Структурные уровни организации материи

Общая теория систем

В 30-е годы XX в. Людвиг фон Берталанфи предложил общую тео­рию, описывающую принципы организации живых систем. Однако в 20-е годы XX в. русский медик-исследователь, философ и экономист Александр Богданов разработал системную теорию под названием тектология («наука о структурах»), которая, к сожалению, практически неизвестна за пределами России. Он обобщил принципы организации всех живых и неживых структур. Как и Берталанфи, Богданов признавал, что живые системы - это открытые системы, функционирующие вдали от состояния равновесия; он тщательно изучал протекающие в них процессы регулирования и са­морегулирования.

До 1940-х годов термины «система» и «системное мышление» использо­вались лишь некоторыми учеными, но именно концепция открытых систем Берталанфи и общая теория систем возвели системное мышле­ние в ранг главного научного направления.

В современной науке весь материальный мир исследуется при помощи системного метода, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм или галактика, может быть рассмотрен как система.

Система представляет собой совокупность элементов и связей между ними.

Понятие «элемент» означает минимальный, далее неделимый компонент в рамках системы. По отношению к данной системе элемент неделим, но в свою очередь сам может быть сложной системой.

Совокупность связей между элементами образует структуру системы, то есть структура – это взаимное расположение элементов в системе.

Устойчивые связи элементов определяют упорядоченность системы. Существуют два типа связей между элементами системы: по «горизонтали» и по «вертикали».

Связи по «горизонтали» — это связи координации между однопорядко-выми элементами. Они обеспечивают устойчивость и равновесие системы, носят коррелирующий характер: ни одна часть системы не может измениться без того, чтобы не изменились другие части.

Связи по «вертикали» — это связи субординации, т.е. соподчинения элементов. Они выражают сложное внутреннее устройство системы, где одни части по своей значимости могут уступать другим и подчиняться им. Вертикальная структура включает уровни организации системы, а также их иерархию.

Целостность системы означает, что все ее составные части, соединяясь вместе, образуют уникальное целое, обладающее новыми интегративными свойствами.

Свойства системы — не просто сумма свойств ее элементов, а нечто новое, присущее только системе в целом. Например, молекула воды Н ₂ О. Сам по себе водород, два атома которого образуют данную систему, горит, а кислород (один атом) поддерживает горение. У системы, образованной из этих элементов появились новые интегративные свойства: вода гасит огонь и утоляет жажду. Этими свойствами элементы, составляющие систему, не обладают.

Наличие интегративных свойств, присущих системе в целом, но не ее отдельным частям, определяется взаимодействием элементов. Эмерджентность системы – это появление в системе интегративных свойств.

В науке выделяются следующие системы:

- Простые, имеющие небольшое количество элементов и соответственно связей между ними.

- Сложные, имеющие большое количество элементов и соответственно большое количество связей и сложный механизм взаимосвязей.

- Закрытые, изолированные от окружающей среды и не обменивающиеся с ней ничем. Это системы, изучающиеся физикой теоретически и не существующие в природе.

- Открытые – это все реальные природные объекты существуют во внешней среде, обмениваясь с ней веществом, энергией и информацией.

- Равновесные, находящиеся в устойчивом равновесном состоянии.

- Неравновесные, потерявшие устойчивость и равновесие.

Итак, согласно современным научным взглядам на природу, все природные объекты представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархически организованные системы. Любой материальный объект от атома до галактики входит в систему более высокого уровня и может существовать только во взаимодействии с окружающей средой.

Система

В современной науке весь материальный мир исследуется при помощи системного метода, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм, общество или галактика, может быть рассмотрен как система.

Система представляет собой совокупность элементов и связей между ними.

Понятие «элемент» означает минимальный, далее неделимый компонент в рамках системы. По отношению к данной системе элемент неделим, но в свою очередь сам может быть сложной системой.

Совокупность связей между элементами образует структуру системы, то есть структура – это взаимное расположение элементов в системе.

Устойчивые связи элементов определяют упорядоченность системы. Существуют два типа связей между элементами системы: по «горизонтали» и по «вертикали».

Связи по «горизонтали» — это связи координации между однопорядко-выми элементами. Они обеспечивают устойчивость и равновесие системы, носят коррелирующий характер: ни одна часть системы не может измениться без того, чтобы не изменились другие части.

Связи по «вертикали» — это связи субординации, т.е. соподчинения элементов. Они выражают сложное внутреннее устройство системы, где одни части по своей значимости могут уступать другим и подчиняться им. Вертикальная структура включает уровни организации системы, а также их иерархию.

Целостность системы означает, что все ее составные части, соединяясь вместе, образуют уникальное целое, обладающее новыми интегративными свойствами.

