Реферат: Концепция строения материи
ВВЕДЕНИЕ.
Каждый человек-это загадка ив основном, загадка для самого себя. Наше общество, общество людей — это самаябольшая тайна, и конечно познать эту тайну, в силах не каждый, но каждый, яуверен, хотя бы в глубине души, пытается эту тайну для себя приоткрыть.Приоткрыть ее, познав себя самого.
Я думаю, что в этом вопросе,для меня лично, сможет помочь концепция современного естествознания. Ведьосновная цель современного естествознания — познание мира, формирование нашеголичного мировоззрения. Сейчас главная функция современного естествознания — технический прогресс. Современный мир сформировался в ряде факторов, основнойиз которых Научно-технический Прогресс (НТП). Основные особенности современногомира определяются НТП.
Научно-технический Прогресс- основа современной цивилизации. Ему всего 300-350 лет. Именно тогда возниклаиндустриальная цивилизация. НТП пропитывает всю цивилизацию (деятельность,жизнь людей). Все связано с НТП, даже культура (создана индустрия размноженияпродуктов культуры). Следующая цель — видимо — эмоции.
НТП вещь двоякая: у негоесть как положительные, так и отрицательные черты. Положительные — улучшениекомфорта, отрицательные — экологические (комфорт ведет к экологическомукризису) и культурные (в связи с развитием средств общения нет необходимостинепосредственного контакта).
Отношение к нему тожедвоякое: несмотря на усиленное развитие Научно-технического Прогресса, науровне культуры нет подобного роста. Даже, напротив, есть полярность. Одниговорят, что наука хорошо, другие — плохо.
Приведем результаты опросапо отношению к науке в Англии.
45 % — больше добра.
38 % — уравновешено.
11 % — больше зла.
В настоящее время изучениеестественной науки сконцентрировано на трех главных фронтах: 1) изучение оченьбольшого — (занимается астрономия, астрономы наблюдают все более отдаленныеобъекты и пытаются составить представление о том, как выглядит населяемый намимир в макрокосмосе); 2) изучение очень малого — (представляет собой мир атомов.Мы сами и все вокруг нас состоит из атомов, для нас представляет первостепенныйинтерес, как мы сложены); 3) изучение очень сложного (эта область принадлежитбиологии).
1. Макромир: концепции классического естествознания.
В истории изучения природыможно выделить два этапа: донаучный и научный.
Донаучный, илинатурфилософский, охватывает период от античности до становленияэкспериментального естествознания в XVI-XVII вв. В этот период учения о природеносили чисто натурфилософский характер: наблюдаемые природные явленияобъяснялись на основе умозрительных философских принципов.
Наиболее значимой дляпоследующего развития естественных наук была концепция дискретного строенияматерии атомизм, согласно которому все тела состоят из атомов — мельчайших вмире частиц.
Античный атомизм был первойтеоретической программой объяснения целого как суммы отдельных составляющих егочастей. Исходными началами в атомизме выступали атомы и пустота. Сущностьпротекания природных процессов объяснялась на основе механическоговзаимодействия атомов, их притяжения и отталкивания. Механическая программаописания природы, впервые выдвинутая в античном атомизме, наиболее полнореализовалась в классической механике, со становления которой начинаетсянаучный этап изучения природы.
Поскольку современные научныепредставления о структурных уровнях организации материи были выработаны в ходекритического переосмысления представлений классической науки, применимых толькок объектам макроуровня, то начинать исследование нужно с концепций классическойфизики.
Формирование научных взглядовна строение материи относится к XVI в., когда Г. Галилеем была заложена основапервой в истории науки физической картины мира — механической. Он не простообосновал гелиоцентрическую систему Н. Коперника и открыл закон инерции, аразработал методологию нового способа описания природы — научно-теоретического.Суть его заключалась в том, что выделялись только некоторые физические игеометрические характеристики, которые становились предметом научногоисследования. Галилей писал: “Никогда я не стану от внешних тел требоватьчего-либо иного, чем величина, фигура, количество и более или менее быстрогодвижения для того, чтобы объяснить возникновение вкуса, запаха и звука”.Выделение отдельных характеристик объекта позволяло строить теоретическиемодели и проверять их в условиях научного эксперимента. Эта методологическаяконцепция, впервые сформулированная Галилеем в труде “Пробирные весы”, оказаларешающее влияние на становление классического естествознания.
И. Ньютон, опираясь на трудыГалилея, разработал строгую научную теорию механики, описывающую и движениенебесных тел, и движение земных объектов одними и теми же законами. Природарассматривалась как сложная механическая система.
В рамках механической картинымира, разработанной И. Ньютоном и его последователями, сложилась дискретная(корпускулярная) модель реальности. Материя рассматривалась как вещественнаясубстанция, состоящая из отдельных частиц — атомов или корпускул. Атомыабсолютно прочны, неделимы, непроницаемы, характеризуются наличием массы ивеса.
Существенной характеристикойньютоновского мира было трехмерное пространство евклидовой геометрии, котороеабсолютно постоянно и всегда пребывает в покое. Время представлялось каквеличина, не зависящая ни от пространства, ни от материи.
Движение рассматривалось какперемещение в пространстве по непрерывным траекториям в соответствии с законамимеханики. Считалось, что все физические процессы можно свести к перемещениюматериальных точек под действием силы тяготения, которая являетсядальнодействующей.
Итогом ньютоновской картинымира явился образ Вселенной как гигантского и полностью детерминированногомеханизма, где события и процессы являют собой цепь взаимозависимых причин иследствий. Отсюда и вера в то, что теоретически можно точно реконструироватьлюбую прошлую ситуацию во Вселенной или предсказать будущее с абсолютнойопределенностью. И. Р. Пригожий назвал эту веру в безграничную предсказуемость“основополагающим мифом классической науки”.
Механистический подход кописанию природы оказался необычайно плодотворным. Вслед за ньютоновскоймеханикой были созданы гидродинамика, теория упругости, механическая теориятепла, молекулярно-кинетическая теория и целый ряд других, в русле которыхфизика достигла огромных успехов. Однако были две области — оптических иэлектромагнитных явлений, которые не могли быть полностью объяснены в рамкахмеханистической картины мира.
Разрабатывая оптику, И.Ньютон, следуя логике своего учения, считал свет потоком материальных частиц — корпускул. В корпускулярной теории света И. Ньютона утверждалось, чтосветящиеся тела излучают мельчайшие частицы, которые движутся в согласии сзаконами механики и вызывают ощущение света, попадая в глаз. На базе этойтеории И. Ньютоном было дано объяснение законам отражения и преломления света.
