Формы существования материи биология кратко

Обновлено: 08.07.2024

Жизнь — способ бытия сущностей (живых организмов), наделенных внутренней активностью, [1] процесс развития тел органического строения [2] с устойчивым преобладанием процессов синтеза над процессами распада, особое состояние материи, достигаемое за счёт следующих свойств. Жизнь — это способ существования белковых тел и нуклеиновых кислот, существенным моментом которой является постоянный обмен веществ с окружающей средой, причем с прикращением этого обмена прекращается и жизнь.

Также жизнь это период существования организма от момента появления до его смерти.

Содержание

Биологическая жизнь

Проблематика

Говоря о жизни, обычно подразумевают жизнь тел с геномом, содержащим весь закодированный набор необходимых для полного периода существования белков. В данную категорию жизни не попадают некоторые организмы, такие, как бактериофаги, которые не производят своих белков.

Попытки определить принципиальные различия живого и неживого делаются достаточно давно. В разное время разные авторы использовали различные подходы.

В современной литературе понятие жизнь может трактоваться как с классической философско-биологической точки зрения, так и с позиции теории информации, кибернетики, топологии, физики сложных систем, религии.

Определения

Научные

Биологическое

Жизнь — это особый вид материального взаимодействия генетических объектов, которые осуществляют синтез (производство) себе подобных генетических объектов.

Используется системный ряд понятий: Сущность — Живая сущность — Живое существо — Здоровье.

А. Для Живых cущностей: Жизнь — это форма движения материи, в процессе которого осуществляется Развитие Живых сущностей.

Б. Для Живых cуществ: Жизнь — это форма движения материи, в процессе которого осуществляется Развитие Живых существ, и включающая:

обмен веществ (внутренний и с внешней средой; сопровождается обменом энергией);

коммуникативность - обмен сигналами (биоэнергетическими, электромагнитными, оптическими, химическими, акустическими, визуальными, тактильными);

воспроизведение (за исключением искусственных межвидовых скрещиваний - например, мул, направленной селекции или специального селекционного отбора - например, безкосточковые плоды).

Приведенные определения относятся к формам движения материи, осуществляющим программные циклы развития. Здесь использованы следующие детерминанты понятий:

1. Сущность: любой мысленный образ материального образования или абстрактного понятия, о котором Человек может составить себе представление в виде набора определенных — общеупотребительных или заданных определениями — понятий.

2. Живая сущность (в условиях планеты Земля): Категории, осуществляющие процессы Развития* в пределах своих жизненных циклов.

Категории: А. Земля. Элементы Земли, определяющие Развитие других Живых Сущностей — кора со всем набором составляющих ее элементов и всеми водными ресурсами, атмосфера, биогеоценозы.

Развитие: полная реализация жизненного цикла, разворачивание Живой сущностью в пространстве и времени этого цикла — заданного общими природными процессами Вселенной или частными видами этих процессов, представленных наборами генетических программ — от появления (зарождения) до прекращения существования в виде Живой сущности (Метацель Развития для Живых существ: совершенствование в процессе реализации жизненных циклов адаптивных возможностей индивидов для сохранения видов).

Полная реализация жизненного цикла: предусмотренный природными процессами или генетической программой процесс последовательных изменений в нормальном состоянии Живой сущности.

Нормальное состояние, Норма:

свободный, стабильно протекающий процесс Развития Живой сущности, обладающей здоровьем;
не ограничиваемая внутренними и внешними причинами возможность Развития.

потенциал Развития Живой сущности / Живого существа.
атрибутный и неотъемлемый компонент Живой сущности, характеризующий ее способность к Развитию.

Критика

Определения ограничены областью Живых сущностей (существ), осуществляющих программные циклы Развития. Это оставляет вне рассмотрения другие формы Жизни, использующие иные принципы существования, или созданные на другой основе — например, сущности, создаваемые на основе Искусственного Интеллекта (в том числе Систем Творческого Искусственного Интеллекта [4] ).

Модели

Химико-физическая

Жизнь — преобладание процессов синтеза над процессами распада, пул энергопотребляющих процессов изменения вещества и других объектов физической химии, в которых различимы два цикла (во времени):

цикл регенерации необходимых веществ,
цикл регенерации механизма регенерации вещества.

Наша углеродная жизнь в данной схеме выглядит следующим образом: обмен веществ в клетке — цикл регенерации вещества, деление клетки и размножение — цикл регенерации самого механизма регенерации вещества.

Данная модель визуализирует свойство живых организмов к неограниченной репликации. Это одна из первых простых двумерных моделей понятия жизни, тяготеющая к использованию нелинейных методов мышления и использования волновых свойств реальности.

Критика

В Солнце преобладают процессы синтеза над процессами распада. Если так, то можно ли Солнце назвать живым?

Если человека лишить пищи, то будет нарушен его цикл регенерации необходимых веществ. Тем не менее, какое-то время он еще будет оставаться живым существом.

Определение включает в себя только существа, которые имеют в своей структуре повторяющиеся однотипные элементы. Не допускается возможность существования живых существ иной структуры.

Химико-волновая модель

Жизнь — это химическая волна, то есть многомерная каталитическая циклическая химическая реакция. В каждый момент времени её существования, называемом временем жизни, в каждой отдельной нити реакции на любом уровне масштаба рассмотрения от молекул до классов живых организмов можно выделить три материальных элемента:

Для каждого из указанных элементов контроль следующих свойств является необходимым:

фаза волнового процесса существования-несуществования,
функции пространственного распределения концентраций.

