Микро и макро миры

     В дальнейшем развитие Вселенной шло  в направлении от максимально  простого однородного состояния  к созданию все более сложных  структур — атомов (первоначально  атомов водорода), галактик, звезд, планет, синтезу тяжелых элементов в  недрах звезд, в том числе и  необходимых для создания жизни, возникновению жизни и как  венца творения — человека.

     Различие  между этапами эволюции Вселенной  в инфляционной модели и модели Большого взрыва касается только первоначального  этапа порядка 10-30 с, далее  между  этими моделями принципиальных расхождений  в понимании этапов космической  эволюции нет.

     Вселенной на самых разных уровнях, от условно  элементарных частиц и до гигантских сверхскоплений галактик, присуща структурность. Современная структура Вселенной  является результатом космической  эволюции, в ходе которой из протогалактик  образовались галактики, из протозвезд – звезды, из протопланетного облака – планеты.

     Метагалактика – представляет собой совокупность звездных систем – галактик, а ее структура определяется их распределение в пространстве, заполненном чрезвычайно разреженным межгалактическим газом и пронизываемом межгалактическими лучами. Согласно современным представлениям, для метагалактики характерно ячеистая (сетчатая, пористая) структура. Возраст Метагалактики близок к возрасту Вселенной, поскольку образование структуры приходиться на период, следующий за разъединением вещества и излучение. По современным данным, возраст Метагалактики оценивается в 15 млрд. лет.

     Галактика – гигантская система, состоящая из скоплений звезд и туманностей, образующих в пространстве достаточно сложную конфигурацию.

     По  форме галактики условно распределяются на три типа: эллиптические, спиральные, неправильные.

     Звезды. На современном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится преимущественно в звездном состоянии. 97% вещества в нашей Галактике сосредоточено в звездах, представляющих собой гигантские плазменные образования различной величины, температуры, с разной характеристикой движения. У многих других галактик, если не у большинства, «звездная субстанция» составляет более чем 99,9% их массы. Возраст звезд меняется в достаточно большом диапазоне значений: от 15 млрд. лет, соответствующих возрасту Вселенной, до сотен тысяч — самых молодых. Есть звезды, которые образуются в настоящее время и находятся в протозвездной стадии, т.е. они еще не стали настоящими звездами. На завершающем этапе эволюции звезды превращаются в инертные («мертвые») звезды. Звезды не существуют изолированно, а образуют системы. 

     Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по размерам и физическому строению. В эту  группу входят: Солнце, девять больших  планет, десятки спутников планет, тысячи малых планет (астероидов), сотни  комет и бесчисленное множество  метеоритных тел, движущихся как  роями, так и в виде отдельных  частиц.   Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела — Солнца. Солнечная система является упорядоченной  системой, имеющей свои закономерности строения. Единый характер Солнечной  системы проявляется в том, что  все планеты вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении  и почти в одной и той  же плоскости. Солнце, планеты, спутники планет вращаются вокруг своих осей в том же направлении, в котором  они совершают движение по своим  траекториям. Закономерно и строение Солнечной системы: каждая следующая  планета удалена от Солнца примерно в два раза дальше, чем предыдущая.

     И хотя на этих уровнях действуют свои специфические закономерности, микро-, макро - и мегамиры теснейшим образом взаимосвязаны.

     На  микроскопическом уровне физика сегодня  занимается изучением процессов, разыгрывающихся  на длинах порядка 10 в минус восемнадцатой  степени см., за время - порядка 10 в  минус двадцать второй степени. В мегамире ученые с помощью приборов фиксируют объекты, удаленные от нас на расстоянии около 9-12 млрд. световых лет

     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 ее 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. С этой точки зрения структура материи проявляется в существовании бесконечного многообразия целостных систем, тесно связанных между собой. Из всего многообразия форм объективной реальности (то есть материи), эмпирически доступной для наблюдения является конечная область материального мира, которая простирается от 10-15см до 1028см (около 20 млрд. световых лет), а во времени - до 2-1010 лет. В этих доступных нам масштабах структурность материи проявляется в ее системной организации, существовании в виде множества иерархически взаимосвязанных систем:

 Метагалактика,  отдельная галактика, звездная  система, планета, отдельные тела, молекулы, атомы, элементарные частицы.

 Наряду  со структурностью неотъемлемым  свойством материи является ее  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 неживой  природе множество объектов будет  целостной системой только в  том случае, если энергия связи  между ними больше их суммарной  кинетической энергии совместно  с энергией внешних воздействий,  направленных на разрушение системы.  В противном случае система  не возникнет или распадется. Энергия внутренних связей - это  общая энергия, которую нужно  было бы приложить последовательно  к каждому из элементов, чтобы  удалить его из системы на  большое расстояние, то есть «растащить»  систему. Поскольку эта энергия  не возникает из ничего, стабильность  и целостность систем оказывается  косвенно обусловленной действием  закона сохранения энергии.