Наряду с механическойкорпускулярной теорией, осуществлялись попытки объяснить оптические явленияпринципиально иным путем, а именно — на основе волновой теории,сформулированной X. Гюйгенсом. Волновая теория устанавливала аналогию междураспространением света и движением волн на поверхности воды или звуковых волн ввоздухе. В ней предполагалось наличие упругой среды, заполняющей все пространство,- светоносного эфира. Распространение света рассматривалось как распространениеколебаний эфира: каждая отдельная точка эфира колеблется в вертикальномнаправлении, а колебания всех точек создают картину волны, которая перемещаетсяв пространстве от одного момента времени к другому. Главным аргументом в пользусвоей теории X. Гюйгенс считал тот факт, что два луча света, пересекаясь,пронизывают друг друга без каких-либо помех в точности, как два ряда волн наводе.
Согласно же корпускулярнойтеории, между пучками излученных частиц, каковыми является свет, возникали быстолкновения или, по крайней мере, какие-либо возмущения. Исходя из волновойтеории X. Гюйгенс успешно объяснил отражение и преломление света.
Однако против неесуществовало одно важное возражение. Как известно, волны обтекают препятствия.А луч света, распространяясь по прямой, обтекать препятствия, не может. Если напути луча света поместить непрозрачное тело с резкой гранью, то его тень будетиметь резкую границу. Однако это возражение вскоре было снято благодаря опытамГримальди. При более тонком наблюдении с использованием увеличительных линзобнаруживалось, что на границах резких теней можно видеть слабые участкиосвещенности в форме перемежающихся светлых и темных полосок или ореолов. Этоявление было названо дифракцией света. Именно открытие дифракции сделало X.Гюйгенса ревностным сторонником волновой теории света. Однако авторитет И.Ньютона был настолько высок, что корпускулярная теория воспринималасьбезоговорочно даже, несмотря на то, что на ее основе нельзя было объяснитьявление дифракции.
Волновая теория света былавновь выдвинута в первые десятилетия XIX в. английским физиком Т. Юнгом ифранцузским естествоиспытателем О. Ж. Френелем. Т. Юнг дал объяснение явлениюинтерференции, т.е. появлению темных полосок при наложении света на свет. Сутьее можно описать с помощью парадоксального утверждения: свет, добавленный ксвету, не обязательно дает более сильный свет, но может давать более слабый идаже темноту. Причина этого заключается в том, что согласно волновой теории,свет представляет собой не поток материальных частиц, а колебания упругойсреды, или волновое движение. При наложении друг на друга цепочек волн впротивоположных фазах, где гребень одной волны совмещается со впадиной другой,они уничтожают друг друга, в результате чего появляются темные полосы.
Явления интерференции идифракции могли быть объяснены только в рамках волновой теории и не поддавалисьобъяснению на основе механической корпускулярной теории света.
Другой областью физики, гдемеханические модели оказались неадекватными, была область электромагнитныхявлений. Эксперименты английского естествоиспытателя М. Фарадея и теоретическиеработы английского физика Дж. К. Максвелла окончательно разрушили представленияньютоновской физики о дискретном веществе как единственном виде материи иположили начало электромагнитной картине мира.
Явление электромагнетизмаоткрыл датский естествоиспытатель X. К. Эрстед, который впервые заметилмагнитное действие электрических токов. Продолжая исследования в этомнаправлении, М. Фарадей обнаружил, что временное изменение в магнитных поляхсоздает электрический ток. Осмысливая свои эксперименты, он ввел понятие“силовые линии”. М. Фарадей, обладавший талантом экспериментатора и богатымвоображением, с классической ясностью представлял себе действие электрическихсил от точки к точке в их “силовом поле”. На основе своего представления осиловых линиях он предположил, что существует глубокое родство электричества исвета, и хотел построить и экспериментально обосновать новую оптику, в которойсвет рассматривался бы как колебания силового поля. Эта мысль была необычайносмела для того времени, но достойна исследователя, который считал, что толькотот находит великое, кто исследует маловероятное.
М. Фарадей пришел к выводу,что учение об электричестве и оптика взаимосвязаны и образуют единую область.Его работы стали исходным пунктом исследований Дж. К. Максвелла, заслугакоторого состоит в математической разработке идей М. Фарадея о магнетизме иэлектричестве. Используя высокоразвитые математические методы. Максвелл“перевел” модель силовых линий Фарадея в математическую формулу. Понятие “полесил” первоначально складывалось как вспомогательное математическое понятие. Дж.К. Максвелл придал ему физический смысл и стал рассматривать поле каксамостоятельную физическую реальность: “Электромагнитное поле — это та частьпространства, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся вэлектрическом или магнитном состоянии”. Обобщив установленные ранееэкспериментальным путем законы электромагнитных явлений (Кулона, Ампера,Био-Савара) и открытое М. Фарадеем явление электромагнитной индукции, Максвеллчисто математическим путем нашел систему дифференциальных уравнений,описывающих электромагнитное поле. Эта система уравнений дает в пределах своейприменимости полное описание электромагнитных явлений и представляет собойстоль же совершенную и логически стройную теорию, как и система ньютоновскоймеханики.
Из уравнений следовалважнейший вывод о возможности самостоятельного существования поля, не“привязанного” к электрическим зарядам. В дифференциальных уравнениях Максвеллавихри электрического и магнитного полей определяются производными по времени неот своих, а от чужих полей: электрическое — от магнитного и, наоборот,магнитное — от электрического. Поэтому если меняется со временем магнитноеполе, то существует и переменное электрическое поле, которое в свою очередьведет к изменению магнитного поля. В результате происходит постоянное изменениевекторов напряженности электрического и магнитного полей, т.е. возникаетпеременное электромагнитное поле, которое уже не привязано к заряду, аотрывается от него, самостоятельно существуя и распространяясь в пространстве.Вычисленная им скорость распространения электромагнитного поля оказалась равнаскорости света. Исходя из этого Максвелл смог заключить, что световые волныпредставляют собой электромагнитные волны. Единая сущность света иэлектричества, которую М. Фарадей предположил в 1845 г., а Дж. К. Максвеллтеоретически обосновал в 1862 г., была экспериментально подтверждена немецкимфизиком Г. Герцем в 1888 г.
В экспериментах Г. Герца врезультате искровых разрядов между двумя заряженными шарами появлялисьэлектромагнитные волны. Когда они падали на круговой проволочный виток, тосоздавали в нем токи, о появлении которых свидетельствовали искры,проскакивающие через разрыв. Г. Герц успешно провел отражение этих волн и ихинтерференцию, т.е. те явления, которые характерны для световых волн, а затемизмерил длину электромагнитных волн. Зная частоту колебаний, он смог подсчитатьскорость распространения электромагнитных волн, которая оказалась равнаскорости света. Это прямо подтвердило гипотезу Максвелла.
После экспериментов Г. Герцав физике окончательно утвердилось понятие поля не в качестве вспомогательнойматематической конструкции, а как объективно существующей физическойреальности. Был открыт качественно новый, своеобразный вид материи.
