СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ МАТЕРИИ

Неорганическая природа

Живая природа

Общество

Субмикроэлементарный

Биологический макромолекулярный

Индивид

Микроэлементарный

Клеточный

Семья

Ядерный

Микроорганический

Коллективы

Атомарный

Органы и ткани

Большие социальные группы (классы, нации)

Молекулярный

Организм в целом

Государство (гражданское общество)

Макроуровень

Популяции

Системы государств

Мегауровень (планеты, звездно-планетные системы, галактики)

Биоценоз

Человечество в целом

Метауровень (метагалактики)

Биосфера

В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета и т.д. может быть рассмотрен как система – сложное образование, включающее составные части, элементы и связи между ними. Элемент в данном случае означает минимальную, далее неделимую часть данной системы.

Совокупность связей между элементами образует структуру системы, устойчивые связи определяют упорядоченность системы. Связи по горизонтали – координирующие, обеспечивают корреляцию (согласованность) системы, ни одна часть системы не может измениться без изменения других частей. Связи по вертикали – связи субординации, одни элементы системы подчиняются другим. Система обладает признаком целостности – это означает, что все ее составные части, соединяясь в целое, образуют качество, не сводимое к качествам отдельных элементов. Согласно современным научным взглядам все природные объекты представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархически организованные системы.

В самом общем смысле слова «система» обозначает любой предмет или любое явление окружающего нас мира и представляет собой взаимосвязь и взаимодействие частей (элементов) в рамках целого. Структура - это внутренняя организация системы, которая способствует связи ее элементов в единое целое и придает ей неповторимые особенности. Структура определяет упорядоченность элементов объекта. Элементами являются любые явления, процессы, а также любые свойства и отношения, находящиеся в какой-либо взаимной связи и соотношении друг с другом.

В понимании структурной организации материи большую роль играет понятие «развитие». Понятие развития неживой и живой природы рассматривается как необратимое направленное изменение структуры объектов природы, поскольку структура выражает уровень организации материи. Важнейшее свойство структуры - ее относительная устойчивость. Структура - это общий, качественно определенный и относительно устойчивый порядок внутренних отношений между подсистемами той или иной системы. Понятие "уровень организации" в отличие от понятия "структура" включает представление о смене структур и ее последовательности в ходе исторического развития системы с момента ее возникновения. В то время как изменение структуры может быть случайным и не всегда имеет направленный характер, изменение уровня организации происходит необходимым образом.

Системы, достигшие соответствующего уровня организации и имеющие определенную структуру, приобретают способность использовать информацию для того, чтобы посредством управления сохранить неизменным (или повышать) свой уровень организации и способствовать постоянству (или уменьшению) своей энтропии (энтропия – мера беспорядка). До недавнего времени естествознание, и другие науки могли обходиться без целостного, системного подхода к своим объектам изучения, без учета исследования процессов образования устойчивых структур и самоорганизации.

В настоящее время проблемы самоорганизации, изучаемые в синергетике, приобретают актуальный характер во многих науках, начиная от физики и кончая экологией.

Задача синергетики - выяснение законов построения организации, возникновения упорядоченности. В отличие от кибернетики здесь акцент делается не на процессах управления и обмена информацией, а на принципах построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения (Г.Хакен). Вопрос об оптимальной упорядоченности и организации особенно остро стоит при исследованиях глобальных проблем - энергетических, экологических, многих других, требующих привлечения огромных ресурсов.

Современные взгляды на структурную организацию материи

В классическом естествознании учение о принципах структурной организации материи было представлено классическим атомизмом. Идеи атомизма служили фундаментом для синтеза всех знаний о природе. В XX веке классический атомизм подвергся радикальным преобразованиям.

Современные принципы структурной организации материи связаны с развитием системных представлений и включают некоторые концептуальные знания о системе и ее признаках, характеризующих состояния системы, ее поведение, организацию и самоорганизацию, взаимодействие с окружением, целенаправленность и предсказуемость поведения и др. свойства.

Наиболее простой классификацией систем является деление их на статические и динамические, которое, несмотря на его удобство все же условно, т.к. все в мире находится в постоянном изменении. Динамические системы делят на детерминистские и стохастические (вероятностные). Эта классификация основана на характере предсказания динамики поведения систем. Такие системы исследуются в механике и астрономии. В отличие от них стохастические системы, которые обычно называют вероятностно – статистическими, имеют дело с массовыми или повторяющимися случайными событиями и явлениями. Поэтому предсказания в них имеют не достоверный, а лишь вероятностный характер.

