Материя как самоорганизующаяся система

Материя

Материализм исходит из того, что в основе всего мира лежит материя. Но какие смыслы этого понятия существуют в современной науке?

1.Если исходить из теории Большого взрыва, в результате которого возникла наша Вселенная, то материя как вещество сформировалась на определённом этапе эволюции. После самого этого Большого взрыва Вселенная представляла собой энергетически насыщенную среду, в которой царил хаос мощных энергетических процессов невероятно высоких скоростей. Затем скорости расширения Вселенной начали постепенно спадать, что и привело к остыванию этих энергий и формированию из них первых структур вещества. Это можно сравнить с процессом заморозки воды, когда при остывании происходит её кристаллизация, оформление в виде твёрдого вещества. Точно также и материя как вещество – это остывшая, структурировавшаяся в какой-либо вещественной форме энергия. Назовём такой смысл материи космологическим.

2.Однако такое вещество Вселенной изначально было двух видов, которые учёные называют материей и антиматерией или веществом и антивеществом. Отсюда второй, более узкий смысл понятия материи как противоположность антиматерии, антивеществу. Такая антиматерия на начальной этапе эволюции Вселенной аннигилировала, взаимно уничтожалась, взаимодействуя с материей. Тем не менее, в микромире, во внутриатомной реальности она сохранилась до сих пор. Антивещество состоит из антиатомов (экспериментально получен пока только антиводород), содержащих антипротоны, антинейтроны и позитроны (противоположность электронам). Антиатомы очень сложно получить путём экспериментов, поскольку они сразу аннигилируют (взаимоуничтожаются) с веществом.

Вещество в классическом понимании, как известно, состоит из атомов, содержащих протоны, нейтроны и электроны. Эта форма материи преобладает в Солнечной системе и в ближайших звёздных системах.

3.Третий смысл материи связан с её пониманием в марксизме. Её определение дал В.И. Ленин в условиях, когда на рубеже 19-20 веков физика переживала серьёзный кризис, связанный с новыми научными открытиями, ломающими научную картину, основанную на механике Ньютона и представлению о материи как веществе. Кризис понятия материи как вещества и привёл Ленина к её формулировке как противоположности сознанию: Материя – это объективная реальность данная нам в ощущениях. Объективное – это до, вне и независимое от сознания. Получается, что всё, что существует объективно, каким бы оно ни было, с точки зрения этого определения, является материальным. Таким образом, Ленин заранее перестраховался от будущих кризисов материализма, определив материю максимально широко и абстрактно. Однако здесь снова встаёт проблема как быть с тем, что мы не способны воспринимать даже с помощью приборов? Итак, по марксизму материя необязательно связана с веществом. Весь мир есть материя в её многообразных проявлениях. И даже сознание – свойство высокоорганизованной материи. Единственное отличное от материи содержание – содержание сознания, духовная реальность.

4. В современной науке содержание материи понимается как единство вещества, антивещества, поля и плазмы, порож­даемых флуктуациями (возмущениями) вакуума. Иногда к материи относят и энергию. Кроме того, в понятие материи иногда включается информационный аспект существо­вания всех материальных систем, который выражает по­рядок вещей и явлений в материальном мире.

Теперь более подробно разберём смысл понятия материи, сформулированный в рамках марксизма.

У всех предметов и процессов внешнего мира есть общий признак: они существуют вне и независимо от сознания, отражаясь прямо или косвенно в наших ощущениях. Другими словами, они объективны. Прежде всего по этому признаку философия объеди­няет и обобщает их в одном понятии материи. Когда говорится о том, что материя дана нам в ощущениях, то имеется в виду не только прямое восприятие предметов, но и косвенное. Мы не можем видеть, осязать, например, отдельные атомы. Но мы ощущаем действие тел, состоящих из атомов.

Материю саму по себе нельзя видеть, осязать, пробовать на вкус. То, что видят, осязают, есть определенный вид материи. Материя не есть одна из вещей, существующих наряду с другими. Все существующие конкретные материальные образования и есть материя в различных ее формах, видах, свойствах и отноше­ниях. Не существует «безликой» материи, она всегда есть что-то конкретное, пусть даже если очень причудливое и размытое для нашей логики.

