Материальное бытие: структурность, самоорганизация, движение
Наблюдая многообразные предметы и явления бытия, человек непременно приходит к вопросу о том, имеется ли нечто общее, что составляет их основу – субстанцию. И уже в древности мыслители утвердительно отвечали на этот вопрос. Одни из них видели такую основу в мировом сознании, другие – в субстанции, которая существует независимо от какого бы то ни было сознания. Впоследствии такую объективно существующую субстанцию стали называть материей. Представления о материи прошли в своём развитии несколько этапов.
Первый этап – наглядно-чувственные представления о материи в раннегреческой философии (Фалес, Анаксимен, Гераклит и др.), когда основой мира полагались те или иные природные стихии (вода, воздух, огонь и др.). Второй этап – вещественно-субстратные представления о материи. Ещё в 5 в. до н.э. зародилась теория об атомном строении материи. (Левкипп, Демокрит). В ней конкретно был представлен принцип сохранения материи как положение о несотворимости и неуничтожимости атомов. В XVII-XIX веках эта теория материи стала господствующей среди учёных и сыграла огромную роль в развитии физики, химии, биологии, медицины, техники. Материя мыслилась как вещество в виде атомов, абсолютно плотных, неделимых и совершающих движение в пустоте. Мерой материи считали массу.
Однако в конце XIX – начале XX века представление о материи как веществе выявило свою недостаточность. В это время был открыт радиоактивный распад и было установлено, что атом делим и имеет сложное строение. Было показано также, что масса, которая до этого считалось мерой материи, зависит от скорости тела, что необъяснимо с позиций классической механики. Трудности в истолковании этих открытий привели к так называемому методологическому кризису в науке – кризису механической картины мира и метафизического понимания материи. Э.Мах, Р.Авенариус и другие представители эмпириокритицизма истолковали его как крушение материализма, который они отождествляли с механическим пониманием природы. Делимость атома при радиоактивном распаде, а также изменение массы электрона в зависимости от скорости они истолковали как исчезновение материи, как её превращение в энергию или даже в ничто. Логика их рассуждений такова: «Раз материя – это атомы, а атомы распадаются, то значит материя исчезает». Все так привыкли материю отождествлять с атомами, что первое время даже не возникло вопроса: «То, на что распадаются атомы, это материя или нет?».
В последующем было установлено, что в процессе радиоактивного распада имеет место не исчезновение материи, а её превращение из одного вида в другой, в частности, превращение из формы вещества в форму поля. Вещество – это материя, частицы которой обладают массой покоя, а поле – материя, частицы которой не имеют массы покоя. Вещество в зависимости от расстояния между атомами и молекулами и скорости их движения может быть в твёрдом, жидком и газообразном состояниях. К веществу относятся не только макротела и атомы, но и все частицы, обладающие массой покоя (атомные ядра, электроны, протоны, нейтроны и т.д.).
К полевому виду материи относятся гравитационное, электромагнитное (радиоволны, свет, рентгеновские и гамма-лучи) и ядерное поля. Вещество считается дискретным видом материи, а поле – непрерывным. Однако между ними нет абсолютной грани. Частица вещества может быть представлена как волна, а поле квантуется, т.е. является потоком мелких частиц. В телах, состоящих из частиц, обязательно присутствуют поля, через которые частицы взаимодействуют. С помощью полей взаимодействуют и тела. Например, посредством гравитационного поля все тела притягиваются друг к другу по закону всемирного тяготения. Имеется превращение не только вещества в поле, но и наоборот. Например, электрон и его античастица - позитрон при взаимодействии превращаются в электромагнитное поле (вспышку гамма–излучения), а фотоны большой энергии могут порождать пару частиц – электрон и позитрон.
Осмысление указанных открытий отечественными философами-материалистами XX в. означало третий этап в развитии представлений о материи. Под материей стали понимать объективную реальность, которая существует вне сознания, способна отображаться им и в качестве субстанции служит основной и носителем всего многообразия мира. В отличие от прежнего представления, когда вся материя отождествлялась с её одним видом – веществом, современное понимание подразумевает признание неисчерпаемости материи, т.е. наличия бесчисленного множества видов, способов существования, форм проявления материи. То, что человек знает о материи, – это лишь небольшая толика знаний о бесконечно многообразном мире.
