Substanţa

Pentru a înţelege lumea ca atare nu este de ajuns să vorbim pur şi simplu despre univers, fiinţă şi neant sau realitate. Acestea sunt concepte destul de abstracte, care ne vorbesc că ceva este, dar este important să înţelegem cum există acel ceva. La prima vedere tot ce există este în veşnică mişcare, schimbare, devenire. Ce este azi mâine nu va mai fi la fel. De exemplu, astăzi cireşul este frumos, căci a înflorit, dar peste o zi-două floare a căzut, el numai este cum a fost, astfel se schimbă anotimpurile, oamenii, timpul etc. Dar în unul şi acelaşi timp acelaşi cireş înfloreşte în fiecare primăvară, anotimpurile au aceleaşi cicluri, omul rămâne acelaşi om pe tot parcursul unei vieţi. Deci fiecare lucru conţine ceva care este constant pe tot parcursul existenţei sale. Anume constantul acesta şi este numit în filosofie substanţa.

Substanţa este o categorie filosofică pentru desemnarea realităţii în planul unităţii ei interioare şi a formelor ei de manifestare şi dezvoltare. Substanţa este neschimbătoare spre deosebire de permanentele schimbări ale însuşirilor şi stărilor, ea este ceea ce există în sine şi datorită sie însăşi, ea este cauza primară a ceea ce are loc. Anume substanţei i atribuie libertatea ca posibilitate de a se determina pe sine însăşi prin fundamentele proprii. Deci ea nu poate avea o putere din afară care ar acţiona asupra ei. Tradiţional se disting două tipuri de substanţă: materia şi spiritul.

Istoria conceptuluiCuvântul latin substantia vine de la latinul substare (substrat), ceea ce este dedesubt, suport şi este

traducerea termenului grec esenţă (ousia).În filosofia antică substanţa se tratează drept substrat, primul fundament al tuturor lucrurilor. Substrat (prima materie, prima substanţă, prima stihie, primul element, începutul unic) în sens larg

fundamentul a tot ce există. Obişnuit substratul îl identifică cu materia. În sens îngust prin substrat se înţelege structurile şi formaţiunile simple care rămân stabile, neschimbate la orişicare transformare a lucrului şi determină însuşirile ei concrete (de ex. atomii în reacţiile chimice).

În perioada naturfilosofiei antice şi mai târziu filosofii considerau, că în fundamentul diversităţii lucrurilor stă un oarecare element:

Thales evidenţia apa în calitate de element primar;Anaximandru considera că elementul primar este apeironul (infinitul sau nedeterminatul); Anaximene a determinat aerul în calitate de element primar;Aristotel presupunea că primele elemente sunt 5 : aerul, apa, pământul, focul şi eterul (substanţa

celestă). Fiecare element reprezintă una din stările primei materii unitare: o combinaţie determinată a însuşirilor de bază: cald, frig, umed, uscat.

Cald + uscat = FocCald + umed = AerFrig + umed = ApăFrig + uscat = PământEterul – începutul mişcării

Materia

Conceptele de substanţă, substrat deschid calea spre înţelegerea unui alt concept filosofic important – materia. Iniţial materia vom încerca s-o prezentăm ca substrat material al lumii materiale, adică a lucrurilor, fenomenelor naturale.

Termenul materie este utilizat, deja de Plato pentru desemnarea substratului lucrurilor, care după modul de a exista erau opuse ideilor. Aristotel recunoştea existenţa obiectivă a materiei. Pentru el aceasta (hile- pădure, sau material de construcţie) este eternă, necreată şi indestructibilă. În epoca primelor concepţii atomistice ale antichităţii materia era considerată substanţă, fundament a tot ce există, din care este construit totul în Univers. Din acest punct de vedere clasice pot fi considerate concepţiile lui Leucip şi Democrit.

În epoca medievală materia era considerată principiul multiplului şi al individualizării.În epoca luminilor accentul conceperii materiei s-a schimbat spre diversitatea lumii. Din acest punct

de vedere materia ca substanţă există nu înainte şi nu paralel cu lucrurile, dar numai în diversitatea de fenomene şi prin ele. Holbach considera că materia este tot ce acţionează asupra organelor noastre senzoriale.

1

La sfârşitul secolului al XIX-lea, începutul secolului al XX-lea descoperirile din fizică au făcut posibil ca reprezentările noastre despre materie să se schimbe,. În conceptul de materie este inсlus nu numai substanţa, dar şi câmpul, ca o formă deosebită de existenţă a materiei.

