Структурные уровни организации материи

    Второе начало имеет тот же  статус, что и первое начало (закон  сохранения энергии), и его действие  не противоречит развитию Вселенной.  Напротив, сам принцип развития  находит свое естественнонаучное  обоснование во втором начале термодинамики. Принцип возрастания энтропии рассматривается как одна из естественнонаучных конкретизаций принципа развития, отражающая образование новых материальных форм и структурных уровней в неорганической природе.

    Одной из фундаментальных черт  современного естествознания и  вместе с тем направлений его  диалектизации является все более  глубокое и органичное проникновение  в систему наук о природе  эволюционных идей, которые неразрывно  связаны с концепцией иерархии  качественно своеобразных структурных  уровней материальной организации,  выступающих как ступени, этапы  эволюции природных объектов. Если  всего лишь несколько десятилетий  назад исследования эволюционных  процессов в различных областях  естествознания были довольно  слабо связаны между собой,  то сейчас положение изменилось  радикальным образом: выявляются  контуры единого (в многообразии  своих конкретных проявлений) процесса  эволюции охваченных исследованиями  областей природы. 

    Практика современной научно-исследовательской  деятельности выдвигает новые  задачи в понимании эволюционных  процессов, поэтому формируется  некий слой знаний, не имеющий  статуса отдельной науки, но  составляющий важный компонент  культуры мышления современного  ученого. Этот слой знания является  как бы промежуточным между  философией, диалектикой как общей  теорией развития и конкретно-научными  эволюционными концепциями, отражающими  специфические закономерности эволюции  живых организмов, химических систем, земной коры, планет и звезд. 

    Можно, видимо, говорить о нескольких  взаимосвязанных и соподчиненных  понятиях эволюции в рамках  естественнонаучной картины мира. Наиболее общим из них и  применимым практически в пределах  всей доступной исследованию  области природы, неживой и  живой, следует считать понятие  эволюции как необратимого изменения  структуры природных объектов.

    В классическом естествознании, и, прежде всего в естествознании  прошлого века, учение о принципах  структурной организации материи  было представлено классическим  атомизмом. Именно на атомизме  замыкались теоретические обобщения,  берущие начало в каждой из  наук. Идеи атомизма служили основой  для синтеза знаний и его  своеобразной точкой опоры. В  наши дни под воздействием  бурного развития всех областей  естествознания классический атомизм  подвергается интенсивным преобразованиям.  Наиболее существенными и широко  значимыми изменениями в наших  представлениях о принципах структурной  организации материи являются  те изменения, которые выражаются  в нынешнем развитии системных  представлений. 

    Общая схема иерархического ступенчатого  строения материи, связанная с  признанием существования относительно  самостоятельных и устойчивых  уровней, узловых точек в ряду  делений материи, сохраняет свою  силу и эвристические значения. Согласно этой схеме дискретные  объекты определенного уровня  материи, вступая в специфические  взаимодействия, служат исходными  при образовании и развитии  принципиально новых типов объектов  с иными свойствами и формами  взаимодействия. При этом большая  устойчивость и самостоятельность  исходных, относительно элементарных  объектов обусловливает повторяющиеся  и сохраняющиеся свойства, отношения  и закономерности объектов более  высокого уровня.

    Это положение едино для систем  различной природы. 

    Любая сложная система, возникшая  в процессе эволюции по методу  проб и ошибок, должна иметь  иерархическую организацию. Действительно,  не имея возможности перебрать  все мыслимые соединения из  нескольких элементов, а найдя  научную комбинацию, размножает  ее и использует - как целое  - в качестве элемента, который  можно полностью связать с  небольшим числом других таких  же элементов. Так возникает  иерархия. Это понятие играет  огромную роль. Фактически всякая  сложная система, как возникшая  естественно, так и созданная человеком, может считаться организованной, только если она основана на некоей иерархии или переплетении нескольких иерархий. Мы не знаем организованных систем, устроенных иначе.