Принцип ма­териального единства мира означает не сходство или тождество конкретных существующих систем, элементов и конкрет­ных свойств и закономерностей, а общность материи как субстанции, как носителя многообразных свойств и отношений, порождающего всё разнообразие мира.

В физических тео­риях последнего времени в качестве субстанции используется понятие физического ва­куума, флуктуации (возмущения, возбуждения) которого детерминируют (определяют) все известные нам виды физической реальности.

Структура материи

Материя имеет разнообразное строение, образуя структуры различных типов. Она состоит из частей различной величины, качест­венной определенности: элементарных частиц, атомов, молекул, ра­дикалов, ионов, комплексов, макромолекул, коллоидных частиц, планет, звезд и их систем, галактик и сверхгалактик. Обнаружено около 400 различных элементарных частиц, если их считать вместе с резонансами (частицами, живущими очень короткое время). Предпринимаются попытки найти глубокую внутреннюю связь между элементарными частицами и создать для них нечто вроде Периодической таблицы Д.И. Менделеева. Элементарные частицы раз­личаются по массе покоя и в соответствии с этим разделяются на лептоны (легкие частицы), мезоны (средние частицы) и барионы (тяжелые частицы). Наряду с этим существуют частицы, не обладающие массой покоя, например фотоны.

Атомы построены из положительно заряженных ядер и отрица­тельно заряженных электронных оболочек. Ядра состоят из прото­нов и нейтронов, вместе именуемых нуклонами. Сам атом на 99% пуст. Эффект твёрдости тела возникает поскольку от частиц исходит поле отталкивания (взаимодействие) и при этом они быстро движутся.

Классическое вещество может находиться в одном из нескольких агрегатных состояний: газообразном, жидком, твёрдом кристаллическом, твёрдом аморфном или в виде жидкого кристалла. Кроме того, выделяют высокоионизованное состояние вещества (чаще газообразного, но, в широком смысле, любого агрегатного состояния), называемое плазмой.

Особо можно выделить виртуальные частицы, которые рождаются и уничтожаются (поглощаются) в процессе взаимодействия и не присутствуют в эксперименте в начальном и конечном состоянии. Виртуальные частицы очень важны для пониманиясвойств физического вакуума.

Другие важные объекты – это струны (о них уже шла речь в теме о бытии) и суперструны. Это основные формы материи, предположительно существовавшие на ранней стадии эволюции Вселенной. Струноподобные объекты в современной физической теории претендуют на роль наиболее фундаментальных материальных образований, к ним можно свести все элементарные частицы, т. е. в конечном счёте, все известные формы материи. Они представляют собой одномерные образования, своеобразные вибрации.

От «прерывных» форм материи неотделимы «непрерывные» формы. Это разные виды полей — гравитационные, электромагнит­ные, ядерные. Они связывают частицы материи, позволяют им вза­имодействовать и тем самым существовать. Так, без полей тяготения ничто не объединяло бы звезды в галактики, а само вещество — в звезды. Не было бы ни Солнечной системы, ни самого Солнца, ни планет. Вообще все тела перестали бы существовать: без электри­ческих и магнитных полей ничто не связывало бы атомы в молекулы, а электроны и ядра — в атомы.

Структура Вселенной

Вселенная в целом практически однородна и представляет собой совокупность нитевидных скоплений галактик, разделённых областями, в которых практически нет светящейся материи. Её размеры 13 млрд 700 млн световых лет (радиус), точно столько же как и её возраст (каждый год она расширяется в размерах на один световой год, т.е. расширяется со скоростью света).По последним данным форма Вселенной очень близка к плоской.

Всё вещество Вселенной структурируется в виде скопления звёзд, галактик и сверх скопления галактик, но дальше распределено относительно равномерно (в виде нитей галактик).

Во Вселенной всего 4-5 % вещества обычной материи: это звёзды 0,4 %, Межгалактический газ 3,6 %, Тёмная материя 22-27 % (она неизвестной пока природы), Тёмная энергия 68-74% (также её природа неизвестна).

