nivelul națiunilor și nivelul statelor). Ţese diferite niveluriîn cadrul societății, dă naștere ideii de dominație a hazardului și a haosului în activitatea socială. Dar o analiză atentă relevă prezența structurilor fundamentale în ea - principalele sfere ale vieții sociale, care sunt sferele material și de producție, social, politic, spiritual, care au propriile legi și structuri. Toate sunt, într-un anumit sens, subordonate formării socio-economice, profund structurate și determină unitatea genetică a dezvoltării sociale în ansamblu. Astfel, oricare dintre cele trei zone ale realității materiale este formată dintr-un număr de niveluri structurale specifice, care sunt în ordine strictă într-o anumită zonă a realității. Trecerea de la o zonă la alta este asociată cu complicarea și creșterea numărului de factori formați care asigură integritatea sistemelor. În cadrul fiecăruia dintre nivelele structurale există relații de subordonare (nivelul molecular include nivelul atomic, și nu invers). Tiparele noilor niveluri sunt ireductibile la tiparele nivelurilor pe baza cărora au apărut și conduc la un anumit nivel de organizare a materiei. Organizarea structurală, de ex. sistematicitatea este modul de existență a materiei.
Concluzie
În știința modernă, este utilizată pe scară largă metoda analizei structurale, care ține cont de natura sistematică a obiectelor studiate. Până la urmă, structura este dezmembrarea internă a existenței materiale, modul de existență a materiei.
Nivelurile structurale ale organizării materiei sunt construite după principiul unei piramide: nivelurile cele mai înalte constau dintr-un număr mare de niveluri inferioare. Nivelurile inferioare stau la baza existentei materiei. Fără aceste niveluri, construcția ulterioară a „piramidei materiei” este imposibilă. Nivelurile superioare (complexe) se formează prin evoluție - trecând treptat de la simplu la complex. Nivelurile structurale ale materiei se formează dintr-un anumit set de obiecte de orice fel și se caracterizează printr-un mod special de interacțiune între elementele lor constitutive.
Toate obiectele naturii vie și neînsuflețite pot fi reprezentate sub forma anumitor sisteme care au trăsături și proprietăți specifice care le caracterizează nivelul de organizare. Luând în considerare nivelul de organizare, se poate lua în considerare ierarhia structurilor de organizare a obiectelor materiale de natură animată și neînsuflețită. O astfel de ierarhie a structurilor începe cu particulele elementare, care reprezintă nivelul inițial de organizare a materiei și se termină cu organizațiile și comunitățile vii - cele mai înalte niveluri de organizare.
Conceptul de niveluri structurale ale materiei vii include idei de sistematicitate și integritatea organică asociată a organismelor vii. Cu toate acestea, istoria teoriei sistemelor a început cu o înțelegere mecanicistă a organizării materiei vii, conform căreia tot ceea ce este mai sus a fost redus la cel inferior: procesele vieții - la un set de reacții fizice și chimice și organizarea corpului - la interacțiunea dintre molecule, celule, țesuturi, organe etc.
Bibliografie
1. Danilova V.S. Concepte de bază ale științelor naturale moderne: Proc. manual pentru universități. – M., 2000. – 256 p.
2. Naydysh V.M. Concepte de științe naturale moderne: Manual.. Ed. al 2-lea, revizuit si suplimentare – M.; Alfa-M; INFRA-M, 2004. – 622 p.
3. Ruzavin G.I. Concepte de științe naturale moderne: manual pentru universități. – M., 2003. – 287 p.
4. Conceptul de științe naturale moderne: Ed. Profesorul S.I. Samygina, Seria „Manuale și materiale didactice” - ed. a IV-a, revăzută. si suplimentare – Rostov n/a: „Phoenix”.2003 -448c.
5. Dubnischeva T.Ya. Conceptul de științe naturale moderne: un manual pentru studenți. universități / ed. a VI-a, corectată. si suplimentare –M; Centrul de editură „Academia”, -20006.-608c.
Conceptul de materie (hyle) a fost găsit pentru prima dată la Platon. Materia în înțelegerea lui este un anumit substrat (material) lipsit de calități, din care se formează corpuri de diferite dimensiuni și forme; este fără formă, nedefinită, pasivă. Ulterior, materia, de regulă, a fost identificată cu o substanță sau atomi specifici. Pe măsură ce știința și filosofia se dezvoltă, conceptul de materie își pierde treptat trăsăturile senzual concrete și devine din ce în ce mai abstract. Este destinat să îmbrățișeze varietatea infinită a tot ceea ce există cu adevărat și nu este reductibil la conștiință.