Итак, к концу XIX в. физикапришла к выводу, что материя существует в двух видах: дискретного вещества инепрерывного поля.
· • Вещество и поле различаются как корпускулярные и волновые сущности:вещество дискретно и состоит из атомов, а поле непрерывно.
· • Вещество и поле различаются по своим физическим характеристикам:частицы вещества обладают массой покоя, а поле — нет.
· • Вещество и поле различаются по степени проницаемости: вещество малопроницаемо, а поле, наоборот, полностью проницаемо.
· • Скорость распространения поля равна скорости света, а скоростьдвижения частиц вещества меньше ее на много порядков.
В результате же последующихреволюционных открытий в физике в конце прошлого и начале нынешнего столетийоказались разрушенными представления классической физики о веществе и поле какдвух качественно своеобразных видах материи.
2. Микромир: концепции современной физики.
Атомистическая концепциястроения материи.
Атомистическая гипотезастроения материи, выдвинутая в античности Демокритом, была возрождена в XVIIIв. химиком Дж. Дальтоном, который принял атомный вес водорода за единицу исопоставил с ним атомные веса других газов. Благодаря трудам Дж. Дальтона сталиизучаться физико-химические свойства атома. В XIX в. Д. И. Менделеев построилсистему химических элементов, основанную на их атомном весе.
В физику представления обатомах как о последних неделимых структурных элементах материи пришли из химии.Собственно физические исследования атома начинаются в конце XIX в., когдафранцузским физиком А. А. Беккерелем было открыто явление радиоактивности,которое заключалось в самопроизвольном Превращении атомов одних элементов ватомы других элементов. Изучение радиоактивности было продолжено французскимифизиками супругами Пьером и Марией Кюри, открывшими новые радиоактивныеэлементы полоний и радий.
История исследованиястроения атома началась в 1895 г. благодаря открытию Дж. Дж. Томсоном электрона- отрицательно заряженной частицы, входящей в состав всех атомов. Посколькуэлектроны имеют отрицательный заряд, а атом в целом электрически нейтрален, тобыло сделано предположение о наличии помимо электрона и положительно заряженнойчастицы. Масса электрона составила по расчетам 1/1836 массы положительнозаряженной частицы.
Исходя из огромной, посравнению с электроном, массы положительно заряженной частицы, английский физикУ. Томсон (лорд Кельвин) предложил в 1902 г. первую модель атома -положительныйзаряд распределен в достаточно большой области, а электроны вкраплены в него,как “изюм в пудинг”. Эта Идея была развита Дж. Томсоном. Модель атома Дж. Томсона,над которой он работал почти 15 лет, не устояла перед опытной проверкой.
В 1908 г. Э. Марсден и X.Гейгер, сотрудники Э. Резерфорда, провели опыты по прохождению альфа-частицчерез тонкие пластинки из золота и других металлов и обнаружили, что почти всеони проходят через пластинку, будто нет препятствия, и только 1/10000 из нихиспытывает сильное отклонение. По модели Дж. Томсона это объяснить неудавалось, но Э. Резерфорд нашел выход. Он обратил внимание на то, что большаячасть частиц отклоняется на малый угол, а малая — до 150°. Э. Резерфорд пришелк выводу, что они ударяются о какое-то препятствие, это препятствиепредставляет собой ядро атома — положительно заряженную микрочастицу, размеркоторой (10-12 см) очень мал по сравнению с размерами атома (10-8см), но в ней почти полностью сосредоточена масса атома.
Модель атома, предложенная Э.Резерфордом в 1911 г., напоминала солнечную систему: в центре находится атомноеядро, а вокруг него по своим орбитам движутся электроны.
Ядро имеет положительныйзаряд, а электроны — отрицательный. Вместо сил тяготения, действующих вСолнечной системе, в атоме действуют электрические силы. Электрический зарядядра атома, численно равный порядковому номеру в периодической системеМенделеева, уравновешивается суммой зарядов электронов — атом электрическинейтрален.
Неразрешимое противоречиеэтой модели заключалось в том, что электроны, чтобы не потерять устойчивость,должны двигаться вокруг ядра. В то же время они, согласно законамэлектродинамики, обязательно должны излучать электромагнитную энергию. Но втаком случае электроны очень быстро потеряли бы всю свою энергию и упали наядро.
Следующее противоречиесвязано с тем, что спектр излучения электрона должен быть непрерывным, так какэлектрон, приближаясь к ядру, менял бы свою частоту. Опыт же показывает, чтоатомы излучают свет только определенных частот. Именно поэтому атомные спектрыназывают линейчатыми. Другими словами, планетарная модель атома Резерфордаоказалась несовместимой с электродинамикой Дж. К. Максвелла.
В 1913 г. великий датскийфизик Н. Бор применил принцип квантования при решении вопроса о строении атомаи характеристике атомных спектров.
Модель атома Н. Борабазировалась на планетарной модели Э. Резерфорда и на разработанной им самимквантовой теории строения атома. Н. Бор выдвинул гипотезу строения атома,основанную на двух постулатах, совершенно несовместимых с классической физикой:
1) в каждом атоме существует несколько стационарныхсостояний (говоря языком планетарной модели, несколько стационарных орбит)электронов, двигаясь по которым электрон может существовать, не излучая;
2) при переходе электрона из одного стационарногосостояния в другое атом излучает или поглощает порцию энергии.
Постулаты Бора объясняютустойчивость атомов: находящиеся в стационарных состояниях электроны безвнешней на то причины не излучают электромагнитной энергии. Становитсяпонятным, почему атомы химических элементов не испускают излучения, если ихсостояние не изменяется: объясняются и линейчатые спектры атомов: каждой линииспектра соответствует переход электрона из одного состояния в другое.
Теория атома Н. Борапозволяла дать точное описание атома водорода, состоящего из одного протона иодного электрона, достаточно хорошо согласующееся с экспериментальными данными.Дальнейшее же распространение теории на многоэлектронные атомы и молекулыстолкнулось с непреодолимыми трудностями. Чем подробнее теоретики пыталисьописать движение электронов в атоме, определить их орбиты, тем большим былорасхождение теоретических результатов с экспериментальными данными. Как сталоясно в ходе развития квантовой теории, эти расхождения главным образом былисвязаны с волновыми свойствами электрона. Длина волны движущегося в атомеэлектрона равна примерно 10-8 см, т.е. она того же порядка, что иразмер атома. Движение частицы, принадлежащей какой-либо системе, можно сдостаточной степенью точности описывать как механическое движение материальнойточки по определенной орбите (траектории) только в том случае, если длина волнычастицы пренебрежимо мала по сравнению с размерами системы. Другими словами,следует учитывать, что электрон не точка и не твердый шарик, он обладаетвнутренней структурой, которая может изменяться в зависимости от его состояния.При этом детали внутренней структуры электрона неизвестны.
