Эволюция понимания материи в истории

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эволюция понимания материи в истории

Содержание

Введение

1. Философское и естественнонаучное понимание материи

2. А что такое Материя?

2.1 Свойства материи

2.2 Структурные уровни организации материи

3. Иерархия структурных элементов материи

Введение

Исторически в понятии "материя" аккумулировался, концентрировался тот запас знаний людей об окружающем мире, который был достигнут на том или ином этапе развития общества. В античной натурфилософии возник и укрепился субстанциальный подход к пониманию материи. Считалось, что материя - это какая-то субстанция (от лат. substantia - то, что лежит в основании), т.е. какая-то общая первооснова всего существующего. Как известно, некоторые натурфилософы античности в качестве такой первоосновы предлагали четыре "стихии" - воду, воздух, огонь, землю, - одну из которых и принимали за материю (Фалес, Анаксимен, Гераклит). И только Анаксимандр, полагая, что ни одну из этих чувственно воспринимаемых "стихий" нельзя считать первоосновой мира, т.е. материей, перенес бытие последней в бесконечное прошлое. Он назвал эту материю-субстанцию "апейрон", наделив единственным качеством - быть чувственно не воспринимаемым первовеществом.

Иной (но тоже субстанциальный) подход к пониманию материи возник в рамках античного атомизма. Его представители отождествляли материю с атомами, из которых строится все многообразие мира. Таким образом, для античной натурфилософии материя - это "материал", из которого формируются, "лепятся" все вещи окружающей действительности.

Для механистического материализма Нового времени в основе определения материи лежит уже не понятие "субстанции-материала", а понятие основных, первичных, неизменных свойств, определяемых механикой и являющихся общими для всех предметов. В этот субстанциальный фундамент вещей включали ряд таких механических свойств, как протяженность, непроницаемость, инерция, масса и т.д.

Р.Декарт, например, придерживался ограниченно-узкого понимания материи, в котором связывал ее только со свойством протяженности. "Природа материи, то есть тела, рассматриваемого вообще, - писал он, - состоит не в том, что оно - вещь твердая, весомая, окрашенная или каким-либо иным образом возбуждающая наши чувства, но лишь в том, что оно есть - субстанция, протяженная в длину, ширину и глубину".

Важнейшим признаком материальных тел в науке XYII-XYIII в.в. считали также неизменную механическую массу. Ее рассматривали как всеобщее свойство предметов природы и отождествляли с понятием "материя". В этом заключалась главная причина того, что в понятие материи позднее не включали электричество и эфир, которые считались невесомыми, не имеющими массы.

Но если материя есть сгусток всеобщих механических свойств, то возникает вопрос: что же является субстратом-носителем этих свойств? Такими носителями наука XIX века по-прежнему считала неделимые, обладающие постоянной массой атомы, признавая тем самым правоту натурфилософских идей древнего атомизма. Естествоиспытатели этого периода понимали под материей только состоящее из атомов вещество. Такое отождествление материи с веществом наблюдалось даже во взглядах крупнейшего ученого - химика Д.И.Менделеева. "Вещество или материя, - писал он, - есть то, что наполняя пространство, имеет вес, то есть представляет массы… то - из чего состоят тела природы и с чем совершаются движения и явления природы".

Вместе с тем, успехи науки XIXв. продемонстрировали, что вещество - это не единственный вид материи. Английский химик и физик Майкл Фарадей (1791-1867) ввел в науку понятие электромагнитного поля. Ему удалось показать опытным путем, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая связь. Тем самым он впервые объединил электричество и магнетизм, признал их одной и той же силой природы. Математическую разработку идей Фарадея предпринял выдающийся английский ученый Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879). Его основной работой, заключавшей в себе математическую теорию электромагнитного поля, явился "Трактат об электричестве и магнетизме", изданный в 1873г. Введение Фарадеем понятия электромагнитного поля и математическое определение его законов, данное в уравнениях Максвелла, явились самыми крупными событиями в физике со времен Галилея и Ньютона.

