Современная наука о строении и свойствах материального мира. Системность и структурность материи

Существует взаимосвязь между естественно-научным и философским пониманием материи.

В свое время Ф. Энгельс писал, что с каждым крупным открытием в области естественных наук материализм должен неизбежно менять свою форму. Естественно-научные представления конкретизируют философское понятие материи, которое, в свою очередь, выступает методологической основой для понимания объективной реальности.

Представления о структуре и свойствах материального мира, выработанные в науке XX в., осмысливаются отечественной философской мыслью.

Некоторые философы считают, что вопросы о структуре материи, ее видах относятся не к философской проблематике, а к естественно-научной, поэтому всякие попытки осмыслить структуру материального мира возвращают нас к безнадежно устаревшей натурфилософии.

Вопрос о структуре и общих свойствах материи есть именно философский вопрос, и он не может быть перепоручен ученым в силу того, что они рассматривают не материю в целом, а только ее отдельные виды. Как целое не сводится к части или сумме частей, так и вопрос о структуре материи в целом не сводится к вопросу о строении отдельных изучаемых естественными науками видов материи.

Категории целого, строения и части всегда играли фундаментальную роль в осмыслении мира. Уже в античной философии структурная организованность бытия была выражена в понятиях целого и части. Первоначальные структурные представления были связаны с формированием математического мышления, для которого "целое" есть сумма составляющих его "частей". В дальнейшем категории целого и части выражали отношение между некоторой совокупностью предметов и отдельными предметами, образующими эту совокупность.

В последующем развитии философского и научного мышления отношение целого и части применялись при анализе строения материальных объектов, их упорядоченности. Все материальные объекты – от атомов, молекул и клеток до тел, планет, Солнечной системы и созвездий – рассматривались как части более или менее сложных целостных образований, и сами оказывались сложносоставными целостностями. Взгляд на целое как сумму его частей распространялся и на биологические объекты – на растение, животное, человека в его телесном бытии, а анатомические разрезы подтверждали, что такова организация не только внешнего облика человеческого тела, но и его внутреннего устройства. Значение математики как mathesis universalis в познании природы укрепляло суммативный подход к анализу материальной предметности бытия как состоящего из частей целого.

Трудности применения понятий части и целого выявились при характеристике живых сложноорганизованных образований. Ф. Энгельс отмечал в "Диалектике природы": "Например, уже часть и целое – это такие категории, которые становятся недостаточными в органической природе. Выталкивание семени – зародыш – и родившееся животное нельзя рассматривать как “часть”, отделяющуюся от “целого”: это дало бы ложное толкование. Части лишь у трупа"^[1].

В современной науке соотношение части и целого получило более точную разработку в системном подходе, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм или галактика, может быть рассмотрен как сложное образование, включающее составные части, организованные в целостность. Для обозначения целостности объектов в науке было выработано понятие системы.

Система представляет собой совокупность элементов и связей между ними.

Понятие "элемент" означает минимальный, далее неделимый компонент в рамках системы. Элемент является таковым лишь по отношению к данной системе, в других же отношениях он сам может представлять собой сложную систему.

Понятия "система" и "целое", как и понятия "элемент" и "часть", хотя и близки по содержанию, но полностью не совпадают. В понятии "целое" акцент делается на специфичности, на единстве системного образования, а в понятии "система" – на единстве в многообразии. Целое соотносимо с частью, а система – с элементами и структурой.

Совокупность связей между элементами образует структуру системы. Устойчивые связи элементов определяют упорядоченность системы.

Существуют два типа связей между элементами системы: по горизонтали и по вертикали.

Связи по горизонтали – это связи координации между однопорядковыми элементами. Они носят коррелирующий характер: ни одна часть системы не может измениться без того, чтобы не изменились другие части.

Связи по вертикали – это связи субординации, т.е. соподчинения элементов. Они выражают сложное внутреннее устройство системы, где одни части по своей значимости могут уступать другим и подчиняться им. Вертикальная структура включает уровни организации системы, а также их иерархию.

Исходным пунктом всякого системного исследования 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 сумма свойств ее элементов, а нечто новое, присущее только системе в целом. Если, например, в качестве системы рассматривать молекулу воды Н2O, то сам по себе водород, два атома которого образуют данную систему, горит, а кислород (в нее входит один атом) поддерживает горение. Система же, образовавшаяся из этих элементов, вызвала к жизни совсем иное интегративное свойство: вода гасит огонь. Наличие свойств, присущих системе в целом, но не ее частям, определяется взаимодействием элементов.

Итак, согласно современным научным взглядам на природу все природные объекты представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархически организованные открытые системы. Открытость системы означает, что как природные, так и социальные объекты существуют во внешней среде, обмениваясь с ней веществом, энергией и информацией. Любой материальный объект от атома и клетки до галактики, от отдельного человека до человечества в целом, входит в систему более высокого уровня и может существовать только во взаимодействии с окружающей средой.

Сами системы имеют сложную структуру и включают в себя подсистемы, которые, в свою очередь, являются системами для входящих в них элементов, и т.д.

В науке выделяют три больших класса материальных систем: живую природу, неживую природу и социум (общество). Упорядоченность материи имеет свои уровни, каждый из которых характеризуется особой системой закономерностей и своим носителем.

В неживой природе в качестве структурных уровней организации материи выделяют физический вакуум, элементарные частицы, атомы, молекулы, поля, макроскопические тела, планеты и планетные системы, звезды и звездные системы – галактики, системы галактик – Метагалактику.