Элементы взаимодействуют друг с другом в определённых временных фазах. Колебанием являются концентрации веществ. Каждый результат является ресурсом для следующего звена взаимодействия — волны концентраций веществ. Жизнь возникла, когда в процессе спонтанной химической цепной каталитической реакции одной из нитей конечный результат оказался тождественным одному из собственных ресурсов (ресурсом одного из предшествующих поколений). Все циклические химические реакции протекают без потерь информации бесконечно долго — вследствие чего химическая жизнь генотипа считается бесконечной. В комплексном потоке химических волн имеет место энтропийное затухание, приводящее к необходимости смерти для отдельных циклов волны (отдельные молекулы, клетки, тела организмов).

включает в категорию живых организмов широкий спектр объектов от бактериофага до всего человечества и класса живой материи, рассматриваемого как единый процесс природы
хорошо описывает события на протяжении четырёх миллиардов лет эволюции нашей планеты
имеет возможность описать химические формы жизни, которые могли бы зародиться, например, на иных планетах, на больших глубинах Земли: суши и океана, на больших высотах атмосферы
поддаётся количественному моделированию методами математики
наглядно описывает процесс зарождения органической жизни на Земле
объясняет феномены конечностипродолжительности жизни организма и бессмертия генотипа.

Критика

Данная модель также не включает в себя живые существа, которые лишены средств к существованию.

Так человек без еды и питья — не полноценная жизнь, и в этом можно увидеть некоторый смысл.

Кибернетическая (информационная)

Жизнь — это кибернетическая структура реализующая специфические информационные функции :

Наблюдаемые в естественной среде т. н. биологические формы жизни могут так-же

в определенных внешних условиях реплицироваться (репродуцироваться) то есть

Жизнь — это виртуальный объект, НЕ связанный с конкретным материальным предметом-носителем, по законам кибернетики, обладающий свойствами инвариантности своего описания (возможность копирования информации об объекте от одного материального носителя к другому) и изофункциональности интерпретации этого описания (осуществления функции организма) в произвольной среде.

Модель включает в категорию живых организмов:

весь комплекс жизни в рамках модели химической волны,
цивилизацию с её культурой, включая некоторые компьютерные программы, рассматриваемые уже как живой организм.

Её можно использовать для:

Критика

Память вряд ли можно принять отличительным признаком жизни, так как и камень имеет память. С другой стороны, компьютер обладает собственным внутренним языком, системой сигналов, свойств и методов, не связанных с конкретным материальным носителями и способен без потерь перемещать некоторую информацию от одного материального носителя к другому, репродуктируя ее без потерь. Можно ли только по этим признакам информацию на компьютере назвать живой?

С другой стороны, далеко не всегда живые объекты передают свою наследственную информацию без потерь.

Энтропийно-эволюционная

Жизнь — это турбуленция в потоке информации-энтропии в процессе расширения Вселенной, повышающем энтропию пространства при трансформации её в энтропию времени.

Критика

Если рассматривать события предметно, изолированно, вне их связи с историей рельного мира и его причинно следсвенных связей, то…

Камень подброшенный вверх и живое существо падающее вниз также не подходят под данное определение.

Топологическая

Термодинамическая

Критика

Жизнь определяется как свойство односторонней проводимости мембран. Под это определение подходит компьютерная система предназначенная для накопления статистической информации с датчиков.

Мембраны обладают двухсторонней, хотя и в отношении многих веществ, анизотропной проводимостью. Наиболее подробно и эффективно роль мембран в клетке рассматривалась Митчелом Питером Д. (Mitchell, Нобелевская премия 1978 по химии) и вслед за ним, академиком Скулачевым.
(Юрий Рабинович 08:08, 7 июня 2009 (UTC))

Существуют люди, которые не приемлют информацию извне, но очень активно выдают информацию, делясь своими мыслями с окружающими. Человек всегда получает информацию извне, воспроизводя её в изменённом виде. Просто нужно различать информативные поля Маугли и Энштейна.

Технологическое

Жизнь биологическая — белковые тела, способные самостоятельно управлять синтезом или модификацией белка.

Критика

Определение касается только белковых форм жизни.

Под определение подходит процесс искусственного синтеза белка в лабораторных условиях из неживых компонентов.

Другие

Критика

Неучёных

Данное определение описывает формы жизни, которые возможны только в материальном мире.

С точки зрения религии, всякая жизнь есть дар от вечно живого Бога.

Полноты определения

Определение не касается идеализированных, виртуализированных или других моделированных миров, которые в общем случае могут не иметь прямого отношения к местному материальному миру, — таких, как город Зурбаган, построенный известным писателем Александром Грином.

Определение достаточно сильно сужает рамки жизни в бесконечном материальном мире. Предполагается, что жизнь всегда имеет генетические объекты, и исключается возможность жизни, например, в виде процессов на звездах или компьютерных программ, которые могут не иметь генетические объекты как химические вещества и иметь иной механизм репликации средств репликации своего субстрата.

Живые процессы также выпадают из данного описания жизни.

Определение достаточно туманно касается роли генетических объектов для жизни. Остается непонятным, каким образом эти объекты используются для преобразования неживых объектов в живые.

До сих пор до конца не ясен статус таких объектов, как вирусы (биологические, компьютерные).

Ненаучные

Религиозное

Жизнь — чудесное свойство, независящее от материи, даваемую и отбираемую у материи Богом. Различают конечную (во времени) жизнь тела и бесконечную жизнь души. Живой организм — это такой, в теле которого существует душа. Жизнь души изменчива. Живой организм умирает вместе со своим телом. Поступки, совершаемые живым организмом в течение жизни, влияют на дальнейшую судьбу души. Создать жизнь — означает создать тело и вдохнуть в него душу. Тело способно активно изменять природу вокруг себя и умирает в конце своей жизни. Душа способна мыслить и чувствовать. После смерти организма она перевоплощается и продолжает существовать в некой иной форме, продолжает чувствовать и/или мыслить. Реальная жизнь живого организма — это лишь звено некоего вселенского процесса существования.

