Структура и уровни организации материального мира

Выделяют три главных уровня организации материи:

- неорганическая природа

- органическая (живая) природа

- социальная реальность (человеческое общество)

Каждый из этих уровней, в свою очередь, разделяется на соответствующие уровни, имеет свое строение.

Так, в неорганической природе выделяют:

- субэлементарный уровень, элементарные частицы и физический вакуум.

1. Кварки и лептоны являются строительным материалом для всех известных элементарных частиц: адронов - тяжелых частиц (протонов, нейтронов, мезонов) и лептонов - легких частиц (электронов, мюонов, нейтрино). В свободном состоянии кварки не обнаружены, но при столкновении частиц больших энергий внутри адронов формируются несколько центров, их физики и называют кварками. Обнаружение кварков ставит задачу поиска более глубокой структуры, чем элементарные частицы. Поэтому главной целью современной физики является создание единой теории элементарных частиц.

2. Физический вакуум - особое состояние материи, где на очень короткое время появляются и исчезают т.н. виртуальные (т.е. возможные) частицы. Иногда они вырываются из вакуума и превращаются в нормальные элементарные частицы (фазовые переходы вакуума). Наша Вселенная возникла именно в результате такого взрыва, т.е. фазового перехода вакуума, когда в массе народились элементарные частицы.

- атомы;

- молекулы;

- макротела;

- планеты;

- планетные системы;

- звезды. Элементарные частицы, ядра атомов, ионов образуют плазменные тела, в них постоянно идут ядерные реакции, в результате чего выделяется энергия;

- галактики. Скопление звезд, планетных систем, межзвездной пыли и газа. Наша Галактика - эллипсовидная спиралеобразная система, на окраине которой находится наше Солнце, вращающееся вокруг ядра галактики. Галактический год - 200ьмлн лет. Мы не можем наблюдать ядро галактики, т.к. между нашей планетой и ядром галактики расположена обширная пылевая туманность. Через несколько миллионов лет Земля выйдет из-за этого экрана и станет подверженной излучениям ядра. Наша жизнь связана с большим космосом;

- системы галактик;

- Метагалактики - мегауровень, система взаимодействующих скоплений галактик. Наша Вселенная - материальный мир с бесконечными разнообразием форм и видов материальных систем.

На определенном уровне развития Метагалактики в рамках некоторых планетных систем возникает жизнь. В нашей планетной системе жизнь возникла ≈ 3,0 - 3,5 млрд. лет назад. По крайней мере, именно столько существуют на нашей планете самые старые живые организмы - сине-зеленые водоросли. Возможность жизни на других планетах не исключается, по крайней мере, не противоречит законам науки. Наука ставит и другой вопрос - «а возможна ли жизнь не на белковой основе, а, например, на кремниевой»?

В органической природе выделяют:

- доклеточный уровень (ДНК, РНК, белки);

- клетка;

- многоклеточные организмы;

- популяции (особи одного вида с общим генофондом, например, стаи волков, муравейник, кустарник)

- биоценозы (множество популяций, связанных друг с другом, являющихся условиями для жизни других, например, лес, озеро)

- биосфера, система биоценозов, взаимодействующая с природной средой.

На определенном этапе развития биосферы возникает особая популяция, которая благодаря труду свою биологическую сущность превращает в социальную форму существования. ≈ 2,5 - 3,0 млн. лет назад начался процесс антропосоциогенеза, зародился новый, особый уровень организации материи - социум, человеческое общество, общественная жизнь.

В социальной реальности различают уровни:

- индивид

- семья

- коллектив

- этнические группы

- государство

- общество

На всех этих уровнях, и между ними осуществляется активное и непрерывное взаимодействие. Например, в результате взаимодействия элементарных частиц возникают атомы и молекулы. В живой природе идет постоянное взаимодействие клеток, особей, популяций и т.д. В обществе взаимодействуют индивиды, нации, государства и т.д.

