Nivelurile structurale ale organizării materiei și caracteristicile acestora. Test: Niveluri structurale de organizare a materiei: macrolume, microlume, megalume. Niveluri structurale de organizare a materiei

05.11.2022

Orice împărțire a lumii în părți componente este condiționată, la fel cum orice graniță care separă părțile sale este condiționată. Conceptele și schemele convenționale sunt importante pentru noi ca ceva care stă la baza convenției pe care am creat-o, care apoi stăpânește asupra imaginației noastre conform principiului alfabetului pe care l-am creat. Dar din el se creează un sistem armonios de limbaj și concepte, afirmând unitatea structurii sale, unitatea Lumii, constând dintr-un număr limitat de atomi în Legea Periodică.

Împărțirea obișnuită a lumii în micro- și macro-lumi este, de asemenea, arbitrară, deoarece diferențele dintre obiectele acestor niveluri ierarhice sunt prea mari. Prin urmare, vom propune un alt sistem pentru că ni se pare mai bun. Alții vor găsi în ea ceva care îi va forța să-și construiască propria lor, ceea ce li se va părea mai în concordanță cu nevoia cercetătorului de a-i detalia pentru a înțelege imaginea Lumii.

Structura (de la cuvântul latin structură - structură, ordine, aranjare) este înțeleasă ca aranjarea spațială naturală a unui individ ca întreg, ca un set de conexiuni stabile ale părților elementare ale unui obiect, asigurând integritatea și identitatea acestuia față de sine, păstrarea proprietăților sale de bază sub influența forțelor interne și externe.

Structura universului, de exemplu, este reprezentată de aranjamentul spațial regulat și de conexiunile stabile ale galaxiilor, clusterelor de galaxii etc. Structura galaxiilor este formată din stele și grupuri de stele care sunt localizate în mod regulat și stabile în ele. Structura unui sistem stelar (de exemplu, sistemul solar) reprezintă aranjarea regulată și stabilitatea conexiunilor planetelor, asteroizilor etc. Structura materiei vii și nevii reprezintă aranjamentul spațial regulat și stabilitatea legăturilor atomilor și moleculelor. Structura unui atom este caracterizată prin aranjarea regulată și stabilitatea legăturilor particulelor situate în jurul nucleului și în interiorul acestuia.

Principiile de bază ale sistemului sunt:

integritatea sa (ireductibilitatea fundamentală a proprietăților sistemului la suma proprietăților elementelor sale);

structuralitate (model de conexiuni și relații ale elementelor sistemului);

interdependența sistemului de forțele și proprietățile interne colective (condiționate de structură) ale mediului;

subordonare sau ierarhie (fiecare element al sistemului poate fi considerat ca un subsistem al proprietăților sistemului la un alt nivel);

multiplicitatea descrierilor fiecărui sistem pe baza setului de subsisteme care îl compun, proprietăți, relații ale acestor proprietăți.

Nivelurile structurale de organizare a materiei pot fi reprezentate printr-o diagramă, tabelul 2.1.5-1.

Microlume materie neînsuflețită	Lumea cuantică. Lumea particulelor. Lumea structurii atomice. Lumea moleculelor, celulele elementare ale structurilor și texturilor cristaline, lumea moleculelor de lichide, gaze, ioni de plasmă încărcați.
Microlume materie vie	Lumea structurii celulare, a nucleotidelor și a proteinelor. Lumea bacteriilor și a virușilor.
Mesoworld materie neînsuflețită	Lumea realității înconjurătoare a unei persoane, cu care viața lui de zi cu zi este conectată. Lumea mineralelor, a rocilor, a straturilor Pământului, a peisajelor, a biosferei. Lumea materială creată artificial. Lumea Pământului ca planete ale sistemului solar
Mesoworldîn viaţă	Lumea insectelor, animalelor și plantelor, populațiilor, ecosistemelor care înconjoară viața de zi cu zi a oamenilor.
Macroworld	Lumea structurii sistemului solar: Soarele, planetele și elementele constitutive ale structurii sistemului solar.
Megaworld	Structura mondială a galaxiei noastre și a metagalaxiei (partea vizibilă a universului)
Superlume?	Lumea structurii universurilor care interacționează (?). Multe lumi

Tabelul 2.1.5-1

După cum vedem, o astfel de împărțire în șapte niveluri ierarhice ale lumii este condiționată, la fel cum granițele diviziunilor sunt condiționate. Granița este o lume a convențiilor care se schimbă sub influența cunoașterii lumii reale. De exemplu, granițele microlumii și macrolumii în ierarhia existentă sunt determinate de rezoluția ochiului. Cu ajutorul mijloacelor tehnice, instrumentelor și altor dispozitive fizice create, omul a fost capabil să se uite în structura microlumilor, macrolumilor și megalumilor. Prezența unei supralumi, ca ansamblu de universuri care interacționează, este asumată de conceptul de pluralitate de lumi, propus de D. Bruno. Prin urmare, subsistemele lumii materiale din jurul nostru formează un singur sistem sau structură a Superlumii, infinită în spațiu-timp.

Convenția și necesitatea împărțirii lumii în elementele sale componente provine din nevoia de a înțelege lumea în părți și ca întreg. În procesul de cunoaștere, ideile despre limitele diviziunilor se extind. De exemplu, granițele mezolumilor în procesul de dezvoltare a omului și a conștiinței sale sunt, de asemenea, în continuă extindere. În zorii civilizației umane, era el însuși și lumea lui a mediului natural din jurul său. Mai târziu, au apărut unelte și mașini artificiale create de însuși om. Apoi o persoană iese în spațiul cel mai apropiat, iar realitatea lui înconjurătoare este obiectele spațiului apropiat de Pământ, apoi, în viitorul îndepărtat, ale întregului sistem solar. Adică, mezolumea își extinde treptat granițele la obiectele macrolumii. Odată cu dezvoltarea călătoriilor în spațiu dincolo de sistemul solar, megalumea poate servi și ca obiect al lumii înconjurătoare. Pioneer 10, o creație umană, a depășit sistemul solar și se află deja în structura Căii Lactee - galaxia noastră.

În mod surprinzător, mintea umană este capabilă să creeze o lume virtuală în care să călătorească, să experimenteze plăcerea descoperirii, să sufere, să iubească și să ură. Granița dintre lumea virtuală și cea reală este, de asemenea, condiționată și trecătoare, în măsura în care putem trece rapid de la discuțiile teoretice despre structura lumii la implementarea practică a ideilor bazate pe experiență.

De asemenea, izbitor este faptul inseparabilității materiei vii și a materiei nevii la toate nivelurile organizării sale. „Trăind - din trăire!” Acesta este principiul Pasteur-Reddy. Dar viețuitoarele au apărut din lucruri nevii și sunt o consecință a evoluției lucrurilor nevii!

Dacă există o microlume, o mezolume și o macrolume a materiei vii, atunci în mod logic Calea Lactee (galaxia noastră), având viață în sistemul solar, este ea însăși un purtător de viață. Un astfel de raționament ne va conduce la ideea că viața aparține întregului univers. Odată cu apariția inteligenței pe Pământ, Metagalaxia a trecut într-o nouă calitate - a devenit inteligentă.

Elementele constitutive ale viețuitoarelor (atomi, molecule) reprezintă fiecare în mod individual o substanță nevie. Dacă dezasamblați un lucru viu în atomi, atunci operația ulterioară de asamblare a atomilor nu poate crea un lucru viu. Pentru aceasta, este necesară întreaga istorie a evoluției lumii înconjurătoare reale vii și nevii a universului. Acesta este unul dintre paradoxurile împărțirii lumii în componentele sale vii și nevii. Mai degrabă, trebuie să presupunem că toată materia din univers este pur și simplu pătrunsă cu elemente capabile de propria lor organizare numită viață, mai degrabă decât să separă conceptele de viață și neviu. Universul însuși este o unitate în dezvoltare și în continuă îmbunătățire a infinitului de mic (ceva) și infinit de mare (totul).

