Строение материи

Что говорит современная наука о строении материи? В основе научных представлений сегодня лежит идея её сложной системной организации. Любой объект может быть, таким образом, рассмотрен с точки зрения его включённости в общую систему в качестве элемента. А сама система характеризуется наличием подобных элементов и связей между ними.

Ещё в Древней Греции, 25 веков назад, мыслители, а именно атомисты, выявили такие элементы, назвав их неделимыми, т.е. атомами. Однако современная наука пошла дальше древних мыслителей и обнаружила ещё более мелкие «кирпичики» - протоны и нейтроны, которые, как оказалось, также являются сложными образованиями других, меньших частиц – кварков, обменивающихся между собой глюонами. Протоны, нейтроны и другие частицы объединены физикой в группу андронов – тяжёлых частиц, существующих благодаря кварк-глюонным взаимодействиям.

Изучая окружающий мир, мы сталкиваемся с системной организацией материи. Так клетка состоит из молекул, а сама выступает в роли строительного материала для организмов. Организмы же, в свою очередь, образуют виды, а те – биосферу Земли. Каждый объект материального мира уникален и неповторим, но также и устроен точно таким же образом, как и все остальные. Этот принцип и называется системным.

Весь окружающий мир можно разделить по принципу наличия жизни в сложных образованиях. Таким образом, существуют уровни организации неживой и живой материи.

Неживая природа во всём своём многообразии состоит из элементарных частиц. Их изучение началось в 19 веке, однако наибольшего успеха в их исследовании наука добилась уже в 20 веке. Их свойства резко отличаются от свойств макротел, с которыми мы имеем дело в своей повседневной практике. Все элементарные частицы могут быть рассмотрены и как вещество, и как волна. Соответственно изучать их невозможно с помощью прежней физики, на смену которой пришла квантовая физика, более приемлемая в данном отношении.

До открытия элементарных частиц наука различала два вида материи – поле и вещество. На рубеже 19 и 20 веков считалось, что поле непрерывно, тогда как вещество – прерывисто (дискретно). Но квантовая физика выяснила условность подобного разделения. Так электромагнитное поле можно представить как систему фотонов, т.е. и как поле, и как частицы – сами фотоны.

Элементарные частицы участвуют в четырёх типах взаимодействия – сильном, слабом, электромагнитном и гравитационном. Последние два характерны и для макромира, но первые два – исключительная прерогатива микромира. Одним из последних открытий физиков является обнаружение того, что электромагнитные и слабые связи представляют собой стороны одного явления – электрослабого взаимодействия.

Элементарные частицы можно разделить по типам взаимодействия между ними. Андроны (тяжёлые частицы) участвуют во всех четырёх типах связей, а лептоны (лёгкие частицы) не участвуют в сильных взаимодействиях. На этом поприще наука старается выяснить глубинные свойства материи, которые, в конечном счёте, определяют развитие Вселенной. Первым успехом на этом пути стало открытие кварковой структуры андронов. У кварков оказался дробный электрический разряд – 1/3 и 2/3 от заряда электрона, принимаемого за единицу. Как уже было сказано, кварки обмениваются глюонами, но взаимодействие их таково, что при удалении кварков друг от друга возрастает сила, их связывающая, что напоминает взаимодействие галактик. Поэтому кварки пока не найдены в свободном состоянии. Они как бы заперты внутри андронов, а об их существовании физика узнала с помощью экспериментов по столкновению частиц, при котором обнаруживается несколько своеобразных центров, на которых происходит рассеяние частиц. Эти центры и называются кварками. Кварки и лептоны являются строительным материалом всей нашей Вселенной, но это не означает, что поиск более мелких оснований окончен. Физики современности активно работают над данной задачей.

К сожалению, современная физика пока не создала единой теории элементарных частиц и находится в состоянии активного и плодотворного поиска на этом пути.

Элементарный уровень организации материи включает в себя не только элементарные частицы, но и вакуум. Физический вакуум – это не пустота, а особое состояние материи. В него погружены все частицы и все физические тела, а также в нём происходят сложные процессы, связанные с появлением и исчезновением «виртуальных частиц». Виртуальные частицы – это словно возможности соответствующих типов элементарных частиц, которые могут родиться, но не рождаются. При определённых условиях они вырываются из вакуума и становятся самостоятельными и даже способными к взаимодействию с вакуумом. Изучение вакуума привело учёных к мысли о том, что он способен скачком перестраивать свою структуру. Именно так возникла наша Вселенная.