Следовательно, точно описатьструктуру атома на основании представления об орбитах точечных электроновпринципиально невозможно, поскольку таких орбит в действительности несуществует. Вследствие своей волновой природы электроны и их заряды как быразмазаны по атому, однако не равномерно, а таким образом, что в некоторыхточках усредненная по времени электронная плотность заряда больше, а в других — меньше.
Описание распределенияплотности электронного заряда было дано в квантовой механике: плотностьэлектронного заряда в определенных точках дает максимум. Кривая, связывающаяточки максимальной плотности, формально называется орбитой электрона.Траектории, вычисленные в теории Н. Бора для одноэлектронного атома водорода,совпали с кривыми максимальной средней плотности заряда, что и обусловилосогласованность с экспериментальными данными.
Теория Н. Бора представляетсобой как бы пограничную полосу первого этапа развития современной физики. Этопоследнее усилие описать структуру атома на основе классической физики,дополняя ее лишь небольшим числом новых предположений. Введенные Боромпостулаты ясно показали, что классическая физика не в состоянии объяснить дажесамые простые опыты, связанные со структурой атома. Постулаты, чужеродные классическойфизике, нарушили ее цельность, но позволили объяснить лишь небольшой кругэкспериментальных данных.
Создавалось впечатление, чтопостулаты Н. Бора отражают какие-то новые, неизвестные свойства материи, нолишь частично. Ответы на эти вопросы были получены в результате развитияквантовой механики. Выяснилось, что атомную модель Н. Бора не следует пониматьбуквально, как это было вначале. Процессы в атоме в принципе нельзя нагляднопредставить в виде механических моделей по аналогии с событиями в макромире.Даже понятия пространства и времени в существующей в макромире форме оказалисьнеподходящими для описания микрофизических явлений. Атом физиков-теоретиков всебольше и больше становился абстрактно-ненаблюдаемой суммой уравнений.
3. Мегамир: современные астрофизические икосмологические концепции.
Мегамир, или космос,современная наука рассматривает как взаимодействующую и развивающуюся системувсех небесных тел. Мегамир имеет системную организацию в форме планет ипланетных систем, возникающих вокруг звезд; звезд и звездных систем — галактик.
Все существующие галактикивходят в систему самого высокого порядка — Метагалактику. Размеры Метагалактикиочень велики: радиус космологического горизонта составляет 15- 20 млрд.световых лет.
Понятия “Вселенная” и“Метагалактика” — очень близкие понятия: они характеризуют один и тот жеобъект, но в разных аспектах. Понятие “Вселенная” обозначает весь существующийматериальный мир; понятие “Метагалактика” — тот же мир, но с точки зрения егоструктуры — как упорядоченную систему галактик.
Строение и эволюция Вселеннойизучаются космологией. Космология как раздел естествознания, находится насвоеобразном стыке науки, религии и философии. В основе космологических моделейВселенной лежат определенные мировоззренческие предпосылки, а сами эти моделиимеют большое мировоззренческое значение.
3.1. Современные космологические модели Вселенной.
Как указывалось в предыдущейглаве, в классической науке существовала так называемая теория стационарногосостояния Вселенной, согласно которой Вселенная всегда была почти такой же, каксейчас. Астрономия была статичной: изучались движения планет и комет,описывались звезды, создавались их классификации, что было, конечно, оченьважно. Но вопрос об эволюции Вселенной не ставился.
Классическая ньютоновскаякосмология явно или неявно принимала следующие постулаты:
· • Вселенная — это всесуществующая, “мир в целом”. Космология познает миртаким, как он существует сам по себе, безотносительно к условиям познания.
· • Пространство и время Вселенной абсолютны, они не зависят отматериальных объектов и процессов”
· • Пространство и время метрически бесконечны.
· • Пространство и время однородны и изотропны.
· • Вселенная стационарна, не претерпевает эволюции. Изменяться могутконкретные космические системы, но не мир в целом.
В ньютоновской космологиивозникали два парадокса, связанные с постулатом бесконечности Вселенной.
Первый парадокс получилназвание гравитационного. Суть его заключается в том, что если Вселеннаябесконечна и в ней существует бесконечное количество небесных тел, то силатяготения будет бесконечно большая, и Вселенная должна сколлапсировать, а несуществовать вечно.
Второй парадокс называетсяфотометрическим: если существует бесконечное количество небесных тел, то должнабыть бесконечная светимость неба, что не наблюдается.
Эти парадоксы, не разрешимыев рамках ньютоновской космологии, разрешает современная космология, в границахкоторой было введено представление о расширяющейся и эволюционирующейВселенной.
Современные космологическиемодели Вселенной основываются на общей теории относительности А. Эйнштейна,согласно которой метрика пространства и времени определяется распределениемгравитационных масс во Вселенной. Ее свойства как целого обусловлены среднейплотностью материи и другими конкретно-физическими факторами.
Современная релятивистскаякосмология строит модели Вселенной, отталкиваясь от основного уравнениятяготения, введенного А. Эйнштейном в общей теории относительности. Уравнениетяготения Эйнштейна имеет не одно, а множество решений, чем и обусловленоналичие многих космологических моделей Вселенной. Первая модель быларазработана самим А. Эйнштейном в 1917 г. Он отбросил постулаты ньютоновскойкосмологии об абсолютности и бесконечности пространства и времени. Всоответствии с космологической моделью Вселенной А. Эйнштейна мировоепространство однородно и изотропно, материя в среднем распределена в нейравномерно, гравитационное притяжение масс компенсируется универсальнымкосмологическим отталкиванием. Модель А. Эйнштейна носит стационарный характер,поскольку метрика пространства рассматривается как независимая от времени.Время существования Вселенной бесконечно, т.ё. не имеет ни начала, ни конца, апространство безгранично, но конечно.
Вселенная в космологическоймодели А. Эйнштейна стационарна, бесконечна во времени и безгранична впространстве.
Эта модель казалась в товремя вполне удовлетворительной, поскольку она согласовалась со всемиизвестными фактами.
Но новые идеи, выдвинутые А.Эйнштейном, стимулировали дальнейшие исследования, и вскоре подход к проблемерешительно изменился.
В том же 1917 годуголландский астроном Виллем де Ситтер предложил другую модель, представляющуюсобой также решение уравнений тяготения. Это решение имело то свойство, что оносуществовало бы даже в случае “пустой” Вселенной появились массы, то решениепереставало быть стационарным: возникало некоторого рода космическогоотталкивание между массами, стремящееся удалить их друг от друга и растворитьвсю систему. Тенденция к расширению, по В. де Ситтеру, становилась заметнойлишь на очень больших расстояниях.
