Роль системных представлений в анализе структурных уровней организации материи

Введение

 

Весь окружающий нас мир представляет собой движущуюся материю в её бесконечно разнообразных формах и  проявлениях, со всеми её свойствами, связями и отношениями.

Инструментарий, используемый для  выявления причинно-следственной связи  элементов  экономической  системы,  позволяет  зафиксировать методологию  экономики как совокупность подходов и приемов познания экономических  отношений и процессов. При этом использование в качестве инструментария экономической науки концепций  современного естествознания позволяет  осознать структурные уровни организации  экономики по аналогии со структурными уровнями организации материи, фиксируемыми на микро-, макро - и мегауровнях.

Естественные науки, начав изучение материального мира с наиболее простых  непосредственно воспринимаемых человеком  материальных объектов, переходят далее  к изучению сложнейших объектов глубинных  структур материи, выходящих за пределы  человеческого восприятия и несоизмеримых  с объектами повседневного опыта. Применяя системный подход, естествознание не просто выделяет типы материальных систем, а раскрывает их связь и  соотношение. В науке выделяются три уровня строения материи. Макромир мир макрообъектов. Микромир - мир  предельно малых, непосредственно  не наблюдаемых микрообъектов. Мегамир - мир огромных космических масштабов  и скоростей. И хотя на этих уровнях  действуют свои специфические закономерности, микро-, макро- и мегамиры теснейшим  образом взаимосвязаны.

Рассмотрим подробнее, что же такое  материя, а так же ее структурные  уровни.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Роль системных представлений в анализе структурных уровней организации материи.

 

  В современной науке  в основе представлений о строении  материального мира лежит системный  подход, согласно которому любой  объект материального мира (атом, организм, галактика и сама Вселенная)  может быть рассмотрен как  сложное образование, включающее  в себя составные части, организованные  в целостность. Для обозначения  целостности объектов в науке  было выработано понятие «система».

      Система  представляет собой результат  совокупности и взаимодействия  элементов, образующих единое  целое, обладающее новыми свойствами, и отсутствующих у элементов,  из которых она состоит. Другими  словами, любая система имеет  структуру и новые свойства.

      Понятие  «элемент» означает минимальный,  далее уже неделимый компонент  в рамках данной системы. Система  может состоять не только из  однородных объектов, но и разнородных.  Она может быть по своему  строению простой и сложной.  Сложная система состоит из  элементов, которые в свою очередь  образуют подсистемы разного  уровня сложности и иерархии.

       Свойства  системы определяет ее структура  – это взаимодействие и взаимосвязь  ее частей. Упорядоченность системы  определяют устойчивые связи:  по горизонтали (связи координации  между однопорядковыми элементами, которые носят коррелирующий  характер) и по вертикали (связи  субординации, т.е соподчинения элементов  или подсистем).

       Следовательно,  исходным пунктом всякого системного  исследования является представление  именно о целостности изучаемой  системы.                                                                                                                         

Целостность системы означает, что все составные части, взаимодействуя и соединяясь вместе, образуют уникальное целое, обладающее новыми системными свойствами.

      Итак, согласно  современным научным взглядам  на природу, все природные объекты  представляют собой упорядоченные,  структурированные, иерархически  организованные системы.

      В естественных  науках выделяют два больших  класса материальных систем: системы  неживой природы и системы  живой природы.

К системам неживой природы  относятся элементарные частицы  и поля, физический вакуум, атомы, молекулы, макроскопические тела, планеты и  планетные системы, звезды, галактики  и система галактик – Метагалактика.

К системам живой природы  относятся биополимеры (информационные молекулы), клетки, многоклеточные организмы, популяции, биоценозы и биосфера как совокупность всех живых организмов.

В природе все взаимосвязано, поэтому можно выделить и такие  системы, которые включают в себя элементы как живой, так и неживой  природы – биогеоценозы, и биосферу Земли.

2. Сущность микромира, макромира и мегамир.

 

Все объекты, которые исследует  наука, относятся к трем «мирам» (микромир, макромир и мегамир), которые  и представляют собой уровни организации  материи.