Но потребовались новые результаты, чтобы теория Максвелла получила экспериментальное подтверждение. Решающую роль в победе максвелловской теории сыграл немецкий физик Генрих Рудольф Герц (1857-1894). Именно ему довелось проверить теоретические выводы Максвелла. В 1886г. Герц продемонстрировал "беспроволочное распространение" электромагнитных волн. Он смог также доказать принципиальную тождественность полученных им электромагнитных переменных полей и световых волн.

Работы в области электромагнетизма положили начало крушению механистической картины мира. Ведь любые попытки распространить механические принципы на электрические и магнитные явления оказались несостоятельными.

Поэтому естествознание вынуждено было в конце концов отказаться от признания особой, универсальной роли механики. Оценивая этот качественный поворот в миропонимании, А.Эйнштейн и Л. Инфельд писали: " Во второй половине девятнадцатого столетия в физику были введены новые революционные идеи; они открыли путь к новому философскому взгляду, отличающемуся от механического.

Результаты работ Фарадея, Максвелла и Герца привели к развитию современной физики, к созданию новых понятий, образующих новую картину действительности".

В результате всех этих работ в естествознании и философии начало утверждаться понимание того, что кроме вещества как вида материи, существует и другой вид материи - поле. А это, в свою очередь, привело к мысли о некорректности отождествления материи с одним из ее видов.

Как демонстрирует опыт развития науки, наиболее бесперспективными оказались попытки отождествить материю как таковую с еще неизвестными ее видами. Немало сил было отдано поискам "праматерии", из которой якобы образованы все известные нам тела материального мира (зачаток этой точки зрения восходит еще к натурфилософии Анаксимандра с его "апейроном"). Но попытки отыскать " первоматерию" продолжались и в XIX веке. Например, в 1815-1816г.г. английским естествоиспытателем У.Праутом было высказано предположение, что атомы всех химических элементов образовались из атомов водорода. Последние, согласно этой гипотезе, и являются "первичной материей".

Критически отзываясь о тех естествоиспытателях, которые желали обнаружить "материю как таковую", Ф.Энгельс с некоторой иронией писал: "Когда естествознание ставит себе целью отыскать единообразную материю как таковую и свести качественные различия к чисто количественным различиям, образуемым сочетаниями тождественных мельчайших частиц, то оно поступает таким же образом, как если бы оно вместо вишен, груш, яблок желало видеть плод как таковой, вместо кошек, собак, овец и т.д. - млекопитающие как таковое, газ как таковой, металл как таковой, камень как таковой, химическое соединение как таковое, движение как таковое".

Несостоятельными оказались, как попытки обнаружить какую-то неизвестную "первоматерию", являющуюся "материей, как таковой", так и стремление отождествить материю с каким-то известным ее видом (например, с веществом) или же попытки связать понятие материи с какими бы то ни было физическими свойствами объектов материального мира (например, с протяженностью, массой, и т.п.).

Развитие науки и философии заставило к концу XIX века отказаться от естественнонаучных подходов в истолковании материи и перейти к философскому ее пониманию.

Последнее заключается в том, что материя есть абстрактное философское понятие, которое используется для обозначения объективной реальности, т.е. всего многообразия окружающего нас мира, существующего вне, до и независимо от человеческого сознания. "Материя как таковая, - пояснял Энгельс, - это … абстракция. Мы отвлекаемся от качественных различий вещей, когда объединяем их, как телесно существующие, под понятием материи". реальность материя философский естественнонаучный

1. Философское и естественнонаучное понимание материи

Из многообразия форм бытия в центре внимания философов всегда находились две: материальная и идеальная. Безусловно, для философии самый интересный предмет исследования - человек. Философы показывают специфику человеческого бытия через противопоставление сознания, духа материи. Понятие "материя", видимо, родилось из стремления выявить изначальное единство всего существующего на свете, свести все многообразие вещей и явлений к некоей общей, исходной основе.

Из истории философии мы помним, что на роль такой первоосновы мира у античных греков последовательно претендовали вода (Фалес), воздух (Анаксимен), безграничное первовещество "апейрон" (Анаксимандр), вечный живой огонь (Гераклит), все 4 стихии (Эмпедокл), мельчайшие неделимые атомы (Демокрит), "эйдосы" у Платона, монады Лейбница (его плюрализм). Демокрит был удачнее всех.