Необходимо пояснить, что объективной реальностью, или объективным по существованию, служит всё то, что находится вне сознания. Когда же речь идёт о том, что материя может отражаться в сознании, то имеется в виду, что она может отражаться и прямо, непосредственно органами чувств человека, и косвенно, посредством разнообразных приборов и логического анализа цепи взаимодействий, в ходе которого выявляются реальности, непосредственно не воспринимаемые. Раньше материя часто понималась как нечто существующее наряду с вещами, как некая первоматерия, из которой возникают и в которой исчезают конкретные вещи. Сейчас полагают, что материя существует только в многообразии конкретных вещей, через них, а не наряду с ними. Вещи не состоят из материи, а есть конкретные формы её проявления.
Среди бесчисленных свойств материи можно выделить те, которые присущи отдельным видам материальных тел, и те, которые характерны для всех без исключения материальных образований. Такие неотъемлемые, всеобщие свойства материи называют её атрибутами. К ним относятся объективность существования, несотворимость и неуничтожимость (проявляющиеся в конкретных законах: сохранения массы, энергии заряда, спина и др.), структурность, самоорганизация, движение, пространство, время, отражение.
Согласно современным научным представлениям, материя существует не в виде аморфных, бесструктурных образований, а в виде совокупности систем, обладающих определённой структурой. Совокупность систем определённого типа образует структурный уровень организации материи, а в целом она есть сложнейшая иерархическая суперсистема с вертикальными и горизонтальными связями. Из известных к настоящему времени можно выделить следующие уровни, которые отличаются размерами материальных систем. Начнём с неживой природы. Субэлементарный уровень – гипотетическая форма материи, представленная полями и физическим вакуумом. Вакуум – не пустота, а материя в особом состоянии. Из вакуума рождаются и в него возвращаются элементарные частицы, составляющие следующий уровень – элементарный. К нему относятся электроны, нейтроны, протоны, мезоны, кварки, глюоны и другие частицы, которых сейчас открыто несколько десятков.
Из элементарных частиц формируются атомы, представляющие следующий уровень – атомный. Сейчас известно 108 видов атомов (водород, кислород, углерод, сера и др.). В результате взаимодействия атомов формируется следующий уровень – молекулярный. За ним следует макроскопический уровень, представленный твёрдыми, жидкими и газообразными телами, которые по размерам сравнимы с размерами человеческого тела в пределах нескольких порядков.
Рис.2.
Следующий, более сложный, уровень на нашей планете – геологический, который составляют ядро, кора, мировой океан и другие геологические образования. Подобный уровень существует и на других небесных телах. Геологические и подобные им образования образуют уровень отдельных небесных тел: планет, их спутников, звёзд. Связанные полем тяготения планеты и звёзды составляют уровень звёздно-планетных систем. Примером последней служит Солнечная система. Огромные скопления звёздно-планетных систем (до 100 млрд.), межзвёздной пыли и газа, взаимодействующих между собой, составляют галактики. Расстояния между соседними звёздами в галактике – порядка нескольких световых лет, поперечник нашей Галактики – около 100 тыс. световых лет. Наше Солнце находится на окраине Галактики и вращается вокруг её центра, делая полный оборот за 200 млн. лет (галактический год).
Миллиарды галактик образуют Метагалактику – наибольшую из доступных для современных средств наблюдения материальную систему. Галактики 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. Последнее началось с момента её возникновения 20 млрд. лет назад в результате Большого Взрыва. Сам он был связан с перестройкой структуры вакуума, переходом материи из одного состояния в другое, которое сопровождалось выделением огромного количества энергии. Наука признаёт возможность существования множества миров, подобных нашей Метагалактике, которые входят в состав Вселенной.
Современная теория неоднородной Вселенной допускает возможность одновременного расширения одних метагалактик и сжатия других, а также смены сжатия расширением и наоборот. Возможно, Вселенная есть совокупность пульсирующих метагалактик. Допускается возможность сжатия метагалактик до сверхплотного состояния, когда их размеры для внешнего наблюдателя становятся даже меньше размеров элементарных частиц. Таким образом, элементарный и метагалактический миры могут как бы смыкаться и переходить друг в друга. Молекулярный уровень и уровни, лежащие ниже его, принято называть микромиром (малым миром), макроскопический – макромиром (большим миром), геологический и вышележащие уровни – мегамиром (гигантским миром).