 Микромир – это  мир предельно малых, непосредственно  ненаблюдаемых микрообъектов, пространственная  размерность которых исчисляется  от  до см., а время жизни  - от бесконечности (начала образования  Вселенной) до сек. Самая большая  система микромира – атом. В  настоящее время современные  нанотехнологии, например сканирующие  туннельные микроскопы (испытаны  в 1981г.) и сканирующие атомносиловые  микроскопы (1986г.), позволяют различать  объекты, имеющие размеры около  0,1 диаметра атома водорода. Микромир  – это мир элементарных частиц  и полей.

Все тела, начиная с атомных  ядер до материальных тел самого большого размера, обладают следующим свойством: в каждом из них можно выделить относительно простые структурные  элементы, которые образуют данное тело и в структурной иерархии лежат непосредственно под ними. Например, молекула может быть разложена  на атомы.

Для элементарных частиц это  положение недействительно. Продукты распада элементарных частиц – такие  же элементарные частицы, как и распавшиеся. Они не являются более простыми, т.е. находятся на том же уровне структурной  иерархии, что и породившая их частица. Почти каждая элементарная частица  может быть составной частью любой  другой элементарной частицы, причем целое  не обязательно больше, чем каждая из его составляющих, его масса  может быть и намного меньше. Например, в некоторых случаях из нуклона  и антинуклона образуется мезон, масса которого значительно меньше массы нуклона. Это обусловлено  тем, что освобождающаяся при  возникновении элементарной частицы  энергия уносит такую массу (m=E/ ), что продукт реакции уже не похож на первичную частицу. Понятия  «сложное и простое», «составная часть» и «структурное целое» в мире элементарных частиц имеют совершенно иное содержание, чем в атомной или классической физике.

Специфика элементарных частиц проявляется и в энергетических взаимодействиях. Энергия материальных тел (макроуровень) складывается из собственной  энергии и суммы энергий связей составных элементов: например, можно  молекулу разложить на атомы, но в  самих атомах при этом не происходит изменений. Энергия же элементарных частиц не раскладывается на собственную  энергию и энергию связи, поэтому  элементарные частицы не могут разлагаться  на составные части, хотя они и  имеют сложную структуру. Элементарные частицы не содержат частиц, из которых  они возникли в более или менее  неизменной форме.

Макромир – мир макрообъектов, размерность которых соотносится  с масштабами человеческого опыта. Пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах, метрах и километрах, а время – в секундах, минутах, часах, сутках и годах. Макромир имеет несколько уровней организации (физический, химический, биологический и социальный).

Как уже ранее говорилось, макромир имеет довольно сложную  организацию. Его самый маленький  элемент – атом, а самая большая  система – планета Земля. В  его состав входят как неживые  системы, так и живые системы  различного уровня. Каждый уровень  организации макромира содержит как микроструктуры, так и макроструктуры. Например, молекулы вроде бы должны относится к микромиру, поскольку  они нами непосредственно не наблюдаются. Но, с одной стороны, самая большая  структура микромира – атом. А  у нас есть сейчас возможность  видеть с помощью микроскопов  последнего поколения даже часть  атома водорода. С другой стороны, есть огромные молекулы, чрезвычайно  сложные по своему строению, например, ДНК ядра может быть длинной почти  в один сантиметр. Подобная величина уже вполне сопоставима с нашим  опытом, и если бы молекула была толще, мы бы ее увидели невооруженным глазом.

Все вещества, находящиеся  в твердом или жидком состоянии, состоят из молекул. Молекулы образуют и кристаллические решетки, и  руды, и скалы, и другие объекты, т.е. то, что мы можем почувствовать, увидеть  и т.д. Однако, несмотря на такие огромные образования, как горы и океаны, - это все молекулы, связанные между  собой. Молекулы – новый уровень  организации, они все состоят  из атомов, которые в этих системах рассматриваются как неделимые, т.е. элементы системы.

Как физический уровень организации  макромира, так и химический уровень  имеют дело с молекулами и различными состояниями вещества. Однако химический уровень значительно более сложный. Он не сводится к физическому, рассматривающему строение веществ, их физические свойства, движение (все это было исследовано  в рамках классической физики) хотя бы по сложности химических процессов  и реакционной способности веществ.

