Современная наука о строении материи

В основе современных научных взглядов на строение материи лежит идея о ее сложной системно-структурной организации. «Содержимое» материального мира можно классифицировать по различным признакам. Самая простая классификация - представление его в виде трехъярусного образования: неживая природа, живая природа, человеческое общество. Между выделенными уровнями существует субординационное отношение по схеме «низшее-высшее», «простое-сложное». Высшее, сложное, более организованное не может функционировать без низшего, простого, менее организованного. В основе живой материи лежит неживая, социальной - и неживая, и живая. Низшие же уровни материи (понятия «низшее и высшее», «простое и сложное» являются относительными) не требуют «подпитки» со стороны высших. Они могут функционировать в автономном режиме. Неживая природа не нуждается в живой и социальной, живая — в социальной. В свою очередь каждый из трех названных «блоков» материи имеет собственную уровневую организацию. У них имеются свои субординационные ряды.

Неживая природа включает в себя следующие структурные уровни:

1. Физический вакуум. Это не пустота, а особое состояние материи, которое иногда называют праматерией. Каков ее субстрат - сегодня неизвестно. Считается, что физический вакуум является средой, порождающей элементарные частицы.

2. Элементарные частицы - мельчайшие материальные образования (электроны, протоны, нейтроны, нейтрино и др.). У каждой из них есть свой антипод, античастица. Характерная особенность элементарных частиц — способность к взаимным превращениям. Строгой теории элементарных частиц пока что не создано. Известно, что самые тяжелые из них (т.н. адроны) состоят из кварков, имеющих дробный электрический заряд. Но в свободном состоянии кварки не обнаружены.

3. Атом — мельчайшая частица химического элемента, которая сохраняет его свойства. Он состоит из ядра и электронной оболочки. В ядро входят протоны и нейтроны.

4. Химический элемент - совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Известно 107 химических элементов, из которых 19 получено искусственно.

5. Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами. Состоит из атомов, скрепленных химическими связями.

6. Макротела - жидкие, твердые, газообразные, которые представляют систему сложных молекулярных образований.

7. Планеты (у отдельных из них есть спутники, как, например, у Земли, Марса и др.) - макротела со сложной внутренней структурой, имеющие ядро, литосферу, а в ряде случаев атмосферу и гидросферу.

8. Звезды - светящиеся плазменные шары. Образуются из газово-пылевой среды, главным образом из водорода и гелия. В них заключена большая часть вещества Вселенной.

9. Галактики - гигантские звездные системы, имеющие общий центр. В их число входит огромное множество звезд. Наша Галактика (Млечный путь) содержит, например, более 100 млрд звезд.

10. Системы галактик, которые объединены в Метагалактику. Метагалактике присуще такое свойство, как расширение (удаление всех галактик друг от друга).

Живая природа:

1. Доклеточный уровень - дезонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК) кислоты, белки. Белки представляют собой высокомолекулярные органические соединения, которые вместе с нуклеиновыми кислотами образуют основу жизни.

2. Клетка - элементарная живая система, лежащая в фундаменте всех растений и животных.

3. Многоклеточные организмы растительного и животного мира - отдельные особи или их совокупность.

4. Популяция - совокупность особей одного вида, длительно занимающая определенное пространство и воспроизводящая себя в течение большого числа поколений.

5. Биоценоз - совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющих данный участок суши или водоема.

6. Биогеоценоз (экосистема) - однородный участок живой поверхности, единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания.

Человеческое общество является специфическим типом материальной системы, сформированной в рамках биосферы. В него входят такие подсистемы, как семья, классы, нации, народ и др.

В материальном мире иногда выделяют такие уровни, как микро-, макро- и мегамир. Микро - это мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых материальных объектов (мир элементарных частиц, атомов, мельчайших молекул). Макро - это совокупность объектов, соразмерных с масштабами земного опыта, включая и самого человека. Мега - мир огромных космических масштабов и скоростей. Следует также иметь ввиду, что наряду с веществом, которое может существовать в твердом, жидком, газообразном и плазменном состоянии, существует особая полевая субстанция (электрическое, магнитное, электромагнитное, гравитационное и другие поля). Вплоть до начала ХХ века поле определяли как непрерывную материальную среду, а вещество - как прерывное, состоящее из дискретных частиц. Развитие квантовой физики выявило относительность разграничительных линий между веществом и полем. Только на макроуровне, когда можно не принимать во внимание квантовые свойства полей, последние допустимо считать непрерывными средами. На микроуровне ярко проявляется квантово-волновой дуализм. Каждая элементарная частица ведет себя как полевое образование, а поле обнаруживает квантовые свойства.