По характеру взаимодействия с окружающей средой различают системы открытые и закрытые (изолированные), а иногда выделяют также частично открытые системы. Такая классификация носит в основном условный характер, т.к. представление о закрытых системах возникло в классической термодинамике как определенная абстракция. Подавляющее большинство, если не все системы, являются открытыми.

Многие сложноорганизованные системы, встречающиеся в социальном мире, являются целенаправленными, т.е. ориентированными на достижение одной или нескольких целей, причем в разных подсистемах и на разных уровнях организации эти цели могут быть различными и даже придти в конфликт друг с другом.

Классификация и изучение систем позволили выработать новый метод познания, который получил название системного подхода. Применение системных идей к анализу экономических и социальных процессов способствовало возникновению теории игр и теории принятия решений. Самым значительным шагом в развитии системного метода было появление кибернетики как общей теории управления в технических системах, живых организмах и обществе. Хотя отдельные теории управления существовали и до кибернетики, создание единого междисциплинарного подхода дало возможность раскрыть более глубокие и общие закономерности управления как процесса накопления, передачи и преобразования информации. Само же управление осуществляется с помощью алгоритмов, для обработки которых служат компьютеры.

Универсальная теория систем, обусловившая фундаментальную роль системного метода, выражает с одной стороны, единство материального мира, а с другой стороны, единство научного знания. Важным следствием такого рассмотрения материальных процессов стало ограничение роли редукции в познании систем. Стало ясно, что чем больше одни процессы отличаются от других, чем они качественно разнороднее, тем труднее поддаются редукции. Поэтому закономерности более сложных систем нельзя полностью сводить к законам низших форм или более простых систем. Как антипод редукционистского подхода возникает холистический подход (от греч. holos – целый), согласно которому целое всегда предшествует частям и всегда важнее частей.

Всякая система есть целое, образованное взаимосвязанными и взаимодействующими его частями. Поэтому процесс познания природных и социальных систем может быть успешным только тогда, когда в них части и целое будут изучаться не в противопоставлении, а во взаимодействии друг с другом.

Современная наука рассматривает системы как сложные, открытые, обладающие множеством возможностей новых путей развития. Процессы развития и функционирования сложной системы имеют характер самоорганизации, т.е. возникновения внутренне согласованного функционирования за счет внутренних связей и связей с внешней средой. Самоорганизация – это естественнонаучное выражение процесса самодвижения материи. Способностью к самоорганизации обладают системы живой и неживой природы, а также искусственные системы.

В современной научно обоснованной концепции системной организации материи обычно выделяют три структурных уровня материи:

• микромир – мир атомов и элементарных частиц – предельно малых непосредственно ненаблюдаемых объектов, размерность от 10 -8 см до 10-16 см, а время жизни – от бесконечности до 10-24 с.
• макромир – мир устойчивых форм и соразмерных человеку величин: земных расстояний и скоростей, масс и объемов; размерность макрообъектов соотносима с масштабами человеческого опыта – пространственные величины от долей миллиметра до километров и временные измерения от долей секунды до лет.
• мегамир – мир космоса (планеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики); мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние измеряется световыми годами, а время миллионами и миллиардами лет;

Изучение иерархии структурных уровней природы связано с решением сложнейшей проблемы определения границ этой иерархии как в мегамире, так и в микромире. Объекты каждой последующей ступени возникают и развиваются в результате объединения и дифференциации определенных множеств объектов предыдущей ступени. Системы становятся все более многоуровневыми. Сложность системы возрастает не только потому, что возрастает число уровней. Существенное значение приобретает развитие новых взаимосвязей между уровнями и со средой, общей для таких объектов и их объединений.

Микромир, будучи подуровнем макромиров и мегамиров, обладает совершенно уникальными особенностями и поэтому не может быть описан теориями, имеющими отношение к другим уровням природы. В частности, этот мир изначально парадоксален. Для него не применим принцип «состоит из». Так, при соударении двух элементарных частиц никаких меньших частиц не образуется. После столкновения двух протонов возникает много других элементарных частиц – в том числе протонов, мезонов, гиперонов. Феномен «множественного рождения» частиц объяснил Гейзенберг: при соударении большая кинетическая энергия превращается в вещество, и мы наблюдаем множественное рождение частиц. Микромир активно изучается. Если 50 лет назад было известно всего лишь 3 типа элементарных частиц (электрон и протон как мельчайшие частицы вещества и фотон как минимальная порция энергии), то сейчас открыто около 400 частиц. Второе парадоксальное свойство микромира связано с двойственной природой микрочастицы, которая одновременно является волной и корпускулой. Поэтому ее невозможно строго однозначно локализовать в пространстве и времени. Эта особенность отражена в принципе соотношения неопределенностей Гейзенберга.

