Уровни строения материи

Классификация материальных систем

В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира (атом, планета, организм) может быть рассмотрен как сложное образование, вклю­чающее составные части, организованные в целостность. Для обозначения целост­ности объектов в науке было 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 для данной системы, он сам мо­жет быть сложной системой.

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

В науке выделяют три уровня строения материи:

— Макромир - мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта пространственные величины выражают­ся в мл, см, км; а время - с, мин., ч, годах.

— Микромир - мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространств. Размерность от 10^-8 до 10^-16см, а время жизни - от бесконечности до 10^-24с.

— Мегамир - мир огромных космических масштабов и скоростей, рас­стояние измеряются в световых годах, а время - миллионами и миллиарда­ми лет.

3. Макромир – исторические концепции

История науки свидетельствует, что естествознание, возникшее в ходе науч­ной революции XVI - XVII вв., было связано долгое время с развитием физики. Именно физика была и остается сегодня наиболее развитой и систематизированной естественной наукой. Таким образом, когда возникло мировоззрение европейской цивилизации Нового времени, складывалась классическая картина мира, естествен­ным было обращение к физике, её концепциям и аргументам, определившим эту картину. Поэтому, начиная разговор о конкретных достижениях естествозна­ния, мы начнем его с физики, с картины мира, созданной этой наукой.

Ключевым в физической картине мира служит понятие «материя», на которое выходят важнейшие проблемы физической науки. Смена физической картины мира связана со сменой представлений о материи. В истории физики это про­исходило дважды. Сначала был совершен переход от атомистических, корпус­кулярных представлений о материи к полевым - континуальным. Затем, в XX веке, континуальные представления были заменены современными кванто­выми. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга фи­зических картинах макромира (КМ):

3.1. Механическая картина мира –складывается в результате научной революции XVI -XVII вв. на основе работ Г.Галилея и П. Гассенди. Основу механистической картины мира составил атомизм, который весь мир, включая человека, понимал как сово­купность огромного числа неделимых частиц - атомов, перемещающихся в про­странстве и времени. Ключевым понятием МКМ было понятие движения, именно законы движения Ньютон считал фундаментальными законами мироздания.

3.2. Электромагнитная картина мира – В процессе длительных размышлений о сущности электрических и магнитных явлений М.Фарадей пришел к мысли о необходимости замены корпускулярных представлений о материи континуальными, непрерывными. Движение понималось не только как простое механическое перемещение, пер­вичным по отношению к этой форме движения становилось распространение колебаний в поле, которое описывалось не законами механики, а законами электродинамики.

3.3. Современная квантово-полевая картина мира –В начале 20 в. возникли два не совмес­тимых представления о материи: 1) или она абсолютна непрерывна; 2) или состоит из дискретных частиц. В 1913 г. Н.Бор предложил свою модель атома. В 1924г. Луи де Бройль высказал гипотезу о соответствии каждой частице определенной волны. Иными словами, каждой частице материи присуще и свойства волны (непре­рывность) и дискретность (квантовость). Эти представления нашли подтвержде­ние в работах Э. Шредингера и В. Гейзенберга 1925 - 1927 гг., а вскоре М. Бор пока­зал тождественность волновой механики Шредингера и квантовой механике Гей­зенберга. Так сложились новые, квантово-полевые представления о материи, кото­рые определяются как корпускулярно-волновой дуализм - наличие у каждого элемента материи свойств волны и частицы.

4. Микромир – корпускулярная и континуальная концепции

Важнейшими атрибутами материи являются структурность и системность.

Они выражают упорядоченность существования материи и те конкретные формы, в которых она проявляется. Под структурой материи обычно понимается её строение в микромире, существование в виде молекул, атомов, элементарных частиц и т.д. Это связано с тем, что человек являясь макроскопическим существом, привык к со­ответствующим масштабам, поэтому понятие строения материи ассоциируется, как правило, с микрообъектами. Но если рассматривать материю в целом, то понятие структуры материи будет охватывать также различные макроскопические тела, все космические системы мегамира.

Наряду со структурностью неотъемлемым свойством материи является её сис­темность. Система - это внутренне (или внешне) упорядоченное множество взаи­мосвязанных элементов, определенная целостность, проявляющая себя как нечто единое по отношению к другим объектам или внешним условиям. Во всех целост­ных системах связь между элементами является более устойчивой, упорядо­ченной и внутренне необходимой, чем связь каждого из элементов с окружаю­щей средой. В противном случае система не возникает или распадается.