Позже для обозначения изначальной общей основы всего сущего стали применять понятие "субстанция" (то, что лежит в основе). Категория субстанции в философии обозначает исходное внутреннее единство различных вещей, процессов, явлений, их сущность, постигаемую умом. Конкретные вещь возникают и исчезают, их существование обусловлено другими вещами. Базовая же их основа - субстанция - несотворима и неуничтожима, она обусловлена лишь собой. Такое понимание осталось и в современной философии (хотя были попытки объяснить субстанцию как самостоятельную, автономную сущность).

Категория "субстанция" легко наполняется как материалистическим, так и идеалистическим содержанием. Поэтому она не может заменить категорию "материя".

Понятие же "материя" в Новое время слилось до обыденного представления о материальном как о вещественном (естественнонаучное понимание). Однако в 19 веке обнаружилась невещественная объективная реальность (электромагнитные поля). "Материя" нуждалась в новом определении. Его наиболее удачно дал В.И. Ленин: материя есть объективная реальность, данная нам в ощущениях (определение дается диалектически). Атрибутивные свойства материи: системность и структурность, активность (изменение, движение, развитие), самоорганизация, пространственно-временная форма бытия, отражение, информативность.

2. А что такое Материя?

Понятие "Материя" многозначно. Его используют для обозначения той или иной ткани. Иногда ему придают иронический смысл, говоря о "высоких материях". У всех предметов и явлений, окружающих человека, несмотря на их разнообразие, есть общая черта: все они существуют вне сознания человека и независимо от него, т.е. являются материальными. Люди постоянно открывают все новые и новые свойства природных тел, производят множество не существующих в природе вещей, следовательно, материя неисчерпаема.

Материя несотворима и неуничтожима, существует вечно и бесконечно разнообразна по форме своих проявлений. Материальный мир един. Все его части - от неодушевленных предметов до живых существ, от небесных тел до человека как члена общества - так или иначе связаны. Т.е. все явления в мире обусловлены естественными материальными связями и взаимодействиями, причинными отношениями и законами природы. В этом смысле в мире нет ничего сверхъестественного и противостоящего материи. Человеческая психика и сознание тоже определяются материальными процессами, происходящими в мозгу человека, и являются высшей формой отражения внешнего мира.

2.1 Свойства материи

Системность - характерная черта материальной действительности. Системой является то, что определенным образом связано между собой и подчинено соответствующим законом. В переводе с греческого языка система - это целое, составленное из частей, соединение.

Системы бывают объективно существующими и теоретическими, или концептуальными, т.е. существующими лишь в сознании человека. Система - это внутреннее или внешнее упорядоченное множество взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. Она фиксирует преобладание в мире организованности над хаотичными изменениями. Все материальные объекты универсума обладают внутренне упорядоченной, системной организацией. Упорядоченность подразумевает наличие закономерных отношений между элементами системы, которое проявляется в виде законов структурной организации. Структурная организация, т.е. системность, является способом существования материи.

Структурность - это внутренняя расчлененность материального бытия. Внутренняя упорядоченность имеется у всех природных систем, возникающих в результате взаимодействия тел и естественного саморазвития материи, внешняя характерна для искусственных систем, созданных человеком: технических, производственных, концептуальных, информационных и т.п. Истоки идеи структурности универсума относятся к античной философии (атомистика Демокрита, Эпикура, Лукреция Кара).

Понятие структуры материи охватывает макроскопические тела, все космические системы. С этой точки зрения понятие "структура" проявляется в том, что она существует в виде бесконечного многообразия целостных систем, тесно взаимосвязанных между собой, в упорядоченности строения каждой системы.

Такая структура бесконечна в количественном и качественном отношении. Проявлениями структурной бесконечности материи выступают:

1) неисчерпаемость объектов и процессов микромира.

2) бесконечность пространства и времени.

3) бесконечность изменений и развития процессов.

Эмпирически доступна для человека лишь конечная область материального мира: в масштабах от 10^-15 до 10²⁸ см, а во времени - до 2*10⁹ лет.