 Внутренняя  энергия связи может иметь  различное значение в зависимости  от характера сил, объединяющих  тела в системы. С переходом  от космических систем к макроскопическим  телам, молекулам и атомам к  гравитационным силам добавляются  электромагнитные, намного более  мощные, чем первые. В атомных  ядрах действуют еще более  мощные ядерные силы. Чем меньше  размеры материальных систем, тем  более прочно связаны между  собой их элементы. При переходе  к элементарным частицам энергия  внутренних связей возрастает  еще больше и оказывается сопоставимой  с их собственной энергией .

 Именно  на уровне микромира физика  ищет сегодня ответы на вопросы,  из чего состоит материя? Есть  ли конечный предел делимости  материи? - вопросы, издавна волновавшие  человечество.

 Долгое  время атом считался конечным  пределом делимости материи, а  также тем элементарным «кирпичиком»  вещества, из которого сложены  все предметы и явления нашего  мира. Но уже к началу XX в. выяснилось, что это не так. Был открыт  электрон, а затем и другие  элементарные частицы, число которых  постоянно возрастает и на  сегодняшний день превысило 300 разновидностей. У большинства элементарных  частиц есть античастицы, отличающиеся  противоположными знаками электрического  заряда и магнитного момента:  для электронов - позитроны, для  протона - антипротон, для нейтрона - антинейтрон и т.д. Все другие  свойства античастиц аналогичны  свойствам обычных частиц. Из  них могут образовываться устойчивые  атомные ядра, атомы, молекулы  и антивещество, подчиняющееся тем  же законам движения, что и  обычное вещество. При соприкосновении  вещества с антивеществом происходит  процесс аннигиляции - превращения  частиц и античастиц в фотоны  и мезоны больших энергий.

Структурность — это внутренняя расчлененность материального бытия. И скольо бы широк ни был диапазон мировидения науки, он постоянно связан с обнаружнием все новых и новых структурных образований. Если раньше взгляд на Вселенную замыкался галактикой, затем расширился до системы галактик, то теперь изучается Мегага-лактика как особая система со специфическими законами, внутренними и внешними взаимодействиями. Представление о структурности шагнуло до масштабов, превышающих 10 см, т.е. до 20 миллиардов световых лет. Речь идет не о спекулятивно сконструированной структурности (как в случае с гипотезой «бесструктурной Вселенной»), а о системности Вселенной, устанавливаемой средствами современной астрофизики. Да и самые общие соображения указывают на необоснованность отмеченной гипотезы: отказывая большему в структурности, невозможно принимать структурность меньшего; следствием должно быть утверждение и об отсутствии структуры части той же Вселенной, чего пытается избежать данная гипотеза. Возможна также разная степень структурированности каких-то сфер и масштабов Вселенной и принятие за «бесструктурность» слабо выраженной структурности относительно высокоразвитых структурных образований. Философские соображения и частнонаучные данные говорят в пользу положения о том, что в целом неорганическая природа есть самоорганизующаяся система, состоящая из развивающихся и взаимосвязанных систем различного уровня организации, не имеющая начала и конца

     Материя бесконечна структурно и в масштабах  микромира. Ныне все больше подтверждений  получает кварковая модель структуры  ад-ронов, что ведет к преодолению представления о бесструктурности элементарных частиц (протонов, нейтронов, гиперонов и др.).

      Это не означает, что структурную бесконечность материи нужно понимать как бесконечную делимость вещества. Современная физика подошла к такому рубежу, когда выявляются новые возможности в трактовке вопроса. Академик М.А. Марков, например, отмечает трудность, связанную с дальнейшей экстраполяцией понятия «состоит из...» на микромир. Если частица малой массы, пишет он, заключена в очень малом объеме, то, по соотношению неточностей Гейзенберга, ее кинетическая энергия возрастает с уменьшением этой области таким образом, что с неограниченным уменьшением этой области кинетическая энергия частицы и, следовательно, ее полная масса стремятся к бесконечности. Таким образом, оказывается, нельзя построить бесконечно «мелкую» структуру данного объекта данной массы, пытаясь строить его механически из частиц меньших масс, занимающих все меньшие объемы в структуре данного объема. Возникла идея строить частицы из более фундаментальных частиц, обладающих большими массами. Уменьшение массы результирующей системы возникает за счет сильного взаимодействия тяжелых частиц, составляющих систему. На этой основе — построение П-мезонов из более тяжелых нуклонов и антинуклонов, нуклонов — из частиц еще больших по массе — кварков (см.: Марков М.А. «О природе материи» М., 1976. С. 136 — 141). И в этой новой ситуации, как видим, материя не перестает быть структурно организованной.