Наблюдаемые человеком уровни организации материи осваиваются с учетом естественных условий обитания людей, т.е. с учетом наших земных закономерностей. Однако это не исключает предположения о том, что на достаточно удаленных от нас уровнях могут существовать формы и состояния материи, характеризующиеся совсем другими свойствами. В связи с этим ученые стали выделять геоцентрические и негеоцентрические материальные системы.

Геоцентрический мир – эталонный и базисный мир ньютонова времени и эвклидова пространства, описывается совокупностью теорий, относящихся к объектам земного масштаба. Негеоцентрические системы – особый тип объективной реальности, характеризующийся иными типами атрибутов, иным пространством, временем, движением, нежели земные. Существует предположение о том, что микромир и мегамир – это окна в негеоцентрические миры, а значит, их закономерности хотя бы в отдаленной степени позволяют представить иной тип взаимодействий, чем в макромире или геоцентрическом типе реальности.

Солнечная система в представлении художника. Масштабы расстояний от Солнца не соблюдены

Между мегамиром и макромиром нет строгой границы. Обычно полагают, что он начинается с расстояний около 10 7 и масс 10 20 кг. Опорной точкой начала мегамира может служить Земля. Поскольку мегамир имеет дело с большими расстояниями, то для их измерения вводят специальные единицы: астрономическая единица, световой год и парсек.

Астрономическая единица (а.е.) – среднее расстояние от Земли до Солнца.

Световой год – расстояние, которое проходит свет в течение одного года.

Парсек (параллакс-секунда) – расстояние, на котором годичный параллакс земной орбиты (т.е. угол, под которым видна большая полуось земной орбиты, расположенная перпендикулярно лучу зрения) равен одной секунде.

Небесные тела во Вселенной образуют системы различной сложности. Так Солнце и движущиеся вокруг него 9 планет образуют Солнечную систему. Основная часть звезд нашей галактики сосредоточена в диске, видимом с Земли «сбоку» в виде туманной полосы, пересекающей небесную сферу – Млечного Пути.

Все небесные тела имеют свою историю развития. Возраст Вселенной равен 14 млрд. лет. Возраст Солнечной системы оценивается в 5 млрд. лет, Земли – 4,5 млрд. лет.

Еще одна типология материальных систем имеет сегодня достаточно широкое распространение. Это деление природы на неорганическую и органическую, в которой особое место занимает социальная форма материи. Неорганическая материя – это элементарные частицы и поля, атомные ядра, атомы, молекулы, макроскопические тела, геологические образования. Органическая материя также имеет многоуровневую структуру: доклеточный уровень – ДНК, РНК, нуклеиновые кислоты; клеточный уровень – самостоятельно существующие одноклеточные организмы; многоклеточный уровень – ткани, органы, функциональные системы (нервная, кровеносная и др.), организмы (растения, животные); надорганизменные структуры – популяции, биоценозы, биосфера. Социальная материя существует лишь благодаря деятельности людей и включает особые подструктуры: индивид, семья, группа, коллектив, государство, нация и др.

Материя. структура и системная организация материи. Системная организация как атрибут материи. Структура материи. Структурные уровни организации материи. структурные уровни различных сфер.

Материя

Клеточный - самостоятельно существующие одноклеточные организмы;

Многоклеточный - органы и ткани, функциональные системы (нервная, кровеносная), организмы: растения и животные;

Организм в целом;

Популяции (биотоп) - сообщества особей одного вида, которые связаны общим генофондом (могут скрещиваться и воспроизводить себе подобных): стая волков в лесу, стая рыб в озере, муравейник, кустарник;

- биоценоз - совокупность популяций организмов, при которых продукты жизнедеятельности одних становятся условиями жизни и существования других организмов, населяющих участок суши или воды. Например, лес: популяции живущих в нем растений, а также животных, грибов, лишайников и микроорганизмов взаимодействуют между собой, образуя целостную систему;

- биосфера - глобальная система жизни, та часть географической среды (нижняя часть атмосферы, верхняя часть литосферы и гидросферы), которая является средой обитания живых организмов, обеспечивая необходимые для их выживания условия (температуру, почву и т.п.), образованная в результате взаимодействия биоценозов.