    Концептуальные формы выражения  идеи структурных уровней материи  многообразны. Определенное развитие  идея уровней получила в ходе  анализа концептуального аппарата  фундаментальных, относительно завершенных  физических теорий, теории эволюции  живых организмов.

    Одна из актуальных проблем,  которую ставит изучение иерархии  структурных уровней природы,  заключается в поисках границ  этой иерархии как в мегамире, так и в микромире. Иерархичность  уровней отражается в иерархичности  классификационных понятий, характерных  для описательных теорий различных  наук. С наличием определенных  уровней материи связано существование  ряда самостоятельных научных  дисциплин. 

    Уровни становятся такими спиралями  только при всестороннем развитии  преемственности, без которой  могут быть лишь хаотические  смены круговоротов изменений.  Поэтому "развитие развития" возможно только на основе  обогащения форм преемственности,  которая позволяет в той или  иной мере сохранять достигнутые  преобразования, чтобы включать  их в линии процессов эволюции, а также онтогенеза. Возникновение  нового без преемственности обречено  было бы каждый раз начинать  развитие с "самого начала".

    В ходе прогресса число взаимосвязанных  уровней возрастает и объекты  становятся все более многоуровневыми.  Объекты каждой последующей ступени  возникают и развиваются в  результате объединения и дифференциации  определенных множеств объектов  предыдущей ступени. Системы становятся  все более многоуровневыми. Сложность  системы возрастает не только  потому, что возрастает число  уровней. Существенное значение  приобретает развитие новых взаимосвязей  между уровнями и со средой, общей для таких объектов и объединений. В этих взаимосвязях все большее значение получает информация.

2. Современные взгляды на структурную организацию материи.

 В классическом естествознании учение о принципах структурной организации материи было представлено классическим атомизмом. Идеи атомизма служили фундаментом для синтеза всех знаний о природе. В XX веке классический атомизм подвергся радикальным преобразованиям.

     Современные принципы структурной организации  материи связаны с развитием  системных представлений и включают некоторые концептуальные знания о  системе и ее признаках, характеризующих  состояния системы, ее поведение, организацию  и самоорганизацию, взаимодействие с окружением, целенаправленность и  предсказуемость поведения и  др. свойства.

     Наиболее  простой классификацией систем является деление их на статические и динамические, которое, несмотря на его удобство все  же условно, т.к. все в мире находится  в постоянном изменении. Динамические системы делят на детерминистские  и стохастические (вероятностные). Эта  классификация основана на характере  предсказания динамики поведения систем. Такие системы исследуются в  механике и астрономии. В отличие  от них стохастические системы, которые  обычно называют вероятностно – статистическими, имеют дело с массовыми или  повторяющимися случайными событиями  и явлениями. Поэтому предсказания в них имеют не достоверный, а  лишь вероятностный характер.

     По  характеру взаимодействия с окружающей средой различают системы открытые и закрытые (изолированные), а иногда выделяют также частично открытые системы. Такая классификация носит в  основном условный характер, т.к. представление  о закрытых системах возникло в классической термодинамике как определенная абстракция. Подавляющее большинство, если не все системы, являются открытыми.

     Многие  сложноорганизованные системы, встречающиеся  в социальном мире, являются целенаправленными, т.е. ориентированными на достижение одной  или нескольких целей, причем в разных подсистемах и на разных уровнях  организации эти цели могут быть различными и даже придти в конфликт друг с другом.

     Классификация и изучение систем позволили выработать новый метод познания, который  получил название системного подхода. Применение системных идей к анализу  экономических и социальных процессов  способствовало возникновению теории игр и теории принятия решений. Самым  значительным шагом в развитии системного метода было появление кибернетики  как общей теории управления в  технических системах, живых организмах и обществе. Хотя отдельные теории управления существовали и до кибернетики, создание единого междисциплинарного подхода дало возможность раскрыть более глубокие и общие закономерности управления как процесса накопления, передачи и преобразования информации. Само же управление осуществляется с  помощью алгоритмов, для обработки  которых служат компьютеры.

