Структурные уровни организации материи

Структурность и системная организация материи относятся к числу ее важнейших атрибутов. Они выражают упорядоченность существования материи ите конкретные формы, в которых она проявляется. Под структурой материи обычно понимается ее строение в микромире, т.е. существование в виде молекул, атомов, элементарных частиц и т.д.

Но если рассматривать материю в целом, во всех доступных и потенциально возможных формах ее существования, то понятие структуры материи будет охватывать также различные макроскопические тела, все космические системы мегамира, причем в любых, сколь угодно больших пространственно-временных масштабах. С этой точки зрения структура материи проявляется в ее существовании в виде бесконечного многообразия целостных систем, тесно связанных между собой в закономерном движении и взаимодействии, в упорядоченном строении каждой системы. Эта структура неисчерпаема и бесконечна в количественном и качественном отношениях.

Проявлениями структурной бесконечности материи выступают:

• неисчерпаемость объектов и процессов микромира;

• бесконечность пространства и времени;

• бесконечность изменений и развития материи.

Но из всего этого многообразия форм объективной реальности эмпирически доступна для наблюдений всегда лишь конечная область материального мира. О свойствах и законах движения материи за пределами наблюдаемости мы судим на основе экстраполяции объективно верных научных знаний на предполагаемые области. Причем если эта экстраполяция производится в отношении всеобщих атрибутов и универсальных законов бытия материи, то она может не заключать в себе большой ошибки (хотя и требует теоретического обоснования); если же экстраполируются частные, специфические свойства и законы, то ошибка, начиная с некоторых масштабов, будет неизбежна и картина реальности окажется искаженной.

В доступных пространственно-временных масштабах структурность материи проявляется в ее системной организации, существовании в виде множества иерархически взаимосвязанных систем, начиная от элементарных частиц и кончая Метагалактикой. Последнюю иногда отождествляют со всей Вселенной, но для этого нет никаких оснований, ибо Вселенная в целом, понимаемая в предельно широком смысле этого слова, тождественна всему материальному миру и движущейся материи, которая может включать в себя бесконечное множество Метагалактик или других космических систем. Понятие же Вселенной, используемое в различных космологических моделях, обозначает наблю­даемую Вселенную (Метагалактику) либо же различные аспекты последней, как они представляются через содержание принятых моделей.

Система - это внутреннее (или внешнее) упорядоченное множество взаимосвязанных (в том числе взаимодействующих) элементов, определенная целостность, проявляющая себя как нечто единое по отношению к другим объектам либо внешним условиям. Упорядоченность множества означает наличие закономерных отношений между элементами системы, проявляющихся в виде законов структурной организации. Внутренняя упорядоченность имеется у всех природных систем, возникающих в результате взаимодействия тел и естественного саморазвития материи.

Между элементами любых систем существует взаимосвязь и взаимная обусловленность, которая в материальных системах проявляется в виде взаимодействия элементов путем обмена материей и движением, а в случае самоорганизующихся систем - также и обмена определенной информацией. Во всех целостных системах связь между элементами является более устойчивой, упорядоченной и внутренне необходимой, чем связь каждого из элементов с окружающей средой. В неживой природе множество объектов будет целостной системой лишь в том случае, если энергия связи между ними больше суммарной кинетической энергии совместно с энергией внешних воздействий, направленных на разрушение системы. В противном случае система не возникает или распадается. Энергия внутренних связей - это общая энергия, которую нужно было бы приложить последовательно к каждому из элементов, чтобы удалить его из системы на большое расстояние, т.е. "растащить" систему. Поскольку эта энергия не может возникнуть из ничего, и каждый из элементов существует в некоторой "потенциальной яме", то стабильность и целостность систем оказывает­ся косвенно обусловленной действием закона сохранения энергии.

Внутренняя энергия связи может иметь различное значение в зависимости от характера сил, объединяющих тела в системы. С переходом от космических систем к макроскопическим телам, молекулам и атомам к гравитационным силам добавляются электромагнитные силы, во много раз превышающие гравитационные. Чем меньше размеры материальных систем, тем более прочно связаны их элементы. Этому соответствует возрастание дефекта масс. При переходе к элементарным частицам энергия внутренних связей и соответствующий ей дефект масс возрастают. Между кварками существуют настолько мощные силы взаимодействия, переносимые глюонами, что дефект масс кварков как бы "погашает" большую часть их собственной массы.