Молекулярный уровень организации даёт начало не только макроскопическому уровню в неживой природе, но и в живой, открывая линию, или ряд, уровней организации живой материи (см. рис 2). Жизнь включает в себя доклеточный, или молекулярный, уровень (ДНК, РНК, белки), клеточный, организменный. Скрещивающиеся особи одного вида образуют популяционный уровень, а взаимодействующие популяции разных видов составляют уровень биоценозов (например, в состав такого биоценоза, как лес, входят деревья, травы, микроорганизмы, насекомые, черви, птицы, млекопитающие). Наконец, взаимодействующие друг с другом и с неживой природой (а в настоящее время и с образованиями второй природы и людьми) биоценозы образуют планетарную систему жизни – биосферу, служащую высшим уровнем в живой природе.
В рамках биосферы начиная с организменного уровня возникает новый тип бытия – социальное бытие как способ существования тех популяций живых существ, которые благодаря развивающейся орудийной деятельности преобразовали биологические формы существования в общественную жизнь. Социальное бытие представлено следующими уровнями: индивидов, семьи, социальных групп и организаций (наций, классов, партий), стран, общества в целом.
Таким образом, все три области материального бытия – неживая природа, живая природа, социум – структурно упорядочены и образуются из ряда уровней организации.
Ранее камнем преткновения для науки был вопрос о том, каким образом осуществляется переход от одного уровня структурной организации материи к другому, более сложному. В особенности трудным было объяснение возникновения живых систем. Дело в том, что согласно закону возрастания энтропии (меры неупорядоченности), или второму закону термодинамики, система самопроизвольно может переходить из более упорядоченного в менее упорядоченное состояние, но не наоборот. Поэтому философы-идеалисты для объяснения процесса развития прибегали к представлению о вмешательстве в этот процесс надприродных, часто божественных, сил. Материалисты же выдвигали положение о внутренней активности материи, её стремлении к самоорганизации. В настоящее время под это философское представление подводится конкретно-научная база в виде теории синергетики – новой науки о закономерностях самоорганизации. Возникновение синергетики, возможно, знаменует начало новой научной революции.
Основоположники синергетики Г.Хакен и И.Пригожин показывают, что наука рассматривает два типа процессов: 1)процессы, протекающие в изолированных системах, ведущие к установлению равновесного состояния с максимальной степенью неупорядоченности, или хаоса; 2)процессы в открытых системах, в которых при определённых условиях из хаоса самопроизвольно могут возникать упорядоченные структуры, что и характеризует стремление к самоорганизации. Второй закон термодинамики применим лишь к изолированным системам, которых в природе нет и которые являются лишь научной идеализацией. В природе и обществе существуют только открытые системы. Процесс самоорганизации в общих чертах протекает следующим образом. Пока система находится в состоянии равновесия, её элементы ведут себя относительно независимо друг от друга, но если эта система в результате взаимодействия со средой и случайных изменений переходит в неравновесное, «возбуждённое» состояние, то ситуация меняется. Элементы такой системы начинают действовать согласованно, между ними возникают взаимодействия и связи. Случайно возникшее структурное состояние (оно называется диссипативной структурой) закрепляется, становится устойчивым. Эта устойчивость обеспечивается за счёт притока энергии из среды. Система с диссипативной структурой повышает в себе уровень энергии за счёт понижения энергии и повышения энтропии среды. Далее система развивается по обычному, динамическому типу в пределах возникшего уровня организации до возникновения нового неравновесного состояния.
Революционный характер синергетики состоит в том, что она распространяет эволюционный принцип на всё бытие, позволяет говорить о концепции обобщённого дарвинизма, действие которого распространяется не только на органический, но и на неорганический мир. Некоторыми авторами высказывается мнение о том, что синергетика идёт на смену диалектике. Это неверно. Диалектика как теория развития имеет более общий характер, чем синергетика. Последняя конкретизирует диалектику, наполняет её частно-научным содержанием, в частности, показывает, каким образом осуществляется самопроизвольный переход систем от менее упорядоченному к более упорядоченному состоянию. Подобно тому, как в своё время психология и теория информации не заменили гносеологию, так и синергетика не заменяет диалектику.
