Современная наука о свойствах материи

Национальный Банк Республики Беларусь

УО «Полесский государственный университет» 

РЕФЕРАТ

на тему: 

«Современная наука о строении и свойствах материи». 
 

Выполнил студент 1 курса       факультета Банковского дела

группы №911212

   Лискович Константин Григорьевич

Пинск, 2010 

Введение

Материя – философская категория и общенаучное понятие. Оно – важнейшее в философии материализма, его теориях бытия и познания (в онтологии и гносеологии), в других его частях. Распространено в науках о природе, в культурологии и социологии, в науках об обществе и мышлении, исторических науках, и др. Исторически первыми материалистами были Демокрит, Эпикур – в Древней Греции, Лукреций Кар в Риме, и др. Материя – центральное понятие (категория) диалектического и исторического материализма. Для материализма характерно уважение к естественным наукам и технике, прославление человеческого разума. В истории философии понятию материи противополагались сначала только душа и дух – как в гилозоизме (гилозоизм — представление о том, что вся материя является одушевлённой, или сама по себе, или путём участия в функционировании Мировой души (Мировая душа— единая внутренняя природа мира, мыслимая как живое существо, обладающее стремлениями, представлениями и чувствами), или каким-либо похожим образом), позже, в различных учениях идеализма, – идеальное и сознание. Главные атрибуты материи или ее частей – это бытие (существование), реальность, масса, пространство и время, несотворимость материи, ее вечность, конечность частей и бесконечность мира как целого, дискретность (дробность) мира и его объектов, активность (постоянное движение), инерционность и эволюция.  Материя нередко просто отождествляют или с природой вообще или с миром в целом. В ходе исторического познания сущности материи ее понимание в философии и науке углублялось, видоизменялось, трансформировалось и расширялось. Материя, как это показывает история науки, действительно неисчерпаема по своим свойствам вглубь.

 Материя – это неживая и живая природа, человек с его сознанием и мышлением, человеческое общество. Начиная с классической механики до современной научной картины мира, включая биологию, социологию и физиологию высшей нервной деятельности, понятие материи – один из главнейших элементов теоретических основ этих наук и всего естествознания. Изучение проблем, связанных с философским анализом материи и её свойств является необходимым условием формирования мировоззрения личности, независимо от того, окажется ли оно, в конечном счете, материалистическим или идеалистическим.

В основе современных  научных представлений о строении материи лежит идея ее сложной системной организации. Любой объект материального мира может быть рассмотрен в качестве системы, то есть особой целостности, которая характеризуется наличием элементов и связей между ними.

Например, макротело  можно рассматривать как определенную организацию молекул. Любая молекула тоже является системой, которая состоит из атомов и определенной связи между ними: ядра атомов, входящие в состав молекулы как одноименные (положительные) заряды, подчиняются силам электростатического отталкивания, но вокруг них образуются общие электронные оболочки, которые как бы стягивают эти ядра, не давая им разлететься в пространстве. Атом также представляет собой системное целое – состоит из ядра и электронных оболочек, расположенных на определенных расстояниях от ядра. Ядро каждого атома, в свою очередь, имеет внутреннюю структуру. В простейшем случае – у атома водорода – ядро состоит из одной частицы – протона. Ядра более сложных атомов образованы путем взаимодействия протонов и нейтронов, которые внутри ядра постоянно превращаются друг в друга и образуют особые целостности – нуклоны, частицы, которые часть времени пребывают в протонном, а часть –в нейтронном состоянии. Наконец, и протон, и нейтрон – сложные образования. В них можно выделить специфические элементы – кварки, которые взаимодействуют, обмениваясь другими частицами – глюонами, как бы "склеивающими" кварки. Протоны, нейтроны и другие частицы, которые физика объединяет в группу адронов (тяжелых частиц), существуют благодаря кварк-глюонным взаимодействиям.

Изучая живую  природу, мы также сталкиваемся с  системной организацией материи. Сложными системами являются как клетка, так  и построенные из клеток организмы; целостную систему представляет собой вся сфера жизни на Земле  – биосфера, существующая благодаря взаимодействию своих частей: микроорганизмов, растительного, животного мира, человека с его преобразующей деятельностью. Биосферу можно рассматривать как целостный объект (как и атом, молекулу и т.д.), где есть определенные элементы и связи между ними.

