Структурные уровни организации материи. Микромиры, макромиры и мегамиры. Структура и ее роль в организации биологической системы».

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Шуйский государственный  педагогический университет»

 

Кафедра философии и религиоведения

 

 

 

Домашняя творческая работа по дисциплине

«Концепции современного естествознания»

 

 

 

 

ТЕМА: «Структурные уровни организации материи.

Микромиры, макромиры и  мегамиры. Структура и ее роль в организации биологической системы».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шуя 2011

Содержание:

1. Структурные уровни организации материи…………………………………..3
2. Микро-, макро- и мегамиры…………………………………………………………..7
3. Микромир……………………………………………………………………………………….8
4. Макромир……………………………………………………………………………………….9
5. Мегамир………………………………………………………………………………………….11
6. Структура и ее роль в организации биологической системы……….17
7. Литература………………………………………………………………………………………20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Структурные уровни организации материи.

В основе представлений о  строении материального мира лежит  системный подход, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм или галактика, может быть рассмотрен как сложное образование, включающее в себя 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, неделимый компонент  в рамках системы (только по отношению к данной системе).Совокупность связей между элементами образует структуру системы. Весь окружающий нас мир представляет собой движущуюся материю в ее бесконечно разнообразных проявлениях, со всеми ее свойствами, связями и отношениями. Рассмотрим подробнее, что же такое материя, а так же ее структурные  уровни. В самом общем виде материя представляет собой бесконечное множество всех сосуществующих в мире объектов и систем, совокупность их свойств, связей, отношений и форм движения. При этом она включает в себя не только все непосредственно наблюдаемые объекты и тела природы, но и все то, что не дано нам в ощущениях. Весь окружающий нас мир -это движущаяся материя в ее бесконечно разнообразных формах и проявлениях, со всеми свойствами, связями и отношениями. В этом мире все объекты обладают внутренней упорядоченностью и системной организацией. Упорядоченность проявляется в закономерном движении и взаимодействии всех элементов материи, благодаря чему они объединяются в системы. Весь мир, таким образом, предстает как иерархически организованная совокупность систем, где любой объект одновременно является самостоятельной системой и элементом другой, более сложной системы.

 

В современной физике различают  три вида материи:

1. Вещество

2. Поле

3. Физический вакуум (экспериментально  обнаружен в ускорителях в 

50-х гг. XX)

Вещество- это любые материальные объекты, имеющие массу. Вещество в природе находится в виде различных структур, которые определяют строение и свойства окружающего нас материального мира.

У вещества есть четыре агрегатных состояния:

1. Твердое

2. Жидкое

3. Газообразное

4. Плазма

Поле - особое состояние среды, в каждой точке которой заданы параметры, которые характеризуют состояние вещества и которые непрерывно и плавно меняются от точки к точке.

Поле является материальным фактором, который приводит к взаимодействию тел. В макромире поле противоположно веществу (не имеет массы, непрерывно и т.п.), в микромире нет раздельно  поля и вещества, там присутствует корпускулярно-волновой дуализм.

Физический вакуум - это среда без поля и вещества, но с потенциальными физическими характеристиками, могущими проявиться посредствам рождения пары- частица + античастица (электрон + позитрон = 2 или 2 протона). Физический вакуум- самое низшее энергетическое состояние квантового поля. Среднее число частиц в вакууме равно нулю. Там существуют виртуальные частицы со временем жизни -10-18 с. Вакуум «кипит» этими частицами, но они обладают низкой энергией.

В современной науке в  основе представлений о мире лежит  системный подход, согласно которому любой объект материального мира (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- совокупность элементов и связей между ними.

В связи с этим все природные  объекты также представляют собой  упорядоченные, структурированные, иерархически организованные системы. Исходя из системного подхода к природе вся материя  делится на два больших класса материальных систем- неживую и живую природу. В системе неживой природы структурными элементами являются: элементарные частицы, атомы, молекулы, поля, макроскопические тела, планеты и планетные системы, звезды и звездные системы, галактики, метагалактики и Вселенная в целом. Соответственно в живой природе основными элементами выступают белки и нуклеиновые кислоты, клетка, одноклеточные и многоклеточные организмы, органы и ткани, популяции, биоценозы, живое вещество планеты.

В то же время как неживая, так и живая материя включают в себя ряд взаимосвязанных структурных  уровней. Структура -это совокупность связей между элементами системы. Поэтому любая система состоит не только из подсистем и элементов, но и из разнообразных связей между ними. Внутри этих уровней главными являются горизонтальные (координационные) связи, а между уровнями- вертикальные (субординационные). Совокупность горизонтальных и вертикальных связей позволяет создать иерархическую структуру Вселенной, в которой основным квалификационным признаком является размер объекта и его масса, а также их соотношение с человеком.

Окружающий нас мир  современная наука разделяет  на три области: микромир, макромир и мегамир. Это стало возможным в результате многовекового изучения природы человеком.

Микромир -область предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых материальных микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется в диапазоне от 10-8 до 10-16 см, а время жизни - от бесконечности до 10-24 с. Сюда относятся поля, элементарные частицы, ядра, атомы и молекулы. Макромир - мир материальных объектов, соизмеримых по своим масштабам с человеком и его физическими параметрами. На этом уровне пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах, метрах и километрах, а время ? в секундах, минутах, часах, днях и годах. В практической действительности макромир представлен макромолекулами, веществами в различных агрегатных состояниях, живыми организмами, человеком и продуктами его деятельности, т.е. макротелами. Мегамир - сфера огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в которой измеряется астрономическими единицами, световыми годами и парсеками, а время существования космических объектов ? миллионами и миллиардами лет. К этому уровню материи относятся наиболее крупные материальные объекты: звезды, галактики и их скопления.

