Щерба Філософія (2007)
3.Сучасна наука про структуру й властивості матерії
Сучасні наукові уявлення про структуру й властивості матерії кладуть в основу ідею про її складну організацію. Згідно з нею кожен матеріальний об'єкт треба розглядати як систему (цілісність), яка характеризується наявністю певних елементів і зв'язків між ними (макротіла як система молекул, молекула як система атомів, клітина, живий організм, біосфера тощо).
Ці системи постійно взаємодіють з довкіллям, внаслідок чого змінюються їх деякі властивості, відношення і зв'язки. Частина з них зберігається і становить основу існування даної системи, її структуру.
Кожен об'єкт (система, її елемент) — унікальний. Проте певні групи об'єктів мають спільні (загальні) ознаки. Наявність споріднених ознак дозволяє віднести їх до певних класів, систем, виділяти різні рівні організації матерії.
Види матерії пов'язані між собою генетично: кожен виникає з іншого, попереднього. Тому будову матерії можна уявити як ієрархію певних рівнів.
Сучасне природознавство доводить, що глибинні структури матеріального світу "представлені" об'єктами елементарного рівня (елементарними частинками та ін.). їх властивості виявились надто відмінними від властивостей макротіл. їм притаманні як корпускулярні, так і хвильові властивості. Закономірності їх руху також істотно відрізняються від закономірностей руху макротіл.
До відкриття цих частинок наука виділяла лише два види матерії — речовину й поле. Спочатку речовину пояснювали як перервне матеріальне середовище, що складається з дискретних частинок, а поле як безперервне матеріальне середовище. Пізніше квантова механіка визнала таке уявлення неточним. На мікрорівні поля являють собою сукупність квантів, які можна розглядати як своєрідні частинки з притаманними їм корпускулярними і хвильовими властивостями. Так, електромагнітне поле можна уявити як систему фотонів. У той же час частинки речовини (електрони, позитрони та ін.) фізика в ряді задач розглядає як кванти відповідних полів.
В цілому елементарні частинки проявляються в чотирьох типах взаємодій — сильному, слабкому, електричному і гравітаційному. Два останніх типи проявляються на великих відстанях, і тому їм підпорядковані процеси не лише мікросвіту, а й мікротіл, планет, зірок, галактик (макро- і мегасвіт). Сильні й слабкі взаємодії притаманні лише процесам мікросвіту. В останні десятиріччя виявлено, що електромагнітні і слабкі взаємодії становлять сторони єдиної сутності електро-слабкої взаємодії.
Елементарні частинки класифікують і за типами взаємодії: важкі частинки (адрони), легкі (лептони) та гравітони. Адрони функціонують у всі типах взаємодії; лептони — лише в електрослабких та гравітаційних, гіпотетичні — лише в гравітаційних. Пошук різних структур становить головну мету фізики. Остання прагне виявити ті глибинні властивості і стани матерії, які в кінцевому підсумку визначають еволюцію Всесвіту, особливості взаємодії і розвитку його об'єктів1.
Великим успіхом на цьому шляху було відкриття кваркової структури адронів. І хоч кварки не були виявлені у вільному стані, проте експериментально зафіксовані. Саме кварки, лептони, і виступають у ролі базисних об'єктів у системі елементарних частинок. Вони є "будівельним матеріалом" для речовин. Дякуючи взаємодії кварків, існують ядра атомів. Формування електронних оболонок навколо ядра приводять до утворення атомів.
Сьогодні фізика прагне створити єдину теорію елементарних частинок. Виявлені глибинні структури частинок, які проявляються в різних взаємодіях. Наука підходить до виявлення субелементарного рівня організації матерії, єдиної природи всіх елементарних частинок. Саме в закономірностях цього рівня матерії і проявляються основні таємниці нашого Всесвіту, які визначають особливості його еволюції. З дослідженням мікросвіту виникають усе більші можливості для розуміння структури Всесвіту.
Субелементарний рівень організації матерії включає ще й такий її вид як фізичний вакуум, в якому містяться "корені" всіх елементарних частинок і фізичних тіл, відбуваються складні процеси. Поява цих ідей послужила основою нових уявлень про розвиток нашого Всесвіту, про його виникнення шляхом вибуху, пов'язаного з масовим "народженням" елементарних частинок у результаті фазових переходів у вакуумі. На основі взаємодій об'єктів субелементарного рівня виникають елементарні частинки, а на їх основі — складніші утворення (атоми та інше). Елементарні частинки, ядра атомів можуть утворювати плазму (вид матерії, подібний до газу). її величезні скупчення, стягнуті електромагнітними гравітаційними полями, утворюють зірки, які є особливим рівнем організації матерії. В їх надрах постійно протікають реакції, в ході яких одні частинки перетворюються в інші, за рахунок чого зірки випромінюють енергію, утворюють інші атоми, а їх взаємодія призводить до появи молекул.
