Ilmu-ilmu alam, setelah memulai studi tentang dunia material dengan objek material paling sederhana yang secara langsung dirasakan oleh manusia, melanjutkan studi lebih lanjut ke objek yang paling kompleks dari struktur materi yang dalam, yang melampaui batas persepsi manusia dan tidak dapat dibandingkan. dengan objek pengalaman sehari-hari. Menerapkan pendekatan sistematis, ilmu alam tidak hanya memilih jenis sistem material, tetapi mengungkapkan hubungan dan korelasinya.

Dalam sains, tiga tingkat struktur materi dibedakan:

Dunia mikro (partikel dasar, inti, atom, molekul) adalah dunia objek mikro yang sangat kecil, tidak dapat diamati secara langsung, keragaman spasialnya dihitung dari sepuluh pangkat delapan hingga sepuluh pangkat enam belas minus cm, dan masa pakainya dari tak terhingga hingga sepuluh hingga minus dua puluh empat detik daya.

Macroworld (makromolekul, organisme hidup, manusia, objek teknis, dll.) - dunia objek makro, dimensi yang sebanding dengan skala pengalaman manusia: kuantitas spasial dinyatakan dalam milimeter, sentimeter dan kilometer, dan waktu - dalam detik , menit, jam, tahun.

Megaworld (planet, bintang, galaksi) adalah dunia dengan skala dan kecepatan kosmik yang sangat besar, jarak yang diukur dalam tahun cahaya, dan waktu keberadaan benda luar angkasa adalah jutaan dan miliaran tahun.

Dan meskipun level-level ini memiliki hukum spesifiknya sendiri, dunia mikro, makro, dan mega saling berhubungan erat. Konstanta dunia fundamental menentukan skala struktur hierarkis materi dunia kita. Jelas, perubahan mereka yang relatif kecil akan mengarah pada pembentukan dunia yang berbeda secara kualitatif, di mana pembentukan mikro, makro, dan megastruktur yang ada saat ini dan, secara umum, bentuk materi hidup yang sangat terorganisir menjadi tidak mungkin. Makna dan hubungan tertentu mereka di antara mereka, pada dasarnya, memastikan stabilitas struktural Alam Semesta kita. Oleh karena itu, masalah konstanta dunia yang tampaknya abstrak memiliki makna ideologis global.

Urusan

Materi adalah himpunan tak terbatas dari semua objek dan sistem yang ada di dunia, substrat dari setiap properti, koneksi, hubungan, dan bentuk gerak. Materi tidak hanya mencakup semua benda dan benda alam yang dapat diamati secara langsung, tetapi juga semua benda yang, pada prinsipnya, dapat diketahui di masa depan berdasarkan peningkatan sarana pengamatan dan eksperimen. Gagasan tentang struktur dunia material didasarkan pada pendekatan sistematis, yang menurutnya setiap objek dunia material, apakah itu atom, planet, organisme, atau galaksi, dapat dianggap sebagai formasi kompleks yang mencakup komponen yang terorganisir dalam integritas. Untuk menunjukkan integritas objek dalam sains, konsep sistem dikembangkan.

Materi sebagai realitas objektif tidak hanya mencakup materi dalam empat keadaan agregasinya (padat, cair, gas, plasma), tetapi juga medan fisik (elektromagnetik, gravitasi, nuklir, dll.), serta sifat, hubungan, interaksi produk. . Ini juga termasuk antimateri (satu set antipartikel: positron, atau antielektron, antiproton, antineutron), baru-baru ini ditemukan oleh sains. Antimateri sama sekali bukan antimateri. Tidak mungkin ada antimateri sama sekali. Gerak dan materi secara organik dan tak terpisahkan terhubung satu sama lain: tidak ada gerak tanpa materi, sama seperti tidak ada materi tanpa gerak. Dengan kata lain, tidak ada hal, properti, dan hubungan yang tidak dapat diubah di dunia. Beberapa bentuk atau tipe digantikan oleh yang lain, diteruskan ke yang lain - gerakannya konstan. Kedamaian adalah momen yang menghilang secara dialektis dalam proses perubahan yang berkelanjutan, menjadi. Kedamaian mutlak sama saja dengan kematian, atau lebih tepatnya, tidak ada. Baik gerakan maupun istirahat ditetapkan dengan pasti hanya dalam kaitannya dengan beberapa kerangka acuan.

Materi yang bergerak ada dalam dua bentuk dasar - dalam ruang dan waktu. Konsep ruang berfungsi untuk mengekspresikan properti ekstensi dan urutan koeksistensi sistem material dan keadaannya. Itu objektif, universal dan perlu. Konsep waktu menetapkan durasi dan urutan perubahan dalam keadaan sistem material. Waktu adalah objektif, tak terelakkan, dan tidak dapat diubah.

Pendiri pandangan materi terdiri dari partikel diskrit adalah Democritus. Democritus menolak pembagian materi yang tak terbatas. Atom berbeda satu sama lain hanya dalam bentuk, urutan suksesi timbal balik, dan posisinya dalam ruang kosong, serta dalam ukuran dan gravitasi tergantung pada ukurannya. Mereka memiliki variasi bentuk yang tak terbatas dengan depresi atau tonjolan. Dalam sains modern, ada banyak perdebatan tentang apakah atom Democritus adalah benda fisik atau geometris, tetapi Democritus sendiri belum mencapai perbedaan antara fisika dan geometri. Dari atom-atom ini, bergerak ke arah yang berbeda, dari "angin puyuh" mereka, karena kebutuhan alami, dengan pendekatan atom-atom yang serupa, baik seluruh tubuh yang terpisah maupun seluruh dunia terbentuk; pergerakan atom adalah abadi, dan jumlah dunia yang muncul tidak terbatas. Dunia realitas objektif yang dapat diakses manusia terus berkembang. Bentuk konseptual dari ekspresi gagasan tingkat struktural materi beragam. Ilmu pengetahuan modern mengidentifikasi tiga tingkat struktural di dunia.

Tingkat struktural organisasi materi

Dunia mikro adalah molekul, atom, partikel elementer - dunia objek mikro yang sangat kecil, tidak dapat diamati secara langsung, keragaman spasialnya dihitung dari 10-8 hingga 10-16 cm, dan masa pakainya dari tak terhingga hingga 10-24 s. Makrokosmos adalah dunia bentuk dan nilai stabil yang sepadan dengan seseorang, serta kompleks kristal molekul, organisme, komunitas organisme; dunia objek makro, yang dimensinya sebanding dengan skala pengalaman manusia: kuantitas spasial dinyatakan dalam milimeter, sentimeter, dan kilometer, dan waktu - dalam detik, menit, jam, tahun.

Megaworld adalah planet, kompleks bintang, galaksi, metagalaxies - dunia skala dan kecepatan kosmik yang sangat besar, jarak yang diukur dalam tahun cahaya, dan waktu keberadaan benda luar angkasa adalah jutaan dan miliaran tahun.

Dan meskipun level-level ini memiliki hukum spesifiknya sendiri, dunia mikro, makro, dan mega saling berhubungan erat.

Jelas bahwa batas-batas dunia mikro dan makro bersifat mobile, dan tidak ada dunia mikro yang terpisah dan dunia makro yang terpisah. Secara alami, objek makro dan objek mega dibangun dari objek mikro, dan fenomena mikro mendasari fenomena makro dan mega. Hal ini terlihat jelas dalam contoh konstruksi Alam Semesta dari partikel-partikel elementer yang berinteraksi dalam kerangka mikrofisika kosmik. Faktanya, kita harus memahami bahwa kita hanya berbicara tentang tingkat pertimbangan materi yang berbeda. Objek berukuran mikro, makro, dan mega berkorelasi satu sama lain sebagai makro/mikro - mega/makro.

Dalam fisika klasik, tidak ada kriteria objektif untuk membedakan objek makro dari objek mikro. Perbedaan ini diperkenalkan oleh M. Planck: jika untuk objek yang dipertimbangkan dampak minimumnya dapat diabaikan, maka ini adalah objek makro, jika tidak, ini adalah objek mikro. Inti atom terbentuk dari proton dan neutron. Atom bergabung menjadi molekul. Jika kita bergerak lebih jauh di sepanjang skala ukuran tubuh, maka tubuh makro biasa, planet dan sistemnya, bintang, kelompok galaksi dan metagalaksi mengikuti, yaitu, orang dapat membayangkan transisi dari mikro, makro, dan mega-keduanya. dalam ukuran dan model proses fisik.

dunia mikro

Democritus di zaman kuno mengajukan hipotesis Atomistik tentang struktur materi, kemudian, pada abad XVIII. dihidupkan kembali oleh ahli kimia J. Dalton, yang mengambil berat atom hidrogen sebagai satu unit dan membandingkan berat atom gas lain dengan itu. Berkat karya J. Dalton, sifat fisikokimia atom mulai dipelajari. Pada abad ke-19, D.I. Mendeleev membangun sistem unsur kimia berdasarkan berat atomnya. Sejarah studi struktur atom dimulai pada tahun 1895 berkat penemuan elektron oleh J. Thomson - partikel bermuatan negatif yang merupakan bagian dari semua atom. Karena elektron memiliki muatan negatif, dan atom secara keseluruhan bersifat netral, diasumsikan bahwa selain elektron, ada juga partikel bermuatan positif. Massa elektron dihitung menjadi 1/1836 massa partikel bermuatan positif.

Inti memiliki muatan positif, dan elektron memiliki muatan negatif. Alih-alih gaya gravitasi yang bekerja di tata surya, gaya listrik bekerja di atom. Muatan listrik inti atom, secara numerik sama dengan nomor seri dalam sistem periodik Mendeleev, diseimbangkan dengan jumlah muatan elektron - atom netral secara listrik. Kedua model ini terbukti kontradiktif.

Pada tahun 1913, fisikawan besar Denmark N. Bohr menerapkan prinsip kuantisasi dalam memecahkan masalah struktur atom dan karakteristik spektrum atom. Model atom N. Bohr didasarkan pada model planet E. Rutherford dan teori kuantum struktur atom yang dikembangkan olehnya. N. Bohr mengajukan hipotesis tentang struktur atom, berdasarkan dua postulat yang sama sekali tidak sesuai dengan fisika klasik:

1) di setiap atom ada beberapa keadaan stasioner (dalam bahasa model planet, beberapa orbit stasioner) elektron, bergerak di mana elektron dapat eksis tanpa memancar;

2) selama transisi elektron dari satu keadaan diam ke keadaan diam lainnya, atom memancarkan atau menyerap sebagian energi.

Pada akhirnya, pada dasarnya tidak mungkin untuk secara akurat menggambarkan struktur atom berdasarkan gagasan orbit elektron titik, karena orbit seperti itu sebenarnya tidak ada. Teori N. Bohr seolah-olah mewakili garis batas tahap pertama dalam perkembangan fisika modern. Ini adalah upaya terbaru untuk menggambarkan struktur atom berdasarkan fisika klasik, melengkapinya dengan hanya sejumlah kecil asumsi baru.

Tampaknya postulat N. Bohr mencerminkan beberapa sifat materi baru yang tidak diketahui, tetapi hanya sebagian. Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini diperoleh sebagai hasil dari perkembangan mekanika kuantum. Ternyata model atom N. Bohr tidak harus dipahami secara harfiah, seperti pada awalnya. Proses-proses dalam atom, pada prinsipnya, tidak dapat divisualisasikan dalam bentuk model mekanis dengan analogi dengan peristiwa-peristiwa dalam makrokosmos. Bahkan konsep ruang dan waktu dalam bentuk yang ada di makrokosmos ternyata tidak cocok untuk menggambarkan fenomena mikrofisika. Atom fisikawan teoretis menjadi lebih dan lebih merupakan jumlah persamaan yang tidak dapat diamati secara abstrak.

dunia makro

Dalam sejarah studi tentang alam, dua tahap dapat dibedakan: pra-ilmiah dan ilmiah. Pra-ilmiah, atau filsafat alam, mencakup periode dari zaman kuno hingga pembentukan ilmu alam eksperimental pada abad ke-16-17. Fenomena alam yang diamati dijelaskan atas dasar prinsip filosofis spekulatif. Yang paling signifikan untuk perkembangan ilmu alam selanjutnya adalah konsep struktur diskrit atomisme materi, yang menurutnya semua benda terdiri dari atom - partikel terkecil di dunia.

Dengan terbentuknya mekanika klasik, tahap ilmiah studi tentang alam dimulai. Karena ide-ide ilmiah modern tentang tingkat struktural organisasi materi dikembangkan selama pemikiran ulang kritis ide-ide sains klasik, yang hanya berlaku untuk objek pada tingkat makro, kita harus mulai dengan konsep fisika klasik.

Pembentukan pandangan ilmiah tentang struktur materi dimulai pada abad ke-16, ketika G. Galileo meletakkan dasar untuk gambaran fisik pertama dunia dalam sejarah sains - gambaran mekanis. Dia menemukan hukum inersia, dan mengembangkan metodologi untuk cara baru menggambarkan alam - ilmiah dan teoretis. Esensinya adalah bahwa hanya beberapa karakteristik fisik dan geometris yang dibedakan, yang menjadi subjek penelitian ilmiah.

I. Newton, dengan mengandalkan karya Galileo, mengembangkan teori mekanika ilmiah yang ketat, yang menjelaskan baik pergerakan benda langit maupun pergerakan objek terestrial dengan hukum yang sama. Alam dipandang sebagai sistem mekanis yang kompleks. Dalam kerangka gambaran mekanis dunia yang dikembangkan oleh I. Newton dan para pengikutnya, model realitas diskrit (selular) telah berkembang. Materi dianggap sebagai zat material, yang terdiri dari partikel individu - atom atau sel darah. Atom benar-benar kuat, tidak dapat dibagi, tidak dapat ditembus, ditandai dengan adanya massa dan berat.

Karakteristik penting dari dunia Newtonian adalah ruang tiga dimensi geometri Euclidean, yang benar-benar konstan dan selalu diam. Waktu disajikan sebagai kuantitas yang tidak bergantung pada ruang atau materi. Gerakan dianggap sebagai gerakan di ruang angkasa sepanjang lintasan kontinu sesuai dengan hukum mekanika. Hasil dari gambaran Newton tentang dunia adalah gambaran Alam Semesta sebagai mekanisme raksasa dan sepenuhnya deterministik, di mana peristiwa dan proses merupakan rantai sebab dan akibat yang saling bergantung.

Pendekatan mekanistik terhadap deskripsi alam ternyata membuahkan hasil yang luar biasa. Mengikuti mekanika Newton, hidrodinamika, teori elastisitas, teori mekanika panas, teori kinetik-molekuler, dan sejumlah teori lainnya diciptakan, sejalan dengan itu fisika mencapai kesuksesan luar biasa. Namun, ada dua bidang - fenomena optik dan elektromagnetik - yang tidak dapat dijelaskan sepenuhnya dalam kerangka gambaran mekanistik dunia.

Seiring dengan teori sel darah mekanik, upaya dilakukan untuk menjelaskan fenomena optik dengan cara yang berbeda secara fundamental, yaitu berdasarkan teori gelombang. Teori gelombang menetapkan analogi antara perambatan cahaya dan pergerakan gelombang di permukaan air atau gelombang suara di udara. Ini mengasumsikan adanya media elastis yang mengisi seluruh ruang - eter bercahaya. Berdasarkan teori gelombang X. Huygens berhasil menjelaskan pemantulan dan pembiasan cahaya.

Bidang fisika lain di mana model mekanik terbukti tidak memadai adalah bidang fenomena elektromagnetik. Eksperimen naturalis Inggris M. Faraday dan karya teoretis fisikawan Inggris J. K. Maxwell sepenuhnya menghancurkan gagasan fisika Newton tentang materi diskrit sebagai satu-satunya jenis materi dan meletakkan dasar bagi gambaran elektromagnetik dunia. Fenomena elektromagnetisme ditemukan oleh naturalis Denmark H.K. Oersted, yang pertama kali memperhatikan efek magnetik dari arus listrik. Melanjutkan penelitian ke arah ini, M. Faraday menemukan bahwa perubahan sementara dalam medan magnet menciptakan arus listrik.

M. Faraday sampai pada kesimpulan bahwa doktrin listrik dan optik saling berhubungan dan membentuk satu area. Maxwell "menerjemahkan" model garis medan Faraday ke dalam rumus matematika. Konsep "medan gaya" pada awalnya dibentuk sebagai konsep matematika bantu. J.K. Maxwell memberinya makna fisik dan mulai menganggap medan sebagai realitas fisik independen: "Medan elektromagnetik adalah bagian dari ruang yang berisi dan mengelilingi benda-benda yang berada dalam keadaan listrik atau magnet"

Berdasarkan penelitiannya, Maxwell mampu menyimpulkan bahwa gelombang cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Esensi tunggal cahaya dan listrik, yang diusulkan M. Faraday pada tahun 1845, dan J.K. Maxwell secara teoritis dibuktikan pada tahun 1862, secara eksperimental dikonfirmasi oleh fisikawan Jerman G. Hertz pada tahun 1888. Setelah eksperimen G. Hertz dalam fisika, konsep medan akhirnya ditetapkan bukan sebagai konstruksi matematika tambahan, tetapi sebagai fisik yang ada secara objektif. realitas. Jenis materi yang unik dan baru secara kualitatif ditemukan. Jadi, pada akhir abad XIX. fisika sampai pada kesimpulan bahwa materi ada dalam dua bentuk: materi diskrit dan medan kontinu. Sebagai hasil dari penemuan-penemuan revolusioner berikutnya dalam fisika pada akhir abad terakhir dan awal abad ini, ide-ide fisika klasik tentang materi dan medan sebagai dua jenis materi yang unik secara kualitatif dihancurkan.

dunia mega

Megaworld atau ruang angkasa, menurut ilmu pengetahuan modern, sebagai sistem yang berinteraksi dan berkembang dari semua benda langit. Semua galaksi yang ada termasuk dalam sistem orde tertinggi - Metagalaxy. Dimensi Metagalaxy sangat besar: jari-jari cakrawala kosmologis adalah 15 - 20 miliar tahun cahaya. Konsep "Alam Semesta" dan "Metagalaxy" adalah konsep yang sangat dekat: mereka mencirikan objek yang sama, tetapi dalam aspek yang berbeda. Konsep "Alam Semesta" menunjukkan seluruh dunia material yang ada; konsep "Metagalaksi" - dunia yang sama, tetapi dari sudut pandang strukturnya - sebagai sistem galaksi yang teratur. Struktur dan evolusi alam semesta dipelajari oleh kosmologi. Kosmologi, sebagai salah satu cabang ilmu alam, terletak pada titik temu antara sains, agama, dan filsafat. Model kosmologis Semesta didasarkan pada prasyarat ideologis tertentu, dan model-model ini sendiri memiliki makna ideologis yang besar.

Dalam sains klasik, ada apa yang disebut teori keadaan tunak alam semesta, yang menurutnya alam semesta selalu hampir sama seperti sekarang. Astronomi itu statis: pergerakan planet dan komet dipelajari, bintang-bintang dijelaskan, klasifikasinya dibuat, yang, tentu saja, sangat penting. Tetapi pertanyaan tentang evolusi alam semesta tidak diangkat. Model kosmologis modern Semesta didasarkan pada teori relativitas umum A. Einstein, yang menurutnya metrik ruang dan waktu ditentukan oleh distribusi massa gravitasi di Semesta. Sifatnya secara keseluruhan ditentukan oleh kepadatan rata-rata materi dan faktor fisik spesifik lainnya.

Persamaan gravitasi Einstein tidak hanya memiliki satu, tetapi banyak solusi, yang merupakan alasan keberadaan banyak model kosmologis Alam Semesta. Model pertama dikembangkan oleh A. Einstein sendiri pada tahun 1917. Dia menolak postulat kosmologi Newton tentang kemutlakan dan ketidakterbatasan ruang dan waktu. Sesuai dengan model kosmologis A. Einstein tentang Semesta, ruang dunia adalah homogen dan isotropik, materi didistribusikan secara merata di dalamnya, gaya tarik gravitasi massa dikompensasi oleh tolakan kosmologis universal. Waktu keberadaan Semesta tidak terbatas, yaitu. tidak memiliki awal atau akhir, dan ruang tidak terbatas, tetapi terbatas.

Alam semesta dalam model kosmologis A. Einstein adalah stasioner, tak terbatas dalam waktu dan tak terbatas dalam ruang. Pada tahun 1922 Ahli matematika dan geofisika Rusia A. A Fridman menolak postulat kosmologi klasik tentang stasioneritas Alam Semesta dan memperoleh solusi untuk persamaan Einstein yang menggambarkan Alam Semesta dengan ruang "memperluas". Karena kerapatan rata-rata materi di Semesta tidak diketahui, hari ini kita tidak tahu di ruang mana dari Semesta ini kita tinggal.

Pada tahun 1927, kepala biara dan ilmuwan Belgia J. Lemaitre menghubungkan "perluasan" ruang angkasa dengan data pengamatan astronomi. Lemaitre memperkenalkan konsep awal Semesta sebagai singularitas (yaitu keadaan superpadat) dan kelahiran Semesta sebagai Big Bang. Perluasan alam semesta dianggap sebagai fakta yang ditetapkan secara ilmiah. Menurut perhitungan teoretis J. Lemaitre, jari-jari Alam Semesta pada keadaan awal adalah 10-12 cm, yang ukurannya mendekati jari-jari elektron, dan kerapatannya adalah 1096 g/cm 3 . Dalam keadaan tunggal, Semesta adalah objek mikro dengan ukuran yang sangat kecil. Dari keadaan tunggal awal, Semesta pindah ke ekspansi sebagai akibat dari Big Bang.