Общая основа жизни на биологическом уровне - органический метаболизм (обмен веществом, энергией, информацией с окружающей средой), которая проявляется на любом из выделенных подуровней:

На уровне организмов обмен веществ означает ассимиляцию и диссимиляцию при посредстве внутриклеточных превращений;

На уровне биоценоза он состоит из цепи превращений вещества, первоначально ассимилированного организмами-производителями при посредстве организмов-потребителей и организмов-разрушителей, относящихся к разным видам;

На уровне биосферы происходит глобальный круговорот вещества и энергии при непосредственном участии факторов космического масштаба.

В рамках биосферы начинает развиваться особый тип материальной системы, который образован благодаря способности особых популяций живых существ к труду - человеческое общество. Социальная действительность включает в себя подуровни: индивид, семья, группа, коллектив, социальная группа, классы, нации, государство, системы государств, общество в целом. Общество существует лишь благодаря деятельности людей.

Структурный уровень социальной действительности находится между собой в неоднозначно-линейных связях между собой (например, уровень нации и уровень государства). Переплетение разных уровней структуры общества не означает отсутствия упорядоченности и структурированности общества. В обществе можно выделить фундаментальные структуры - главные сферы общественной жизни: материально-производственная, социальная, политическая, духовная и т.д., имеющие свои законы и структуры. Все они в определенном смысле субординированы, структурированы и обусловливают генетическое единство развития общества в целом.

Таким образом, любая из областей объективной действительности образуется из ряда специфических структурных уровней, которые находятся в строгой упорядоченности в составе той или иной области действительности. Переход от одной области к другой связан с усложнением и увеличением множества образованных факторов, обеспечивающих целостность систем, т.е. эволюция материальных систем происходит в направлении от простого к сложному, от низшего в высшему.

Внутри каждого из структурных уровней существуют отношения субординации (молекулярный уровень включает атомарный, а не наоборот). Всякая высшая форма возникает на основе низшей, включает ее в себя в снятом виде. Это означает, по существу, что специфика высших форм может быть познана только на основе анализа структур низших форм. И наоборот, сущность формы высшего порядка может быть познана только на основе содержания высшей по отношению к ней формы материи.

Закономерности новых уровней не сводимы к закономерностям уровней, на базе которых они возникли, и являются ведущими для данного уровня организации материи. Кроме того, неправомерен перенос свойств высших уровней материи на низшие. Каждый уровень материи обладает своей качественной спецификой. В высшем уровне материи низшие его формы представлены не в «чистом», а в синтезированном («снятом») виде. Например, нельзя перенести законы животного мира на общество, даже если на первый взгляд кажется, что в нем господствует «закон джунглей». Хотя жестокость человека может быть несравненно больше жестокости хищников, тем не менее хищникам незнакомы такие человеческие чувства, как любовь, сострадание.

С другой стороны, безосновательны попытки отыскания на низших уровнях элементов высших уровней. Например, мыслящий булыжник. Это - гипербола. Но были попытки ученых-биологов, в которых они пытались создать обезьянам «человеческие» условия, рассчитывая через сто-двести лет обнаружить в их потомстве антропоида (первобытного человека).

Структурные уровни материи взаимодействуют между собой как часть и целое. Взаимодействие части и целого состоит в том, что одно предполагает другое, они едины и друг без друга существовать не могут. Не бывает целого без части и нет частей вне целого. Часть приобретает свой смысл только благодаря целому, так же как и целое есть взаимодействие частей.

Во взаимодействии части и целого определяющая роль принадлежит целому. Однако это не означает, что части лишены своей специфики. Определяющая роль целого предполагает не пассивную, а активную роль частей, направленную на обеспечение нормальной жизни универсума как целого. Подчиняясь в общем системе целого, части сохраняют свою относительную самостоятельность и автономность. С одной стороны, они выступают как компоненты целого, а с другой - они сами являются своеобразными целостными структурами, системами. Например, факторами, обеспечивающими целостность систем в неживой природе, являются ядерные, электромагнитные и другие силы, в обществе - производственные отношения, политические, национальные и т.д.

Структурная организация, т.е. системность, является способом существования материи.

Литература

1. Ахиезер А.И., Рекало М.П. Современная физическая картина мира. М., 1980.

2. Вайнберг С. Открытие субатомных частиц. М., 1986.

3. Вайнберг С. Первые три минуты. М.,1981.

4. Ровинский Р.Е. Развивающаяся Вселенная. М., 1995.

5. Шкловский И.С. Звезды, их рождение и смерть. М.,1975.