В результате развития материи возникают и будут возникать все новые и новые уровни ее организации, что говорит о качественной бесконечности материальной субстанции.

Интересен вопрос о возможности жизни на других планетах. Правда, для ответа на этот вопрос необходимо решить ряд других вопросов, назовем их предпосылками для интересующей нас проблемы.

Во-первых, жизнь возможна лишь на так называемых экзопланетах – планетах при звезде. Астрономы считают, что у каждой второй звезды есть свои планеты, а звезд в нашей галактике насчитываются миллиарды. Если звезда теряет массу, то ее планеты «улетают», становятся планетами-сиротами.

Размер экзопланеты тоже не может быть любым, радиус планеты должен быть около 500-1000 км. При таком размере, во-первых, возможно удерживание атмосферы, а, во-вторых, под действием собственной массы планета становится круглой, внутри нее идут реакции: теплое и легкое оказывается сверху, а холодное и тяжелое – внизу. Планеты с бо'льшим размером являются бурыми карликами, внутри которых идут термоядерные реакции без выделения света. Сейчас «косвенно» открыто около 800 таких экзопланет, правда, непосредственно видны в телескоп только единицы. Самый мощный космический телескоп «Кеплер» летает в космосе уже около 4 лет.

Трудности в обнаружении таких планет связаны с тем, что они не видны в свете их звезд. Обойти это препятствие можно, поставив заслонки на телескопе (такие существуют на телескопе Хиббл), или, сделав снимки с двух телескопов. Тогда свет звезды накладывается, и в темноте видна планета. Косвенно судить о существовании экзопланет можно, наблюдая за самой звездой, – звезда под действием притяжения самой планеты чуть-чуть колеблется.

В свете этого, можно сказать, что основной задачей астростатистики является выяснение того, как образовывались планетные системы.

Следующие предпосылки, обеспечивающие возможность жизни на планете: наличие атмосферы, наличие жидкого носителя и определенная стабильная температура. С точки зрения астрономии, для этого необходимо выполнение, как минимум, трех условий: 1) круговая орбита, которая обеспечит постоянство температуры; 2) не очень маленькая масса, способная удерживать атмосферу, но и не очень большая, иначе силы гравитации сплюснуть объекты на планете; 3)наличие растворителя на планете. В качестве растворителя сегодня известна лишь вода, но существует гипотеза о том, что таким растворителем может быть и метан. Существует предположение, что планета Титан при Сатурне является живой планетой. К Титану летал спутник, который работал над ним около двух часов. Он увидел русла рек и морей. Так появилась гипотеза о том, что на Титане идут метановые дожди раз в 100 лет. Температура на Титане около 180ºС, но внутри планетытемпература всегда выше.

В астробиологии важным является вопрос о том, как может модифицироваться жизнь на разных планетах. Существуют два предположения относительно сущности жизни: 1) основой жизни при наличии растворителя (воды) выступает только углеводород, поэтому жизнь на других планетах будет похожа на нашу; 2) основой жизни может быть и кремний, тогда похожести живого возможно и не будет.

Важным является и вопрос, как зафиксировать наличие жизни, или более того, наличие цивилизации? Наша планета заселена на 3 км вглубь. А что если условия на некоторых планетах позволяют существование жизни лишь внутри поверхностного слоя планеты? С существованием цивилизации проще: от нее должны исходить упорядоченные сигналы. Если она технически развита, то она светится, излучает радио- телесигналы, энергию. Ее можно «слышать» с другой планеты. Еще 100 лет назад нашу планету нельзя было из космоса «увидеть» как цивилизацию.

Наконец, все наблюдения с нашей планеты необходимо проводить при определенном «астроклимате». Если сжать атмосферу воздуха, это будет слой, равный 10 м воды – это очень тяжелые условия для наблюдения. Именно поэтому астронаблюдения проводятся с гор (Анды в Чили), при очень сухом воздухе и безветрии.