Наблюдая окружающий мир, люди замечали, что в нём нет ничего застывшего, неизменного, всё находится в движении, переходит из одного состояния в другое. Вначале под движением понимали перемещение тел в пространстве, затем такое перемещение назвали механическим движением. Когда предметом науки стало химическое, биологическое, социальное движение, под движением стали понимать изменение вообще, любой переход из одного состояния в другое. Движение – атрибут материи. Отсюда следует принцип единства материи и движения: нет материи без движения и нет движения без материи.
Движение включает в себя моменты покоя, но покой всегда относителен. Например, если мы не перемещаемся по поверхности Земли, то мы находимся в состоянии механического покоя. Но он относителен, т.е. имеет место лишь в отношении Земли. Однако вместе с поверхностью планеты мы совершает суточные обороты вокруг её оси, вместе с Землёй – годовые вращения вокруг Солнца и т.д. В человеческом организме работают сердце и другие внутренние органы, совершаются тысячи химических реакций, по нейронным сетям мозга пробегают мириады нервных импульсов, происходит тепловое движение всех атомов и молекул, т.е. наряду с моментом отмеченного покоя в организме совершается бесчисленное количество различных видов движения.
Моменты относительного покоя в движении (как уже отмечалось в §1 главы 3) представлены также устойчивостью типа изменений в определённых временных рамках. Например, река – это движение воды, но тип этого движения устойчив: приток и отток воды уравновешены. Поэтому, несмотря на движение, река сохраняется. Но если тип движения изменится, то река перестанет существовать, например, пересохнет или превратится в озеро.
Количественной мерой движения служит энергия, характеризующая его интенсивность и способность систем совершать работу. Как и движение, энергия не существует в чистом виде, а имеет свой носитель – субстанцию, т.е. то, что движется. Таким носителем могут быть как макрообъекты (например, автобус, снаряд, мяч), так и микрообъекты, (к примеру, фотоны света). Иногда говорят: «Фотоны – это сгустки энергии». Это неверно, правильно говорить: «Фотоны – мельчайшие частицы материи, обладающие энергией». Поэтому не прав был немецкий физик В.Освальд, выдвинувший в конце XIX в. концепцию энергетизма, согласно которой, субстанция мира – не материя, а энергия. Когда на основе работ А.Энштейна было установлено, что энергия Е, выделяемая при ядерной реакции, равна произведению уменьшения массы М на квадрат скорости света (Е = МС2), то некоторые учёные заключили, что здесь якобы материя М превращается в чистую энергию Е. В действительности же здесь материя из формы вещества превращается в форму поля (в фотоны) с освобождением энергии Е, которая до этого была в связанном состоянии. Масса – это не материя и даже не мера материи, а мера таких её свойств, как инерция и гравитация.
Иногда говорят, что мышление – это чистое движение, поскольку оно нематериально, а идеально. Мышление действительно идеально, но оно не существует самостоятельно, а имеет материальный носитель – электрические процессы в нейронных сетях мозга. Эти процессы и есть то движение материи, которое реализует мышление.
Поскольку материя несотворима и неуничтожима, то несотворимо и неуничтожимо движение. Научным выражением принципа неуничтожимости движения служит закон сохранения энергии, согласно которому энергия не возникает и не исчезает, но превращается в эквивалентных количествах из одного вида в другой. Движение неуничтожимо не только в количественном, но и в качественном отношении, Это означает, что в различных преобразованиях в мире сохраняется не только количество энергии, но и всё многообразие её видов. Это положение направлено против так называемой теории тепловой смерти Вселенной, выдвинутой ещё в середине XIX в. Согласно последней, со временем все виды энергии (механическая, электрическая ядерная, химическая) перейдут в тепловую энергию (как наиболее деградированный вид энергии, обусловленный неупорядоченным движением микрочастиц), последняя равномерно распределится между всеми телами, и всякое упорядоченное движение исчезнет, останется только тепловое, хаотическое движение микрочастиц, Этот вывод был сделан в результате распространения второго закона термодинамики на Вселенную.
