82

У советских ученых-физиков о теории относительности выработалась другая точка зрения, которая существенно отличается от теории Эйнштейна. Геометрические свойства реального физического пространства и времени гораздо более сложны, чем это предполагалось Эйнштейном. Математическим отображением этих свойств является не геометрия Эвклида, которую использовал Эйнштейн, а геометрия Римана. Метрика пространства и времени является евклидовой лишь при отсутствии поля тяготения, наличие же поля тяготения приводит к отклонению метрики от эвклидовой.

Характер метрики неразрывно связан с распределением тяготеющих масс и их движением. Связь эта взаимная. С одной стороны, отклонение метрики от эвклидовой обусловлена наличием тяготеющих масс, с другой стороны – движением масс в поле тяготения – отклонением метрики от эвклидовой.

Суть этих процессов: «массы определяют метрику пространства и

времени, а метрика пространства и времени определяет их движение».

Нерасторжимое единство движения материи с пространством и временем состоит в том, что при движении материи ни пространство, ни время изолировано существовать друг без друга не могут.

В иерархии структурных уровней материи (мего-, макро- и микромиров) каждому уровню свойственны только ему присущие критерии движения, пространства и времени.

Расширение наших знаний о формах и движении материи позволяет решать вопросы о временной эволюции материального мира. Материя, находясь в постоянном движении, в процессе эволюции переходит из одного качественного состояния в другое, что, соответственно, делает неизбежным изменение ее пространственно-временной структуры.

4.2. Структурные уровни организации материи

Под «материей» понимается вещество, субстрат, субстанция, содержание, существующие вне нас и независимо от нашего сознания.

Материю разделяют на три основные сферы: неживую, живую и социально-организованную. Неживая материя – это все объекты неорганической природы – от микрочастиц до космических систем во всё возрастающих масштабах бесконечной Вселенной. Живая материя – это всё множество объектов, обладающих способностью к сложным формам отражения, воспроизводству и размножению.

Социально-организованная материя – это все общественные системы (политическая, экономическая, образовательная, социальная и др.): от человека до общества в целом. Выделение трех указанных важнейших форм материи отражает её историческое развитие во времени,

83

а также степень сложности структуры, связей и форм движения различных систем. Степень сложности возрастает с переходом от неживой материи к живой.

В структурной организации материи выделяют следующие признаки:

-специфические законы движения и взаимодействия объектов;

-совокупность основных свойств, по которым объекты качественно различаются между собой;

-пространственно-временные масштабы;

-степень относительной сложности, возникшей в процессе исторического развития.

В соответствии с этими признаками можно выделить в неживой природе следующие уровни: элементарные частицы и атомные ядра; атомы и молекулы; макроскопические тела; космические системы различного порядка.

В живой природе можно выделить молекулярный уровень жизни, уровень микроорганизмов, клеточный уровень, уровни организмов, видов, биоценозов и всей биосферы.

В социально-организованной материи можно выделить также уровни: человек (индивидуум), семья, производственный коллектив, социальные группы, классы, государства, формации и общество в целом.

Все виды материи в микромире обладают сложными внутренними связями, структурой, способностью к изменениям и переходам из одних состояний в другие.

Понятие системы органически связано с понятием целостности. Для природной системы характерно не только наличие связей и отношений между образующими ее элементами, но и неразрывное единство со средой.

Система (в переводе с греч. – составленное из частей) – это совокупность элементов, находящихся между собой в отношениях и связях, образующих определенную целостность. Понятие «система» имеет длинную историю. Аристотель подчеркивал, что система – это не только материальная сторона мира, но и социальной действительности. Дальнейшее развитие системность получила в трудах Шеллинга и Гегеля.

ВXVII-XIX веках в различных специальных науках исследовались определенные типы систем (астрономические, физические, химические, механические и т.д.). Марксизм сформулировал философские и методологические основы научного познания целостных развивающихся биосистем.

Любая система может быть рассмотрена как элемент системы более высокого порядка, в то время как элементы данной системы могут выступать как элементы системы более низкого порядка.

Расположение систем ступенчатым порядком, где каждый низкий уровень является частью систем более высокого уровня, называется

84

иерархией. Иерархичность характерна в целом для всех природных систем.

Парадигма (в переводе с греч., буквально – пример, образец) – это образец программ теоретических и методологических разработок, которые используются для проведения конкретных научных исследований. Парадигма является моделью, образцом для решения практических задач. В настоящее время системная парадигма доминирует в современной науке.

Основой существования системы является закономерность: «Связи в системах взаимодействия между элементами внутри должны быть сильнее, чем с внешними по отношению к системе идентичными элементами». В каждой системе имеются морфологические границы и функциональные особенности, которые по ходу развития системы могут не только усложняться, но и упрощаться, не только развиваться, но и деградировать. Изменения чаще всего обусловлены деградацией внутреннего развития системы.

Между частями системы, её элементами складываются внутренние связи. Эти связи раскрывают внутренние процессы, определяющие специфику данной системы, её качественное своеобразие. Внутренние противоречия выступают источником развития данной системы, определяя ее сущность. Они получили свое выражение в основных законах развития систем.

Понятие «элемент» означает минимальный, входящий в систему. Элемент является таковым лишь по отношению к данной системе. Вместе с тем он сам может представлять сложную систему. Совокупность связей между элементами образуют структуру системы.

В системной иерархии существуют два доминирующих типа связи между элементами в системе – по горизонтали и по вертикали.

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

Связи «по вертикали» – это связи субординации между элементами внутри одной системы и в системной иерархии. Эти связи выражают сложное внутреннее устройство, где одни элементы по своей значимости могут подчиняться другим, более значимым. Вертикальная структура формирует уровенную организацию системы, т.е. иерархию.

Исходным пунктом любого системного исследования является изучение устойчивости, т.е. целостности систем.

Целостность систем означает, что все её составные части, соединясь вместе, образуют уникальное целое, обладающее новыми интегративными свойствами. Все природные объекты представляют собой упорядоченные структурированные, иерархически организованные системы.

85

Вматериальных системах важнейшей закономерностью является

принцип: «чем меньше размеры системы, тем относительно более

прочно связаны между собой ее составные элементы».

Вкосмических системах преимущественно действуют гравитационные силы. В макроскопических телах молекулах и атомах к ним добавляется более мощные электромагнитные силы, а в атомных ядрах действуют еще более мощные ядерные силы, объединяющие протоны и нейтроны. Во многих системах составляющие их элементы продолжают сохранять свои свойства.

Наряду с этими существуют системы с так называемой «интегральной целостностью», в которых все элементы настолько тесно связаны между собой, что их свойства как бы обобществляются. Если эти элементы данной системы рассматриваются вне целого, то они качественно меняются и в отдельных случаях прекращают свое существование. Таковы, например, биологические и общественные системы.

Интегральная целостность присуща и атомным ядрам, но здесь она обусловлена очень большой энергией связи между протонами и нейронами, которые в ядрах постоянно превращаются друг в друга.

Элементарные частицы – электроны, протоны, нейтроны, мезоны и др.

–ведут себя как целостное образование во всех известных процессах. С увеличением энергии воздействия на них они не расщепляются, а лишь превращаются из одних видов в другие. Например, возможно возникновение пары электронов – позитронов, мезонов, нуклонов и др., причем среди рожденных частиц могут быть частицы аналогичные сталкивающимся. В мире не существует бесструктурных микрообъектов, которые представляли бы последнюю сущность материи.

Системный подход к изучению материи

В XVI-XIX столетиях описание природы шло по пути изучения структурных уровней организации материи. Основу этой концепции составлял системный анализ изучаемых объектов и логически обоснованный подход к исследованиям.

Системный анализ знаменовал переход от решения хорошо структурированных проблем, когда четко был установлен состав элементов и их взаимосвязь, к слабо структурированным проблемам, когда состав элементов и их взаимосвязь были установлены частично, а причинно-следственная связь завуалирована неопределенностью, трудно переводимой на язык математики. Под структурой строения материи понимается расположение элементов в системах, обеспечивающих ее устойчивую связь и её целостность.

Концепция изучения структурных уровней организации материи получила свое максимальное развитие в 20-м столетии. По этой концепции

86

все объекты живой и неживой природы можно представить в виде систем, расположенных в иерархической последовательности от элементарных частиц, представляющих первоначальный уровень организации материи, до более высоких уровней организации. В неживой материи иерархия систем прослеживается от атома до галактики и метагалактики, а в живой материи – от одноклеточного организма до многоклеточных организмов.

Михаил Васильевич Ломоносов был первым, кто обратил внимание на структурную организацию земных слоев. Им в 1763 г. была написана работа «О слоях земных».

Чарльз Лайэль в 1825 г. впервые описал некоторые геологические образования Англии и Шотландии. В этой работе он решительно выступил против господствовавшей в то время «теории катастроф». Он утверждал, что для объяснения явлений геологического прошлого Земли нет необходимости прибегать к силам и причинам иным, чем те, которые действуют на Земле и в настоящее время. Заслуга Лайэля заключалась в том, что он обобщил огромный фактический материал, накопившийся в науке к 30-м годам XIX века, и изложил его в виде стройной геологической концепции.

История развития системного анализа в биологии начинается с исследований по систематике животных и растений шведского естествоиспытателя Карла Линнея.

В1739 г. Линней завершил огромный труд ботаников и зоологов первой половины XVIII века и разработал систему классификации растительного и животного мира. В основу классификации растений Линней положил число, величину и расположение тычинок и пестиков в цветке, а также признак одно-, двуили многодомность растения, так как считал что органы размножения являются самыми существенными и постоянными частями растений. На основе этого принципа он разделил растения на 24 класса. Система классификации животного мира у Линнея заключалась в разделении всех животных на 6 классов: млекопитающие, птицы, амфибии, рыбы, черви и насекомые.

В1838 г. Маттиас Якоб Шлейден – немецкий биолог, профессор Иенского универсистета, один из авторов клеточной теории, впервые сформулировал системный подход к изучению живых клеток.

Чарльз Дарвин в 1836 г. разработал теорию структурной эволюции вида путем наследственной изменчивости, естественного отбора и борьбы за существование.

Вконце XIX века русский ученый Александр Петрович Карпинский, изучая закономерности геологического развития территории европейской части России, заложил основу учения о платформах, дополненную затем в трудах других русских ученых-геологов.

Было доказано, что платформы литосферы наряду с геосинклинальными областями, из которых они образуются, являются

87

главными типами структур материков. Особенности развития платформ определяются многообразием явлений на протяжении всех эпох геологического развития Земли.

В 1869 г. Дмитрием Ивановичем Менделеевым был открыт периодический закон химических элементов. Это открытие явилось венцом системного анализа, как в живой, так и неживой природе. Д.И. Менделеев доказал, что все химические и физические свойства веществ определяются строением атома. Сходство элементов обнаруживается при одинаковом строении наружного слоя электронной оболочки атома. Внешняя оболочка атомов имеет несколько слоев. По мере увеличения заряда атомных ядер электроны начинают заполнять новые слои электронных оболочек. Они размещаются на новых энергетических уровнях в энергетической последовательности. От количества энергетических уровней зависит химический и физический состав данного элемента. Таким образом, все химические и физические свойства вещества определяются строением атома. Периодический закон Д.И. Менделеева является всеобщим законом природы.

Карл Францевич Рулье, профессор Московского университета, еще в 1852 г. задолго до разработки Ч. Дарвиным теории о происхождении видов писал: «Историческое развитие животных организмов приводит к усложнению их структурной организации путем нарастающей дифференциации функций и органов».

Всоциальной среде структуризация шла по линии развития общества от первобытнообщинного до капиталистического и социалистического в зависимости от характера развития производительных сил и производственных отношений. В общественных системах их целостность определяется общностью способа производства, территорией государства, языка, развитием торговли, системой коммуникации и обменом информацией, централизующей деятельностью государства, общностью исторических традиций, характером общественного сознания и единством целей развития.

Висторико-научном аспекте формирование системности в развитии естественных наук осуществлялось по двум принципам, Первый принцип – синтез матрицы переменных, характеризующих данную систему. Второй принцип – изучение эволюции переменных данной системы во времени.

Форма структурной организации материи, её свойства и законы движения качественно меняются с изменением пространственновременных масштабов при переходе от одного уровня иерархии к другому. Многие законы макроскопических явлений неприменимы в микромире, здесь наблюдаются такие свойства и законы взаимодействия частиц, которые не проявляются в непосредственно окружающем нас, чувственно воспринимаемом мире. Все это говорит о структурной неоднородности материи и её качественной неисчерпаемости.

90

Критерием целостности живой материи является устойчивость внутренних систем, обеспечивающих жизненные функции организма: сердечно-сосудистой, пищеварительной, нервной, мышечной и других. Критерий целостности неживой системы выражается в следующем: «Система будет целостна в том случае, если внутренняя энергия связей между составляющими её элементами материи будет больше, чем суммарная кинетическая энергия извне». Примером системной целостности может быть метагалактика – крупнейшая структура во Вселенной. В каждой метагалактике насчитывается до 10 000 галактик. Диаметр метагалактики в среднем составляет 50 Мпк. Вселенной присуща иерархическая структурность: от ядер атомов до гигантских звездных скоплений.

Согласно современным представлением для метагалактики характерна ячеистая структура. Она напоминает «паутинную сетку». Моделью может служить кусок пемзы. В масштабах звезд или звездных скоплений вещество распределено неравномерно, но в масштабах сверхскоплений галактик – практически равномерно. В больших масштабах Вселенную можно считать однородной. В метагалактике пространство между галактиками заполнено чрезвычайно разряженным метагалактическим газом, пронизанным космическими лучами, который постоянно, благодаря вращению космических тел находится в непрерывном волновом движении.

На рисунках 4.3.1, 4.3.2 приводятся видимые созвездия в средних широтах Земли весной, летом, осенью и зимой. Объединение звезд в созвездия позволило произвести определенную систематизацию небесных светил для наиболее детального их изучения и дать им названия.

Современное естествознание о микро-, макро- и мегамирах

Структурность и системная организация материи относятся к числу ее важнейших атрибутов. Они выражают упорядоченность существования материи и те конкретные формы, в которых она проявляется. (С.Х. Карпенков, 1997) Под структурой материи обычно понимается её строение в микромире, существование в виде молекул, атомов, элементарных частиц и т.д. Но если рассматривать материю в целом, во всех доступных и потенциально возможных формах её существования, то понятие структуры материи будет охватывать также различные макроскопические тела, все космические системы мегамира, причем в любых, сколь угодно больших пространственно-временных масштабах.

С этой точки зрения структура материи проявляется в её существовании в виде бесконечного многообразия целостных систем, тесно связанных между собой в закономерном движении и

91

взаимодействии, в упорядоченном строении каждой системы. Эта структура неисчерпаема и бесконечна в количественном и качественном отношениях.

Проявлениями структурной бесконечности материи выступают: неисчерпаемость объектов и процессов микромира, бесконечность пространства и времени, бесконечность изменений и развития материи. Но из всего этого многообразия форм объективной реальности эмпирически доступна для наблюдений всегда лишь конечная область материального мира. О свойствах и законах движения материи за пределами наблюдаемости мы судим на основе экстраполяции объективно верных научных знаний на предполагаемые области. Причем если эта экстраполяция производится в отношении всеобщих атрибутов и универсальных законов бытия материи, то она может не заключать в себе большой ошибки (хотя и требует теоретического обоснования); если же экстраполируются частные, специфические свойства и законы, то ошибка, начиная с некоторых масштабов, будет неизбежна и картина реальности окажется искаженной.

Этот вывод следует из всеобщего закона перехода количественных изменений в качественные, согласно которому всякое конкретное качество существует в определенных границах меры и является конечным. При постоянном количественном изменении значения свойств, их уменьшении или увеличении, на определенном этапе неизбежно возникают качественные, структурные изменения в формах организации материи, её свойствах и законах.

При этом вновь возникшее качество в свою очередь будет обладать иными количественными параметрами, так что всегда следует иметь в виду взаимную связь и взаимопереход количественных и качественных изменений. Отражением этого факта является принцип конкретности истины и локального характера применимости конкретности естественнонаучных теорий.

В доступных пространственно-временных масштабах структурность материи проявляется в ее системной организации, существовании в виде множества иерархически взаимосвязанных систем, начиная от элементарных частиц и кончая Метагалактикой. Последнюю иногда отождествляют со всей Вселенной, но для этого нет никаких оснований, ибо Вселенная в целом, понимаемая в предельно широком смысле этого слова, тождественна всему материальному миру и движущейся материи, которая может включать в себя бесконечное множество Метагалактик или других космических систем.

Понятие Вселенной, используемое в различных космологических моделях, обозначает наблюдаемую Вселенную (Метагалактику) либо же различные аспекты последней, как они представляются через содержание принятых моделей.