Структурные уровни организации материи

МИНИСТЕРСТВО   ОБРАЗОВАНИЯ   И  НАУКИ  РОССИЙСКОЙ   ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ  АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ   ВЫСШЕГО   ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО   ОБРАЗОВАНИЯ

ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ

 

КОНТРОЛЬНАЯ   РАБОТА

 

по  дисциплине «Концепция современного естествознания»

на  тему: «Структурные уровни организации материи»

вариант № 9

                  

 

 

 

 

      Студент: Габдрахмановой Юлии Шафкатовной

                                                                       Курс: 3 ФНО

                                                           Личное дело: № 11ФЛД41819

                                                                     Преподаватель: Глуховцев В.О.

 

 

 

Уфа 2012 г.

 

Содержание

1. Роль системных представлений в анализе структурных уровней организации материи……………………………………………………………..2

2. Сущность микромира, макромира и мегамир..................................................5

3.  Анализ  классического и современного  понимания концепции макромира.8

Список литературы………………………………………………………………14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Весь окружающий нас мир представляет собой движущуюся материю в её бесконечно разнообразных формах и проявлениях, со всеми её свойствами, связями и отношениями. Рассмотрим подробнее, что же такое материя, а так же ее структурные уровни.

1. Роль  системных представлений в анализе структурных уровней организации материи.

В современной  науке в основе представлений  о строении материального мира лежит  системный подход, согласно которому любой объект материального мира (атом, организм, галактика и сама Вселенная) может быть рассмотрен как сложное образование, включающее в себя составные части, организованные в целостность. Для обозначения целостности объектов в науке было выработано понятие «система».

      Система представляет собой результат  совокупности и взаимодействия  элементов, образующих единое целое, обладающее новыми свойствами, и отсутствующих у элементов, из которых она состоит. Другими словами, любая система имеет структуру и новые свойства.

      Понятие «элемент» означает минимальный,  далее уже неделимый компонент  в рамках данной системы. Система может состоять не только из однородных объектов, но и разнородных. Она может быть по своему строению простой и сложной. Сложная система состоит из элементов, которые в свою очередь образуют подсистемы разного уровня сложности и иерархии.

       Свойства системы определяет  ее структура – это взаимодействие  и взаимосвязь ее частей. Упорядоченность  системы определяют устойчивые  связи: по горизонтали (связи  координации между однопорядковыми  элементами, которые носят коррелирующий  характер) и по вертикали (связи субординации, т.е соподчинения элементов или подсистем).

       Следовательно, исходным пунктом  всякого системного исследования  является представление именно  о целостности изучаемой системы.                                                                                                                     

Целостность системы  означает, что все составные части, взаимодействуя и соединяясь вместе, образуют уникальное целое, обладающее новыми системными свойствами.

 

      Итак, согласно современным научным взглядам на природу, все природные объекты представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархически организованные системы.

      В естественных науках выделяют  два больших класса материальных  систем: системы неживой природы и системы живой природы.

К системам неживой  природы относятся элементарные частицы и поля, физический вакуум, атомы, молекулы, макроскопические тела, планеты и планетные системы, звезды, галактики и система галактик – Метагалактика.

К системам живой  природы относятся биополимеры (информационные молекулы), клетки, многоклеточные организмы, популяции, биоценозы и биосфера как совокупность всех живых организмов.

В природе все  взаимосвязано, поэтому можно выделить и такие системы, которые включают в себя элементы как живой, так и неживой природы – биогеоценозы, и биосферу Земли.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Сущность  микромира, макромира и мегамир.

Все объекты, которые  исследует наука, относятся к  трем «мирам» (микромир, макромир и  мегамир), которые и представляют собой уровни организации материи.