6. Философские проблемы естествознания. М., 1985.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине концепции современного естествознания

Тема №9
«Структурные уровни организации материи»

План:
Введение………………………………………………………… ….……………..2

Роль системных представлений в анализе структурных уровней организации материи……………….……………………………………2
Структурные уровни живого……………………………………………..6
Сущность макромира, микромира и мегамира………………………….7

Микромир…………………………………………………..… …………..8

Макромир…………………………………………………..… …………11

Мегамир…………………………………………………………… ……12

Анализ классического и современного понимания концепции макромира……………………………………………………… …….…13

Введение.
Все объекты природы (живой и неживой природы) можно представить в виде системы, обладающей особенностями, характеризующей их уровни организации. Концепция структурных уровней живой материи включает представления системности и связанной с ней организацией целостности живых организмов. Живая материя дискретна, т.е. делится на составные части более низкой организации, имеющие определенные функции.
Структурные уровни различаются не только классами сложности, но и по закономерности функционирования. Иерархическая структура такова, что каждый высший уровень не управляет, а включает низший. С учетом уровня организации можно рассматривать иерархию структур организации материальных объектов живой и неживой природы. Такая иерархия структур начинается с элементарных частиц и заканчивается живыми сообществами. Концепция структурных уровней впервые была предложена в 20-х годах нашего столетия. В соответствии с ней структурные уровни различаются не только по классам сложностью, но по закономерностям функционирования. Концепция включает в себя иерархию структурных уровней, в которой каждый следующий уровень входит в предыдущий.

Роль системных представлений в анализе структурных уровней организации материи.

Целостность, позволяющая рассматривать одновременно систему как единое целое и в то же время как подсистему для вышестоящих уровней.
Иерархичность строения, то есть наличие множества (по крайней мере, двух) элементов, расположенных на основе подчинения элементов низшего уровня элементам высшего уровня. Реализация этого принципа хорошо видна на примере любой конкретной организации. Как известно, любая организация представляет собой взаимодействие двух подсистем: управляющей и управляемой. Одна подчиняется другой.
Структуризация, позволяющая анализировать элементы системы и их взаимосвязи в рамках конкретной организационной структуры. Как правило, процесс функционирования системы обусловлен не столько свойствами её отдельных элементов, сколько свойствами самой структуры.
Множественность, позволяющая использовать множество кибернетических, экономических и математических моделей для описания отдельных элементов и системы в целом.

по характеру связи между частями и целым - неорганические и органические;
по формам движения материи - механические, физические, химические, физико-химические;
по отношению к движению - статистические и динамические;
по видам изменений - нефункциональные, функциональные, развивающиеся;
по характеру обмена со средой - открытые и закрытые;
по степени организации - простые и сложные;
по уровню развития - низшие и высшие;
по характеру происхождения - естественные, искусственные, смешанные;
по направлению развития - прогрессивные и регрессивные.

Структурные уровни живого.

Сущность макромира, микромира и мегамира.

пространственно-временные масштабы;
совокупность важнейших свойств;
специфические законы движения;
степень относительной сложности, возникающей в процессе исторического развития материи в данной области мира;
некоторые другие признаки.

Мегамир.
Мегамир – это мир объектов, которые несоизмеримо больше человека.
Вся наша Вселенная – это мегамир. Ее размеры огромны, она безгранична и постоянно расширяется. Вселенную заполняют объекты, которые значительно больше нашей планеты Земля и нашего Солнца. Нередко бывает, что разница между какой-либо звездой за пределами Солнечной системы в десятки раз превосходит Землю.
Мегамир, или космос, современная наука рассматривает как взаимодействующую и развивающуюся систему всех небесных тел. Мегамир имеет системную организацию в форме планет и планетных систем, возникающих вокруг звезд, звезд и звездных систем - галактик; системы галактик - Метагалактики.
Исследование мегамира тесно связано с космологией и космогонией.
Космогония – это раздел науки астрономии, который изучает происхождение галактик, звезд, планет, а также других объектов. На сегодня космогонию можно разделить на две части:
1) космогония Солнечной системы. Эту часть (или вид) космогонии по-другому называют планетной;
2) звездная космогония.
И хотя на всех этих уровнях действуют свои специфические закономерности, микромир, макромир и мегамир теснейшим образом взаимосвязаны.

Анализ классического и современного понимания концепции макромира.

До сих пор мы опирались в основном на признаки развития, изменения, движения, как это обычно делает физика. При этом выделялась функция предметов или явлений. Для того, чтобы не погрешить против истины, следует использовать также категорию, парную категории “функция”. Она носит название “структура”. При рассмотрении структуры важнейшей является концепция классификации.