Perhitungan retrospektif menentukan usia Alam Semesta pada 13-20 miliar tahun. Dalam kosmologi modern, untuk kejelasan, tahap awal evolusi Alam Semesta dibagi menjadi "era".

Era hadron. Partikel berat masuk ke dalam interaksi yang kuat.

Era lepton. Partikel cahaya masuk ke dalam interaksi elektromagnetik.

zaman foton. Durasi 1 juta tahun. Sebagian besar massa - energi alam semesta - jatuh pada foton.

zaman bintang. Itu datang 1 juta tahun setelah kelahiran alam semesta. Di era bintang, proses pembentukan protobintang dan protogalaksi dimulai. Kemudian gambaran megah tentang pembentukan struktur Metagalaxy terungkap.

Dalam kosmologi modern, bersama dengan hipotesis Big Bang, model inflasi Alam Semesta, yang mempertimbangkan penciptaan Alam Semesta, sangat populer. Pendukung model inflasi melihat korespondensi antara tahap evolusi kosmik dan tahap penciptaan dunia, dijelaskan dalam kitab Kejadian dalam Alkitab. Sesuai dengan hipotesis inflasi, evolusi kosmik di alam semesta awal melewati serangkaian tahapan.

tahap inflasi. Sebagai hasil dari lompatan kuantum, Semesta beralih ke keadaan vakum tereksitasi dan, tanpa adanya materi dan radiasi di dalamnya, berkembang secara intensif sesuai dengan hukum eksponensial. Selama periode ini, ruang dan waktu Semesta diciptakan. Semesta membengkak dari ukuran kuantum kecil yang tak terbayangkan 10-33 menjadi 101.000.000 cm yang tak terbayangkan besar, yang jauh lebih besar daripada ukuran Alam Semesta yang dapat diamati - 1028 cm Sepanjang periode awal ini, tidak ada materi maupun radiasi di alam semesta. alam semesta. Transisi dari tahap inflasi ke tahap foton. Keadaan vakum palsu hancur, energi yang dilepaskan pergi ke kelahiran partikel berat dan antipartikel, yang, setelah dimusnahkan, memberikan kilatan radiasi (cahaya) yang kuat yang menerangi kosmos.

Di masa depan, perkembangan Semesta bergerak ke arah dari keadaan homogen paling sederhana ke penciptaan struktur yang semakin kompleks - atom (aslinya atom hidrogen), galaksi, bintang, planet, sintesis unsur-unsur berat di pedalaman. bintang, termasuk yang diperlukan untuk penciptaan kehidupan, munculnya kehidupan dan sebagai mahkota penciptaan - manusia. Perbedaan tahapan evolusi Alam Semesta dalam model inflasi dan model Big Bang hanya menyangkut tahap awal orde 10-30 detik, maka tidak ada perbedaan mendasar antara model-model ini dalam memahami tahapan evolusi kosmis. . Alam semesta pada berbagai tingkatan, dari partikel elementer bersyarat hingga superkluster galaksi raksasa, dicirikan oleh struktur. Struktur modern Alam Semesta adalah hasil evolusi kosmik, di mana galaksi terbentuk dari protogalaksi, bintang dari protobintang, dan planet dari awan protoplanet.

Metagalaxy - adalah kumpulan sistem bintang - galaksi, dan strukturnya ditentukan oleh distribusinya di ruang angkasa yang diisi dengan gas intergalaksi yang sangat langka dan ditembus oleh sinar intergalaksi. Menurut konsep modern, metagalaxy dicirikan oleh struktur seluler (jaringan, berpori). Ada volume ruang yang sangat besar (sekitar satu juta megaparsec kubik) di mana galaksi belum ditemukan. Usia Metagalaxy mendekati usia Alam Semesta, karena pembentukan struktur jatuh pada periode setelah pemisahan materi dan radiasi. Menurut data modern, usia Metagalaxy diperkirakan 15 miliar tahun.

Galaksi adalah sistem raksasa yang terdiri dari gugusan bintang dan nebula yang membentuk konfigurasi yang agak rumit di ruang angkasa. Menurut bentuknya, galaksi secara kondisional dibagi menjadi tiga jenis: elips, spiral, dan tidak beraturan. Galaksi elips - memiliki bentuk spasial ellipsoid dengan berbagai tingkat kompresi; mereka adalah yang paling sederhana dalam struktur: distribusi bintang berkurang secara seragam dari pusat. Galaksi spiral - direpresentasikan dalam bentuk spiral, termasuk lengan spiral. Ini adalah jenis galaksi yang paling banyak, yang menjadi milik Galaksi kita - Bima Sakti. Galaksi tidak beraturan - tidak memiliki bentuk yang jelas, mereka tidak memiliki inti pusat. Bintang-bintang tertua terkonsentrasi di inti galaksi, yang usianya mendekati usia galaksi. Bintang-bintang usia menengah dan muda terletak di piringan galaksi. Bintang dan nebula di dalam galaksi bergerak dengan cara yang agak rumit, bersama dengan galaksi mereka mengambil bagian dalam perluasan alam semesta, di samping itu, mereka berpartisipasi dalam rotasi galaksi di sekitar porosnya.

Bintang. Pada tahap evolusi Semesta saat ini, materi di dalamnya sebagian besar berada dalam keadaan bintang. 97% materi di Galaksi kita terkonsentrasi di bintang, yang merupakan formasi plasma raksasa dengan berbagai ukuran, suhu, dan dengan gerakan yang berbeda. karakteristik. Di banyak galaksi lain, jika bukan sebagian besar, "substansi bintang" membentuk lebih dari 99,9% massanya. Usia bintang bervariasi pada rentang nilai yang cukup besar: dari 15 miliar tahun, sesuai dengan usia Semesta, hingga ratusan ribu - yang termuda. Kelahiran bintang terjadi di nebula gas-debu di bawah aksi gravitasi, magnet, dan gaya lainnya, yang menyebabkan keseragaman yang tidak stabil terbentuk dan materi difus pecah menjadi sejumlah kondensasi. Jika gumpalan seperti itu bertahan cukup lama, mereka berubah menjadi bintang seiring waktu. Pada tahap akhir evolusi, bintang berubah menjadi bintang inert ("mati").

Bintang tidak berdiri sendiri, tetapi membentuk sistem. Sistem bintang paling sederhana - yang disebut sistem ganda - terdiri dari dua, tiga, empat, lima atau lebih bintang yang berputar di sekitar pusat gravitasi yang sama. Bintang juga digabungkan menjadi kelompok yang lebih besar - gugus bintang, yang mungkin memiliki struktur "tersebar" atau "bulat". Gugus bintang terbuka memiliki beberapa ratus bintang individu, gugus bola - ratusan ribu. Tata surya adalah sekelompok benda langit, sangat berbeda dalam ukuran dan struktur fisik. Kelompok ini meliputi: Matahari, sembilan planet besar, puluhan satelit planet, ribuan planet kecil (asteroid), ratusan komet, dan benda meteorit yang tak terhitung jumlahnya yang bergerak baik dalam kawanan maupun dalam bentuk partikel individu.

Pada 1979, 34 satelit dan 2000 asteroid telah diketahui. Semua benda ini disatukan menjadi satu sistem karena gaya tarik benda pusat - Matahari. Tata surya adalah sistem yang teratur yang memiliki pola strukturnya sendiri. Karakter kesatuan tata surya dimanifestasikan dalam kenyataan bahwa semua planet berputar mengelilingi matahari ke arah yang sama dan hampir pada bidang yang sama. Sebagian besar satelit planet berputar ke arah yang sama dan dalam banyak kasus di bidang ekuator planet mereka. Matahari, planet-planet, satelit-satelit dari planet-planet berputar di sekitar sumbunya ke arah yang sama di mana mereka bergerak di sepanjang lintasannya. Struktur tata surya juga alami: setiap planet berikutnya kira-kira dua kali lebih jauh dari Matahari dari yang sebelumnya.

Tata surya terbentuk sekitar 5 miliar tahun yang lalu, dan Matahari adalah bintang generasi kedua. Dengan demikian, tata surya muncul dari produk limbah bintang generasi sebelumnya yang terakumulasi dalam awan gas dan debu. Keadaan ini memberikan alasan untuk menyebut tata surya sebagai bagian kecil dari debu bintang. Ilmu pengetahuan mengetahui lebih sedikit tentang asal usul tata surya dan evolusi historisnya daripada yang diperlukan untuk membangun teori pembentukan planet.

Konsep modern tentang asal usul planet-planet tata surya didasarkan pada fakta bahwa perlu untuk memperhitungkan tidak hanya kekuatan mekanik, tetapi juga yang lain, khususnya elektromagnetik. Ide ini dikemukakan oleh fisikawan dan astrofisikawan Swedia H. Alfven dan astrofisikawan Inggris F. Hoyle. Sesuai dengan konsep modern, awan gas asli, dari mana Matahari dan planet-planet terbentuk, terdiri dari gas terionisasi, yang dipengaruhi oleh gaya elektromagnetik. Setelah Matahari terbentuk dari awan gas besar dengan konsentrasi, bagian-bagian kecil dari awan ini tetap berada pada jarak yang sangat jauh darinya. Gaya gravitasi mulai menarik sisa-sisa gas ke bintang yang terbentuk - Matahari, tetapi medan magnetnya menghentikan gas yang jatuh pada berbagai jarak - tepat di tempat planet berada. Gaya gravitasi dan magnet mempengaruhi konsentrasi dan penebalan gas yang jatuh, dan sebagai hasilnya planet-planet terbentuk. Ketika planet terbesar muncul, proses yang sama diulangi pada skala yang lebih kecil, sehingga menciptakan sistem satelit.

Teori asal usul tata surya bersifat hipotetis, dan tidak mungkin untuk secara jelas menyelesaikan masalah keandalannya pada tahap perkembangan sains saat ini. Dalam semua teori yang ada terdapat kontradiksi dan tempat yang tidak jelas. Saat ini, konsep sedang dikembangkan di bidang fisika teoretis fundamental, yang menurutnya dunia yang ada secara objektif tidak terbatas pada dunia material yang dirasakan oleh organ indera atau perangkat fisik kita. Para penulis konsep-konsep ini sampai pada kesimpulan berikut: bersama dengan dunia material, ada realitas tatanan yang lebih tinggi, yang secara mendasar memiliki sifat berbeda dibandingkan dengan realitas dunia material.

Sejak zaman kuno, orang telah mencoba mencari penjelasan tentang keragaman dan keanehan dunia. Studi tentang materi dan tingkat strukturalnya adalah kondisi yang diperlukan untuk pembentukan pandangan dunia, terlepas dari apakah itu akhirnya menjadi materialistis atau idealis. Sangat jelas bahwa peran mendefinisikan konsep materi, memahami yang terakhir sebagai tidak ada habisnya untuk membangun gambaran ilmiah tentang dunia, memecahkan masalah realitas dan kognisibilitas objek dan fenomena dunia mikro, makro dan mega sangat penting. .

Semua penemuan revolusioner di atas dalam fisika membalikkan pandangan yang ada sebelumnya tentang dunia. Kepercayaan pada universalitas hukum mekanika klasik menghilang, karena ide-ide sebelumnya tentang atom yang tidak dapat dibagi, tentang keteguhan massa, tentang kekekalan unsur-unsur kimia, dll., dihancurkan. Sekarang hampir tidak mungkin menemukan fisikawan yang percaya bahwa semua masalah sainsnya dapat diselesaikan dengan bantuan konsep dan persamaan mekanik.

Kelahiran dan perkembangan fisika atom akhirnya menghancurkan gambaran mekanistik dunia sebelumnya. Tetapi mekanika klasik Newton tidak hilang. Sampai hari ini, ia menempati tempat terhormat di antara ilmu-ilmu alam lainnya. Dengan bantuannya, misalnya, pergerakan satelit buatan Bumi, benda luar angkasa lainnya, dll. dihitung. Tapi sekarang diperlakukan sebagai kasus khusus mekanika kuantum, berlaku untuk gerakan lambat dan massa besar objek di makrokosmos.



1. Tingkat struktural organisasi materi

Dalam bentuknya yang paling umum, materi adalah himpunan tak terbatas dari semua objek dan sistem yang hidup berdampingan di dunia, totalitas sifat, koneksi, hubungan, dan bentuk geraknya. Pada saat yang sama, itu tidak hanya mencakup semua objek dan benda alam yang dapat diamati secara langsung, tetapi juga segala sesuatu yang tidak diberikan kepada kita dalam sensasi. Seluruh dunia di sekitar kita adalah materi yang bergerak dalam bentuk dan manifestasinya yang sangat beragam, dengan semua properti, koneksi, dan hubungan. Di dunia ini, semua objek memiliki tatanan internal dan organisasi sistemik. Keteraturan dimanifestasikan dalam gerakan teratur dan interaksi semua elemen materi, yang karenanya mereka digabungkan menjadi sistem. Seluruh dunia, oleh karena itu, muncul sebagai seperangkat sistem yang terorganisir secara hierarkis, di mana objek apa pun merupakan sistem independen dan elemen dari sistem lain yang lebih kompleks.

Menurut gambaran ilmu alam modern tentang dunia, semua objek alam juga tersusun, terstruktur, dan tersusun secara hierarkis. Berdasarkan pendekatan sistematis terhadap alam, semua materi dibagi menjadi dua kelas besar sistem material - alam mati dan hidup. Dalam sistem alam mati, unsur-unsur struktural adalah: partikel dasar, atom, molekul, bidang, benda makroskopik, planet dan sistem keplanetan, bintang dan sistem bintang, galaksi, metagalaksi dan Semesta secara keseluruhan. Dengan demikian, pada satwa liar, elemen utama adalah protein dan asam nukleat, sel, organisme uniseluler dan multiseluler, organ dan jaringan, populasi, biocenosis, materi hidup planet ini.

Pada saat yang sama, baik benda mati maupun makhluk hidup mencakup sejumlah tingkat struktural yang saling berhubungan. Struktur adalah seperangkat hubungan antara elemen-elemen sistem. Oleh karena itu, setiap sistem tidak hanya terdiri dari subsistem dan elemen, tetapi juga berbagai koneksi di antara mereka. Di dalam level-level ini, tautan horizontal (koordinasi) adalah yang utama, dan di antara level - vertikal (subordinasi). Kombinasi koneksi horizontal dan vertikal memungkinkan untuk membuat struktur hierarki Semesta, di mana fitur kualifikasi utama adalah ukuran objek dan massanya, serta hubungannya dengan seseorang. Berdasarkan kriteria ini, tingkat materi berikut dibedakan: mikrokosmos, makrokosmos, dan megaworld.

Mikrokosmos adalah area objek mikro material yang sangat kecil dan tidak dapat diamati secara langsung, dimensi spasialnya dihitung dalam kisaran 10 -8 hingga 10 -16 cm, dan masa pakai - dari tak terhingga hingga 10-24 detik. Ini termasuk bidang, partikel dasar, inti, atom dan molekul.

Makrokosmos adalah dunia benda-benda material, sepadan dalam skala dengan seseorang dan parameter fisiknya. Pada tingkat ini, besaran spasial dinyatakan dalam milimeter, sentimeter, meter, dan kilometer, dan waktu dinyatakan dalam detik, menit, jam, hari, dan tahun. Dalam kenyataan praktis, makrokosmos diwakili oleh makromolekul, zat dalam berbagai keadaan agregasi, organisme hidup, manusia dan produk aktivitasnya, mis. tubuh makro.

Megaworld adalah bidang skala dan kecepatan kosmik yang sangat besar, jarak yang diukur dalam satuan astronomi, tahun cahaya dan parsec, dan waktu keberadaan objek luar angkasa adalah jutaan dan miliaran tahun. Tingkat materi ini mencakup objek material terbesar: bintang, galaksi, dan gugusnya.

Masing-masing level ini memiliki pola spesifiknya sendiri, tidak dapat direduksi satu sama lain. Meskipun ketiga bidang dunia ini saling berhubungan erat.

Struktur dunia mega

Elemen struktural utama dari mega-dunia adalah planet dan sistem planet; bintang dan sistem bintang yang membentuk galaksi; sistem galaksi yang membentuk metagalaksi.

Planet adalah benda langit yang tidak bercahaya, bentuknya mirip bola, berputar mengelilingi bintang dan memantulkan cahayanya. Karena kedekatannya dengan Bumi, yang paling banyak dipelajari adalah planet-planet tata surya, yang bergerak mengelilingi matahari dalam orbit elips. Kelompok planet ini juga termasuk Bumi kita, yang terletak pada jarak 150 juta km dari Matahari.

Bintang adalah benda angkasa bercahaya (gas) yang terbentuk dari lingkungan gas-debu (terutama hidrogen dan helium) sebagai akibat dari kondensasi gravitasi. Bintang-bintang dipisahkan satu sama lain oleh jarak yang sangat jauh dan dengan demikian terisolasi satu sama lain. Artinya, bintang-bintang praktis tidak saling bertabrakan, meskipun pergerakan masing-masing bintang ditentukan oleh gaya gravitasi yang diciptakan oleh semua bintang di Galaksi. Jumlah bintang di galaksi adalah sekitar satu triliun. Yang paling banyak dari mereka adalah katai, yang massanya sekitar 10 kali lebih kecil dari massa Matahari. Tergantung pada massa bintang, dalam proses evolusi mereka menjadi katai putih, atau bintang neutron, atau lubang hitam.

Katai putih adalah poststar elektron yang terbentuk ketika sebuah bintang pada tahap terakhir evolusinya memiliki massa kurang dari 1,2 massa matahari. Diameter katai putih sama dengan diameter Bumi kita, suhunya mencapai sekitar satu miliar derajat, dan kepadatannya 10 t / cm 3, mis. ratusan kali kepadatan bumi.

Bintang neutron muncul pada tahap akhir evolusi bintang dengan massa 1,2 hingga 2 massa matahari. Suhu dan tekanan tinggi di dalamnya menciptakan kondisi untuk pembentukan sejumlah besar neutron. Dalam hal ini, kompresi bintang yang sangat cepat terjadi, di mana reaksi nuklir yang cepat dimulai di lapisan luarnya. Dalam hal ini, begitu banyak energi dilepaskan sehingga ledakan terjadi dengan hamburan lapisan luar bintang. Daerah dalamnya menyusut dengan cepat. Objek yang tersisa disebut bintang neutron karena terdiri dari proton dan neutron. Bintang neutron juga disebut pulsar.

Lubang hitam adalah bintang pada tahap akhir perkembangannya, yang massanya melebihi 2 massa matahari, dan memiliki diameter 10 hingga 20 km. Perhitungan teoritis telah menunjukkan bahwa mereka memiliki massa raksasa (10 15 g) dan medan gravitasi yang sangat kuat. Mereka mendapatkan nama mereka karena mereka tidak memiliki cahaya, tetapi karena medan gravitasi mereka, mereka menangkap dari luar angkasa semua benda kosmik dan radiasi yang tidak dapat keluar dari mereka kembali, mereka tampaknya jatuh ke dalamnya (tertarik seperti lubang). Karena gravitasi yang kuat, tidak ada benda material yang ditangkap dapat melampaui radius gravitasi objek, dan karena itu mereka tampak "hitam" bagi pengamat.

Sistem bintang (gugus bintang) - kelompok bintang yang saling berhubungan oleh gaya gravitasi, memiliki asal yang sama, komposisi kimia yang serupa dan termasuk hingga ratusan ribu bintang individu. Ada sistem bintang yang tersebar, seperti Pleiades di konstelasi Taurus. Sistem seperti itu tidak memiliki bentuk yang benar. Ada lebih dari seribu yang diketahui

sistem bintang. Selain itu, sistem bintang mencakup gugus bintang globular, yang mencakup ratusan ribu bintang. Gaya gravitasi membuat bintang tetap berada di gugusan seperti itu selama miliaran tahun. Para ilmuwan saat ini mengetahui sekitar 150 gugus bola.

Galaksi adalah kumpulan gugus bintang. Konsep "galaksi" dalam interpretasi modern berarti sistem bintang besar. Istilah ini (dari bahasa Yunani "susu, susu") mulai digunakan untuk merujuk pada sistem bintang kita, yang merupakan jalur terang dengan warna seperti susu yang membentang di seluruh langit dan oleh karena itu disebut Bima Sakti.

Secara konvensional, menurut penampilannya, galaksi dapat dibagi menjadi tiga jenis. Kelompok pertama (sekitar 80%) termasuk galaksi spiral. Spesies ini memiliki nukleus dan "lengan" spiral yang berbeda. Tipe kedua (sekitar 17%) termasuk galaksi elips, mis. yang berbentuk elips. Jenis ketiga (sekitar 3%) termasuk galaksi berbentuk tidak beraturan yang tidak memiliki inti yang berbeda. Selain itu, galaksi berbeda dalam ukuran, jumlah bintang dan luminositas. Semua galaksi dalam keadaan bergerak, dan jarak di antara mereka terus meningkat, mis. ada saling pemindahan (mundur) galaksi dari satu sama lain.