На биологическом уровне организации макромира, кроме молекул, мы обычно не можем без микроскопа разглядеть и клетки. Но ведь есть клетки, которые достигают огромной величины, например аксоны нейронов осьминогов длинной в один метр и даже больше. Вместе с тем все клетки имеют  определенные сходные черты: они  состоят из мембран, микротрубочек, у многих есть ядра и органеллы. Все  мембраны и органеллы в свою очередь  состоят из гигантских молекул (белков, липидов и др.), а эти молекула состоят из атомов. Поэтому как  гигантские информационные молекулы (ДНК, РНК, ферменты), так и клетки –  это микроуровни биологического уровня организации материи, включающего  и такие огромные образования, как  биоценозы и биосфера.

На социальном уровне организации  макромира (обществе) также различаются  различные уровни организации. Так, личность – индивидуальная социальность; семья, рабочий коллектив – межиндивидуальная  социальность. Как индивидуальная социальность, так и межиндивидуальная социальность – микроуровни общества. Само общество и государство – это надындивидульная социальность – мароуровень.

Мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей, в котором расстояние измеряется световыми годами, а время существования  – миллионами и миллиардами лет. Это мир галактик и их скоплений, звезд и планет, где в космическое  пространство выбрасывается огромное количество энергии и путешествуют такие странники, как кометы. И  хотя на всех этих уровнях действуют  свои специфические закономерности, микромир, макромир и мегамир теснейшим  образом взаимосвязаны.

В структурной иерархии материальных систем свой собственный структурный  уровень образуют атомное ядро, и  атом, и молекула, и макроскопические тела. Составляющие тела для каждого  следующего уровня просты, а для  предыдущего сложны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Анализ классического и современного понимания концепции макромира

 

В истории изучения природы  можно выделить два этапа: донаучный  и научный.

Донаучный, или натурфилософский, охватывает период от античности до становления  экспериментального естествознания в XVI-XVII вв. В этот период учения о природе  носили чисто натурфилософский характер: наблюдаемые природные явления  объяснялись на основе умозрительных  философских принципов.

Наиболее значимой для  последующего развития естественных наук была концепция дискретного строения материи - атомизм, согласно которому все  тела состоят из атомов -мельчайших в мире частиц.

Античный атомизм был  первой теоретической программой объяснения целого как суммы отдельных составляющих его частей. Исходными началами в  атомизме выступали атомы и пустота. Сущность протекания природных процессов  объяснялась на основе механического  взаимодействия атомов, их притяжения и отталкивания. Механическая программа  описания природы, впервые выдвинутая в античном атомизме, наиболее полно  реализовалась в классической механике, со становления которой начинается научный этап изучения природы.

Поскольку современные научные  представления о структурных  уровнях организации материи  были выработаны в ходе критического переосмысления представлений классической науки, применимых только к объектам макроуровня, то начинать исследование нужно с концепций классической физики.

Формирование научных  взглядов на строение материи относится  к ХVІ в., когда Г. Галилеем была заложена основа первой в истории  науки физической картины мира - механической. Он не просто обосновал  гелиоцентрическую систему Н. Коперника  и открыл закон инерции, а разработал методологию нового способа описания природы - научно-теоретического. Суть его заключалась в том, что  выделялись только некоторые физические и геометрические характеристики, которые  становились предметом научного исследования. Выделение отдельных  характеристик объекта позволяло  строить теоретические модели и  проверять их в условиях научного эксперимента. Эта методологическая концепция, впервые сформулированная Галилеем в труде «Пробирные весы», оказала решающее влияние на становление  классического естествознания. И. Ньютон, опираясь на труды Галилея, разработал строгую научную теорию механики, описывающую и движение небесных тел, и движение земных объектов одними и  теми же законами. Природа рассматривалась  как сложная механическая система.   В рамках механической картины мира, разработанной Ньютоном и его  последователями, сложилась дискретная (корпускулярная) модель реальности. Материя  рассматривалась как вещественная субстанция, состоящая из отдельных частиц атомов или корпускул. Атомы абсолютно прочны, неделимы, непроницаемы, характеризуются наличием массы и веса.