В 1992г. русский математик игеофизик А.А Фридман отбросил постулат классической космологии о стационарностиВселенной и получил решение уравнения Эйнштейна, описывающее Вселенную с“расширяющимся” пространством.
Решение уравнения А.А.Фридмана допускает три возможности. Если средняя плотность вещества и излученияво Вселенной равна некоторой критической величине, мировое пространствооказывается евклидовым и Вселенная неограниченно расширяется от первоначальноготочечного состояния. Если плотность меньше критической, пространство обладаетгеометрией Лобачевского и также неограниченно расширяется. И, наконец, еслиплотность больше критической, пространство Вселенной оказывается римановым,расширение на некотором этапе сменяется сжатием, которое продолжается вплоть допервоначального точечного состояния.
Поскольку средняя плотностьвещества во Вселенной неизвестна, то сегодня мы не знаем, в каком из этихпространств Вселенной мы живем.
В 1927 г. бельгийский аббат иученый Ж. Леметр связал “расширение” пространства с данными астрономическихнаблюдений. Леметр ввел понятие начала Вселенной как сингулярности (т.е.сверхплотного состояния) и рождения Вселенной как Большого взрыва.
В 1929 году американскийастроном Э.П. Хаббл обнаружил существование странной зависимости междурасстоянием и скоростью галактик: все галактики движутся от нас, причем соскоростью, которая возрастает пропорционально расстоянию, — система галактик расширяется.
Расширение Вселеннойсчитается научно установленным фактом..
3.2. Проблема происхождения и эволюции Вселенной.
Как бы не решался вопрос омногообразии космологических моделей, очевидно, что наша Вселенная расширяется,эволюционирует. Согласно теоретическим расчетам Ж. Леметра, радиус Вселенной впервоначальном состоянии был 10-12 см, что близко по размерам крадиусу электрона, а ее плотность составляла 1096 г/см3.В сингулярном состоянии Вселенная представляла собой микрообъект ничтожно малыхразмеров. От первоначального сингулярного состояния Вселенная перешла красширению в результате Большого взрыва. Начиная с конца 40-х годов нашего векавсе большее внимание в космологии привлекает физика процессов на разных этапахкосмологического расширения. Ученик А.А Фридмана Г. А. Гамов разработал модельгорячей Вселенной, рассматривая ядерные реакции, протекавшие в самом началерасширения Вселенной, и назвал ее “Космологией Большого взрыва”.
Ретроспективные расчетыопределяют возраст Вселенной в 13-20 млрд. лет. Г.А. Гамов предположил, чтотемпература вещества была велика и падала с расширением Вселенной. Его расчетыпоказали, что Вселенная в своей эволюции проходит определенные этапы, в ходекоторых происходит образование химических элементов и структур. В современнойкосмологии для наглядности начальную стадию эволюцию Вселенной делят на “эры”
Эра адронов (тяжелых частиц,вступающих в сильные взаимодействия). Продолжительность эры 0,0001 с,температура 1012 градусов по Кельвину, плотность 1014см3.В конце эры происходит аннигиляция частиц и античастиц, но остается некотороеколичество протонов, гиперонов, мезонов.
Эра лептонов (легких частиц,вступающих в электромагнитное взаимодействие). Продолжительность эры 10 с,температура 1010 градусов по Кельвину, плотность 104см3.Основную роль играют легкие частицы, принимающие участие в реакциях междупротонами и нейтронами.
Фотонная эра.Продолжительность 1 млн. лет. Основная доля массы — энергии Вселенной — приходится на фотоны. К концу эры температура падает с 1010 3000градусов по Кельвину, плотность — с 104 г/см3 до 1021г/см3. Главную роль играет излучение, которое в конце эры отделяетсяот вещества.
Звездная эра наступает через1 млн. лет после зарождения Вселенной. В звездную эру начинается процесс образованияпротозвезд и протогалактик.
Затем разворачиваетсяграндиозная картина образования структуры Метагалактики.
В современной космологиинаряду с гипотезой Большого взрыва весьма популярна инфляционная модельВселенной, в которой рассматривается творение Вселенной. Идея творения имееточень сложное обоснование и связана с квантовой космологией. В этой моделиописывается эволюция Вселенной начиная с момента 10-45 с посленачала расширения.
Сторонники инфляционноймодели видят соответствие между этапами космической эволюции и этапами творениямира, описанными в книге Бытия в Библии.
В соответствии с инфляционнойгипотезой космическая эволюция в ранней Вселенной проходит ряд этапов.
Начало Вселенной определяетсяфизиками-теоретиками как состояние квантовой супергравитации с радиусомВселенной в 10-50 см (для сравнения: размер атома определяется как10-8 см, а размер атомного ядра 10-13 см).Основные события в ранней Вселенной разыгрывались за ничтожно малый промежутоквремени от 10-45 с до 10-30 с.
Стадия инфляции. В результатеквантового скачка Вселенная перешла в состояние возбужденного вакуума и вотсутствие в ней вещества и излучения интенсивно расширялась поэкспоненциальному закону. В этот период создавалось само пространство и времяВселенной. За период инфляционной стадии продолжительностью 10-34.Вселенная раздулась от невообразимо малых квантовых размеров 10-33до невообразимо больших 101000000см, что на много порядковпревосходит размер наблюдаемой Вселенной — 1028 см. Весь этотпервоначальный период во Вселенной не было ни вещества, ни излучения.
Переход от инфляционнойстадии к фотонной. Состояние ложного вакуума распалось, высвободившаяся энергияпошла на рождение тяжелых частиц и античастиц, которые, проаннигилировав, далимощную вспышку излучения (света), осветившего космос.
Этап отделения вещества отизлучения: оставшееся после аннигиляции вещество стало прозрачным дляизлучения, контакт между веществом и излучением пропал. Отделившееся отвещества излучение и составляет современный реликтовый фон, теоретическипредсказанный Г. А. Гамовым и экспериментально обнаруженный в 1965 г.
В дальнейшем развитиеВселенной шло в направлении от максимально простого однородного состояния ксозданию все более сложных структур — атомов (первоначально атомов водорода),галактик, звезд, планет, синтезу тяжелых элементов в недрах звезд, в том числеи необходимых для создания жизни, возникновению жизни и как венца творения — человека.
Различие между этапамиэволюции Вселенной в инфляционной модели и модели Большого взрыва касаетсятолько первоначального этапа порядка 10-30 с, далее между этимимоделями принципиальных расхождений в понимании этапов космической эволюциинет. Различия в объяснении механизмов космической эволюции связаны срасхождением мировоззренческих установок. Уже с самого начала появления идеирасширяющейся и эволюционирующей Вселенной вокруг нее началась борьба.