Tata surya kita termasuk dalam galaksi Bima Sakti, yang mencakup setidaknya 100 miliar bintang dan karenanya termasuk dalam kategori galaksi raksasa. Ini memiliki bentuk pipih, di tengahnya ada inti dengan "lengan" spiral memanjang darinya. Diameter Galaksi kita sekitar 100 ribu, dan ketebalannya 10 ribu tahun cahaya. Tetangga kita adalah Nebula Andromeda.

Metagalaxy - sistem galaksi, termasuk semua objek luar angkasa yang diketahui.

Sejak dunia mega berurusan dengan jarak yang jauh, unit khusus berikut telah dikembangkan untuk mengukur jarak ini:

tahun cahaya - jarak yang ditempuh sinar cahaya dalam satu tahun dengan kecepatan 300.000 km / s, mis. satu tahun cahaya adalah 10 triliun km;

satuan astronomi adalah jarak rata-rata dari Bumi ke Matahari, 1 AU. sama dengan 8,3 menit cahaya. Ini berarti sinar matahari, yang melepaskan diri dari Matahari, mencapai Bumi dalam waktu 8,3 menit;

parsec - unit pengukuran jarak kosmik di dalam dan di antara sistem bintang. 1pk - 206 265 a.u., mis. kira-kira sama dengan 30 triliun km, atau 3,3 tahun cahaya.

Struktur makrokosmos

Setiap tingkat struktural materi dalam perkembangannya mematuhi hukum-hukum tertentu, tetapi pada saat yang sama tidak ada batas yang tegas dan kaku antara tingkat-tingkat ini, mereka semua saling berhubungan erat. Batas-batas dunia mikro dan makro bersifat mobile; tidak ada dunia mikro yang terpisah dan dunia makro yang terpisah. Secara alami, objek makro dan objek mega dibangun dari objek mikro. Namun demikian, mari kita pilih objek terpenting dari dunia makro.

Konsep sentral dunia makro adalah konsep materi, yang dalam fisika klasik, yang merupakan fisika makrokosmos, dipisahkan dari medan. Materi adalah jenis materi yang memiliki massa diam. Itu ada bagi kita dalam bentuk benda fisik yang memiliki beberapa parameter umum - gravitasi spesifik, suhu, kapasitas panas, kekuatan atau elastisitas mekanik, konduktivitas termal dan listrik, sifat magnetik, dll. Semua parameter ini dapat bervariasi dalam rentang yang luas, baik dari satu zat ke zat lain, dan untuk zat yang sama, tergantung pada kondisi eksternal.

Struktur dunia mikro

Pada pergantian abad XIX-XX. perubahan radikal terjadi dalam gambaran alam-ilmiah dunia, yang disebabkan oleh penemuan-penemuan ilmiah terbaru di bidang fisika dan mempengaruhi gagasan dan sikap fundamentalnya. Sebagai hasil dari penemuan-penemuan ilmiah, ide-ide tradisional fisika klasik tentang struktur atom materi terbantahkan. Penemuan elektron berarti hilangnya status unsur materi yang tidak dapat dibagi secara struktural dan dengan demikian transformasi radikal ide-ide klasik tentang realitas objektif. Penemuan baru telah memungkinkan:

mengungkapkan keberadaan dalam realitas objektif tidak hanya dunia makro, tetapi juga dunia mikro;

mengkonfirmasi gagasan tentang relativitas kebenaran, yang hanya merupakan langkah menuju pengetahuan tentang sifat-sifat dasar alam;

untuk membuktikan bahwa materi tidak terdiri dari "elemen utama yang tidak dapat dibagi" (atom), tetapi dari berbagai fenomena, jenis dan bentuk materi yang tak terbatas dan keterkaitannya.

Konsep partikel elementer. Transisi pengetahuan ilmu alam dari tingkat atom ke tingkat partikel dasar membawa para ilmuwan pada kesimpulan bahwa konsep dan prinsip fisika klasik tidak dapat diterapkan untuk mempelajari sifat fisik partikel terkecil dari materi (benda mikro), seperti elektron, proton, neutron, atom, yang membentuk sebuah mikrokosmos yang tidak terlihat. Karena indikator fisik khusus, properti objek dunia mikro benar-benar berbeda dari properti objek dunia makro yang kita kenal dan dunia mega yang jauh. Oleh karena itu muncul kebutuhan untuk meninggalkan ide-ide biasa yang dipaksakan kepada kita oleh objek dan fenomena makrokosmos. Pencarian cara baru untuk mendeskripsikan objek mikro berkontribusi pada penciptaan konsep partikel elementer.

Menurut konsep ini, elemen utama dari struktur mikrokosmos adalah partikel mikro materi, yang bukan atom atau inti atom, tidak mengandung elemen lain dan memiliki sifat paling sederhana. Partikel semacam itu disebut elementer, mis. paling sederhana, tidak memiliki bagian penyusun.

Setelah ditetapkan bahwa atom bukanlah "batu bata" terakhir dari alam semesta, tetapi dibangun dari partikel dasar yang lebih sederhana, pencarian mereka mengambil tempat utama dalam penelitian fisikawan. Sejarah penemuan partikel fundamental dimulai pada akhir abad ke-19, ketika pada tahun 1897 fisikawan Inggris J. Thomson menemukan partikel elementer pertama, elektron. Sejarah penemuan semua partikel elementer yang dikenal saat ini mencakup dua tahap.

Tahap pertama jatuh pada 30-50-an. abad ke-20 Pada awal tahun 1930-an. proton dan foton ditemukan, pada tahun 1932 - neutron, dan empat tahun kemudian - antipartikel pertama - positron, yang massanya sama dengan elektron, tetapi memiliki muatan positif. Pada akhir periode ini, 32 partikel elementer diketahui, dan setiap partikel baru dikaitkan dengan penemuan berbagai fenomena fisik yang secara fundamental baru.

Tahap kedua terjadi pada tahun 1960-an, ketika jumlah total partikel yang diketahui melebihi 200. Pada tahap ini, akselerator partikel bermuatan menjadi sarana utama untuk menemukan dan mempelajari partikel elementer. Pada tahun 1970-80-an. aliran penemuan partikel elementer baru semakin intensif, dan para ilmuwan mulai berbicara tentang keluarga partikel elementer. Saat ini, lebih dari 350 partikel elementer diketahui sains, berbeda dalam massa, muatan, putaran, masa hidup, dan sejumlah karakteristik fisik lainnya.

Semua partikel elementer memiliki beberapa sifat umum. Salah satunya adalah sifat dualitas gelombang-partikel, yaitu kehadiran di semua benda mikro baik sifat gelombang maupun sifat zat.

Sifat umum lainnya adalah bahwa hampir semua partikel (kecuali foton dan dua meson) memiliki antipartikelnya sendiri. Antipartikel adalah partikel elementer yang mirip dengan partikel dalam segala hal, tetapi berbeda dalam tanda muatan listrik dan momen magnet yang berlawanan. Setelah penemuan sejumlah besar antipartikel, para ilmuwan mulai membicarakan kemungkinan keberadaan antimateri dan bahkan antidunia. Ketika materi bersentuhan dengan antimateri, pemusnahan terjadi - transformasi partikel dan antipartikel menjadi foton dan meson berenergi tinggi (materi berubah menjadi radiasi).

Sifat penting lain dari partikel elementer adalah interkonversi universalnya. Properti ini tidak hadir baik di makro atau di dunia mega.

2. Perkembangan kimia struktural

Banyak percobaan untuk mempelajari sifat-sifat unsur kimia pada paruh pertama abad XIX. membawa para ilmuwan pada keyakinan bahwa sifat-sifat zat dan keragaman kualitatifnya ditentukan tidak hanya oleh komposisi unsur-unsurnya, tetapi juga oleh struktur molekulnya. Pada saat ini, produksi pabrik telah digantikan oleh produksi pabrik, berdasarkan teknologi mesin dan basis bahan baku yang luas. Dalam produksi kimia, pemrosesan massa besar zat yang berasal dari tumbuhan dan hewan mulai berlaku. Keragaman kualitatif zat-zat ini luar biasa besar - ratusan ribu senyawa kimia, yang komposisinya sangat seragam, karena terdiri dari beberapa elemen organogenik. Ini adalah karbon, hidrogen, oksigen, belerang, nitrogen, fosfor. Penjelasan untuk berbagai senyawa organik yang luar biasa luasnya dengan komposisi unsur yang sedemikian buruk ditemukan dalam fenomena yang diberi nama isomerisme dan polimerisme. Ini adalah awal dari pengembangan pengetahuan kimia tingkat kedua, yang disebut kimia struktural.

Kimia struktural telah menjadi tingkat yang lebih tinggi dalam kaitannya dengan doktrin komposisi materi. Pada saat yang sama, kimia dari ilmu yang dominan analitis berubah menjadi ilmu sintetis. Pencapaian utama dari tahap ini dalam pengembangan kimia adalah pembentukan hubungan antara struktur molekul dan reaktivitas zat.

Istilah "kimia struktural" adalah konsep kondisional. Pertama-tama, ini menyiratkan tingkat pengetahuan kimia di mana, dengan menggabungkan atom dari berbagai elemen kimia, dimungkinkan untuk membuat formula struktural dari senyawa kimia apa pun. Munculnya kimia struktural berarti bahwa ada peluang untuk transformasi kualitatif zat yang ditargetkan, pembuatan skema untuk sintesis senyawa kimia apa pun, termasuk yang sebelumnya tidak diketahui.

Dasar-dasar kimia struktural diletakkan oleh J. Dalton, yang menunjukkan bahwa setiap zat kimia adalah kumpulan molekul yang terdiri dari sejumlah atom dari satu, dua atau tiga unsur kimia. Kemudian I. Berzelius mengajukan gagasan bahwa molekul bukanlah tumpukan atom yang sederhana, tetapi struktur atom tertentu yang saling berhubungan oleh gaya elektrostatik. Sebagai ahli kimia C. Gerard kemudian menunjukkan, pernyataan ini tidak selalu benar, oleh karena itu, pada pertengahan abad ke-19. struktur molekul tetap penuh teka-teki.

Pada tahun 1857, ahli kimia Jerman A. Kekule menerbitkan pengamatannya tentang sifat-sifat unsur-unsur tertentu yang dapat menggantikan atom hidrogen dalam sejumlah senyawa, dan memperkenalkan istilah baru - afinitas. Itu mulai menunjukkan jumlah atom hidrogen yang dapat digantikan oleh unsur kimia tertentu. Jumlah unit afinitas yang melekat pada unsur kimia tertentu disebut dengan Kekule vagennostyo. Ketika atom digabungkan menjadi molekul, unit afinitas bebas tertutup. Dengan demikian, konsep "struktur molekul" direduksi menjadi konstruksi skema formula visual yang berfungsi sebagai panduan bagi ahli kimia dalam pekerjaan praktis mereka, menunjukkan zat awal mana yang harus diambil untuk mendapatkan produk akhir.

Kimia struktural memungkinkan untuk secara visual menunjukkan valensi unsur kimia sebagai jumlah unit afinitas yang melekat dalam atom: =C=; -HAI-; N-. Dengan menggabungkan atom dari berbagai unsur kimia dengan satuan afinitasnya, seseorang dapat membuat rumus struktur senyawa kimia apa pun. Dan ini berarti bahwa seorang ahli kimia pada prinsipnya dapat membuat rencana untuk sintesis senyawa kimia apa pun - baik yang sudah diketahui maupun yang belum ditemukan. Artinya, seorang ahli kimia dapat memprediksi produksi senyawa yang tidak diketahui dan memeriksa prediksinya dengan sintesis.

Sayangnya, skema Kekule tidak selalu bisa dipraktikkan. Seringkali reaksi yang ditemukan oleh ahli kimia, yang seharusnya mengarah pada produksi zat dengan formula struktural yang diinginkan, tidak terjadi. Ini disebabkan oleh fakta bahwa skema formal semacam itu tidak memperhitungkan reaktivitas zat yang terlibat dalam reaksi kimia.

Oleh karena itu, langkah terpenting dalam pengembangan kimia struktural adalah penciptaan teori struktur kimia senyawa organik Ahli kimia Rusia A.M. Butlerov. Butlerov, mengikuti Kekule, mengakui bahwa pembentukan molekul dari atom terjadi karena penutupan unit afinitas bebas, tetapi pada saat yang sama ia menunjukkan dengan energi apa (lebih besar atau lebih kecil) afinitas ini mengikat zat bersama-sama. Dengan kata lain, Butlerov, untuk pertama kalinya dalam sejarah kimia, menarik perhatian pada disparitas energik dari berbagai ikatan kimia. Teori ini memungkinkan untuk membangun formula struktural senyawa kimia apa pun, karena teori ini menunjukkan pengaruh timbal balik atom dalam struktur molekul, dan melalui ini menjelaskan aktivitas kimia beberapa zat dan kepasifan zat lain. Selain itu, menunjukkan adanya pusat aktif dan gugus aktif dalam struktur molekul.

Pada abad XX. kimia struktural dikembangkan lebih lanjut. Secara khusus, konsep struktur diklarifikasi, di mana mereka mulai memahami keteraturan yang stabil dari sistem yang tidak berubah secara kualitatif. Konsepnya juga diperkenalkan struktur atom- kombinasi stabil dari inti dan elektron yang mengelilinginya, yang berada dalam interaksi elektromagnetik satu sama lain, dan tahi lalat struktur kular- kombinasi atom dalam jumlah terbatas yang memiliki susunan teratur dalam ruang dan dihubungkan satu sama lain oleh ikatan kimia menggunakan elektron valensi.

Berdasarkan pencapaian kimia struktural, para peneliti telah memperoleh kepercayaan pada hasil positif dari eksperimen di bidang sintesis organik. Istilah “sintesis organik” sendiri muncul pada tahun 1860-an-1880-an. dan mulai menunjuk seluruh bidang sains, yang dinamakan demikian berbeda dengan hasrat umum untuk analisis zat-zat alami. Periode dalam kimia ini disebut prosesi kemenangan sintesis organik. Ahli kimia dengan bangga menyatakan kemampuan mereka yang tidak terbatas, berjanji untuk mensintesis dari batu bara, air, dan udara semua benda yang paling kompleks, termasuk protein, hormon, dll. Dan kenyataan tampaknya mengkonfirmasi pernyataan ini: pada paruh kedua abad ke-19. jumlah senyawa organik karena baru disintesis meningkat dari setengah juta menjadi dua juta.

Pada saat ini, berbagai pewarna azo untuk industri tekstil, berbagai persiapan untuk farmasi, rayon, dll. muncul. Sebelum ini, bahan-bahan tersebut ditambang dalam jumlah terbatas dan dengan biaya besar untuk produktivitas rendah, terutama tenaga kerja pertanian.

Kimia struktural modern telah mencapai hasil yang luar biasa. Sintesis zat organik baru memungkinkan untuk memperoleh bahan yang berguna dan berharga yang tidak ditemukan di alam. Dengan demikian, ribuan kilogram asam askorbat (vitamin C), banyak obat baru disintesis setiap tahun di dunia, termasuk antibiotik yang tidak berbahaya, obat untuk hipertensi, tukak lambung, dll.

Pencapaian terbaru dalam kimia struktural adalah penemuan kelas senyawa organologam yang sama sekali baru, yang, karena struktur dua lapisnya, disebut senyawa "sandwich". Molekul zat ini adalah dua pelat senyawa hidrogen dan karbon, di antaranya ada atom logam.

Penelitian di bidang kimia struktural modern berjalan dalam dua arah yang menjanjikan:

sintesis kristal dengan pendekatan maksimum ke kisi ideal untuk mendapatkan bahan dengan kinerja teknis tinggi: kekuatan maksimum, stabilitas termal, daya tahan dalam operasi, dll .;

pembuatan kristal dengan cacat kisi kristal yang telah diprogram sebelumnya untuk produksi bahan dengan sifat listrik, magnet, dan lainnya yang ditentukan.

Masing-masing masalah ini memiliki tantangannya sendiri. Jadi, untuk memecahkan masalah pertama, perlu untuk mengamati kondisi seperti itu untuk pertumbuhan kristal yang akan mengecualikan pengaruh semua faktor eksternal pada proses, termasuk medan gravitasi (tarik bumi). Oleh karena itu, kristal dengan sifat yang diinginkan tumbuh di stasiun orbit di ruang angkasa. Solusi dari masalah kedua diperumit oleh fakta bahwa, bersama dengan cacat terprogram, pelanggaran yang tidak diinginkan hampir selalu terbentuk.

Namun demikian, kimia struktural klasik dibatasi oleh ruang lingkup informasi hanya tentang molekul zat dalam keadaan pra-reaksi. Informasi ini tidak cukup untuk mengontrol proses transformasi materi. Jadi, menurut teori struktural, banyak reaksi kimia yang tidak terjadi dalam praktik seharusnya cukup layak. Sejumlah besar reaksi sintesis organik yang hanya berdasarkan prinsip-prinsip kimia struktural memiliki hasil yang rendah dan produk limbah yang begitu besar sehingga tidak dapat digunakan dalam industri. Selain itu, sintesis semacam itu membutuhkan reagen aktif yang langka dan produk pertanian, termasuk makanan, sebagai bahan mentah, yang sangat tidak menguntungkan secara ekonomi.

Oleh karena itu, keheranan pada keberhasilan kimia struktural berumur pendek. Perkembangan intensif industri otomotif, penerbangan, energi, instrumentasi pada paruh pertama abad ke-20. mengajukan persyaratan baru untuk produksi bahan. Itu perlu untuk mendapatkan bahan bakar motor beroktan tinggi, karet sintetis khusus, plastik, isolator yang sangat tahan, polimer organik dan anorganik tahan panas, dan semikonduktor. Untuk memperoleh bahan-bahan tersebut, metode pemecahan masalah dasar kimia, berdasarkan doktrin komposisi dan teori struktur, jelas tidak mencukupi. Dia tidak memperhitungkan perubahan tajam dalam sifat suatu zat sebagai akibat dari pengaruh suhu, tekanan, pelarut, dan banyak faktor lain yang mempengaruhi arah dan kecepatan proses kimia. Mempertimbangkan dan menggunakan faktor-faktor ini membawa kimia ke tingkat kualitatif baru perkembangannya.

Senyawa makromolekul

(polimer) dicirikan oleh molekul dengan berat dari beberapa ribu hingga beberapa (kadang-kadang banyak) jutaan. Susunan molekul senyawa makromolekul (makromolekul) meliputi ribuan atom yang dihubungkan secara kimia. koneksi. Setiap atom atau kelompok atom yang menyusun rantai suatu polimer atau oligomer, disebut. tautan komponen. Tautan majemuk terkecil, yang pengulangannya m. b. menggambarkan struktur polimer biasa (lihat di bawah), yang disebut. tautan berulang majemuk. Sebuah link senyawa yang terbentuk dari satu molekul monomer selama polimerisasi disebut link monomer (sebelumnya kadang-kadang disebut link elementer). Misalnya, dalam polietilen [-CH 2 CH 2 -] n, komponen berulangnya adalah CH 2, monomernya adalah CH 2 CH 2.

Nama polimer linier dibentuk dengan menambahkan awalan "poli" (dalam kasus polimer anorganik, "catena-poli"): a) pada nama unit berulang senyawa yang diapit tanda kurung (nama sistematis); b) dengan nama monomer dari mana polimer diperoleh (nama semi-sistematis yang direkomendasikan IUPAC untuk digunakan sebagai polimer yang paling umum digunakan). Nama unit berulang senyawa dibentuk sesuai dengan aturan tata nama kimia. Misalnya: (nama semi-sistematis dicantumkan terlebih dahulu):

3. Tingkat struktural organisasi kehidupan

Kehidupan dicirikan oleh kesatuan dialektis dari hal-hal yang berlawanan: ia integral dan diskrit. Dunia organik adalah satu kesatuan, karena merupakan sistem bagian-bagian yang saling berhubungan (keberadaan beberapa organisme tergantung pada yang lain), dan pada saat yang sama itu diskrit, karena terdiri dari unit yang terpisah - organisme, atau individu. Setiap organisme hidup, pada gilirannya, juga terpisah, karena terdiri dari organ individu, jaringan, sel, tetapi pada saat yang sama, masing-masing organ, yang memiliki otonomi tertentu, bertindak sebagai bagian dari keseluruhan. Setiap sel terdiri dari organel, tetapi berfungsi sebagai satu kesatuan. Informasi herediter dilakukan oleh gen, tetapi tidak satu pun dari gen di luar totalitas yang menentukan perkembangan suatu sifat, dan seterusnya.

Keanekaragaman kehidupan dikaitkan dengan berbagai tingkat organisasi dunia organik, yang dapat didefinisikan sebagai keadaan diskrit sistem biologis yang dicirikan oleh subordinasi, keterkaitan, dan pola tertentu. Pada saat yang sama, setiap tingkat baru memiliki sifat dan pola khusus dari tingkat sebelumnya yang lebih rendah, karena setiap organisme, di satu sisi, terdiri dari elemen-elemen yang berada di bawahnya, dan di sisi lain, itu sendiri merupakan elemen yang merupakan bagian. dari beberapa jenis sistem makrobiologi.