2.2 Структурные уровни организации материи

В современном естествознании эта структурированность материи оформилась в научно обоснованную концепцию системной организации мира. Структурные уровни материи образованы из какого-либо вида и характеризуются особым типом взаимодействия между составляющими их элементами. Критериями для выделения различных структурных уровней служат следующие признаки:

1) пространственно-временные масштабы;

2) совокупность важнейших свойств и законов изменения

3) степень относительной сложности, возникшей в процессе исторического развития материи в данной области мира.

Деление материи на структурные уровни носит относительный характер. В доступных пространственно-временных масштабах структурность материи проявляется в ее системной организации, существовании в виде множества иерархически взаимодействующих систем от элементарных частиц до Метагалактики.

Каждая из сфер объективной действительности включает в себя ряд взаимосвязанных структурных уровней. Внутри этих уровней доминирующими являются координационные отношения, а между уровнями - субординационные.

3. Иерархия структурных элементов материи

Современная физика постепенно, шаг за шагом, открывала совершенно новый мир физических объектов -микромир или мир микроскопических частиц, для которых характерны преимущественно квантовые свойства. Поведение и свойства физических тел, состоящих из микрочастиц и составляющих макромир, описываются классической физикой. К двум совершенно разным объектам - микромиру и макромиру можно добавить и мегамир - мир звезд, галактик и Вселенной, расположенный за пределами Земли.

Материя распределена по Вселенной неоднородно. Структурные элементы материи объединяются в целостные системы, взаимодействия внутри которых сильнее и важнее взаимодействий элементов системы с ее окружением. В свою очередь, материальные системы взаимодействуют между собой, вступая в отношения соподчинения и образуя иерархию природных систем. Основными ступенями этой иерархии служат микромир, макромир и мегамир.

Объективная действительность состоит из трех основных сфер: неорганической природы, живой природы, общества. Например, при классификации неорганического типа выделяют элементарные частицы и поля, атомные ядра, атомы, молекулы, макроскопические тела, геологические образования.

Можно вычленить три структурных уровня:

1. мегамир - мир космоса (планеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики и неограниченные масштабы до 10²⁸ см);

2. макромир - мир устойчивых форм и соразмерных человеку величин (а также кристаллические комплексы молекул, организмы, сообщества организмов, т.е. макроскопические тела 10^-6 - 10⁷ см);

3. микромир - мир атомов и элементарных частиц, где неприменим принцип "состоит из" (область порядка 10^-15 см).

При оценке грандиозности масштабов Вселенной всегда возникает классический философский вопрос: конечна или бесконечна Вселенная? Понятием бесконечности оперируют в основном математики и философы. Физики-экспериментаторы, владеющие экспериментальными методами и техникой измерений, получают всегда конечные значения измеренных величин. Огромное значение науки и в особенности современной физики заключается в том, что к настоящему времени уже получены многие количественные характеристики объектов не только макро- и микромира, но и мегамира.

Пространственные масштабы нашей Вселенной и размеры основных материальных образований, в том числе и микрообъектов, можно представить из следующей таблицы, где размеры даны в метрах (для простоты приведены лишь порядки чисел, т. е. приближенные числа в пределах одного порядка):

Из этих данных видно, что отношение самого большого к самому малого размеру, доступному сегодняшнему эксперименту, составляет 44 порядка. С развитием науки данное отношение постоянно возрастало и будет возрастать по мере накопления новых знаний об окружающем нас материальном мире.

Микромир -- это Вселенная, рассматриваемая в масштабе столь мелком, что он несоизмерим с размерами человеческого тела. Поведение микроскопических объектов определяется в основном квантовыми и тепловыми флуктуациями (нарушения симметрии).

Макромир -- это Вселенная, рассматриваемая в масштабе, более или менее соизмеримом с размерами человеческого тела (от живой клетки до горы). Поведение макроскопических объектов хорошо описывается законами классической механики и электродинамики.

Мегамир -- это Вселенная, рассматриваемая в масштабе столь крупном, что он несоизмерим с размерами человеческого тела. В мегамире преобладает гравитационное взаимодействие. В его масштабах существенными становятся законы общей теории относительности. Основными структурными элементами материи в мегамире являются галактики и их скопления. Галактики -- огромные звездные системы, состоящие из миллиардов звезд. Каждая звезда относится к какой-нибудь галактике; в межгалактическом пространстве звезд нет.