Практически любой науке на начальных этапах ее развития приходится упорядочивать накопленные экспериментальные факты. Концепция классификации была разработана именно с этой целью. На протяжении многих лет эта концепция составляла основу биологии. Биология была наукой описательной, и основное свое внимание уделяла классификации живого. Классификация также широко использовалась в химии. Для примера можно привести периодическую систему элементов. В законченном виде концепция классификации была сформулирована математикой.

Классификации могут быть подвергнуты элементы какого-либо множества. Они называются объектами классификации. Классифицируют по классификационному признаку. С использованием этого признака объекты группируются в классы.

В зависимости от выбора классификационного признака объекты могут быть сгруппированы по-разному. Так, население нашей страны можно группировать по национальному признаку, а можно по имущественному. Тогда, например, в класс неимущих попадут люди различной национальности.

Классы имеют иерархическую структуру . Разбив множество на классы, можно любой из них разделить на подклассы, используя другой классификационный признак. Подклассы в свою очередь снова могут быть разделены на подклассы. Такое деление может производиться неограниченно. В результате получим дерево классов. Оно схематически изображено на рис. 6. Так, сформированный по национальному признаку класс русских может по имущественному признаку быть подразделен на подклассы бедных, богатых и людей умеренного достатка. Подкласс богатых в свою очередь можно подразделить по половому признаку на подклассы мужчин и женщин и т. д.

Существенным в классификации является то, что класс должен включать в себя все объекты, обладающие данным признаком классификации. Это свойство класса получило название “инкапсуляция”. Говорят, что класс инкапсулирует в себе все элементы, обладающие данным признаком. Сформировав класс “русские”, мы должны быть уверены, что никто из русских не был отнесен, например, к классу “немцы” и наоборот.

Кроме того, каждый класс должен быть связан со всеми своими подклассами так, что каждый подкласс обладает свойствами породившего его класса. Эта связь называется наследованием свойств родительского класса. В нашем предыдущем примере объекты подкласса “женщины”, подкласса “богатые”, класса “русские” наследуют все признаки породивших их классов. Иначе говоря, они являются богатыми русскими женщинами.

Объекты любого класса или подкласса равноправны применительно к классификационному признаку. Однако это не исключает их индивидуальных различий. Так, все объекты класса “русские” имеют одну и ту же национальность (классификационный признак), но различаются по росту, весу, цвету глаз и многому другому. Наличие индивидуальных различий между объектами класса называется полиморфизмом.

Неожиданное применение идея классификации получила в области информационных технологий. Как известно, современные информационные технологии разрабатывают масштабные проекты. Так, трудозатраты на создание Windows 95 (проект “Чикаго”) составили около 500 человеко-лет. Программные пакеты создаются большими коллективами программистов. При этом встает вопрос совместимости программного кода, написанного различными программистами в рамках одного проекта. С этой целью используют методы классификации. Их программной реализацией стали так называемые объектно-ориентированные языки программирования.

Категория структуры в современном естествознании

Объектом изучения большинства естественных наук являются материальные системы. Материальной системой называют относительно обособленную часть материального мира, имеющую свои внутренние законы существования и развития. Примерами материальной системы могут служить Солнечная система, колония микроорганизмов, отдельный атом, человечество и т. д.

Количество материальных систем, изучаемых естествознанием, огромно. Простейшим признаком их классификации может служить размер этих систем.

Наименьшими известными сегодня являются так называемые элементарные частицы. Слово “элементарные” предполагает простоту этих частиц, их неразложимость на составляющие. В настоящее время положение об элементарности каких бы то ни было природных объектов активно оспаривается. Поэтому все чаще как в популярной, так и в научной литературе для обозначения мельчайших природных объектов можно встретить термин “фундаментальные частицы”. Чтобы не создавать путаницу, мы по-прежнему будем пользоваться ставшим обиходным термином “элементарные частицы”, подразумевая при этом их возможную неэлементарность.

Долгое время науке была известна только одна элементарная частица — электрон. На сегодняшний день их открыты уже десятки. Такая ситуация потребовала классификации известных элементарных частиц. Трудности с выбором подходящего классификационного признака при этом оказались почти непреодолимыми. В качестве простейшего классификационного признака, по аналогии тем, как это делалось в периодической системе элементов, была выбрана масса элементарных частиц. Такая классификация оказалась не совсем удачной, однако, несмотря на свое несовершенство, часто используется и поныне.