În filosofia dialectico-materialistă, materia este definită ca o realitate obiectivă, dată nouă în senzații, existând independent de conștiința umană și reflectată de aceasta. Această definiție este cea mai acceptată în literatura filozofică rusă modernă. Materia este singura substanță care există. Este etern și infinit, necreat și indestructibil, inepuizabil și în continuă mișcare, capabil de auto-organizare și reflecție. Ea există - causa sui, cauza în sine (B. Spinoza). Toate aceste proprietăți (substanțialitate, inepuizabilitate, indestructibilitate, mișcare, eternitate) sunt inseparabile de materie și de aceea sunt numite atributele ei. Inseparabile de materie sunt formele ei - spatiul si timpul.
Materia este o organizare complexă a sistemului. Conform datelor științifice moderne, în structura materiei se pot distinge două mari niveluri de bază (principiul diviziunii este prezența vieții): materia anorganică (natura neînsuflețită) și materia organică (natura vie).
Natura anorganică include următoarele niveluri structurale:
1. Particulele elementare sunt cele mai mici particule de materie fizică (fotoni, protoni, neutrini etc.), fiecare având propria sa antiparticulă. În prezent, sunt cunoscute peste 300 de particule elementare (inclusiv antiparticule), inclusiv așa-numitele „particule virtuale” care există în stări intermediare pentru o perioadă foarte scurtă de timp. O trăsătură caracteristică a particulelor elementare
- capacitatea de a se transforma reciproc.
2. Un atom este cea mai mică particulă a unui element chimic care își păstrează proprietățile. Este alcătuit dintr-un miez și un înveliș de electroni. Nucleul unui atom este format din protoni și neutroni.
3. Un element chimic este o colecție de atomi cu aceeași sarcină nucleară. Sunt cunoscute 107 elemente chimice (19 obținute artificial), din care sunt compuse toate substanțele de natură neînsuflețită și vie.
4. Moleculă - cea mai mică particulă a unei substanțe care are toate ei proprietăți chimice. Constă din atomi legați prin legături chimice.
5. Planetele sunt cele mai masive corpuri din Sistemul Solar, mișcându-se pe orbite eliptice în jurul Soarelui.
6. Sisteme planetare.
7. Stelele sunt bile luminoase de gaz (plasmă), asemănătoare cu Soarele: conțin cea mai mare parte a materiei din Univers. Ele sunt formate dintr-un mediu gaz-praf (în principal din hidrogen și heliu).
8. Galaxii – sisteme stelare gigantice, de până la sute de miliarde de stele, în special, Galaxia noastră (Calea Lactee), care conține mai mult de 100 de miliarde de stele.
9. Sistem de galaxii.
Natura organică (biosferă, viață) are următoarele niveluri (tipuri de autoorganizare):
1. Nivel precelular - acizi desonucleici, acizi ribonucleici, proteine. Acestea din urmă - substanțe organice cu molecul mare, construite din 20 de aminoacizi, constituie (împreună cu acizii nucleici) baza activității vitale a tuturor organismelor.
2. Celula este un sistem viu elementar, baza structurii și activității vitale a tuturor plantelor și animalelor.
3. Organisme pluricelulare ale florei și faunei
- indivizi sau agregatul acestora.
4. Populație - o colecție de indivizi din aceeași specie care ocupă un anumit spațiu pentru o perioadă lungă de timp și se reproduce pe parcursul unui număr mare de generații.
5. Biocenoza - o colecție de plante, animale și microorganisme care locuiesc într-o anumită zonă de pământ sau corp de apă.
6. Biogeocenoza (ecosistem) - o zonă omogenă a suprafeței pământului, un singur complex natural format din organisme vii și habitatul acestora.
În funcție de dimensiune, materia este împărțită în trei niveluri:
1. Macroworld - un set de obiecte ale căror dimensiuni sunt comparabile cu scara experienței umane: cantitățile spațiale sunt exprimate în milimetri, centimetri, kilometri și timp - în secunde, minute, ore, ani.
2. Microworld - lumea micro-obiectelor extrem de mici, neobservabile direct, a căror dimensiune spațială este calculată până la 10 (-8) - până la 16 (-16) cm și durata de viață de la infinit la 10 (- 24) secunde.
3. Megaworld este o lume cu scări și viteze cosmice enorme, distanța în care se măsoară în ani lumină (și viteza luminii este de 3.000.000 km/s), iar durata de viață a obiectelor spațiale este măsurată în milioane și miliarde de ani.
Acesta este punctul de vedere al materialismului. Spre deosebire de materialişti, idealiştii neagă materia ca fiind o realitate obiectivă. Pentru idealiştii subiectivi (Berkeley, Mach), materia este un „complex de senzaţii”; pentru idealiştii obiectivi (Platon, Hegel) este un produs al spiritului, „cealaltă fiinţă” a unei idei.
3. Mișcarea și principalele ei forme. Spațiu și timp.
În sensul cel mai larg, mișcarea aplicată materiei este „schimbarea în general”; ea include toate schimbările care au loc în lume. Ideile despre mișcare ca schimbare au apărut în filosofia antică și s-au dezvoltat pe două linii principale - materialist și idealist.