Materia este structurată nu numai prin mișcare, spațiu, timp, formă, ci și după dimensiune, nivel de organizare. Dar dacă mișcarea, spațiul și timpul în lumea materială sunt un atribut indispensabil al coexistenței, atunci nivelul de organizare a materiei este un principiu de clasificare convenabil pentru dezmembrarea (fragmentarea) semnelor existenței lumii materiale în scopul ei discrete. cunoaşterea prin apropierea succesivă de la particular la general sau invers.

Nivelurile ierarhice de organizare a materiei în disciplinele științelor naturii sunt diferite. În lumea organică, ei sunt împărțiți în clase, tipuri, grupuri, familii, genuri și specii. În lumea anorganică, nivelurile ierarhice corespund complexelor, formațiunilor, rocilor, speciilor minerale etc. Mai mult decât atât, limitele acestei diviziuni, repetăm, sunt foarte condiționate și sunt determinate de necesitatea de a obține informații despre o unitate structurată (parte), prin studierea proprietăților căreia, transpunând-o în spațiu cu patru dimensiuni, putem înțelege cum întregul este structurat.

Ierarhie (din grecescul hieros - sacru și arche - putere). Aranjarea unei colecții de elemente în ordine de la cel mai înalt la cel mai mic rang. O metodă de aranjare a sistemelor complexe în care legăturile sistemului sunt distribuite pe diferite niveluri în conformitate cu un criteriu dat.

Două niveluri ierarhice de organizare a materiei - micro- și macrocosmos (microcosmos și macrocosmos) au fost de multă vreme distinse de științele naturii, deoarece formele de mișcare se manifestă în ele oarecum diferit. Apar noi interacțiuni. Dar această împărțire a lumii materiale este condiționată. Căci macrocosmosul constă din substanța structurată a microcosmosului, difuzată la nesfârșit în spațiu-timp toată diversitatea existentă și viitoare de fenomene, stări, mișcări ale obiectelor.

Deja în antichitate exista o idee de micro și macrocosmos. Microcosmosul este lumea umană, macrocosmosul este întreaga Natură. Acestea sunt, parcă, ființe vii, create după un singur model și înzestrate cu un singur suflet... Deja în cele mai vechi timpuri exista un principiu conform căruia omul este măsura tuturor lucrurilor, deoarece oamenii vedeau armonie în structura corpul său, iar această armonie a fost transferată lumii pe care o măsurau prin proporțiile corpului uman. Așa a fost creată una dintre minunile lumii - Partenonul, cu a cărui armonie s-au luptat atât de mult timp constructorii și arhitecții.

Microcosmos și macrocosmos (din greacă, lume mare - univers și lume mică - om). Filosofii naturii din secolul al XVI-lea, în special Paracelsus, considerau universul ca un organism uman într-o formă extinsă, iar omul ca un univers în miniatură și au dedus de aici că între univers și om există aceeași legătură ca între membrii un singur organism corporal și de ce, de exemplu, stelele pot avea o influență asupra destinului unei persoane.

Secvența de aranjare a obiectelor din Univers în funcție de nivelurile structurale ale materiei (SLM) presupune existența unei organizări structurale a sistemelor complexe pe mai multe niveluri. Se manifestă prin ordonarea interacțiunilor dintre SUM-urile de la ordinul superior la cel inferior. Propus în lucrarea lui B.P. Ivanova, tabelul 2.1.5-2.

Pe baza principiului general al unității ordinii mondiale, știința modernă, bazată pe realizări experimentale, descrie materia în intervalul de la 1∙10 -18 la 1∙10 26 m. Se manifestă atât sub forma unor obiecte specifice, cât și sub formă de obiecte specifice. mediul.

Continuă căutarea unor modele fundamentale care să ne permită să structurem lumea în așa fel încât să fie posibil să prezicem orice nivel istoric al organizării sale. Odată cu dezvoltarea mecanicii cuantice, lumea s-a prezentat brusc ca „Olandezul zburător”, când s-a dovedit că era imposibil să-și determine fără ambiguitate granițele reale, fie în spațiu, fie în timp. În limitele care ne sunt atât de necesare în macrocosmosul care ne este familiar datorită dualității naturii microcosmosului. Lumea din spațiul microcosmosului s-a dovedit a fi „încețoșată”, iar granițele sale păreau atât de condiționate încât a devenit necesar să se descrie interacțiunile dintre particulele sale pentru a recurge la particule virtuale, a căror „naștere” ar coincide simultan cu lor. "moarte". Și în plus, au reușit să fie o legătură de transmisie pentru o astfel de interacțiune.

Conform ideilor lui B.P. Ivanov, materia „nu este mânjită”, ci este grupată în spațiu într-un anumit fel. Sistemul materiei este format dintr-un cheag (nucleu) și câmpul fizic care îl înconjoară, care se află în anumite relații și conexiuni între ele, formând o anumită integritate (unitate). El a numit un astfel de sistem de materie o formă organizațională a materiei (OFM) sau un obiect localizat al universului. În structura materiei, autorul face o analogie între structura particulelor, atomilor, stelelor și galaxiilor. Adică, la orice nivel de organizare a materiei, fie că este vorba despre o particulă, un atom, o stea sau o galaxie, există cu siguranță un nucleu și un câmp fizic, unite într-un singur sistem al formei organizaționale a materiei, care este unitate fundamentală a întregului univers cunoscut, inclusiv universul.

Autorul combină un grup de forme organizate de materie care au o proprietate comună, de exemplu, sarcina electrică a nucleelor atomice ale elementelor din tabelul lui D.I. Mendeleev, într-un singur nivel structural al materiei (SLM).

El plasează întregul set de SUM-uri în următoarea ierarhie, constând din elemente:

particule elementare;
sâmburi;
atomi;
molecule;
cristale;
praf;
micrometeoroizi;
meteoroizi;
comete;
asteroizi;
planete;
stele; clustere de stele;
clustere globulare;
galaxii;
clustere de galaxii;
superclustere de galaxii;

Metagalaxie.

Aceasta este, de asemenea, o ierarhie foarte arbitrară. Deoarece poate fi completat, de exemplu, cu o serie secvențială:
un cristal a cărui celulă unitară constă din atomi sau ioni transmisi de-a lungul direcțiilor cristalografice;
mineral (format dintr-o colecție de atomi, ioni, molecule);
roca (ca ansamblu de diverse minerale care o compun);
praf (ca o colecție de cristale, minerale, roci de compoziție diferită) etc.;
formațiuni, ca comunitate de corpuri geologice, unite paragenetic, genetic sau în alt fel, constituite din roci, minereuri, minerale etc.

Obiectul material al galaxiei sunt și obiectele relativiste ale așa-numitelor găuri negre etc.

Cu toate acestea, un anumit model poate fi urmărit în ierarhia propusă a lui B.P. Ivanov. Între nivelurile structurale ale materiei se observă modificări bruște ale caracteristicilor lor calitative generalizate, care au permis autorului să utilizeze în această ierarhie modelul „scării cuantice”, pe treptele căreia se află nivelurile structurale ale materiei.

În cadrul unei etape, nivelul structural al materiei conform lui B.P. Ivanov este format din trei subniveluri. În fiecare subnivel, se observă o repetare regulată a proprietăților obiectelor pe măsură ce raza miezului OPM crește datorită unei bifurcări de șapte ori. Proprietatea structurii în ierarhia SMS este moștenită de nivelurile structurale ale treptelor inferioare. De exemplu, o Metagalaxie este formată din superclustere de galaxii, orice galaxie constă la rândul său din clustere de stele etc. până la particule elementare. Adică, baza materiei este conceptul unei părți elementare, care se repetă și se traduce în spațiu-timp, în urma căreia se formează întregul: substanța și structura lumii.