Эта модель, построенная методами предметного мышления, демонстрирует мощь вербальной компрессии (информации). Она была актуальна для людей в эпоху зарождения морали, выражаемой вербальным языком и создания социально-правовых структур в государстве.

Иисус Христос говорил, что Он есть истина, путь и жизнь.

Философское

Жизнь — это идеальная форма существования материи, способная случайно (по своему желанию) воздействовать на материю и подстраивать для себя причинно-следственные связи (адаптироваться). Известная нам земная форма жизни возникла как результат эволюции полимерных соединений углерода и представлена разнообразными организмами, каждый из которых представляет собой индивидуальную целостную систему, обладающую:

сложной структурой и обменом веществ,
определенным порядком взаимосвязанных биохимических реакций.

Понятие Живой организм или жизнь должны обладать следующими свойствами:

способность преодолевать нарастание энтропии,
приспособленность к существованию в данных условиях окружающей среды,
приспособляемость всех частей организма (молекул, клеток и органов) к выполняемым в жизненном процессе функциям,
способность к сохранению и передаче наследственной информации.

Эта модель — вершина классического этапа эволюции понятия языка. Здесь использовано предметное мышление с учетом нескольких параллельных процессов — элементов диалектики, позволившее получить высокую валидность описания. Её сложность и неприспособленность к использованию в реальной жизни создавала предпосылки для создания новых динамических, масштабно-релятивных методов мышления.

Критика

В определении указывается, что жизнь должна иметь возможность преодолевать нарастание энтропии. Если живое существо поместить в замкнутую систему, то оно будет лишено возможности преодолевать нарастание энтропии, так как не сможет получать энергию извне. Тем не менее, оно останется живым, пока у него останутся внутренние ресурсы для поддержания жизни.

В определении указывается на способность к сохранению и передаче наследственной информации. Но это вряд ли может быть причислено к обязательным свойствам жизни, так как, например, мулы не могут передать свою наследственную информацию. Ну а кристаллы имеют кристаллическую решётку, которую вполне можно сравнить с наследственной информацией.

Юмористическое

Жизнь - это наследственная болезнь со смертельным исходом, передаваемая половым путём

О возможных причинах сложности определения жизни

Каждый человек с детства имеет привычку относить одни феномены окружающего мира к проявлениям жизни, а другие феномены — к проявлениям неживого.

Самовоспроизводящиеся компьютерные программы обычно не принято считать живыми, а траву обычно не принято считать мёртвой — хотя, как можно предположить по трактовке Айзеком Азимовым библейских текстов, в древности растительный мир считался частью мира мёртвых объектов. Но ни у того, ни у другого убеждения нет рациональной причины — которая восходила бы к однозначно определённому понятию жизни.

Таким образом, причина трудности определения понятия жизни может состоять вовсе не в том, что это понятие является невероятно сложным для человеческого умопостижения, а в том, что оно вообще не существует в качестве понятия.

Все представленные выше попытки определения жизни — не более чем попытки придумать формулировку, не противоречащую стихийно выработавшимся бессистемным убеждениям человека.

Примеры: 1 нет необходимости вспоминать генетическую теорию и квантовую механику, если вопрос о жизни стоит в связи с использованием того или иного кулинарного рецепта.

2 упоминания о химии будут неуместны во время ритуальной службы в церкви.

3 при проведении социально-психологического эксперимента религиозная модель жизни работать не будет

5 при программировании компьютерной программы нет необходимости вспоминать энтропию атомов углерода в различных изотопических формах, чему уделено внимание в термодинамической модели жизни, но актуальны будут свойства, описываемые в кибернетической модели.

Вывод

Ни одно из приведённых в статье определений не является универсальным для всех возможных ситуаций и задач, стоящих перед читателем определением жизни как явления реальности. Каждая из приведенных моделей имеет свои недостатки, но имеет и плюсы. Каждая модель экономит ресурсы мозга на описание, акцентируя свое внимание лишь на некоторых аспектах рассматриваемого феномена (ЖИЗНЬ). Читатель должен сам выбирать, исходя из своей конкретной ситуации, какая модель его устроит по точности и удобству описания больше всего.

Попытка найти и использовать одну и ту же референцию для всех случаев жизни — безуспешна, поскольку в реальном мире не существует единственно верного языка, которым могли бы овладеть все люди. Следовательно, не существует и изложенной на нем единственно верной абсолютной истины.

Биология - совокупность наук о жизни, о живой природе (греч. bios - жизнь, logos - учение). Современная биология - очень разнообразная и развитая область естествознания. Различают ряд частных биологических наук по объектам исследования, такие как зоология (о животных), ботаника (о растениях), микробиология (о бактериях), вирусология (о вирусах), и другие, еще более мелкие подразделения (орнитология - о птицах, ихтиология - о рыбах, альгология - о водорослях и т.д.). Другое подразделение биологических наук - по уровням организации и свойствам живой материи: молекулярная биология и биохимия (химические основы жизни), генетика (наследственность), цитология (клеточный уровень), эмбриология, биология развития (индивидуальное развитие организмов), анатомия и физиология (строение и принципы функционирования организмов), экология (взаимоотношения организмов с окружающей средой), теория эволюции (историческое развитие живой природы).

Общая биология — раздел биологии, изучающий значимые для всего живого закономерности развития, функционирования и строения. Общая биология рассматривает общие закономерности жизни, присущие ей во всех ее свойствах и проявлениях: размножение, обмен веществ, наследственность, приспособляемость, изменчивость, рост, раздражимость, развитие, подвижность и т.д.

Определение жизни на современном этапе развития науки

Для практического применения полезны те определения, в которых заложены основные свойства, в обязательном порядке присущие всем живым формам. Вот одно из них: жизнь – это макромолекулярная открытая система, которой свойственны иерархическая организация, способность к самовоспроизведению, самосохранению и саморегуляции, обмен веществ, тонко регулируемый поток энергии. Согласно данному определению жизнь представляет собой ядро упорядоченности, распространяющееся в менее упорядоченной Вселенной.

