Системный подход в изучении материи

Материя — это объективная реальность, существующая независимо от человека и его представлений о ней.

Основными формами материи являются вещество, поле и физический вакуум.

Вещество — различные частицы и тела, имеющие массу покоя.

Поле — это специфическая форма распределения материи в пространстве и времени. Поля и их кванты не имеют массы покоя, хотя обладают энергией и импульсом.

Физический вакуум — особое состояние материи, характеризующееся наименьшей энергией, «океан» виртуальных частиц. При определенных условиях виртуальные частицы становятся реальными частицами вещества или квантами полей.

Поле и вещество обладают определенными физическими параметрами. Распространяющееся в пространстве возмущение поля (волна) описывается длинной волны, фазой, амплитудой. Частицы характеризуются массой покоя, зарядом, временем жизни, квантовыми числами, спином (моментом количества движения).

Вещество может находиться в четырех состояниях: твердом, жидком, газообразном и плазменном (сильно ионизированный газ).

Поля бывают: гравитационное, слабое, электромагнитное, сильное.

Выделяют пять форм движения материи, расположенных иерархически: механическая, физическая, химическая, биологическая и социальная.

Одним из основных свойств материи является ее неисчерпаемость. Неисчерпаемость материи предполагает ограниченную применимость любых законов, схем, моделей. Практически любой закон имеет границы применения. Некоторые законы и теории существуют для «идеальных» систем, например, идеальный газ, идеальный проводник и т. д. Неисчерпаемость материи предполагает ее бесконечность. Различают:

· Экстенсивную бесконечность (бесконечность вширь) — бесконечность Вселенной;

· Интенсивную бесконечность (бесконечность вглубь) — бесконечность микромира. Современная физика элементарных частиц утверждает, что в природе нет абсолютно элементарных объектов.

Изучение материи предполагает системный подход.

Система — это внутренне организованная целостность, в которой все элементы настолько тесно связаны друг с другом, что выступают как нечто единое.

Система состоит из элементов. Элемент системы — это минимальная единица в составе целого, выполняющая в нем определенную функцию. Системы могут быть простыми и сложными.

Сложной считается такая система, элементы которой сами рассматриваются как системы. Системами являются и живые организмы, и компьютеры, и общественные структуры, и научные теории, и Вселенная, и атом.

Совокупность связей между элементами образует структуру системы. Связи могут быть двух типов: горизонтальные и вертикальные.

Связи горизонтальные — это связи координации между однопорядковыми элементами. Т.е. изменение одной части системы передается другим.

Связи вертикальные — это связи субординации, т.е. соподчинения элементов. Они выражают сложное внутреннее устройство системы. При наличии таких связей, свойства системы — это уже не просто сумма всех свойств ее элементов, а нечто новое, присущее самой системе.

Под структурой материи понимается совокупность всех связей элементов в системе, определяющая ее качественную специфику. Из всего многообразия форм объективной реальности (материи) эмпирически доступной для наблюдения является область материального мира от 10^-18 м до 10²⁸ м (около 20 млрд. световых лет). В этих доступных для человека масштабах структурность материи проявляется в ее системной организации в виде множества взаимосвязанных систем: Метагалактика, отдельная галактика, звездная система, планета, отдельные тела, молекулы, атомы, элементарные частицы.

В естественных науках выделяют 2 больших класса материальных систем: системы неживой природы и системы живой природы.

В неживой природе в качестве структурных уровней организации материи выделяют по нарастающей сложности следующие системы: кварки, адроны, атомные ядра, атомы, молекулы, поля, макроскопические тела, планеты, звезды и звездные системы, галактики и системы галактик.

В живой природе к структурным уровням относят: 1) системы доклеточного уровня — нуклеиновые кислоты и белки; 2) клетки в форме одноклеточных организмов и элементарных единиц живого вещества, 3) многоклеточные организмы растительного и животного мира, 4) структуры, включающие в себя виды, популяции и т д., 5) биосфера — вся масса живого вещества.

В науке условно выделяют три уровня строения материи:

Макромир — мир объектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в мм., см., км., а время — в с., мин., часах, годах. К макромиру относятся объекты от размеров молекул (10^-7 м) до размеров планеты (10⁷ м). В макромире наиболее ярко проявляют себя (доминируют) электромагнитное и гравитационное взаимодействия.

Микромир — мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых объектов, пространственная размерность которых от 10^-8 до 10^-18 м., а время жизни – от ∞ до 10^-24 с. В микромире доминируют сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия.

Мегамир — мир космических объектов, больших размеров, чем отдельная планета. Расстояния в мегамире измеряются астрономическими единицами, световыми годами, парсеками, а время существования космических объектов — миллионами и миллиардами лет. В мегамире доминирующим является гравитационное взаимодействие.

Хотя на этих уровнях действуют свои специфические законы, все они теснейшим образом связаны между собой.