Niveluri structurale de organizare a materiei după B.P. Ivanov

număr SUM	Nivelurile structurale ale materiei	Limitele superioare și inferioare ale razei nucleelor OFM, m	Raze geometrice medii ale clusterelor OFM, m	Energia cinetică a clusterelor OPM, J	Frecvențele naturale ale clusterelor, Hz
∞		∞	∞	∞	∞
21.0	La niveluri superioare de materie
20.0	Quazari	6,88 10 41 - 5,38 10 39	6.08 10 40	4,5 10 61	2,53·10 -60
19.0	Galaxii radio	4,2 10 37	4,25 10 38	3.12 10 58	3,67·10 -57
18.0	Superclustere de galaxii	3,2810 35	3,71 10 36	2.15 10 55	5,32·10 -54
17.0	clustere de galaxii	2,56 10 33	2,9 10 34	1,49 10 52	7,7·10 -51
16.0	Galaxii multiple	2,0 10 31	2,26 10 32	1,03 10 48	1.11·10 -47
15.0	Hipergalaxiile	1,56 10 29	1,17 10 30	7,1 10 45	1,61·10 -44
14.0	Galaxii	1,22 10 27	1,38 10 28	4,9 10 42	2,32·10 -41
13.0	Subgalaxii	9.55 10 24	1.08 10 26	3,38 10 39	3,39·10 -38
12.0	Ciorchini hiperglobulari	7,46 10 22	8.44 10 23	2,33 10 36	4,9·10 -35
11.0	Grupuri de stele globulare	5,83 10 20	6,59 10 21	1,61 10 33	7,1·10 -32
10.0	Grupuri de stele subglobulare	4,55 10 18	5.1 10 19	1.11 10 30	1.03·10 -28
9.0	Grupuri de stele deschise	3,56 10 16	4,0 10 17	7,69 10 26	1,49 10 25
8.0	Stele multiple	2,78 10 14	3.14 10 15	5.3 10 23	2.16·10 -22
7.0	Hyperstars	2.17 10 12	2,43 10 13	3,66 10 20	3.1·10 -19
6.0	Stele	1,7 10 10	1,92 10 11	2,53 10 17	4,52·10 -16
5.0	Substele	1,33 10 8	1,5 10 9	1,75 10 14	6,55 10 -13
4.0	Planetele	1,04 10 6	1,17 10 7	1.2 10 11	9,49·10 -10
3.0	asteroizi	8092	9.15 10 4	8.33 10 7	1,37·10 -6
2.0	Comete	63,22	715	5,76 10 4	1,99·10 -3
1.0	Noduli-hipermeteoroizi	0,494	5,588	39,75	2,88
.0.1	Meteoroizi de pietriș	0,39·10 -3	4,36·10 -2	2,74·10 -2	4172
.0.2	Nisip-milimeteoroizi	3,0·10 -5	3,41·10 -4	1,89·10 -5	6.04 10 6
.0.3	Aleurit-micrometeoroizi (praf)	2,35·10 -7	2,66·10 -6	1,3·10 -8	1,99 10 9
.0.4	Cristal	1,84·10 -9	2.08·10 -8	9.04·10 -12	1,27 10 13
.0.5	Clustere	1,44·10 -11	1,63·10 -10	6,24·10 -15	1,83 10 16
.0.6	Molecule	1.12·10 -13	1,27·10 -12	4.31·10 -18	2,66 10 19
.0.7	Atomi	8,77 10 -16	9,95·10 -15	2,98·10 -21	3,85 10 22
.0.8	Nuclizi	6,85·10 -18	7,76·10 -17	2.05·10 -24	5,57 10 25
.0.9	Protoni	5,35·10 -20	6.06·10 -19	1,42·10 -27	8,0 10 28
.0.10	Electronii	4.18·10 -22	4,73·10 -21	9,8·10 -31	1,17 10 32
.0.11	Pozitroni	3,27 10 -24	3,7·10 -23	6,77 10 -34	1,69 10 35
.0.12	Subelectroni	2,55·10 -26	2,9·10 -25	4,67·10 -37	2,45 10 38
.0.13	γ-quanta	1,7·10 -28	2,26·10 -27	3,22·10 -40	3,55 10 41
.0.14	raze X	1,56·10 -30	1,76·10 -29	2,22·10 -43	5.14 10 44
.0.15	Raze vizibile	1,22·10 -32	1,38·10 -31	1,53·10 -46	7,44 10 47
.0.16	Cuptor cu microunde și HF	9,5·10 -35	1.08·10 -33	1.06·10 -49	1,08 10 51
.0.17	Unde radio medii	7,43·10 -37	8,4·10 -36	7,3·10 -53	1,56 10 54
.0.18	Unde radio lungi	5,80·10 -39	6,57·10 -38	5.05·10 -56	2,26 10 57
.0.19	Frecvențe joase	4,50 10 -41	5,1·10 -40	3,49·10 -62	3,27 10 60
.0.20	Frecvențele infraroșii	3,50·10 -43	4,0·10 -42	2,41·10 -62	4,74 10 63
.0.21	21 de straturi (SUM)	2,77 10 -45	3,1·10 -44	1,66·10 -65	6,85 10 66
.0.22	22	2,16·10 -47	2,4·10 -46	1,15·10 -68	9,94 10 69
.0.23	23	1,69·10 -49	1,9·10 -48	7,94·10 -72	1,44 10 73
.0.24	24	1,32·10 -51	1,5·10 -50	5,48·10 -75	2.08 10 76
.0.25	25	1,0·10 -53	1,2·10 -52	3,78·10 -78	3.02 10 79
.0.26	26	8.00 10 -56	9,1·10 -55	2,61·10 -81	4,37 10 82
.0.27	27	6.30·10 -57	7,1·10 -57	1,8·10 -84	6.33 10 85
.0.28	28	4,90 10 -60	5,5·10 -59	1,25·10 -87	9.17 10 88
La nivelurile structurale interne ale materiei și la eterul acesteia

Tabelul 2.1.5-2

Conform datelor tabulate de mai sus de B.P. Ivanov, granița microcosmosului (lumea interioară) și a macrocosmosului este determinată de numărul după 0., .0.1 etc. Microcosmosul includea astfel structuri variind de la particule de pietriș, nisip, nămol și dimensiuni mai mici. Avantajul ierarhiei structurale de mai sus bazată pe ideea formei organizaționale a materiei constă în posibilitatea de a determina granițele discrete ale dimensiunii lumii materiale prin împărțirea la un coeficient de asemănare egal cu numărul 128 (pentru microcosmos ) și prin înmulțirea cu același coeficient (pentru macrocosmos). Astfel, microlumea conform lui B.P. Ivanov este complet discret și susceptibil de structurare a granițelor, dar la granițele microstructurilor proprietățile lor se schimbă brusc.

Macrocosmosul pentru Pământ în această clasificare începe cu spațiul apropiat Pământului și se extinde la întreaga parte exterioară a universului.

Abordarea ierarhică a lui B.P. Ivanov este bună pentru a descrie imaginea științifică a lumii. Va deruta oarecum omul obișnuit prin faptul că o astfel de împărțire a lumii materiale, deși acoperă întreaga diversitate a proprietăților și structurilor sale în schimbare naturală, nu face posibilă evidențierea în mod figurat a subordonării ierarhice cu care se ocupă de obicei conștiința umană. El măsoară adesea nu după număr, ci după o scară corelată, capacitatea ochiului de a se rezolva sau conștientizarea dimensiunii la nivelul senzațiilor.

În conceptul de „naștere cuantică a universului”, prezentat în 1973 de P. I. Fomin și E. Trion, conexiunile cauzale la toate nivelurile structurale ale Lumii sunt observate în starea „inițială” a universului, care era o stare fizică. vid. Iar motivul expansiunii cosmologice observate în prezent ar putea fi capacitatea antigravitațională a vidului, provocând repulsie între particulele de materie „introduse” în el. Iar pentru el presiunea este negativă: p = - ε. Cu toate acestea, principala piedică în calea nașterii cuantice a universului este necesitatea de a explica de ce acesta pare izotrop atunci când se extinde dintr-o singularitate.

