Структурные уровни материи

Говоря о структуре мате­рии, мы имеем в виду представление о ней не как о некоей совокупности элементов, но как о внутренне расчлененной целостности. Слово «уровни» употребляется в том значении, что существуют определенные слои материи, различающи­еся по сложности, качественной и количественной специ­фике составляющих их объектов и несводимости высших системных образований к низшим. Каждый уровень отли­чается своим материальным носителем и законами, регули­рующими его существование и развитие.

Научная картина мира формировалась исторически. До открытия элементарных частиц и их взаимодействий наука оперировала двумя понятиями, выражающими видовые особенности материи, — это вещество и поле. Первоначаль­но данные виды рассматривались как несоотносимые про­тивоположности, воспроизводящие либо прерывные свой­ства материи (атомы, корпускулы, тела), либо непрерывные (электрическое и магнитное поля). С развитием квантовой механики, согласно которой каждая частичка вещества или поля обладает корпускулярными и волновыми свойствами, вещество и поле составили специфическое единство, выра­жающее противоречивую сущность материи. В настоящее время физика элементарных частиц приблизилась к созда­нию общей теории, раскрывающей их единую природу. Речь идет о выделении субэлементарного уровня организации материи. Исследование этого уровня, по всей видимости, должно привести к открытию закономерностей, которые раскроют многие тайны Вселенной, позволят осмыслить особенности ее происхождения и эволюции.

Элементарный уровень организации материи содержит такие малоисследованные объекты, как физический ваку­ум, представляющий особое состояние электромагнитного поля при отсутствии возбуждения, и так называемые «вир­туальные частицы», которые самостоятельно существовать не могут), и возникают и исчезают в кратчайшие проме­жутки времени), но выполняют роль посредников во взаи­модействиях и превращениях частиц. Современная физи­ка делает вывод о качественном разнообразии вакуума и его способности скачкообразно перестраивать свою структуру.

Физика микромира, особенно ядерная физика, дает сей­час много фактов, объясняющих космические процессы. В астрофизике существует концепция «большого взрыва», построенная исключительно на основе современного пони­мания структуры и взаимодействий субатомного мира. Со­гласно данной концепции, в процессе «большого взрыва» образуются и выбрасываются в космос элементы практичес­ки всей таблицы Менделеева. Далее происходит усложне­ние элементов, формирование более крупных материальных образований — атомов (атомный уровень), молекул (моле­кулярный уровень). Возникают макрообъекты, размерность которых сопоставима с человеческим опытом, составляю­щая макроскопический уровень; космические объекты, ох­ватывающие звезды, планеты, системы планет — галакти­ки, системы галактик — метагалактику, образуют косми­ческий уровень.

Структурные уровни неживой природы, отличающиеся специфическими законами функционирования и развития, свидетельствуют о многокачественности и одновременно, о единстве материи. Это единство проявляется в общей природе элементов и системности их связей. Оно обеспечивает­ся фундаментальными взаимодействиями, которые в про­цессе эволюции функционируют как единое целое.

Строение живой природы также носит уровневый харак­тер. Здесь к структурным уровням организации материи относят системы доклеточного уровня (нуклеиновые кисло­ты и белки); клетки; многоклеточные организмы; надорганизменные структуры (виды, популяции, биоценозы); био­сферу (вся масса живого вещества). В силу того, что в при­роде все взаимосвязано, выделяют также формы, включаю­щие элементы живой и неживой природы, — биогеоценозы.

Прежде чем раскрывать структуру живого, следует пе­речислить его отличительные признаки. Живые организмы характеризуются сложной, упорядоченной структурой. На поддержание этой упорядоченности тратится энергия, по­лучаемая из окружающей среды, что свидетельствует об открытости живых систем. Живые организмы активно ре­агируют на окружающую среду, они обладают раздражимо­стью, которая обеспечивает направленность их активности на выживаемость. Жизнь способна к самовоспроизведению, которое включает механизм наследственности и изменчи­вости, чем обусловливается эволюция видов живой приро­ды. Наследственность «ответственна» за передачу от поко­ления к поколению информации, необходимой для сохра­нения жизни, ее самоорганизации. Передаваемая информа­ция содержится в генах — мельчайших внутриклеточных структурах, представляющих собой единицу наследствен­ности. Изменчивость выступает основой появления призна­ков, качественно отличающих потомство от родителей. Строение живых организмов полностью соответствует обра­зу их жизни, сформировавшемуся во взаимодействии со средой. Важнейшими носителями живых систем являются белки и нуклеиновые кислоты.

Уровни живой материи представляют собой своеобраз­ную иерархию, выражающую ступени эволюции систем от простых к сложным.

Молекулярный уровень (наименьших частиц вещества, обладающих химическими свойствами) раскрывает процесс постепенного усложнения углеродистых соединений, который привел к образованию органического вещества, а затем жизни. На этом уровне происходит формирование механизма передачи генной информации.

Различают доклеточный и клеточный уровни живого. Материальным носителем, характерным для доклеточного уровня, являются нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) и белки. Единицей клеточного уровня выступает клетки (Т. Шванн, М. Шлейден) — элементарная живая система, способная к обмену веществ, обладающая способностью к саморегуляции, передаче наследственной информации. Клетка — это основа строения и жизнедеятельности всех живых организмов.

Организменный уровень выражает признаки отдельных особей, их строение, физиологические и поведенческие осо­бенности.

Популяционно-видовой уровень образуется скрещиваю­щимися между собой особями одного и того же вида. Попу­ляция представляет собой совокупность таких особей, насе­ляющую некоторую территорию, относительно изолирован­ную от других и обладающую определенным генофондом. Она рассматривается как элементарная единица эволюции. Вид, как правило, состоит из нескольких популяций. По­пуляция образует определенную системную целостность, регулирующую ее численность, программирующую поведе­ние отдельных индивидов, и отношения их друг к другу. Здесь происходят обмен генетическим материалом, процес­сы естественного отбора, формируются признаки изменения видов.