În una dintre formulele primite de materialismul dialectic, materia este considerată însăşi realitatea obiectivă, care există în afara noastră şi este dată în organele noastre senzoriale. Dar această definiţie, după părerea noastră, este prea largă şi nu face deosebire între materialul sau substratul lucrurilor şi realitatea obiectivă, care fără doar şi poate include şi alte elemente ale realităţii, cum ar fi proprietăţile lucrurilor, relaţiile dintre ele.

Structura materiei

Structura materiei este descrisă de un şir de ştiinţe despre natură cum ar fi fizica, astrofizica, chimia, biologia etc.

În reprezentările ştiinţifice contemporane despre structura materiei stă ideea despre o structură sistemică compusă. Orişice obiect al lumii materiale poate fi privit în calitate de sistem, adică o integritatea specifică alcătuită dintr-un şir de elemente şi legături între acestea. De exemplu, macrocorpul poate fi privit drept un sistem anumit de molecule. Fiecare moleculă de asemenea este un sistem de atomi şi o anumită legătură între ei, nucleele atomilor se supun anumitor forţe electrostatice. Atomul, de asemenea este un sistem, care are structură interioară, el include protoni şi neutroni, care mereu se transformă unul în altul. Protonul şi neutronul de asemenea sunt sisteme compuse. În ei pot fi evidenţiate elemente specifice quarcul, care interacţionează cu gluonii, care este un fel de clei, ce uneşte quarcurile, protonii, neutronii, pe care fizica îi uneşte în grupa hadronilor (particule grele) există datorită interacţiunilor quarc – gluonii.

Studiind natura vie de asemenea întâlnim o organizare sistemică a naturii. Sisteme compuse sunt atât celula, cât şi organismele alcătuite din celule; un sistem integru reprezintă viaţa pe pământ – biosfera, care există datorită interacţiunii părţilor acesteia: microorganismelor, plantelor, animalelor şi omului. Biosfera poate fi privită ca un sistem, tot aşa cum este molecula, atomul, unde sunt elemente şi legături între ele.

Prezenţa însuşirilor şi elementelor comune a diferitor sisteme materiale face posibil ca acestea să fie unite în diferite clase de sisteme materiale. Aceste clase adesea sunt numite niveluri de organizare a materiei sau tipuri de materie. Toate tipurile de materie sunt legate genetic între ele, de aceea structura materiei poate fi prezentată într-o anumită ierarhie.

Nivelurile organizării naturii neorganice

Cele mai adânci structuri ale lumii materiale sunt reprezentate de obiectele elementare, acestea sunt particulele elementare. În afara electronului care a fost descoperit în secolul al XIX-lea, celelalte particule ale microlumii au foste descoperite în secolul al XX-lea. Însuşirile lor au apărut destul de neobişnuite, faţă de ceea ce se cunoştea până la ele. Toate particulele elementare conţin atât însuşiri corpusculare, cât şi ondulare, iar legităţile lor, studiate de fizica cuantică se deosebesc de legităţile din fizica clasică. Până la descoperirea particulelor elementare ştiinţa cunoştea două tipuri de materie: substanţa şi câmpul. Încă la sfârşitul secolului al XIX-lea, începutul secolului al XX-lea câmpul era determinat ca un mediu material continuu, iar substanţa ca un mediu material discontinuu, compus din corpuscule discrete. Dezvoltarea fizicii cuantice a evidenţiat relativitatea diferenţierii substanţei şi a câmpului. Numai la nivelul macro, când pot fi ignorate însuşirile cuantice ale câmpului acestea pot fi diferenţiate. Dar la nivelul micro câmpul constă din cuante, care pot fi considerate particule cu caracteristice ondulare. De exemplu, câmpul electromagnetic poate fi considerat un sistem de fotoni, iar câmpul gravitaţional – un sistem de gravitoni (corpuscule ipotetice). În acelaşi timp, particulele substanţei – electronii, mezonii etc. în anumite cazuri în fizică sunt consideraţi cuante ale câmpurilor corespunzătoare (electrono-pozitron, mezon).

Particulele elementare iau parte la formarea a patru tipuri de interacţiuni – puternică, slabă, electromagnetică şi gravitaţională. Ultimele două tipuri de interacţiuni se manifestă la orişice distanţă cât de mare nu ar fi, de aceea ele supun toate procesele nu numai în microlume, dar şi macrolume – planete, stele, galactici. În ce priveşte interacţiunile puternice şi slabe, acestea se manifestă doar în microlume.