Prima generație de modele cosmologice corespundea unei distribuții omogene și izotrope a materiei, adică nu descriau distribuția reală a materiei, ci media pe celule, a căror dimensiune este de ordinul distanțelor intergalactice, cu o singularitate inițială. - o stare cu densitate infinită. Evoluția lumii în aceste modele depinde de densitatea totală a materiei ρ în epoca actuală. Și dacă ρ< ρ крит. (~10 -25 г/см 3), то пространство бесконечно («открытый мир») и наблюдающееся ныне космологическое расширение неограниченно; в случае ρ >ρ crit. – spațiul este finit, iar expansiunea, după un timp, ar trebui să cedeze loc compresiei („lume închisă”). În prezent, nu este clar dacă Lumea (Metagalaxia) este deschisă sau închisă în cadrul acestor modele, deoarece estimările observaționale moderne indică faptul că ρ / ρ crit ~1.

A doua generație de modele cosmologice. Luând în considerare neomogenitățile distribuției efective a materiei în Metagalaxie a condus la o imagine ușor diferită a evoluției acesteia. Aceste modele contrazic izotropia globală observată a radiației CMB. Pentru că orice abatere de la izotropie, oricât de mică, crește rapid odată cu expansiunea universului și nu se poate deschide izotrop în spațiu, deoarece expansiunea are loc mai repede decât propagarea radiației electromagnetice.

Modelele de a treia generație asigură „cuantizarea primară” a parametrilor modelului (aproximație la un model cuantic complet al lumii). Cu toate acestea, modelele de generația a treia și a doua nu ne permit să explicăm izotropia Metagalaxiei, inclusiv izotropia radiației cosmice de fond cu microunde, cu excepția fluctuațiilor sale - componenta dipol.

În știință, există trei niveluri ale structurii materiei:

Microlume (particule elementare, nuclee, atomi, molecule) este o lume de micro-obiecte extrem de mici, neobservabile direct, a căror diversitate spațială este calculată de la zece la minus a opta putere până la zece la minus a șaisprezecea putere cm, și lor. durata de viață este de la infinit la zece până la minus douăzeci și patru de sec.

Macrolumea (macromolecule, organisme vii, oameni, obiecte tehnice etc.) este lumea macroobiectelor, a cărei dimensiune este comparabilă cu scara experienței umane: cantitățile spațiale sunt exprimate în milimetri, centimetri și kilometri, iar timpul - în secunde, minute, ore, ani.

Megaworld (planete, stele, galaxie) este o lume cu 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. Constantele fundamentale ale lumii determină scara structurii ierarhice a materiei din lumea noastră. Este evident că o modificare relativ mică a acestora ar trebui să conducă la formarea unei lumi calitativ diferite, în care formarea micro-, macro- și megastructurilor existente în prezent și, în general, a formelor foarte organizate de materie vie ar deveni imposibilă. Anumitele lor semnificații și relații dintre ele, în esență, asigură stabilitatea structurală a Universului nostru. Prin urmare, problema constantelor lumii aparent abstracte are o semnificație ideologică globală.

materie

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. Baza ideilor despre structura lumii materiale este o abordare sistemică, conform căreia orice obiect al lumii materiale, fie el un atom, planetă, organism sau galaxie, poate fi considerat ca 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. 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. Atât mișcarea, cât și odihna sunt cu siguranță fixate numai în raport cu un anumit cadru de referință.

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 și necesar. Conceptul de timp fixează durata și succesiunea schimbărilor în stările sistemelor materiale. Timpul este obiectiv, inevitabil și ireversibil.

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. 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.

Niveluri structurale de organizare a materiei

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. 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.

Este clar că granițele micro- și macrocosmosului sunt mobile și nu există un microcosmos separat și un macrocosmos separat. În mod firesc, macro-obiectele și mega-obiectele sunt construite din micro-obiecte, iar macro- și mega-fenomenele se bazează pe micro-fenomene. Acest lucru se vede clar în exemplul construcției Universului din particule elementare care interacționează în cadrul microfizicii cosmice. De fapt, trebuie să înțelegem că vorbim doar despre diferite niveluri de considerare a materiei. Dimensiunile micro, macro și mega ale obiectelor se corelează între ele ca macro/micro - mega/macro.

În fizica clasică nu exista un criteriu obiectiv pentru a distinge un macro de un micro-obiect. Această diferență a fost introdusă de M. Planck: dacă pentru obiectul luat în considerare impactul minim asupra acestuia poate fi neglijat, atunci acestea sunt macroobiecte, dacă acest lucru nu este posibil, acestea sunt microobiecte. Protonii și neutronii formează nucleele atomilor. Atomii se combină pentru a forma molecule. Dacă ne deplasăm mai departe pe scara dimensiunilor corpului, atunci ceea ce urmează sunt macrocorpuri obișnuite, planete și sistemele lor, stele, grupuri de galaxii și metagalaxii, adică ne putem imagina tranziția de la micro-, macro- și mega-ambele în dimensiunea şi în modelele proceselor fizice.

Microlume

Democrit în antichitate a înaintat 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 al XIX-lea D.I. Mendeleev a construit un sistem de elemente chimice bazat pe greutatea lor atomică. 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.

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.

Macroworld

În istoria studiului naturii se pot distinge două etape: pre-științifică și științifică. Preștiințific, 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 a descoperit legea inerției și a dezvoltat o metodologie pentru un nou mod de a descrie natura - științific-teoretic. Esența sa a fost că doar anumite caracteristici fizice și geometrice au fost identificate și au devenit subiect de cercetare științifică.

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. 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. 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. 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 pe 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 propus-o în 1845, și J.K. Maxwell l-a fundamentat teoretic în 1862 și a fost confirmat experimental de către fizicianul german G. Hertz în 1888. După experimentele lui G. Hertz, conceptul de câmp a fost în cele din urmă stabilit în fizică nu ca un construct matematic auxiliar, ci ca o construcție fizică existentă în mod obiectiv. realitate. 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 sub două forme: 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.

Megaworld

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 - Metagalaxia. 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 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 teoria generală a relativității a lui A. Einstein, conform căreia metrica spațiului și timpului este determinată 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 existența 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 conectat „expansiunea” spațiului cu datele din observațiile astronomice. Lemaitre a introdus conceptul de început al Universului ca o singularitate (adică o stare superdensă) și nașterea Universului ca Big Bang. Expansiunea Universului este considerată un fapt stabilit științific. Conform calculelor teoretice ale lui J. Lemaître, raza Universului în starea sa inițială a fost de 10-12 cm, care este apropiată ca mărime de raza unui electron, iar densitatea sa a fost de 1096 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. În cosmologia modernă, pentru claritate, stadiul inițial al evoluției Universului este împărțit în „ere”.

Epoca hadronilor. Particule grele care intră în 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. 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.

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. Universul s-a umflat de la o dimensiune cuantică inimaginabil de mică de 10-33 la o dimensiune inimaginabil de mare de 101000000 cm, care este cu multe ordine de mărime mai mare decât dimensiunea Universului observabil - 1028 cm. În toată această perioadă inițială nu a existat nici materie, nici radiații în Universul. 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.

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. . Universul la diferite niveluri, de la particule convenționale elementare la superclustere gigantice de galaxii, este caracterizat prin structură. Structura modernă a Universului este rezultatul evoluției cosmice, în timpul căreia galaxiile s-au format din protogalaxii, stele din protostele și planete din norii protoplanetari.