Фотоны — световые частицы, не имеют массы покоя и классифицируются по энергии. Низкоэнергетические — составляют радиоизлучение. Фотоны средних энергий считают световыми. И, наконец, фотоны высоких энергий получили название гамма-квантов.

К классу лептонов относятся легкие частицы. Их типичным представителем является электрон. Масса лептона имеет величину порядка 10-30 кг.

Примерно в 200 раз тяжелее лептонов представители класса мезонов. Среди них наиболее известны пи-мезоны, ответственные за внутриядерные взаимодействия.

В тысячи раз тяжелее лептонов барионы — тяжелые частицы. Типичными представителями барионов являются протон и нейтрон — основные структурные единицы, составляющие атомное ядро.

Последний из классов составляют гипероны. Это сверхтяжелые частицы, имеющие малые сроки жизни. Сегодня они представляют интерес в основном для специалистов в области физики высоких энергий.

Следующий за элементарными частицами структурный уровень занимают атомные ядра. Роль этих неощутимо маленьких материальных систем в жизни современного общества трудно преувеличить, поэтому атомным ядрам и связанным с ними проблемам мы посвятим особое рассмотрение.

Атомные ядра входят в качестве составных частей в элементы следующего структурного уровня организации материи. Он получил название атомного. Атомы представляют собой основные структурные элементы, рассматриваемые современной химией. Они известны под названием химических элементов.

Идея первоэлементов — атомов — в естествознании не нова. Ее широко обсуждали еще античные философы. Однако в прошлом атомами называли минимальные качественно неизменные составные части вещества. Сейчас мы называем такие части молекулами. Идея атомной структуры вещества настолько глубоко проникла в нашу жизнь, что кажется невероятным то, что всего двести — триста лет тому назад она с трудом пробивала себе дорогу в научном сообществе.

Множество атомов весьма обширно. Предпринимались многочисленные попытки их классификации. Одна из них, предпринятая Д. И. Менделеевым, оказалась особенно успешной. Он обнаружил, что химические свойства элементов находятся в периодической зависимости от их атомного веса. Без преувеличения можно сказать, что сделанное им открытие заложило фундамент современной химии.

Атомы объединяются в материальные системы следующего уровня, именуемые молекулами. Мир молекул весьма многообразен и не имеет четких границ. Сюда относятся как простейшие неорганические молекулы, так и органические макромолекулы.

Особенно ярко концепция структурных закономерностей проявляется в органической химии. Обнаружено существование органических соединений, имеющих одинаковый химический состав, но различные свойства. Это различие обусловлено структурными особенностями таких соединений. В качестве примера можно привести два вида молекул синтетического сахара. Эти молекулы представляют собой зеркальные копии друг друга. В результате структурного различия различаются их оптические свойства.

Примечательно, что природный сахар, равно как и молекулы других природных органических соединений, содержит молекулы только одного из двух симметричных видов. Причина этого до сих пор не выяснена.

Элементарные частицы, атомы и молекулы составляют особую материальную систему. Она получила название “микромир” в отличие от макромира. Макромир — это мир предметов, среди которых мы живем.

Внутри макромира также можно выделить несколько материальных систем. В основном их изучает биология и социальные науки.

Отдельные планеты в силу их относительной обособленности также можно считать материальными системами. Более высокий уровень имеют планетные и звездные системы. Они объединяются в системы более высокого уровня — галактики. И, наконец, известные нам галактики принято считать частями материальной системы наивысшего уровня — метагалактики. Мир планет, звезд, галактик получил название “мегамир”.

Итак, среди материальных систем, рассматриваемых современным естествознанием, выделяются микро-, макро- и мегамиры.

Макромир — это мир, в котором мы живем. Это мир окружающих нас предметов. Он включает в себя все от микроорганизмов до складок земной коры.

Микромир — включает в себя фундаментальные (элементарные) частицы, атомы и молекулы. В проблемах микромира современная наука ищет ключи к тайнам макромира. Похоже, что на смену Лапласовскому детерминизму постепенно приходит квантовый детерминизм — уверенность в том, что все явления макромира могут быть объяснены исходя из правильного понимания законов микромира. Здесь нелишне заметить, что микро- и макромиры представляют собой хотя и взаимосвязанные, но все-таки относительно независимые макроскопические системы.

Мегамир — охватывает собой доступную для нас часть Вселенной. Его объектами являются галактики, звезды, планеты, туманности. Это объекты изучения не только современной астрономии, но и недавно возникших естественных наук — астрофизики, астробиологии, космологии и, как это ни странно, физики высоких энергий (так теперь называют физику элементарных частиц). Обратите внимание, как удивительнейшим образом смыкаются проблемы большого и малого, элементарных частиц и величественных галактик.