Particulele elementare pot fi clasificate după tipurile de interacţiuni:- hadronii (particulele grele – protonii, neutronii, mezonii) participă în toate interacţiunile;

2

- leptonii (leptos – uşor,de ex. electron, neutrino) nu participă în interacţiuni puternice, doar în cele slabe electrice şi gravitaţionale.

- gravitonii sunt purtătorii doar a puterilor gravitaţionale.Cercetarea acestor structuri a devenit scopul principal al fizicii contemporane. Căutările sunt susţinute de interesul de a găsi cele mai adânci structuri ale materiei, care determină evoluţia Universului, specificul interacţiunii şi dezvoltării obiectelor lui.

Primul succes în această direcţie a fost descoperirea quarc structurii hadronilor. În stare liberă aceştia nu au fost găsiţi, ei par a fi închişi în compoziţia hadronilor. Mărirea distanţei între quarcuri în interiorul hadronilor implică şi întărirea forţelor care-i uneşte.

Quarcurile şi leptonii sunt obiecte fundamentale în sistemul particulelor elementare. Ei sunt materialul fundamental de construcţie a Universului.

Cu cât fizica pătrunde mai mult în structurile materiei cu atât mai posibil devine înţelegerea evoluţiei Universului, deoarece este clar că materia evoluează.

Structura elementară a materiei în afara particulelor include şi vacuumul fizic. În acesta se află toate particulele. Vacuumul fizic nu este vid, ci o anumită stare a materiei. În el au loc procese complexe, legate de apariţia şi dispariţia particulelor virtuale. Particulele virtuale sunt potenţele anumitor tipuri de particule elementare, care apar şi dispar pentru un timp foarte scurt, de aceea despre ele se spune, că sunt gata de naştere, dar nu se nasc. S- a descoperit că vacuumul fizic printr-un salt este în stare să-şi transforme structura, această transformare a primit denumirea de transformare de fază.

Ultimele cercetări în microlume a făcut posibil să se înţeleagă structura şi evoluţia Universului, a apariţiei lui prin Marea explozie, în urma cărei au apărut mase noi de particule elementare prin trecerea de fază a vacuumului. Interacţiunea microelementelor şi apariţia particulelor mici prin aceste interacţiuni serveşte drept fundament pentru apariţia sistemelor materiale mai complexe. Din particulele elementare apar atomii care sunt formă specifică a materiei.

Particulele elementare, nucleul atomilor, ionii (atomi ce au pierdut o pare din electroni) pot compune o stare deosebită a materiei, asemănătore gazelor, numită plasmă. Corpuri uriaşe de plasmă legate de câmpuri electromagnetice şi gravitaţionale alcătuiesc stelele, care reprezintă un nou nivel de organizare al materiei. În adâncurile lor au loc reacţii nucleare, pe parcursul cărora unele particule se transformă în altele şi în rezultat acestea emană energie. Stelele sunt un fel de focar al atomilor. Datorită reacţiilor care se petrec în ele se formează atomi, din aceştia apar moleculele. Din molecule se formează macroobiectele (lichide, gazoase, solide). Un tip deosebit de organizare a macroobiectelor sunt planetele, corpuri cu o structură complicată interioară, care au nucleu, litosferă, uneori atmosferă şi hidrosferă. Stelele şi planetele formează sisteme planetare. Îngrămădiri mari de stele, sisteme planetare, gaze şi colb interstelare formează un nou tip de obiecte materiale numite galactici. Pământul aparţine la una dintre aceste galactici, care reprezintă un sistem uriaş în formă de spirală eliptică. Masa stelelor, care aparţin galactici noastre este concentrată într-un disc cu mărimea de 100 mii de ani lumină în diametru şi cu grosimea de 1500 de ani lumină (viteza luminii 300 mii km/sec.) Soarele nostru se găseşte la marginea galacticii şi se roteşte în jurul nucleului ei, făcând o rotaţie în 200 ml de ani, aşa zis un an galactic.

Galacticele se unesc în clustere – sisteme de galactici cu legităţile sale. Pe acestea le-am putea compara cu structura moleculelor. Sistemele de galactici se unesc în metagalactici. Metagalacticile formate din sisteme de galactici interacţionează între ele. Ele interacţionează astfel, că se îndepărtează unele de altele. Acest proces de îndepărtare a obiectelor galactice se numeşte expansiune. Expansiunea s-a început din momentul Marii explozii. După datele ştiinţei contemporane maetagalactica a apărut acum 20 de mld de ani în urmă.