Таким образом, взаимодействие объектов субэлементарного уровня является фундаментом для образования более сложных материальных систем. Из них строятся атомы и прочие материальные объекты.

Элементарные частицы, ядра атомов, ионы (атомы, потерявшие часть электронов на электронной оболочке) могут образовать плазму – состояние материи, похожее на газ. Огромные плазменные тела образуют звёзды. В их недрах протекают ядерные реакции, благодаря которым одни частицы превращаются в другие и излучается энергия.

Звёзды, по сути, формируют атомы. За счёт ядерных реакций образуются ядра атомов, а на периферии звёзд и в их окрестностях – сами атомы. Атомы, в свою очередь, образуют молекулы, а молекулы – макротела. Особый вид макротел – планеты. Они не однородны, но вместе с тем представляют собой единое целое. Звёзды и планеты составляют планетные системы. Скопления звёзд, планетных систем, межзвёздной пыли и газа переводят нас на новый уровень – галактику. По последним данным в центре каждой галактики находится так называемая чёрная дыра, втягивающая в себя вещество и объединяющая всю материю на себе. Галактики же соединяются в системы галактик. И, наконец, последним уровнем является Метагалактика или наша Вселенная, состоящая их систем галактик, убегающих друг от друга со всё возрастающей скоростью. Именно поэтому Вселенная и расширяется. Современная наука допускает возможность существования и множества миров, вне нашей Вселенной, но взаимодействующих с ней. Их сложное единство – это многоярусная Большая Вселенная.

Вместе с тем состав Вселенной не ограничивается лишь материей. Кроме самого вещества, она состоит из тёмной материи, т.е. вещества, не наблюдаемого, но ощущаемого через гравитацию. Однако даже в совокупности они не дают всей полноты, но что стоит за ними науке пока неизвестно.

Таким образом, мы видим, что всякий новый уровень организации материи имеет чёткие закономерности своего существования. Все элементы каждого уровня взаимодействуют друг с другом, и на этом взаимодействии строится бытие этого уровня. Вместе с тем всякий последующий уровень непременно включает в себя предыдущие.

Отсюда же легко провести аналогию с самим бытием. Всё, как уже было отмечено выше, едино, но в то же самое время и разделено. Едино бытие в том, что состоит из одинаковых частиц и одинаковым образом, различно же, т.е. дискретно – в своих воплощениях.

Как же строится материя на биологическом и социальном уровнях? На определённом этапе развития Вселенной в её недрах появляются условия для формирования живой природы. Её базовый уровень – нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) и белки. Они образуют клетки, а те – многоклеточные организмы. Есть и надорганизменные структуры – популяции, саморегулирующиеся единства, такие, например, как муравейник, улей пчёл, волчья стая. Организмы объединены в виды. А некоторое количество популяций – в биоценозы. Биоценоз – это существование одного живого организма за счёт другого, их тесное сотрудничество в рамках определённой территории. В качестве примера биоценоза можно назвать лес, в котором каждый отельный организм поддерживает существование целого. И, наконец, последним уровнем организации живой природы выступает биосфера.

Особый уровень организации живой материи – человек. Существует гипотеза о том, что человеческий разум стал объективным и необходимым результатом развития материи. Но даже если это и не так, человек, всё равно, вписан в окружающий мир и не может его игнорировать. Однако наряду с биологическими взаимодействиями, человек породил и социальные связи, представляющие собой нечто новое. Эта новизна заключена в том, что нас окружают предметы, не являющиеся обязательной и естественной реализацией линии эволюции. Ни автомобили, ни компьютеры, ни здания не созданы природой, но их воплощение становится возможным именно благодаря природе.

В человеке поэтому сталкиваются два направления развития. Одно – сугубо естественное, подчиняющееся общим правилам взаимодействия в живой природе. Другое – искусственное, реализуемое исключительно в рамках общества. Причём второе выражается не только в предметной сфере, но и в области саморазвития человека, строительства новых форм его общения с себе подобными и социальных отношений.

Дата добавления: 2015-09-02