Иерархичность структурных уровней организации природы от микро- до макро- и мегамира.В конце XVIII века философ И.Г. Ламберт выдвинул гипотезу о Вселенной, организованной по принципу иерархии - некой "лестницы" мироздания с постепенно возрастающей сложностью и величиной систем.Вселенная предстает как наиболее крупная из известных науке систем и состоит из множества элементов (подсистем) разного уровня сложности и упорядоченности (см. рис. 1). В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм или галактика, может быть рассмотрен как сложное образование, включающее в себя составные части, организованные в целостность. Для обозначения целостности объектов в науке было выработано понятие системы. Система представляет собой совокупность элементов и связей между ними.Понятие "элемент" означает минимальный, далее уже неделимый компонент в рамках системы. Элемент является таковым лишь по отношению к данной системе, в других же отношениях он сам может представлять сложную систему. Совокупность связей между элементами образует структуру системы.В 1920 годы американские философы Г.Браун и Р.Селларс разработали новое понятие структурные уровни или уровни организации материи. Согласно их теории, эти уровни различаются не только классами сложности, но и закономерностями их функционирования. Существует идея иерархической соподчиненности уровней, вхождения каждого последующего уровня в предыдущий с образованием единого целого, в котором низший уровень "виден" в самом высшем. Так родилась концепция многоуровневой иерархической "матрешки", включающей космический, планетарный, геологический, биологический, химический, физический уровни организации материи. Полное описание каждого уровня возможно на основе законов более низкого (элементарного) уровня. Например, законы жизнедеятельности клетки невозможно понять, не изучив химизм протекающих в ней реакций.Согласно учению о системах важнейшей особенностью систем со сложной структурой является их иерархичность (от греч. hierarchia - лестница соподчинения), а также наличие в них нескольких уровней строения или организации. У высокоорганизованных систем полнее, рельефнее проявляется принцип иерархии ее подсистем или структурных уровней. Более того, в такой системе уже действует не принцип равноправности подсистем (или координации), но принцип соподчинения, т.е. субординации.Устойчивые связи элементов определяют упорядоченность системы. Существуют два типа связей между элементами системы - по "горизонтали" и по "вертикали".Связи по "горизонтали" - это связи координации между однопорядковыми элементами. Они носят коррелирующий характер: ни одна часть системы не может измениться без того, чтобы не изменились другие части. Связи по "вертикали" - это связи субординации, т.е. соподчинения элементов. Они выражают сложное внутреннее устройство системы, где одни части по своей значимости могут уступать другим и подчиняться им. Вертикальная структура включает в себя уровни организации системы, а также их иерархию. Исходным пунктом всякого системного исследования является представление о целостности изучаемой системы. Целостность системы означает, что все ее составные части, соединяясь вместе, образуют уникальное целое, обладающее новыми интегративными свойствами.Гармония представляет собой такой способ взаимодействия в системе, при котором отдельные части сохраняют свою специфику и автономность и не определяются полностью целым. Напротив, само целое является результатом гармонического развития. Целостность выступает здесь не как основа частей, а как продукт их взаимодействия. Назовем такие системы, вслед за Г.С.Батищевым, гармоническими.Итак, согласно современным научным взглядам на природу, все природные объекты представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархически организованные, т.е. гармонично устроенные системы.Деление естественнонаучных знаний на отдельные дисциплины примерно соответствуют вышеперечисленным уровням организации материи и включает: астрономию, экологию, геологию, биологию, химию и физику. По предмету исследования в естественных науках выделяются два больших класса материальных систем: системы неживой природы и системы живой природы. В неживой природе в качестве структурных уровней организации материи выделяют элементарные частицы, атомы, молекулы, поля, физический вакуум, макроскопические тела, планеты и планетные системы, звезды и звездные системы - галактики, системы галактик, метагалактику.
Рис.1 "Иерархия структурных уровней природных систем".
В живой природе к структурным уровням организации материи относят системы доклеточного уровня - нуклеиновые кислоты и белки; клетки как особый уровень биологической организации, представленный в форме одноклеточных организмов и элементарных единиц живого вещества; многоклеточные организмы растительного и животного мира; надорганизменные структуры, включающие в себя виды, популяции и биоценозы и, наконец, биосферу как всю совокупность живого вещества. Связь этих классов природных систем демонстрирует схема 1.
В общественных науках рассматриваются социальные системы. Иерархия природных систем различных классов и их взаимосвязь показана на рис.1, иерархические цепи подсистем отражены на рисунках 2-4.
Рис.2 "Космическая иерархическая цепь."
Рис.3 "Геосферная иерархическая цепь"
В современном естествознании выделяют три уровня строения материи: микро-, макро- и мегамир. Каждый уровень включает определенную область пространства, где действуют свои специфические законы в характерных для этого мира типах систем, рассматриваемые частными естественными науками. (см. табл.1. по Горелову А.А.). Рис.4 "Биосферная иерархическая цепь."