     Универсальная теория систем, обусловившая фундаментальную  роль системного метода, выражает с  одной стороны, единство материального  мира, а с другой стороны, единство научного знания. Важным следствием такого рассмотрения материальных процессов  стало ограничение роли редукции в познании систем. Стало ясно, что  чем больше одни процессы отличаются от других, чем они качественно  разнороднее, тем труднее поддаются  редукции. Поэтому закономерности более  сложных систем нельзя полностью  сводить к законам низших форм или более простых систем. Как  антипод редукционистского подхода  возникает холистический подход (от греч. holos – целый), согласно которому целое всегда предшествует частям и всегда важнее частей.

     Всякая  система есть целое, образованное взаимосвязанными и взаимодействующими его частями. Поэтому процесс познания природных  и социальных систем может быть успешным только тогда, когда в них части  и целое будут изучаться не в противопоставлении, а во взаимодействии друг с другом.

     Современная наука рассматривает системы  как сложные, открытые, обладающие множеством возможностей новых путей развития. Процессы развития и функционирования сложной системы имеют характер самоорганизации, т.е. возникновения  внутренне согласованного функционирования за счет внутренних связей и связей с внешней средой. Самоорганизация  – это естественнонаучное выражение  процесса самодвижения материи. Способностью к самоорганизации обладают системы  живой и неживой природы, а  также искусственные системы.

     В современной научно обоснованной концепции  системной организации материи  обычно выделяют три структурных  уровня материи:

     микромир  – мир атомов и элементарных частиц – предельно малых непосредственно ненаблюдаемых объектов, размерность от 10^-8 см до 10^-16 см, а время жизни – от бесконечности до 10^-24 с.

     макромир  – мир устойчивых форм и соразмерных  человеку величин: земных расстояний и  скоростей, масс и объемов; размерность макрообъектов соотносима с масштабами человеческого опыта – пространственные величины от долей миллиметра до километров и временные измерения от долей секунды до лет.

     мегамир – мир космоса (планеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики); мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние измеряется световыми годами, а время миллионами и миллиардами лет;

     Изучение  иерархии структурных уровней природы  связано с решением сложнейшей проблемы определения границ этой иерархии как  в мегамире, так и в микромире. Объекты каждой последующей ступени  возникают и развиваются в  результате объединения и дифференциации определенных множеств объектов предыдущей ступени. Системы становятся все  более многоуровневыми. Сложность  системы возрастает не только потому, что возрастает число уровней. Существенное значение приобретает развитие новых  взаимосвязей между уровнями и со средой, общей для таких объектов и их объединений.

     Микромир, будучи подуровнем макромиров и мегамиров, обладает совершенно уникальными особенностями  и поэтому не может быть описан теориями, имеющими отношение к другим уровням природы. В частности, этот мир изначально парадоксален. Для  него не применим принцип «состоит из». Так, при соударении двух элементарных частиц никаких меньших частиц не образуется. После столкновения двух протонов возникает много других элементарных частиц – в том числе  протонов, мезонов, гиперонов. Феномен  «множественного рождения» частиц объяснил Гейзенберг: при соударении большая кинетическая энергия превращается в вещество, и мы наблюдаем множественное  рождение частиц. Микромир активно  изучается. Если 50 лет назад было известно всего лишь 3 типа элементарных частиц (электрон и протон как мельчайшие частицы вещества и фотон как  минимальная порция энергии), то сейчас открыто около 400 частиц. Второе парадоксальное свойство микромира связано с  двойственной природой микрочастицы, которая одновременно является волной и корпускулой. Поэтому ее невозможно строго однозначно локализовать в пространстве и времени. Эта особенность отражена в принципе соотношения неопределенностей  Гейзенберга.