Idealiștii înțeleg mișcarea nu ca modificări ale realității obiective, ci ca modificări ale percepțiilor senzoriale, ideilor și gândurilor. Astfel, se încearcă să se gândească la mișcare fără materie. Materialismul subliniază caracterul atributiv al mișcării în raport cu materie (inseparabilitatea ei de aceasta) și primatul mișcării materiei în raport cu schimbările din spirit. Astfel, F. Bacon a apărat ideea că materia este plină de activitate și este strâns legată de mișcare ca proprietatea ei înnăscută.
Mișcarea este un atribut, o proprietate integrală a materiei; ele sunt strâns legate și nu există unul fără celălalt. Cu toate acestea, în istoria cunoașterii au existat încercări de a rupe acest atribut din materie. Astfel, susținătorii „energeticismului” - o tendință în filozofie și științe naturale care a apărut la sfârșitul secolului al XIX-lea. - începutul secolului al XX-lea au încercat să reducă toate fenomenele naturale la modificări ale energiei lipsite de o bază materială, adică. pentru a separa mișcarea (iar energia este o măsură cantitativă generală a diferitelor forme de mișcare a materiei) de materie. Energia a fost interpretată ca un fenomen pur spiritual, iar această „substanță spirituală” a fost proclamată a fi baza a tot ceea ce există.
Acest concept este incompatibil cu legea conservării transformării energiei, conform căreia energia din natură nu ia naștere din nimic și nu dispare; se poate schimba doar de la o formă la alta. Prin urmare, mișcarea este indestructibilă și inseparabilă de materie.
Materia este strâns legată de mișcare și există sub forma formelor sale specifice. Principalele sunt: mecanice, fizice, chimice, biologice și sociale. Această clasificare a fost propusă pentru prima dată de F. Engels, dar în prezent a suferit o anumită precizare și clarificare. Astfel, astăzi există opinii că formele independente de mișcare sunt geologice, de mediu, planetare, computerizate etc.
Știința modernă dezvoltă ideea că mișcarea mecanică nu este asociată cu niciun nivel structural particular al organizării materiei. Este mai degrabă un aspect, o anumită secțiune transversală care caracterizează interacțiunea mai multor astfel de niveluri. De asemenea, a devenit necesar să se facă distincția între mișcarea mecanică cuantică, care caracterizează interacțiunea particulelor elementare și a atomilor, și mișcarea macromecanică a macrocorpilor.
Ideile despre forma biologică a mișcării materiei s-au îmbogățit semnificativ. Ideile despre purtătorii săi de materiale primare au fost clarificate. Pe lângă moleculele de proteine, acizii ADN și ARN au fost izolați ca purtător molecular al vieții.
La caracterizarea formelor de mișcare a materiei și a interrelației lor, este necesar să se țină cont de următoarele:
1. Fiecare formă este specifică calitativ, dar toate sunt indisolubil legate și, în condiții adecvate, se pot transforma brusc în rivali.
2. Formele simple (inferioare) stau la baza formelor superioare și mai complexe.
3. Formele superioare de mișcare includ formele inferioare într-o formă transformată. Acestea din urmă sunt secundare în raport cu forma superioară, care are propriile sale legi.
4. Este inacceptabil reducerea formelor superioare la forme inferioare. Astfel, susținătorii mecanismului (secolele XVII-XIX) au încercat să explice toate fenomenele naturii și ale societății doar cu ajutorul legilor mecanicii clasice. Mecanismul este o formă de reducționism, conform căreia formele superioare de organizare (de exemplu, biologice și sociale) pot fi reduse la cele inferioare (de exemplu, fizice sau chimice) și explicate pe deplin numai prin legile acestora din urmă (de exemplu, darwinismul social).
Mișcarea ca „schimbare în general” este împărțită nu numai prin formele sale principale, ci și pe tipuri. Cantitatea este certitudinea exterioară a unui obiect (dimensiunea, volumul, mărimea, ritmul, etc.);
aceasta este o schimbare care are loc cu un obiect fără a-l transforma radical (de exemplu, o persoană care merge). Calitatea este o transformare radicală a structurii interne a unui obiect, a esenței acestuia (de exemplu, o păpușă fluture, aluat-pâine). Un tip special de mișcare este dezvoltarea. Dezvoltarea este înțeleasă ca o schimbare ireversibilă, progresivă, cantitativă și calitativă a unui obiect sau fenomen (de exemplu, viața umană, mișcarea istoriei, dezvoltarea științei). Poate exista o complicație a structurii, o creștere a nivelului de organizare a unui obiect sau fenomen, care este de obicei caracterizat ca progres. Dacă mișcarea are loc în direcția opusă - de la forme mai perfecte la cele mai puțin perfecte, atunci aceasta este regresie. Știința dezvoltării în forma sa completă este dialectica.