 Микромир  – это мир предельно малых,  непосредственно ненаблюдаемых  микрообъектов, пространственная  размерность которых исчисляется  от  до см., а время жизни  - от бесконечности (начала образования  Вселенной) до сек. Самая большая  система микромира – атом. В настоящее время современные нанотехнологии, например сканирующие туннельные микроскопы (испытаны в 1981г.) и сканирующие атомносиловые микроскопы (1986г.), позволяют различать объекты, имеющие размеры около 0,1 диаметра атома водорода. Микромир – это мир элементарных частиц и полей.

Все тела, начиная  с атомных ядер до материальных тел  самого большого размера, обладают следующим  свойством: в каждом из них можно  выделить относительно простые структурные  элементы, которые образуют данное тело и в структурной иерархии лежат непосредственно под ними. Например, молекула может быть разложена на атомы.

Для элементарных частиц это положение недействительно. Продукты распада элементарных частиц – такие же элементарные частицы, как и распавшиеся. Они не являются более простыми, т.е. находятся на том же уровне структурной иерархии, что и породившая их частица. Почти каждая элементарная частица может быть составной частью любой другой элементарной частицы, причем целое не обязательно больше, чем каждая из его составляющих, его масса может быть и намного меньше. Например, в некоторых случаях из нуклона и антинуклона образуется мезон, масса которого значительно меньше массы нуклона. Это обусловлено тем, что освобождающаяся при возникновении элементарной частицы энергия уносит такую массу (m=E/ ), что продукт реакции уже не похож на первичную частицу. Понятия «сложное и простое», «составная часть» и «структурное целое» в мире элементарных частиц имеют совершенно иное содержание, чем в атомной или классической физике.

Специфика элементарных частиц проявляется и в энергетических взаимодействиях. Энергия материальных тел (макроуровень) складывается из собственной  энергии и суммы энергий связей составных элементов: например, можно  молекулу разложить на атомы, но в самих атомах при этом не происходит изменений. Энергия же элементарных частиц не раскладывается на собственную энергию и энергию связи, поэтому элементарные частицы не могут разлагаться на составные части, хотя они и имеют сложную структуру. Элементарные частицы не содержат частиц, из которых они возникли в более или менее неизменной форме.

Макромир –  мир макрообъектов, размерность  которых соотносится с масштабами человеческого опыта. Пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах, метрах и километрах, а время – в секундах, минутах, часах, сутках и годах. Макромир имеет несколько уровней организации (физический, химический, биологический и социальный).

Как уже ранее  говорилось, макромир имеет довольно сложную организацию. Его самый маленький элемент – атом, а самая большая система – планета Земля. В его состав входят как неживые системы, так и живые системы различного уровня. Каждый уровень организации макромира содержит как микроструктуры, так и макроструктуры. Например, молекулы вроде бы должны относится к микромиру, поскольку они нами непосредственно не наблюдаются. Но, с одной стороны, самая большая структура микромира – атом. А у нас есть сейчас возможность видеть с помощью микроскопов последнего поколения даже часть атома водорода. С другой стороны, есть огромные молекулы, чрезвычайно сложные по своему строению, например, ДНК ядра может быть длинной почти в один сантиметр. Подобная величина уже вполне сопоставима с нашим опытом, и если бы молекула была толще, мы бы ее увидели невооруженным глазом.

Все вещества, находящиеся  в твердом или жидком состоянии, состоят из молекул. Молекулы образуют и кристаллические решетки, и  руды, и скалы, и другие объекты, т.е. то, что мы можем почувствовать, увидеть  и т.д. Однако, несмотря на такие огромные образования, как горы и океаны, - это все молекулы, связанные между собой. Молекулы – новый уровень организации, они все состоят из атомов, которые в этих системах рассматриваются как неделимые, т.е. элементы системы.

Как физический уровень организации макромира, так и химический уровень имеют дело с молекулами и различными состояниями вещества. Однако химический уровень значительно более сложный. Он не сводится к физическому, рассматривающему строение веществ, их физические свойства, движение (все это было исследовано в рамках классической физики) хотя бы по сложности химических процессов и реакционной способности веществ.