     Материя во всех своих масштабах обладает формообразующей активностью. Бесструктурной материи нет.

     Первое, что поражает воображение человека, когда он наблюдает окружающий мир, - это удивительное многообразие предметов, процессов, свойств и отношений. Наблюдая явления роста и распада, соединения и разложения, первые мыслители  заметили, что некоторые свойства и состояния вещей во всех превращениях сохраняются. Эту постоянно сохраняющуюся  основу вещей они назвали первоматерией. Одни философы считали, что все вещи состоят из жидкой материи (воды), другие - из огненной материи, третьи - из воды, огня, земли и воздуха. На этой основе возникли первые теории происхождения  Солнечной системы и Земли, гипотезы о строении вещества. Материя мыслится в виде совокупности абсолютно плотных, неделимых частиц - атомов, совершающих  механическое движение в пустоте. С  точки зрения диалектики, материя  есть объективная реальность - причина, основа, содержание и носитель (субстанция) всего многообразия мира. Она проявляется  в бесчисленных свойствах. Основные: объективность существования, структурность, неуничтожимость, движение, пространство, время, отражение. У всех предметов и процессов внешнего мира есть такой общий признак: они существуют вне и независимо от нашего сознания, отражаясь прямо или косвенно в наших ощущениях. Прежде всего по этому признаку философия объединяет и обобщает их в одном понятии материя. Материальное единство мира. Каждое философское мышление может выводить единство мира из материи, либо из духовного начала. В первом мы имеем дело с материалистами, а во втором с идеалистами, а также с дуалистами. Некоторые философы усматривают единство предметов и процессов в их реальности, в том, что они существуют. Это есть то общее, что объединяет все в мире. Но реальность: существование может быть как и материальной, объективной, духовной, субъективной, воображаемой. Наши чувства, мысли, стремления, тоже реальны - они существуют. Но это не объективное, а субъективное существование. Принцип материального единства мира в общности материи как субстанции, как носителя многообразных свойств и отношений. Структурность материи. Материя имеет разнообразное, зернистое, прерывистое строение. Она состоит из частей различной величины, качественной определенности: элементарных частиц, атомов, молекул, ионов, планет. Ныне отрыто 30 различных элементарных частиц не считая живущих короткое время. Они различаются по массе покоя и разделяются: легкие частицы (липтоны), средние (мезоны) и барионы (тяжелые), а также фотон не имеющий массы покоя. С "прерывными" формами материи связаны "непрерывные", это разные виды полей (электромагнитные и т.п.) связывающие частицы материи, позволяющие им взаимодействовать. Материя не просто зерниста, дискретна -ее дискретные элементы являются неделимыми в определенной области взаимодействия. Под структурностью материи подразумевается внутренне расчлененная целостность, закономерный порядок связи элементов в составе целого. Материя - система и бытие и движение невозможны вне ее структурности. Упорядоченность материи имеет свои уровни, каждый из которых характеризуется особой системой закономерностей и своим носителем. Уровни: Субмикроэлементарный уровень - гипотетическая форма существования материи полевой природы, из которой рождаются элементарные частицы (микроэлементарный далее образуются ядра (ядерный уровень), из ядер и электронов возникают атомы (атомный уровень), а из них -молекулы (молекулярный уровень), из молекул формируются агрегаты - газообразные, жидкие, твердые тела (макроскопический уровень). Сформировавшиеся тела охватывают звезды с их спутниками, планеты с их спутниками. И так до бесконечности (космический уровень). Кроме сконденсировавшегося в виде небесных тел вещества во Вселенной имеется диффузная материя. Она существует в виде разобщенных атомов и молекул, а также в виде гигантских облаков газа и пыли различной плотности. Одним из атрибутов материи является неуничтожимость. Гибель конкретной вещи означает лишь превращение в другую. Рождение вещи озночает возникновение ее из другой. Субстанция (от лат.- substantia - сущность) - в обычном понимании синоним материи, вещества; в философском плане - нечто неизменное в противоположность меняющимся состояниям. Как сущность лежащая в основе всего лежит еще в древности Аристотель - живая субстанция, характеризующая: во-первых, каждая вещь есть самостоятельный факт (принцип материальности); во-вторых, каждый объект обладает структурой, части которой соотнесены друг с другом (Арист. концепция активной формы); в третьих, каждая вещь должная указывать свое происхождение (причинность); в-четвертых, каждая вещь имеет назначение (принцип цели). Декарт говорит о двух субстанциях. У Спинозы она бесконечна которая Бог или природа. Для Шопенгауэра - материя, для Юма - фикция, сосуществование свойств. Современная психология -актуальность теории. Для естествознания - см. выше, (существенный, лежащий в основе). Субстрат (от лат.-substranim подкладка) - основа, основание, носитель, субстанция.