Жизнь существует в форме открытых систем. Это означает, что любая живая форма не замкнута только на себе, но постоянно обменивается с окружающей средой веществом, энергией и информацией.

Cвойства живой материи

Эти свойства в комплексе характеризуют любую живую систему и жизнь вообще:

1) самообновление. Связано с потоком вещества и энергии. Основу обмена веществ составляют сбалансированные и четко взаимосвязанные процессы ассимиляции (анаболизм, синтез, образование новых веществ) и диссимиляции (катаболизм, распад). В результате ассимиляции происходят обновление структур организма и образование новых его частей (клеток, тканей, частей органов). Диссимиляция определяет расщепление органических соединений, обеспечивает клетку пластическим веществом и энергией. Для образования нового нужен постоянный приток необходимых веществ извне, а в процессе жизнедеятельности (и диссимиляции, в частности) образуются продукты, которые нужно вывести во внешнюю среду;

2) самовоспроизведение. Обеспечивает преемственность между сменяющимися генерациями биологических систем. Это свойство связано с потоками информации, заложенной в структуре нуклеиновых кислот. В связи с этим живые структуры постоянно воспроизводятся и обновляются, не теряя при этом сходства с предыдущими поколениями (несмотря на непрерывное обновление вещества). Нуклеиновые кислоты способны хранить, передавать и воспроизводить наследственную информацию, а также реализовывать ее через синтез белков. Информация, хранимая на ДНК, переносится на молекулу белка с помощью молекул РНК;

3) саморегуляция. Базируется на совокупности потоков вещества, энергии и информации через живой организм;

4) раздражимость. Связана с передачей информации извне в любую биологическую систему и отражает реакцию этой системы на внешний раздражитель. Благодаря раздражимости живые организмы способны избирательно реагировать на условия внешней среды и извлекать из нее только необходимое для своего существования. С раздражимостью связана саморегуляция живых систем по принципу обратной связи: продукты жизнедеятельности способны оказывать тормозящее или стимулирующее воздействие на те ферменты, которые стояли в начале длинной цепи химических реакций;

6) структурная организация – определенная упорядоченность, стройность живой системы. Обнаруживается при исследовании не только отдельных живых организмом, но и их совокупностей в связи с окружающей средой – биогеоценозов;

7) адаптация – способность живого организма постоянно приспосабливаться к изменяющимся условиям существования в окружающей среде. В ее основе лежат раздражимость и характерные для нее адекватные ответные реакции;

8) репродукция (воспроизведение). Так как жизнь существует в виде отдельных (дискретных) живых системы (например, клеток), а существование каждой такой системы строго ограничено во времени, поддержание жизни на Земле связано с репродукцией живых систем. На молекулярном уровне воспроизведение осуществляется благодаря матричному синтезу, новые молекулы образуются по программе, заложенной в структуре (матрице) ранее существовавших молекул;

9) наследственность. Обеспечивает преемственность между поколениями организмов (на основе потоков информации).Тесно связана с ауторепродукцией жизни на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях. Благодаря наследственности из поколения в поколение передаются признаки, которые обеспечивают приспособление к среде обитания;

10) изменчивость – свойство, противоположное наследственности. За счет изменчивости живая система приобретает признаки, ранее ей несвойственные. В первую очередь изменчивость связана с ошибками при репродукции: изменения в структуре нуклеиновых кислот приводят к появлению новой наследственной информации. Появляются новые признаки и свойства. Если они полезны для организма в данной среде обитания, то они подхватываются и закрепляются естественным отбором. Создаются новые формы и виды. Таким образом, изменчивость создает предпосылки для видообразования и эволюции;

11) индивидуальное развитие (процесс онтогенеза) – воплощение исходной генетической информации, заложенной в структуре молекул ДНК (т. е. в генотипе), в рабочие структуры организма. В ходе этого процесса проявляется такое свойство, как способность к росту, что выражается в увеличении массы тела и его размеров. Этот процесс базируется на репродукции молекул, размножении, росте и дифференцировке клеток и других структур и др.;

12) филогенетическое развитие (закономерности его установлены Ч. Р. Дарвином). Базируется на прогрессивном размножении, наследственности, борьбе за существование и отборе. В результате эволюции появилось, огромное количество видов. Прогрессивная эволюция прошла ряд ступеней. Это до-клеточные, одноклеточные и многоклеточные организмы вплоть до человека.

13) дискретность (прерывистость) и в то же время целостность. Жизнь представлена совокупностью отдельных организмов, или особей. Каждый организм, в свою очередь, также дискретен, поскольку состоит из совокупности органов, тканей и клеток. Каждая клетка состоит из органелл, но в то же время автономна. Наследственная информация осуществляется генами, но ни один ген в отдельности не может определять развитие того или иного признака.

Окружающий человека материальный мир представляет бесконечное множество предметов и явлений, обладающих самыми pазнообpазными свойствами. Несмотря на различия всем им присущи два важнейших признака:

1) все они существуют независимо от сознания человека;

2) способны воздействовать на человека, отражаться нашим сознанием.

В домарксистской философии сложились различные концепции материи: атомистическая (Демокpит), эфирная (Декарт), вещественная (Гольбах). ". Материя вообще есть все то, что воздействует каким-то образом на наши чувства" (Гольбах. Система пpиpоды). Общим для всех концепций было отождествление материи с ее конкретными видами и свойствами или с атомом, как с одной из простейших частиц лежащих в основе строения матеpии.

Разрабатывая научное определение материи, К. Маpкс и Ф. Энгельс имели в виду объективный миp в целом, всю совокупность составляющих его тел. Опиpаясь на диалектический и исторический материализм Маркса и Энгельса, В.И. Ленин дальше развил это учение, сфоpмулиpовав в работе "Матеpиализм и эмпиpиокpитицизм" понятие материи. "Материя есть философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотогpафиpуется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них" [т.18, стp.131].