Всё, что можно сказать о тёмной энергии, так это то, что она связана с феноменом, объясняющим факт, что Вселенная расширяется с ускорением. Это неизвестного вида энергия с отрицательным давлением. Когда она сформировалась, а это примерно 5 млрд лет назад, она придала ускорение расширению нашей Вселенной.

Тёмная материя — форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним. Это свойство данной формы вещества делает невозможным её прямое наблюдение. Однако возможно обнаружить присутствие тёмной материи по создаваемым ею гравитационным эффектам.

Наша галактика – Млечный путь состоит из примерно 300 миллиардов звёзд.

Материя как самоорганизующаяся система

Появление науки синергетики показало, что конечное состояние, к которому стремятся все существующие системы — это не хаос, а порядок, т.е. материи свойственна способность и тенденция к самоорганизации.

Мир и всё в мире — это не хаос, а закономерно организованная система, иерархия систем. Ус­тойчивость основных структурных форм материи обусловлена су­ществованием её единой структурной организации. В этом смысле можно сказать, что каждый элемент материи как бы несет на себе печать мирового целого. В частности, как показывает наука, как элек­трон, так и человек имеют прямое отношение к космосу, и понимание космоса невозможно без их рассмотрения. Так, согласно антропному принципу в физике, физические законы развития вселенной и её константы (постоянные) таковы, что в ней необходимо на каком-то этапе развития должен был появиться наблюдатель – человек. Многие учёные приходят к выводу о том, что в самой структуре мироздания заложена возможность и необходимость появления человека как наиболее универсального существа, способного познавать мир и путём его преобразования разрешать заложенные в нём противоречия, т.е. продолжать дальнейшую его эволюцию.

Современная физика открыла всеобщую превращаемость эле­ментарных частиц, взаимопереход вещества в поле и наоборот. В непрерывном процессе всех взаимных превраще­ний материя сохраняется как субстанция, т.е. как основа всех изме­нений. Превращение механического движения вследствие трения приводит к накоплению внутренней энергии тела, к усилению теп­лового движения его молекул. Тепловое движение в свою очередь может превратиться в излучение или создать магнитное поле. Закон сохранения и превращения энергии гласит: какие бы процессы превращения ни происходили в мире, общее количество массы и энергии остается неизменным.

Движение

Весь мир находится в постоянном движении и развитии: абсолютного покоя не существует, он всегда лишь относителен. Покой – всегда является моментом какого-либо движения (это впервые доказал Толанд).

Движение — это способ существования действительности. Быть — значит быть в движении, изменении. Если частица абсолютно перестаёт двигаться, то, значит, она потеряла всю свою энергию и перестаёт взаимодействовать, а потому она перестаёт существовать. Нет в мире неизменных вещей, свойств и отношений. В мире ничто не бывает чем-то законченным, самодостаточным. По марксизму, который ищет причины движения не в потусторонних силах и высшем разуме, движение – это неотъемлемое свойство действительности в том смысле, что тенденция, импульс к изменению состояния присущи самой реальности: все причины движения она содержит внутри самой себя. И даже современные представления о высшем разуме и «потусторонних» силах исходят из того, что эти силы являются внутренне присущими для самой действительности источниками движения, они встроены в саму ткань бытия, в её природные механизмы. По­скольку движение в целом для всего мира несотворимо и неуничтожимо (оно рождается и уничтожается вместе со всем бытием и пока бытие есть, движение вечно ему присуще), то оно признаётся абсолютным и всеобщим. «Движение вообще» проявляется в виде конкретных форм движения.

Если абсолютность движения связана с его всеобщностью, то относительность — с конкретной формой его проявления. Движение любой вещи происходит только в отношении к некоторой другой вещи. Понятие движения отдельного тела самого по себе, безотносительно к другим вещам — чистая бессмыслица. Для изучения движения какого-либо объекта нужно найти систему отсчета — другой объект, по отношению к которому можно рассматривать интересующее нас движение. Одно и то же движение тела по отношению к разным вещам будет происходить с разными скоростями, а по отношению к некоторым вещам и вовсе может оказаться покоем. Например, человек может бежать в поезде по вагонам и его скорость относительно самого поезда будет одной, относительно проезжаемого мимо объекта другой, а относительно вращения Земли или галактики ей можно и вовсе пренебречь и ваш бег можно рассматривать как относительный покой. То же самое с объектами летящими параллельно с одной скоростью. По отношению к друг другу они покоятся.

