Особенности систем природы

«В самом общем виде материя представляет собой бесконечное множество всех сосуществующих в мире объектов и систем, совокупность их свойств, связей, отношений и форм движения. При этом она включает в себя не только все непосредственно наблюдаемые объекты и тела природы, но и все то, что не дано нам в ощущениях. Весь окружающий нас мир — движущаяся материя в ее бесконечно разнообразных формах и проявлениях, со всеми свойствами, связями и отношениями»^[1].

В соответствии с проблематикой нашего учебного курса целесообразно выделить два типа систем: системы живой и неживой природы. Они принципиально отличаются друг от друга с точки зрения эмерджентных качеств: при всей сложности систем неживой природы в них отсутствует главное системное качество живых систем — жизнь. При этом, как будет показано в последующих главах, жизнь представляет собой системное качество биологических систем, порожденное взаимосвязью всех элементов и подсистем. Само определение жизни, принятое в современной биологии, фактически представляет собой перечень эмерджентных (системных) качеств, присущих биологическим системам. Различаются и элементы таких систем. Если в качестве элементов организации неживых систем могут рассматриваться атомы и составляющие их частицы, то наименьшей «клеточкой», в которой еще проявляются свойства живого, выступают биологические молекулы, в частности белки и молекулы ДНК и РНК.

Принципиальное сходство таких систем проявляется в их иерархическом строении, сформированном за счет горизонтальных связей, определяющих свойства конкретных подсистем, а также вертикальных связей, обеспечивающих взаимодействие подсистемы с системой более высокого уровня. Так, целостная система организма млекопитающих состоит из ряда подсистем: нервной, пищеварительной, кровеносной и др. Каждая может быть рассмотрена в качестве относительно автономной системы, включающей подсистемы низшего уровня, а именно — конкретные органы, состоящие, в свою очередь, из тканей и т. д. В результате каждый уровень организации, хотя и обладает известной степенью автономности, но оказывается подчиненным более высокому уровню организации живого организма. Особыми системными свойствами обладают надорганизменные системы: популяции, ценозы, биосфера в целом.

Иерархичность свойственна и неживым системам. В качестве уровней такой иерархической организации могут быть выделены микрообъекты: элементарные частицы, атомы, молекулы; макротела; планетные и звездные системы, галактики, Космос в целом.

Однако и в отношении иерархичности следует сделать существенное замечание. Для неживой материи в качестве наибольшего системного уровня выступает Космос, Вселенная, Метагалактика. Применительно к живой материи таким уровнем выступает биосфера Земли. По крайней мере, на нынешнем уровне развития науки живых систем за пределами нашей планеты пока не обнаружено.

Впрочем, и по отношению к неживой природе науки известны далеко не все ее системные уровни. Так, вряд ли справедливо утверждать, что метагалактика — предельный уровень системной организации Вселенной: это уровень, известный сегодняшнему естествознанию, и никто не может сказать, какие новые уровни системной организации природы откроются естествознанию завтрашнего дня.

Так, по современным представлениям, лишь около 4,4% массы Вселенной составляет привычная нам барионная материя, а около 23% приходится на скрытую массу («темную материю»), которая недоступна для прямого наблюдения, но может быть зафиксирована лишь в гравитационных эффектах. На «темную энергию» приходятся остальные 72,6% массы Вселенной^[2].

Важный критерий вычленения природных систем — их размеры в соотношении с размерами человека. При таком подходе выделяют природные системы микро-, макрои мегамира.

Микромир — мир настолько малых объектов, что они недоступны непосредственному восприятию человеком. Размеры таких объектов исчисляются от 10^-8 до 10^{_ 16} см, а время жизни — от бесконечности до 10~²⁴ с. К объектам микромира относят кванты полей, элементарные частицы, атомы и молекулы.

Макромир — мир объектов, масштабы которых соизмеримы с масштабами человека. Привычные человеку объекты макромира измеряются в миллиметрах, сантиметрах, метрах и километрах, а время исчисляется в секундах, минутах, часах, днях и годах. В масштабах этого мира проходит повседневная жизнь человека, к восприятию объектов этого мира адаптированы органы чувств человека. К макросистемам относят: большие молекулы (чаще всего — молекулы полимеров, макромолекулы); макрообъекты неживой природы, образованные веществами, находящимися в различных агрегатных состояниях, живые организмы; человека и материальные результаты его деятельности.

Мегамир представляет собой космическую систему огромных пространственных размеров и скоростей. Основные единицы длины в мегамире — астрономическая единица — радиус орбиты Земли (1 а.е. = 149,6 млн км = = 8,3 световых минут; время, за которое свет проходит от Солнца до Земли); световой год =10 трлн км — расстояние, на преодоление которого свету трсбуется один земной год, парсек (параллакс в секунду; 1 пк = 30 трлн км = = 3,26 световых года) — расстояние, с которого радиус земной орбиты виден под углом 1 угловой секунды. Время существования объектов мегамира — миллионы и миллиарды лет. Мегасистемы включают звезды, галактики и их скопления.

На каждом из этих уровней действуют свои специфические системные качества, несводимые друг к другу.

По мнению ряда исследователей, для неживой природы критерием системной организации выступают энергетические характеристики. Если энергия связи между объектами некоторого множества превышает суммарную кинетическую энергию в совокупности с энергией внешних воздействий, направленных на разрушение этого множества, то в таком случае исследуемое множество выступает как целостная система.

Внутренняя энергия связей в системе существенно зависит от специфики действующих сил. Так, при переходе от физических систем мегамира к макроскопическим телам, а от них — к объектам микромира: молекулам, атомам, микрочастицам — к гравитационным силам добавляются электромагнитные силы, которые в 10³⁷ раз превышают гравитационные. В границах ядерных систем (при взаимодействии нуклонов: протонов и нейтронов) появляется сильное взаимодействие, благодаря которому нуклоны удерживаются в ядре. Эго взаимодействие более чем в 100 раз превышает силу электромагнитного взаимодействия.

Для систем живой природы, а тем более для человеческого общества критерии системности оказываются гораздо более сложными (см. рис. 4.1 в Практикуме к главе).

• [1] Садохии А. П. Концепции современного естествознания. М.: IOI1ИТИ-ДАНА, 2006. С. 96.
• [2] Ксанфомалити Л. В. Новая Вселенная: темная материя, темная энергия, темныеэпохи // Историко-астрономические исследования / отв. ред. Г. М. Идлис. М.: Паука, 2007.Вып. 32. С. 21−47.