Структурные уровни организации материи. Формы ее движения и взаимодействия
Материальные объекты, изучаемые естествознанием, весьма различны по размерам и массе: ядра атомов и элементарные частицы имеют размеры ~10-15÷ ÷10-19 м и меньше, массы ~10-25÷10-30 кг и меньше, а размеры наблюдаемой части Вселенной ~1025 м, массы Галактик ~1041 кг.
Однако эти материальные объекты группируются по размерам и массе, образуя структурные уровни организации материи, а несколько структурных уровней составляют мегамир, либо макромир, либо микромир.
Материальные объекты не существуют изолированно, а образуют системы. Система - совокупность объектов, взаимодействующих друг с другом и с внешними, не входящими в систему, телами, и образующих определенную целостность, единство. В зависимости от вида объектов, входящих в систему, в ней преобладает тот или иной вид взаимодействия и обусловленного этим взаимодействием движения (под движением понимается не только механическое перемещение, но и любое изменение, развитие).
Например, в любом механизме его детали оказывают друг на друга механическое (силовое) воздействие и в результате перемещаются в пространстве - это простейшая - механическая форма движения и взаимодействия.
Более сложными являются физические системы - совокупности материальных объектов в виде частиц и поля, между которыми осуществляется одно или несколько из четырех фундаментальных взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное, слабое. Эти взаимодействия называются физическими, а вызванные ими изменения физической системы - физической формой движения.
В химических системах, состоящих из нескольких веществ, осуществляется химическое взаимодействие, обусловленное электромагнитным взаимодействием электронных оболочек атомов, и наблюдается превращение одних веществ в другие - химическая форма движения.
В живых существах и их сообществах имеет место более сложная форма движения - биологическая, проявляющаяся в обмене веществ в организмах, их самовоспроизводстве, приспособлении к условиям внешней среды, возникновении новых видов живых организмов. Взаимодействия, вызывающие это развитие (движение) биосистем основываются на химических и физических взаимодействиях, но ввиду их сложности и многообразия они являются качественно новой формой взаимодействия - биологической.
Наиболее сложной, высшей формой движения является социальная (общественная) форма движения (социальная и политическая деятельность людей, целенаправленное преобразование природы). Причиной социального развития является свой особый вид взаимодействия - общественные отношения. Элементами этого взаимодействия, конечно, являются биологические, химические, физические взаимодействия, но в общественных отношениях они настолько усложнены и многообразны, что переходят на качественно новый уровень.
Таким образом, формы движения и взаимодействия материи образуют иерархию, то есть они не равноправны: каждая последующая форма движения базируется на предыдущих, но имеет качественные отличия, обусловленные большей сложностью и многообразием этой формы движения (таблица 4.1). Каждой форме движения и взаимодействия соответствует (примерно) свой комплекс наук: физических, химических, биологических, общественных.
Таблица 4.1 - Иерархия форм движения и взаимодействия материи
Форма движения и взаимодействия | Соответствующие науки | |
Усложнение | Механическая Физическая Химическая Биологическая Социальная (общественная) | Естествознание Общественные науки |
По пространственно-массовому масштабу в физике выделяют ряд структурных уровней организации материи, представленный в таблице 4.2.
Таблица 4.2 - Структурные уровни организации материи в физике
Мир | Структурный уровень организации материи | Характерный размер, м | Характерная масса, кг | Отрасль знания |
Мегамир | Вселенная | Предел наблюдений ~4·1025 (4 млрд. световых лет) | - | Космология, астрономия, астрофизика |
Галактики | ~1021 (наша Галактика) | 4·1041 (наша Галактика) | -""- | |
Звездные системы | 6·1012 (радиус орбиты Плутона), 0.15·1012 (радиус орбиты Земли) | 2·1030 (масса Солнца) | -""- | |
Макромир | Планеты | 70·106 (радиус Юпитера), 6.4·106 (радиус Земли) | 1900·1024 (Юпитер), 6·1024 (Земля) | Астрономия, науки о Земле |
Окружающие предметы | ~106-10-6 | ~1024-10-15 | Физика, химия, биология | |
Микромир | Молекулы | ~10-6-10-10, (макромолекулы – до 10-3) | ~10-21 (белки массой ~106 а.е.м.) - 10-27 | Физика, химия |
Атомы | ~3·10-10-0.5·10-10 | ~400·10-27-1.7·10-27 | Физика | |
Атомные ядра | ~10-14-10-15 | -""- | -""- | |
Элементарные частицы | ~10-15-10-19-до нуля | 170·10-27 (бозоны) – 1.7·10-27 (нуклоны) - 9·10-31 (электрон) – до нуля | -""- |
Классификация материальных объектов по масштабному фактору не соотносится напрямую с иерархией форм движения и взаимодействия. Так, для объяснения закономерностей движения планет в звездных системах достаточно знать законы механики, а для исследования жизнедеятельности клетки или органа живого существа необходимо привлекать физику, химию, биологию.
В последние годы (приблизительно 30-40 лет) наметилась тенденция к более тесной взаимосвязи наук, изучающих мега- и микромир. Было выяснено, что свойства Галактик, звездных систем, Вселенной в целом и законы их развития тесно связаны со свойствами микрочастиц и законами микромира. На стыке наук о Вселенной, галактиках, звездах и науки об элементарных частицах возникла космомикрофизика.
В биологии по масштабному фактору (для неразумных существ) выделяют структурные уровни организации материи и соответствующие науки, представленные в таблице 4.3.
Таблица 4.3 - Структурные уровни организации материи в биологии
Структурный уровень | Соответствующие науки |
Космический уровень? Биосфера Сообщество (биогеоценоз) Популяционно-видовой Индивид Орган Ткань Клетка Молекула | Астрономия, планетология Экология Экология, этология, зоология, ботаника -""- Физиология, анатомия, генетика -""- Анатомия, физиология Цитология, биофизика, биохимия, микробиология Молекулярная биология |
Дата добавления: 2020-10-25; просмотров: 241;