O metagalaxie este o colecție de sisteme stelare - galaxii, iar structura sa este determinată de distribuția lor în spațiul plin cu gaz intergalactic extrem de rarefiat și pătruns de raze intergalactice. Conform conceptelor moderne, o metagalaxie este caracterizată de o structură celulară (plasă, poroasă). Există volume uriașe de spațiu (de ordinul a un milion de megaparsecs cubi) în care galaxiile nu au fost încă descoperite. Vârsta Metagalaxiei este apropiată de vârsta Universului, deoarece formarea structurii are loc în perioada următoare separării materiei și radiațiilor. Conform datelor moderne, vârsta Metagalaxiei este estimată la 15 miliarde de ani.

O galaxie este un sistem gigant format din grupuri de stele și nebuloase, formând o configurație destul de complexă în spațiu. Pe baza formei lor, galaxiile sunt împărțite în mod convențional în trei tipuri: eliptice, spirale și neregulate. Galaxiile eliptice - au forma spațială a unui elipsoid cu grade diferite de compresie; sunt cele mai simple ca structură: distribuția stelelor scade uniform din centru. Galaxii spirale - prezentate sub formă de spirală, inclusiv brațe spiralate. Acesta este cel mai numeros tip de galaxie, care include Galaxia noastră - Calea Lactee. Galaxiile neregulate nu au o formă distinctă; le lipsește un nucleu central. Cele mai vechi stele, a căror vârstă se apropie de vârsta galaxiei, sunt concentrate în miezul galaxiei. Stelele de vârstă mijlocie și tinere sunt situate în discul galactic. Stelele și nebuloasele din galaxie se mișcă într-un mod destul de complex, împreună cu galaxia participă la expansiunea Universului, în plus, participă la rotația galaxiei în jurul axei sale.

Stele. În stadiul actual al evoluției Universului, materia din acesta este predominant într-o stare stelară.97% din materia din Galaxia noastră este concentrată în stele, care sunt formațiuni de plasmă gigantice de diferite dimensiuni, temperaturi și cu caracteristici diferite. de mișcare. Multe, dacă nu majoritatea, alte galaxii au „materie stelară” care reprezintă mai mult de 99,9% din masa lor. Vârsta stelelor variază pe o gamă destul de largă de valori: de la 15 miliarde de ani, corespunzătoare vârstei Universului, până la sute de mii - cele mai tinere. Nașterea stelelor are loc în nebuloasele gaz-praf sub influența forțelor gravitaționale, magnetice și de altă natură, datorită cărora se formează omogenități instabile și materia difuză se descompune într-o serie de condensări. Dacă astfel de condensuri persistă suficient de mult, atunci în timp se transformă în stele. În stadiul final al evoluției, stelele se transformă în stele inerte („moarte”).

Stelele nu există izolat, ci formează sisteme. Cele mai simple sisteme stelare - așa-numitele sisteme multiple - constau din două, trei, patru, cinci sau mai multe stele care se rotesc în jurul unui centru de greutate comun. Stelele sunt, de asemenea, unite în grupuri și mai mari - grupuri de stele, care pot avea o structură „împrăștiată” sau „sferică”. Grupurile de stele deschise numără câteva sute de stele individuale, clusterele globulare numără multe sute de mii. Sistemul solar este un grup de corpuri cerești, foarte diferite ca mărime și structură fizică. Acest grup include: Soarele, nouă planete majore, zeci de sateliți planetari, mii de planete mici (asteroizi), sute de comete și nenumărate corpuri de meteoriți, care se mișcă atât în roi, cât și sub formă de particule individuale.

Până în 1979, erau cunoscuți 34 de sateliți și 2000 de asteroizi. Toate aceste corpuri sunt unite într-un singur sistem datorită forței gravitaționale a corpului central - Soarele. Sistemul solar este un sistem ordonat care are propriile sale legi structurale. Natura unificată a sistemului solar se manifestă prin faptul că toate planetele se învârt în jurul Soarelui în aceeași direcție și aproape în același plan. Majoritatea sateliților planetelor se rotesc în aceeași direcție și în majoritatea cazurilor în planul ecuatorial al planetei lor. Soarele, planetele, sateliții planetelor se rotesc în jurul axelor lor în aceeași direcție în care se mișcă de-a lungul traiectoriilor lor. Structura sistemului solar este, de asemenea, naturală: fiecare planetă ulterioară este de aproximativ două ori mai departe de Soare decât cea anterioară.

Sistemul solar s-a format acum aproximativ 5 miliarde de ani, iar Soarele este o stea de a doua generație. Astfel, Sistemul Solar a apărut din deșeurile stelelor din generațiile anterioare, care s-au acumulat în norii de gaz și praf. Această împrejurare dă motive pentru a numi sistemul solar o mică parte din praf de stele. Știința știe mai puțin despre originea Sistemului Solar și evoluția sa istorică decât este necesar pentru a construi o teorie a formării planetelor.

Conceptele moderne despre originea planetelor Sistemului Solar se bazează pe faptul că este necesar să se ia în considerare nu numai forțele mecanice, ci și altele, în special cele electromagnetice. Această idee a fost prezentată de fizicianul și astrofizicianul suedez H. Alfvén și de astrofizicianul englez F. Hoyle. Conform ideilor moderne, norul de gaz original din care s-au format Soarele și planetele a constat din gaz ionizat supus influenței forțelor electromagnetice. După ce Soarele s-a format dintr-un nor imens de gaz prin concentrare, părți mici din acest nor au rămas la o distanță foarte mare de el. Forța gravitațională a început să atragă gazul rămas către steaua rezultată - Soare, dar câmpul său magnetic a oprit căderea gazului la diferite distanțe - exact acolo unde sunt situate planetele. Forțele gravitaționale și magnetice au influențat concentrația și condensarea gazului în cădere și, ca urmare, s-au format planete. Când au apărut cele mai mari planete, același proces s-a repetat la o scară mai mică, creând astfel sisteme de satelit.

Teoriile despre originea sistemului solar sunt de natură ipotetică și este imposibil să se rezolve fără ambiguitate problema fiabilității lor în stadiul actual al dezvoltării științifice. Toate teoriile existente au contradicții și zone neclare. În prezent, în domeniul fizicii teoretice fundamentale se dezvoltă concepte conform cărora lumea existentă în mod obiectiv nu se limitează la lumea materială percepută de simțurile sau instrumentele noastre fizice. Autorii acestor concepte au ajuns la următoarea concluzie: alături de lumea materială, există o realitate de ordin superior, care are o natură fundamental diferită față de realitatea lumii materiale.

Oamenii au încercat de mult să găsească o explicație pentru diversitatea și ciudățenia lumii. Studiul materiei și al nivelurilor sale structurale este o condiție necesară pentru formarea unei viziuni asupra lumii, indiferent dacă aceasta se dovedește în cele din urmă a fi materialistă sau idealistă. Este destul de evident că rolul definirii conceptului de materie, înțelegerea acestuia din urmă ca inepuizabil pentru construirea unei imagini științifice a lumii, rezolvarea problemei realității și cunoașterii obiectelor și fenomenelor din micro, macro și mega lumi este foarte important. .

Toate descoperirile revoluționare de mai sus în fizică au răsturnat opiniile existente despre lume. Convingerea în universalitatea legilor mecanicii clasice a dispărut, pentru că au fost distruse ideile anterioare despre indivizibilitatea atomului, constanța masei, imuabilitatea elementelor chimice etc. Acum este greu de găsit un fizician care să creadă că toate problemele științei sale pot fi rezolvate cu ajutorul conceptelor și ecuațiilor mecanice.

Nașterea și dezvoltarea fizicii atomice au zdrobit astfel în cele din urmă imaginea mecanicistă anterioară a lumii. Dar mecanica clasică a lui Newton nu a dispărut. Până în prezent, ocupă un loc de onoare printre alte științe ale naturii. Cu ajutorul lui, de exemplu, se calculează mișcarea sateliților artificiali Pământului, a altor obiecte spațiale etc. Dar acum este interpretat ca un caz special de mecanică cuantică, aplicabil mișcărilor lente și mase mari de obiecte din macrolume.