Di semua tingkat kehidupan, atribut-atributnya seperti keterpisahan dan integritas, organisasi struktural, pertukaran materi, energi, dan informasi dimanifestasikan. Keberadaan kehidupan di tingkat organisasi yang lebih tinggi disiapkan dan ditentukan oleh struktur tingkat yang lebih rendah; khususnya, sifat tingkat seluler ditentukan oleh tingkat molekuler dan subselular, sifat organisme - oleh tingkat seluler, jaringan, dll.

Tingkat struktural organisasi kehidupan sangat beragam, tetapi yang utama adalah molekuler, seluler, ontogenetik, spesies populasi, biocenotic, biogeocenotic, dan biospheric.

Tingkat genetik molekuler

Standar genetik molekuler kehidupan adalah tingkat fungsi biopolimer (protein, asam nukleat, polisakarida) dan senyawa organik penting lainnya yang mendasari proses kehidupan organisme. Pada tingkat ini, unit struktural dasar adalah gen, dan pembawa informasi herediter di semua organisme hidup adalah molekul DNA. Implementasi informasi herediter dilakukan dengan partisipasi molekul RNA. Karena fakta bahwa proses penyimpanan, perubahan, dan implementasi informasi turun-temurun dikaitkan dengan struktur molekul, level ini disebut molekuler-genetik.

Tugas biologi yang paling penting pada tingkat ini adalah studi tentang mekanisme transmisi informasi genetik, hereditas dan variabilitas, studi tentang proses evolusi, asal usul dan esensi kehidupan.

Semua organisme hidup mengandung molekul anorganik sederhana: nitrogen, air, karbon dioksida. Dari mereka, dalam evolusi kimia, senyawa organik sederhana muncul, yang, pada gilirannya, menjadi bahan bangunan untuk molekul yang lebih besar. Ini adalah bagaimana makromolekul muncul - molekul polimer raksasa yang dibangun dari banyak monomer. Ada tiga jenis polimer: polisakarida, protein dan asam nukleat. Monomer untuk mereka, masing-masing, adalah monosakarida, asam amino dan nukleotida.

Protein dan asam nukleat adalah molekul "informasi", karena urutan monomer, yang bisa sangat beragam, memainkan peran penting dalam strukturnya. Polisakarida (pati, glikogen, selulosa) berperan sebagai sumber energi dan bahan bangunan untuk sintesis molekul yang lebih besar.

Protein adalah makromolekul yang merupakan rantai asam amino yang sangat panjang - asam organik (karboksilat), biasanya mengandung satu atau dua gugus amino (-NH 2).

Dalam larutan, asam amino dapat menunjukkan sifat asam dan basa. Hal ini membuat mereka semacam penyangga di jalan perubahan fisik dan kimia yang berbahaya. Lebih dari 170 asam amino ditemukan dalam sel dan jaringan hidup, tetapi hanya 20 di antaranya yang termasuk dalam protein. Urutan asam amino yang dihubungkan satu sama lain oleh ikatan peptida 1 yang membentuk struktur utama protein. Protein menyumbang lebih dari 50% dari total massa kering sel.

Sebagian besar protein bertindak sebagai katalis (enzim). Dalam struktur ruangnya ada pusat aktif dalam bentuk ceruk dengan bentuk tertentu. Molekul, yang transformasinya dikatalisis oleh protein ini, memasuki pusat-pusat tersebut. Selain itu, protein berperan sebagai pembawa; misalnya, hemoglobin membawa oksigen dari paru-paru ke jaringan. Kontraksi otot dan gerakan intraseluler merupakan hasil interaksi molekul protein yang berfungsi untuk mengkoordinasikan gerakan. Fungsi protein antibodi adalah untuk melindungi tubuh dari virus, bakteri, dll. Aktivitas sistem saraf tergantung pada protein yang mengumpulkan dan menyimpan informasi dari lingkungan. Protein yang disebut hormon mengontrol pertumbuhan dan aktivitas sel.

Asam nukleat. Proses kehidupan organisme hidup ditentukan oleh interaksi dua jenis makromolekul - protein dan DNA. Informasi genetik suatu organisme disimpan dalam molekul DNA, yang berfungsi sebagai pembawa informasi turun-temurun untuk generasi berikutnya dan menentukan biosintesis protein yang mengendalikan hampir semua proses biologis. Oleh karena itu, asam nukleat memiliki tempat penting yang sama dalam tubuh dengan protein.

Baik protein maupun asam nukleat memiliki satu sifat yang sangat penting - ketidaksimetrisan molekul (asimetri), atau kiralitas molekul. Properti kehidupan ini ditemukan pada tahun 1940-an dan 1950-an. abad ke-19 L. Pasteur selama mempelajari struktur kristal zat asal biologis - garam asam tartarat. Dalam eksperimennya, Pasteur menemukan bahwa tidak hanya kristal, tetapi juga larutan berairnya mampu membelokkan berkas cahaya terpolarisasi, mis. aktif secara optik. Kemudian mereka diberi nama isomer optik. Solusi zat yang berasal dari non-biologis tidak memiliki sifat ini, struktur molekulnya simetris.

Hari ini, ide-ide Pasteur telah dikonfirmasi, dan dianggap terbukti bahwa kiralitas molekul (dari bahasa Yunani cheir - tangan) hanya melekat pada materi hidup dan merupakan sifat integralnya. Substansi asal benda mati adalah simetris dalam arti bahwa molekul yang mempolarisasi cahaya ke kiri dan ke kanan selalu terbagi rata di dalamnya. Dan dalam substansi asal biologis selalu ada penyimpangan dari keseimbangan ini. Protein dibangun dari asam amino yang mempolarisasi cahaya hanya ke kiri (konfigurasi L). Asam nukleat terdiri dari gula yang mempolarisasi cahaya hanya ke kanan (konfigurasi D). Jadi, kiralitas terletak pada asimetri molekul, ketidakcocokan mereka dengan bayangan cerminnya, seperti di tangan kanan dan kiri, yang memberi nama modern untuk properti ini. Sangat menarik untuk dicatat bahwa jika seseorang tiba-tiba berubah menjadi bayangan cerminnya, maka semuanya akan baik-baik saja dengan tubuhnya sampai dia mulai makan makanan yang berasal dari tumbuhan atau hewan, yang tidak bisa dia cerna.

Asam nukleat adalah senyawa organik kompleks yang merupakan biopolimer yang mengandung fosfor (polinukleotida).

Ada dua jenis asam nukleat - asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA). Asam nukleat mendapatkan namanya (dari nukleus Latin - nukleus) karena fakta bahwa mereka pertama kali diisolasi dari nukleus leukosit pada paruh kedua abad ke-19. Ahli biokimia Swiss F. Miescher. Belakangan diketahui bahwa asam nukleat dapat ditemukan tidak hanya di dalam nukleus, tetapi juga di sitoplasma dan organel-organelnya. Molekul DNA bersama dengan protein histon membentuk substansi kromosom.

Di pertengahan abad XX. ahli biokimia Amerika J. Watson dan ahli biofisika Inggris F. Crick mengungkapkan struktur molekul DNA. Studi difraksi sinar-X telah menunjukkan bahwa DNA terdiri dari dua untai yang dipilin menjadi heliks ganda. Peran tulang punggung rantai dimainkan oleh gugus gula-fosfat, dan basa purin dan pirimidin berfungsi sebagai jumper. Setiap pelompat dibentuk oleh dua alas yang terikat pada dua rantai yang berlawanan, dan jika satu alas memiliki satu cincin, maka yang lain memiliki dua. Jadi, pasangan komplementer terbentuk: A-T dan G-C. Ini berarti bahwa urutan basa dalam satu rantai secara unik menentukan urutan basa dalam rantai molekul komplementer lainnya.

Gen adalah bagian dari molekul DNA atau RNA (pada beberapa virus). RNA mengandung 4-6 ribu nukleotida individu, DNA - 10-25 ribu. Jika mungkin untuk meregangkan DNA dari satu sel manusia menjadi benang yang berkesinambungan, maka panjangnya adalah 91 cm.

Namun demikian, kelahiran genetika molekuler terjadi agak lebih awal, ketika orang Amerika J. Beadle dan E. Tatum membangun hubungan langsung antara keadaan gen (DNA) dan sintesis enzim (protein). Saat itulah pepatah terkenal muncul: "satu gen - satu protein." Belakangan diketahui bahwa fungsi utama gen adalah untuk mengkode sintesis protein. Setelah itu, para ilmuwan memusatkan perhatian mereka pada pertanyaan tentang bagaimana program genetik ditulis dan bagaimana penerapannya di dalam sel. Untuk melakukan ini, perlu untuk mengetahui bagaimana hanya empat basa yang dapat mengkodekan urutan molekul protein sebanyak dua puluh asam amino. Kontribusi utama untuk pemecahan masalah ini dibuat oleh fisikawan teoretis terkenal G. Gamow pada pertengahan 1950-an.

Menurutnya, kombinasi tiga nukleotida DNA digunakan untuk mengkode satu asam amino. Unit dasar hereditas ini, yang mengkode satu asam amino, disebut kodon. Pada tahun 1961, hipotesis Gamow dikonfirmasi oleh penelitian F. Crick. Jadi mekanisme molekuler untuk membaca informasi genetik dari molekul DNA selama sintesis protein diuraikan.

Dalam sel hidup, terdapat organel – ribosom yang “membaca” struktur primer DNA dan mensintesis protein sesuai dengan informasi yang terekam dalam DNA. Setiap triplet nukleotida diberi satu dari 20 kemungkinan asam amino. Ini adalah bagaimana struktur utama DNA menentukan urutan asam amino dari protein yang disintesis, memperbaiki kode genetik organisme (sel).

Kode genetik semua makhluk hidup, baik itu tumbuhan, hewan, atau bakteri, adalah sama. Fitur kode genetik ini, bersama dengan kesamaan komposisi asam amino dari semua protein, menunjukkan kesatuan biokimia kehidupan, asal usul semua makhluk hidup di Bumi dari satu nenek moyang.

Mekanisme reproduksi DNA juga diuraikan. Ini terdiri dari tiga bagian: replikasi, transkripsi dan translasi.

replikasi adalah duplikasi molekul DNA. Dasar replikasi adalah sifat unik DNA untuk menggandakan diri, yang memungkinkan sel membelah menjadi dua sel yang identik. Selama replikasi, DNA, yang terdiri dari dua rantai molekul bengkok, terlepas. Dua utas molekul terbentuk, yang masing-masing berfungsi sebagai matriks untuk sintesis utas baru, melengkapi yang asli. Setelah itu, sel membelah, dan di setiap sel satu untai DNA akan menjadi tua, dan yang kedua akan menjadi baru. Pelanggaran urutan nukleotida dalam rantai DNA menyebabkan perubahan herediter dalam tubuh - mutasi.

Transkripsi- ini adalah transfer kode DNA dengan pembentukan molekul RNA messenger beruntai tunggal (i-RNA) pada salah satu untai DNA. i-RNA adalah salinan bagian dari molekul DNA, yang terdiri dari satu atau sekelompok gen yang berdekatan yang membawa informasi tentang struktur protein.

Siaran - ini adalah sintesis protein berdasarkan kode genetik i-RNA dalam organel sel khusus - ribosom, di mana transfer RNA (t-RNA) memberikan asam amino.

Pada akhir 1950-an Ilmuwan Rusia dan Prancis secara bersamaan mengajukan hipotesis bahwa perbedaan frekuensi kemunculan dan urutan nukleotida dalam DNA pada organisme yang berbeda adalah spesies yang spesifik. Hipotesis ini memungkinkan untuk mempelajari evolusi makhluk hidup dan sifat spesiasi pada tingkat molekuler.

Ada beberapa mekanisme variabilitas pada tingkat molekuler. Yang paling penting adalah mekanisme mutasi gen yang telah disebutkan - transformasi langsung dari gen itu sendiri baru, terletak di kromosom, di bawah pengaruh faktor eksternal. Faktor penyebab mutasi (mutagen) adalah radiasi, bahan kimia beracun, dan virus. Dengan mekanisme variabilitas ini, urutan gen dalam kromosom tidak berubah.

Mekanisme perubahan lainnya adalah rekombinasi gen. Ini adalah penciptaan kombinasi baru gen yang terletak pada kromosom tertentu. Pada saat yang sama, dasar molekuler dari gen itu sendiri tidak berubah, tetapi berpindah dari satu bagian kromosom ke bagian lain atau terjadi pertukaran gen antara dua kromosom. Rekombinasi gen terjadi selama reproduksi seksual pada organisme yang lebih tinggi. Dalam hal ini, tidak ada perubahan dalam jumlah total informasi genetik, tetap tidak berubah. Mekanisme ini menjelaskan mengapa anak-anak hanya sebagian mirip dengan orang tua mereka - mereka mewarisi sifat-sifat dari kedua organisme induk yang digabungkan secara acak.

Mekanisme perubahan lainnya adalah rekombinasi nonklasik baru- Itu dibuka hanya pada 1950-an. Dengan rekombinasi gen non-klasik, ada peningkatan umum dalam jumlah informasi genetik karena masuknya elemen genetik baru dalam genom sel. Paling sering, elemen baru dimasukkan ke dalam sel oleh virus. Saat ini, beberapa jenis gen yang dapat ditularkan telah ditemukan. Diantaranya adalah plasmid, yang merupakan DNA sirkular beruntai ganda. Karena mereka, setelah penggunaan obat apa pun dalam waktu lama, kecanduan terjadi, setelah itu mereka tidak lagi memiliki efek obat. Bakteri patogen, yang melawan obat kita, mengikat plasmid, yang membuat bakteri resisten terhadap obat, dan mereka berhenti memperhatikannya.

Migrasi elemen genetik dapat menyebabkan penataan ulang struktural pada kromosom dan mutasi gen. Kemungkinan penggunaan unsur-unsur tersebut oleh manusia telah menyebabkan munculnya ilmu baru - rekayasa genetika, yang tujuannya adalah untuk menciptakan bentuk-bentuk baru organisme dengan sifat-sifat yang diinginkan. Jadi, dengan bantuan metode genetik dan biokimia, kombinasi baru gen yang tidak ada di alam dibangun. Untuk ini, DNA yang mengkode produksi protein dengan sifat yang diinginkan dimodifikasi. Mekanisme ini mendasari semua bioteknologi modern.

DNA rekombinan dapat digunakan untuk mensintesis berbagai gen dan memasukkannya ke dalam klon (koloni organisme identik) untuk sintesis protein terarah. Jadi, pada tahun 1978, insulin disintesis - protein untuk pengobatan diabetes. Gen yang diinginkan dimasukkan ke dalam plasmid dan dimasukkan ke dalam bakteri normal.

Ahli genetika sedang bekerja untuk mengembangkan vaksin yang aman terhadap infeksi virus, karena vaksin tradisional adalah virus yang dilemahkan yang harus menyebabkan produksi antibodi, sehingga pemberiannya dikaitkan dengan risiko tertentu. Rekayasa genetika memungkinkan untuk mendapatkan DNA yang mengkode lapisan permukaan virus. Dalam hal ini, kekebalan diproduksi, tetapi infeksi tubuh dikecualikan.

Saat ini, dalam rekayasa genetika, masalah peningkatan harapan hidup dan kemungkinan keabadian dengan mengubah program genetika manusia sedang dipertimbangkan. Hal ini dapat dicapai dengan meningkatkan fungsi enzim pelindung sel, melindungi molekul DNA dari berbagai kerusakan yang terkait dengan gangguan metabolisme dan pengaruh lingkungan. Selain itu, para ilmuwan telah berhasil menemukan pigmen penuaan dan membuat obat khusus yang membebaskan sel darinya. Dalam percobaan dengan kita

shami menerima peningkatan harapan hidup mereka. Juga, para ilmuwan dapat menetapkan bahwa pada saat pembelahan sel, telomer berkurang - struktur kromosom khusus yang terletak di ujung kromosom seluler. Faktanya adalah bahwa selama replikasi DNA, zat khusus - polimerase - berjalan di sepanjang heliks DNA, membuat salinan darinya. Tetapi DNA polimerase tidak mulai menyalin dari awal, tetapi meninggalkan ujung yang tidak disalin setiap kali. Oleh karena itu, dengan setiap penyalinan berikutnya, heliks DNA dipersingkat karena bagian terminal yang tidak membawa informasi apa pun, atau telomer. Segera setelah telomer habis, salinan berikutnya mulai mengecilkan bagian DNA yang membawa informasi genetik. Ini adalah proses penuaan sel. Pada tahun 1997, percobaan dilakukan di Amerika Serikat dan Kanada pada pemanjangan buatan telomer. Untuk ini, enzim seluler yang baru ditemukan, telomerase, digunakan, yang mendorong pertumbuhan telomer. Sel-sel yang diperoleh dengan cara ini memperoleh kemampuan untuk membelah berkali-kali, sepenuhnya mempertahankan sifat fungsional normalnya dan tidak berubah menjadi sel kanker.

Baru-baru ini, keberhasilan para insinyur genetika di bidang kloning telah diketahui secara luas - reproduksi yang tepat dari satu atau beberapa objek hidup dalam sejumlah salinan dari sel somatik. Pada saat yang sama, individu yang tumbuh secara genetik tidak dapat dibedakan dari organisme induk.

Memperoleh klon dari organisme yang berkembang biak melalui partenogenesis, tanpa pembuahan sebelumnya, bukanlah sesuatu yang istimewa dan telah lama digunakan oleh para ahli genetika. Pada organisme yang lebih tinggi, kasus kloning alami juga diketahui - kelahiran kembar identik. Tetapi produksi tiruan dari klon organisme yang lebih tinggi dikaitkan dengan kesulitan serius. Namun, pada Februari 1997, sebuah metode untuk mengkloning mamalia dikembangkan di laboratorium Jan Wilmuth di Edinburgh, dan domba Dolly dibesarkan dengan metode itu. Untuk melakukan ini, telur diekstraksi dari domba berwajah hitam Skotlandia, ditempatkan di media nutrisi buatan, dan inti dikeluarkan darinya. Kemudian mereka mengambil sel kelenjar susu domba dewasa yang hamil dari jenis Dorset Finlandia, membawa satu set genetik lengkap. Setelah beberapa waktu, sel-sel ini menyatu dengan telur non-nuklir dan mengaktifkan perkembangannya melalui pelepasan listrik. Kemudian embrio yang berkembang tumbuh di lingkungan buatan selama enam hari, setelah itu embrio ditransplantasikan ke dalam rahim ibu angkat, di mana mereka berkembang sampai lahir. Tapi dari 236 percobaan, hanya satu yang berhasil - Dolly si domba tumbuh besar.

Setelah itu, Wilmut mengumumkan kemungkinan mendasar dari kloning manusia, yang menyebabkan diskusi paling ramai.

tidak hanya dalam literatur ilmiah, tetapi juga di parlemen banyak negara, karena kesempatan seperti itu dikaitkan dengan masalah moral, etika, dan hukum yang sangat serius. Bukan kebetulan bahwa beberapa negara telah mengeluarkan undang-undang yang melarang kloning manusia. Bagaimanapun, kebanyakan embrio kloning mati. Selain itu, kemungkinan kelahiran orang aneh tinggi. Jadi eksperimen kloning tidak hanya tidak bermoral, tetapi juga berbahaya dari sudut pandang menjaga kemurnian spesies Homo sapiens. Bahwa risikonya terlalu besar dikonfirmasi oleh informasi yang keluar pada awal tahun 2002, melaporkan bahwa domba Dolly menderita radang sendi, penyakit yang tidak umum pada domba, setelah itu dia harus di-eutanasia segera setelahnya.

Oleh karena itu, bidang penelitian yang jauh lebih menjanjikan adalah studi tentang genom manusia (kumpulan gen). Pada tahun 1988, atas inisiatif J. Watson, organisasi internasional "Human Genome" dibentuk, yang mengumpulkan banyak ilmuwan dari seluruh dunia dan menetapkan tugas untuk menguraikan seluruh genom manusia. Ini adalah tugas yang menakutkan, karena jumlah gen dalam tubuh manusia adalah dari 50 hingga 100 ribu, dan seluruh genom lebih dari 3 miliar pasangan nukleotida.

Diyakini bahwa tahap pertama dari program ini, terkait dengan penguraian urutan pasangan nukleotida, akan selesai pada akhir tahun 2005. Pekerjaan telah dilakukan untuk membuat "atlas" gen, satu set peta mereka. Peta semacam itu pertama kali disusun pada tahun 1992 oleh D. Cohen dan J. Dosset. Dalam versi terakhir, itu disajikan pada tahun 1996 oleh J. Weissenbach, yang mempelajari kromosom di bawah mikroskop, menandai DNA dari berbagai daerahnya dengan penanda khusus. Kemudian dia mengkloning bagian-bagian ini, menumbuhkannya pada mikroorganisme, dan menerima fragmen DNA - urutan nukleotida dari satu untai DNA yang membentuk kromosom. Dengan demikian, Weissenbach melokalisasi 223 gen dan mengidentifikasi sekitar 30 mutasi yang menyebabkan 200 penyakit, termasuk hipertensi, diabetes, tuli, kebutaan, dan tumor ganas.