На каждом из этих уровней  действуют свои специфические закономерности, несводимые друг к другу. Хотя все  эти три сферы мира теснейшим  образом связаны между собой.

2. Микро-, макро- и мегамиры.

Материя - это бесконечное множество  всех существующих в мире объектов и систем, субстрат любых свойств, связей, отношений и форм движения. В основе представлений о строении материального мира лежит системный  подход, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм или галактика, может быть рассмотрен как сложное образование, включающее в себя составные части, организованные в целостность.

Современная наука выделяет в мире три структурных уровня.

Микромир - это молекулы, атомы, элементарные частицы -- мир предельно малых, непосредственно  не наблю-даемых микрообъектов, пространственная разномерность которых исчисляется от 10^-8 до 10^-16 см, а время жизни -- от бесконечно-сти до 10^-24 с.

Макромир -- мир устойчивых форм и  соразмерных человеку величин, а  также кристаллические комплексы  молекул, организмы, сообщества организмов; мир макрообъектов, размерность  которых соот-носима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время -- в секундах, минутах, часах, годах.

Мегамир -- это планеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики - мир огромных космических масштабов и скоро-стей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов -- миллионами и мил-лиардами лет.

И хотя на этих уровнях действуют  свои специфические зако-номерности, микро-, макро - и мегамиры теснейшим образом взаи-мосвязаны.

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 с. В мегамире ученые с помощью приборов фиксируют объекты, удаленные от нас на расстоянии около 9-12 млрд. световых лет.

3. Микромир.

Демокритом в античности была выдвинута Атомистическая гипотеза строения материи. Благодаря трудам Дж. Дальтона стали изучаться физико-химические свой-ства атома. В XIX в. Д. И. Менделеев построил систему хими-ческих элементов, основанную на их атомном весе.

В физику представления об атомах как о последних неделимых  структурных элементах материи  пришли из химии. Собственно физические исследования атома начинаются в  конце XIX в., когда французским физиком  А. А. Беккерелем было открыто явление  радиоактивности, которое заключалось  в самопроизвольном превращении  атомов одних элементов в атомы  других элемен-тов. В 1895 г. Дж. Томсон открыл электрон - отрица-тельно заряженную частицу, входящую в состав всех атомов. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, а атом в целом электрически нейтрален, то было сделано предположение о наличии помимо электрона и положительно заряженной частицы. Существовало несколько моделей строения атома.

Выявлены специфические качества микрообъектов, выражающиеся в наличии  у них как корпускулярных (частицы), так и световых (волны) свойств. Элементарные частицы - простейшие объекты микромира, взаимодействующие как единое целое. Известно более 300 разновидностей. В  первой половине ХХ в. были открыты фотон, протон, нейтрон, позднее - нейтрино, мезоны и другие. Основные характеристики элементарных частиц: масса, заряд, среднее время жизни, квантовые числа. Все элементарные частицы, абсолютно нейтральны, имеют свои античастицы - элементарные частицы, обладающие теми же характеристиками, но отличающиеся знаками электрического заряда. При столкновении частиц происходит их уничтожение (аннипиляция).

Стремительно возрастает количество открытых элементарных частиц. Их объединяют в «семейства» (мультиплеты), «роды» (супермультиплеты), «племена» (адроны, лептоны, фотоны и т.п.). Некоторые частицы группируются по принципу симметрии. Например, триплет из трёх частиц (кварков) и триплет из трёх античастиц (антикварков). К концу ХХ века физика приблизилась к созданию стройной теоретической системы, объясняющей свойства элементарных частиц. Предложены принципы, позволяющие дать теоретический анализ многообразия частиц, их взаимопревращений, построить единую теорию всех видов взаимодействий.

4. Макромир.

В истории изучения природы можно  выделить два этапа: донаучный и  научный. Донаучный, или натурфилософский, охватывает период от античности до становления  экспериментального естествозна-ния в XVI--XVII вв. Наблюдаемые природные явления объяснялись на основе умозрительных философских принципов. Наиболее значимой для последующего развития естественных наук была концепция дискретного строения материи атомизм, согласно которому все тела состоят из атомов -- мельчайших в мире частиц.

Со становления классической механики начинается научный этап изучения природы. Формирование научных взглядов на строение материи относится к XVI в., когда  Г.Галилеем была заложена основа первой в истории науки физической картины мира -- механической. Он не просто обосновал гелиоцентрическую систему Н. Коперника и открыл закон инерции, а разработал методологию нового способа описания природы -- научно-теоре-тического. Суть его заключалась в том, что выделялись только некоторые физические и геометрические характеристики, которые становились предметом научного исследования. И. Ньютон, опираясь на труды Галилея, разработал строгую научную теорию механики, описывающую и движение небесных тел, и движение земных объектов одними и теми же законами. Природа рассматривалась как сложная механическая система. В рамках механической картины мира, разработанной И. Ньютоном и его последователями, сложилась дискретная (корпускулярная) модель реальности. Материя рассматривалась как вещественная субстанция, состоящая из отдельных частиц -- атомов или корпускул. Атомы абсолютно прочны, неделимы, непроницаемы, характеризуются наличием массы и веса. Существенной характеристикой ньютоновского мира было трехмерное пространство евклидовой геометрии, которое абсолютно постоянно и всегда пребывает в покое. Время представлялось как величина, не зависящая ни от пространства, ни от материи. Движение рассматривалось как перемещение в пространстве по непрерывным траекториям в соответствии с законами механики. Итогом ньютоновской картины мира явился образ Вселенной как гигантского и полностью детерминированного механизма, где события и процессы являют собой цепь взаимозависимых причин и следствий.