От философского понятия материи нужно отличать естественнонаучные и социальные представления о ее видах, стpуктуpе и свойствах. Философское понимание материи отражает объективную реальность мира, а естественнонаучные и социальные представления выражают его физические, химические, биологические, социальные свойства. Материя - это объективный миp в целом, а не то, из чего он состоит. Отдельные предметы, явления не состоят из материи, выступают конкретными видами ее существования, как, напpимеp, неживая, живая и социально организованная материя, элементарные части, клетки, живые организмы, производственные отношения и т.д. Все эти формы существования материи изучаются различными естественными, общественными и техническими науками.

1. Свойства и строение материи

Материя - это все то, что прямо или косвенно действует на органы чувств человека и другие объекты. Окружающий нас мир, все существующее вокруг нас и обнаруживаемое непосредственно либо косвенно посредством наших ощущений представляет собой материю, которая тождественна реальности. Неотъемлемое свойство материи - движение. Без движения нет материи и наоборот. Движение материи - любые изменения, происходящие с материальными объектами в результате их взаимодействий. Материя не существует в бесформенном состоянии - из нее образуется сложная иерархическая система материальных объектов различных масштабов и сложности.

Главная особенность естественно-научного познания заключается в том, что для естествоиспытателей представляет интерес не материя или движение вообще, а конкретные виды материи и движения, свойства материальных объектов, их характеристики, которые можно измерить с помощью приборов. В современном естествознании различают три вида материи: вещество, физическое поле и физический вакуум.

Вещество - основной вид материи, обладающей массой. К вещественным объектам относятся элементарные частицы, атомы, молекулы и многочисленные образованные из них материальные объекты. В химии вещества подразделяются на простые (с атомами одного химического элемента) и сложные - химические соединения. Свойства вещества зависят от внешних условий и интенсивности взаимодействия составляющих его атомов и молекул, что и обусловливает различные агрегатные состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. При сравнительно высокой температуре образуется плазменное состояние вещества. Переход вещества из одного состояния в другое можно рассматривать как один из видов движения материи.

В природе наблюдаются различные виды движения материи, которые можно классифицировать с учетом изменений свойств материальных объектов и их воздействий на окружающий мир. Механическое движение (относительное перемещение тел), колебательное и волновое движение, распространение и изменение различных полей, тепловое (хаотическое) движение атомов и молекул, равновесные и неравновесные процессы в макросистемах, фазовые переходы между различными агрегатными состояниями (плавление, парообразование и др.), радиоактивный распад, химические и ядерные реакции, развитие живых организмов и биосферы, эволюция звезд, галактик и Вселенной в целом - все это примеры многообразных видов движения материи.

Физическое поле - особый вид материи, обеспечивающий физическое взаимодействие материальных объектов и их систем. К физическим полям относятся электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, а также волновые (квантовые) поля, соответствующие различным частицам (например, электрон-позитронное поле). Источником физических полей являются частицы (например, для электромагнитного поля - заряженные частицы). Созданные частицами физические поля переносят с конечной скоростью взаимодействие между ними. В квантовой теории взаимодействие обусловливается обменом квантами поля между частицами.

Физический вакуум - низшее энергетическое состояние квантового поля. Этот термин введен в квантовой теории поля для объяснения некоторых микропроцессов. Среднее число частиц - квантов поля - в вакууме равно нулю, однако в нем могут рождаться виртуальные частицы - частицы в промежуточных состояниях, существующие короткое время. Виртуальные частицы влияют на физические процессы. В физическом вакууме могут рождаться пары частица - античастица разных типов. При достаточно большой концентрации энергии вакуум взаимодействует с реальными частицами, что подтверждается экспериментом. Предполагается, что из физического вакуума, находящегося в возбужденном состоянии, родилась Вселенная.

Всеобщими универсальными формами существования и движения материи принято считать время и пространство. Движение материальных объектов и различные реальные процессы происходят в пространстве и во времени. Особенность естественно-научного представления об этих понятиях заключается в том, что время и пространство можно охарактеризовать количественно с помощью приборов.

Время выражает порядок смены физических состояний и является объективной характеристикой любого процесса или явления. Время - это то, что можно измерить с помощью часов. Принцип работы часов основан на многих физических процессах, среди которых наиболее удобны периодические процессы: вращение Земли вокруг своей оси, электромагнитное излучение возбужденных атомов и др. Многие крупные достижения в естествознании связаны с разработкой более точных часов. Существующие сегодня эталоны позволяют измерить время с очень высокой точностью - относительная погрешность измерений составляет около 10 -11 .

Временная характеристика реальных процессов основывается на постулате времени: одинаковые во всех отношениях явления происходят за одинаковое время. Хотя постулат времени кажется естественным и очевидным, его истинность все же относительна, так как его нельзя проверить на опыте даже с помощью самых совершенных часов, поскольку, во-первых, они характеризуются своей точностью и, во-вторых, невозможно создать принципиально одинаковые условия в природе в разное время. Вместе с тем длительная практика естественно-научных исследований позволяет не сомневаться в справедливости постулата времени в пределах той точности, которая достигнута в данный момент времени.

При создании классической механики около 300 лет назад И. Ньютон ввел понятие абсолютного, или истинного, математического времени, которое течет всегда и везде равномерно, и относительного времени как меры продолжительности, употребляемой в обыденной жизни и означающей определенный интервал времени: час, день, месяц и т.д.

В современном представлении время всегда относительно. Из теории относительности следует, что при скорости, близкой к скорости света в вакууме, время замедляется - происходит релятивистское замедление времени, и что сильное поле тяготения приводит к гравитационному замедлению времени. В обычных земных условиях такие эффекты чрезвычайно малы.