Первой стала проблема началаи конца времени существования Вселенной, признание которой противоречиломатериалистическим утверждениям о вечности, несотворимости и неуничтожимости ит.п. времени и пространства.
Каковы же естественно-научныеобоснования начала и конца времени существования Вселенной?
Таким обоснованием являетсядоказанная в 1965 г. американскими физиками-теоретиками Пенроузом и С. Хокингомтеорема, согласно которой в любой модели Вселенной с расширением обязательнодолжна быть сингулярность — обрыв линий времени в прошлом, что можно пониматькак начало времени. Это же верно и для ситуации, когда расширение сменится насжатие — тогда возникнет обрыв линий времени в будущем — конец времени. Причемточка начала сжатия интерпретируется физиком Ф. Типлером как конец времени — Великий Сток, куда стекаются не только галактики, но и сами “события” всегопрошлого Вселенной.
Вторая проблема связана створением мира из ничего. Материалисты отвергали возможность творения,поскольку вакуум — это не ничего, а вид материи. Да, это так, вакуумпредставляет собой особый вид материи. Но дело в том, что у А. А. Фридманаматематически момент начала расширения пространства выводится не со сверхмалым,а с нулевым объемом. В своей популярной книге “Мир как пространство и время”,изданной в 1923 г., он говорит о возможности “сотворения мира из ничего”.Попытку разрешить одну из основных проблем мироздания — возникновения всего изничего — предприняли в 80-х гг. американский физик А. Гут и советский физик А.Линде. Энергию Вселенной, которая сохраняется, разделили на гравитационную инегравитационную части, имеющие разные знаки. И тогда полная энергия Вселеннойбудет равна нулю. Физики считают, что если предсказываемое несохранениебарионного числа подтвердится, то тогда ни один из законов сохранения не будетпрепятствовать рождению Вселенной из ничего. Пока же эту модель с помощьюзнаний и фантазии можно рассчитывать на компьютере, а вопрос остается открытым.
Самая большая трудность дляученых возникает при объяснении причин космической эволюции. Если отброситьчастности, то можно выделить две основные концепции, объясняющие эволюциюВселенной: концепцию самоорганизации и концепцию креационизма.
Для концепции самоорганизацииматериальная Вселенная является единственной реальностью, и никакой другойреальности помимо нее не существует. Эволюция Вселенной описывается в терминахсамоорганизации: идет самопроизвольное упорядочивание систем в направлениистановления все более сложных структур. Динамичный хаос порождает порядок.Вопрос о цели космической эволюции в рамках концепции самоорганизации ставитьсяне может.
В рамках концепциикреационизма, т.е. творения, эволюция Вселенной связывается с реализациейпрограммы, определяемой реальностью более высокого порядка, чем материальныймир. Сторонники креационизма обращают внимание на существование во Вселеннойнаправленного номогенца — развития от простых систем ко все более сложным иинформационно емким, в ходе которого создавались условия для возникновенияжизни и человека. В качестве дополнительного аргумента привлекается антропныйпринцип, сформулированный английскими астрофизиками Б. Карром и Риссом.
Суть антропного принципазаключается в том, что существование той Вселенной, в которой мы живем, зависитот численных значений фундаментальных физических констант — постоянной Планка,постоянной гравитации, констант взаимодействия и т.д.
Численные значения этихпостоянных определяют основные особенности Вселенной, размеры атомов, атомныхядер, планет, звезд, плотность вещества и время жизни Вселенной. Если бы этизначения отличались от существующих хотя бы на ничтожно малую величину, то нетолько бы жизнь была невозможной, но и сама Вселенная как сложная упорядоченнаяструктура была бы невозможна. Отсюда делается вывод, что физическая структураВселенной запрограммирована и направлена к появлению жизни. Конечная целькосмической эволюции — появление человека во Вселенной в соответствии сзамыслами Творца.
Среди современных физиков –теоретиков имеются сторонники, как концепции самоорганизации, так и концепциикреационизма. Последние признают, что развитие фундаментальной теоретическойфизики делает насущной необходимостью разработку единой научно – техническойкартины мира, синтезирующей все достижения в области знания и веры.
3.3. Структура Вселенной.
Вселенной на самых разныхуровнях, от условно элементарных частиц и до гигантских сверхскопленийгалактик, присуща структурность. Современная структура Вселенной являетсярезультатом космической эволюции, в ходе которой из протогалактик образовалисьгалактики, из протозвезд – звезды, из протопланетного облака – планеты.
Метагалактика – представляетсобой совокупность звездных систем – галактик, а ее структура определяется ихраспределение в пространстве, заполненном чрезвычайно разреженныммежгалактическим газом и пронизываемом межгалактическими лучами.
Согласно современнымпредставлениям, для метагалактики характерно ячеистая (сетчатая, пористая)структура. Эти представления основываются на дынных астрономических наблюдений,показавших, что галактики распределены не равномерно, а сосредочены вблизиграниц ячеек внутри которых галактик почти нет. Кроме того, найдены огромные объемыпространства (порядка миллиона кубических мегапарсек), в которых галактик покане обнаружено. Пространственной моделью такой структуры может служить кусокпемзы, которая неоднородна в небольших выделенных объемах, но однородна вбольших объемах.
Если брать не отдельныеучастки Метагалактики, а ее крупно масштабную структуру в целом, то, очевидно,что в этой структуре не существует каких то особых, чем- то выделяющихся местили направлений и вещество распределено сравнительно равномерно.
Возраст Метагалактики близокк возрасту Вселенной, поскольку образование структуры приходиться на период,следующий заразьединением вещества и излучение. По современным данным, возрастМетагалактики оценивается в 15 млрд. лет. Ученые считают, что, по-видимому,близок к этому и возраст галактик, которые сформировались на одной из начальныхстадий расширения Метагалактики.
Галактика – гигантскаясистема, состоящая из скоплений звезд и туманностей, образующих в пространстведостаточно сложную конфигурацию.
По форме галактики условнораспределяются на три типа: эллиптические, спиральные, неправильные.
Эллиптические галактики –обладают пространственной формой эллипсоида с разной степенью сжатия ониявляются наиболее простыми по структуре: распределение звезд равномерно убываетот центра.
Спиральные галактики –представлены в форме спирали, включая спиральные ветви. Это самыймногочисленный вид галактик, к которому относится и наша Галактика – млечныйпуть.
Неправильные галактики – необладаю выраженной формой в них отсутствует центральное ядро.
Некоторые галактикихарактеризуются исключительно мощным радиоизлучением, превосходящим видимоеизлучение. Это радиогалактики.
В строении “правильных”галактик очень упрошено можно выделить центральное ядро и сферическуюпериферию, представленную либо в форме огромных спиральных ветвей, либо в формеэллиптического диска, включающих наиболее горячие и яркие звезды.