§ 4. Пространственно-временная организация материального мира. Субстанциальная и реляционная концепции пространства и времени

Важнейшими характеристиками бытия являются пространство и время. Обыденному здравому смыслу эти сущности представляются чем-то самоочевидным, не требующим специальных разъяснений. Пространство обычно отождествляется с протяженностью (протяжением), структурностью, определенным порядком существования и рядоположенностью материальных образований (иметь объем, высоту, длину, ширину и длину, находиться справа, слева, сверху, снизу, спереди, сзади от чего-то и т.д.). Время же ассоциируется с длительностью (длением), сменой состояний объекта, разными темпами протекания процессов (быстро, медленно), движением от прошлого к настоящему и устремленностью в будущее. Казалось бы, что здесь все очевидно. Но это обманчивая простота и ясность. Для осмысления глубинной сущности пространства и времени важно познакомиться с двумя их концептуальными образами: субстанциональным и реляционным.

При субстанциональном подходе (Демокрит, Ньютон и др.) и пространство, и время трактуются в виде абсолютно самостоятельных, не зависящих от материи сущностей. Абсолютное пространство - это какая-то бесконечная пустота (Демокрит), своеобразный ящик без стенок, в котором перемещаются различные материальные объекты. Если бы от материи можно было как-то освободиться, «испарить» ее, то осталось бы «место», которое она раньше занимала («съемное помещение»). Абсолютное пространство - это какая-то «чистая протяженность». По Ньютону (он, правда, говорил о наличии относительного пространства как протяженности конкретных тел, но это не меняет сущности дела), абсолютное пространство: а) существует объективно; б) не зависит от материи; в) однородно, везде одинаково; г) укладывается в схемы геометрии Евклида (главный ее постулат - через точку, взятую вне данной прямой, можно провести только одну прямую, параллельную данной). По такому же сценарию дается описание времени. Время абсолютно, оно совершенно независимо от материи, есть «чистая длительность», что-то вроде равномерно плывущего объективного потока. Мировые часы везде идут с одинаковой скоростью, они бы «тикали» и тогда, если бы материи не было. Субстанциональная версия пространства и времени как самостоятельных и абсолютных типов бытия развивалась не только в лагере материалистов, но и идеалистов (Г. Гегель, И. Кант, Д. Беркли). В этом случае пространство и время соотносились с духовными началами. С некоторыми модификациями субстанциональная концепция пространства и времени встречается и в современной философии и науке (Дж. Уилер, Ж. Дидье, Н. Козырев и др.).

В рамках реляционного подхода (Аристотель, Г. Лейбниц, философия марксизма) пространство и время рассматриваются как особые отношения между объектами, явлениями и процессами, выступают в качестве их атрибутивных характеристик, трактуются как универсальные формы бытия материи. Мировоззренческая позиция здесь такова: без материи нет пространства, равно как и времени (Лейбниц). Если бы материя каким-то загадочным образом исчезла, то исчезли бы пространство вместе со временем. Нет «чистых» протяженности и длительности, а есть протяженность и деление материи. Из реляционного подхода логически следует, что каждому виду и форме материи, конкретному уровню ее структурной организации присущи свои специфические топологические (пространственные) и темпоральные (временные) черты, своя геометрия и хронометрия. Ведь реальное пространство есть отношения между сосуществующими фрагментами бытия, а время - отношения между сменяющими друг друга его проявлениями.

Реляционная концепция пространства и времени нашла убедительное подтверждение в науке XIX-ХХ вв.

— После возникновения неэвклидовых геометрий (Лобачевский, Больяи, Риман) стало очевидным, что с логической точки зрения могут существовать не только Евклидовы, но иные пространственные структуры.