В современной  науке широко используется метод структурного анализа, при котором учитывается системность исследуемых объектов. Ведь структурность – это внутренняя расчлененность материального бытия, способ существования материи. Структурные уровни материи образованы из определенного множества объектов какого-либо вида и характеризуются особым способом взаимодействия между составляющими их элементами. Каждая из сфер объективной действительности включает в себя ряд взаимосвязанных структурных уровней:

Любой объект материального  мира уникален и нетождествен другому. Но при всей уникальности и непохожести  объектов определенные их группы в  своем строении обладают общими признаками. Например, существует очень большое  разнообразие атомов, но все они устроены по одному типу – в атоме должно быть ядро и электронная оболочка. Огромное многообразие молекул – от простейшей молекулы водорода до сложных молекул белков – имеет общие структурные признаки: ядра атомов, образующих молекулу, стянуты общими электронными оболочками. Можно обнаружить общие признаки строения у различных макротел, у клеток, из которых построены живые организмы, и т.д. Наличие общих признаков организации позволяет объединить различные объекты в классы материальных систем. Эти классы часто называют уровнями организации материи или видами материи.  Все элементарные частицы обладают одновременно и корпускулярными, и волновыми свойствами, а закономерности их движения, изучаемые квантовой физикой, отличаются от закономерностей движения макротел, описанных в классической физике. До открытия элементарных частиц и их взаимодействий наука разграничивала два вида материи - вещество и поле. Еще в конце XIX-начале XX века поле определяли как непрерывную материальную среду, а вещество – как прерывное, состоящее из дискретных частиц.

Материя, как  объективная реальность характеризуется  бесконечным количеством свойств. Материальные вещи и процессы конечны  и бесконечны, поскольку их локализованность относительна, а их взаимная связь  – абсолютна, непрерывна (внутри самих себя однородна) и прерывна (характеризуются внутренней структурой): всем материальным объектам присуща масса (будь то масса покоя для любого вещества или масса движения для полей) и энергия (потенциальная или актуализированная).

Но важнейшими ее свойствами, ее атрибутами, являются пространство, время и движение.

Пространство  характеризуется протяженностью и структурностью материальных объектов (образований) в их соотношении с другими образованиями.

Время характеризуется длительностью и последовательностью существования материальных образований в их соотношении с другими материальными образованиями.

Объективная непрерывность  пространства и времени и их прерывность обусловливают движение материи, которое является основным способом ее существования. Движение материи - абсолютно, ее покой - относителен.

Элементарные  частицы участвуют в четырех  типах взаимодействия – сильном, слабом, электромагнитном и гравитационном. Только два последних типа взаимодействий проявляют себя на любых сколь угодно больших расстояниях, и поэтому им подчинены процессы не только микромира, но и макротел, планет, звезд и галактик. Кварки и лептоны выступают в качестве базисных объектов в системе элементарных частиц. Они являются главным строительным материалом для вещества нашего мира, поскольку ядра атомов существуют благодаря взаимодействию кварков, а формирование электронных оболочек вокруг ядра приводит к образованию атомов.

Элементарный  уровень организации материи  включает наряду с элементарными  частицами еще и такой необычный физический объект, как вакуум. Физический вакуум – не пустота, а особое состояние материи. В вакуум погружены все частицы и все физические тела. В нем постоянно происходят сложные процессы, связанные с непрерывным появлением и исчезновением так называемых "виртуальных частиц". Виртуальные частицы – это своеобразные потенции соответствующих типов элементарных частиц, их "вакуумные корни", частицы, готовые к рождению, но не рождающиеся, возникающие и исчезающие в очень короткие промежутки времени.

Современная физика пока еще не создала единой теории элементарных частиц, на пути к ней  сделаны лишь первые, но существенные шаги. Выявление общих глубинных  структур частиц, участвующих в сильных  взаимодействиях, и установление единства слабого и электромагнитного взаимодействий стимулировали разработку идеи объединения сильных, электрослабых и гравитационных взаимодействий в рамках единой теории. Иными словами, речь уже идет об исследовании субэлементарного уровня организации материи, о выяснении единой природы всех элементарных частиц. По-видимому, именно в закономерностях этого уровня скрыты основные тайны нашей Вселенной, предопределившие особенности ее эволюции. Вообще для современной науки характерно, что чем глубже она проникает в микромир, тем больше возможностей открывается для понимания крупномасштабной структуры Вселенной. Последняя не является вечной и неизменной, а представляет собой результат развития материи, своеобразную реализацию тех потенциальных возможностей, которые были заложены в глубинах микромира.