Важнейшее свойство времени заключается в его необратимости. Прошлое во всех деталях и подробностях нельзя воспроизвести в реальной жизни - прошлое забывается. Необратимость времени обусловлена сложным взаимодействием множества природных систем, в том числе атомов и молекул, и символически обозначается стрелой времени, "летящей" всегда из прошлого в будущее. Необратимость реальных процессов в термодинамике связывают с хаотичным движением атомов и молекул.

Понятие пространства гораздо сложнее понятия времени. В отличие от одномерного времени, реальное пространство трехмерно, т.е. имеет три измерения. В трехмерном пространстве существуют атомы и планетные системы, выполняются фундаментальные законы природы. Однако выдвигаются гипотезы, согласно которым пространство нашей Вселенной имеет много измерений, хотя из них наши органы чувств способны ощущать только три.

Первые представления о пространстве возникли из очевидного существования в природе твердых тел, занимающих определенный объем. Исходя из него, можно дать определение: пространство выражает порядок сосуществования физических тел. Завершенная теория пространства - геометрия Евклида - создана более 2000 лет назад и до сих пор считается образцом научной теории.

По аналогии с абсолютным временем И. Ньютон ввел понятие абсолютного пространства, которое существует независимо от находящихся в нем физических объектов и может быть совершенно пустым, являясь как бы мировой ареной, где разыгрываются физические процессы. Свойства пространства определяются геометрией Евклида. Именно такое представление о пространстве лежит в основе практической деятельности людей. Однако пустое пространство идеально, в то время как реальный окружающий нас мир заполнен различными материальными объектами. Идеальное пространство без материальных объектов лишено смысла даже, например, при описании механического движения тела, для которого необходимо указать другое тело в качестве системы отсчета. Механическое движение тел относительно. Абсолютного движения, как и абсолютного покоя тел, в природе не существует. Пространство, как и время, относительно.

Специальная теория относительности объединила пространство и время в единый континуум пространство - время. Основанием для такого объединения служит принцип относительности и постулат о предельной скорости передачи взаимодействий материальных объектов - скорости света в вакууме, примерно равной 300 000 км/с. Из данной теории следует относительность одновременности двух событий, происшедших в разных точках пространства, а также относительность измерений длин и интервалов времени, произведенных в разных системах отсчета, движущихся относительно друг друга.

В соответствии с общей теорией относительности свойства пространства - времени зависят от наличия материальных объектов. Любой материальный объект искривляет пространство, которое можно описать не геометрией Евклида, а сферической геометрией Римана или гиперболической геометрией Лобачевского. Предполагается, что вокруг массивного тела при очень большой плотности вещества искривление становится настолько большим, что пространство - время как бы "замыкается" локально само на себя, отделяя данное тело от остальной Вселенной и образуя черную дыру, которая поглощает материальные объекты и электромагнитное излучение. На поверхности черной дыры для внешнего наблюдения время как бы останавливается. Предполагается, что в центре нашей Галактики находится огромная черная дыра. Однако есть и другая точка зрения. Академик Российской академии наук A. A. Логунов утверждает, что никакого искривления пространства - времени нет, а происходит искривление траектории движения объектов, обусловленное изменением гравитационного поля. По его мнению, наблюдаемое красное смещение в спектре излучения отдаленных галактик можно объяснить не расширением Вселенной, а переходом посылаемого ими излучения от среды с сильным гравитационным полем в среду со слабым гравитационным полем, в котором находится наблюдатель на Земле.

2. Концепция атомизма. Дискретность и непрерывность материи

Строение материи интересует естествоиспытателей еще с античных времен. В Древней Греции обсуждались две противоположные гипотезы строения материальных тел. Одну из них предложил древнегреческий мыслитель Аристотель. Она заключается в том, что вещество делится на более мелкие частицы и нет предела его делимости. По существу, эта гипотеза означает непрерывность вещества. Другая гипотеза выдвинута древнегреческим философом Левкиппом (V в. до н. э) и развита его учеником Демокритом, а затем его последователем философом-материалистом Эпикуром (ок.341-270 до н. э). В ней предполагалось, что вещество состоит из мельчайших частиц - атомов. Это и есть концепция атомизма - концепция дискретного квантового строения материи. По Демокриту, в природе существуют только атомы и пустота. Атомы - неделимые, вечные, неразрушимые элементы материи.

Реальность существования атомов вплоть до конца XIX в. подвергалась сомнению. В то время объяснения многих результатов химических реакций не нуждались в понятии атома. Для них, как и для количественного описания движения частиц, вводилось другое понятие - молекула. Существование молекул экспериментально доказано французским физиком Жаном Перреном (1870 - 1942) при наблюдении броуновского движения. Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами и состоящая из атомов, соединенных между собой химическими связями. Число атомов в молекуле - от двух (Н₂, О₂, HF, KCl и др.) до сотен, тысяч и миллионов (витамины, гормоны, белки, нуклеиновые кислоты).

Неделимость атома как составной части молекулы долгое время не вызывала сомнений. Однако к началу XX в. физические опыты показали, что атомы состоят из более мелких частиц. Так, в 1897 г. английский физик Д. Томсон (1856 - 1940) открыл электрон - составную часть атома. В следующем году он определил отношение его заряда к массе, а в 1903 г. предложил одну из первых моделей атома.

Атомы химических элементов по сравнению с наблюдаемыми телами очень малы: их размер - от 10 -10 до 10 -9 м, а масса - 10 -27 - 10 -25 кг. Они имеют сложную структуру и состоят из ядер и электронов. В результате дальнейших исследований выяснилось, что и ядра атомов состоят из протонов и нейтронов, т.е. имеют дискретное строение. Это означает, что концепция атомизма для ядер характеризует структуру материи на ее нуклонном уровне.