Care este conceptul de „materie”? Care sunt atributele materiei?

materie- realitatea obiectivă, care este dată unei persoane în senzațiile sale și există independent de el. Aceasta este o anumită substanță, baza tuturor obiectelor și sistemelor existente, proprietățile lor, conexiunile dintre ele și formele de mișcare, de exemplu. în ce constă lumea înconjurătoare.

Structura materiei- existenţa unei varietăţi infinite de sisteme integrale strâns interconectate.

Atributele materiei, formele universale ale existenței sale sunt mișcarea, spațiul și timpul, care nu există în afara materiei. În același mod, nu pot exista obiecte materiale care să nu aibă proprietăți spațiu-temporale.

Spaţiu- realitatea obiectivă, forma de existenţă a materiei, se caracterizează prin întinderea şi structura obiectelor (fenomenelor) materiale în relaţia lor cu alte obiecte şi fenomene.

Timp- realitatea obiectivă, forma de existență a materiei se caracterizează prin durata și succesiunea existenței obiectelor și fenomenelor materiale în relația lor cu alte obiecte și fenomene materiale.

Friedrich Engels a remarcat cinci forme de mișcare a materiei: fizică; chimic; biologic; social; mecanic.

Proprietăți universale materie sunt:

increabilitatea și indestructibilitatea

eternitatea existenței în timp și infinitul în spațiu

materia se caracterizează întotdeauna prin mișcare și schimbare, autodezvoltare, transformarea unei stări în alta

determinismul tuturor fenomenelor

cauzalitate - dependența fenomenelor și obiectelor de conexiunile structurale din sistemele materiale și de influențele externe, de cauzele și condițiile care le dau naștere

reflecția - se manifestă în toate procesele, dar depinde de structura sistemelor care interacționează și de natura influențelor externe. Dezvoltarea istorică a proprietății reflecției duce la apariția formei sale cele mai înalte - gândirea abstractă

Legile universale ale existenței și dezvoltării materiei:

Legea unității și a luptei contrariilor

Legea tranziției modificărilor cantitative în cele calitative

Legea negației negației

nivelurile structurale de organizare a materiei în natura neînsuflețită.

La fiecare nivel structural al materiei există proprietăți speciale (emergente)., absent la alte niveluri. În cadrul fiecăruia dintre nivelurile structurale există relații de subordonare, de exemplu, nivelul molecular include nivelul atomic, și nu invers. Fiecare formă superioară ia naștere pe baza uneia inferioare și o include în forma ei sublată. Aceasta înseamnă, în esență, că specificitatea formelor superioare nu poate fi cunoscută decât pe baza unei analize a structurilor formelor inferioare. Și invers, esența unei forme de ordin inferior poate fi cunoscută numai pe baza conținutului unei forme superioare de materie în raport cu aceasta.

În științele naturii se disting două mari clase de sisteme materiale: sisteme natura neînsuflețită și sistemele naturii vii. ÎN natura neînsuflețită Nivelurile structurale ale organizării materiei sunt:

1) vid (câmpuri cu energie minimă), 2) câmpuri și particule elementare, 3) atomi, 4) molecule, macrocorpi, 5) planete și sisteme planetare, 6) stele și sisteme stelare, 7) galaxie, 8) metagalaxie, 9 )Univers.

În natura vie, există două niveluri structurale cele mai importante ale organizării materiei - biologic și social. Nivelul biologic include:

nivel precelular (proteine și acizi nucleici);

o celulă ca „bloc de construcție” al viețuitoarelor și al organismelor unicelulare;
organism multicelular, organele și țesuturile sale;
populație - o colecție de indivizi din aceeași specie care ocupă un anumit teritoriu, care se încrucișează liber și izolați parțial sau complet de alte grupuri ale speciilor lor;
biocenoză - un ansamblu de populații în care deșeurile unora sunt condițiile existenței altor organisme care locuiesc într-o anumită zonă de pământ sau apă;
biosfera - materia vie a planetei (totalitatea tuturor organismelor vii, inclusiv a oamenilor).

Într-un anumit stadiu al dezvoltării vieții pe Pământ, a apărut inteligența, datorită căreia a apărut nivelul structural social al materiei. La acest nivel se disting: individ, familie, colectiv, grup social, clasă și națiune, stat, civilizație, umanitate în ansamblu.

nivelurile structurale de organizare a materiei în natura vie.

Conform concepțiilor științifice moderne despre natură, toate obiectele naturale sunt sisteme ordonate, structurate, organizate ierarhic. În științele naturii, se disting două mari clase de sisteme materiale: sisteme de natură neînsuflețită și sisteme de natură vie.

În natura vie, nivelurile structurale de organizare a materiei includ sisteme la nivel precelular — acizi nucleici și proteine; celulele ca nivel special de organizare biologică, prezentate sub formă de organisme unicelulare și unități elementare de materie vie; organisme pluricelulare ale florei și faunei; peste structurile organismelor, inclusiv speciile, populațiile și biocenozele și, în sfârșit, biosfera ca întreaga masă de materie vie. În natură, totul este interconectat, astfel încât putem identifica sisteme care includ atât elemente ale naturii vii, cât și ale naturii neînsuflețite - biogeocenoze.

Tema: Niveluri structurale de organizare a materiei

Universitatea: VZFEI

Anul și orașul: 2010

INTRODUCERE 3

2. Esența micro-, macro- și megalumilor 9-18

3. Înțelegerea clasică și modernă a conceptului de macrocosmos 18-19

CONCLUZIA 20

REFERINȚE 21

Introducere.

Întreaga lume din jurul nostru mișcă materia în formele și manifestările ei infinit variate, cu toate proprietățile, conexiunile și relațiile ei.

Instrumentele utilizate pentru identificarea relației cauză-efect a elementelor sistemului economic ne permit să surprindem metodologia economiei ca un set de abordări și tehnici de înțelegere a relațiilor și proceselor economice. În același timp, utilizarea conceptelor științelor naturale moderne ca instrumente pentru știința economică face posibilă înțelegerea nivelurilor structurale ale organizării economiei prin analogie cu nivelurile structurale ale organizării materiei, fixate la micro, niveluri macro și mega.

Științele naturii, după ce au început studiul lumii materiale cu cele mai simple obiecte materiale percepute direct de oameni, trec la studiul celor mai complexe obiecte ale structurilor profunde ale materiei, dincolo de limitele percepției umane și incomensurabile cu obiectele din experiență de zi cu zi. Folosind o abordare sistemică, știința naturii nu identifică pur și simplu tipuri de sisteme materiale, ci dezvăluie conexiunile și relațiile acestora. În știință, există trei niveluri ale structurii materiei. Lumea macro este lumea obiectelor macro. Microworld este lumea microobiectelor extrem de mici, neobservabile direct. Megaworld este o lume de o scară și viteză cosmică enormă. Și deși aceste niveluri au propriile lor legi specifice, micro-, macro- și mega-lumile sunt strâns interconectate.

Să aruncăm o privire mai atentă la ceea ce este materia, precum și la nivelurile sale structurale.

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.

Oamenii de știință din timpuri diferite au acordat atenție diferitelor grade de organizare a materiei vii. Chiar și în secolul trecut, botanistul german M. Schleiden a vorbit despre ordinea diferită de organizare a corpurilor vii. Până atunci, teoria celulară a materiei vii fusese creată. Biologul evoluționist german E. Haeckel a considerat protoplasma unei celule ca fiind eterogenă și constând din particule pe care le-a numit plastidule. Potrivit filozofului englez G. Spencer (1820-1903), plastidulele nu sunt statice, ci se află într-o stare de activitate funcțională constantă, motiv pentru care au fost numite unități fiziologice. Astfel, s-a afirmat ideea de discretie, i.e. divizibilitatea materiei vii în părți componente ale unei organizații inferioare, cărora li s-au atribuit funcții foarte specifice.