Первые шаги по пути исследования субэлементарного уровня материи привели к принципиально новым идеям о качественном многообразии вакуума. Выяснилось, что физический вакуум способен скачком перестраивать свою структуру. Такие переходы из одного состояния к другому, связанные с резким изменением характеристик системы, в физике называют фазовыми (известным их примером служат переходы воды в пар и лед). Физический вакуум тоже оказался способным к фазовым скачкам.

Эти новые идеи современной физики микромира послужили  опорой необычных представлений о развитии нашей астрономической Вселенной, о ее возникновении путем взрыва, связанного с массовым рождением элементарных частиц в результате одного из фазовых переходов вакуума. Взаимодействие объектов субэлементарного уровня и возникающих на их основе элементарных частиц служит фундаментом для образования более сложных материальных систем. Из элементарных частиц строятся атомы, которые являются качественно специфическим видом материи.

Элементарные  частицы, ядра атомов, ионы (атомы, потерявшие часть электронов на электронных оболочках) могут образовать особое состояние материи, подобие газа, которое называется плазмой. Огромные плазменные тела, стянутые электромагнитными, гравитационными полями, образуют звезды, представляющие особый уровень организации материи. В их недрах протекают ядерные реакции, в ходе которых одни частицы превращаются в другие, и за счет этого звезды постоянно излучают энергию.

Звезды выступают  как своеобразные кузницы атомов. Благодаря протекающим в них  превращениям элементарных частиц возникают атомы. В результате взаимодействия атомов формируется следующий уровень организации материи – молекулы. За молекулами следует уровень макротел (жидких, твердых, газообразных). Особый тип макротел, который можно считать специфическим видом материи, образуют планеты – тела со сложной внутренней структурой, имеющие ядро, литосферу, а в ряде случаев атмосферу и гидросферу. Звезды и планеты составляют планетные системы.

Огромные скопления  звезд, планетных систем, межзвездной  пыли и газа, взаимодействующих между собой, образуют особые объекты, которые называют галактиками. Земля принадлежит к одной из таких галактик, которая представляет собой гигантскую эллипсовидную спиралеобразную систему. Основная масса звезд, относящихся к нашей галактике, сосредоточена в диске размером 100 тыс. световых лет по диаметру и толщиной в 1500 световых лет (скорость света около 300 тыс. км/с). Наше Солнце находится на окраине галактики и вращается вокруг ее ядра, делая полный оборот за 200 млн. лет (так называемый галактический год).

Ядро галактики, состоящее из очень плотного скопления  звезд, разогретого межзвездного газа и пыли, а возможно, и включающее гипотетические сверхплотные тела, мы непосредственно наблюдать не можем. Солнце движется в настоящее время в той части галактического пространства, где ядро закрыто от Земли обширной пылевой туманностью. Через несколько миллионов лет Земля выйдет из-за этого "экрана", и тогда она будет подвержена излучениям, идущим от ядра. Сейчас ядро нашей галактики спокойное; оно излучает постоянный поток энергии. Но в принципе ядра галактик могут быть и активными, способными к выбросам за короткий промежуток времени (за несколько месяцев и даже недель) чрезвычайно больших количеств энергии. Не исключено, что ядро нашей галактики через определенные (хотя и весьма длительные) промежутки времени тоже может проявлять взрывную активность. Возможно, что если бы в периоды взрывных процессов Земля не была экранирована пылевыми туманностями, а была открыта, то излучения ядра влияли бы на состояние и развитие жизни на ней. Важно осознавать, что и земная жизнь, и человечество как ее часть зависят от организации космоса. Поэтому знание принципов его организации необходимо для понимания и происхождения земной жизни и наших взаимодействий с природой. Галактики разных типов образуют скопления – системы галактик, которые представляют собой особые объекты, обладающие свойствами целостности. Если, несмотря на огромные расстояния между галактиками (в десятки, сотни миллионов и более световых лет), провести аналогию между молекулами макротела и галактиками в скоплениях, то оказывается: такие скопления можно уподобить весьма вязкой среде.