Nivelurile organizării materiei organiceLa anumit nivel de dezvoltare a materiei în hotarele anumitor sisteme planetare au apărut condiţii

de formare din moleculele materiei neorganice purtători ai vieţii. Ca şi materia neorganică, viaţa are anumite niveluri de organizare. Pot fi evidenţiate sisteme protocelulare – acizi nucleici (ADN şi ARN) şi proteinele. Celulele sunt un alt nivel de organizare biologică, care există de sine stătător în forma unor organisme monocelulare, fiinţele monocelulare (plantele şi animalele). Un nou nivel de organizare a materiei este sunt structurile compuse din organisme individuale – populaţiile, comunităţi de indivizi de aceeaşi specie, care sunt legate prin acelaşi genofond şi se reproduc. (Haita de lupi, moşiroiul de furnici, familia de albine.) În acest nivel de organizare a materiei se include şi biocenozele. Biocenoza se formează din interacţiunea populaţiilor şi a mediului ambiant. În sistemul integral al biocenozei populaţiile acestea sunt legate între ele astfel, încât produsele activităţii vitale ale unora devin condiţii de

3

viaţă pentru altele. Şi în sfârşit biosfera. În acest sistem diferite biocenoze formează un sistem global al vieţii ce se numeşte biosfera..

ADN este prescurtarea de la acidul dezoxiribonucleic . Acesta este format din molecule organice dintre cele mai complexe. Substanța se găsește în fiecare celulă a ființelor vii și este esențială pentru identitatea oricărui organism, de la Euglena viridis, mica ființă unicelulară aflată la granița dintre plante și animale, și până la Homo sapiens sapiens, omul contemporan.

Acidul ribonucleic (ARN) este, ca și ADN-ul, un polinucleotid format prin copolimerizarea ribonucleotidelor. Un ribonucleotid este format dintr-o bază azotată (adenină A, guanină G, uracil U și citozină C), o pentoză (D-2-dezoxiriboză) și un fosfat. În molecula de ARN uracilul înlocuiește timina.

Schema organizării ierarhice a materiei

METAGALACTICA

4

5

Sisteme de galactici

Galactici

Sisteme planetare

Planete

Macroobiecte

Molecule

Atomi

Microelemente,Vacuum fizic

Biosfera

Societatea umană

biocenoza

Populaţii

Organisme multicelulare

Celule

Nivel microcelularADN, RDN, proteine

Structura atomului.Cei mai mulţi atomi sunt compuşi din trei de particule subatomice:

1. electronii, care au sarcină electrică negativă şi sunt cele mai puţin masive particule subatomice;

2. protonii, care au sarcină electrică pozitivă şi sunt de 1836 ori mai masivi decât electronii;neutronii, care nu au sarcină electrică şi sunt de aproximativ 1839 ori mai mari decât electronii.

Protonii şi neutronii formează nucleul atomic, dens şi masiv, ei fiind numiţi şi nucleoni. Electronii formează un nor electronic ce înconjoară nucleul.

Pozitronul este antiparticula electronului. Are exact aceeaşi masă ca electronul, dar are sarcină opusă. În urma interacţiunii dintre un electron şi un pozitron are loc anihilarea celor două particule, proces însoţit de eliberare de energie. Pozitronul are numeroase aplicaţii în cercetările din fizica particulelor şi în tehnicile de imagistică medicală. Spitalele, de exemplu, folosesc tomografia cu emisie de pozitroni, putându-se astfel observa fluxul sanguin, metabolismul ori receptorii neuronilor.

Particulele subatomiceÎnainte de 1961 erau cunoscute dintre acestea doar electronii, protonii şi neutronii. Azi se cunoaşte

că protonii şi neutronii sunt alcătuiţi din particule şi mai mici, numite quarcuri. Sunt două tipuri de quarcuri: up şi down. Neutronul este formai din două quarcuri down şi un quarc up, iar protonul este format din două quarcuri up şi un quarc down.

O importanţă deosebită o au bosonii, particulele de transport a forţelor de interacţiune.Protonii şi neutronii sunt menţinuţi împreună în nucleu prin intermediul gluonilor ce transportă

forţa nucleară.

6