Spațiu și timp. Spațiul este o formă de existență a materiei, care exprimă întinderea, structura, ordinea coexistenței și juxtapunerea obiectelor materiale.
Timpul este o formă de existență a materiei, care exprimă durata de existență a obiectelor materiale și succesiunea schimbărilor care au loc cu obiectele.
Timpul și spațiul sunt strâns legate între ele. Ceea ce se întâmplă în spațiu se întâmplă simultan în timp, iar ceea ce se întâmplă în timp se întâmplă în spațiu.
În istoria filozofiei și științei, au apărut două concepte principale de spațiu și timp:
1. Conceptul substanțial consideră spațiul și timpul ca entități speciale independente care există alături și independent de obiectele materiale. Spațiul a fost redus la un vid infinit („o cutie fără pereți”) care conținea toate corpurile, timpul la durata „pură”. Această idee, formulată în formă generală de Democrit, și-a primit concluzia logică în conceptul lui Newton despre spațiu și timp absolut, care credea că proprietățile lor nu depind de natura proceselor materiale care au loc în lume.
2. Conceptul relațional consideră spațiul și timpul nu ca entități speciale independente de materie, ci ca forme de existență a lucrurilor și fără aceste lucruri ele nu există în sine (Aristotel, Leibniz, Hegel).
Conceptele substanțiale și relaționale nu sunt asociate în mod unic cu o interpretare materialistă sau idealistă a lumii; ambele dezvoltate pe una sau pe alta. Conceptul materialist dialectic despre spațiu și timp a fost
formulate în cadrul abordării relaționale.
Spațiul și timpul, ca forme de existență a materiei, au atât proprietăți comune lor, cât și caracteristici caracteristice fiecăreia dintre aceste forme. Proprietățile lor universale includ: obiectivitatea și independența față de conștiința umană, legătura lor inextricabilă între ele și cu materia în mișcare, infinitul cantitativ și calitativ, eternitatea. Spațiul caracterizează întinderea materiei, structura ei și interacțiunea elementelor în sistemele materiale. Este o condiție indispensabilă pentru existența oricărui obiect material. Spațiul existenței reale este tridimensional, omogen și izotrop. Omogenitatea spațiului este asociată cu absența punctelor „selectate” în el în orice fel. Izotropia spațiului înseamnă egalitatea oricăreia dintre direcțiile posibile din acesta.
Timpul caracterizează existența materială ca fiind eternă și indestructibilă în totalitatea sa. Timpul este unidimensional (de la prezent la viitor), asimetric și ireversibil.
Manifestarea timpului și a spațiului este diferită în diferite forme mișcări, așadar, recent s-au distins spații și timpuri biologice, psihologice, sociale și de altă natură.
Deci, de exemplu, timpul psihologic este asociat cu stările sale mentale, atitudinile etc. Timpul într-o situație dată poate „încetini” sau, dimpotrivă, „accelerează”; „zboară” sau „se întinde”. Acesta este un sentiment subiectiv al timpului.
Timpul biologic este asociat cu bioritmurile organismelor vii, cu ciclul zilei și al nopții, cu anotimpurile și ciclurile activității solare. De asemenea, se crede că există multe spații biologice (de exemplu, zone de distribuție a anumitor organisme sau populațiile acestora).
Timpul social, asociat cu dezvoltarea umanității, cu istoria, poate, de asemenea, să-și accelereze și să încetinească ritmul. Această accelerare este caracteristică în special secolului XX în legătură cu progresul științific și tehnologic. Revoluția științifică și tehnologică a comprimat literalmente spațiul social și a accelerat incredibil trecerea timpului, dând un caracter exploziv dezvoltării proceselor socio-economice. Planeta a devenit mică și înghesuită pentru întreaga umanitate, iar timpul de trecere de la un capăt la altul este acum măsurat în ore, ceea ce era pur și simplu de neconceput chiar și în ultimul secol.
În secolul al XX-lea, pe baza descoperirilor din științele naturale și exacte, disputa dintre aceste două concepte a fost rezolvată. Cel relațional a câștigat. Astfel, N. Lobachevsky a ajuns la concluzia în geometria sa non-euclidiană că proprietățile spațiului nu sunt întotdeauna și pretutindeni aceleași și neschimbate, ci se schimbă în funcție de cele mai generale proprietăți ale materiei. Conform teoriei relativității
A. Einstein, proprietățile spațio-temporale ale corpurilor depind de viteza de mișcare a acestora (adică de indicatorii materiei). Dimensiunile spațiale sunt reduse în direcția mișcării pe măsură ce viteza corpului se apropie de viteza luminii în vid (300.000 km/s), iar procesele de timp în sistemele cu mișcare rapidă încetinesc. El a demonstrat, de asemenea, că timpul încetinește în apropierea corpurilor masive, la fel ca în centrul planetelor. Acest efect este mai vizibil cu cât masa corpurilor cerești este mai mare.