Salah satu hasil dari program ini, meskipun tidak selesai, adalah kemungkinan mengidentifikasi patologi genetik pada tahap awal kehamilan dan penciptaan terapi gen - metode pengobatan penyakit keturunan dengan bantuan gen. Sebelum prosedur terapi gen, mereka mencari tahu gen mana yang ternyata rusak, mendapatkan gen normal dan memasukkannya ke semua sel yang sakit. Pada saat yang sama, sangat penting untuk memastikan bahwa gen yang diperkenalkan bekerja di bawah kendali mekanisme sel, jika tidak, sel kanker akan diperoleh. Sudah ada pasien pertama yang disembuhkan dengan cara ini. Benar, belum jelas seberapa radikal mereka disembuhkan dan

apakah penyakit itu akan kembali lagi di masa depan. Juga, konsekuensi jangka panjang dari pengobatan tersebut belum jelas.

Penggunaan bioteknologi dan rekayasa genetika tentunya memiliki sisi positif dan negatif. Hal ini dibuktikan dengan memorandum yang diterbitkan pada tahun 1996 oleh Federation of European Microbiological Societies. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa masyarakat umum curiga dan memusuhi teknologi gen. Ketakutan disebabkan oleh kemungkinan menciptakan bom genetik yang dapat mendistorsi genom manusia dan menyebabkan lahirnya orang-orang aneh; munculnya penyakit yang tidak diketahui dan produksi senjata biologis.

Dan, akhirnya, masalah penyebaran luas produk makanan transgenik yang dibuat dengan memperkenalkan gen yang menghambat perkembangan penyakit virus atau jamur telah banyak dibahas baru-baru ini. Tomat dan jagung transgenik telah dibuat dan dijual. Roti, keju, dan bir yang dibuat dengan bantuan mikroba transgenik dipasok ke pasar. Produk semacam itu tahan terhadap bakteri berbahaya, memiliki kualitas yang lebih baik - rasa, nilai gizi, kekuatan, dll. Misalnya, di Cina, tembakau, tomat, dan paprika yang tahan virus ditanam. Tomat transgenik dikenal tahan terhadap infeksi bakteri, kentang dan jagung tahan terhadap jamur. Tetapi konsekuensi jangka panjang dari penggunaan produk tersebut masih belum diketahui, terutama mekanisme efeknya pada tubuh dan genom manusia.

Tentu saja, dalam dua puluh tahun menggunakan bioteknologi, tidak ada yang ditakuti orang telah terjadi. Semua mikroorganisme baru yang diciptakan oleh para ilmuwan kurang patogen daripada bentuk aslinya. Tidak pernah ada penyebaran organisme rekombinan yang berbahaya atau berbahaya. Namun, para ilmuwan berhati-hati untuk memastikan bahwa galur transgenik tidak mengandung gen yang, ketika ditransfer ke bakteri lain, dapat memiliki efek berbahaya. Ada bahaya teoretis dalam menciptakan jenis senjata bakteriologis baru berdasarkan teknologi gen. Oleh karena itu, para ilmuwan harus memperhitungkan risiko ini dan berkontribusi pada pengembangan sistem kontrol internasional yang andal yang mampu memperbaiki dan menangguhkan pekerjaan semacam itu.

Dengan mempertimbangkan kemungkinan bahaya penggunaan teknologi genetik, dokumen telah dikembangkan yang mengatur penggunaannya, aturan keamanan untuk penelitian laboratorium dan pengembangan industri, serta aturan untuk memasukkan organisme hasil rekayasa genetika ke lingkungan.

Jadi, hari ini diyakini bahwa, dengan tindakan pencegahan yang tepat, manfaat teknologi gen lebih besar daripada risiko konsekuensi negatif yang mungkin terjadi.

4. Konsep pengembangan peradaban (N.N. Moiseeva, V. Zubakova,

L. Coklat)

Versi depopulasi paling radikal diusulkan oleh V. Zubakov, yang merumuskan gagasan tentang ecogey (Gaia - dewi Bumi) - masa depan biosfer dengan depopulasi hingga 1,5 miliar orang selama 50 tahun. Skenarionya berisi ketentuan-ketentuan yang meragukan (pada penilaian paling ringan!) sebagai elemen utama, seperti pengenalan matriarki, penciptaan komunitas dunia non-kelas dan non-nasional, pembentukan pasukan ekologis dengan mengorbankan angkatan bersenjata NATO dan Rusia, penghancuran penjahat dan kejahatan dalam satu generasi, dan lain-lain.
Jadi, terlepas dari daya tarik lingkungan dari skenario konservasionis, sulit untuk diterapkan karena alasan sosial. Keluarga besar dijaga oleh tradisi nasional dan hampir semua agama yang melarang pengaturan melahirkan anak.
"Centrist" adalah dokumen yang diadopsi pada "Rio-92". Posisi sentrisme didukung oleh American WorldWatch Institute, yang didirikan oleh L. Brown. Institut setiap tahun menerbitkan ulasan khusus tentang keadaan masalah lingkungan di dunia (buku tahunan untuk 1992, 1993 dan 2000 diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia). Peran khusus dimainkan oleh buku tahunan 1994, yang berisi dua bab teoretis (penulisnya adalah Sandra Postel dan Lester Brown), di mana konsep daya dukung planet dan ketahanan pangan (food security) dirumuskan, yaitu: sangat penting untuk mengembangkan model masyarakat pembangunan berkelanjutan, keamanan).
Konsep pertama menunjukkan beban maksimum tertentu pada biosfer, di mana ia dapat pulih karena mekanisme pengaturan sendiri, dan yang kedua mencerminkan rasio kepadatan populasi dan kemampuan biosfer untuk memasok makanan secara berkelanjutan. dari ekosistem alami (terutama laut) dan dari pertanian buatan.
Dalam masalah yang sama, L. Brown memberikan penilaian yang optimis dan perkiraan yang baik tentang prospek untuk membangun masyarakat pembangunan yang berkelanjutan. Ia percaya bahwa titik balik dalam kaitannya dengan masalah SD telah digariskan, dan sejak tahun 1990 umat manusia telah memasuki "era lingkungan" baru yang menggantikan era pertumbuhan ekonomi. Sebagai ciri utama "era lingkungan", Brown menyebut peralihan sistem keamanan nasional dari pemecahan masalah militer (periode "perang dingin") menjadi menyediakan makanan bagi penduduk, mengatur pertumbuhan penduduk, dan melindungi lingkungan. Namun, hari ini, 10 tahun setelah Rio 92, jelas bahwa jalan menuju masyarakat pembangunan berkelanjutan akan panjang dan berduri...
Skenario sentris mencakup sejumlah elemen strategi yang harus diterima oleh masyarakat dunia. Garis-garis besar masyarakat pembangunan berkelanjutan saat ini telah banyak ditentukan, meskipun aspek "teknologi" dari penghijauan cara hidup umat manusia belum jelas, tetapi hanya sedang dibahas. Untuk membangun komunitas global pembangunan berkelanjutan, perlu untuk:
dengan metode yang manusiawi untuk mencapai pengaturan pertumbuhan penduduk pada tingkat yang tidak akan melebihi daya dukung planet ini (8-12 miliar orang);
menjamin keamanan pangan umat manusia, yaitu melindunginya dari ancaman kelaparan di masa sekarang dan masa depan (karena sistem pertanian kompromi dengan penggunaan moderat pupuk, herbisida, tanaman transgenik dan pengungkapan maksimum agro-sumber daya dan potensi biologis agroekosistem, serta perubahan pola makan sebagian besar umat manusia dengan penggantian sebagian besar protein hewani dengan protein nabati);
untuk menyediakan energi bagi umat manusia tanpa menghabiskan sumber daya energi dan pencemaran lingkungan yang menyertai produksi dan transportasi pembawa energi dan energi (energi jenis campuran: 30% dari sumber non-tradisional, sisanya dari sumber tradisional dengan peningkatan pangsa nuklir energi menggunakan reaktor nuklir yang aman dan siklus bahan bakar tertutup, transisi teknologi hemat energi di semua bidang kegiatan);
memastikan penggunaan bahan baku industri yang berkelanjutan (pengenalan daur ulang secara luas);
menghentikan pengurangan keanekaragaman hayati (bagian kawasan alam yang dilindungi harus setidaknya 30%);
mengurangi secara tajam tingkat pencemaran lingkungan karena "penghijauan" industri dan pertanian;
mengatasi pendekatan konsumen (terutama di negara-negara "miliar emas") dan dengan demikian mengurangi tekanan manusia terhadap alam;
meningkatkan tajam tingkat kerjasama internasional di bidang perlindungan lingkungan.
Semua tindakan ekonomi ini menurut sifatnya harus dikombinasikan dengan pendidikan dan pengasuhan lingkungan, pembentukan pandangan dunia ekologis dan aktivitas sosial dalam menangani masalah lingkungan di setiap penghuni planet ini.
Kesimpulannya, tetap bergabung dengan pendapat O.K. Dreyer dan V.A. Rusa yang selama ini konsep masyarakat pembangunan berkelanjutan menyerupai "batu filsuf" dan "mesin gerak abadi". Namun, ini sama sekali tidak mengurangi signifikansinya bagi kemanusiaan: batu filsuf tidak ditemukan, tetapi dalam proses pencariannya, alkimia tumbuh menjadi kimia, dan upaya untuk menciptakan mesin gerak abadi merangsang perkembangan mekanika. Dapat diasumsikan bahwa ketika mengkonkretkan jalan menuju masyarakat pembangunan berkelanjutan, umat manusia akan mempelajari cara hidup ekologis, alternatifnya adalah krisis lingkungan global.

V.A. Zubakov

HASIL XX DAN PROSPEK ABAD XXI DI MATA SEORANG GEOEKOLOGI:

HYPOSTASIS GLOBALISASI DAN IMPERATIVES OF SURVIVAL

G. G. Malinetsky dan ilmuwan lain membuat tiga kesimpulan penting:

1. Dunia telah mendekati krisis sistemik; 2. Di Rusia, di tingkat negara bagian, tidak ada prakiraan dinamika bioteknosfer dan tidak ada pemantauan proses teknosfer; 3. Analisis terhadap tujuan jangka panjang yang dihadapi umat manusia dan negara kini menjadi tugas utama ilmu pengetahuan (Malinetsky et al. 2003). Karena penulis menulis bahwa Rio de Janeiro bukanlah sebuah lompatan maju, tetapi sebuah langkah mundur, maka, pada kenyataannya, mereka juga mengajukan pertanyaan keempat - mengapa upaya PBB berusia 30 tahun untuk mengembangkan strategi pembangunan berkelanjutan - SD (kami memiliki “pembangunan berkelanjutan” – UR) tidak mengarah pada kesuksesan? Pertanyaan ini juga mengikuti dari tinjauan laporan Konferensi Internasional Amsterdam "Tantangan Bumi yang Berubah" (Kondratiev, Losev 2002), serta dari tinjauan saya terhadap hasil KTT PBB Johannesburg (Zubakov 2003). Penulis mendekati tiga pertanyaan pertama (Malinetsky et al. 2003) 15 tahun yang lalu (Zubakov 1990) dan kemudian memutuskan untuk mengubah spesialisasinya sebagai stratigrapher-paleoclimate.

seorang tolog untuk mempelajari masalah-masalah geoekologi sejarah, suatu disiplin ilmu yang belum terbentuk. Dalam sekitar 50 artikel berikut (saya hanya akan menyebutkan satu: Zubakov 1998–2001) dan dalam tiga brosur (Zubakov 1995; 2000a; 2002), saya sampai pada kontur alternatif dari paradigma konsumsi alam yang ada saat ini. aku memanggilnya ekogeosofi(dari bahasa Yunani "kebijaksanaan rumah Bumi"). Dia tidak luput dari perhatian. Ada ulasan (baik "untuk" dan "melawan"), dan diploma, dan bahkan - untuk salah satunya (Zubakov 2002) - medali dari Akademi Ilmu Pengetahuan Alam Rusia. Namun, upaya saya untuk memasukkan topik penelitian mendasar ke dalam rencana Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, bahkan dalam bentuk hibah dari RFBR, tidak berhasil. Apakah lamaran tersebut dianggap sebagai "cerita horor", atau bertentangan dengan ideologi pasar yang sekarang sedang ditanamkan, saya tidak tahu. Itulah mengapa saya mengambil artikel oleh para ilmuwan (Malinetsky et al. 2003), yang mewakili elit muda Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, sebagai perubahan penting yang menandai perubahan cuaca, dan mungkin iklim itu sendiri di Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia. dalam kaitannya dengan masalah batas ekologi,

sosiologi dan ekonomi. Saya ingin melanjutkan diskusi tentang masalah yang diangkat, membawanya ke arah tertentu sintagma oikogeonomic. Di bawah istilah baru sintagma(Yunani “bersama dibangun”) A. I. Rakitov (2003) mengusulkan untuk memahami sistem pengetahuan, aturan dan prinsip yang dikembangkan di berbeda ilmu pengetahuan, tapi dibawa bersama-sama untuk memecahkan penting praktis masalah. Persis seperti masalah di persimpangan geoekologi, geoekonomi, sosiologi, politik dan sinergis yang, menurut pendapat saya, adalah penciptaan yang belum ada, tetapi akut

diperlukan untuk kelangsungan hidup umat manusia "sains-strategi" tentang mengelola homeostasis umat manusia bersatu dengan biosfer yang didukung oleh-Nya dengan bantuan Akal Kolektif. aku memanggilnya oikogeonomics(Yunani "rumah menjaga bumi").

Saya setuju dengan rumusan (Malinetsky et al. 2003; Kondratiev, Losev 2002) dari program diskusi. Dan saya juga berpikir bahwa tujuan umat manusia, bukan "sementara", selama 3-4 tahun, tetapi jauh, selama seratus tahun atau lebih, sekarang menjadi (sudah menjadi!) Tugas utama sains dan ilmuwan. Tetapi untuk memilihnya dengan benar, tentu saja, perlu dipahami - Di mana kita? dan Mengapa? Oleh karena itu, saya membagi pembahasan empat pertanyaan yang diajukan menjadi dua bagian - analisis hasil abad kedua puluh dan

memahami tujuan dan strategi umat manusia untuk abad ke-21. Mengingat kompleksitas dan pentingnya masalah, ini jelas hanya dapat dilakukan dalam artikel besar. Dan pada saat yang sama, diskusi dipaksa ringkas, hampir abstrak. Tinjauan terhadap hasil abad ke-20 biasanya dimulai dengan judul seperti "Epilog", "Epitaph" (Azroyants 2002), "The End of History", "Requiem" (Neklessa 2002), atau dengan kata-kata "Krisis", "Bencana", "Kiamat". Penulis pertama menganggap globalisasi sebagai akibat utama abad ke-20, penulis kedua menganggap krisis lingkungan global (GEC). Apakah ada perbedaan? Memang, dalam kedua kasus, mereka menggambarkan, pada kenyataannya, sama

peristiwa yang sama. Tetapi pertanyaannya adalah dari posisi metodologis apa. Berbicara tentang globalisasi, para peneliti, dan paling sering sejarawan dan ekonom, menganalisis proses modern. Krisis (HEC) diucapkan oleh mereka yang membandingkan proses geoekologi modern dengan yang sebelumnya, yaitu, mereka memperluas topik analisis ke hasil peradaban. Artinya, perbedaan interval dipahami. Dan di sini tepat untuk mengutip kesimpulan para ahli dalam masalah manajemen yang dipimpin oleh I. V. Prangishvili (Prangishvili et al. 2001) bahwa memahami hasil proses sosial selalu tertinggal dari kemajuan proses itu sendiri setidaknya selama 15 tahun. Ketika menganalisis krisis geoekologi sistemik, kelambatan ini tentu saja jauh lebih signifikan.

Artikel ini memiliki dua tujuan: 1) untuk memberikan jawaban ahli geoekologi atas pertanyaan yang dirumuskan secara sinergis (Malinetsky et al. 2003; Prangishvili et al. 2001; Inozemtsev 2003; dan lainnya); 2) untuk membahas perbedaan spesifik dalam penilaian peristiwa abad ke-20 (terutama proses globalisasi) yang muncul antara ekonom dan sejarawan (Azroyants 2002; Neklessa 2002; Subetto 2003), di satu sisi, dan ahli geoekologi, di sisi lain. yang lain. dua kata tentang metodologi analisis. Dalam buku E. A. Azroyants (Azroyants 2002), dengan integritasnya yang menawan, globalisasi dipandang silih berganti sebagai sebuah masalah, sebagai sebuah kenyataan, dan sebagai sebuah proses. Bagi saya tampaknya lebih tepat untuk tidak mematahkan ketiga aspek globalisasi ini, tetapi untuk menemukan klasifikasi lain yang bermakna darinya. Dalam hal ini saya lebih dekat dengan logika A.S. Panarin (2002) dan A.I. Neklessa (2002). Dan di bawah ini saya akan mengklasifikasikan globalisasi sebagai masalah, realitas dan proses pada saat yang sama, dengan menyoroti empat utamanya inkarnasi(variasi esensial), dengan karakteristik indikator masing-masing (lihat Tabel 1, hal. 106). Tentu saja, mungkin ada lebih banyak hipotesis, tetapi saya akan membatasi diri pada yang utama. Ada perbedaan penting lainnya dalam deskripsi globalisasi - mereka dapat dibagi menurut tingkat korelasi antara empirisme dan teori. Misalnya, sebuah karya dua jilid dari prosiding konferensi yang diadakan oleh Akademi Ilmu Pengetahuan dan Seni Petrovsky publik di bawah arahan AI Subetto baru saja diterbitkan (Subetto 2003). Ini berisi 48 artikel di 750 halaman oleh 44 ekonom, filsuf dan sejarawan terkemuka,

mengikuti atau bersimpati dengan ideologi sosialis. Penulisnya menafsirkan globalisasi sebagai tahap akhir dalam perkembangan imperialisme dan kapitalisme. Dan sebagai kekuatan penentu disebut "kapitalokrasi" .

Pada saat yang sama, proses globalisasi menentang gerakan anti-globalisasi, yang dianggap AI Subetto sebagai awal dari “gelombang kedua Revolusi Peradaban Sosialis Global” (Subetto 2003: 39–41).

ideologis interpretasi globalisasi ditentang pragmatis sebuah interpretasi yang khas untuk sebagian besar monograf dan ulasan asing, dan di negara kita ini dikembangkan oleh V. L. Inozemtsev dalam jurnal Svobodnaya Mysl-XXI (Inozemtsev 2003). Dia menekankan sepenuhnya realitas objektif dan alami dari globalisasi apa adanya dan tidak menganggapnya tepat untuk memberinya penilaian emosional. Namun, itu mencirikan

gerakan anti-globalisasi sebagai jalan buntu dan degradasi. Mereka, anti-globalis, “tidak punya apa-apa untuk ditawarkan kepada dunia” (Inozemtsev 2003). Ada juga interpretasi ketiga tentang globalisasi sebagai semacam pandangan dunia. Bagian pertama dari monografi kolektif yang sangat informatif "Komunitas Global", yang dikumpulkan oleh AI Neklessa (2002), disebut "Globalisme sebagai Fenomena dan sebagai Pandangan Dunia". Penafsiran ini adalah yang paling menarik, meskipun kontroversial.