Почему же состояние теплового равновесия не наступило? Может быть два объяснения: либо Вселенная существует конечное время, недостаточное для достижения равновесия, либо она много раз достигала такого состояния, но некоторая надприродная внешняя сила время от времени выводила из него Вселенную. Эти выводы ведут или к идее сотворения мира или к идее вмешательства в ход физических процессов сверхъестественных сил. Однако современная наука даёт третье объяснение. Второй закон термодинамики распространяется только на изолированные системы с конечным числом элементов, а ко Вселенной этот закон неприменим. Во Вселенной происходят как процессы превращения всех форм энергии в теплоту, так и обратные процессы. Поэтому во Вселенной всегда будет иметь место огромное разнообразие видов энергии и движения.
Структурность материи обусловливает и структурность движения. Последнее существует не в виде какого-то общего потока, а в конкретных формах, связанных друг с другом. Форма движения материи – это способ существования определённого типа материальных систем. Она охватывает процессы, описываемые одними и теми же законами. Каждая форма движения обычно включает в себя несколько структурных уровней организации материи. Принято выделять следующие формы движения: физическую (механические, тепловые, электрические, магнитные, оптические, акустические и др. явления), химическую (соединение и разъединение атомов и молекул через электрические взаимодействия), геологическую (процессы в частях планет и других небесных телах), космическую (процессы в звёздно-планетных системах, галактиках, метагалактиках). Указанные формы представляют ряд в неживой природе. От химической формы отходит ещё один ряд. В него входят биологическая форма (функционирование и развитие живых организмов), социальная (образование, функционирование и развитие социальных систем и общества в целом) и гипотетическая метасоциальная (союз цивилизаций в космосе).
При рассмотрении соотношения форм движения материи важно учитывать два принципа: 1)высшие формы обязательно включают в себя низшие и через них проявляются (например, биологическая форма включает в себя физические и химические явления, а социальная – биологические), 2)высшие формы обладают особыми законами, которые не сводятся полностью к законам низшим форм. Попытки полностью объяснить явления, относящиеся к высшим формам движения, закономерностями и свойствами низшей формы, называются редукционизмом. Например, некоторые учёные полагали, что основная причина войн заключается якобы в действии биологического инстинкта агрессивности, бессознательного стремления к разрушению, присущего всем людям, но до определённого момента сдерживаемого воспитанием. В действительности же войны имеют не биологические, а социально-экономические и политические причины (стремление захватить рынки сбыта, источники сырья, дешёвую рабочую силу и др. – несправедливые войны; стремление освободиться от эксплуатации, национального или расового угнетения и др. – справедливые войны). Редукционизм в форме механицизма былхарактерен для многих материалистов XVIII в., пытавшихся объяснить всё в мире законами механики.
Диалектическая методология выступает как против ограниченности редукционизма, так и против односторонности антиредукционизма, который, игнорируя первый из приведённых выше принципов, не принимает во внимание связь высших форм с низшими, пытается оторвать первые от вторых. Примером антиредукционизма может служить уже упоминавшаяся в §3 главы 1 позиция Т.Лысенко и его сторонников в отношении генетики и физико-химического направления в биологии. Они абсолютизировали специфику явлений жизни и полагали, что исследование молекулярных физико-химических основ биологических явлений, в частности, генетического кода, излишне. Между тем, хотя законами физики и химии нельзя объяснить биологические явления, знание физико-химических основ физиологических процессов позволяет раскрыть материальные механизмы последних, что открывает перспективы управления ими. Так, знание молекулярных основ генетического кода создаёт возможность направленного воздействия на ДНК и получения микроорганизмов с заранее заданными свойствами, чем сейчас и занимается генная инженерия. Приведём ещё пример с созданием средств химической защиты от радиоактивного поражения. Когда было обнаружено, что первичным процессом при лучевой болезни служит образование высокоактивных соединений – свободных радикалов, вызывающих потом патологический процесс, то введение в организм животных перед облучением ингибиторов свободных радикалов позволило снизить степень лучевого поражения. В связи со сказанным физико-химическое направление является одним из основных в биологии и медицине.