Astfel, teoria relativității a lui A. Einstein a arătat o legătură inextricabilă între materie, spațiu și timp.
În știința naturală clasică și, mai ales, în știința naturii din secolul trecut, doctrina principiilor organizării structurale a materiei a fost reprezentată de atomismul clasic. Pe atomism au fost închise generalizările teoretice originare din fiecare dintre științe. Ideile atomismului au servit drept bază pentru sinteza cunoștințelor și a punctului său de sprijin inițial. În zilele noastre, sub influența dezvoltării rapide a tuturor domeniilor științelor naturale, atomismul clasic suferă transformări intense. Cele mai semnificative și semnificative schimbări în ideile noastre despre principiile organizării structurale a materiei sunt acele modificări care sunt exprimate în dezvoltarea actuală a conceptelor de sistem.
Schema generală a structurii ierarhice în trepte a materiei, asociată cu recunoașterea existenței unor niveluri relativ independente și stabile, puncte nodale într-o serie de diviziuni ale materiei, își păstrează forța și sensul euristic. Conform acestei scheme, obiectele discrete ale unui anumit nivel de materie, care intră în interacțiuni specifice, servesc ca inițiale în formarea și dezvoltarea unor tipuri fundamental noi de obiecte cu proprietăți și forme diferite de interacțiune. În același timp, stabilitatea și independența mai mare a obiectelor originale, relativ elementare, determină proprietățile, relațiile și modelele repetate și persistente ale obiectelor de un nivel superior. Această poziție este aceeași pentru sisteme de natură diferită.
Structuralitatea și organizarea sistemică a materiei se numără printre atributele sale cele mai importante, exprimând ordinea existenței materiei și formele specifice în care se manifestă.
Structura materiei este de obicei înțeleasă ca structura sa în macrocosmos, adică. existența sub formă de molecule, atomi, particule elementare etc. Acest lucru se datorează faptului că omul este o ființă macroscopică și scalele macroscopice îi sunt familiare, prin urmare conceptul de structură este de obicei asociat cu diverse micro-obiecte.
Dar dacă luăm în considerare materia ca un întreg, atunci conceptul de structură a materiei va acoperi, de asemenea, corpurile macroscopice, toate sistemele cosmice ale megalumii și la orice scară spațio-temporală arbitrar mare. Din acest punct de vedere, conceptul de „structură” se manifestă prin faptul că există sub forma unei varietăți infinite de sisteme integrale, strâns interconectate, precum și în ordinea structurii fiecărui sistem. O astfel de structură este infinită în termeni cantitativi și calitativi.
Manifestările infinitului structural al materiei sunt:
– inepuizabilitatea obiectelor și proceselor microlumii;
– infinitate de spațiu și timp;
– infinitate de schimbări și dezvoltare a proceselor.
Din întreaga varietate de forme ale realității obiective, doar regiunea finită a lumii materiale rămâne întotdeauna accesibilă empiric, care se extinde acum pe o scară de la 10 -15 la 10 28 cm, iar în timp - până la 2 × 10 9 ani.
Structuralitatea și organizarea sistemică a materiei sunt printre cele mai importante atribute ale sale. Ele exprimă ordinea existenței materiei și acele forme specifice în care aceasta se manifestă.
Lumea materială este una: vrem să spunem că toate părțile ei - de la obiecte neînsuflețite la ființe vii, de la corpuri cerești la om ca membru al societății - sunt cumva conectate.
Un sistem este ceva care este interconectat într-un anumit fel și este supus legilor relevante.
Ordinea unei mulțimi presupune prezența unor relații regulate între elementele sistemului, care se manifestă sub forma unor legi de organizare structurală. Toate sistemele naturale au ordine interioară, apărută ca urmare a interacțiunii corpurilor și a autodezvoltării naturale a materiei. Extern este tipic pentru sistemele artificiale create de om: tehnic, de producție, conceptual etc.
Nivelurile structurale ale materiei sunt formate dintr-un anumit set de obiecte din orice clasă și se caracterizează printr-un tip special de interacțiune între elementele lor constitutive.
Criteriile de identificare a diferitelor niveluri structurale sunt următoarele:
– scale spatiotemporale;
– un set de proprietăți esențiale;
– legi specifice de mișcare;
– gradul de complexitate relativă care apare în procesul de dezvoltare istorică a materiei într-o anumită zonă a lumii;
- alte semne.
Nivelurile structurale cunoscute în prezent ale materiei pot fi clasificate în funcție de caracteristicile de mai sus în următoarele zone.
1. Microlume. Acestea includ:
– particule elementare și nuclee atomice - aria de ordinul a 10 – 15 cm;
– atomi și molecule 10 –8 -10 –7 cm.