Тело человека является частью макромира. Сознанием же он в состоянии охватить все три мира от ничтожной частицы до величественной галактики. В этом смысле можно уверенно сказать, что человек живет одновременно в трех мирах.

Особенности биологического уровня развития материи

Изучение биологического уровня развития материи прежде всего сталкивается с вопросом о сущности живого. Большая Советская энциклопедия определяет жизнь как высшую по сравнению с физической и химической форму существования материи, закономерно возникающую при определённых условиях в процессе её развития. Будучи правильным по существу, это определение не дает конструктивных подходов к выделению живого из неживого. Опираясь на это определение, невозможно, скажем, определить, представляет ли наша планета живое существо, как считал знаменитый фантаст Конан Дойль, или же это глыба косной материи, несущаяся в космосе.

• Особенность химического состава. Живое обязательно должно включать в себя белки и нуклеиновые кислоты.
• Обмен веществом и информацией с окружающей средой. Живые организмы — открытые системы.
• Способность к воспроизведению, наличие признаков, передаваемых по наследству.
• Устойчивость. Способность к развитию и эволюции.
• Способность к саморегуляции и, как следствие, приспособляемость к внешней среде.
• Раздражимость. Способность к взаимодействию со средой обитания.

Следует заметить, что перечисленные признаки, невзирая на их популярность, являются спорными. Так, на протяжении многих лет обсуждается возможность неуглеродных форм жизни. К. Э. Циолковский предполагал возможность жизни на основе кремния. Впрочем, образцы неуглеродной жизни до сих пор не были обнаружены.

Спорным является также вопрос о природе вирусов. Находясь внутри клетки-носителя, вирус проявляет все отличительные признаки живого. Однако вне этой клетки вирус не способен к размножению и, следовательно, не может считаться живым.

Характерным для живого является иерархическая структура. Основание ее составляют нуклеиновые кислоты. Важнейшую роль среди них играет дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), которую считают носителем наследственной информации. Молекулы ДНК входят в структуры, которые благодаря своей специфической окрашиваемости получили название “хромосомы”. Полный набор хромосом входит в ядро клетки и удивительным образом связан с признаками, наследуемыми ею.

Клетка представляет собой следующий иерархический уровень живого. В простейшем случае весь организм может состоять из одной живой клетки.

Большинство живых организмов состоят из многих клеток. Однако между организмом и простым конгломератом клеток имеются существенные различия. Клетки живого организма обладают специализацией. Так, клетки ваших костей — остеоны, как по виду, так и по функциям существенно отличаются от нервных клеток — нейронов. Кроме специализации клетки живого организма взаимосвязаны, обеспечивая ему возможность адаптации к окружающей среде и способность к саморегуляции и самовосстановлению.

Организмы одного вида составляют биологическую систему, именуемую популяцией. Отдельные популяции в процессе своей жизнедеятельности могут поддерживать друг друга. Набор таких взаимно поддерживающих друг друга популяций образует биологические сообщества. Большие биологические сообщества совместно со средой их обитания образуют биогеоценозы. Совокупность всех живых существ, обитающих на Земле, образуют биосферу.

Человеческая популяция в свою очередь подразделяется на социальные системы. При классификации по территориальному признаку она подразделяется на государства. Если же проводить классификацию по производственным отношениям, то в популяции можно выделить различные социальные классы. Это, например, класс собственников средств производства — капиталистов и класс неимущих — пролетариат. Впрочем, социальная классификация этим не ограничивается.

Особенности социальной организации человеческих сообществ побудили выдающегося отечественного ученого В. И. Вернадского выделить еще одну материальную систему, получившую название “ноосфера” — сфера разума.

Современная биология не ограничивается выделением структурных единиц и классификацией. Значительным успехом биологической науки явилось создание эволюционной теории, предложившей удовлетворительную трактовку изменяемости видов. Механизм эволюции предлагает современная генетика, достигшая на сегодняшний день значительных успехов.

Читайте также

Сила трения имеет. Что такое сила трения? Пример расчета коэффициента трения скольжения

Обучение английскому по Skype: плюсы и минусы Плюсы интенсивного обучения английскому

Baikal. Байкал. Топик по английскому «Байкал» (Baikal) Описание озера байкал на английском

Sein и haben - Немецкий язык онлайн - Start Deutsch