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. Caracteristicile calitative ale organismelor vii au fost negate. La acea vreme, unul dintre reprezentanții determinismului fiziologic, fiziopatologul francez C. Bernard (1813-1878), credea că toate structurile și procesele dintr-un organism multicelular sunt determinate de cauze interne, a căror natură nu a fost încă descifrată.

Din punct de vedere istoric, conceptul de „niveluri structurale” a fost introdus nu de biologi, ci de filozofi. Conceptul de niveluri structurale a fost propus pentru prima dată în anii 1920. În conformitate cu acest concept, nivelurile structurale diferă nu numai în clasele de complexitate, ci și în modelele de funcționare. În plus, conceptul include o ierarhie a nivelurilor structurale, în care fiecare nivel ulterior este inclus în cel anterior, formând astfel un singur întreg, unde nivelul cel mai de jos este cuprins în cel mai înalt. Astfel, conceptul de niveluri de organizare fuzionează cu integritatea organică.

Conceptul de niveluri structurale a fost dezvoltat în continuare. Ea reflectă cel mai pe deplin realitatea obiectivă care s-a dezvoltat în timpul dezvoltării istorice a naturii vii. Figura 1 prezintă o diagramă vizuală a ierarhiei structurii naturii vii și neînsuflețite. Această schemă reflectă cel mai pe deplin imaginea holistică a naturii și nivelul de dezvoltare nu numai al biologiei, ci și al tuturor științelor naturii, cu dezvoltarea cărora vor fi clarificate conceptele științifice naturale și, odată cu acestea, ierarhia structurilor vii și neînsuflețite. natura va fi cu siguranță îmbunătățită.

Distingerea tendințelor stabile în determinarea interacțiunii cauză-efect a condițiilor spațio-temporale de dezvoltare, atât natură, cât și societate, ne permite să formulăm principiile de bază care stau la baza algoritmilor de dezvoltare, și anume principiul relativității, principiul simetriei și legile de conservare. . Prin urmare, utilizarea acestor principii în metodologia științei economice va face posibilă utilizarea sistematicității desemnate prezente în algoritmul de dezvoltare ca resursă pentru dezvoltarea economiei în sine.

Fig. 1 Niveluri structurale de organizare a 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. 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 el un atom, planetă, organism sau galaxie, poate fi considerat ca o formațiune complexă, incluzând părți componente organizate în integritate. Pentru a denota integritatea obiectelor în știință, a fost dezvoltat conceptul de sistem.

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.

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.

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.

2. Esența micro-, macro- și megalumilor.

Știința modernă identifică trei niveluri structurale în lume.

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.

Și deși aceste niveluri au propriile lor legi specifice, micro-, macro- și mega-lumile sunt strâns interconectate.

Să analizăm separat nivelurile structurale ale materiei.

Microlume. Democrit în antichitate a înaintat 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.

Au existat mai multe modele ale structurii atomului.

În 1902, fizicianul englez W. Thomson 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.

Ambele modele s-au dovedit a fi contradictorii.

În 1913, marele fizician danez N. Bohr a aplicat principiul cuantizării atunci când a rezolvat problema structurii atomului și a caracteristicilor spectrelor atomice, eliminând astfel contradicțiile despre modelele de mai sus.

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:

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.

Macroworld.În istoria studiului naturii se pot distinge două etape: pre-științifică și științifică.

Preștiințific, 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.

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.

I. Newton a dezvoltat o teorie științifică strictă a mecanicii, care descrie atât mișcarea corpurilor cerești, cât și mișcarea obiectelor terestre folosind aceleași legi. Natura era privită ca un sistem mecanic complex.

În cadrul tabloului mecanic al lumii, elaborat 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.

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.

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. 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. Pe baza teoriei undelor, X. Huygens a explicat cu succes reflexia și refracția luminii.

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 pentru cercetările lui J. C. Maxwell.

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 în cele din urmă stabilit 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 sub două forme: 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.

Megaworld.Știința modernă vede megalumea sau spațiul ca pe un sistem de interacțiune și dezvoltare al tuturor corpurilor cerești.

Materia din Univers este reprezentată de corpuri cosmice condensate și materie difuză. Materia difuză există sub formă de atomi și molecule separați, precum și formațiuni mai dense - nori giganți de praf și gaz - nebuloase gaz-praf. O proporție semnificativă a materiei din Univers, împreună cu formațiunile difuze, este ocupată de materie sub formă de radiație.

Conceptele „Univers” și „Metagalaxie” sunt concepte foarte apropiate: caracterizează același obiect, dar sub aspecte diferite. Concept

„Universul” se referă la întreaga lume materială existentă; concept

„Metagalaxia” este aceeași lume, dar din punctul de vedere al structurii sale - ca un sistem ordonat de galaxii.

Modelele cosmologice moderne ale Universului se bazează pe teoria generală a relativității a lui A. Einstein, conform căreia metrica spațiului și timpului este determinată de distribuția maselor gravitaționale în Univers. Proprietățile sale în ansamblu sunt determinate de densitatea medie a materiei și de alți factori fizici specifici. Existența Universului este infinită, adică. nu are început sau sfârșit, iar spațiul este nelimitat, dar finit. Cosmologia clasică newtoniană a acceptat în mod explicit sau implicit următoarele postulate: Universul este un atotexistent, „lumea ca întreg”. Cosmologia cunoaște lumea așa cum există în sine, indiferent de condițiile cunoașterii. Spațiul și timpul Universului sunt absolute; ele nu depind de obiectele și procesele materiale. Spațiul și timpul sunt infinit infinit. Spațiul și timpul sunt omogene și izotrope. Universul este staționar și nu suferă evoluție. Sistemele spațiale specifice se pot schimba, dar nu și lumea în ansamblu.

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 a fost de 10 -12 cm, care este apropiată ca mărime de raza unui electron, iar densitatea sa a fost de 1096 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 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”:

1. Epoca hadronilor. Particule grele care intră în interacțiuni puternice;

2. Epoca leptonilor. Particule de lumină care intră în interacțiune electromagnetică;

3. Epoca fotonului. Durata 1 milion de ani. Cea mai mare parte a masei - energia Universului - provine din fotoni;

4. Epoca 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. 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; în el nu era nici materie, nici radiație.

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 radiațiilor, contactul dintre materie și radiații a dispărut. Radiația separată de materie constituie fondul relict modern, prezis teoretic de G. A. Gamov și descoperit experimental în 1965.

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 de evoluția cosmică.

Universul la diferite niveluri, de la particule convenționale elementare la superclustere gigantice de galaxii, este caracterizat prin structură. Structura modernă a Universului este rezultatul evoluției cosmice, în timpul căreia galaxiile s-au format din protogalaxii, stele din protostele și planete din norii protoplanetari.

Metagalaxie- este o colecție de sisteme stelare - galaxii, iar structura sa este determinată de distribuția lor în spațiu umplut cu gaz intergalactic extrem de rarefiat și pătruns de raze intergalactice. Conform conceptelor moderne, o metagalaxie este caracterizată de o structură celulară (plasă, poroasă). Vârsta Metagalaxiei este apropiată de vârsta Universului, deoarece formarea structurii are loc în perioada următoare separării materiei și radiațiilor. Conform datelor moderne, vârsta Metagalaxiei este estimată la 15 miliarde de ani.

Galaxie- un sistem gigant format din grupuri de stele și nebuloase, formând o configurație destul de complexă în spațiu.

Pe baza formei lor, galaxiile sunt împărțite în mod convențional în trei tipuri: eliptice, spirale și neregulate.