За цим слідує рівень твердих, газоподібних макротіл. Особливим їх видом є такі макротіла, які називають планетами. В них дуже складна структура (ядро, літосфера, іноді — атмосфера, гідросфера). Зірки і планети в свою чергу утворюють планетні системи. Великі скупчення зірок, планет, пилу й газів утворюють об'єкти, які називають Галактиками. Ядро Галактики утворюється з щільного скупчення зірок, газу й пилу. Вищим рівнем організації космічної матерії є Метагалактика, яка складається з величезної кількості галактик. Можливо існує багато Метагалактик, які одержали назву По-заметагалактичних об'єктів (поки що гіпотетичних). їх взаємодія утворює багатоярусний Великий Всесвіт — безмежний матеріальний світ із нескінченною різноманітністю форм і видів матерії.
На певному етапі розвитку Метагалактики в деяких планетних системах утворюються необхідні умови для формування із молекул неживої природи носіїв життя. Останнє має ряд рівнів матеріальної організації: система доклітинного рівня — нуклеїнові кислоти (ДНК і РНК)та білки; клітини як особливий рівень біоорганізації; одноклітинні та багатоклітинні організми — рослинного і тваринного походження, існують і надорганічні структури (популяції) — співтовариства особин одного виду, пов'язаних між собою загальним генофондом і здатних до самовідтворення.
Кожна популяція, будучи системною цілісністю, регулює поведінку і розмноження особин, що входять до неї. В межах популяцій існують складні системи сигналів, які визначають поведінку однієї особини стосовно іншої.
До надорганічних рівнів організації матерії відносяться також види та біоценози. Останні утворюються в результаті взаємодії різних популяцій між собою та довкіллям. У системі біоценозу популяції взаємопов'язані так, що продукти життєдіяльності одних є умовами життя інших. Наприклад, будучи цілісною системою (біоценозом), ліс вміщує в собі такі популяції як дерева, гриби, мохи, лишайники та інші, які живуть системно. У свою чергу взаємодія біоценозів утворює глобальну систему життя -біосферу. В ній біоценози взаємодіють між собою, а також з повітряною оболонкою, через яку здійснюється теплообмін Землі з космосом та з водним середовищем. При порушенні цих взаємодій змінюється життя на Землі. Щоб підтримати цю рівнодію, потрібне не лише відтворення певних умов життя популяцій, а й певна їх різноманітність.
Будучи складовою життя на Землі, люди постійно збільшують виробничий вплив на навколишнє середовище і цим самим - на динаміку біосфери. Нині антропо- і техногенний вплив на природу настільки значний, що це навіть загрожує виродженням біосфери. Знання та уміле використання людиною законів розвитку останньої, розуміння свого місця в її динаміці є однією з умов існування людства.
Поява все нових рівнів організації матерії призводить до зміни біосфери, є результатом її функціонування як цілого в межах нашого Всесвіту. Разом з тим це ціле обумовлює і диференціацію самої біосфери на різних рівнях функціонування живої матерії. В межах біосфери розвивається особливий вид матеріальної системи — людське суспільство, яке має свої системи: нації, класи, сім'я тощо. Воно існує завдяки діяльності людей і включає в себе як необхідний елемент свого функціонування й розвитку духовне життя. Взаємодія людини з природою через практичну діяльність не є простим споживанням людиною природної речовини. У своїй діяльності людина спирається на об'єктивні закони розвитку світу, виявляючи і реалізуючи разом з тим такі можливості, які "самі собою" стихійно не реалізуються: створює штучні речовини, механізми і т.п., що прийнято називати штучною, "другою" природою.
В процесі життєдіяльності людства перетинаються дві лінії розвитку: природна еволюція неживої і живої матерії і, так би мовити, штучної матерії, яка лежить в основі суспільнихявищ. Причому друга здійснюється не лише через предмети, створені людиною, а й через зміну самої людини, через u суспільний розвиток. Виникнення людського суспільства як особливого етапу розвитку матерії наводить на думку про можливість існування інших цивілізацій, про космічне майбутнє людства, а це, в свою чергу, ставить вічне світоглядне питання про місце людини в світі, про майбутнє людства.