Уровень биогеоценозов выражает более масштабную сту­пень организации живого, представляющую собой опреде­ленный природный комплекс, включающий элементы жи­вого и неживого. Биогеоценозы (по В. Н. Сукачеву) харак­терны для ограниченного пространства, в котором популя­ции взаимодействуют между собой и с окружающей средой. Данному уровню свойственны такие процессы, что резуль­таты жизнедеятельности одной популяции служат услови­ями жизнедеятельности другой. Эти процессы, складыва­ющиеся на основе обмена веществ и энергии, и обусловли­вают возможность длительного сосуществования множества популяций, образуя сложную природную систему.

Уровень биосферы включает всю совокупность живых Организмов Земли вместе с окружающей их природной сре­дой. Биосфера (Э. Зюсс, В. И. Вернадский) — это область активной жизни, в которой живые организмы и среда их Обитания органически взаимосвязаны и образуют целост­ную динамическую систему. В. И. Вернадский не ограничи­вал понятие биосферы «живым веществом», он уточняет содержание понятия и способы функционирования живого вещества, особенно подчеркивая его активность, изменяю­щую естественную природу. Жизнедеятельность организ­мов следует считать настоящей биогеологической силой, выступающей в качестве преобразующего и системообразу­ющего механизма, связывающего биосферу в единое целое, осуществляющего планетарные интеграции живого и нежи­вого.

На определенном этапе развития в биосфере возникают популяции, отличающиеся от всех других специфическим обменом веществом с природой. Этот специфический обмен веществом с природой получил название предметно-чув­ственной, преобразующей деятельности человека, т.е. прак­тической деятельности. На основе практической деятель­ности возникает новая форма материи — человеческое обще­ство.

Как особый уровень организации материи человеческое общество отличается тем, что включает в свою систему воз­никшее сознание в качестве чрезвычайно активного преоб­разующего агента. Благодаря практической деятельности, представляющей собой процесс созидания новых матери­альных форм, не встречающихся в естественной среде, воз­никает «вторая природа», эволюция которой возможна только в человеческом обществе. Создание «второй приро­ды», т.е. условий существования человеческого сообщества, предполагает его определенную организацию, которая по­лучила название социальной. Система социальных связей людей (слои, группы, классы, нации) обусловлена потреб­ностями производства условий их существования и матери­ально и исторически зависит от способов этого производства. Создавая новые формы вещественной материи (орудия тру­да, средства связи, здания), люди одновременно изменяют себя и характер материальных, общественных отношений, создают новые формы социальной организации (государство, партии, церковь). И те, и другие являются формами реали­зации человеческих замыслов, которые, воплощаясь в дей­ствительность, составляют специфический уровень бытия материи — общественное бытие.

Выше мы говорили о качественной определенности ма­териальных объектов, о специфике связей, образующих эти объекты и их более сложные структуры. Качественная оп­ределенность тех или иных структур уже свидетельствует об относительной устойчивости их свойств и упорядоченно­сти связей. Качественное своеобразие вещей материально­го мира выражено в различии предметов научных дисцип­лин, в специфике законов, отражающих существенные свя­зи действительности. Тем более это касается масштабнос­ти объектов, уровней их сложности, ступеней развития.

Уровни организации материи условно делятся на «низ­шие» и «высшие». Элементарность низших уровней не оз­начает их простоты. Они скорее являются базовыми, основ­ными, обладают такими свойствами, которые отличаются общим характером, входят в более сложные структуры, вно­ся в них особое своеобразие, но не выражая их специфику. Напротив, структуры высших уровней организации мате­рии не входят в низшие, несводимы к ним.

Такое положение хорошо выражено в системе знания. Так, науки об обществе не могут раскрыть его природу на основе биологических или химических знаний. Химичес­кие теории не могут быть выведены только при помощи за­конов механики или квантовой физики. Сущность живого не может быть определена только на базе структурной хи­мии. Однако знание законов более низких уровней органи­зации материи необходимо для понимания процессов уров­ней более высоких, особенно процессов их генезиса, проис­хождения. Например, невозможно было сформулировать концепцию биохимической эволюции, гипотетически осве­щающую происхождение жизни (А. И. Опарин). Более того, здесь необходимо знание физики микро - и мегамира. Тем не менее, для того чтобы правильно ориентироваться в океане знания, требуется направленность поиска. Важно знать, что искать, то есть специфику живого. Таким образом, зна­ние высших форм организации материи дает возможность глубже понять характер взаимосвязи всех уровней.

Современная наука дает достаточно оснований для подтверждения неуничтожимости материи. Законы сохранения, открытые физикой в течение XVIII-XX вв. (массы, энергии, заряда и пр.) и рассматриваемые в настоящее вре­мя как универсальные, свидетельствуют не только о струк­турном единстве материального мира, но и о системной ди­намике, развитии. Эволюционная химия, одной из важней­ших задач которой является изучение процесса возникно­вения органической материи из неорганической, плодотвор­но решает эту задачу. Примером может служить выдвину­тая А. П. Руденко в конце 60-х гг. общая теория химичес­кой эволюции и биогенеза, в которой сформулирован основ­ной Закон химической эволюции. Возникающие новые на­правления развития научного знания— не стационарная кинетика (теория управления нестационарными процесса­ми), синергетика (междисциплинарное направление науч­ных исследований, в рамках которого изучаются общие за­кономерности процессов самоорганизации материи) — сви­детельствуют о бесконечном процессе самосозидания, само­сохранения и саморазвития материального бытия.