В настоящее время принято считать, что не только вещество, но и другие виды материи - физическое поле и физический вакуум - имеют дискретную структуру. Даже пространство и время, согласно квантовой теории поля, в сверхмалых масштабах образуют хаотически меняющуюся пространственно-временную среду с ячейками размером 10 -35 м и временем 10 -43 с. Квантовые ячейки настолько малы, что их можно не учитывать при описании свойств атомов, нуклонов и т.п., считая пространство и время непрерывными.

Основной вид материи - вещество, находящееся в твердом и жидком состояниях, - воспринимается обычно как непрерывная, сплошная среда. Для анализа и описания свойств такого вещества в большинстве случаев учитывается только его непрерывность. Однако то же вещество при объяснении тепловых явлений, химических связей, электромагнитного излучения и т.п., рассматривается как дискретная среда, состоящая из взаимодействующих между собой атомов и молекул.

Дискретность и непрерывность присущи и для другого вида материи - физического поля. Гравитационное, электрическое, магнитное и другие поля при решении многих физических задач принято считать непрерывными. Однако в квантовой теории поля предполагается, что физические поля дискретны.

Для одних и тех же видов материи характерна и непрерывность, и дискретность. Для классического описания природных явлений и свойств материальных объектов достаточно учитывать непрерывные свойства материи, а для характеристики различных микропроцессов - ее дискретные свойства. Непрерывность и дискретность - неотъемлемые свойства материи.

В основе всех естественнонаучных дисциплин лежит понятие материи, законы движения и изменения которой изучаются.

Неотъемлемым атрибутом материи является ее движение, как форма существования материи, ее важнейший атрибут. Движение в самом общем виде - это всякое изменение вообще. Движение материи абсолютно, тогда как всякий покой относителен.

Современные ученые - физики опpовеpгли представление о пpостpанстве как о пустоте, и о времени, как о едином для Вселенной.

Благодаря своей теории относительности Эйнштейн показал, что время и пpостpанство существуют не сами по себе, а находятся в тесной взаимосвязи, теряя свою самостоятельность и выступая при этом как стороны единого целого.

Весь опыт человечества, в том числе данные научных исследований, говорит о том, что нет вечных предметов, процессов и явлений. Даже небесные тела, существующие миллиарды лет, имеют начало и конец, возникают и гибнут. Ведь, погибая или pазpушаясь, предметы не исчезают бесследно, а пpевpащаются в другие предметы и явления. Цитата из идей Бердяева подтверждает это: ". Но для философии, существовавшее время, прежде всего, а затем и пpостpанство, есть порождение событий, актов в глубине бытия, до всякой объективности. Первичный акт не предполагает ни времени, ни пpостpанства, он порождает время и пpостpанство". Материя вечна, несотвоpима и неуничтожима. Она существовала всегда и везде, всегда и везде будет существовать.

1. Большаков А.В., Грехнев В.С., Добрынина В.И. Основы философских знаний. - М.: Общество “Знание" России, 1997.

2. Карпенков С.Х. Современное естествознание. - М.: Академический проект, 2003.

3. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. - М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.

4. Концепции современного естествознания. - СПб.: Питер, 2008.

5. Концепции современного естествознания / Под ред. В.Н. Лавриненко. - М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.

6. Современное естествознание: Энциклопедия: В 10 т. - М.: Издательский дом МАГИСТР-ПРЕСС, 2000. - Т.1. - Физическая химия.

7. Философское понимание мира / Под ред. В.В. Терентьева. - М.: МИИТ, 1994.

В презентации представлен материал о методах биологии, основных свойствах живых организмов, формах существования живой материи, предложены задания на закрепление новых знаний.

Формы существования живой материи. Основные свойства живого

Автор: Дъячук Л.В.

Биология – наука о жизни

Биология – наука, изучающая свойства живых систем.

Объектом науки – биологии является жизнь во всех ее проявлениях и формах, а также на разных уровнях.
Биология тесно связана с другими науками – химией, физикой, экологией, географией.
Биология делится на множество частных наук, изучающих различные биологические объекты: биология растений и животных, физиология растений, морфология, генетика, систематика, селекция, микология, гельминтология и множество других наук.

Эксперимент (опыт) – метод, с помощью которого проверяют результаты наблюдений, выдвинутые предположения –гипотезы.

Проблема – вопрос, задача, требующие решения. Решение проблемы ведет к получению нового знания. Научная проблема всегда скрывает какое-то противоречие между известным и неизвестным.
Гипотеза – предположение, предварительное решение поставленной проблемы. Выдвигая гипотезы, исследователь ищет взаимосвязи между фактами, явлениями, процессами.
Теория – это обобщение основных идей в какой-либо научной области знания.

Основные признаки живых организмов

2. Обмен веществ

Совокупность реакций поступления веществ, усвоение питательных веществ и выведение наружу продуктов жизнедеятельности.

Основные признаки живых организмов

3. Самовоспроизведение

Это одно из основных свойств живых организмов. Размножение – это способность воспроизводить себе подобных.

Основополагающим элементом изучения подавляющего количества естественных наук является материя. В этой статье мы рассмотрим понятие, виды материи, формы её движения и свойства.

Что такое материя?

На протяжении многих веков понятие материи менялось и совершенствовалось. Так, древнегреческий философ Платон видел её как субстрат вещей, который противостоит их идее. Аристотель же говорил, что это нечто вечное, что не может быть ни сотворено, ни уничтожено. Позже философы Демокрит и Левкипп дали определение материи как некой основополагающей субстанции, из которой состоят все тела в нашем мире и во Вселенной.

Современное понятие материи дал В. И. Ленин, согласно которому она является самостоятельной и независимой объективной категорией, выражаемой человеческим восприятием, ощущениями, она также может быть скопирована и сфотографирована.