Ядра галактик проявляют своюактивность в разных формах: в непрерывном истечении потоков вещества; выбросахсгустков газа и облаков газа с массой в миллионы солнечных масс; в нетепловомрадиоизлучении из около ядерной области.
В ядре галактикисосредоточенны самые старые звезды, возраст которых приближается к возрастугалактики. Звезды среднего и молодого возраста расположены в диске галактики.
Звезды и туманности впределах галактики движутся довольно сложным образом вместе с галактикой онипринимают участие в расширении Вселенной, кроме того, они участвуют во вращениигалактики вокруг оси.
Звезды. На современном этапеэволюции Вселенной вещество в ней находится преимущественно в звездномсостоянии. 97% вещества в нашей Галактике сосредоточено в звездах,представляющих собой гигантские плазменные образования различной величины,температуры, с разной характеристикой движения. У многих других галактик, еслине у большинства, “звездная субстанция” составляет более чем 99,9% их массы.
Возраст звезд меняется вдостаточно большом диапазоне значений: от 15 млрд. лет, соответствующихвозрасту Вселенной, до сотен тысяч — самых молодых. Есть звезды, которыеобразуются в настоящее время и находятся в протозвездной стадии, т.е. они ещене стали настоящими звездами.
Огромное значение имеетисследование взаимосвязи между звездами и межзвездной средой, включая проблемунепрерывного образования звезд из конденсирующейся диффузной (рассеянной)материи.
Рождение звезд происходит вгазово-пылевых туманностях под действием гравитационных, магнитных и другихсил, благодаря которым идет формирование неустойчивых однородностей и диффузнаяматерия распадается на ряд сгущений. Если такие сгущения сохраняются достаточнодолго, то с течением времени они превращаются в звезды. Важно отметить, чтопроисходит процесс рождения не отдельной изолированной звезды, а звездныхассоциаций. Образовавшиеся газовые тела притягиваются друг к другу, но необязательно объединяются в одно громадное тело. Вместо этого они, как правило,начинают вращаться относительно друг друга, и центробежная сила этого движенияпротиводействует силе притяжения, ведущей к дальнейшей концентрации. Звездыэволюционируют от протозвезд, гигантских газовых шаров, слабо светящихся и снизкой температурой, к звездам — плотным плазменным телам с температурой внутрив миллионы градусов. Затем начинается процесс ядерных превращений, описываемыйв ядерной физике. Основная эволюция вещества во Вселенной происходила ипроисходит в недрах звезд. Именно там находится тот “плавильный тигель”,который обусловил химическую эволюцию вещества во Вселенной.
В недрах звезд притемпературе порядка 10 млн. град. и при очень высокой плотности атомы находятсяв ионизированном состоянии: электроны почти полностью или абсолютно всеотделены от своих атомов. Оставшиеся ядра вступают во взаимодействие друг сдругом, благодаря чему водород, имеющийся в изобилии в большинстве звезд,превращается при участии углерода в гелий. Эти и подобные ядерные превращенияявляются источником колоссального количества энергии, уносимой излучениемзвезд.
Огромная энергия, излучаемаязвездами, образуется в результате ядерных процессов, происходящих внутри звезд.Те же силы, которые высвобождаются при взрыве водородной бомбы, образуют внутризвезды энергию, позволяющую ей излучать свет и тепло в течение миллионов имиллиардов лет за счет превращения водорода в более тяжелые элементы, и преждевсего в гелий. В итоге на завершающем этапе эволюции звезды превращаются винертные (“мертвые”) звезды.
Звезды не существуютизолированно, а образуют системы. Простейшие звездные системы — так называемыекратные системы состоят из двух, трех, четырех, пяти и больше звезд,обращающихся вокруг общего центра тяжести. Компоненты некоторых кратных системокружены общей оболочкой диффузной материи, источником которой, по-видимому,являются сами звезды, выбрасывающие ее в пространство в виде мощного потокагаза.
Звезды объединены также в ещебольшие группы — звездные скопления, которые могут иметь “рассеянную” или“шаровую” структуру. Рассеянные звездные скопления насчитывают несколько сотенотдельных звезд, шаровые скопления — многие сотни тысяч.
Ассоциации, или скоплениязвезд, также не являются неизменными и вечно существующими. Через определенноеколичество времени, исчисляемое миллионами лет, они рассеиваются силамигалактического вращения.
Солнечная системапредставляет собой группу небесных тел, весьма различных по размерам ифизическому строению. В эту группу входят: Солнце, девять больших планет,десятки спутников планет, тысячи малых планет (астероидов), сотни комет ибесчисленное множество метеоритных тел, движущихся как
роями, так и в виде отдельныхчастиц. К 1979 г. было известно 34 спутника и 2000 астероидов. Все эти телаобъединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела — Солнца.Солнечная система является упорядоченной системой, имеющей свои закономерностистроения. Единый характер Солнечной системы проявляется в том, что все планетывращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении и почти в одной и той жеплоскости. Большинство спутников планет (их лун) вращается в том же направлениии в большинстве случаев в экваториальной плоскости своей планеты. Солнце,планеты, спутники планет вращаются вокруг своих осей в том же направлении, вкотором они совершают движение по своим траекториям. Закономерно и строениеСолнечной системы: каждая следующая планета удалена от Солнца примерно в два разадальше, чем предыдущая. Принимая во внимание закономерности строения Солнечнойсистемы, кажется невозможным ее случайное образование.
О механизме образованияпланет в Солнечной системе также нет общепризнанных заключений. Солнечнаясистема, по оценкам, образовалась примерно 5 млрд. лет назад, причем Солнце — звездавторого (или еще более позднего) поколения. Таким образом, Солнечная системавозникла на продуктах жизнедеятельности звезд предыдущих поколений,скапливавшихся в газово-пылевых облаках. Это обстоятельство дает основаниеназвать Солнечную систему малой частью звездной пыли. О происхождении Солнечнойсистемы и ее исторической эволюции наука знает меньше, чем необходимо дляпостроения теории планетообразования. От первых научных гипотез, выдвинутыхпримерно 250 лет назад, до наших дней было предложено большое число различныхмоделей происхождения и развития Солнечной системы, но ни одна из них неудостоилась перевода в ранг общепризнанной теории. Большинство из выдвигавшихсяранее гипотез сегодня представляет лишь исторический интерес.
Первые теории происхожденияСолнечной системы были выдвинуты немецким философом И. Кантом и французскимматематиком П. С. Лапласом. Их теории вошли в науку как некая коллективнаякосмогоническая гипотеза Канта-Лапласа, хотя разрабатывались они независимодруг от друга.
Согласно этой гипотезесистема планет вокруг Солнца образовалась в результате действия сил притяженияи отталкивания между частицами рассеянной материи (туманности), находящейся вовращательном движении вокруг Солнца.