В живой природе к структурным уровням организации материи относят системы доклеточного уровня – нуклеиновые кислоты и белки; клетки как особый уровень биологической организации, представленные в форме одноклеточных организмов и элементарных единиц живого вещества; многоклеточные организмы растительного и животного мира; надорганизменные структуры, включающие виды, популяции и биоценозы и, наконец, биосферу как всю массу живого вещества.

В обществе в качестве уровней организации материи выделяют: отдельного индивида как члена общества, семью, малые и большие социальные группы, этносы, нации, расы, отдельные общества, государства, союзы государств, человеческое общество в целом.

И хотя на этих уровнях систем живой и неживой природы и общества действуют свои специфические закономерности, все эти миры теснейшим образом взаимосвязаны. Взаимосвязь между ними обусловлена взаимодействием. Одна из самых глубоких и последовательных традиций философии относительно всеобщей связи мира, которая последовательно развивалась Анаксагором ("все во всем"), Плотином (учение о первоедином), Лейбницем ("каждая монада есть отражение Универсума"), В. С. Соловьевым (учение о всеединстве), всесторонне доказывается всем ходом научного познания мира.

Рассмотрим взаимодействие различных уровней материи.

В неживой природе различают четыре вида фундаментальных взаимодействий:

• сильное;

• электромагнитное;

• слабое;

• гравитационное.

Сильное взаимодействие происходит на уровне атомных ядер и представляет собой взаимное притяжение их составных частей, в результате чего образуются материальные системы с высокой энергией связи – атомные ядра.

Электромагнитное взаимодействие свойственно электрически заряженным частицам. В процессе электромагнитного взаимодействия электроны и атомные ядра соединяются в атомы, атомы – в молекулы. В определенном смысле это взаимодействие является основным в химии и биологии.

Слабое взаимодействие возможно между различными частицами и связано с распадом частиц, например с происходящими в атомном ядре превращениями нейтрона в протон, электрон и антинейтрино.

Гравитационное взаимодействие имеет решающее значение в космических масштабах.

Все четыре взаимодействия необходимы и достаточны для построения разнообразного мира.

Без сильных взаимодействий не существовали бы атомные ядра, а звезды и Солнце не могли бы генерировать за счет ядерной энергии теплоту и свет.

Без электромагнитных взаимодействий не было бы ни атомов, ни молекул, ни макроскопических объектов, а также тепла и света.

Без слабых взаимодействий не были бы возможны ядерные реакции в недрах Солнца и звезд, не происходили бы вспышки сверхновых звезд, а необходимые для жизни тяжелые элементы не могли бы распространиться во Вселенной.

Без гравитационного взаимодействия не только не было бы галактик, звезд, планет, но и вся Вселенная не могла бы эволюционировать, поскольку гравитация является объединяющим фактором, обеспечивающим единство Вселенной как целого и ее эволюцию.

Современная физика пришла к выводу, что все четыре фундаментальных взаимодействия, необходимые для создания из элементарных частиц сложного и разнообразного материального мира, можно получить из одного фундаментального взаимодействия – суперсилы. Предполагается, что при очень высоких температурах (или энергиях) все четыре взаимодействия объединяются в одно.

В системах живой природы эти фундаментальные взаимодействия продолжают действовать, но не они определяют особенности этого уровня организации материальных систем. Среди взаимодействий в живой природе выделим прежде всего взаимодействие организма и окружающей среды. Все живые организмы являются открытыми системами, которые могут существовать только в процессе постоянного обмена веществ с окружающей средой. Совокупность организмов образует популяцию сообщества особей одного вида, связанных общим генофондом, которая воплощается в определенную целостность. Целостность регулирует и определяет поведение и размножение отдельных организмов. В результате взаимодействия популяций между собой и окружающей средой образуются биоценозы. Взаимодействие биоценозов образуют глобальную систему жизни – биосферу. Общее учение о биосфере создано в 1920–1930 гг. В. И. Вернадским, развившим учение В. В. Докучаева о комплексном взаимодействии в природе разнокачественных объектов.

Особой формой жизнедеятельности является человеческое общество, общественная жизнь. Человек и общество в целом неразрывно связаны с природой. Социальные взаимодействия проявляются во всех сферах жизни общества.

Обязательным условием существования людей является духовная жизнь, лежащая в основе образования ноосферы (от греч. ноос – разум). Понятие ноосферы, введенное В. И. Вернадским, означает расширение деятельности человеческого разума, который становится не только земным, но и космическим фактором. Возможность появления человека, согласно антропному принципу в космологии, была заложена уже в начальный момент появления Вселенной.

Согласно этому принципу, существует некоторый тип универсальных системных связей, определяющих целостный характер существования и развития нашей Вселенной, нашего мира как определенного системно организованного фрагмента бесконечно многообразной материальной природы.

Суть антропного принципа заключается в том, что свойства нашей Вселенной тесно обусловлены значениями ряда фундаментальных физических параметров. Даже при небольших изменениях некоторых из них структура нашей Вселенной была бы качественно иной. Наиболее существенны три группы параметров: константы физических взаимодействий, массы элементарных частиц (протона, нейтрона, электрона), размерность пространства. Структура нашей Вселенной "весьма неустойчива" к численным значениям этих постоянных. Малейшее изменение этого соотношения, характеризующего взаимодействия на микроуровне, привело бы к коренной перестройке структуры материи, возникновению совершенно другого мира. В этом смысле человек есть мета- галактическое, космическое, вселенское явление.