Microlumea este molecule, atomi, particule elementare - lumea micro-obiectelor extrem de mici, neobservabile direct, a căror diversitate spațială este calculată de la 10 -8 la 10 -16 cm, iar durata de viață este de la infinit la 10 -24 s.
2. Macroworld: corpuri macroscopice 10 –6 -10 7 cm.
Macrolumea este lumea formelor și cantităților stabile proporționale cu oamenii, precum și a complexelor cristaline de molecule, organisme, comunități de organisme; lumea macro-obiectelor, a căror dimensiune este comparabilă cu scara experienței umane: cantitățile spațiale sunt exprimate în milimetri, centimetri și kilometri, iar timpul - în secunde, minute, ore, ani.
Megalumea sunt planete, complexe de stele, galaxii, metagalaxii - o lume cu scale și viteze cosmice enorme, distanța în care se măsoară în ani lumină, iar durata de viață a obiectelor spațiale este măsurată în milioane și miliarde de ani.
Și deși aceste niveluri au propriile lor legi specifice, micro-, macro- și mega-lumile sunt strâns interconectate.
3. Megaworld: sisteme spațiale și cântare nelimitate până la 1028 cm.
Diferitele niveluri de materie sunt caracterizate de diferite tipuri de conexiuni.
Pe scări de 10–13 cm există interacțiuni puternice, integritatea nucleului este asigurată de forțele nucleare.
Integritatea atomilor, moleculelor și macrocorpurilor este asigurată de forțele electromagnetice.
La scară cosmică - forțe gravitaționale.
Pe măsură ce dimensiunea obiectelor crește, energia de interacțiune scade. Dacă luăm energia interacțiunii gravitaționale ca unitate, atunci interacțiunea electromagnetică într-un atom va fi de 1039 de ori mai mare, iar interacțiunea dintre nucleoni - particulele care alcătuiesc nucleul - va fi de 1041 de ori mai mare. Cu cât dimensiunile sistemelor de materiale sunt mai mici, cu atât elementele lor sunt mai ferm interconectate.
Împărțirea materiei în niveluri structurale este relativă. La scarile spatio-timp disponibile, structura materiei se manifesta in organizarea sa sistemica, existenta sub forma unei multitudini de sisteme care interactioneaza ierarhic, de la particule elementare pana la Metagalaxie.
Vorbind despre structuralitate - dezmembrarea internă a existenței materiale, se poate observa că, oricât de largă este gama viziunii despre lume a științei, aceasta este strâns legată de descoperirea a tot mai multe formațiuni structurale noi. De exemplu, dacă mai devreme perspectiva Universului era limitată la Galaxie, apoi extinsă la un sistem de galaxii, acum Metagalaxia este studiată ca un sistem special cu legi specifice, interacțiuni interne și externe.
În știința modernă, este utilizată pe scară largă metoda analizei structurale, care ține cont de natura sistematică a obiectelor studiate. Până la urmă, structura este dezmembrarea internă a existenței materiale, modul de existență a materiei. Nivelurile structurale ale materiei se formează dintr-un anumit set de obiecte de orice tip și se caracterizează printr-un mod special de interacțiune între elementele lor constitutive; în raport cu cele trei sfere principale ale realității obiective, aceste niveluri arată astfel (Tabelul 1).
Tabelul 1 – Niveluri structurale ale materiei
|
Natura anorganică |
Natura vie |
Societate |
|
Submicroelementare |
Macromolecular biologic |
Individual |
|
Microelementare |
Celular |
Familie |
|
Nuclear |
Microorganic |
Echipe |
|
Atomic |
Organe și țesuturi |
Grupuri sociale mari (clase, națiuni) |
|
Molecular |
Corpul ca întreg |
Stat (societate civilă) |
|
Nivel macro |
Populațiile |
Sistemele de stat |
|
Mega nivel (planete, sisteme stea-planetare, galaxii) |
Biocenoza |
Umanitatea ca întreg |
|
Mega nivel (metagalaxii) |
Biosferă |
Noosfera |
Fiecare dintre sferele realității obiective include o serie de niveluri structurale interconectate. În cadrul acestor niveluri, relațiile de coordonare sunt dominante, iar între nivele, relațiile de subordonare sunt dominante.
Un studiu sistematic al obiectelor materiale implică nu numai stabilirea modalităților de a descrie relațiile, conexiunile și structura multor elemente, ci și identificarea celor dintre ele care formează un sistem, de ex. asigura funcționarea și dezvoltarea separată a sistemului. O abordare sistematică a formațiunilor materiale presupune posibilitatea înțelegerii sistemului în cauză la un nivel superior. Sistemul este de obicei caracterizat printr-o structură ierarhică, adică includerea secvenţială a unui sistem de nivel inferior într-un sistem de nivel superior.