Уровни микромира: 1. Субэлементарные частицы: кварки, лептоны, глюоны (переводится как "клей") - "склеивают" кварки в адроны. Субэлементарные частицы считаются точечными, "бесструктурными". Количество субэлементарных частиц около 40. 2. Элементарные частицы делятся на три класса: адроны, лептоны, фотон. Количество их свыше 300. 3. Атомные ядра содержат в своем составе нуклоны (протоны, нейтроны). Порядковый номер элемента определяет - число протонов. Число протонов и нейтронов - массовое число. Размеры ядер порядка Ферми (1 Фм = 10-15м). Количество ядер около 2000 (с учетом изотопов). 4. Атомы химических элементов - мельчайшие частицы химического элемента, сохраняющие его свойства. Состав атома: ядро и электронная оболочка. Размер атома порядка Ангстрема (1 = 10-10 м). 5. Молекулы - совокупность химически связанных атомов.Схема 2. Основные иерархические уровни Мира" Уровни макромира:6. Физические тела - тела, сопоставимые с размерами человека.7. Планеты.8. Уровни мегамира: Системы спутников планет. Например: Земля - Луна; Марс - Фобос, Демос. Размеры - порядка световых секунд (1 св.сек. = 3 ( 108м).9. Планетные системы, например, Солнечная. Имеют размеры порядка световых часов либо астрономических единиц, (1 а. е. = 1,49 ( 1011 м - расстояние от Солнца до Земли).
Схема 2."Основные иерархические уровни Мира" .
Планеты - наиболее массивные тела солнечной системы, которые движутся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца, светятся отраженным светом. Делятся на планеты земной группы - Венера, Земля, Марс и планеты гиганты - Юпитер, Сатурн, Уран, а так же Меркурий, Плутон, Нептун. Радиус Земли равен 6,4 ( 106 м. Размеры планет сопоставимы с размерами Земли.10. Звездные системы. Имеют размеры порядка световых лет или других единицах - парсек (световой год равен 9,5 ( 1012 км, 1 парсек равен 3,26 световых лет). Одна из ближайших звезд - Сириус находится на расстоянии, примерно 4 световых года. Звезды - светящиеся плазменные шары, подобные Солнцу. В них заключена большая часть видимого вещества Вселенной. Считается, что звезды образуются из газопылевой среды (водорода, гелия) в результате гравитационной конденсации. Звезды различают: по светимости, массе, температуре, химическому составу, определяемому по спектрам. Звезды имеют свой жизненный цикл, включающий период звездообразования, прохождение через состояние нестационарности (взрыв, вспышка). В результате вспышки они сбрасывают оболочку из элементов, возникших в результате термоядерного синтеза, который считается основным источником энергии звезд. В процессе гравитационной конденсации из элементов этой оболочки образуются планеты, т. е. звезды рождают планеты. В конце эволюционного цикла обычная звезда, израсходовав все водородное горючее, сжимается до огромной плотности, превращаясь в "белого карлика" - звезду, имеющую относительно высокую температуру поверхности (десятки тысяч 0К) и низкую светимость (много меньше солнечной). В зависимости от размеров звезд возможны различные схемы эволюции.11. Галактики (с греч. "млечный", "молочный"). Наша галактика Млечный путь- это звездная система, к которой принадлежит Солнце. Имеет размеры примерно 105 световых лет (около 1021 м). Содержит более 100 млрд. звезд, межзвездное вещество, включающее газ и пыль (примерно 5% массы всех звезд), электромагнитные поля, космические лучи. Ближайшая соседняя галактика Андромеда находится на расстоянии 2,5 млн. световых лет, Галактики, подобные Млечному пути, имеют в своем строении ядро радиусом примерно 5 парсек и корону радиусом около 50 парсек. В центре ядра находится массивная черная дыра, которая втягивает в себя все межзвездное вещество. Обнаружить ее можно только по свечению, которое излучают частицы, попадающие в нее. 12. Сверхгалактики.Скопления галактик. Большинство галактик сосредоточено в скоплениях. Скопления галактик, как и скопления звезд бывают рассеянными и шарообразными и содержат десятки, иногда тысячи членов. Ближайшее к нам скопление галактик находится в созвездии Девы, на расстоянии около 20 мегапарсек. Другое скопление галактик находятся в созвездиях Пегаса и Рыб (расстояние 65 мегапарсек). Группа галактик- диаметр 1 мегапарсек, число галактик от 5 до 30. Местную группу галактик (диаметр 2 мегапарсека) образуют 2 гипергалактики, внутри которых находятся гигантские галактики: Галактика и туманность Андромеды, окруженные 27 карликовыми галактиками. Четыре ближайшие группы находятся на расстоянии 2-4 мегапарсека.Сверхскопление галактик - диаметр 40 мегапарсек, число галактик десятки тысяч. Центр местного сверхскопления находится в направлении созвездия Девы на расстоянии 12 мегапарсек. Из 50 известных сверхскоплений ближайшие находятся в созвездиях Льва (расстояние 87 мегапарсек) и Геркулеса (расстояние 100 мегапарсек). Сверхскопления галактик, были открыты в результате установления 3-х мерной картины распределения галактик во Вселенной. Подавляющая часть галактик (80-90%) сконцентрированы в нитевидные структуры толщиной менее 30 млн. световых лет и длиной до 300 млн. световых лет. Соседние нити пересекаются между собой, образуя связанную сетчато-ячеистую структуру. Сверхскопления занимают малую долю объема пространства (около 10%). 13. Метагалактикой называется вся система скоплений галактик, из которых наблюдается лишь часть доступная современным астрономическим наблюдениям. Метагалактика содержит несколько миллиардов галактик - все это многообразие иногда называют Космос, т.е. материальный Мир бесконечно-разнообразный по форме, который принимает материя в процессе своего развития, безграничный во времени, в пространстве.