Формы и виды движения соответствуют уровням струк­турной организации бытия. Каждой форме движения присущ опреде­ленный носитель— субстрат. Так, элементарные частицы являются носителями разнообразных процессов взаимопревращений, элемен­ты атомного ядра — носителями ядерной формы движения, элемен­ты атома — носителями внутриатомной формы движения, элементы молекул и молекулярных соединений — носителями химической формы движения, а бактерии, растения, животные, вирусы и грибы – биологической и т.д. вплоть до человека – и его социальной формы движения, которая в ряду известных форм движения является высшей. Многообразие социального движения проявляется в экономическом, политическом, культурном и т.д. движении. Любая активность человека уже есть форма его движения.

В бесконечном потоке движения действительности всегда присутствуют моменты устойчивости, проявляющие­ся прежде всего в сохранении какого-либо состояния движения, а также в форме равновесия явлений и относительного покоя. Как бы ни изменялся предмет, пока он существует, он сохраняет свою определенность. Река не перестает быть рекой из-за того, что она постоянно течет и её содержание постоянно меняется: бытие реки и за­ключается в ее течении. Однако обрести абсолютный покой означает пере­стать существовать. Всё, что нам кажется покоящимся, на самом деле причастно к какой-либо форме движения. Например, нам кажется, что парта покоится. Однако внутри неё происходит движение частиц, которое для нас незаметно, происходят незаметные колебания её формы из-за того, что одни частицы к ней присоединяются, а другие отпадают (например, это приводит к постепенному изменению цвета краски), в ней кипит жизнь бактерий, происходит гниение её материала, которое становится заметно только если значительно ускорить течение времени. Точно также парта движется как единое целое вместе с вращением Земли вокруг Солнца и своей оси и вращением нашей галактики – Млечного пути. Даже микрочастицы и все космические тела в своём относительно покоящемся состоянии медленно вращаются или вибрируют. Всё относительно покоящееся неизбежно причастно к какому-либо движению, и в конечном счете имеет отношение к глобальным формам его проявления и тенденциям в рамках всего мироздания. Покой всегда имеет только видимый и относительный характер.

Таким образом, движение – это абстрактная (отвлечённая, отделённая) сторона развития. Весь мир находится в состоянии развития ко всё более сложным и многообразным его проявлениям. При этом любое движение оказывается необходимым звеном в системе всего движения мира, которое в целом направлено в сторону развития. И потому любое движение оказывается моментом развития, частью всеобщего процесса эволюции вселенной. Например, каждое животное просто движется, удовлетворяет свои потребности, но результатом взаимодействия таких простых движений всех живых существ становится их эволюция. Точно также происходит и в неживой природе.

Пространство и время

Пространство и время не могут существовать без друг друга, сами по себе. Это единая ткань бытия, сотканная из его событий, а не нечто абстрактное. Эту неразрывную их связь характеризует понятие пространственно-временного континуума, которое ввёл в своё время Эйнштейн. Более того, пространство и время не могут существовать без их наполненности содержанием, т.е. бытием и его событиями. Сами по себе они лишь формы бытия этих событий или как формулируется в марксизме – всеобщие формы бытия материи.

Все тела различным образом расположены друг относительно друга, составляют части той или иной системы. Пространство – это форма координации сосуществующих объектов, состояний материи. Оно заключается в том, что объекты не только расположены друг относительно друга (ря­дом, сбоку, внизу, вверху, внутри, сзади, спереди и т.д.), но и находятся в определенных количественных отношениях. Порядок сосуще­ствования этих объектов и их состояний образует структуру про­странства.

Все явления характеризуются длительностью существования. Это означает, что тела существуют и движутся во времени. Время — это форма координации сменяющихся объектов и их состояний. Оно заключается в том, что каждое состояние представ­ляет собой последовательное звено процесса и находится в опре­деленных количественных отношениях с другими состояниями. Порядок смены этих объектов и их состояний образует структуру вре­мени.

Итак, пространство и время — это всеобщие формы существования, координации объектов. Всеобщность этих форм бытия заключается в том, что они — формы бытия всех предметов и процессов в бесконечном мире. Не только события внешнего мира, но и все чувства, мысли имеют своё пространственно-временное измерение (чувство времени может ускоряться и замедляться – так называемое психологическое время; пространственная ориентация человека при лунатизме).

Согласно общей теории относительности Эйнштейна протяженность пространства и длительность времени зависят от интенсивности гравитации (чем больше гравитация, тем меньше протяженность и медленнее течёт время). В 1919 году была вычислена кривизна околосолнечного пространства. Искривление времени доказано в 1960 и 1976 годах (на баллистической ракете). Сейчас эффект искривления времени на орбите Земли учитывается в навигационных спутниковых системах (Глонас, GPS). Если бы такое искривление времени на них не учитывалось, то эти системы были бы непригодны для применения, поскольку отклонялись бы в день примерно на 10 км. А если находиться в космосе рядом с чёрной дырой, то этот эффект из-за громадной гравитации резко усилится и тогда год вращения вокруг неё будет равен двум годам на Земле.

Согласно специальной теории относительности пространство и время зависят от скорости движения тел (по мере приближения этой скорости к скорости света протяженность тел сокращается, а время течёт медленнее). Так, при полёте на больших скоростях на космическом корабле может пройти лишь год, но когда он возвратится на Землю на ней уже может пройти, например, 70 лет и внуки космонавтов окажутся старше их самих.

В связи с этим проводились подсчёты учёных про тех людей, кто очень высоко живёт (например, в небоскрёбах) и часто быстро передвигается (например, часто летает по миру на самолётах) на сколько их жизнь от этого сокращается или растягивается (время для них течет быстрей или медленней). Однако оказалось, что такой эффект незначителен и накапливается за всю жизнь лишь на доли секунды. Таким образом, в нашей жизни им можно пренебречь. Все мы живём практически в одном ритме.

Наше пространство, в котором мы живём, называется макропространством, оно имеет три измерения: длину, ширину и высоту, а макровремя лишь одно — направление от про­шлого через настоящее к будущему (правда это по марксизму, а если учесть факты сбываемости многих пророчеств, в том числе и непосредственно влияющих на историю, например, предсказания монаха Авеля о мировой войне и революции, падению монархии в письме Николаю 2, так вот если учесть эти факты, то будущее в каком-то смысле уже существует и получается, что время идёт от него в сторону настоящего и уходит в прошлое).

Пространство микромира, по современным теориям имеет либо 10,11, либо 26 измерений. Так, наше пространство вместе со временем составляет 4 измерения, но наш мир в современной физике рассматривается как проекция микромира 10, 11 или 26 измерений. Это как рисунок или фильм есть двухмерная проекция нашего 3 мерного мира.

Время макромира (нашего мира) течёт практически равномерно (во всех точках и его направлении), поскольку все мы находимся примерно в одинаковых условиях атмосферы Земли.

Течение времени мегамира (т.е. всей Вселенной) зависит от особенностей её расширения. Например, 5 млрд лет назад оно ускорилось, а значит и время вселенной ускорилось.

Время микромира может иметь прерывистый характер (квантовые скачки и переходы) или даже течь в обратном направлении. Так, при применении метода диаграмм Фейнмана античастицы рассматриваются как частицы, распространяющиеся вспять во времени. И это было бы логично, ведь антивещество одновременно сходно с веществом, но является полной противоположностью его. Возможно неслучайно в теории квантовой телепортации появляется понятие отрицательной скорости.

Любая физическая форма времени не обладает абсолютной равномерностью. Так, например, вращение Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси (год и день) то ускоряется, то замедляется. Поэтому в строгом смысле один день не равен другому, точно также как и час. Однако в календарном времени мы этими погрешностями пренебрегаем для простоты вычислений.

В модели топологического пространства (оно свойственно внутриатомной реальности, квантовому полю, вспомним эффект нелокальности и квантовой запутанности) расстояние оказывается несущественной, непостоянной величиной. Чтобы себе его представить можно применить образ кипятка, который постоянно бурлит. Существуют также модели пространства с отрицательной и положительной кривизной (вогнутое и выпуклое). Их разработали Лобачевский и Риман. Их можно представить применив образ поверхности граммофонной трубы, с одной стороны – вогнутое, с другой – выпуклое. Эти модели являются решениями вопроса о том, как может выглядеть всё бесконечное пространство в целом. Нам это кажется странным, однако все мы ходим по круглой планете и не замечаем этого, в нашем восприятии мы передвигаемся по плоской земле. На больших расстояниях, а тем более бесконечных, искривление незаметно.

Многие люди задумываются о том, возможно ли путешествовать во времени? Как мы уже выяснили, это можно делать естественным путём, если достичь технологий скоростей близких к скорости света, а также облетая на сверхскоростях (чтобы не притянуло) вокруг чёрной дыры. Но всё это относится к путешествиям в будущее. А возможно ли путешествие в прошлое? Ответ однозначно нет. Поскольку это противоречит фундаментальному принципу бытия о том, что следствие никогда не может предшествовать причине, иначе бы возникали парадоксы. Например, допустим в будущем учёные создают машину времени и один из них отправляется в своё прошлое, чтобы изменить свою судьбу к лучшему. Но ведь он не может предугадать как это изменение направления судьбы обернётся. Допустим, он даёт самому себе в прошлом информацию как разбогатеть, но тогда его судьба изменится и возможно, что в результате этот учёный не доживёт до тех дней, когда он проводит эксперимент с машиной времени. Например, его могут убить при ограблении или он может получить смертельный сердечный приступ беспокоясь за управление своим богатством. Но тогда кто же передал ему эту информацию из будущего, если он сам до него не дожил? Возникает парадокс, ситуация, которая невозможна. Так, в действительности заложены механизмы, чтобы таких парадоксальных ситуаций не возникало. Например, в микромире существуют такие частицы (Хокинг называет их червоточины), которые реально путешествуют во времени в разных направлениях. Это было доказано экспериментально в андронном коллайдере. Если бы можно было их увеличить до размеров сопоставимых с нами, то теоретически можно было бы вместе с ними путешествовать во времени. Однако в природе заложен такой механизм, что мы не способны этого сделать. Даже если мы попадём внутрь их, то это уже будем не мы сами целиком, а микрочастицы, из которых состояло наше тело, для которых путешествие в прошлое не противоречит законам природы. Так, эти природные механизмы предотвращают ту путаницу и тот хаос, который бы возник в истории, в случае возможности путешествия людей в прошлое и изменения его.

Поскольку пространство и время – это формы движущейся материи, то они обусловлены спецификой этого движения, выстраиваются в зависимости от свойств движения, особенностей взаимодействия. Поэтому основные формы движения материи (физическая, химическая, биологическая и социальная) характеризуются собственной пространственно-временной структурой. Например, физическое пространство и время обусловлено особенностями физического взаимодействия, химическое – химического, биологическое – биологического, социальное – особенностями социального взаимодействия. Так, с биологической формой времени связаны физиологические циклы организма, «биологические часы», а также механизм старения организма. Вспомним также, что при заморозке мяса обмен веществ замедляется и оно дольше не портится. Примером для понимания особенностей социального пространства может являться интернет, виртуальное пространство, в котором «кипит своя жизнь», происходит взаимодействие смыслов и именно это взаимодействие и определяет структуру его пространства. Примером социального времени может служить деление истории на эпохи Возрождения, Просвещения, Модерна, Постмодерна, каждая из которых наполнена своими смыслами, формирует свой культурный контекст, своё особенное взаимодействие смыслов, а потому является единицей измерения социального времени.

Этот вывод существования таких форм пространства и времени связан с тем фактом, что на начальном этапе Большого взрыва не существовало ни классических законов физики, ни физического пространства и времени, однако процессы в каком-то пространстве и времени уже происходили. Отсюда был сделан вывод о существовании субъфизической (дофизической формы материи), образующей субъфизическую форму пространственно-временных отношений. А значит то же самое можно говорить и о других формах организации материи.