Дослідження взаємозв'язку всіх рівнів існування матерії, включаючи й людину (суспільство), по-новому проливає світло на проблему єдності світу. Послідовно проведений матеріалістичний монізм, який бачить єдність світу в його матеріальності, включає й ідеї діалектичної єдності і різноманітності світового розвитку. Таке розуміння принципово відмінне від вульгарно-матеріалістичного, яка не враховує якісних особливостей різних рівнів організації матерії, в тому числі й вищого, на якому виникає й існує свідомість, дух. Воно відрізняється й від ідеалістичного монізму, який за первинне бере ідеальне, а матерію — за його інобуття.
Ці системи постійно взаємодіють з довкіллям, внаслідок чого змінюються їх деякі властивості, відношення і зв'язки. Частина з них зберігається і становить основу існування даної системи, її структуру.
Кожен об'єкт (система, її елемент) — унікальний. Проте певні групи об'єктів мають спільні (загальні) ознаки. Наявність споріднених ознак дозволяє віднести їх до певних класів, систем, виділяти різні рівні організації матерії.
Види матерії пов'язані між собою генетично: кожен виникає з іншого, попереднього. Тому будову матерії можна уявити як ієрархію певних рівнів.
Сучасне природознавство доводить, що глибинні структури матеріального світу "представлені" об'єктами елементарного рівня (елементарними частинками та ін.). їх властивості виявились надто відмінними від властивостей макротіл. їм притаманні як корпускулярні, так і хвильові властивості. Закономірності їх руху також істотно відрізняються від закономірностей руху макротіл.
До відкриття цих частинок наука виділяла лише два види матерії — речовину й поле. Спочатку речовину пояснювали як перервне матеріальне середовище, що складається з дискретних частинок, а поле як безперервне матеріальне середовище. Пізніше квантова механіка визнала таке уявлення неточним. На мікрорівні поля являють собою сукупність квантів, які можна розглядати як своєрідні частинки з притаманними їм корпускулярними і хвильовими властивостями. Так, електромагнітне поле можна уявити як систему фотонів. У той же час частинки речовини (електрони, позитрони та ін.) фізика в ряді задач розглядає як кванти відповідних полів.
В цілому елементарні частинки проявляються в чотирьох типах взаємодій — сильному, слабкому, електричному і гравітаційному. Два останніх типи проявляються на великих відстанях, і тому їм підпорядковані процеси не лише мікросвіту, а й мікротіл, планет, зірок, галактик (макро- і мегасвіт). Сильні й слабкі взаємодії притаманні лише процесам мікросвіту. В останні десятиріччя виявлено, що електромагнітні і слабкі взаємодії становлять сторони єдиної сутності електро-слабкої взаємодії.
Елементарні частинки класифікують і за типами взаємодії: важкі частинки (адрони), легкі (лептони) та гравітони. Адрони функціонують у всі типах взаємодії; лептони — лише в електрослабких та гравітаційних, гіпотетичні — лише в гравітаційних. Пошук різних структур становить головну мету фізики. Остання прагне виявити ті глибинні властивості і стани матерії, які в кінцевому підсумку визначають еволюцію Всесвіту, особливості взаємодії і розвитку його об'єктів1.
Великим успіхом на цьому шляху було відкриття кваркової структури адронів. І хоч кварки не були виявлені у вільному стані, проте експериментально зафіксовані. Саме кварки, лептони, і виступають у ролі базисних об'єктів у системі елементарних частинок. Вони є "будівельним матеріалом" для речовин. Дякуючи взаємодії кварків, існують ядра атомів. Формування електронних оболонок навколо ядра приводять до утворення атомів.
Субелементарний рівень організації матерії включає ще й такий її вид як фізичний вакуум, в якому містяться "корені" всіх елементарних частинок і фізичних тіл, відбуваються складні процеси. Поява цих ідей послужила основою нових уявлень про розвиток нашого Всесвіту, про його виникнення шляхом вибуху, пов'язаного з масовим "народженням" елементарних частинок у результаті фазових переходів у вакуумі. На основі взаємодій об'єктів субелементарного рівня виникають елементарні частинки, а на їх основі — складніші утворення (атоми та інше). Елементарні частинки, ядра атомів можуть утворювати плазму (вид матерії, подібний до газу). її величезні скупчення, стягнуті електромагнітними гравітаційними полями, утворюють зірки, які є особливим рівнем організації матерії. В їх надрах постійно протікають реакції, в ході яких одні частинки перетворюються в інші, за рахунок чого зірки випромінюють енергію, утворюють інші атоми, а їх взаємодія призводить до появи молекул.