Tanpa mengikuti salah satu interpretasi ini, saya akan melakukan analisis independen saya sendiri di bawah ini, mengikuti Tabel 1 (hal. 106). Hipostasis ekologi dan demografi globalisasi Indikatornya adalah dua proses lintas batas

hidung - pencemaran lingkungan dengan limbah beracun dari kegiatan industri dan percampuran etnis penduduk. Jacques Attali (1990) menyebut yang terakhir sebagai "pertumbuhan nomaden". Memang, sekitar satu dari lima pekerja di Jerman adalah orang Turki, di Prancis orang Arab, dan di AS orang Meksiko. Bahwa pasar kami setengah dijalankan oleh orang-orang dari Kaukasus dan Asia Tengah, kami melihatnya sendiri. Menurut N.F. Mineev (Subetto 2003: 79), orang asing di antara penduduk Jerman mencapai 9%, di AS - 9,8%, di Kanada - 17,1%, di Swedia - 19,4%, di Austria - 21,1%, dan di Luksemburg bahkan 34,9%. Dari mana arus migran ini berasal? Dari negara-negara Selatan, yang termiskin. Apa transportasi polusi lintas batas, mari kita lihat contoh hujan asam dan transfer isotop radioaktif - manifestasi paling khas dari proses teknosfer. Mekanisme hujan asam adalah oksidasi sulfur dioksida dan nitrogen oksida dalam tetesan awan dan kabut.Asimetri dari "ledakan populasi" menyebabkan ketidakstabilan biososial populasi manusia (Koptyug et al. 1996).

hingga tujuh hari dan dibawa oleh angin sejauh ratusan dan ribuan kilometer dari daerah emisi. Jatuh di atas hutan, hujan asam membakar dedaunan, dan di atas danau ia membunuh plankton dan ikan. Setelah hujan dengan konsentrasi pH di bawah tiga, tanah kehilangan kemampuannya untuk menghasilkan apa pun. Saat ini, dengan intensitas rata-rata hujan asam 400 unit per hektar, kawasan hutan yang luas dan ribuan danau mati. Namun menurut perhitungan R. Ayres, pada tahun 2040 intensitas hujan asam dapat meningkat hingga 2400–

3600 unit, yaitu 6–9 kali (Kondratiev 1999). Transfer kejatuhan radioaktif "bekerja" pada jarak yang lebih jauh. Jadi, selama kecelakaan Chernobyl, sekitar 280 radionuklida yang berbeda jatuh di wilayah dari Swedia ke Turki. Isotop strontium dan cesium, yang dilepaskan selama tes Novaya Zemlya, meracuni lumut di seluruh utara Eurasia, dan akibatnya, rusa sampai ke Chukotka. Dan di antara Chukchi, yang memakan daging rusa, konsentrasi isotop ini ternyata sebanding dengan yang diamati di antara penghuni lingkungan Chernobyl (Feshbakh, Frendi 1992). Dan satu hal lagi: dalam susu Eskimo Greenland dan di tubuh penguin Antartika, makan ikan, pestisida konsentrasi tinggi masih ditemukan, jutaan kali lebih tinggi daripada latar belakang air, meskipun mereka telah lama dilarang di pertanian. Jadi, transfer lintas batas adalah indikator globalisasi yang paling jelas dan tak terbantahkan sebagai proses mengisi ekosfer Bumi dengan manusia dan limbah dari aktivitas teknogenik mereka dan krisis lingkungan global! Dapat dilihat bahwa ledakan populasi - peningkatan tiba-tiba hampir empat kali lipat (!) dalam populasi Bumi selama abad ke-20, sebesar 4,5 miliar (dari 1,6 menjadi 6,1 miliar) - adalah yang utama, tetapi bukan satu-satunya karakteristik lingkungan global. -krisis. Di sini tidak mungkin untuk menggambarkan parameter HEC, ini telah dilakukan sebelumnya (Zubakov 2000a). Saya akan membatasi diri untuk merujuk pada dimensi polusi yang menakjubkan di sekitar

lingkungan hidup di wilayah bekas Uni Soviet. Mereka diberikan dalam monografi oleh M. Feshbakh dan A. Frendy (1992), dari mana kita belajar bahwa Norilsk adalah kota yang paling tercemar lingkungan di dunia, Kaspia adalah laut, dan wilayah sekitarnya dari Kyshtym di Ural. Menurut indeks Dwi - Indeks limbah berbahaya - rasio volume limbah beracun dengan total volume limbah - produksi Rusia kami (Dwi - 4,53) adalah, menurut E. S. Ivleva, di

20 kali (!) lebih berbahaya daripada yang Jerman (Dwi - 0,26) dan tiga kali lebih berbahaya daripada yang Amerika (Dwi - 1,49) (Zubakov 2000a). Itulah sebabnya ahli ekologi terkemuka kami A. V. Yablokov menyebut Uni Soviet sebagai "negara mutan". Proses indikator ekokrisis global (GEC) Hal terpenting bagi kita sekarang adalah memahami bahwa pencemaran teknogenik biosfer dan pertumbuhan limbah teknogenik (volume total yang, jika didistribusikan secara merata di atas permukaan tanah, adalah lima kali volume biomassa makhluk hidup) merupakan konsekuensi langsung dari ledakan populasi di abad ke-20. Jika populasi Bumi telah tumbuh di abad ke-20

4 kali (lebih tepatnya, 3,75 kali), volume emisi teknogenik meningkat 18 kali (!).

Menurut hukum biosfer, konsumen yang lebih tinggi (lat. "konsumen"), yaitu, semua mamalia, termasuk genus Homo, hanya dapat mengkonsumsi 1% dari biomassa bumi tanpa melanggar siklus bioekologi. Menurut perhitungan V. G. Gorshkov (1995), dan di luar Vitousek, pada awal abad ke-20, umat manusia melewati garis ini, dan sekarang mengkonsumsi sekitar 10% dari seluruh biomassa planet ini dan sekitar 40% dari biomassa daratan ( !). Dengan kata lain, selama abad ke-20 itu melebihi urutan besarnya jumlah yang diizinkan oleh bioekologi

hukum. Ekonom terkemuka yang dipimpin oleh pemenang Hadiah Nobel R. Goodland dan H. Daly (Goodland, Daly, Serafy 1991) secara independen sampai pada kesimpulan ini, dari mana mereka menyimpulkan bahwa kemungkinan pasar spontan di ceruk ekologis yang penuh sesak telah kehabisan tenaga. Namun, kesimpulan mereka diabaikan oleh para politisi yang berkumpul di Rio de Janeiro.

Menurut hukum biologi dan ekologi, spesies yang telah melampaui batas econichenya akan kehilangan populasinya. Ini dipelajari dengan baik oleh ahli zoologi. Para ahli demografi dengan lembut memanggilnya "transisi demografis". Prosesnya telah dipelajari secara matematis oleh S.P. Kapitsa (1999). Dia percaya bahwa transisi akan memakan waktu 90 tahun dan bahwa selama waktu ini populasi manusia dapat dengan bebas berlipat ganda, dan pertumbuhan produksi pangan (yang akan membutuhkan 2,5 kali lebih banyak daripada seluruh sejarah umat manusia) seharusnya dapat dipastikan melalui penciptaan spesies yang dimodifikasi secara genetik. . Menurut para ahli biologi, reset populasi manusia akan menjadi bencana yang lebih besar. Saya akan memberikan deskripsinya oleh Akademisi Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional Ukraina V. A. Kordyum. Dia menulis: “Jika kita mengabaikan Biosfer, menganggapnya sebagai beban, jika kita mengubah planet ini menjadi pertanian anak perusahaan, menciptakan habitat buatan dan hidup tanpa menyangkal diri kita sendiri, maka jumlah lebih dari 1 miliar akan mengarah tidak hanya dan bukan "hanya" untuk penghancuran Biosfer, tetapi untuk penghancuran seluruh planet, sehingga pada dasarnya tidak cocok untuk memuat terlalu banyak mahkota ciptaan di atasnya. Dengan demikian lambat laun terbentuklah ide yang akhirnya mendapat nama "miliar emas", yaitu, jumlah orang yang pada akhirnya harus ada di Bumi. Harus, karena tidak bisa melakukan sebaliknya... Tapi apa artinya ini dalam kenyataan hidup? Redundansi dinamis adalah dasar bagi keberadaan semua makhluk hidup. Dia kebetulan pembayaran untuk penghapusan beban mutasi. Tapi redundansi stasioner adalah biohazard terbesar untuk semua makhluk hidup. Redundansi semacam itu menempatkan spesies (populasi) dalam keadaan mustahil untuk bertahan dalam jangka panjang. Dan umat manusia telah melangkahi tidak hanya semua yang diizinkan, tetapi sekarang semua batas jumlah yang tidak dapat diterima ... dan terus bergerak. Di mana? Untuk mereset angka menjadi 1 miliar Dan pertanyaannya sekarang pindah ke pesawat murni praktis - Bagaimana? Bagaimana itu akan dilaksanakan, saya bahkan tidak mau berpikir. Waktu untuk solusi lunak telah habis 50 tahun yang lalu. Sekarang sedang diputuskan (masih "dengan gravitasi"), di mana dan siapa yang harus menghilang, dan di mana dan siapa yang akan tinggal” (Kordyum 2003: 51-53).

Saya minta maaf untuk kutipan yang panjang, tetapi saya harus menunjukkan bahwa konsep "miliar emas" sekarang diinvestasikan dalam dua arti yang berbeda: arti ideologis kelas (lihat: Subetto 2003), dan pendekatan yang didokumentasikan secara ilmiah untuk memperkirakan nilai optimal. ukuran kemanusiaan (Gorshkov 1995; Goodland, Daly, Serafy 1991; Kordyum 2003).

Pembaca dapat mengambil pendapat V. A. Kordyum untuk "cerita horor". Oleh karena itu, saya akan melanjutkan pembahasan dengan mengacu pada kesimpulan. besar pakar pangan dunia L. Brown dan K. Flavin dari Worldwatch Institute. Menurut mereka (Brown, Flavin et al. 1992), pertumbuhan produksi pangan per kapita berakhir pada tahun 1984. Selama Revolusi Hijau di tahun enam puluhan, mencapai 13% per tahun, di tahun delapan puluhan turun menjadi 9%, dan setelah 1988 turun, dan dengan percepatan yang meningkat, untuk semua jenis makanan. Jadi, tahun 2000 mencapai 7%, dan tahun 2002 sudah 13%. Dengan demikian, jumlah orang yang kelaparan di dunia meningkat pada tahun 2002 menjadi 1,3 miliar orang, sebesar 23% dari populasi. Tapi bukan itu saja ... Secara paralel, ada bencana menolak tanah subur per kapita(dari 0,18 hingga 0,12 ha), semakin langkanya air bersih, erosi tanah meningkat, hasil panen menurun, meskipun konsumsi pupuk mineral dan pestisida meningkat, permukaan lautan sudah ditutupi oleh lapisan minyak sebesar seperempat area, dan produktivitasnya, masing-masing, berkurang 20%. Dengan demikian, analisis ilmiah tentang situasi ekologis dan demografis di Bumi menunjukkan bahwa T. Malthus yang sangat dimarahi, pada prinsipnya, benar - pertumbuhan jumlah orang yang tidak terkendali

dunia adalah bahaya terbesar. Perselisihan kuno antara Malthusians dan "Cornucopians", yang percaya bahwa sumber daya Bumi tidak ada habisnya, diputuskan untuk mendukung yang pertama - ini adalah pendapat para ilmuwan, baik asing (Miller 1993–1996) dan domestik (Reimers 1992; Arsky dkk. 1997; dll.).

Hipostasis informasi globalisasi Perkembangan teknologi komunikasi radio oleh umat manusia pada awal abad kedua puluh, di pertengahan abad televisi dan, akhirnya, pada tahun tujuh puluhan teknologi elektronik dan komputer, merupakan tonggak terbesar dalam sejarah peradaban. Informasi telah menjadi seketika dan volumenya tidak terbatas. Pergi revolusi informasi. Biaya komputer turun, menurut R. Kohane dan I. Ney ( Politik Internasional 2001: 10), sebesar 19% per tahun, daya komputasi mereka berlipat ganda dalam 18 bulan, dan jumlah informasi yang terkandung di dalamnya - dalam 100 hari (!). Dengan satu atau lain cara, kita sudah terbiasa dengan kemungkinan baru dunia informasi. Mari kita pikirkan tentang pentingnya revolusi informasi sebagai tonggak sejarah geohistoris dalam sejarah umat manusia. Peringkat tonggak sejarah ini sebanding dengan penampilan tulisan dan bahkan dengan penampilan pidato. Apa yang konsekuensi sosial revolusi informasi untuk pengembangan budaya? Mereka radikal, kalau bukan bencana... Bahkan, dengan munculnya tulisan, budaya berkembang melalui membaca, yaitu dalam proses pendidikan individu tenaga kerja, dan karena itu selalu memiliki pribadi spesifik. Dengan munculnya televisi dan Internet, semuanya telah berubah secara mendasar. Layar TV yang menyediakan informasi visual dan hemat tenaga yang dipilih untuk kami yang lain, adalah alat yang ampuh untuk intelektual dan spiritual zombie. Bekerja untuk pasar dan untuk massa pemirsa dan menggunakan cerita yang menarik dan menghibur secara primitif untuk menarik perhatian pada iklan, termasuk seks dan kekerasan, televisi, suka atau tidak suka, sedang mengubah budaya itu sendiri. Itu berubah menjadi massa ("budaya pop hitam") yang melayani pasar, dan menjadi instrumen zombie politik. Bagaimana orang tidak ingat bahwa baru-baru ini layar terus-menerus menyiarkan kepada kita bahwa penggantian tunjangan sosial dengan pembayaran beberapa ratus rubel yang lebih murah seharusnya dilakukan untuk kepentingan kita sendiri. Jadi, dengan keuntungan yang tidak diragukan dari revolusi informasi, yang tidak diragukan lagi meningkatkan kecepatan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi dengan urutan besarnya, secara bersamaan menentukan tren negatif dalam perkembangan budaya dan masyarakat. Faktor telezombie, pada kenyataannya, telah menentukan keniscayaan transformasi masyarakat sipil demokratis menjadi masyarakat. totalitarianisme pasar informasi!

Dua contoh kecil. Cucu saya, selama latihannya di AS, harus melakukan perjalanan dari Vermont ke New York selama dua hari. Jadi ayahnya di St. Petersburg, menggunakan Internet, menyusun rute di sekitar New York dengan rencana kereta bawah tanah dan semua stasiun transfer, dan cucunya langsung mendapatkannya. Contoh kedua. Saya kebetulan mengetahui bahwa pamflet saya, yang diterbitkan secara pribadi dalam cetakan kecil, sedang dijual di Internet. Bagaimana? Oleh siapa? Saya sangat marah. Tapi, setelah berpikir, dia menjadi tenang: Internet adalah PASAR informasi. Dan berbahagialah karena ide dan ulasan Anda diminati. Namun, revolusi informasi membagi dunia menjadi dua bagian dengan cara yang secara fundamental baru - informasi dikembangkan dan informasi orang yang tersesat negara. Dan ini bukan tentang jumlah komputer per kapita. Pada awal tahun sembilan puluhan, 80,4% dari semua komputer, menurut V. L. Inozemtsev (2000), untuk tujuh negara maju. Dan bukan dalam jumlah situs per kapita. Menurut R. O. Kohane, pada tahun 2000, 40% populasi di Amerika Serikat terhubung ke Internet, 15% di Jerman, dan hanya 0,1% di Cina. Menurut M. G. Delyagin (2003), hanya 6% penduduk bumi sekarang memiliki komputer, dan 2,6% memiliki situs internet. Tetapi angka-angka ini berubah dengan cepat. Kasus di tajam

meningkatnya biaya pendidikan dan ilmu pengetahuan. Jika baru-baru ini biaya pendidikan tinggi di Amerika Serikat diperkirakan 190 ribu dolar per siswa per tahun, sekarang telah meningkat menjadi 250 ribu. Di Rusia, pendidikan juga menjadi (menjadi) berbayar, dan tidak hanya lebih tinggi, tetapi sudah menengah ! Pada saat yang sama di bumi

satu miliar orang dewasa buta huruf (Pandangan Lingkungan Global). Pendidikan telah menjadi hak istimewa orang kaya dan, pada saat yang sama, menjadi prioritas dalam anggaran negara negara maju. Secara karakteristik, Korea Selatan, yang telah menjadi yang teratas dalam hal pembangunan di dunia, mampu melakukan ini karena memberikan gaji tertinggi kepada para gurunya di dunia dalam kaitannya dengan PDB-nya. Begitulah paradoks, menurut A. Makhidjani (2000), dari negara bagian Kerala di India yang miskin dan semi-melek huruf, yang telah mencapai keaksaraan universal di bawah kepemimpinan komunis selama bertahun-tahun.Untuk memberikan penduduk negara itu pendidikan menengah, upaya setidaknya dua generasi diperlukan, seperti yang terjadi di Uni Soviet. Tetapi untuk mengangkat ilmu ke tingkat yang tinggi, yang berarti menjamin perkembangannya sekolah ilmiah, setidaknya diperlukan tiga generasi. Dan adalah mungkin untuk menghancurkan sains hanya dalam 15-20 tahun, itulah yang terjadi sekarang di Rusia. Pada tahun 1998, alokasi kami untuk ilmu pengetahuan menurun lima kali lipat dibandingkan dengan tahun 1991, menurut tinjauan yang sangat mengkhawatirkan dari S. G. Kara-Murza (2003), dan hanya sebesar 0,28% dari PDB (di negara maju berkisar antara 1,5 hingga 4% dari PDB). Hal ini menyebabkan pengurangan jumlah ilmuwan hingga setengahnya, dan jumlah peralatan ilmiah yang diperbarui sebanyak 20-25 kali lipat. Dengan demikian, jumlah aplikasi untuk penemuan menurun, menurut I. L. Andreev (2003), sebesar 6,6 kali, dan jumlah paten sebanyak 13 kali. Akibatnya, inovasi ilmiah kami turun menjadi 0,84% di dunia, dan produksi intensif pengetahuan kami sekarang hanya menyumbang 5% dari PDB, dibandingkan dengan pertumbuhannya di negara maju hingga 90% dari PDB.

5. Tambahkan reaksi nuklir dan tentukan nomor seri dan nomor massa inti kedua. Jelaskan efek isotop dari reaksi ini pada tubuh manusia.

90 Th 230 → 88 Ra 226 + 2 He 4

Partikel alfa terdiri dari dua proton dan dua neutron, partikel yang membentuk inti atom. Karena proton adalah partikel bermuatan positif dan neutron tidak membawa muatan, partikel alfa memiliki muatan positif. Mereka juga ditemukan di alam. Partikel alfa memancarkan unsur-unsur kimia dengan inti berat, seperti uranium atau radium, serta yang diperoleh manusia. Karena ukurannya yang relatif besar, partikel alfa sering bertabrakan dengan partikel di lingkungan dan kehilangan energi dengan sangat cepat. Oleh karena itu, mereka memiliki kemampuan penetrasi yang rendah dan tidak mampu menembus bahkan lapisan luar kulit atau selembar kertas.

Namun, jika sumber radiasi alfa memasuki tubuh (melalui saluran pernapasan atau saluran pencernaan dengan menghirup atau menelan debu radioaktif), partikel tersebut dapat menyebabkan kerusakan yang jauh lebih serius pada jaringan biologis daripada semua jenis radiasi radioaktif lainnya.

Bibliografi:

1. Gorelov A.A. "Konsep ilmu alam modern", M.: Higher

pendidikan, 2006.

2. Kanke V.A. "Konsep ilmu alam modern", M.: "Logos", 2001.

3. Khotuntsev Yu.M. Ekologi dan keamanan ekologi. - M.: ASADEMA,

4. Vashchekin N.P., Los V.A., Ursul A.D. "Konsep alam modern -

pengetahuan”, M.: MGUK, 2000.

Ruzavin G.I. "Konsep ilmu alam modern", M.: "Kesatuan",

6. Solopov E.F. "Konsep ilmu alam modern", M.: "Vlados",

Dalam sains modern, gagasan tentang struktur dunia material didasarkan pada pendekatan sistematis, yang dengannya setiap objek dunia material, baik itu atom, planet, dll. dapat dianggap sebagai suatu sistem - formasi kompleks, termasuk komponen, elemen, dan koneksi di antara mereka. Elemen dalam hal ini berarti bagian minimum yang tidak dapat dibagi lagi dari sistem yang diberikan.

Himpunan koneksi antar elemen membentuk struktur sistem, koneksi yang stabil menentukan keteraturan sistem. Tautan horizontal - koordinasi, memberikan korelasi (konsistensi) sistem, tidak ada bagian dari sistem yang dapat berubah tanpa mengubah bagian lain. Tautan vertikal adalah tautan subordinasi, beberapa elemen sistem berada di bawah yang lain. Sistem memiliki tanda integritas - ini berarti bahwa semua bagian penyusunnya, ketika digabungkan menjadi satu, membentuk kualitas yang tidak dapat direduksi menjadi kualitas elemen individu. Menurut pandangan ilmiah modern, semua objek alam adalah sistem yang teratur, terstruktur, dan terorganisir secara hierarkis.

Dalam arti paling umum dari kata "sistem" berarti setiap objek atau fenomena dunia di sekitar kita dan mewakili hubungan dan interaksi bagian-bagian (elemen) dalam kerangka keseluruhan. Struktur adalah organisasi internal sistem, yang berkontribusi pada koneksi elemen-elemennya menjadi satu kesatuan dan memberinya fitur unik. Struktur menentukan urutan elemen dari suatu objek. Unsur adalah setiap fenomena, proses, serta setiap sifat dan hubungan yang berada dalam semacam hubungan timbal balik dan hubungan satu sama lain.

Dalam memahami organisasi struktural materi, konsep "pembangunan" memainkan peran penting. Konsep perkembangan alam mati dan hidup dianggap sebagai perubahan terarah yang tidak dapat diubah dalam struktur objek-objek alam, karena struktur menyatakan tingkat organisasi materi. Sifat yang paling penting dari suatu struktur adalah stabilitas relatifnya. Struktur adalah tatanan hubungan internal yang umum, didefinisikan secara kualitatif dan relatif stabil antara subsistem dari sistem tertentu. Konsep "tingkat organisasi", berbeda dengan konsep "struktur", mencakup gagasan tentang perubahan struktur dan urutannya dalam perjalanan sejarah perkembangan sistem sejak awal. Sementara perubahan struktur mungkin acak dan tidak selalu terarah, perubahan tingkat organisasi terjadi dengan cara yang diperlukan.

Sistem yang telah mencapai tingkat organisasi yang sesuai dan memiliki struktur tertentu memperoleh kemampuan untuk menggunakan informasi untuk mempertahankan tidak berubah (atau meningkatkan) tingkat organisasi mereka melalui kontrol dan berkontribusi pada keteguhan (atau penurunan) entropi mereka (entropi adalah ukuran ketidakteraturan). Sampai saat ini, ilmu alam dan ilmu-ilmu lain dapat melakukannya tanpa pendekatan holistik dan sistematis terhadap objek studi mereka, tanpa memperhitungkan studi tentang proses pembentukan struktur yang stabil dan pengaturan diri.

Saat ini, masalah pengorganisasian diri yang dipelajari secara sinergis menjadi relevan dalam banyak ilmu, dari fisika hingga ekologi.