Началом следующего этапа вразвитии взглядов на образование Солнечной системы послужила гипотезаанглийского физика и астрофизика Дж. X. Джинса. Он предположил, что когда-тоСолнце столкнулось с другой звездой, в результате чего из него была вырванаструя газа, которая, сгущаясь, преобразовалась в планеты. Однако, учитываяогромное расстояние между звездами, такое столкновение кажется совершенноневероятным. Более детальный анализ выявил и другие недостатки этой теории.
Современные концепции происхожденияпланет Солнечной системы основываются на том, что нужно учитывать не толькомеханические силы, но и другие, в частности электромагнитные. Эта идея былавыдвинута шведским физиком и астрофизиком X. Альфвеном и английскимастрофизиком Ф. Хойлом. Считается вероятным, что именно электромагнитные силысыграли решающую роль при зарождении Солнечной системы. В соответствии ссовременными представлениями, первоначальное газовое облако, из которогообразовались и Солнце и планеты, состояло из ионизированного газа,подверженного влиянию электромагнитных сил. После того как из огромногогазового облака посредством концентрации образовалось Солнце, на очень большомрасстоянии от него остались небольшие части этого облака. Гравитационная силастала притягивать остатки газа к образовавшейся звезде — Солнцу, но егомагнитное поле остановило падающий газ на различных расстояниях — как раз там,где находятся планеты. Гравитационная и магнитные силы повлияли на концентрациюи сгущение падающего газа, и в результате образовались планеты. Когда возниклисамые крупные планеты, тот же процесс повторился в меньших масштабах, создав,таким образом, системы спутников. Теории происхождения Солнечной системы носятгипотетический характер, и однозначно решить вопрос об их достоверности насовременном этапе развития науки невозможно. Во всех существующих теорияхимеются противоречия и неясные места.
Заключение.
В современной науке в основепредставлений о строении материального мира лежит системный подход, согласнокоторому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм илигалактика, может быть рассмотрен как сложное образование, включающее составныечасти, организованные в целостность. Для обозначения целостности объектов внауке было выработано понятие системы.
Система представляет собойсовокупность элементов и связей между ними.
Понятие “элементы” означаетминимальный, далее уже неделимый компонент в рамках системы. Элемент являетсятаковым лишь по отношению к данной системе, в других же отношениях он сам можетпредставлять сложную систему.
Совокупность связей междуэлементами образует структуру системы.
Устойчивые связи элементовопределяют упорядоченность системы. Существуют два типа связей между элементамисистемы — по “горизонтали” и по “вертикали”
Связи по “горизонтали” — этосвязи координации между одно-порядковыми элементами. Они носят коррелирующийхарактер: ни одна часть системы не может измениться без того, чтобы неизменились другие части.
Связи по “вертикали” — этосвязи субординации, т.е. соподчинения элементов. Они выражают сложноевнутреннее устройство системы, где одни части по своей значимости могутуступать другим и подчиняться им. Вертикальная структура включает уровниорганизации системы, а также их иерархию.
Исходным пунктом всякого системногоисследования является представление о целостности, изучаемой системы.
Целостность системы означает,что все ее составные части, соединяясь вместе, образуют уникальное целое,обладающее новыми интегративными свойствами.
Свойства системы — не просто суммасвойств ее элементов, а нечто новое, присущее только системе в целом. Например,молекула воды Н2O. Сам по себе водород, два атома которого образуютданную систему, горит, а кислород (в нее входит один атом) поддерживаетгорение. Система же, образовавшаяся из этих элементов, вызвала к жизни совсеминое, а именно — интегративное свойство: вода гасит огонь. Наличие свойств,присущих системе в целом, но не ее частям, определяется взаимодействиемэлементов.
Итак, согласно современнымнаучным взглядам на природу, все природные объекты представляют собойупорядоченные, структурированные, иерархически организованные системы.
В естественных наукахвыделяются два больших класса материальных систем: системы неживой природы исистемы живой природы.
В неживой природе в качествеструктурных уровней организации материи выделяют элементарные частицы, атомы,молекулы, поля, физический вакуум, макроскопические тела, планеты и планетныесистемы, звезды и звездные системы — галактики, системы галактик — метагалактику.
В живой природе к структурнымуровням организации материи относят системы доклеточного уровня — нуклеиновыекислоты и белки; клетки как особый уровень биологической организации,представленные в форме одноклеточных организмов и элементарных единиц живоговещества; многоклеточные организмы растительного и животного мира;надорганизменные структуры, включающие виды, популяции и биоценозы, и, наконец,биосферу как всю массу живого вещества.
В природе все взаимосвязано,поэтому можно выделить такие системы, которые включают элементы как живой, таки неживой природы — биогеоценозы.
Естественные науки, начавизучение материального мира с наиболее простых непосредственно воспринимаемыхчеловеком материальных объектов, переходят далее к изучению сложнейших объектовглубинных структур материи, выходящих за пределы человеческого восприятия инесоизмеримых с объектами повседневного опыта.
Применяя системный подход,естествознание не просто выделяет типы материальных систем, а раскрывает ихсвязь и соотношение.
В науке выделяются три уровнястроения материи.
Макромир — мир макрообъектов,размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта:пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, авремя — в секундах, минутах, часах, годах.
Микромир — мир предельномалых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственнаяразномерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16 см, авремя жизни — от бесконечности до 10-24 с.
Мегамир — мир огромныхкосмических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световымигодами, а время существования космических объектов — миллионами и миллиардамилет.
И хотя на этих уровняхдействуют свои специфические закономерности, микро-, макро — и мегамирытеснейшим образом взаимосвязаны.
В настоящее время в областифундаментальной теоретической физики разрабатываются концепции, согласнокоторым объективно существующий мир не исчерпывается материальным миром,воспринимаемым нашими органами чувств или физическими приборами. Авторы данныхконцепций пришли к следующему выводу: наряду с материальным миром существуетреальность высшего порядка, обладающая принципиально иной природой по сравнениюс реальностью материального мира. С их точки зрения мир высшей реальностиопределяет структуру и эволюцию материального мира. Утверждается, что объектамимира высшей реальности выступают не материальные системы, как в микро-, макро — и мегамирах, а некие идеальные физические и математические структуры, которыепроявляются в материальном мире в виде естественнонаучных законов. Этиструктуры выступают как носители идеи необходимости общезначимости ирегулярности выражающих сущность объективных физических законов.
Но одних законов, порожденныхтакого рода физическими и математическими структурами, явно недостаточно длясуществования материального мира. Необходимо множество программ определяющих“поведение” и эволюцию материальных объектов. Подобно тому, как знаниеуравнений не обеспечивает решения задачи, для чего нужно еще и знание начальныхусловий, так и в общем случае, наряду с фундаментальными законами, должнысуществовать дополнительные к ним сущности — программы.