Концепция строения материи

Концепция строения материи ВВЕДЕНИЕ. Каждый человек-это загадка и в о сновном , загадка для самого себя . Наше общ ество , общество людей - это самая большая т айна , и конечно познать эту тайну , в си лах не каждый , но каждый , я уверен , хот я бы в глубине души , пытается эту тайн у для себя приоткрыть . Приоткрыть ее , позн ав себя с амого. Я думаю , что в этом вопросе , для меня лично , сможет помочь концепция совре менного естествознания . Ведь основная цель со временного естествознания - познание мира , формиров ание нашего личного мировоззрения . Сейчас гла вная функция современного естеств ознания - технический прогресс . Современный мир сформирова лся в ряде факторов , основной из которых Научно-технический Прогресс (НТП ). Основные осо бенности современного мира определяются НТП . Научно-технический Прогресс - основа совреме нной цивилизации . Е му всего 300-350 лет . Име нно тогда возникла индустриальная цивилизация . НТП пропитывает всю цивилизацию (деятельность , жизнь людей ). Все связано с НТП , даже культура (создана индустрия размножения прод уктов культуры ). Следующая цель - видимо - эмоции . НТ П вещь двоякая : у него ес ть как положительные , так и отрицательные черты . Положительные - улучшение комфорта , отрицате льные - экологические (комфорт ведет к экологич ескому кризису ) и культурные (в связи с развитием средств общения нет необходимости непоср е дственного контакта ). Отношение к нему тоже двоякое : несмотр я на усиленное развитие Научно-технического П рогресса , на уровне культуры нет подобного роста . Даже , напротив , есть полярность . Одни говорят , что наука хорошо , другие - плохо . Приведем результа ты опроса по отношению к науке в Англии. 45 % - больше добра . 38 % - уравновешено. 11 % - больше зла. В настоящее время изучение естественной науки сконцентрировано на трех главных ф ронтах : 1) изучение очень большого - (занимается а строномия , астрономы наблюдают все более отдаленные объекты и пытаются составить пр едставление о том , как выглядит населяемый нами мир в макрокосмосе ); 2) изучение очень малого - (представляет собой мир атомов . Мы сами и все вокруг нас состоит из ат омов , для нас представляет первостепен ный интерес , как мы сложены ); 3) изучение оче нь сложного (эта область принадлежит биологии ). 1. Макромир : концепции кла ссического естествознания. В истории изучения природы можно выде лить два этапа : донаучный и научный. Донаучный , или натурфил ософский , охват ывает период от античности до становления экспериментального естествознания в XVI-XVII вв . В это т период учения о природе носили чисто натурфилософский характер : наблюдаемые природные явления объяснялись на основе умозрительных философских п ринципов. Наиболее значимой для последующего развит ия естественных наук была концепция дискретно го строения материи атомизм , согласно которому все те ла состоят из атомов - мельчайших в мире частиц. Античный атомизм был первой теоретической программой объяс нения целого как сум мы отдельных составляющих его частей . Исходны ми началами в атомизме выступали атомы и пустота . Сущность протекания природных проце ссов объяснялась на основе механического взаи модействия атомов , их притяжения и отталкиван ия . Механическа я программа описания природы , впервые выдвинутая в античном атомиз ме , наиболее полно реализовалась в классическ ой механике , со становления которой начинаетс я научный этап изучения природы. Поскольку современные научные представления о структурных уровнях ор ганизации ма терии были выработаны в ходе критического переосмысления представлений классической науки , применимых только к объектам макроуровня , т о начинать исследование нужно с концепций классической физики. Формирование научных взглядов на строение матер ии относится к XVI в ., когда Г . Галилеем была заложена основа первой в истории науки физической картины мира - механической . О н не просто обосновал гелиоцентрическую систе му Н . Коперника и открыл закон инерции , а разработал методологию нового способа оп иса ния природы - научно-теоретического . Суть его зак лючалась в том , что выделялись только неко торые физические и геометрические характеристики , которые становились предметом научного иссл едования . Галилей писал : “Никогда я не ста ну от внешних тел требовать че го-либо иного , чем величина , фигура , количество и более или менее быстрого движения для того , чтобы объяснить возникновение вкуса , з апаха и звука” . Выделение отдельных характеристик объекта позволяло строить теоретические модели и проверять их в условиях н аучного э ксперимента . Эта методологическая концепция , вперв ые сформулированная Галилеем в труде “Пробирн ые весы” , оказала решающее влияние на стан овление классического естествознания. И . Ньютон , опираясь на труды Галилея , разработал строгую научную теорию механи ки , описывающую и движение небесных тел , и движение земных объектов одними и теми же законами . Природа рассматривалась как сл ожная механическая система. В рамках механической картины мира , ра зработанной И . Ньютоном и его последователями , сложилась ди скретная (корпускулярная ) мод ель реальности . Материя рассматривалась как в ещественная субстанция , состоящая из отдельных частиц - ат омов или корпускул . Атомы абсолютно прочны , неделимы , непроницаемы , характеризуются наличием массы и веса. Существенной хара ктеристикой ньютоновско го мира было трехмерное пространство евклидов ой геометрии , которое абсолютно постоянно и всегда пребывает в покое . Время представлял ось как величина , не зависящая ни от п ространства , ни от материи. Движение рассматривалось как переме ще ние в пространстве по непрерывным траекториям в соответствии с законами механики . Счита лось , что все физические процессы можно св ести к перемещению материальных точек под действием силы тяготения , которая является дальнодействующей. Итогом ньютоновской к артины мира явился образ Вселенной как гигантского и полностью детерминированного механизма , где событ ия и процессы являют собой цепь взаимозав исимых причин и следствий . Отсюда и вера в то , что теоретически можно точно ре конструировать любую прошлую ситуа ц ию во Вселенной или предсказать будущее с абсолютной определенностью . И . Р . Пригожий н азвал эту веру в безграничную предсказуемость “основополагающим мифом классической науки”. Механистический подход к описанию природы оказался необычайно плодотворным . Всл ед за ньютоновской механикой были созданы г идродинамика , теория упругости , механическая теори я тепла , молекулярно-кинетическая теория и цел ый ряд других , в русле которых физика достигла огромных успехов . Однако были две области - оптических и электромагнит ных явлений , которые не могли быть полностью объяснены в рамках механистической картины мира. Разрабатывая оптику , И . Ньютон , следуя логике своего учения , считал свет потоком материальных частиц - корпускул . В корпускулярной теории света И . Ньютона утвержд алось , что с ветящиеся тела излучают мельчайшие частицы , к оторые движутся в согласии с законами мех аники и вызывают ощущение света , попадая в глаз . На базе этой теории И . Ньютоном было дано объяснение законам отражения и преломления света. Наряду с механиче ской корпускулярной теорией , осуществлялись попытки объяснить оп тические явления принципиально иным путем , а именно - на