Атрибуты материи

Главными характеристиками материи являются три признака:

Пространство.
Время.
Движение.

Первые два отличаются метрологическими свойствами, то есть их можно количественно измерить специальными приборами. Пространство измеряется в метрах и его производных величинах, а время в часах, минутах, секундах, а также в сутках, месяцах, годах и т. д. У времени есть также другое, не менее важное свойство – необратимость. Нельзя вернуться на какую-либо исходную временную точку, вектор времени всегда имеет одностороннюю направленность и движется от прошлого к будущему. В отличие от времени, пространство - более сложное понятие и имеет трёхмерное измерение (высота, длина, ширина). Таким образом, все виды материи могут передвигаться в пространстве за определённый промежуток времени.

Формы движения материи

Всё, что нас окружает, передвигается в пространстве и взаимодействует друг с другом. Движение происходит непрерывно и является главным свойством, которым обладают все виды материи. Между тем этот процесс может протекать не только при взаимодействии нескольких объектов, но и внутри самого вещества, обуславливая его видоизменения. Различают следующие формы движения материи:

Механическая – это перемещение предметов в пространстве (падение яблока с ветки, бег зайца).

Физическая – возникает, когда тело изменяет свои характеристики (например, агрегатное состояние). Примеры: тает снег, испаряется вода и т. д.
Химическая – видоизменение химического состава вещества (коррозия металла, окисление глюкозы)
Биологическая – имеет место в живых организмах и характеризует вегетативный рост, обмен веществ, размножение и др.

Социальная форма – процессы социального взаимодействия: общение, проведение собраний, выборов и т. д.
Геологическая – характеризует движения материи в земной коре и недрах планеты: ядре, мантии.

Все вышеназванные формы материи взаимосвязаны, взаимодополняют и взаимозаменяют друг друга. Они не могут существовать самостоятельно и не являются самодостаточными.

Свойства материи

Древняя и современная наука приписывали материи множество свойств. Самое распространённое и очевидное – это движение, однако имеются и другие универсальные свойства:

Она несотворима и неуничтожима. Это свойство означает, что любое тело или вещество какое-то время существует, развивается, перестаёт существовать как исходный объект, однако материя не прекращает своего существования, а просто превращается в другие формы.
Она вечна и бесконечна в пространстве.
Постоянное движение, преобразование, видоизменение.
Предопределённость, зависимость от порождающих факторов и причин. Данное свойство является своего рода объяснением происхождения материи как следствия определённых явлений.

Основные виды материи

Современные ученые выделяют три фундаментальных вида материи:

Вещество, обладающее определённой массой в состоянии покоя, представляет собой наиболее распространённый вид. Оно может состоять из частиц, молекул, атомов, а также их соединений, которые образуют физическое тело.
Физическое поле - это особая материальная субстанция, которая призвана обеспечивать взаимодействие объектов (веществ).
Физический вакуум - является материальной средой с наименьшим уровнем энергии.

Далее более подробно остановимся на каждом из видов.

Вещество

Вещество – вид материи, главным свойством которого является дискретность, то есть прерывистость, ограниченность. В его структуру входят мельчайшие частицы в виде протонов, электронов и нейтронов, из которых состоит атом. Атомы соединяются в молекулы, формируя вещество, которое, в свою очередь, образует физическое тело или текучую субстанцию.

Любое вещество обладает рядом индивидуальных характеристик, отличающих его от других: масса, плотность, температура кипения и плавления, структура кристаллической решётки. При определённых условиях разные вещества можно соединять и смешивать. В природе они встречаются в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. При этом конкретное агрегатное состояние лишь соответствует условиям содержания вещества и интенсивности молекулярного взаимодействия, но не является его индивидуальной характеристикой. Так, вода при разных температурах может принимать и жидкую, и твёрдую, и газообразную форму.

Физическое поле

Виды физической материи включают и такую компоненту, как физическое поле. Оно представляет собой некую систему, в которой материальные тела взаимодействуют. Поле является не самостоятельным объектом, а, скорее, носителем специфичных свойств образовавших его частиц. Таким образом, импульс, высвобожденный от одной частицы, но не поглощённый другой, является принадлежностью поля.

Физические поля – это реальные неосязаемые формы материи, обладающие свойством непрерывности. Их можно классифицировать по различным критериям:

В зависимости от полеобразующего заряда выделяют: электрическое, магнитное и гравитационное поля.
По характеру движения зарядов: динамическое поле, статистическое (содержит неподвижные относительно друг друга заряженные частицы).
По физической природе: макро- и микрополя (создаются движением отдельных заряженных частиц).
В зависимости от среды существования: внешнее (которое окружает заряженные частицы), внутреннее (поле внутри вещества), истинное (суммарное значение внешнего и внутреннего полей).

Физический вакуум

В XX веке в физике как компромисс между материалистами и идеалистами для объяснения некоторых явлений появился термин "физический вакуум". Первые приписывали ему материальные свойства, а вторые утверждали, что вакуум - это не что иное, как пустота. Современная физика опровергла суждения идеалистов и доказала, что вакуум – это материальная среда, также получившая название квантового поля. Число частиц в нём приравнивается к нулю, что, однако, не препятствует кратковременному возникновению частиц в промежуточных фазах. В квантовой теории уровень энергии физического вакуума условно принимается за минимальный, то есть равный нулю. Однако экспериментально доказано, что энергетическое поле может принимать как отрицательные, так и положительные заряды. Существует гипотеза, что Вселенная возникла именно в условиях возбуждённого физического вакуума.

До сих пор не до конца изучена структура физического вакуума, хотя и известны многие его свойства. Согласно дырочной теории Дирака, квантовое поле состоит из движущихся квантов с одинаковыми зарядами, неясным остаётся состав самих квантов, скопления которых перемещаются в виде волновых потоков.

Читайте также: