Уровни организации неживой природы

Согласно современным научным взглядам, глубинные структу­ры материального мира представлены объектами элементарного уровня. Это прежде всего элементарные частицы.За исключением электрона, исследования которого начались еще в прошлом веке, все остальные были обнаружены в XX столетии. Их свойства оказались весьма необычными, резко отличающимися от свойств макротел, с которыми мы сталкиваемся в повседневном опыте. 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. Однако развитие квантовой физики выявило относительность разграничительных линий между веществом и полем. Только на макроуровне, когда можно не принимать во внимание квантовые свойства полей, их можно считать непрерывными средами. Но на микроуровне поля пред­стают как состоящие из квантов, которые можно рассматривать в качестве частиц, обладающих одновременно и корпускулярными, и волновыми характеристиками. Например, электромагнитное поле можно представить как систему фотонов, а гравитационное поле — как систему гравитонов — гипотетических частиц, которые предсказывает квантовая теория (в отличие от фотонов гравитоны еще не зафиксированы экспериментально). В то же время и ча­стицы вещества — электроны и позитроны, мезоны и др. в целом ряде задач физика рассматривает как кванты соответствующих полей (электронно-позитронного, мезонного и т. п.).

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 (макро- и мегамир). Что же касается сильных и слабых взаимодействий, то они характерны только для процессов микромира. Одним из самых удивительных откры­тий последней трети XX века было обнаружение того, что элект­ромагнитные и слабые взаимодействия представляют собой сторо­ны, различные проявления единой сущности — электрослабого взаимодействия.

Элементарные частицы можно классифицировать по типам взаимодействия. Адроны (тяжелые частицы — протоны, нейтроны, мезоны и др.) участвуют во всех взаимодействиях. Лептоны (от греч. 1ер1оз — легкий, например, электрон, нейтрино и др.) не участвуют в сильных, а только в электрослабых и гравитацион­ных. Гипотетические гравитоны выступают носителями только гравитационных сил. В сильных взаимодействиях многие адроны неразличимы, они как бы на одно лицо. Например, неотличимы друг от друга нуклоны — нейтроны и протоны, все П-мезоны выступают как одна частица. Но когда включаются электромаг­нитные силы, то нуклоны расщепляются на две составляющие, а П-мезоны на три (П, ГГ, П ). Такое расщепление позволяет рассматривать частицы как проявления некоторой глубинной структуры. Поиск таких структур составляет главную цель совре­менной физики. На этом пути она стремится обнаружить те глу­бинные свойства и состояния материи, которые в конечном счете определяют эволюцию Вселенной, особенности взаимодействия и развития ее объектов.

Первым большим успехом на этом пути было открытие квар­ковой структуры адронов. Кварки оказались весьма экзотически­ми объектами не только потому, что у них дробный электриче­ский заряд (1 /з или 2/3 от заряда электрона, принимаемого за 1). Само взаимодействие кварков, осуществляемое благодаря обмену глюонами, таково, что увеличение расстояния между кварками внутри адронов приводит к резкому возрастанию связывающих их сил. Поэтому в отличие от ранее известных элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов и др.) кварки пока не обнаруже­ны в свободном состоянии. Они оказываются как бы запертыми внутри адронов. Но в эксперименте их можно прозондировать: при столкновении частиц больших энергий внутри адронов обна­руживается несколько своеобразных центров, на которых происхо­дит рассеяние частиц и которые физика отождествляет с кварками.

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.

Единой теории элементарных частиц физика пока не создала, 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 вскрыты 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.

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. При опре­деленных условиях они могут вырваться из вакуума, превращаясь в «нормальные» элементарные частицы, которые живут относи­тельно независимо от породившей их среды и могут взаимодей­ствовать с ней.

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 своеобразная кузница атомов. Благода­ря протекающим в них превращениям элементарных частиц об­разуются ядра атомов, а на периферии и в окрестностях звезд,

при понижении температуры, а также в результате выбросов вещества из звезд при их взрывах, 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 гигант скую 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 (напомним, что 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 столь 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 взаимодействуют они 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 Внеметагалактическими объектами. Их слож­ные взаимоотношения образуют многоярусную Большую Вселен­ную — материальный мир с его бесконечным разнообразием форм и видов материи. Причем не во всех этих мирах возможно то многообразие видов материи, которое возникает в истории нашей Метагалактики.

Представления о строении материи на биологическом
и социальном уровнях

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 доклеточ- ного 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. Стая волков в лесу, стая рыб в озере, муравейник, группы размножающихся растений одного вида (например, разра­стающийся кустарник — все это популяции. Целостностность популя­ции регулирует поведение и размножение отдельных входящих в нее организмов. Когда, скажем, биомасса стаи саранчи превышает определенный предел, учащаются соприкосновения отдельных особей в стае и включаются механизмы, тормозящие программы их размножения. При увеличении числа пчел в улье популяция начинает делиться (роение пчел). У популяций многих живот­ных существуют сложные системы сигналов, которые определяют поведение одной особи по отношению к другой, включают опре­деленные программы этого поведения и тем самым регулируют отношения особей в рамках соответствующего сообщества. Это могут быть звуковые сигналы, запахи, позы и т. д.

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. Так, лес — это биоценоз, в котором популяции живущих в нем живот­ных, а также растений, грибов, лишайников, микроорганизмов взаимодействуют между собой, образуя целостную систему. Благодаря такому взаимодействию, сложным обменным про­цессам между продуктами жизнедеятельности разных популяций, создаются условия для их совместного существования. 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.

Развитие биосферы, связанное с появлением в ней все новых уровней организации, является результатом ее функционирования и эволюции как целого в рамках еще более широкой целостности — развивающейся Вселенной. И подобно тому как в неживой природе формирование каждого нового уровня материальных систем обу­словлено целым Метагалактики, так и дифференциация биосферы на качественно специфические уровни организации живой материи обусловлена ее развитием как сложной развивающейся системы.

На определенном этапе развития в биосфере возникают особые популяции живых существ, которые благодаря развивающейся орудийной деятельности трансформируют биологические формы своего существования в социальную жизнь. В рамках биосферы начинает развиваться особый тип материальной системы — чело­веческое общество. Здесь тоже возникают особые подструктуры — семья, классы, нации и др., причем многие из этих подструктур исторически изменчивы, существуют только на определенных этапах человеческой истории и преобразуются в новые подструк­туры усложняющегося разнообразия человеческой общественной жизни.

Как особый уровень организации материи, человеческое об­щество существует благодаря деятельности людей и включает в качестве обязательного условия своего функционирования и раз­вития их духовную жизнь. Взаимодействие с окружающей при­родой, осуществляемое человеком в его практике, представляет собой не просто потребление вещества природы, которое преобра­зуется человеческой деятельностью. Само это преобразование опи­рается на законы развития мира и может быть представлено как реализация маловероятных для естественной природной среды линий ее развития.

Большинство предметов и процессов искусственно созданной человеком «второй природы» не могут самопроизвольно возникать в нашей Метагалактике. Природа не создала ни колеса, ни автомо­биля, ни ЭВМ. Хотя какие-то, иногда отдаленные, их аналоги можно обнаружить среди объектов естественной природной среды. Самосборка автомобиля или счетной машины на полупроводни­ках в самой природе без человека неосуществима, но как вопло­щение в материал природы человеческих целей, как опредмечива­ние человеческого духа эти объекты обретают реальное бытие. Эволюция создаваемой человеком искусственной природной среды, которую К. Маркс образно назвал «неорганическим телом чело­века», есть особая линия развития материи, возможная только в рамках человеческого общества.

В человеческой жизнедеятельности как бы сталкиваются раз­личные линии саморазвития материи: с одной стороны, естествен­ная эволюция неживой и живой природы, с другой — искусст­венная, только в обществе реализуемая эволюция материи. Причем вторая, возникающая благодаря человеческой деятельности, линия эволюции материи реализуется не только в формах развивающейся предметной среды, которую создает человек в процессе произ­водства, но и в форме развития самого человека, который развер­тывает свои природные возможности, строит новые разнообразные формы общения и социальных отношений и в этом процессе изме­няет самого себя.

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 современной 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.

Картина взаимосвязи всех уровней организации материи, вклю­чая человека и человеческое общество, понимание каждого ма­териального объекта, в том числе и человека, как продукта гло­бальной космической эволюции, проливает новый свет на одну из древнейших проблем философии — на проблему единства мира. Всякая материалистическая философия, и материалистическая диалектика в том числе, отстаивает принцип единства мира, выступая в качестве монистической философии. Но философский монизм может быть различной природы. Идеалистический монизм считает первоначалом всего сущего идеальное, рассматривая материю как всего лишь инобытие этого идеального. Напротив, материалистический монизм утверждает единство мира через его материальность. Последовательное проведение материалисти­ческого монизма возможно лишь при понимании материального единства мира как диалектического, противоречивого единства многообразия. В противном случае материалистический монизм ведет к вульгарно-материалистическим трактовкам сознания и мышления и к отрицанию качественного своеобразия различных уровней организации материи.

Это диалектическое единство проявляется двояко. Во-первых, как своеобразная дискретность в строении объективной дей­ствительности, то есть наличие в ней качественно различных, отграниченных друг от друга вещей, явлений, процессов, систем. Во-вторых, как иерархические отношения между системами раз­ной степени сложности, организованности, выражающиеся во «включении» менее сложных систем в более сложные и вместе с тем в несводимости специфических закономерностей послед­них к первым.

Диалектическое понимание материального единства мира все глубже проникает и в современное естествознание, и в науки о человеке и обществе. Метафизическое мышление видит мир составленным из различных субстанций, не просто качественно отличных друг от друга, но разделенных между собой непрохо­димыми барьерами. Тем самым, по сути дела, отрицается монисти­ческий подход к реальности. Материалистическая же диалектика, а вместе с ней и все современные науки о природе и обществе исходят из того, что в основе всего многообразия существующих явлений и процессов лежит движение единой материи.