— Специальная и общая теории относительности (А. Эйнштейн), квантовая физика (М. Планк, В. Паули, В. Гейзенберг) в ХХ-ХXI вв. показали, что свойства пространства и времени зависят от статических, кинематических, динамических, гравитационных и иных характеристик материального мира.

— В сильных гравитационных полях физическое пространство «искривляется» (геометрия Евклида здесь «не работает»), а время замедляет свой «ход»; при существенном изменении скорости движения тела его пространственно-временные параметры тоже начинают меняться (увеличение скорости приводит к сокращению линейных размеров и замедлению времени и наоборот); в мире элементарных частиц нарушается свойственный макромиру принцип «зеркальной симметрии» (при зеркальном отражении не только правое и левое меняются местами, но и частица превращается в античастицу); обнаружилась взаимосвязь пространства и времени не только с материей, но и друг с другом (существует т.н. 4-мерный континиум пространства и времени).

Важный вклад в изучение пространства и времени вносят науки о живой природе и социуме. В качестве биологических пространственных структур, имеющих свою специфику организации живого, выделяются экологическая ниша (ее занимает отдельный вид); биотоп (топос - место), участок среды обитания биоценоза; биосфера как системная организация всей жизни. Специфические особенности биологического времени находят свое отражение во временных ритмах, которые представляют собой циклические колебания интенсивности и характера биологических процессов и явлений. «Биологические часы» - способность живых организмов ориентироваться во времени. Они являются тем механизмом, благодаря которому осуществляется многоуровневое функционирование всех подсистем живого. С возникновением общества возникают социальные пространство и время. Социальное пространство — это всеобщая форма существования различных социальных субъектов, начиная от отдельного человека и заканчивая обществом в целом. Социальное время — это форма общественного бытия, которая характеризует последовательность различных стадий в историческом развитии. Оно может «ускорять свой бег», события текут быстрее, т.е. увеличивается интенсивность всех форм жизнедеятельности людей. В социальном времени выделяют время индивида (жизненный путь конкретного человека), время поколения (длительность актуальной жизнедеятельности современников) и время истории - качественно высший уровень социального времени.

Универсальными характеристиками пространства обычно считают трехмерность (наличие длины, высоты и ширины) и изотропность (одинаковость свойств по всем направлениям), времени — необратимость (способность процессов развертываться лишь в одном направлении по «стреле времени» от настоящего к будущему, а не наоборот). Так, действительно, выглядят пространство и время макромира. Что касается перенесения данных свойств на микро- и мегамир, то здесь надо быть весьма осторожным. Современное естествознание, например, допускает существование в глубинах материи пространства более трех измерений и обратимость времени.

Пространство и время как объективные параметры бытия воспроизводятся в сознании на уровне чувственного восприятия и абстрактно-логического мышления. В первом случае говорят о существовании перцептуального (психически переживаемого), во втором - концептуального (теоретически оформленного) пространства и времени. Перцептуальные пространство и время индивидуальны, личностны, субъективны. В частности, в зависимости от настроения, жизненной ситуации один и тот же отрезок физического времени может восприниматься как длинный или короткий. Известно, что очень многие люди зрелого возраста ощущают себя более молодыми, чем на самом деле. На специфику восприятия пространства и времени влияют также эпоха, этническая принадлежность человека, его национальная культура, менталитет и др.

Концептуальные пространство и время - надиндивидуальны, интерсубъективны. Это абстрактно-понятийный слепок объективного пространства и времени. Концептуальное пространство, как и всякая теория, уточняется и конкретизируется, это не есть нечто абсолютно застывшее.

Существует динамическая и статическая концепции времени. Первая акцентирует внимание на существовании прошлого, настоящего и будущего. Реально существует лишь настоящее. Прошлых событий уже нет (но они когда-то были), будущие еще не существуют (но, возможно, станут бытием). Статическая концепция отрицает «течение» времени. Все события временного многообразия рассматриваются как существующие подобно точкам пространства. Принципиальной разницы между прошлым, настоящим и будущим нет. Все они «современники». Господствующей во всей культуре является динамическая концепция. Статическое понимание времени в ней весьма условно и достаточно мистифицировано. Оно, в основном, является объектом исследования научной фантастики.