На разных структурных уровнях материи мы сталкиваемся с особенными проявлениями пространственно-временных отношений, с различными видами движения. Микромир описывается законами квантовой механики. В макромире действуют законы классической механики. Мегамир связан с законами теории относительности и релятивистской космологии.

Разные уровни материи характеризуются разными типами связей:

1) в масштабах 10^-13 см - сильные взаимодействия, целостность ядра обеспечивается ядерными силами.

2) целостность атомов, молекул, макротел обеспечивается электромагнитными силами.

3) в космических масштабах - гравитационными силами.

С увеличением размеров уменьшается энергия взаимодействия. Чем меньше размеры материальных систем, тем более прочно связаны между собой их элементы.

Внутри каждого из структурных уровней существуют отношения субординации (молекулярный уровень включает атомарный, а не наоборот). Всякая высшая форма возникает на основе низшей, включает ее в себя в снятом виде. Это означает по существу, что специфика высших форм может быть познана только на основе содержания высшей по отношению к ней форме материи. Закономерности новых уровней не сводимы к закономерностям уровней, на базе которых они возникли, и являются ведущими для данного уровня организации. Кроме того, неправомерен перенос свойств высших уровней материи на низшие. Каждый уровень материи обладает своей качественной спецификой. В высшем уровне материи низшие его формы представлены не в чистом виде, а в синтезированном (снятом) виде.

Структурные уровни материи взаимодействуют между собой как часть и целое. Взаимодействие части и целого состоит в том, что одно предполагает другое, они едины, и друг без друга существовать не могут. Не бывает целого без части и нет частей вне целого. Часть приобретает свой смысл только благодаря целому так же, как и целое есть взаимодействие частей. Во взаимодействии части и целого определяющая роль принадлежит целому. Однако это не означает, что части лишены своей специфики. Определяющая роль целого предполагает не пассивную, а активную роль частей, направленную на обеспечение нормальной жизни универсума как целого. Подчиняясь в общем системе целого, части сохраняют свою относительную самостоятельность и автономность. С одной стороны, они выступают как компоненты целого, а с другой - они сами являются своеобразными целостными структурами, системами.

Обращает на себя внимание то, что в области биологических систем возникают параллельные иерархические отношения. Например, организм может одновременно выступать в ипостасях индивида и особи. Индивид как генетическая единица входит в репродуктивную группу, в которой осуществляет программу размножения, а в ее составе -- в популяцию как генетическое образование. Особь, организменная целостность со всеми ее симбионтами и паразитами, входит в состав семьи, противостоящей другим семьям, и вместе с ними образует экологическую популяцию. Наличие таких параллелей показывает, что взаимоотношения между структурными элементами материи, особенно на биологическом уровне, могут быть весьма многообразными и не сводимыми к простой линейной иерархии. Недаром один из законов экологии гласит: "Всё связано со всем".

Органика как тип материальной системы тоже имеет несколько уровней своей организации:

1) доклеточный уровень включает в себя ДНК, РНК, нуклеиновые кислоты, белки;

2) клеточный - самостоятельно существующие одноклеточные организмы;

3) многоклеточный - органы и ткани, функциональные системы (нервная, кровеносная), организмы (растения и животные);

4) организм в целом;

5) популяции (биотоп) - сообщества особей одного вида, которые связаны общим генофондом (могут скрещиваться и производить себе подобных) стая волков в лесу, стая рыб в озере, муравейник, кустарник; биоценоз - совокупность популяций организмов, при которых продукты жизнедеятельности одних становятся условиями жизни и существования других, населяющих участок суши или воды. Например, в лесу популяции живущих в нем растений, а также животных, грибов, лишайников и микроорганизмов взаимодействуют между собой, образуя целостную систему;

6) биосфера - глобальная система жизни, та часть географической среды (нижняя часть атмосферы, верхняя часть литосферы и гидросферы), которая является средой обитания живых организмов, обеспечивая необходимые для их выживания условия (температуру, почву и т.п.) образованная в результате взаимодействия биоценозов.