За цим слідує рівень твердих, газоподібних макротіл. Особливим їх видом є такі макротіла, які називають планетами. В них дуже складна структура (ядро, літосфера, іноді — атмосфера, гідросфера). Зірки і планети в свою чергу утворюють планетні системи. Великі скупчення зірок, планет, пилу й газів утворюють об'єкти, які називають Галактиками. Ядро Галактики утворюється з щільного скупчення зірок, газу й пилу. Вищим рівнем організації космічної матерії є Метагалактика, яка складається з величезної кількості галактик. Можливо існує багато Метагалактик, які одержали назву По-заметагалактичних об'єктів (поки що гіпотетичних). їх взаємодія утворює багатоярусний Великий Всесвіт — безмежний матеріальний світ із нескінченною різноманітністю форм і видів матерії.
На певному етапі розвитку Метагалактики в деяких планетних системах утворюються необхідні умови для формування із молекул неживої природи носіїв життя. Останнє має ряд рівнів матеріальної організації: система доклітинного рівня — нуклеїнові кислоти (ДНК і РНК)та білки; клітини як особливий рівень біоорганізації; одноклітинні та багатоклітинні організми — рослинного і тваринного походження, існують і надорганічні структури (популяції) — співтовариства особин одного виду, пов'язаних між собою загальним генофондом і здатних до самовідтворення.
Кожна популяція, будучи системною цілісністю, регулює поведінку і розмноження особин, що входять до неї. В межах популяцій існують складні системи сигналів, які визначають поведінку однієї особини стосовно іншої.
До надорганічних рівнів організації матерії відносяться також види та біоценози. Останні утворюються в результаті взаємодії різних популяцій між собою та довкіллям. У системі біоценозу популяції взаємопов'язані так, що продукти життєдіяльності одних є умовами життя інших. Наприклад, будучи цілісною системою (біоценозом), ліс вміщує в собі такі популяції як дерева, гриби, мохи, лишайники та інші, які живуть системно. У свою чергу взаємодія біоценозів утворює глобальну систему життя -біосферу. В ній біоценози взаємодіють між собою, а також з повітряною оболонкою, через яку здійснюється теплообмін Землі з космосом та з водним середовищем. При порушенні цих взаємодій змінюється життя на Землі. Щоб підтримати цю рівнодію, потрібне не лише відтворення певних умов життя популяцій, а й певна їх різноманітність.
Будучи складовою життя на Землі, люди постійно збільшують виробничий вплив на навколишнє середовище і цим самим - на динаміку біосфери. Нині антропо- і техногенний вплив на природу настільки значний, що це навіть загрожує виродженням біосфери. Знання та уміле використання людиною законів розвитку останньої, розуміння свого місця в її динаміці є однією з умов існування людства.
Поява все нових рівнів організації матерії призводить до зміни біосфери, є результатом її функціонування як цілого в межах нашого Всесвіту. Разом з тим це ціле обумовлює і диференціацію самої біосфери на різних рівнях функціонування живої матерії. В межах біосфери розвивається особливий вид матеріальної системи — людське суспільство, яке має свої системи: нації, класи, сім'я тощо. Воно існує завдяки діяльності людей і включає в себе як необхідний елемент свого функціонування й розвитку духовне життя. Взаємодія людини з природою через практичну діяльність не є простим споживанням людиною природної речовини. У своїй діяльності людина спирається на об'єктивні закони розвитку світу, виявляючи і реалізуючи разом з тим такі можливості, які "самі собою" стихійно не реалізуються: створює штучні речовини, механізми і т.п., що прийнято називати штучною, "другою" природою.
В процесі життєдіяльності людства перетинаються дві лінії розвитку: природна еволюція неживої і живої матерії і, так би мовити, штучної матерії, яка лежить в основі суспільнихявищ. Причому друга здійснюється не лише через предмети, створені людиною, а й через зміну самої людини, через u суспільний розвиток. Виникнення людського суспільства як особливого етапу розвитку матерії наводить на думку про можливість існування інших цивілізацій, про космічне майбутнє людства, а це, в свою чергу, ставить вічне світоглядне питання про місце людини в світі, про майбутнє людства.
Дослідження взаємозв'язку всіх рівнів існування матерії, включаючи й людину (суспільство), по-новому проливає світло на проблему єдності світу. Послідовно проведений матеріалістичний монізм, який бачить єдність світу в його матеріальності, включає й ідеї діалектичної єдності і різноманітності світового розвитку. Таке розуміння принципово відмінне від вульгарно-матеріалістичного, яка не враховує якісних особливостей різних рівнів організації матерії, в тому числі й вищого, на якому виникає й існує свідомість, дух. Воно відрізняється й від ідеалістичного монізму, який за первинне бере ідеальне, а матерію — за його інобуття.