На биологическом уровне организации макромира, кроме молекул, мы обычно не можем без микроскопа разглядеть и клетки. Но ведь есть клетки, которые достигают огромной величины, например аксоны нейронов осьминогов длинной в один метр и даже больше. Вместе с тем все клетки имеют определенные сходные черты: они состоят из мембран, микротрубочек, у многих есть ядра и органеллы. Все мембраны и органеллы в свою очередь состоят из гигантских молекул (белков, липидов и др.), а эти молекула состоят из атомов. Поэтому как гигантские информационные молекулы (ДНК, РНК, ферменты), так и клетки – это микроуровни биологического уровня организации материи, включающего и такие огромные образования, как биоценозы и биосфера.

На социальном уровне организации  макромира (обществе) также различаются  различные уровни организации. Так, личность – индивидуальная социальность; семья, рабочий коллектив – межиндивидуальная социальность. Как индивидуальная социальность, так и межиндивидуальная социальность – микроуровни общества. Само общество и государство – это надындивидульная социальность – мароуровень.

Мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей, в котором расстояние измеряется световыми годами, а время существования – миллионами и миллиардами лет. Это мир галактик и их скоплений, звезд и планет, где в космическое пространство выбрасывается огромное количество энергии и путешествуют такие странники, как кометы. И хотя на всех этих уровнях действуют свои специфические закономерности, микромир, макромир и мегамир теснейшим образом взаимосвязаны.

В структурной иерархии материальных систем свой собственный структурный  уровень образуют атомное ядро, и  атом, и молекула, и макроскопические тела. Составляющие тела для каждого следующего уровня просты, а для предыдущего сложны.

 

 

 

 

3. Анализ классического и современного понимания концепции макромира.

В истории изучения природы можно выделить два этапа: донаучный и научный.

Донаучный, или натурфилософский, охватывает период от античности до становления  экспериментального естествознания в XVI-XVII вв. В этот период учения о природе  носили чисто натурфилософский характер: наблюдаемые природные явления  объяснялись на основе умозрительных философских принципов.

Наиболее значимой для  последующего развития естественных наук была концепция дискретного строения материи - атомизм, согласно которому все  тела состоят из атомов -мельчайших в мире частиц.

Античный атомизм был первой теоретической программой объяснения целого как суммы отдельных составляющих его частей. Исходными началами в атомизме выступали атомы и пустота. Сущность протекания природных процессов объяснялась на основе механического взаимодействия атомов, их притяжения и отталкивания. Механическая программа описания природы, впервые выдвинутая в античном атомизме, наиболее полно реализовалась в классической механике, со становления которой начинается научный этап изучения природы.

Поскольку современные научные представления о структурных уровнях организации материи были выработаны в ходе критического переосмысления представлений классической науки, применимых только к объектам макроуровня, то начинать исследование нужно с концепций классической физики.

Формирование  научных взглядов на строение материи  относится к ХVІ в., когда Г. Галилеем была заложена основа первой в истории науки физической картины  мира - механической. Он не просто обосновал  гелиоцентрическую систему Н. Коперника  и открыл закон инерции, а разработал методологию нового способа описания природы - научно-теоретического. Суть его заключалась в том, что выделялись только некоторые физические и геометрические характеристики, которые становились предметом научного исследования. Выделение отдельных характеристик объекта позволяло строить теоретические модели и проверять их в условиях научного эксперимента. Эта методологическая концепция, впервые сформулированная Галилеем в труде «Пробирные весы», оказала решающее влияние на становление классического естествознания. И. Ньютон, опираясь на труды Галилея, разработал строгую научную теорию механики, описывающую и движение небесных тел, и движение земных объектов одними и  теми же законами. Природа рассматривалась как сложная механическая система.   В рамках механической картины мира, разработанной Ньютоном и его последователями, сложилась дискретная (корпускулярная) модель реальности. Материя рассматривалась как вещественная субстанция, состоящая из отдельных частиц атомов или корпускул. Атомы абсолютно прочны, неделимы, непроницаемы, характеризуются наличием массы и веса.