Tugas sinergis adalah memperjelas hukum membangun organisasi, munculnya keteraturan. Tidak seperti sibernetika, di sini penekanannya bukan pada proses pengelolaan dan pertukaran informasi, tetapi pada prinsip-prinsip membangun sebuah organisasi, kemunculannya, perkembangannya, dan kerumitannya sendiri (G. Haken). Pertanyaan tentang penataan dan pengorganisasian yang optimal sangat penting dalam studi masalah global - energi, lingkungan, dan banyak lainnya yang membutuhkan keterlibatan sumber daya yang sangat besar.

Pandangan modern tentang organisasi struktural materi

Dalam ilmu alam klasik, doktrin prinsip-prinsip organisasi struktural materi diwakili oleh atomisme klasik. Ide-ide atomisme berfungsi sebagai dasar untuk sintesis semua pengetahuan tentang alam. Pada abad ke-20, atomisme klasik mengalami transformasi radikal.

Prinsip-prinsip modern dari organisasi struktural materi dikaitkan dengan pengembangan konsep sistem dan mencakup beberapa pengetahuan konseptual tentang sistem dan fitur-fiturnya yang mencirikan keadaan sistem, perilakunya, organisasi dan pengaturan diri, interaksi dengan lingkungan, tujuan dan prediktabilitas perilaku, dan properti lainnya.

Klasifikasi sistem yang paling sederhana adalah pembagiannya menjadi statis dan dinamis, yang, meskipun nyaman, masih bersyarat, karena. segala sesuatu di dunia ini selalu berubah. Sistem dinamis dibagi menjadi deterministik dan stokastik (probabilistik). Klasifikasi ini didasarkan pada sifat memprediksi dinamika perilaku sistem. Sistem seperti itu dipelajari dalam mekanika dan astronomi. Berbeda dengan mereka, sistem stokastik, yang biasanya disebut probabilistik - statistik, berurusan dengan peristiwa dan fenomena acak yang masif atau berulang. Oleh karena itu, prediksi di dalamnya tidak dapat diandalkan, tetapi hanya probabilistik.

Menurut sifat interaksi dengan lingkungan, sistem terbuka dan tertutup (terisolasi) dibedakan, dan kadang-kadang sistem terbuka sebagian juga dibedakan. Klasifikasi seperti itu sebagian besar bersyarat, karena konsep sistem tertutup muncul dalam termodinamika klasik sebagai abstraksi tertentu. Sebagian besar, jika tidak semua, sistem adalah open source.

Banyak sistem kompleks yang ditemukan di dunia sosial memiliki tujuan, mis. berfokus pada pencapaian satu atau lebih tujuan, dan dalam subsistem yang berbeda dan pada tingkat organisasi yang berbeda, tujuan ini dapat berbeda dan bahkan bertentangan satu sama lain.

Klasifikasi dan studi sistem memungkinkan untuk mengembangkan metode kognisi baru, yang disebut pendekatan sistem. Penerapan ide sistem untuk analisis proses ekonomi dan sosial berkontribusi pada munculnya teori permainan dan teori keputusan. Langkah paling signifikan dalam pengembangan metode sistem adalah munculnya sibernetika sebagai teori umum kontrol dalam sistem teknis, organisme hidup, dan masyarakat. Meskipun teori kontrol terpisah sudah ada bahkan sebelum sibernetika, penciptaan pendekatan interdisipliner terpadu memungkinkan untuk mengungkapkan pola kontrol yang lebih dalam dan lebih umum sebagai proses akumulasi, transmisi, dan transformasi informasi. Kontrol itu sendiri dilakukan dengan bantuan algoritma, untuk pemrosesan yang digunakan komputer.

Teori sistem universal, yang menentukan peran mendasar dari metode sistem, di satu sisi mengungkapkan kesatuan dunia material, dan di sisi lain, kesatuan pengetahuan ilmiah. Konsekuensi penting dari pertimbangan proses material ini adalah pembatasan peran reduksi dalam kognisi sistem. Menjadi jelas bahwa semakin beberapa proses berbeda dari yang lain, semakin kualitatif mereka heterogen, semakin sulit untuk direduksi. Oleh karena itu, hukum sistem yang lebih kompleks tidak dapat sepenuhnya direduksi menjadi hukum bentuk yang lebih rendah atau sistem yang lebih sederhana. Sebagai antipode terhadap pendekatan reduksionis, pendekatan holistik muncul (dari bahasa Yunani holos - keseluruhan), yang menurutnya keseluruhan selalu mendahului bagian dan selalu lebih penting daripada bagian.

Setiap sistem adalah satu kesatuan, dibentuk oleh bagian-bagiannya yang saling berhubungan dan berinteraksi. Oleh karena itu, proses kognisi sistem alam dan sosial dapat berhasil hanya jika bagian-bagian dan keseluruhan di dalamnya dipelajari bukan dalam pertentangan, tetapi dalam interaksi satu sama lain.

Ilmu pengetahuan modern menganggap sistem sebagai kompleks, terbuka, dengan banyak kemungkinan untuk cara-cara baru pengembangan. Proses pengembangan dan berfungsinya sistem yang kompleks memiliki sifat pengaturan diri, mis. munculnya fungsi yang terkoordinasi secara internal karena koneksi internal dan koneksi dengan lingkungan eksternal. Pengorganisasian diri adalah ekspresi ilmiah alami dari proses pergerakan diri materi. Kemampuan mengatur diri sendiri dimiliki oleh sistem-sistem alam yang bernyawa dan yang tidak bernyawa, serta sistem-sistem buatan.

Dalam konsep modern yang berbasis ilmiah tentang organisasi sistemik materi, tiga tingkat struktural materi biasanya dibedakan:

• mikrokosmos - dunia atom dan partikel elementer - objek yang sangat kecil yang tidak dapat diamati secara langsung, dimensinya dari 10 -8 cm hingga 10-16 cm, dan masa pakainya dari tak terhingga hingga 10-24 detik.
• makrokosmos adalah dunia bentuk-bentuk stabil dan nilai-nilai seukuran manusia: jarak dan kecepatan duniawi, massa dan volume; dimensi objek makro sebanding dengan skala pengalaman manusia - dimensi spasial dari pecahan milimeter hingga kilometer dan pengukuran temporal dari sepersekian detik hingga tahun.
• megaworld - dunia luar angkasa (planet, kompleks bintang, galaksi, metagalaxies); dunia skala dan kecepatan kosmik yang sangat besar, jarak diukur dalam tahun cahaya, dan waktu dalam jutaan dan miliaran tahun;

Studi tentang hierarki tingkat struktural alam terhubung dengan solusi dari masalah paling sulit dalam menentukan batas-batas hierarki ini baik di dunia mega maupun di dunia mikro. Objek dari setiap tahap berikutnya muncul dan berkembang sebagai hasil dari penyatuan dan diferensiasi set objek tertentu dari tahap sebelumnya. Sistem menjadi lebih dan lebih berjenjang. Kompleksitas sistem meningkat bukan hanya karena jumlah level meningkat. Yang sangat penting adalah pengembangan hubungan baru antara tingkat dan dengan lingkungan yang umum untuk objek tersebut dan asosiasinya.

Dunia mikro, sebagai sublevel dari dunia makro dan dunia mega, memiliki fitur yang benar-benar unik dan oleh karena itu tidak dapat dijelaskan oleh teori yang terkait dengan tingkat alam lainnya. Secara khusus, dunia ini secara inheren paradoks. Baginya, prinsip "terdiri dari" tidak berlaku. Jadi, ketika dua partikel dasar bertabrakan, tidak ada partikel yang lebih kecil yang terbentuk. Setelah tumbukan dua proton, banyak partikel elementer lainnya muncul - termasuk proton, meson, hiperon. Fenomena "produksi ganda" partikel dijelaskan oleh Heisenberg: selama tumbukan, energi kinetik yang besar diubah menjadi materi, dan kita mengamati kelahiran ganda partikel. Dunia mikro sedang dipelajari secara aktif. Jika 50 tahun yang lalu hanya 3 jenis partikel dasar yang diketahui (elektron dan proton sebagai partikel terkecil dari materi dan foton sebagai bagian energi minimum), sekarang sekitar 400 partikel telah ditemukan. Sifat paradoks kedua dari mikrokosmos dikaitkan dengan sifat ganda partikel mikro, yang merupakan gelombang dan sel darah. Oleh karena itu, ia tidak dapat secara tegas dilokalisasi dalam ruang dan waktu. Fitur ini tercermin dalam prinsip hubungan ketidakpastian Heisenberg.

Tingkat organisasi materi yang diamati oleh manusia dikuasai dengan mempertimbangkan kondisi alami tempat tinggal manusia, yaitu. dengan mempertimbangkan hukum duniawi kita. Namun, ini tidak mengesampingkan asumsi bahwa bentuk dan keadaan materi, yang dicirikan oleh sifat yang sama sekali berbeda, mungkin ada pada tingkat yang cukup jauh dari kita. Dalam hal ini, para ilmuwan mulai membedakan sistem material geosentris dan non-geosentris.

Dunia geosentris - referensi dan dunia dasar waktu Newtonian dan ruang Euclidean, dijelaskan oleh seperangkat teori yang terkait dengan objek pada skala bumi. Sistem non-geosentris adalah jenis khusus dari realitas objektif, yang dicirikan oleh jenis atribut lain, ruang, waktu, gerakan selain yang duniawi. Ada asumsi bahwa dunia mikro dan dunia mega adalah jendela ke dunia non-geosentris, yang berarti bahwa hukum mereka, setidaknya sampai batas tertentu, memungkinkan seseorang untuk membayangkan jenis interaksi yang berbeda daripada di makrokosmos atau jenis realitas geosentris. .

Tata surya seperti yang dilihat oleh seorang seniman. Skala jarak dari Matahari tidak dihormati

Tidak ada batasan tegas antara dunia mega dan dunia makro. Biasanya diyakini bahwa itu dimulai dari jarak sekitar 10 7 dan massa 10 20 kg. Bumi dapat berfungsi sebagai titik referensi untuk awal dunia mega. Karena dunia mega berhubungan dengan jarak yang jauh, satuan khusus diperkenalkan untuk pengukurannya: satuan astronomi, tahun cahaya, dan parsec.

satuan astronomi(a.u.) – jarak rata-rata bumi ke matahari.

Tahun cahaya adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam satu tahun.

Parsec(detik paralaks) – jarak di mana paralaks tahunan orbit bumi (yaitu sudut di mana sumbu semi-utama orbit bumi terlihat, terletak tegak lurus terhadap garis pandang) sama dengan satu detik.

Benda langit di Alam Semesta membentuk sistem dengan kompleksitas yang berbeda-beda. Jadi Matahari dan 9 planet yang bergerak mengelilinginya terbentuk tata surya. Bagian utama dari bintang-bintang galaksi kita terkonsentrasi di piringan, terlihat dari Bumi "dari samping" dalam bentuk strip berkabut yang melintasi bola langit - Bima Sakti.

Semua benda langit memiliki sejarah perkembangannya masing-masing. Usia alam semesta adalah 14 miliar tahun. Usia tata surya diperkirakan 5 miliar tahun, Bumi - 4,5 miliar tahun.

Tipologi lain dari sistem material cukup tersebar luas saat ini. Ini adalah pembagian alam menjadi anorganik dan organik, di mana bentuk sosial materi menempati tempat khusus. Materi anorganik adalah partikel dan medan elementer, inti atom, atom, molekul, benda makroskopik, formasi geologi. Bahan organik juga memiliki struktur multi-level: tingkat pra-seluler - DNA, RNA, asam nukleat; tingkat seluler - organisme uniseluler yang ada secara independen; tingkat multiseluler - jaringan, organ, sistem fungsional (saraf, peredaran darah, dll.), organisme (tanaman, hewan); struktur supraorganismal - populasi, biocenosis, biosfer. Materi sosial hanya ada berkat aktivitas orang dan mencakup substruktur khusus: individu, keluarga, kelompok, kolektif, negara, bangsa, dll.



Dalam bentuknya yang paling umum, materi adalah himpunan tak terbatas dari semua objek dan sistem yang hidup berdampingan di dunia, totalitas sifat, koneksi, hubungan, dan bentuk geraknya. Pada saat yang sama, itu tidak hanya mencakup semua objek dan benda alam yang dapat diamati secara langsung, tetapi juga segala sesuatu yang tidak diberikan kepada kita dalam sensasi. Seluruh dunia di sekitar kita adalah materi yang bergerak dalam bentuk dan manifestasinya yang sangat beragam, dengan semua properti, koneksi, dan hubungan. Di dunia ini, semua objek memiliki tatanan internal dan organisasi sistemik. Keteraturan dimanifestasikan dalam gerakan teratur dan interaksi semua elemen materi, yang karenanya mereka digabungkan menjadi sistem. Seluruh dunia, oleh karena itu, muncul sebagai seperangkat sistem yang terorganisir secara hierarkis, di mana objek apa pun merupakan sistem independen dan elemen dari sistem lain yang lebih kompleks.

Menurut gambaran ilmu alam modern tentang dunia, semua objek alam juga tersusun, terstruktur, dan tersusun secara hierarkis. Berdasarkan pendekatan sistematis terhadap alam, semua materi dibagi menjadi dua kelas besar sistem material - alam mati dan hidup. dalam sistem alam mati elemen struktural adalah: partikel dasar, atom, molekul, bidang, benda makroskopik, planet dan sistem planet, bintang dan sistem bintang, galaksi, metagalaxies dan alam semesta secara keseluruhan. Oleh karena itu, dalam margasatwa elemen utama adalah protein dan asam nukleat, sel, organisme uniseluler dan multiseluler, organ dan jaringan, populasi, biocenosis, materi hidup planet ini.

Pada saat yang sama, baik benda mati maupun makhluk hidup mencakup sejumlah tingkat struktural yang saling berhubungan. Struktur adalah seperangkat hubungan antara elemen-elemen sistem. Oleh karena itu, setiap sistem tidak hanya terdiri dari subsistem dan elemen, tetapi juga berbagai koneksi di antara mereka. Dalam level ini, yang utama adalah

Koneksi horizontal (koordinasi) Xia, dan antar level - vertikal (subordinasi). Kombinasi koneksi horizontal dan vertikal memungkinkan untuk membuat struktur hierarki Semesta, di mana fitur kualifikasi utama adalah ukuran objek dan massanya, serta hubungannya dengan seseorang. Berdasarkan kriteria ini, tingkat materi berikut dibedakan: mikrokosmos, makrokosmos, dan megaworld.

dunia mikro- area objek mikro material yang sangat kecil dan tidak dapat diamati secara langsung, dimensi spasialnya dihitung dalam kisaran 10 -8 hingga 10 -16 cm, dan masa pakai - dari tak terhingga hingga 10 - 24 detik. Ini termasuk bidang, partikel dasar, inti, atom dan molekul.

dunia makro - dunia objek material, sepadan dalam skala dengan seseorang dan parameter fisiknya. Pada tingkat ini, besaran spasial dinyatakan dalam milimeter, sentimeter, meter, dan kilometer, dan waktu dinyatakan dalam detik, menit, jam, hari, dan tahun. Dalam kenyataan praktis, makrokosmos diwakili oleh makromolekul, zat dalam berbagai keadaan agregasi, organisme hidup, manusia dan produk aktivitasnya, mis. tubuh makro.

dunia mega - bola skala dan kecepatan kosmik yang sangat besar, jarak yang diukur dalam satuan astronomi, tahun cahaya dan parsec, dan waktu keberadaan benda luar angkasa - dalam jutaan dan miliaran tahun. Tingkat materi ini mencakup objek material terbesar: bintang, galaksi, dan gugusnya.

Masing-masing level ini memiliki pola spesifiknya sendiri, tidak dapat direduksi satu sama lain. Meskipun ketiga bidang dunia ini saling berhubungan erat.

Struktur dunia mega

Elemen struktural utama dari mega-dunia adalah planet dan sistem planet; bintang dan sistem bintang yang membentuk galaksi; sistem galaksi yang membentuk metagalaksi.

planet- benda langit yang tidak bercahaya sendiri, bentuknya mirip bola, berputar mengelilingi bintang dan memantulkan cahayanya. Karena kedekatannya dengan Bumi, yang paling banyak dipelajari adalah planet-planet tata surya, yang bergerak mengelilingi matahari dalam orbit elips. Kelompok planet ini juga termasuk Bumi kita, yang terletak pada jarak 150 juta km dari Matahari.

bintang- benda angkasa bercahaya (gas) yang terbentuk dari lingkungan gas-debu (terutama hidrogen dan helium) sebagai akibat dari kondensasi gravitasi. Bintang dihapus

dari satu sama lain untuk jarak yang sangat jauh dan dengan demikian terisolasi satu sama lain. Artinya, bintang-bintang praktis tidak saling bertabrakan, meskipun pergerakan masing-masing bintang ditentukan oleh gaya gravitasi yang diciptakan oleh semua bintang di Galaksi. Jumlah bintang di galaksi adalah sekitar satu triliun. Yang paling banyak dari mereka adalah katai, yang massanya sekitar 10 kali lebih kecil dari massa Matahari. Tergantung pada massa bintang, dalam proses evolusi mereka menjadi katai putih, atau bintang neutron, atau lubang hitam.

katai putih- ini adalah poststar elektronik, yang terbentuk ketika bintang pada tahap terakhir evolusinya memiliki massa kurang dari 1,2 massa matahari. Diameter katai putih sama dengan diameter Bumi kita, suhunya mencapai sekitar satu miliar derajat, dan kepadatannya 10 t / cm 3, mis. ratusan kali kepadatan bumi.

bintang neutron muncul pada tahap akhir evolusi bintang dengan massa 1,2 hingga 2 massa matahari. Suhu dan tekanan tinggi di dalamnya menciptakan kondisi untuk pembentukan sejumlah besar neutron. Dalam hal ini, kompresi bintang yang sangat cepat terjadi, di mana reaksi nuklir yang cepat dimulai di lapisan luarnya. Dalam hal ini, begitu banyak energi dilepaskan sehingga ledakan terjadi dengan hamburan lapisan luar bintang. Daerah dalamnya menyusut dengan cepat. Objek yang tersisa disebut bintang neutron karena terdiri dari proton dan neutron. Bintang neutron juga disebut pulsar.

Lubang hitam - ini adalah bintang-bintang yang berada pada tahap akhir perkembangannya, yang massanya melebihi 2 massa matahari, dan memiliki diameter 10 hingga 20 km. Perhitungan teoritis telah menunjukkan bahwa mereka memiliki massa raksasa (10 15 g) dan medan gravitasi yang sangat kuat. Mereka mendapatkan nama mereka karena mereka tidak memiliki cahaya, tetapi karena medan gravitasi mereka, mereka menangkap dari luar angkasa semua benda kosmik dan radiasi yang tidak dapat keluar dari mereka kembali, mereka tampaknya jatuh ke dalamnya (tertarik seperti lubang). Karena gravitasi yang kuat, tidak ada benda material yang ditangkap dapat melampaui radius gravitasi objek, dan karena itu mereka tampak "hitam" bagi pengamat.

Sistem bintang (kluster bintang)- kelompok bintang yang saling berhubungan oleh gaya gravitasi, memiliki asal usul yang sama, komposisi kimia yang serupa dan termasuk hingga ratusan ribu bintang individu. Ada sistem bintang yang tersebar, seperti Pleiades di konstelasi Taurus. Sistem seperti itu tidak memiliki bentuk yang benar. Ada lebih dari seribu yang diketahui

sistem bintang. Selain itu, sistem bintang mencakup gugus bintang globular, yang mencakup ratusan ribu bintang. Gaya gravitasi membuat bintang tetap berada di gugusan seperti itu selama miliaran tahun. Para ilmuwan saat ini mengetahui sekitar 150 gugus bola.

Galaksi adalah kumpulan gugus bintang. Konsep "galaksi" dalam interpretasi modern berarti sistem bintang besar. Istilah ini (dari bahasa Yunani "susu, susu") mulai digunakan untuk merujuk pada sistem bintang kita, yang merupakan jalur terang dengan warna seperti susu yang membentang di seluruh langit dan oleh karena itu disebut Bima Sakti.

Secara konvensional, menurut penampilannya, galaksi dapat dibagi menjadi tiga jenis. Ke pertama(sekitar 80%) adalah galaksi spiral. Spesies ini memiliki nukleus dan "lengan" spiral yang berbeda. Tampilan kedua(sekitar 17%) termasuk galaksi elips, mis. yang berbentuk elips. Ke jenis ketiga(sekitar 3%) adalah galaksi berbentuk tidak beraturan yang tidak memiliki inti yang berbeda. Selain itu, galaksi berbeda dalam ukuran, jumlah bintang dan luminositas. Semua galaksi dalam keadaan bergerak, dan jarak di antara mereka terus meningkat, mis. ada saling pemindahan (mundur) galaksi dari satu sama lain.

Tata surya kita termasuk dalam galaksi Bima Sakti, yang mencakup setidaknya 100 miliar bintang dan karenanya termasuk dalam kategori galaksi raksasa. Ini memiliki bentuk pipih, di tengahnya ada inti dengan "lengan" spiral memanjang darinya. Diameter Galaksi kita sekitar 100 ribu, dan ketebalannya 10 ribu tahun cahaya. Tetangga kita adalah Nebula Andromeda.

