Структурные уровни организации материи.

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Контрольная работа

По дисциплине: Концепция Современного Естествознания

На тему: Структурные уровни организации материи.

                                                   Выполнила: Студентка I курса, дневного          

                   отделения, периферия,

                                       финансово-кредитного факультета,

                                                         1 высшее образование.

                                                   Проверила: Шубина Татьяна Федоровна

Архангельск 2011г.

Содержание

1. Введение: Роль системных представлений в анализе структурных уровней организации материи…………………………………………….3

2. Определение сущности Макромира, Микромира и Мегамира……...….6

3. Заключение: Анализ классического и современного понимания концепции Макромира………………………………………………….....9

4. Список использованных источников……………………………………12

Введение:

Роль системных представлений в анализе структурных уровней организации материи.

Все объекты природы (живой и неживой) можно представить в виде системы. 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 г.г. 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.

      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.

Свойства системы — не просто сумма свойств ее элементов, а нечто новое, присущее только системе в целом. Например, молекула воды Н2О. Сам по себе водород, два атома которого образуют данную систему, горит, а кислород (в нее входит один атом) поддерживает горение. Система же, образовавшаяся из этих элементов, вызвала к жизни совсем иное, а именно, интегративное свойство: вода гасит огонь. Наличие свойств, присущих системе в целом, но не ее частям, определяется взаимодействием элементов.

      Итак, согласно современным научным взглядам на природу, все природные объекты представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархически организованные системы. Все системы делятся на закрытые, в которых отсутствуют связи с внешней средой, и открытые, связанные с внешней окружающей средой.

Закрытой система может быть только теоретически, реальные природные объекты существуют во внешней среде, обмениваясь с ней веществом, энергией и информацией. Любой материальный объект от атома и клетки до галактики входит в систему более высокого уровня и может существовать только во взаимодействии с окружающей средой.

      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.

Определение сущности Макромира, Микромира и Мегамира.

Естественные науки, начав изучение материального мира с наиболее простых 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.

      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).

     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.

Заключение.

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 ХVI -XVII вв. В этот период учения о природе носили чисто натурфилософский характер: наблюдаемые природные явления объяснялись на основе умозрительных философских принципов.

     Формирование научных взглядов на строение материи относится к XVI вв., 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 характеристики, которые становились предметом научного исследования.

     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.

      Итогом ньютоновской картины мира явился образ Вселенной как гигантского и полностью детерминированного механизма, где события и процессы являют собой цепь взаимозависимых причин и следствий. Отсюда и вера в то, что теоретически можно точно реконструировать любую прошлую ситуацию во Вселенной или предсказать будущее с абсолютной определённостью. И.Р. Пригожин назвал эту веру в безграничную предсказуемость “ основополагающим мифом классической науки”.

     Другой областью физики, где механические модели оказались неадекватными, была область электромагнитных явлений. Эксперименты английского естествоиспытателя М.Фарадея и теоретические работы английского физика Дж. К. Максвелла окончательно разрушили преставления ньютоновской физики о дискретном веществе как единственном виде материи и положили начало электромагнитной картине мира.

        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.