Stele. În stadiul actual al evoluției Universului, materia din el este predominant într-o stare stelară. 97% din materia din galaxia noastră este concentrată în stele, care sunt formațiuni uriașe de plasmă de diferite dimensiuni, temperaturi și cu diferite caracteristici de mișcare. Multe, dacă nu majoritatea, alte galaxii au „materie stelară” care reprezintă mai mult de 99,9% din masa lor. Vârsta stelelor variază pe o gamă destul de largă de valori: de la 15 miliarde de ani, corespunzătoare vârstei Universului, până la sute de mii - cele mai tinere. Există stele care se formează în prezent și sunt în stadiul protostelar, adică. încă nu au devenit adevărate vedete. În stadiul final al evoluției, stelele se transformă în stele inerte („moarte”). Stelele nu există izolat, ci formează sisteme.

Sistemul solar este un grup de corpuri cerești, foarte diferite ca mărime și structură fizică. Acest grup include: Soarele, nouă planete majore, zeci de sateliți planetari, mii de planete mici (asteroizi), sute de comete și nenumărate corpuri de meteoriți, care se mișcă atât în roi, cât și sub formă de particule individuale. Toate aceste corpuri sunt unite într-un singur sistem datorită forței gravitaționale a corpului central - Soarele. Sistemul solar este un sistem ordonat care are propriile sale legi structurale. Natura unificată a sistemului solar se manifestă prin faptul că toate planetele se învârt în jurul Soarelui în aceeași direcție și aproape în același plan. Soarele, planetele, sateliții planetelor se rotesc în jurul axelor lor în aceeași direcție în care se mișcă de-a lungul traiectoriilor lor. Structura sistemului solar este, de asemenea, naturală: fiecare planetă ulterioară este de aproximativ două ori mai departe de Soare decât cea anterioară.

Primele teorii ale originii sistemului solar au fost propuse de filozoful german I. Kant și de matematicianul francez P.S. Laplace. Conform acestei ipoteze, sistemul de planete din jurul Soarelui s-a format ca urmare a forțelor de atracție și respingere dintre particulele de materie împrăștiată (nebuloase) în mișcare de rotație în jurul Soarelui.

Este destul de evident că rolul definirii conceptului de materie, înțelegerea acestuia din urmă ca inepuizabil pentru construirea unei imagini științifice a lumii, rezolvarea problemei realității și cunoașterii obiectelor și fenomenelor din micro-, macro- și megalumi este foarte important.

3. Înțelegerea clasică și modernă a conceptului de macrocosmos.

Înțelegerea științifică modernă a nivelurilor structurale ale organizării materiei în cursul unei regândiri critice a conceptului de știință clasică.

Având în vedere cele spuse mai sus despre esența macrocosmosului, să ne oprim asupra înțelegerii lui. Formarea opiniilor științifice asupra materiei este asociată cu numele de Galelei. Pe baza lucrărilor sale, Newton a dezvoltat o teorie științifică strictă a mecanicii. El a văzut întreaga natură ca pe un sistem mecanic complex. Imaginea mecanică a lumii a lui Newton a fost construită în conformitate cu manifestările reale ale naturii. materie a fost considerată ca o substanță materială formată din atomi și corpusculi individuali puternici și impenetrabili. Spaţiu era tridimensional în conformitate cu geometria euclidiană, care este absolut constantă și mereu în repaus. Timp a fost reprezentată ca o cantitate independentă de spațiu sau timp. Circulaţie a fost considerată ca o mișcare în spațiu pe traiectorii continue în conformitate cu legile mecanicii.

Imaginea lumii lui Newton este o imagine a unui univers în care evenimentele sunt strict determinate pe baza conexiunilor secvenţiale.

Abordarea mecanicistă a descrierii naturii s-a dovedit a fi extrem de fructuoasă. În fizică au apărut două domenii: fenomenele optice și electromagnetice, care nu puteau fi pe deplin explicate în cadrul unei imagini mecaniciste a lumii.

O încercare de a explica fenomenele optice a fost făcută de X. Huygens. El a stabilit că lumina se propagă ca o undă. Pe baza teoriei undelor, omul de știință a explicat caracteristicile reflexiei și refracției luminii. Ulterior, pe baza aceleiași teorii, s-a stabilit fenomenul de difracție. Și în secolul al XIX-lea. Teoria undelor a servit la fundamentarea fenomenului de interferență a luminii, ceea ce a condus la concluzia că lumina nu este un flux de particule, ci o mișcare de undă.

Tabloul electromagnetic al lumii a fost fundamentat de M. Faraday. A descoperit modificări ale câmpurilor electromagnetice și a introdus conceptul de câmp, pe baza căruia a propus o legătură reciprocă între electricitate și lumină. Cercetările în acest domeniu au fost continuate de J. Maxwell. El a început să considere câmpul ca o realitate fizică independentă și a stabilit că viteza de propagare a câmpului electric este egală cu viteza luminii, iar undele luminoase sunt unde electromagnetice.

După experimentele lui G. Hertz, conceptul de câmp s-a stabilit în cele din urmă în fizică, nu ca o construcție matematică auxiliară, ci ca o realitate fizică existentă în mod obiectiv. 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.

Concluzie.

În prezent, în domeniul fizicii teoretice fundamentale se dezvoltă concepte conform cărora lumea existentă în mod obiectiv nu se limitează la lumea materială percepută de simțurile sau instrumentele noastre fizice. Autorii acestor concepte au ajuns la următoarea concluzie: alături de lumea materială, există o realitate de ordin superior, care are o natură fundamental diferită față de realitatea lumii materiale. Din punctul lor de vedere, lumea realității superioare determină structura și evoluția lumii materiale. Se susține că obiectele lumii realității superioare nu sunt sisteme materiale, ca în micro-, macro- și mega-lumi, ci anumite structuri fizice și matematice ideale care se manifestă în lumea materială sub forma științelor naturale. legi. Aceste structuri acționează ca purtători ai ideii necesității de valabilitate și regularitate universală, exprimând esența legilor fizice obiective.

Dar legile generate doar de acest tip de structuri fizice și matematice nu sunt în mod clar suficiente pentru existența lumii materiale. Sunt necesare multe programe pentru a determina „comportamentul” și evoluția obiectelor materiale. Așa cum cunoașterea ecuațiilor nu oferă o soluție la o problemă, care necesită și cunoașterea condițiilor inițiale, tot așa în cazul general, alături de legile fundamentale, trebuie să existe entități suplimentare - programe.

Bibliografie.

1. Bernal J. Știința în istoria societății, 1956.

2. Bondarev V.P. Concepte de științe naturale moderne: un manual pentru studenții universitari. - M.: Alfa-M, 2003. - 464 p.: ill.

3. Kirillin V. A. Pagini de istoria științei și tehnologiei. - M.: Nauka, 1986.

4. Concepte de științe naturale moderne: Manual pentru universități / V.N. Lavrienko, V.P. Ratnikov și alții; Ed. prof. V.N. Lavrienko, prof. V.P. Ratnikova - M.: Cultură și sport, UNITI, 1997. - 271 p.

Vă rugăm să ne anunțați.

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 dezvoltării istorice a sistemului 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 XX, atomismul clasic a suferit transformări radicale.

Principiile moderne ale organizării structurale 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 condiționată, 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.

Pe baza naturii interacțiunii cu mediul, se disting 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 cunoașterii 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 de condițiile naturale de viață ale oamenilor, adică. ţinând cont de legile noastre pământeşti. 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. Sistemele non-geocentrice sunt un tip special de realitate obiectivă, caracterizată prin diferite tipuri de atribute, diferite de spațiu, 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 anorganică și organică, în care forma socială a materiei ocupă un loc aparte. 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 filosofia antică ca ordinea și valoarea ființei. 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. Biologia modernă a stabilit că nu numai creaturile slab organizate (plante și protozoare), ci și mamiferele au capacitatea de a se regenera.

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. Supunând sistemului de ansamblu al întregului, părțile își păstrează o 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 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. 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). 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.

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.

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.