Astfel, structura materiei la nivelul naturii neînsuflețite (anorganice) include particule elementare, atomi, molecule (obiecte ale microlumii, macrocorpi și obiecte ale megalumii: planete, galaxii, sisteme metagalaxii etc.). O metagalaxie este adesea identificată cu întregul Univers, dar Universul este înțeles în sensul extrem de larg al cuvântului; este identică cu întreaga lume materială și cu materia în mișcare, care poate include multe metagalaxii și alte sisteme cosmice.
Fauna sălbatică este, de asemenea, structurată. Ea distinge nivelul biologic de cel social. Nivelul biologic include subniveluri:
– macromolecule (acizi nucleici, ADN, ARN, proteine);
- nivel celular;
– microorganice (organisme unicelulare);
– organele și țesuturile corpului în ansamblu;
– populație;
– biocenotic;
– biosfera.
Principalele concepte ale acestui nivel la ultimele trei subnivele sunt conceptele de biotop, biocenoză, biosferă, care necesită explicație.
Biotopul este o colecție (comunitate) de indivizi din aceeași specie (de exemplu, o haită de lupi) care se pot încrucișa și reproduce propriul lor fel (populație).
Biocenoza este o colecție de populații de organisme în care deșeurile unora sunt condițiile existenței altor organisme care locuiesc într-o zonă de pământ sau apă.
Biosfera este un sistem global de viață, acea parte a mediului geografic (partea inferioară a atmosferei, partea superioară a litosferei și hidrosferei), care este habitatul organismelor vii, oferind condițiile necesare supraviețuirii acestora (temperatură, sol, etc.), formate ca urmare a interacțiunii biocenozelor.
Baza generală a vieții la nivel biologic - metabolismul organic (schimbul de materie, energie și informații cu mediul) - se manifestă la oricare dintre subnivelurile identificate:
– la nivelul organismelor, metabolismul înseamnă asimilare și disimilare prin transformări intracelulare;
– la nivelul ecosistemelor (biocenoza), constă într-un lanț de transformări ale unei substanțe asimilate inițial de organismele producătoare prin organismele consumatoare și organismele distrugătoare aparținând unor specii diferite;
– la nivelul biosferei are loc o circulație globală a materiei și energiei cu participarea directă a factorilor la scară cosmică.
La o anumită etapă de dezvoltare a biosferei, apar populații speciale de ființe vii, care, datorită capacității lor de a lucra, au format un nivel unic - social. Realitatea socială sub aspect structural se împarte pe subniveluri: indivizi, familii, diverse echipe (industriale), grupuri sociale etc.
Nivelul structural al activității sociale se află în relații liniare ambigue unul cu celălalt (de exemplu, nivelul națiunilor și nivelul statelor). Împătrunderea diferitelor niveluri în cadrul societății dă naștere ideii de dominație a hazardului și a haosului în activitatea socială. Dar o analiză atentă relevă prezența structurilor fundamentale în ea - principalele sfere ale vieții sociale, care sunt sferele material și de producție, social, politic, spiritual, care au propriile legi și structuri. Toate sunt, într-un anumit sens, subordonate formării socio-economice, profund structurate și determină unitatea genetică a dezvoltării sociale în ansamblu.
Astfel, oricare dintre cele trei zone ale realității materiale este formată dintr-un număr de niveluri structurale specifice, care sunt în ordine strictă într-o anumită zonă a realității.
Trecerea de la o zonă la alta este asociată cu complicarea și creșterea numărului de factori formați care asigură integritatea sistemelor. În cadrul fiecăruia dintre nivelele structurale există relații de subordonare (nivelul molecular include nivelul atomic, și nu invers). Tiparele noilor niveluri sunt ireductibile la tiparele nivelurilor pe baza cărora au apărut și conduc la un anumit nivel de organizare a materiei. Organizarea structurală, de ex. sistematicitatea este modul de existență a materiei.
2. TREI „IMAGINI” ALE BIOLOGIEI. BIOLOGIE TRADIȚIONALĂ SAU NATURALISĂ
Putem vorbi și despre trei direcții principale ale biologiei sau, la figurat vorbind, despre trei imagini ale biologiei:
1. Biologie tradițională sau naturalistă. Obiectul său de studiu este natura vie în starea sa naturală și integritatea nedivizată - „Templul naturii”, așa cum l-a numit Erasmus Darwin. Originile biologiei tradiționale datează din Evul Mediu, deși este destul de firesc să ne amintim aici lucrările lui Aristotel, care a luat în considerare problemele de biologie, progresul biologic și a încercat să sistematizeze organismele vii („scara naturii”). Formarea biologiei într-o știință independentă - biologia naturalistă - datează din secolele al XVIII-lea și al XIX-lea. Prima etapă a biologiei naturaliste a fost marcată de crearea clasificărilor animalelor și plantelor. Printre acestea se numără binecunoscuta clasificare a lui C. Linnaeus (1707 – 1778), care este o sistematizare tradițională a lumii vegetale, precum și clasificarea lui J.-B. Lamarck, care a aplicat o abordare evolutivă a clasificării plantelor și animalelor. Biologia tradițională nu și-a pierdut importanța nici astăzi. Ca dovadă, ei citează poziția ecologiei în rândul științelor biologice, precum și în întreaga știință a naturii. Poziția și autoritatea sa sunt în prezent extrem de ridicate și se bazează în primul rând pe principiile biologiei tradiționale, deoarece studiază relațiile organismelor între ele (factori biotici) și cu mediul (factori abiotici).