Общая основа жизни на биологическом уровне - органический метаболизм (обмен веществом, энергией, информацией с окружающей средой), которая проявляется на любом из выделенных подуровней:

1) на уровне организмов обмен веществ означает ассимиляцию и диссимиляцию при посредстве внутриклеточных превращений;

2) на уровне биоценоза он состоит из цепи превращений вещества, первоначально ассимилированного органами-производителями при посредстве организмов-потребителей и организмов-разрушителей, относящимся к разным видам;

3) на уровне биосферы происходит глобальный круговорот вещества и энергии при непосредственном участии факторов космического масштаба.

В рамках биосферы начинает развиваться особый вид материальной системы, который образован благодаря способности особых популяций живых существ к труду - человеческое сообщество.

Социальная действительность включает в себя подуровни: индивид, семья, группа, коллектив, социальная группа, классы, нации, государство, система государств, общество в целом.

Общество существует лишь благодаря деятельности людей. Структурный уровень социальной действительности находится в неоднозначно-линейных связях между собой (например, уровень нации и уровень государства). Переплетение разных уровней структуры общества не означает отсутствия упорядоченности и структурированности общества. В обществе можно выделить фундаментальные структуры - главные сферы общественной жизни: материально-производственную, социальную, политическую, духовную и т.д., имеющие свои законы и структуры. Все они в определенном смысле субординированы, структурированы и обусловливают генетическое единство общества в целом. Таким образом, любая из областей объективной действительности образуется из ряда специфических структурных уровней, которые находятся в строгой упорядоченности в составе той или иной области действительности. Переход от одной области к другой связан с усложнением и увеличением множества образованных факторов, обеспечивающих целостность систем, т.е. эволюция материальных систем происходит в направлении от простого к сложному, от низшего к высшему.

Структурные уровни материи.

Уровни организации естественных знаний.Наши знания о природе накапливаются и развиваются не хаотично, а в строгой последовательности, обусловленной иерархией уровней организации материи. Природа едина по своей сути и деление знаний о ней на отдельные естественные дисциплины, например, химию или физику часто бывает достаточно условным: физические идеи находят свое отражение в объяснении химических процессов, а изучение химических превращений веществ друг в друга приводят физиков к открытию новых физических закономерностей и явлений, например, открытию высокотемпературной сверхпроводимости или открытию солитонов.

Это обусловлено, прежде всего, существованием общего для химиков и физиков объекта исследования - вещества. Но есть и существенные различия между этими двумя науками: во-первых, круг объектов исследования физики по сравнению с химией более широк - от микромира до масштабов Вселенной; во-вторых, законы физики более универсальны и применимы к целому ряду природных явлений. Об этом свидетельствует развитие большого количества смежных с ней наук - физической химии, геофизики, биофизики, астрофизикии т.д. В этих науках ученые пытаются объяснить химические, биологические и все прочие природные явления и процессы с точки зрения основных физических законов.

Описанием явлений и процессов природы занимаются феноменологические науки. Целью таких знаний является описание природных явлений на макроскопическом уровне, т.е. на уровне, доступном восприятию органами чувств человека. Однако, современная экспериментальная наука, использующая разнообразные методы исследования и новейшее оборудование: электронные микроскопы, ЯМР-томографы, высокоразрешимую спектроскопическую аппаратуру, включая рентгеноспектральную и другие современные методы исследования, позволяет значительно углубиться внутрь изучаемого предмета - спуститься с макроуровня на микроуровни.

Существует некая иерархия знаний, когда сложные явления и процессы описываются с точки зрения более простых и знакомых. Вспомните еще раз уже известную вам схему связей физических, химических и биологических наук:

ФИЗИКА ------> ХИМИЯ --------> БИОЛОГИЯ

Но эта связь не является чисто механической, придуманной кем-то схемой, она отражает иерархию организации материи, которая действительно существует в природе:

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ--> АТОМ--> МОЛЕКУЛА -->

МАКРОМОЛЕКУЛА--> НАДМОЛЕКУЛЯРНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ->

ОРГАНЕЛЛЫ КЛЕТКИ ------> ЖИВАЯ КЛЕТКА

Размещено на Allbest.ru