Наконец, кроме  скопления галактик есть еще более  высокий уровень организации  материи – Метагалактика, представляющая собой систему взаимодействующих скоплений галактик. При этом они взаимодействуют так, что удаляются друг от друга с очень большими скоростями. И чем дальше отстоят они друг от друга, тем больше скорость их взаимного разбегания. Этот процесс называется расширением Метагалактики и представляет ее особое системное свойство, определяющее ее бытие. Расширение Метагалактики началось с момента ее возникновения. Согласно представлениям современной космологии, Метагалактика возникла примерно 20 млрд. лет назад в результате Большого Взрыва. Сам этот взрыв наука связывает с перестройками структуры физического вакуума, с его фазовыми переходами от одного состояния к другому, которые сопровождались выделением огромных энергий. Так что рождение нашей Вселенной (Метагалактики) – не акт ее творения из ничего (как это пытаются трактовать современные теологи), а результат развития, качественных преобразований одного состояния материи в другое.

Современная наука  допускает возможность возникновения  и сосуществования множества миров, подобных нашей Метагалактике и называемых внеметагалактаческими объектами. Их сложные взаимоотношения образуют многоярусную Большую Вселенную - материальный мир с бесконечным разнообразием форм и видов материи. Причем не во всех этих мирах возможно то многообразие видов материи, которое возникает в истории нашей Метагалактики.

На определенном этапе развития Метагалактики, в  рамках некоторых планетных систем, создаются условия для формирования из молекул неживой природы материальных носителей жизни. Как и неживая природа, жизнь имеет ряд уровней своей материальной организации. Можно выделить: системы доклеточного уровня – нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) и белки; клетки как особый уровень биоорганизации, самостоятельно существующей в виде одноклеточных организмов; многоклеточные организмы (растения, животные). Особые уровни организации живой материи образуют надорганизменные структуры. К ним относятся прежде всего популяции – сообщества особей одного вида, которые связаны между собой общим генофондом, скрещиваются и воспроизводят себя в потомстве.

Любая популяция  представляет собой особую системную  целостность. Целостность популяции регулирует поведение и размножение отдельных входящих в нее организмов.Кроме популяций к надорганизменным уровням организации живой материи относятся виды и биоценозы. Последние образуются в результате взаимодействия некоторого множества популяций между собой и с окружающей средой. В целостной системе биоценоза эти популяции связаны так, что продукты жизнедеятельности одних становятся условиями жизни других. Многие популяции могут жить только в рамках определенного биоценоза. Наконец, взаимодействие биоценозов образует глобальную систему жизни - биосферу. В этой целостной системе различные биоценозы взаимодействуют не только между собой, но и с воздушной оболочкой, через которую идет теплообмен Земли с космическим пространством, с водной средой, с горными породами. При нарушении этих взаимодействий меняется вся сфера жизни на Земле. Для того чтобы поддерживалось ее динамическое равновесие, необходимо не только воспроизводство определенных условий обитания различных организмов, популяций, биоценозов, но и некоторый уровень их разнообразия. При уменьшении этого разнообразия ниже определенного уровня вся биосфера начинает вырождаться.

Люди являются частью сферы жизни на Земле. Благодаря  постоянно увеличивающемуся производственному  воздействию на окружающую среду  они могут внести и (чем дальше, тем больше) вносят возмущения в динамику биосферы. На современном этапе эти возмущения становятся столь существенными, что начинают грозить необратимым вырождением биосферы. Знание ее законов, понимание своего места в ее динамике является ныне одним из условий самого человеческого существования и поэтому обретает огромную мировоззренческую ценность.

Заключение

Понимание истории  человечества как особого этапа  грандиозного развития материи ставит интереснейшие мировоззренческие  проблемы возможности существования  иных цивилизаций, путей их развития, космического будущего человечества. Эти проблемы имеют общекультурный смысл и обсуждаются в философии. Научное мировоззрение современной эпохи расширяет масштабы понимания человеческого бытия, а развитие научной картины мира дает новый и подчас неожиданный материал для философских размышлений над вечными мировоззренческими вопросами о месте человека в мире и о будущем человечества.

Поиск глубинной структуры материи составляет главную цель современной физики. На этом пути наука стремится обнаружить те глубинные свойства и состояния материи, которые в конечном счете определяют эволюцию Вселенной, особенности взаимодействия и развития ее объектов.  

Список  использованных источников:

1. Дубнищева Т.Я., Концепции современного естествознания., 2001
2. Михайловский В.Н., Светов Ю.И. Научная картина мира., С.-Петербург, 1993.
3. Философия: теория и методология.: Учебное пособие под ред. М..Галкина, МЭСИ, 1991.
4. Философский словарь. / Под ред. И. Т. Фролова. — 4-е изд.-М.: Политиздат, 1981.