Свойства системы — не просто сумма свойств ее элементов, а нечто новое, присущее только системе в целом. Например, молекула воды Н ₂ О. Сам по себе водород, два атома которого образуют данную систему, горит, а кислород (один атом) поддерживает горение. У системы, образованной из этих элементов появились новые интегративные свойства: вода гасит огонь и утоляет жажду. Этими свойствами элементы, составляющие систему, не обладают.

Наличие интегративных свойств, присущих системе в целом, но не ее отдельным частям, определяется взаимодействием элементов. Эмерджентность системы – это появление в системе интегративных свойств.

В науке выделяются следующие системы:

- Простые, имеющие небольшое количество элементов и соответственно связей между ними.

- Сложные, имеющие большое количество элементов и соответственно большое количество связей и сложный механизм взаимосвязей.

- Закрытые, изолированные от окружающей среды и не обменивающиеся с ней ничем. Это системы, изучающиеся физикой теоретически и не существующие в природе.

- Открытые – это все реальные природные объекты существуют во внешней среде, обмениваясь с ней веществом, энергией и информацией.

- Равновесные, находящиеся в устойчивом равновесном состоянии.

- Неравновесные, потерявшие устойчивость и равновесие.

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

Любой материальный объект от атома до галактики входит в систему более высокого уровня и может существовать только во взаимодействии с окружающей средой.

Структурные уровни организации материи

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

К структурным уровням организации неживой материи относят физический вакуум, элементарные частицы, атомы, молекулы, поля, макроскопические тела, планеты и планетные системы, звезды и звездные системы — галактики, системы галактик — метагалактику.

В живой природе к структурным уровням организации материи относят системы доклеточного уровня — нуклеиновые кислоты и белки; клетки как особый уровень биологической организации, представленные в форме одноклеточных организмов и элементарных единиц живого вещества; многоклеточные организмы растительного и животного мира; надорганизменные структуры, включающие виды, популяции и биоценозы и, наконец, биосферу как всю массу живого вещества.

В природе все взаимосвязано, поэтому можно выделить такие системы, которые включают элементы как живой, так и неживой природы — биогеоценозы.

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, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время — в секундах, минутах, часах, годах.

Микромир — мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16 см, а время жизни — от бесконечности до 10-24 с.

Мегамир — мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов — миллионами и миллиардами лет.

И хотя на этих уровнях действуют свои специфические закономерности, микро-, макро- и мегамиры теснейшим образом взаимосвязаны.

В настоящее время в области фундаментальной теоретической физики разрабатываются концепции, согласно которым объективно существующий мир не исчерпывается материальным миром, воспринимаемым нашими органами чувств или физическими приборами. Авторы данных концепций пришли к следующему выводу: наряду с материальным миром существует реальность высшего порядка, обладающая принципиально иной природой по сравнению с реальностью материального мира. С их точки зрения, мир высшей реальности определяет структуру и эволюцию материального мира. Утверждается, что объектами мира высшей реальности выступают не материальные системы, как в микро-, макро- и мегамирах, а некие идеальные физические и математические структуры, которые проявляются в материальном мире в виде естественно-научных законов. Эти структуры выступают как носители идей необходимости, общезначимости и регулярности, которые выражают сущность объективных физических законов.

Но одних законов, порожденных такого рода физическими и математическими структурами, явно недостаточно для существования материального мира. Необходимо множество программ, определяющих «поведение» и эволюцию материальных объектов. Подобно тому как знание уравнений не обеспечивает решения задачи (для этого нужно еще и знание начальных условий), так и в общем случае наряду с фундаментальными законами должны существовать дополнительные к ним сущности — программы.

С точки зрения указанного подхода каждая материальная система является воплощением некоторой идеальной структуры, а ее эволюция определяется некой программой. Программа предполагает определенную направленность развития, т.е. его цель. Поскольку никакая программа не может возникнуть сама по себе, а является продуктом творческого акта, то, как считают некоторые физики-теоретики, Вселенной присущ творческий Разум. С их точки зрения, материальный мир есть лишь самый «нижний» слой бытия, взаимодействующий со всеми другими слоями и определяемый ими.

Над миром материальных объектов возвышаются:

этаж идеальных физических и математических структур, задающих фундаментальные законы природы;

этаж многочисленных программ, определяющих эволюцию Вселенной в целом и материальных систем в частности;

этаж духовного мира человека — мира духовной свободы. Вершиной в иерархической структуре Вселенной является Высший Разум как трансцендентное, т.е. сверхчувственное, сверхличностное Первоначало всего мироздания, возвышающееся над природой и человеком.

Такой подход противоречит строго научному знанию и представляет по своей сути проявление религиозного мировоззрения.