Metagalaxy - sistem galaksi, termasuk semua objek luar angkasa yang diketahui.

Sejak dunia mega berurusan dengan jarak yang jauh, unit khusus berikut telah dikembangkan untuk mengukur jarak ini:

1) tahun cahaya - jarak yang ditempuh sinar cahaya dalam satu tahun dengan kecepatan 300.000 km / s, mis. satu tahun cahaya adalah 10 triliun km;

2) satuan astronomi adalah jarak rata-rata dari Bumi ke Matahari, 1 AU. sama dengan 8,3 menit cahaya. Ini berarti sinar matahari, yang melepaskan diri dari Matahari, mencapai Bumi dalam waktu 8,3 menit;

3) parsec - unit pengukuran jarak kosmik dalam sistem bintang dan di antara mereka. 1pk - 206 265 a.u., mis. kira-kira sama dengan 30 triliun km, atau 3,3 tahun cahaya.

Dalam ilmu alam klasik, dan terutama dalam ilmu alam abad terakhir, doktrin prinsip-prinsip organisasi struktural materi diwakili oleh atomisme klasik. Pada atomismelah generalisasi teoretis yang berasal dari masing-masing ilmu ditutup. Ide-ide atomisme berfungsi sebagai dasar untuk sintesis pengetahuan dan tumpuan aslinya. Saat ini, di bawah pengaruh pesatnya perkembangan semua bidang ilmu alam, atomisme klasik sedang mengalami transformasi intensif. Perubahan yang paling signifikan dan signifikan secara luas dalam ide-ide kita tentang prinsip-prinsip organisasi struktural materi adalah perubahan-perubahan yang diekspresikan dalam perkembangan ide-ide sistemik saat ini.

Skema umum dari struktur langkah hierarkis materi, yang terkait dengan pengakuan keberadaan tingkat yang relatif independen dan stabil, titik-titik nodal dalam serangkaian pembagian materi, mempertahankan kekuatan dan makna heuristiknya. Menurut skema ini, objek diskrit dari tingkat materi tertentu, yang memasuki interaksi spesifik, berfungsi sebagai sumber awal untuk pembentukan dan pengembangan jenis objek baru yang fundamental dengan sifat dan bentuk interaksi yang berbeda. Pada saat yang sama, stabilitas dan kemandirian yang lebih besar dari objek asli yang relatif elementer menentukan sifat, hubungan, dan pola objek yang berulang dan bertahan dari tingkat yang lebih tinggi. Posisi ini sama untuk sistem yang sifatnya berbeda.

Struktur dan organisasi sistemik materi adalah di antara atributnya yang paling penting, mereka mengungkapkan keteraturan keberadaan materi dan bentuk spesifik di mana ia memanifestasikan dirinya.

Struktur materi biasanya dipahami sebagai strukturnya dalam makrokosmos, yaitu. keberadaan dalam bentuk molekul, atom, partikel dasar, dll. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa seseorang adalah makhluk makroskopik dan skala makroskopik akrab baginya, oleh karena itu konsep struktur biasanya dikaitkan dengan berbagai benda mikro.

Tetapi jika kita mempertimbangkan materi secara keseluruhan, maka konsep struktur materi juga akan mencakup benda-benda makroskopik, semua sistem kosmik dunia-mega, dan pada skala ruang-waktu besar yang sewenang-wenang. Dari sudut pandang ini, konsep "struktur" dimanifestasikan dalam kenyataan bahwa itu ada dalam bentuk sistem integral yang tidak terbatas, saling berhubungan erat, serta dalam keteraturan struktur setiap sistem. Struktur seperti itu tidak terbatas dalam hal kuantitatif dan kualitatif.

Manifestasi dari ketidakterbatasan struktural materi adalah:

– objek dan proses dunia mikro yang tidak habis-habisnya;

- tak terbatas ruang dan waktu;

– perubahan dan perkembangan proses yang tak terhingga.

Dari semua variasi bentuk realitas objektif, hanya area terbatas dunia material yang selalu dapat diakses secara empiris, yang sekarang meluas dalam skala 10 -15 hingga 10 28 cm, dan dalam waktu - hingga 2 × 109. bertahun-tahun.

Strukturalitas dan organisasi sistemik materi adalah di antara atribut yang paling penting. Mereka mengungkapkan keteraturan keberadaan materi dan bentuk-bentuk spesifiknya di mana ia memanifestasikan dirinya.

Dunia material adalah satu: yang kami maksud adalah bahwa semua bagiannya - dari benda mati hingga makhluk hidup, dari benda langit hingga manusia sebagai anggota masyarakat - terhubung dengan satu atau lain cara.

Sistem adalah sesuatu yang terhubung dengan cara tertentu satu sama lain dan tunduk pada hukum yang sesuai.

Urutan himpunan menyiratkan adanya hubungan reguler antara elemen-elemen sistem, yang memanifestasikan dirinya dalam bentuk hukum organisasi struktural. Tatanan internal ada di semua sistem alam yang muncul sebagai hasil interaksi tubuh dan perkembangan materi secara alami. Yang eksternal adalah karakteristik sistem buatan manusia: teknis, industri, konseptual, dll.

Tingkat struktural materi terbentuk dari sekumpulan objek tertentu dari kelas apa pun dan dicirikan oleh jenis interaksi khusus antara elemen-elemen penyusunnya.

Fitur berikut berfungsi sebagai kriteria untuk membedakan berbagai tingkat struktural:

– skala ruang-waktu;

- satu set properti paling penting;

- hukum gerak tertentu;

- tingkat kompleksitas relatif yang muncul dalam proses perkembangan historis materi di wilayah tertentu di dunia;

- beberapa indikasi lainnya.

Tingkat struktural materi yang diketahui saat ini dapat dibedakan menurut karakteristik di atas ke dalam bidang-bidang berikut.

1. Mikrokosmos. Ini termasuk:

- partikel dasar dan inti atom - luas orde 10 - 15 cm;

- atom dan molekul 10 -8 -10 -7 cm.

Dunia mikro adalah molekul, atom, partikel elementer - dunia objek mikro yang sangat kecil, tidak dapat diamati secara langsung, keragaman spasialnya dihitung dari 10 -8 hingga 10 -16 cm, dan masa hidup - dari tak terhingga hingga 10 -24 s.

2. Macroworld: benda makroskopik 10 -6 -10 7 cm.

Makrokosmos adalah dunia bentuk dan nilai stabil yang sepadan dengan seseorang, serta kompleks kristal molekul, organisme, komunitas organisme; dunia objek makro, yang dimensinya sebanding dengan skala pengalaman manusia: kuantitas spasial dinyatakan dalam milimeter, sentimeter, dan kilometer, dan waktu - dalam detik, menit, jam, tahun.

Megaworld adalah planet, kompleks bintang, galaksi, metagalaxies - dunia skala dan kecepatan kosmik yang sangat besar, jarak yang diukur dalam tahun cahaya, dan waktu keberadaan benda luar angkasa adalah jutaan dan miliaran tahun.

Dan meskipun level-level ini memiliki hukum spesifiknya sendiri, dunia mikro, makro, dan mega saling berhubungan erat.

3. Megaworld: sistem luar angkasa dan skala tak terbatas hingga 1028 cm.

Tingkat materi yang berbeda dicirikan oleh berbagai jenis koneksi.

Pada skala 10–13 cm, interaksi kuat diamati, integritas nukleus dipastikan oleh gaya nuklir.


Integritas atom, molekul, makrobodi disediakan oleh gaya elektromagnetik.


Pada skala kosmik - gaya gravitasi.


Dengan bertambahnya ukuran benda, energi interaksi berkurang. Jika kita mengambil energi interaksi gravitasi sebagai satu kesatuan, maka interaksi elektromagnetik dalam atom akan menjadi 1039 kali lebih besar, dan interaksi antara nukleon - partikel yang membentuk nukleus - 1041 kali lebih besar. Semakin kecil dimensi sistem material, semakin kuat elemen-elemennya saling berhubungan.


Pembagian materi ke dalam tingkat struktural adalah relatif. Dalam skala ruang-waktu yang dapat diakses, struktur materi dimanifestasikan dalam organisasi sistemiknya, keberadaannya dalam bentuk banyak sistem yang berinteraksi secara hierarkis, mulai dari partikel dasar dan berakhir dengan Metagalaxy.


Berbicara tentang strukturalitas - pembedahan internal keberadaan material, dapat dicatat bahwa tidak peduli seberapa luas jangkauan pandangan dunia sains, itu terkait erat dengan penemuan formasi struktural baru yang semakin banyak. Misalnya, jika sebelumnya pandangan tentang Alam Semesta ditutup oleh Galaksi, kemudian diperluas ke sistem galaksi, sekarang Metagalaxy dipelajari sebagai sistem khusus dengan hukum-hukum tertentu, interaksi internal dan eksternal.


Dalam ilmu pengetahuan modern, metode analisis struktural banyak digunakan, yang memperhitungkan sifat sistematis dari objek yang diteliti. Bagaimanapun, struktur adalah bagian internal dari keberadaan material, cara keberadaan materi. Tingkat struktural materi terbentuk dari sekumpulan objek tertentu dalam bentuk apa pun dan dicirikan oleh cara interaksi khusus antara elemen-elemen penyusunnya, dalam kaitannya dengan tiga bidang utama realitas objektif, level-level ini terlihat seperti ini (Tabel 1).


Tabel 1 - Tingkat struktural materi


alam anorganik	Alam hidup	Masyarakat
Submikro	Makromolekul biologis	Individu
dasar mikro	seluler	Keluarga
Nuklir	mikroorganik	Kolektif
atom	Organ dan jaringan	Kelompok sosial besar (kelas, negara)
Molekuler	Seluruh tubuh	Negara (masyarakat sipil)
level makro	Populasi	Sistem negara
Megalevel (planet, sistem bintang-planet, galaksi)	Biocenosis	kemanusiaan secara keseluruhan
Tingkat mega (metagalaxies)	Lingkungan	Noosfer

Masing-masing bidang realitas objektif mencakup sejumlah tingkat struktural yang saling terkait. Di dalam level-level ini, hubungan koordinasi bersifat dominan, dan antar level - yang lebih rendah.


Sebuah studi sistematis objek material tidak hanya melibatkan pembentukan cara untuk menggambarkan hubungan, koneksi, dan struktur banyak elemen, tetapi juga pemilihan elemen yang membentuk sistem, yaitu. menyediakan fungsi dan pengembangan sistem yang terpisah. Pendekatan sistematis untuk formasi material menyiratkan kemungkinan pemahaman sistem yang sedang dipertimbangkan pada tingkat yang lebih tinggi. Sistem biasanya dicirikan oleh struktur hierarkis, yaitu penyertaan berurutan dari sistem tingkat yang lebih rendah ke dalam sistem tingkat yang lebih tinggi.


Dengan demikian, struktur materi pada tingkat alam mati (anorganik) mencakup partikel dasar, atom, molekul (benda dunia mikro, benda makro, dan benda dunia mega: planet, galaksi, sistem metagalaksi, dll.). Metagalaxy sering diidentikkan dengan seluruh Semesta, tetapi Semesta dipahami dalam arti kata yang paling luas, ia identik dengan seluruh dunia material dan materi yang bergerak, yang dapat mencakup banyak metagalaxies dan sistem ruang angkasa lainnya.


Satwa liar juga terstruktur. Ini menyoroti tingkat biologis dan tingkat sosial. Tingkat biologis termasuk sublevel:


– makromolekul (asam nukleat, DNA, RNA, protein);


– tingkat seluler;


– mikroorganisme (organisme bersel satu);


- organ dan jaringan tubuh secara keseluruhan;


- populasi;


- biocenosis;


- biosfer.


Konsep utama level ini pada tiga sublevel terakhir adalah konsep biotope, biocenosis, biosphere, yang memerlukan penjelasan.


Biotope - kumpulan (komunitas) individu dari spesies yang sama (misalnya, sekawanan serigala) yang dapat kawin silang dan mereproduksi jenisnya sendiri (populasi).


Biocenosis - satu set populasi organisme di mana produk limbah dari beberapa adalah kondisi untuk keberadaan organisme lain yang menghuni wilayah daratan atau perairan.


Biosfer adalah sistem kehidupan global, bagian dari lingkungan geografis (bagian bawah atmosfer, bagian atas litosfer dan hidrosfer), yang merupakan habitat organisme hidup, menyediakan kondisi yang diperlukan untuk kelangsungan hidup mereka (suhu, tanah, dll.), terbentuk sebagai hasil interaksi biocenosis.


Dasar umum kehidupan di tingkat biologis - metabolisme organik (pertukaran materi, energi, dan informasi dengan lingkungan) - memanifestasikan dirinya di salah satu sublevel yang dibedakan:


- pada tingkat organisme, metabolisme berarti asimilasi dan disimilasi melalui transformasi intraseluler;


- pada tingkat ekosistem (biocenosis), itu terdiri dari rantai transformasi suatu zat yang awalnya diasimilasi oleh organisme produsen melalui organisme konsumen dan organisme perusak milik spesies yang berbeda;


- pada tingkat biosfer, ada sirkulasi materi dan energi global dengan partisipasi langsung faktor-faktor skala kosmik.


Pada tahap tertentu dalam perkembangan biosfer, populasi khusus makhluk hidup muncul, yang, berkat kemampuan mereka untuk bekerja, telah membentuk semacam tingkat - tingkat sosial. Realitas sosial dalam aspek struktural dibagi menjadi sublevel: individu, keluarga, berbagai kolektif (produksi), kelompok sosial, dll.


Tingkat struktural aktivitas sosial berada dalam hubungan linier yang ambigu satu sama lain (misalnya, tingkat bangsa dan tingkat negara bagian). Jalinan berbagai tingkatan dalam masyarakat memunculkan gagasan tentang dominasi peluang dan kekacauan dalam aktivitas sosial. Tetapi analisis yang cermat mengungkapkan adanya struktur fundamental di dalamnya - bidang utama kehidupan publik, yang merupakan materi dan produksi, bidang sosial, politik, spiritual, yang memiliki hukum dan strukturnya sendiri. Semuanya, dalam arti tertentu, disubordinasikan sebagai bagian dari formasi sosial-ekonomi, sangat terstruktur dan menentukan kesatuan genetik dari perkembangan sosial secara keseluruhan.


Dengan demikian, salah satu dari tiga bidang realitas material terbentuk dari sejumlah tingkat struktural tertentu yang berada dalam urutan yang ketat dalam bidang realitas tertentu.


Transisi dari satu area ke area lain dikaitkan dengan komplikasi dan peningkatan set faktor yang terbentuk yang memastikan integritas sistem. Dalam setiap tingkat struktural ada hubungan subordinasi (tingkat molekuler termasuk tingkat atom, dan bukan sebaliknya). Pola-pola tingkat-tingkat baru tidak dapat direduksi menjadi pola-pola tingkat-tingkat yang menjadi dasar kemunculannya, dan mengarah ke tingkat organisasi materi tertentu. Organisasi struktural, mis. sistem, adalah cara keberadaan materi.


2. TIGA "GAMBAR" BIOLOGI. BIOLOGI TRADISIONAL ATAU NATURALISTIS


Anda juga dapat berbicara tentang tiga arah utama biologi atau, secara kiasan, tiga gambaran biologi:


1. Biologi tradisional atau naturalistik. Objek studinya adalah alam yang hidup dalam keadaan alaminya dan keutuhannya yang tak terbagi - "Kuil Alam", sebagaimana Erasmus Darwin menyebutnya. Asal usul biologi tradisional berasal dari Abad Pertengahan, meskipun cukup alami untuk mengingat di sini karya-karya Aristoteles, yang mempertimbangkan masalah biologi, kemajuan biologis, mencoba mensistematisasikan organisme hidup ("tangga Alam"). Menjadikan biologi menjadi ilmu yang mandiri - biologi naturalistik jatuh pada abad ke-18-19. Tahap pertama biologi naturalistik ditandai dengan pembuatan klasifikasi hewan dan tumbuhan. Ini termasuk klasifikasi terkenal C. Linnaeus (1707 - 1778), yang merupakan sistematisasi tradisional dunia tumbuhan, serta klasifikasi J.-B. Lamarck, yang menerapkan pendekatan evolusioner untuk klasifikasi tumbuhan dan hewan. Biologi tradisional tidak kehilangan signifikansinya pada saat ini. Sebagai bukti, posisi ekologi di antara ilmu-ilmu biologi, serta dalam semua ilmu alam, dikutip. Posisi dan otoritasnya saat ini sangat tinggi, dan terutama didasarkan pada prinsip-prinsip biologi tradisional, karena mengeksplorasi hubungan organisme satu sama lain (faktor biotik) dan dengan lingkungan (faktor abiotik).


2. Biologi fungsional-kimiawi, mencerminkan konvergensi biologi dengan ilmu fisika dan kimia eksakta. Fitur biologi fisikokimia adalah meluasnya penggunaan metode eksperimental yang memungkinkan untuk mempelajari materi hidup pada tingkat submikroskopik, supramolekul, dan molekuler. Salah satu bagian terpenting dari biologi fisika dan kimia adalah biologi molekuler - ilmu yang mempelajari struktur makromolekul yang mendasari materi hidup. Biologi sering disebut sebagai salah satu ilmu terkemuka abad ke-21.


Metode eksperimental yang paling penting yang digunakan dalam biologi fisikokimia termasuk metode atom berlabel (radioaktif), metode analisis difraksi sinar-X dan mikroskop elektron, metode fraksinasi (misalnya, pemisahan berbagai asam amino), penggunaan komputer, dll.


3. Biologi evolusioner. Cabang biologi ini mempelajari hukum perkembangan historis organisme. Saat ini, konsep evolusionisme sebenarnya telah menjadi platform tempat berlangsungnya sintesis pengetahuan yang heterogen dan khusus. Teori Darwin adalah jantung dari biologi evolusioner modern. Menarik juga bahwa Darwin pada suatu waktu berhasil mengidentifikasi fakta-fakta dan pola-pola yang memiliki makna universal, yaitu. teori yang diciptakannya dapat diterapkan untuk menjelaskan fenomena yang terjadi tidak hanya pada makhluk hidup, tetapi juga alam mati. Saat ini, pendekatan evolusioner telah diadopsi oleh semua ilmu alam. Pada saat yang sama, biologi evolusioner adalah bidang pengetahuan yang independen, dengan masalah, metode penelitian, dan prospek pengembangannya sendiri.


Saat ini, upaya sedang dilakukan untuk mensintesis ketiga bidang ("gambar") biologi ini dan membentuk disiplin independen - biologi teoretis.


4. Biologi teoretis. Tujuan biologi teoretis adalah pengetahuan tentang prinsip, hukum, dan sifat paling mendasar dan umum yang mendasari materi hidup. Di sini penelitian yang berbeda mengajukan pendapat yang berbeda tentang pertanyaan tentang apa yang harus menjadi dasar biologi teoretis. Mari kita pertimbangkan beberapa di antaranya:


Aksioma biologi. B.M. Mednikov, seorang ahli teori dan eksperimen terkemuka, menyimpulkan 4 aksioma yang mencirikan kehidupan dan membedakannya dari "non-kehidupan".


Aksioma 1. Semua organisme hidup harus terdiri dari fenotipe dan program untuk konstruksinya (genotipe), yang diwariskan dari generasi ke generasi. Bukan struktur yang diwariskan, tetapi deskripsi struktur dan instruksi pembuatannya. Hidup berdasarkan hanya satu genotipe atau satu fenotipe tidak mungkin, karena dalam hal ini, baik reproduksi-diri dari struktur maupun pemeliharaan-dirinya tidak dapat dipastikan. (D. Neumann, N. Wiener).


Aksioma 2. Program genetik tidak muncul lagi, tetapi direplikasi dengan cara matriks. Gen generasi sebelumnya digunakan sebagai matriks di mana gen generasi berikutnya dibangun. Hidup adalah penyalinan matriks diikuti dengan perakitan salinan sendiri (N.K. Koltsov).


Aksioma 3. Dalam proses transmisi dari generasi ke generasi, program genetik berubah secara acak dan tidak terarah sebagai akibat dari banyak alasan, dan hanya secara kebetulan perubahan ini menjadi adaptif. Pemilihan perubahan acak bukan hanya dasar dari evolusi kehidupan, tetapi juga alasan pembentukannya, karena seleksi tidak bekerja tanpa mutasi.


Aksioma 4.
Dalam proses pembentukan fenotipe, perubahan acak dalam program genetik dikalikan, yang memungkinkan mereka untuk dipilih oleh faktor lingkungan. Karena amplifikasi perubahan acak dalam fenotipe, evolusi alam yang hidup pada dasarnya tidak dapat diprediksi (N.V. Timofeev-Resovsky).


E.S. Bauer (1935) mengedepankan prinsip ketidak seimbangan sistem kehidupan yang stabil sebagai ciri utama kehidupan.


L. Bertalanffy (1932) menganggap objek biologis sebagai sistem terbuka dalam keadaan keseimbangan dinamis.


E. Schrödinger (1945), B.P. Astaurov mewakili penciptaan biologi teoretis dalam citra fisika teoretis.


S. Lem (1968) mengemukakan interpretasi cybernetic tentang kehidupan.


5. A.A. Malinovsky (1960) mengusulkan metode matematis dan sistemik sebagai dasar teori biologi.