основе волновой теории , сформулированной X. Гюйгенсом . Волновая теория устанавливала аналогию между распространением света и движением вол н на поверхности воды или звуковых волн в воздухе . В ней предполагалось наличие упругой среды , заполняющей все пространство , - светоносного эфира . Распространение света расс матривалось как распространение колебаний эфира : каждая отдельная точка эфира к о леблется в вертикальном направлении , а колебания всех точек создают картину волны , которая перемещается в пространстве от о дного момента времени к другому . Главным а ргументом в пользу своей теории X. Гюйгенс считал тот факт , что два луча света , пересека ясь , пронизывают друг друга без каких-либ о помех в точности , как два ряда волн на воде. Согласно же корпускулярной теории , между пучками излученных частиц , каковыми является свет , возникали бы столкновения или , по крайней мере , какие-либо возмущения . Исходя и з волновой теории X. Гюйгенс успешно объяснил от ражение и преломление света. Однако против нее существовало одно в ажное возражение . Как известно , волны обтекают препятствия . А луч света , распространяясь по прямой , обтекать препятствия , не может . Если на пу ти луча света поместить непрозрачное тело с резкой гранью , то е го тень будет иметь резкую границу . Однако это возражение вскоре было снято благода ря опытам Гримальди . При более тонком набл юдении с использованием увеличительных линз о бнаруживалось , что на г раницах резки х теней можно видеть слабые участки освещ енности в форме перемежающихся светлых и темных полосок или ореолов . Это явление бы ло названо дифракцией света . Именно открытие дифракции сделало X. Гюйгенса ревностным сторонником волновой теории света . Однако авторитет И . Ньютона был настолько высок , что корп ускулярная теория воспринималась безоговорочно д аже , несмотря на то , что на ее основе нельзя было объяснить явление дифракции. Волновая теория света была вновь выдв инута в первые десятилетия XIX в. английским физ иком Т . Юнгом и французским естествоиспытател ем О . Ж . Френелем . Т . Юнг дал объяснение явлению интерференции , т.е . появлению темных полосок при наложении света на свет . Су ть ее можно описать с помощью парадоксаль ного утверждения : свет , добав л енный к свету , не обязательно дает более силь ный свет , но может давать более слабый и даже темноту . Причина этого заключается в том , что согласно волновой теории , све т представляет собой не поток материальных частиц , а колебания упругой среды , или в олново е движение . При наложении друг на друга цепочек волн в противоположных фазах , где гребень одной волны совмещаетс я со впадиной другой , они уничтожают друг друга , в результате чего появляются темны е полосы. Явления интерференции и дифракции могли быть объясне ны только в рамках в олновой теории и не поддавались объяснению на основе механической корпускулярной теории света. Другой областью физики , где механические модели оказались неадекватными , была область электромагнитных явлений . Эксперименты английско го есте ствоиспытателя М . Фарадея и тео ретические работы английского физика Дж . К . Максвелла окончательно разрушили представления ньютоновской физики о дискретном веществе как единственном виде материи и положили начало электромагнитной картине мира. Явление элект ромагнетизма открыл датс кий естествоиспытатель X. К . Эрстед , который впервые заме тил магнитное действие электрических токов . П родолжая исследования в этом направлении , М . Фарадей обнаружил , что временное изменение в магнитных полях создает электрический то к . Осмысливая свои эксперименты , он вв ел понятие “силовые линии” . М . Фарадей , обл адавший талантом экспериментатора и богатым в оображением , с классической ясностью представлял себе действие электрических сил от точки к точке в их “силовом поле” . На о снове с воего представления о силовы х линиях он предположил , что существует гл убокое родство электричества и света , и хо тел построить и экспериментально обосновать н овую оптику , в которой свет рассматривался бы как колебания силового поля . Эта мыс ль была необычай н о смела для того времени , но достойна исследователя , котор ый считал , что только тот находит великое , кто исследует маловероятное. М . Фарадей пришел к выводу , что уче ние об электричестве и оптика взаимосвязаны и образуют единую область . Его работы стали исх одным пунктом исследований Дж . К . Максвелла , заслуга которого состоит в математической разработке идей М . Фарадея о магнетизме и электричестве . Используя выс окоразвитые математические методы . Максвелл “пере вел” модель силовых линий Фарадея в матем атическу ю формулу . Понятие “поле сил ” первоначально складывалось как вспомогательное математическое понятие . Дж . К . Максвелл пр идал ему физический смысл и стал рассматр ивать поле как самостоятельную физическую реа льность : “Электромагнитное поле - это та часть прост ранства , которая содержит в себе и окружает тела , находящиеся в электрическом или магнитном состоянии” . Обобщив установленные ранее экспериментальным путем законы электрома гнитных явлений (Кулона , Ампера , Био-Савара ) и открытое М . Фарадеем явление электро м агнитной индукции , Максвелл чисто математ ическим путем нашел систему дифференциальных уравнений , описывающих электромагнитное поле . Эта система уравнений дает в пределах своей применимости полное описание электромагнитных явлений и представляет собой стол ь же совершенную и логически стройную теорию , как и система ньютоновской механики. Из уравнений следовал важнейший вывод о возможности самостоятельного существования п оля , не “привязанного” к электрическим заряда м . В дифференциальных уравнениях Максвелла ви хри электрического и магнитного полей определяются производными по времени не от своих , а от чужих полей : электрическое - от магни тного и , наоборот , магнитное - от электрического . Поэт ому если меняется со временем магнитное п оле , то существует и переменное электрич еское поле , которое в свою очередь ведет к изменению магнитного поля . В результате происходит постоянное изменение векторов нап ряженности электрического и магнитного полей , т.е . возникает переменное электромагнитное поле , которое уже не привязано к заря ду , а отрывается от него , самостоятельно с уществуя и распространяясь в пространстве . Вы численная им скорость распространения электромаг нитного поля оказалась равна скорости света . Исходя из этого Максвелл смог заключить , что световые волны представл я ют собой электромагнитные волны . Единая сущност ь света и электричества , которую М . Фараде й предположил в 1845 г ., а Дж . К . Максвелл теоретичес ки обосновал в 1862 г ., была экспериментально подтверждена немецким физиком Г . Герцем в 1888 г. В экспериментах Г. Герца в резул ьтате искровых разрядов между двумя заряженны ми шарами появлялись электромагнитные волны . Когда они падали на круговой проволочный виток , то создавали в нем токи , о появл ении которых свидетельствовали искры , проскакиваю щие через разрыв . Г . Г е рц успеш но провел отражение этих волн и их ин терференцию , т.е . те явления , которые характерны для световых волн , а затем измерил дл ину электромагнитных волн . Зная частоту колеб аний , он смог подсчитать скорость распростран ения электромагнитных волн , котора я оказалась равна скорости света . Это прямо подтвердило гипотезу Максвелла. После экспериментов Г . Герца в физике окончательно утвердилось понятие поля не в качестве вспомогательной математической конс трукции , а как объективно существующей физиче ской реальн ости . Был открыт качественно новый , своеобразный вид материи. Итак , к концу XIX в . физика пришла к выводу , что материя существует в двух видах : ди скретного вещества и непрерывного поля. · • Вещество и поле различаются как ко рпускулярные и волновые сущност и : веществ о дискретно и состоит из атомов , а пол е непрерывно. · • Вещество и поле различаются по сво им физическим характеристикам : частицы вещества обладают массой покоя , а поле - нет. · • Вещество и поле различаются по сте пени проницаемости : вещество ма ло проница емо , а поле , наоборот , полностью проницаемо. · • Скорость распространения поля равна ск орости света , а скорость движения частиц в ещества меньше ее на много порядков. В результате же последующих революционных открытий в фи зике в конце прошлого и начале ныне шнего столетий оказались разрушенными представле ния классической физики о веществе и поле как двух качественно своеобразных видах материи. 2. Микромир : концепции сов ременной физики. Атомистическая концепция строения материи. Атомистическая гип отеза ст роения материи , выдвинутая в античности Демок ритом , была возрождена в XVIII в . химиком Дж . Даль тоном , который принял атомный вес водорода за единицу и сопоставил с ним атомные веса других газов . Благодаря трудам Дж . Дальтона стали изучаться физико- химические свойства атома . В XIX в . Д . И . Менделеев построил систему химических элементов , основанную на их атомном весе. В физику представления об атомах как о последних неделимых структурных элементах материи пришли из химии . Собственно физич еские исслед ования атома начинаются в конце XIX в ., когда французским физиком А . А . Беккерел ем было открыто явление радиоактивности , кото рое заключалось в самопроизвольном Превращении атомов одних элементов в атомы других элементов . Изучение радиоактивности было продо лжено французскими физиками супругами Пье ром и Марией Кюри , открывшими новые радиоа ктивные элементы полоний и радий . История исследования строения атома началась в 1895 г . благодаря открытию Дж . Дж . Томсоном электрона - отрицательно заряженной частицы , в ходящей в состав всех атомов . Поскольк у электроны имеют отрицательный заряд , а а том в целом электрически нейтрален , то был о сделано предположение о наличии помимо электрона и положительно заряженной частицы . Масса электрона составила по расчетам 1/1836 мас сы положительно заряженной частицы. Исходя из огромной , по сравнению с электроном , массы положительно заряженной ча стицы , английский физик У . Томсон (лорд Кел ьвин ) предложил в 1902 г . первую модель атома -положительный за ряд распределен в достаточно больш ой области , а электроны вкраплены в него , как “изюм в пудинг” . Эта Идея была развит а Дж . Томсоном . Модель атома Дж . Томсона , над которой он работал почти 15 лет , не уст ояла перед опытной проверкой. В 1908 г . Э . Марсден и X. Гейгер , сотрудники Э . Резерфорд а , провели опыты по прохождени ю альфа-частиц через тонкие пластинки из з олота и других металлов и обнаружили , что почти все они проходят через пластинку , будто нет препятствия , и только 1/10000 из них ис пытывает сильное отклонение . По модели Дж . Томсона эт о объяснить не удавалось , н о Э . Резерфорд нашел выход . Он обратил внимание на то , что большая часть частиц отклоняется на малый угол , а малая - до 150°. Э . Резерфор д пришел к выводу , что они ударяются о какое-то препятствие , это препятствие предста вляет со бой ядро атома - положительно заряженную микрочастицу , размер которой (10 -12 см ) очень мал по сравнению с размерами атома (10 -8 см ), но в ней поч ти полностью сосредоточена масса атома. Модель атома , предложенная Э . Резерфордом в 1911 г ., напоминала солнечн ую систему : в цент ре находится атомное ядро , а вокруг него по своим орбитам движутся электроны. Ядро имеет положительный заряд , а элек троны - отр ицательный . Вместо сил тяготения , действующих в Солнечной системе , в атоме действуют эле ктрические силы . Электр ический заряд ядра атома , численно равный порядковому номеру в периодической системе Менделеева , уравновешив ается суммой зарядов электронов - атом электриче ски нейтрален. Неразрешимое противоречие этой модели зак лючалось в том , что электроны , чтобы не поте рять устойчивость , должны двигаться вокруг ядра . В то же время они , согл асно законам электродинамики , обязательно должны излучать электромагнитную энергию . Но в т аком случае электроны очень быстро потеряли бы всю свою энергию и упали на я дро. Следующее про тиворечие связано с тем , что спектр излучения электрона должен быть непрерывным , так как электрон , приближа ясь к ядру , менял бы свою частоту . Опыт же показывает , что атомы излучают свет только определенных частот . Именно поэтому атомные спектры называют л и нейчатыми . Другими словами , планетарная модель атома Резерфорда оказалась несовместимой с электроди намикой Дж . К . Максвелла. В 1913 г . великий датский физик Н . Бор применил принцип квантования при решении вопроса о строении атома и характеристике атомных с пектров. Модель атома Н . Бора базировалась на планетарной модели Э . Резерфорда и на разработанной им самим квантовой теории ст роения атома . Н . Бор выдвинул гипотезу стр оения атома , основанную на двух постулатах , совершенно несовместимых с классической физи кой : 1) в каж дом атоме существует несколько стационарных с остояний (говоря языком планетарной модели , не сколько стационарных орбит ) электронов , двигаясь по которым электрон может существовать , не излучая ; 2) при п ереходе электрона из одного стационарного с остояния в другое атом излучает или поглощает порцию энергии. Постулаты Бора объясняют устойчивость ато мов : находящиеся в стационарных состояниях эл ектроны без внешней на то причины не излучают электромагнитной энергии . Становится пон ятным , почему атомы хи мических элементов не испускают излучения , если их состояние не изменяется : объясняются и линейчатые с пектры атомов : каждой линии спектра соответст вует переход электрона из одного состояния в другое. Теория атома Н . Бора позволяла дать точное описание атом а водорода , состоящ его из одного протона и одного электрона , достаточно хорошо согласующееся с экспериме нтальными данными . Дальнейшее же распространение теории на многоэлектронные атомы и молек улы столкнулось с непреодолимыми трудностями . Чем подробнее те о ретики пытались описать движение электронов в атоме , определи ть их орбиты , тем большим было расхождение теоретических результатов с экспериментальными данными . Как стало ясно в ходе развит ия квантовой теории , эти расхождения главным образом были связаны с волновыми свойствами электрона . Длина волны движущегос я в атоме электрона равна примерно 10 -8 см , т.е . она того же порядка , что и размер атома . Движение частицы , пр инадлежащей какой-либо системе , можно с достат очной степенью точности описывать как механич е ское движение материальной точки по определенной орбите (траектории ) только в том случае , если длина волны частицы пренебре жимо мала по сравнению с размерами систем ы . Другими словами , следует учитывать , что электрон не точка и не твердый шарик , он обладае т внутренней структурой , к оторая может изменяться в зависимости от его состояния . При этом детали внутренней структуры электрона неизвестны. Следовательно , точно описать структуру ат ома на основании представления об орбитах точечных электронов принципиально невозможно , поскольку таких орбит в действительности не существует . Вследствие своей волновой пр ироды электроны и их заряды как бы ра змазаны по атому , однако не равномерно , а таким образом , что в некоторых точках усредненная по времени электронная плотно с ть заряда больше , а в других - меньше. Описание распределения плотности электронног о заряда было дано в квантовой механике : плотность электронного заряда в определенных точках дает максимум . Кривая , связывающая точки максимальной плотности , формально назыв ается орбитой электрона . Траектории , вычис ленные в теории Н . Бора для одноэлектронно го атома водорода , совпали с кривыми макси мальной средней плотности заряда , что и об условило согласованность с экспериментальными да нными. Теория Н . Бора представляет собой как бы пограничную полосу первого этапа развития современной физики . Это последнее усилие описать структуру атома на основе классической физики , дополняя ее лишь небольш им числом новых предположений . Введенные Боро м постулаты ясно показали , что классичес к ая физика не в состоянии объ яснить даже самые простые опыты , связанные со структурой атома . Постулаты , чужеродные к лассической физике , нарушили ее цельность , но позволили объяснить лишь небольшой круг экспериментальных данных. Создавалось впечатление , что постулаты Н . Бора отражают какие-то новые , неизвестн ые свойства материи , но лишь частично . Отв еты на эти вопросы были получены в ре зультате развития квантовой механики . Выяснилось , что атомную модель Н . Бора не следует понимать буквально , как это было вна ч але . Процессы в атоме в принц ипе нельзя наглядно представить в виде ме ханических моделей по аналогии с событиями в макромире . Даже понятия пространства и времени в существующей в макромире форме оказались неподходящими для описания микрофизи ческих явлений. Атом физиков-теоретиков все больше и больше становился абстрактно-ненабл юдаемой суммой уравнений. 3. Мегамир : современные ас трофизические и космологические концепции. Мегамир , или космос , современная наука рассматривает как взаимодействующую и развивающу юся систему всех небесных тел . Мегамир имеет системную организацию в форме план ет и планетных систем , возникающих вокруг звезд ; звезд и звездных систем - галактик. Все существующие галактики входят в с истему самого высокого порядка - Метагалактику . Размеры Метагалактики очень велики : радиу с космологического горизонта составляет 15- 20 млрд . световы х лет. Понятия “Вселенная” и “Метагалактика” - очень близк ие понятия : они характеризуют один и тот же объект , но в разных аспектах . Понят ие “Вселенная” обозначает весь существующий материальный мир ; понятие “Метагалактика” - тот же мир , но с точки зрения его структуры - как упор ядоченную систему галактик. Строение и эволюция Вселенной изучаются космологией . Космология как раздел естествоз нания , находится на своеобр азном стыке науки , религии и философии . В основе кос мологических моделей Вселенной лежат определенны е мировоззренческие предпосылки , а сами эти модели имеют большое мировоззренческое значени е. 3.1. Современные космологически е модели Вселенной. Как указыва лось в предыдущей глав е , в классической науке существовала так н азываемая теория стационарного состояния Вселенн ой , согласно которой Вселенная всегда была почти такой же , как сейчас . Астрономия б ыла статичной : изучались движения планет и комет , описывалис ь звезды , создавались их классификации , что было , конечно , очень важно . Но вопрос об эволюции Вселенной не ставился. Классическая ньютоновская космология явно или неявно принимала следующие постулаты : · • Вселенная - это всесуществующая , “мир в целом ” . Кос мология познает мир таким , как он существует сам по себе , безотносительно к условиям познания. · • Пространство и время Вселенной абсолют ны , они не зависят от материальных объекто в и процессов” · • Пространство и время метрически бескон ечны. · • Простра нство и время однородны и изотропны. · • Вселенная стационарна , не претерпевает эволюции . Изменяться могут конкретные космические системы , но не мир в целом. В ньютоновской космологии возникали два парадокса , связанны е с постулатом бесконечности Вселенной. Первый парадокс получил название гравитац ионного . Суть его заключается в том , что если Вселенная бесконечна и в ней суще ствует бесконечное количество небесных тел , т о сила тяготения будет бесконечно большая , и Вселенная должна сколлапсировать , а не сущес твовать вечно. Второй парадокс называется фотометрическим : если существует бесконечное количество небесны х тел , то должна быть бесконечная светимос ть неба , что не наблюдается. Эти парадоксы , не разрешимые в рамках ньютоновской космологии , разрешает совреме нная космология , в границах которой бы ло введено представление о расширяющейся и эволюционирующей Вселенной. Современные космологические модели Вселенной основываются на общей теории относительности А . Эйнштейна , согласно которой метрика пр остранства и вре мени определяется распред елением гравитационных масс во Вселенной . Ее свойства как целого обусловлены средней плотностью материи и другими конкретно-физическим и факторами. Современная релятивистская космология строит модели Вселенной , отталкиваясь от основ ного уравнения тяготения , введенного А . Эйнштейном в общей теории относительности . Уравнение тяготения Эйнштейна имеет не одно , а множество решений , чем и обусловлено наличие многих космологических моделей Вселенн ой . Первая модель была разработана самим А . Эйнштейном в 1917 г . Он отбросил постулаты ньюто новской космологии об абсолютности и бесконеч ности пространства и времени . В соответствии с космологической моделью Вселенной А . Эй нштейна мировое пространство однородно и изот ропно , материя в среднем распре делена в ней равномерно , гравитационное притяжение м асс компенсируется универсальным космологическим отталкиванием . Модель А . Эйнштейна носит стаци онарный характер , поскольку метрика пространства рассматривается как независимая от времени . Время существов а ния Вселенной бе сконечно , т.ё . не имеет ни начала , ни ко нца , а пространство безгранично , но конечно . Вселенная в космологической модели А . Эйнштейна стационарна , бесконечна во времени и безгранична в пространстве. Эта модель казалась в то время вп олне удо влетворительной , поскольку она со гласовалась со всеми известными фактами . Но новые идеи , выдвинутые А . Эйнштейно м , стимулировали дальнейшие исследования , и вс коре подход к проблеме решительно изменился . В том же 1917 году голландский астроном Виллем де С иттер предложил другую модель , представляющую собой также решение уравнений тяготения . Это решение имело то свойство , что оно существовало бы даже в случае “пустой” Вселенной появились массы , то решение переставало быть стационарным : в озникало некоторого р ода космического отталкивание между массами , стремящееся удалить их друг от друга и растворить всю систему . Тенденция к расширению , по В . де Ситтеру , становилась заметной лишь на оче нь больших расстояниях. В 1992г . русский математик и геофизик А.А Фридман отбросил постулат классическо й космологии о стационарности Вселенной и получил решение уравнения Эйнштейна , описывающе е Вселенную с “расширяющимся” пространством. Решение уравнения А.А . Фридмана допускает три возможности . Если средняя плотность в ещества и излучения во Вселенной равна некоторой критической величине , мировое прос транство оказывается евклидовым и Вселенная н еограниченно расширяется от первоначального точе чного состояния . Если плотность меньше критич еской , пространство обладает геометрией Лоба ч евского и также неограниченно ра сширяется . И , наконец , если плотность больше критической , пространство Вселенной оказывается римановым , расширение на некотором этапе см еняется сжатием , которое продолжается вплоть до первоначального точечного состояния . По скольку средняя плотность вещества во Вселенной неизвестна , то сегодня мы не знаем , в каком из этих пространств Вселенной мы живем. В 1927 г . бельгийский аббат и ученый Ж . Леметр связал “расширение” пространства с данными астрономических наблюдений . Леметр ввел понятие начала Вселенной как сингуляр ности (т.е . сверхплотного состояния ) и рождения Вселенной как Большого взрыва . В 1929 году американский астроном Э.П . Хаб бл обнаружил существование странной зависимости между расстоянием и скоростью галактик : в се галактики движутся от нас , причем со скоростью , которая возрастает пропорциональн о расстоянию , - система галактик расширяется. Расширение Вселенной считается научно уст ановленным фактом.. 3.2. Проблема происхождения и эволюции Вселенной. Как бы не решался вопрос о м ногообразии космологических моделей , очевидно , что наша Вселенная расширяется , эволюционирует . С огласно теоретическим расчетам Ж . Леметра , рад иус Вселенной в первоначальном состоянии был 10 -12 см , что близко по размерам к радиусу электрона , а ее плотность составляла 10 96 г /см 3 . В сингулярном состоянии Все ленная представляла собой микрообъект ничтожно малых размеров . От первоначального сингулярного состояния Вселенная перешла к расширению в результате Большого взрыва . Начиная с конца 40-х годов на шего века все большее внимание в космологии привлекает физи ка процессов на разных этапах космологическог о расширения . Ученик А.А Фридмана Г . А . Гамов разработал модель горячей Вселенной , ра ссматривая ядерные реакции , протекавшие в сам ом начале расширения В селенной , и назвал ее “Космологией Большого взрыва” . Ретроспективные расчеты определяют возраст Вселенной в 13-20 млрд . лет . Г.А . Гамов предпо ложил , что температура вещества была велика и падала с расширением Вселенной . Его р асчеты показали , что Вселенная в своей эволюции проходит определенные этапы , в ход е которых происходит образование химических э лементов и структур . В современной космологии для наглядности начальную стадию эволюцию Вселенной делят на “эры” Эра адронов (тяжелых частиц , вступающих в силь ные взаимодействия ). Продолжительност ь эры 0,0001 с , температура 10 12 градусов по Кельвину , плотность 10 14 см 3 . В конце эры происхо дит аннигиляция частиц и античастиц , но ос тается некоторое количество протонов , гиперонов , мезонов. Эра лептонов (легких части ц , вступ ающих в электромагнитное взаимодействие ). Продолжи тельность эры 10 с , температура 10 10 градусов по Кельвину , плотность 10 4 см 3 . Основную роль играют легкие частицы , принимающие участие в реакциях между прото нами и нейтронами. Фотонная эра . Продолжит ельность 1 млн . лет . Ос новная доля массы - энергии Вселенной - приходится на фотоны . К концу эры температура падает с 10 10 3000 градусов по Кельвину , плотность - с 10 4 г /см 3 до 10 21 г /см 3 . Главную роль играет излучение , которое в конце эры отде ляется от ве щества. Звездная эра наступает через 1 млн . лет по сле зарождения Вселенной . В звездную эру н ачинается процесс образования протозвезд и пр отогалактик. Затем разворачивается грандиозная картина образования структуры Метагалактики. В современной космологии на ряду с гипотезой Большого взрыва весьма популярна инфляционная модель Вселенной , в которой рассматривается творение Вселенной . Идея творения имеет очень сложное обоснование и связан а с квантовой космологией . В этой модели описывается эволюция Вселенной на ч иная с момента 10 -45 с после начала расширения. Сторонники инфляционной модели видят соот ветствие между этапами космической эволюции и этапами творения мира , описанными в книге Бытия в Библии. В соответствии с инфляционной гипотезой космическая эволюция в ранней Вселенно й проходит ряд этапов. Начало Вселенной определяется физиками-теорет иками как состояние квантовой супергравитации с радиусом Вселенной в 10 -50 см (для сравнения : размер атома определяется как 10 -8 см , а размер атомног о ядра 10 - 13 см ). Основн ые события в ранней Вселенной разыгры вались за ничтожно малый промежуток времени от 10 -45 с до 10 -30 с. Стадия инфляции . В результате квантового скачка Вселенная перешла в со стояние возбужденного вакуума и в отсутствие в ней вещества и излучения интенсивно расширялась по экспоненциальному закону . В этот период создавалось само пространств о и время Вселенной . За период инфляционно й стадии продолжительностью 10 -34 . Вселенная раздулась от нево образимо малых квантовых размеров 10 -33 до невообразимо больши х 10 1000000 см , что на много порядков превосходит размер наб людаемой Вселенной - 10 28 см . Весь этот первоначальный период во Вселенной не было ни вещества , ни излучения. Переход от инфляционной стадии к фото нной . Состояние ложного вакуума распалось , выс вободившая ся энергия пошла на рождение тяжелых частиц и античастиц , которые , проанн игилировав , дали мощную вспышку излучения (све та ), осветившего космос. Этап отделения вещества от излучения : оставшееся после аннигиляции вещество стало п розрачным для излучения , конт акт между веществом и излучением пропал . Отделившееся от вещества излучение и составляет совреме нный реликтовый фон , теоретически предсказанный Г . А . Гамовым и экспериментально обнаруженны й в 1965 г. В дальнейшем развитие Вселенной шло в направлении от мак симально простого однородного состояния к созданию все более сложных структур - атомов (первоначально атомов водорода ), галактик , звезд , планет , синтезу тяжелых э лементов в недрах звезд , в том числе и необходимых для создания жизни , возникновени ю жизни и к ак венца творения - человека. Различие между этапами эволюции Вселенной в инфляционной модели и модели Большого взрыва касается только первоначального этапа порядка 10 -30 с , далее между этими моделями принципиальных расхождений в понимании этапов космическ ой эволю ции нет . Различия в объяснении механизмов космической эволюции связаны с расхождением м ировоззренческих установок . Уже с самого нача ла появления идеи расширяющейся и эволюционир ующей Вселенной вокруг нее началась борьба. Первой стала проблема начал а и конца времени существования Вселенной , признани е которой противоречило материалистическим утвер ждениям о вечности , несотворимости и неуничто жимости и т.п . времени и пространства. Каковы же естественно-научные обоснования начала и конца времени существо вания Вселенной ? Таким обоснованием является доказанная в 1965 г . ам ериканскими физиками-теоретиками Пенроузом и С . Хокингом теорема , согласно которой в любой модели Вселенной с расширением обязательно должна быть сингулярность - обрыв линий времени в прош лом , что можно понимать как начало времени . Это же верно и для ситуации , когда расширение сменится на сжатие -- тогда возникнет обрыв линий времени в будущем - конец вр емени . Причем точка начала сжатия интерпретир уется физиком Ф . Типлером как конец времен и - Великий Сток , куда стекаются не только галактики , но и сами “события” всего прошлого В селенной. Вторая проблема связана с творением м ира из ничего . Материалисты отвергали возможн ость творения , поскольку вакуум - это не ничего , а вид материи . Да , это так , вакуум представляет собой особый вид материи . Но дело в том , что у А . А . Фридмана математически момент начала расширения пространс тва выводится не со сверхмалым , а с ну левым объемом . В своей популярной книге “М ир как пространство и время” , изданной в 192 3 г ., он говорит о возможности “сотворения м ира из ничего” . Попытку разрешить одну из основных проблем мироздания - возникновения всего из ничего - предприняли в 80-х гг . американский физик А . Гут и советский физик А . Линде . Энер гию Вселенной , которая сохр аняется , раздел или на гравитационную и негравитационную част и , имеющие разные знаки . И тогда полная энергия Вселенной будет равна нулю . Физики считают , что если предсказываемое несохранен ие барионного числа подтвердится , то тогда ни один из законов сохран е ния не будет препятствовать рождению Вселенной из ничего . Пока же эту модель с п омощью знаний и фантазии можно рассчитывать на компьютере , а вопрос остается открытым . Самая большая трудность для ученых во зникает при объяснении причин космической эво люции . Если отбросить частности , то можно выделить две основные концепции , объясняющие эволюцию Вселенной : концепцию самоорганизации и концепцию креационизма. Для концепции самоорганизации материальная Вселенная является единственной реальностью , и никакой другой реальности помимо нее не существует . Эволюция Вселенной описывается в терминах самоорганизации : идет самопроизво льное упорядочивание систем в направлении ста новления все более сложных структур . Динамичн ый хаос порождает порядок . Вопрос о цели космической эволюции в рамках кон цепции самоорганизации ставиться не может. В рамках концепции креационизма , т.е . т ворения , эволюция Вселенной связывается с реа лизацией программы , определяемой реальностью боле е высокого порядка , чем материальный мир . Сторонники креаци онизма обращают внимание на существование во Вселенной направленного номогенца - развития от простых систем ко все более сложным и информационно емким , в ходе которого создавались условия для возн икновения жизни и человека . В качестве доп олнительного аргум ента привлекается антропны й принцип , сформулированный английскими астрофизи ками Б . Карром и Риссом. Суть антропного принципа заключается в том , что существование той Вселенной , в которой мы живем , зависит от численных зна чений фундаментальных физических ко нстант - постоянной Планка , постоянной гравитации , констант взаимодейс твия и т.д. Численные значения этих постоянных опреде ляют основные особенности Вселенной , размеры атомов , атомных ядер , планет , звезд , плотность вещества и время жизни Вселенной . Если бы эти значения отличались от существ ующих хотя бы на ничтожно малую величину , то не только бы жизнь была невозможн ой , но и сама Вселенная как сложная уп орядоченная структура была бы невозможна . Отс юда делается вывод , что физическая структура Вселенной запр о граммирована и на правлена к появлению жизни . Конечная цель космической эволюции - появление человека во Вселенной в соответствии с замыслами Творца. Среди современных физиков – теоретиков имеются сторонники , как концепции самооргани зации , так и концепции к реационизма . П оследние признают , что развитие фундаментальной теоретической физики делает насущной необходим остью разработку единой научно – технической картины мира , синтезирующей все достижения в области знания и веры. 3.3. Структур а Вселенной. Вселенно й на самых разных уровнях , от условно элементарных частиц и до гигантских сверхскоплений галактик , присуща струк турность . Современная структура Вселенной являетс я результатом космической эволюции , в ходе которой из протогалактик образовались галактик и , из протозвезд – звезды , из протопланетного облака – планеты. Метагалактика – представляет собой совок упность звездных систем – галактик , а ее структура определяется их распределение в пространстве , заполненном чрезвычайно разреженным межгалактическим газом и пронизываемом межгалактическими лучами . Согласно современным представлениям , для метагалактики характерно ячеистая (сетчатая , порис тая ) структура . Эти представления основываются на дынных астрономических наблюдений , показавши х , что галактики распределены не равноме рно , а сосредочены вблизи границ ячеек вну три которых галактик почти нет . Кроме того , найдены огромные объемы пространства (порядк а миллиона кубических мегапарсек ), в которых галактик пока не обнаружено . Пространственной моделью такой структуры м ожет служить кусок пемзы , которая неоднородна в небольших выделенных объемах , но однородна в больших объемах. Если брать не отдельные участки Метаг алактики , а ее крупно масштабную структуру в целом , то , очевидно , что в этой стр уктуре не существует каких то особых , чем - то выделяющихся мест или направлений и вещество распределено сравнительно равноме рно. Возраст Метагалактики близок к возрасту Вселенной , поскольку образование структуры п риходиться на период , следующий заразьединением вещества и излучение . По современным данным , возраст Метагалактики оценивается в 15 м лрд . лет . Ученые считают , что , по-видимому , б лизок к этому и возраст галактик , которые сформировались на одной из начальных ста дий расширения Метагалактики. Галактика – гигантская система , состоя щая из скоплений звезд и туманностей , образующих в пространстве достаточно сложну ю конфигурацию. По форме галактики условно распределяются на три типа : эллиптические , спиральные , не правильные. Эллиптические галактики – обладают прост ранственной формой элли псоида с разной степенью сжатия они являются наиболее прос тыми по структуре : распределение звезд равном ерно убывает от центра . Спиральные галактики – представлены в форме спирали , включая спиральные ветви . Это самый многочисленный вид галактик , к кото рому относится и наша Галактика – млечный путь . Неправильные галактики – не обладаю выраженной формой в них отсутствует центральн ое ядро. Некоторые галактики характеризуются исключит ельно мощным радиоизлучением , превосходящим видим ое излучение . Это радиогалак тики. В строении “правильных” галактик очень упрошено можно выделить центральное ядро и сферическую периферию , представленную либо в форме огромных спиральных ветвей , либо в форме эллиптического диска , включающих наибо лее горячие и яркие звезды. Ядра галак тик проявляют свою акти вность в разных формах : в непрерывном исте чении потоков вещества ; выбросах сгустков газ а и облаков газа с массой в миллионы солнечных масс ; в нетепловом радиоизлучении из около ядерной области. В ядре галактики сосредоточенны самые с тарые звезды , возраст которых приближа ется к возрасту галактики . Звезды среднего и молодого возраста расположены в диске галактики. Звезды и туманности в пределах галакт ики движутся довольно сложным образом вместе с галактикой они принимают участие в расши рении Вселенной , кроме того , они участвуют во вращении галактики вокруг оси . Звезды . На современном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится преимущест венно в звездном состоянии . 97% вещества в нашей Га лактике сосредоточено в звездах , представляю щих собой гигантские плазменные образован ия различной величины , температуры , с разной характеристикой движения . У многих других г алактик , если не у большинства , “звездная субстанция” составляет более чем 99,9% их массы. Возраст звезд меняется в достаточно большом диапазоне значений : от 15 млрд . лет , соответствующих возрасту Вселенной , до сотен тысяч - сам ых молодых . Есть звезды , которые образуются в настоящее время и находятся в протоз вездной стадии , т.е . они еще не стали н астоящими звездами. Огромное значе ние имеет исследование взаимосвязи между звездами и межзвездной средой , включая проблему непрерывного образован ия звезд из конденсирующейся диффузной (рассе янной ) материи. Рождение звезд происходит в газово-пылевы х туманностях под действием гравитационных, магнитных и других сил , благодаря к оторым идет формирование неустойчивых однороднос тей и диффузная материя распадается на ря д сгущений . Если такие сгущения сохраняются достаточно долго , то с течением времени они превращаются в звезды . Важно отметить , что происходит процесс рождения не отдельной изолированной звезды , а звездных ассоциаций . Образовавшиеся газовые тела притяги ваются друг к другу , но не обязательно объединяются в одно громадное тело . Вместо этого они , как правило , начинают вращатьс я относител ь но друг друга , и ц ентробежная сила этого движения противодействует силе притяжения , ведущей к дальнейшей кон центрации . Звезды эволюционируют от протозвезд , гигантских газовых шаров , слабо светящихся и с низкой температурой , к звездам - плотным плазме нным т елам с температурой внутри в миллионы градусов . Затем начинается процесс ядерных превращений , описываемый в ядерной физике . Основная эволюция вещества во Вселенн ой происходила и происходит в недрах звез д . Именно там находится тот “плавильный ти гель” , кото р ый обусловил химическую эволюцию вещества во Вселенной. В недрах звезд при температуре порядк а 10 млн . град . и при очень высокой плотности атомы находятся в ионизированном состоянии : электр оны почти полностью или абсолютно все отд елены от своих атомов . Ост авшиеся ядра вступают во взаимодействие друг с другом , благодаря чему водород , имеющийся в изоб илии в большинстве звезд , превращается при участии углерода в гелий . Эти и подобны е ядерные превращения являются источником кол оссального количества энергии , ун о сим ой излучением звезд. Огромная энергия , излучаемая звездами , обр азуется в результате ядерных процессов , проис ходящих внутри звезд . Те же силы , которые высвобождаются при взрыве водородной бомбы , образуют внутри звезды энергию , позволяющую ей излучать све т и тепло в т ечение миллионов и миллиардов лет за счет превращения водорода в более тяжелые эле менты , и прежде всего в гелий . В итоге на завершающем этапе эволюции звезды пре вращаются в инертные (“мертвые” ) звезды. Звезды не существуют изолированно , а о бра зуют системы . Простейшие звездные сист емы - так называемые кратные системы состоят из двух , трех , четырех , пяти и больше звезд , об ращающихся вокруг общего центра тяжести . Комп оненты некоторых кратных систем окружены обще й оболочкой диффузной материи , источ ником которой , по-видимому , являются сами звезды , выбрасывающие ее в пространство в виде мощного потока газа. Звезды объединены также в еще большие группы - звездные скопления , которые могут иметь “рассеянную” или “шаровую” структуру . Рассеянные звездные с копления насчитывают несколько сотен отдельных звезд , шаровые скопления - многи е сотни тысяч. Ассоциации , или скопления звезд , также не являются неизменными и вечно существующим и . Через определенное количество времени , исчи сляемое миллионами лет , они рассе иваются силами галактического вращения. Солнечная система представляет собой груп пу небесных тел , весьма различных по разме рам и физическому строению . В эту группу входят : Солнце , девять больших планет , дес ятки спутников планет , тысячи малых планет (астеро идов ), сотни комет и бесчисленное множество метеоритных тел , движущихся как роями , так и в виде отдельных част иц . К 1979 г . было известно 34 спутника и 2000 астероидов . Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела - Со лнца . Солнечная система является упорядоченной системой , имеющей свои закономерности строения . Единый характе р Солнечной системы проявляется в том , что все планеты вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении и почти в одной и той же плоскости . Бо л ьшинство спутников планет (их лун ) вра щается в том же направлении и в больш инстве случаев в экваториальной плоскости сво ей планеты . Солнце , планеты , спутники планет вращаются вокруг своих осей в том же направлении , в котором они совершают движен ие по свои м траекториям . Закономерно и строение Солнечной системы : каждая след ующая планета удалена от Солнца примерно в два раза дальше , чем предыдущая . Принима я во внимание закономерности строения Солнечн ой системы , кажется невозможным ее случайное образование. О м еханизме образования планет в Солнечной системе также нет общепризнанных заключений . Солнечная система , по оценкам , образовалась примерно 5 млрд . лет назад , причем Солнце - звезда второго (или еще более позднего ) поколения . Таким образом , Солнечная система возникла на продуктах жизнедеятельности звезд предыдущи х поколений , скапливавшихся в газово-пылевых о блаках . Это обстоятельство дает основание наз вать Солнечную систему малой частью звездной пыли . О происхождении Солнечной системы и ее исторической эволю ц ии наука знает меньше , чем необходимо для построения теории планетообразования . От первых научных гипотез , выдвинутых примерно 250 лет назад , до наших дней было предложено большое число разли чных моделей происхождения и развития Солнечн ой системы , но ни од на из них не удостоилась перевода в ранг общепризнанной теории . Большинство из выдвигавшихся ранее гипотез сегодня представляет лишь исторический интерес. Первые теории происхождения Солнечной сис темы были выдвинуты немецким философом И . Кантом и французск им математиком П . С . Лапласом . Их теории вошли в науку как некая коллективная космогоническая гипотеза Канта-Лапласа , хотя разрабатывались они независимо друг от друга. Согласно этой гипотезе система планет вокруг Солнца образовалась в результате де йствия сил притяжения и отталкивания ме жду частицами рассеянной материи (туманности ), находящейся во вращательном движении вокруг С олнца. Началом следующего этапа в развитии в зглядов на образование Солнечной системы посл ужила гипотеза английского физика и астрофи зика Дж. X. Джинса . Он предположил , что когда-то Солнце столкнулось с другой звездой , в рез ультате чего из него была вырвана струя газа , которая , сгущаясь , преобразовалась в п ланеты . Однако , учитывая огромное расстояние м ежду звездами , такое столкновение к ажется совершенно невероятным . Более детальный анал из выявил и другие недостатки этой теории. Современные концепции происхождения планет Солнечной системы основываются на том , что нужно учитывать не только механические с илы , но и другие , в частности электр омагнитные . Эта идея была выдвинута шв едским физиком и астрофизиком X. Альфвеном и английским астрофизиком Ф . Хойлом . Считается вероятным , что именно электромагнитные силы сыграли р ешающую роль при зарождении Солнечной системы . В соответствии с современным и предст авлениями , первоначальное газовое облако , из к оторого образовались и Солнце и планеты , с остояло из ионизированного газа , подверженного влиянию электромагнитных сил . После того ка к из огромного газового облака посредством концентрации образовалось С олнце , на очень большом расстоянии от него осталис ь небольшие части этого облака . Гравитационна я сила стала притягивать остатки газа к образовавшейся звезде - Солнцу , но его магнитное поле остановило падающий газ на различных рас стояниях - как раз там , где находятся планеты . Г равитационная и магнитные силы повлияли на концентрацию и сгущение падающего газа , и в результате образовались планеты . Когда во зникли самые крупные планеты , тот же проце сс повторился в меньших масштабах , создав , таким образом , систем ы спутников . Те ории происхождения Солнечной системы носят ги потетический характер , и однозначно решить во прос об их достоверности на современном э тапе развития науки невозможно . Во всех су ществующих теориях имеются противоречия и нея сные места. Заключение. В современной науке в основе представ лений о строении материального мира лежит системный подход , согласно которому любой о бъект материального мира , будь то атом , пл анета , организм или галактика , может быть рассмотрен как сложное образование , включающее со ставные части , организованные в целос тность . Для обозначения целостности объектов в науке было выработано понятие системы. Система представляет собой совокупность э лементов и связей между ними. Понятие “элементы” означает минимальный , далее уже неделимый к омпонент в рамка х системы . Элемент является таковым лишь п о отношению к данной системе , в других же отношениях он сам может представлять сложную систему. Совокупность связей между элементами обра зует структуру системы. Устойчивые связи элементов определяют упорядоченность системы . Существуют два типа связей между элементами системы - по “горизонтал и” и по “вертикали” Связи по “горизонтали” - это связи координации между одно-порядковыми элементами . Они носят коррелирующий характер : ни одна часть сис темы не м ожет 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 од ни части по своей значимости могут уступа ть другим и подчинять ся им . Вертикальн ая структура включает уровни организации сист емы , а также их иерархию. Исходным пунктом всякого системного иссле дования является представление о целостности , изучаемой системы. Целостность системы означает , что все ее составные части , соед иняясь вместе , образуют уникальное целое , обладающее новыми интегративными свойствами. Свойства системы - не просто сумма свойств ее элементов , а нечто новое , присущее только системе в целом . Например , молекула воды Н 2 O . Сам по себе водород , два атома кото рого образуют данную систему , горит , а кислород (в нее входит один атом ) поддерживает горение . Система же , об разовавшаяся из этих элементов , вызвала к жизни совсем иное , а именно - интегративное свойство : вода гасит огонь . Наличие свойств , присущих системе в целом , но не ее частям , определяется взаимодействием элементов. Итак , согласно современным научным взгляд ам на природу , все природные объекты предс тавляют собой упорядоченные , структурированные , ие рархически организованные системы. В естественных науках выделяются дв а больших класса материальных систем : системы неживой природы и системы живой природы. В неживой природе в качестве структур ных уровней организации материи выделяют элем ентарные частицы , атомы , молекулы , поля , физичес кий вакуум , макроскопичес кие тела , планеты и планетные системы , звезды и звездные системы - галактики , системы галактик - метагалактику. В живой природе к структурным уровням организации материи относят системы доклеточ ного уровня - нуклеиновые кислоты и белки ; клетки как особый у ровень биологической орган изации , представленные в форме одноклеточных организмов и элементарных единиц живого вещес тва ; многоклеточные организмы растительного и животного мира ; надорганизменные структуры , включа ющие виды , популяции и биоценозы , и , наконе ц , биосферу как всю массу живого вещества. В природе все взаимосвязано , поэтому м ожно выделить такие системы , которые включают элементы как живой , так и неживой при роды - биог еоценозы. Естественные науки , начав изучение матери ального мира с наиболее простых непосре дственно воспринимаемых человеком материальных о бъектов , переходят далее к изучению сложнейши х объектов глубинных структур материи , выходя щих за пределы человеческого восприятия и несоизмеримых с объектами повседневного опыта. Применяя системный по дход , естествозн ание не просто выделяет типы материальных систем , а раскрывает их связь и соотнош ение. В науке выделяются три уровня строени я материи. Макромир - мир макрообъектов , размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта : пространст венные величины выражаются в ми ллиметрах , сантиметрах и километрах , а время - в сек ундах , минутах , часах , годах. Микромир - мир предельно малых , непосредственно не наблюдаемых микрообъектов , пространственная разн омерность которых исчисляется от 10 -8 до 10 - 16 см , а время жизни - от бесконечнос ти до 10 -24 с. Мегамир - мир огромных космических масштабов и скоростей , расстояние в котором измеряется световыми годами , а время существования косми ческих объектов - миллионами и миллиардами лет. И хотя на этих уровня х действ уют свои специфические закономерности , микро -, макро - и мегамиры теснейшим образом взаимосвя заны. В настоящее время в области фундамент альной теоретической физики разрабатываются конц епции , согласно которым объективно существующий мир не исчерпыва ется материальным миро м , воспринимаемым нашими органами чувств или физическими приборами . Авторы данных концепц ий пришли к следующему выводу : наряду с материальным миром существует реальность высше го порядка , обладающая принципиально иной при родой по срав н ению с реальностью материального мира . С их точки зрения мир высшей реальности определяет структуру и эволюцию материального мира . Утверждается , что объектами мира высшей реальности высту пают не материальные системы , как в микро -, макро - и мегамирах , а н е кие идеальные физические и математические структур ы , которые проявляются в материальном мире в виде естественнонаучных законов . Эти стру ктуры выступают как носители идеи необходимос ти общезначимости и регулярности выражающих с ущность объективных физически х законов. Но одних законов , порожденных такого р ода физическими и математическими структурами , явно недостаточно для существования материальн ого мира . Необходимо множество программ опред еляющих “поведение” и эволюцию материальных о бъектов . Подобно тому , ка к знание урав нений не обеспечивает решения задачи , для чего нужно еще и знание начальных условий , так и в общем случае , наряду с фу ндаментальными законами , должны существовать допо лнительные к ним сущности - программы.