2. Biologie funcţional-chimică, reflectând convergenţa biologiei cu ştiinţele fizice şi chimice exacte. O caracteristică a biologiei fizico-chimice este utilizarea pe scară largă a metodelor experimentale care fac posibilă studierea materiei vii la nivel submicroscopic, supramolecular și molecular. Una dintre cele mai importante secțiuni ale biologiei fizice și chimice este biologia moleculară - știința care studiază structura macromoleculelor care stau la baza materiei vii. Biologia este adesea numită una dintre cele mai importante științe ale secolului 21.
Cele mai importante metode experimentale utilizate în biologia fizico-chimică includ metoda atomilor marcați (radioactivi), metodele de analiză prin difracție cu raze X și microscopia electronică, metodele de fracționare (de exemplu, separarea diferiților aminoacizi), utilizarea computerelor etc.
3. Biologie evolutivă. Această ramură a biologiei studiază modelele de dezvoltare istorică a organismelor. În prezent, conceptul de evoluționism a devenit, de fapt, o platformă pe care are loc o sinteză de cunoștințe eterogene și specializate. Baza biologiei evolutive moderne este teoria lui Darwin. De asemenea, este interesant că Darwin a reușit la vremea lui să identifice astfel de fapte și tipare care au o semnificație universală, adică. teoria creată de el este aplicabilă explicației fenomenelor care apar nu numai în natura vie, ci și în natura neînsuflețită. În prezent, abordarea evolutivă a fost adoptată de toate științele naturii. În același timp, biologia evoluționistă este un domeniu de cunoaștere independent, cu propriile probleme, metode de cercetare și perspective de dezvoltare.
În prezent, se încearcă sintetizarea acestor trei direcții („imagini”) ale biologiei și formarea unei discipline independente – biologia teoretică.
4. Biologie teoretică. Scopul biologiei teoretice este de a înțelege cele mai fundamentale și generale principii, legi și proprietăți care stau la baza materiei vii. Aici, diferite studii au prezentat opinii diferite cu privire la întrebarea ce ar trebui să devină fundamentul biologiei teoretice. Să ne uităm la unele dintre ele:
Axiomele biologiei. B.M. Mednikov, un teoretician și experimentator proeminent, a derivat 4 axiome care caracterizează viața și o deosebesc de „non-viață”.
Axioma 1. Toate organismele vii trebuie să fie formate dintr-un fenotip și un program pentru construirea lui (genotip), care se moștenește din generație în generație. Nu structura este moștenită, ci descrierea structurii și instrucțiunile pentru fabricarea acesteia. Viața bazată pe un singur genotip sau pe un singur fenotip este imposibilă, pentru că în acest caz, este imposibil să se asigure fie auto-reproducerea structurii, fie auto-întreţinerea acesteia. (D. Neumann, N. Wiener).
Axioma 2. Programele genetice nu apar din nou, ci sunt replicate într-o manieră matriceală. Gena generației anterioare este folosită ca șablon pe care se construiește gena generației viitoare. Viața este o copiere matriceală urmată de auto-asamblare de copii (N.K. Koltsov).
Axioma 3. În procesul de transmitere din generație în generație, programele genetice, ca urmare a mai multor motive, se schimbă aleatoriu și nedirecționat și numai întâmplător aceste schimbări se dovedesc a fi adaptative. Selectarea modificărilor aleatorii nu este doar baza evoluției vieții, ci și motivul formării acesteia, deoarece fără mutații selecția nu funcționează.
Axioma 4.
În procesul de formare a fenotipului se înmulțesc modificări aleatorii ale programelor genetice, ceea ce face posibilă selecția lor de factorii de mediu. Datorită creșterii modificărilor aleatorii ale fenotipurilor, evoluția naturii vii este fundamental imprevizibilă (N.V. Timofeev-Resovsky).
E.S. Bauer (1935) a prezentat principiul neechilibrului stabil al sistemelor vii ca principală caracteristică a vieții.
L. Bertalanffy (1932) a considerat obiectele biologice ca sisteme deschise în stare de echilibru dinamic.
E. Schrödinger (1945), B.P. Astaurii au imaginat crearea biologiei teoretice după imaginea fizicii teoretice.
S. Lem (1968) a propus o interpretare cibernetică a vieții.
5. A.A. Malinovsky (1960) a propus metode matematice și sisteme ca bază pentru biologia teoretică.