3.1. Вселенная: микро-, макро - и мегамир

В науке выделяются три уровня строения материи.

Микромир – мир предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых микрообъектов – молекул, атомов, элементарных частиц, субэлементарных частиц, пространственная разномерность которых исчисляется от 10^-8 до 10^-16 см, а время жизни – от бесконечности до 10^-24 с. Основными типами взаимодействия, возникающими между частицами микромира, являются сильное, слабое и электромагнитное.

Макромир – мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта. Для макромира характерен весьма большой диапазон размеров рассматриваемых в нем тел и событий (10^-8 м < r < 10²¹ м), пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время – в секундах, минутах, часах, годах. В этом мире проявляются 2 типа взаимодействий – электромагнитное и гравитационное.

Мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей (r > 10²¹ м), включает в себя планетарные системы, звезды, галактики и метагалактику, расстояние, в котором измеряется астрономическими единицами в Солнечной системе, парсеками и световыми годами межзвездных и межгалактических расстояний, а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет. Основной тип взаимодействия в нем – гравитация.

Мир чрезвычайно многообразен, но он един, т.е. микро-, макро- и мегамир теснейшим образом взаимосвязаны. Вещество звезд и их систем точно такое же, как и вещество, из которого состоят Земля и все тела, находящиеся на ней. Атомы, слагающие объекты Вселенной, а также составляющие все живые организмы имеют один и тот же набор характеристик. Все атомы имеют одинаковую структуру, что свидетельствует о едином строении материи, которое лежит в основе единства мира в целом (прил. 2).

Целостность и системность природы.

Интегративные и аддитивные свойства систем

В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм или галактика, может быть рассмотрен как сложное образование, включающее в себя составные части, организованные в целостность. Для обозначения целостности объектов в науке выработано понятие системы.

Система представляет собой совокупность элементов и связей между ними.

Понятие «элемент» означает минимальный, далее уже неделимый компонент в рамках системы. Элемент является таковым лишь по отношению к данной системе, в других же отношениях он сам может представлять сложную систему.

Совокупность связей между элементами образует их структуру. 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 однопорядковыми элементами. Они 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 в себя уровни организации системы, а также их иерархию.

Исходным пунктом всякого системного исследования является представление о целостности изучаемой системы.

Целостность системы означает, что все ее составные части, соединяясь вместе, образуют уникальное целое, обладающее интегративными 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, именно интегративное свойство, а именно то, что вода гасит огонь. Наличие свойств, присущих системе в целом, но не частям, определяется взаимодействием элементов.

Аддитивность – понятие, отражающее соотношение между целым и составляющими его частями. Отношение аддитивности часто выражают в виде: «целое равно сумме частей». Принцип аддитивности предполагает возможность исчерпывающего объяснения свойств целого из свойств частей (или наоборот – свойств частей из свойств целого).

Иерархичность природных систем

Согласно современным представлениям, все природные объекты являются упорядоченными, структурированными, иерархически организованными системами. 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 выделяются два больших класса материальных систем: системы неживой и живой природы.

В неживой природе в качестве структурных уровней организации материи выделяют элементарные частицы, атомы, молекулы, полевую субстанцию, физический вакуум, макроскопические тела, планеты и планетные системы, звезды и галактики, а также 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 в себя виды, популяции и биоценозы и, наконец, биосферу как всю массу живого вещества.

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

Естественные науки, начав изучение материального мира с наиболее простых непосредственно воспринимаемых человеком объектов, далее переходят далее к изучению сложнейших, глубинных структур материи, выходящих за пределы человеческого восприятия и несоизмеримых с объектами повседневного опыта.