Мы живем среди огромного разнообразия объектов: огромных планет и мельчайших частиц, живых организмов и искусственно созданных человеком устройств, отдельных индивидуумов и состоящих из них сообществ. Что же мы будем называть объектом? В философском смысле объект – это вещь, явление или процесс, на которые направлена познавательная деятельность субъекта, но мы будем использовать собственное определение, не привязанное к наблюдателю.
Математика начинается с набора аксиом – положений, которые принимаются за истину без доказательств. Теорию объектов мы начнем с двух простых утверждений.
Все известные материальные предметы состоят из более мелких частей. Наш организм состоит из клеток, клетки из белков, белки из аминокислот, аминокислоты из молекул, молекулы из атомов, атомы из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны состоят из кварков. Кварки, лептоны и калибровочные бозоны являются мельчайшими кусочками материи, известными на данный момент. Пока мы не можем продолжить эту цепочку, но, вероятно, и они состоят из других, более мелких частей. Итак, первое утверждение заключается в том, что каждый объект состоит из других более мелких объектов.
Вторым очевидным утверждением является то, что все объекты изменяются. Изменение – это переход из одного состояния в другое в самом общем смысле. Изменения вызванные внешними факторами будем называть внешними воздействиями. Например, удар молотком по камню – внешнее воздействие на камень; захват сигнальной молекулы клеткой – внешнее воздействие на клетку; звонок по телефону – внешнее воздействие на человека.
При каких же условиях несколько объектов можно считать одним новым объектом? Для этого между ними должны существовать связи. Связи между объектами существуют, если изменение одного из них вызывает изменения в других.
Объекты, между которыми существуют связи, образуют новый объект и называются внутренними частями.
Итак, объект – это множество внутренних частей, между которыми существуют связи.
Можно ли считать объектом два камня, лежащих на разных концах улицы? Между любыми физическими телами действует сила гравитации, однако если ударить по одному из камней, второй не ощутит никаких изменений в данных условиях. Если же их совместить, связать веревкой, они начнут сопротивляться удару вместе. Связанные камни уже могут считаться одним объектом.
Важно отметить, что некоторые связи не существуют независимо от внешних воздействий. То, что является объектом относительно одного внешнего воздействия, может не иметь связей относительно другого. Например, кажется, что между отдельно стоящими деревьями не существует связей: если начать рубить одно дерево, другие этого не почувствуют. Однако, если в одном из деревьев поселится насекомое-вредитель и оставит потомство, то позже заразятся и другие деревья. По отношению к такому внешнему воздействию между деревьями существуют связи, и множество деревьев – лес – может считаться объектом.
Является ли объектом природный газ? Молекулы газа не имеют прочных связей и легко меняют положение относительно друг друга, поэтому газ является слабым объектом относительно физических воздействий. Но если какое-то воздействие приведет к воспламенению небольшой его области, то огонь распространится и на остальные части. По отношению к возгоранию газ проявляет себя как объект.
Рассмотрим в качестве объекта компанию друзей. Если один из них попадет в аварию, остальные попытаются ему помочь: навестят в больнице, помогут деньгами, а кто-то присмотрит за домашним животным. Коллектив реагирует на внешнее воздействие сообща, поэтому может считаться объектом.
Посмотрим на примеры объектов различных типов, на их связи и на то, как они реагируют на различные внешние воздействия.
Когда будешь излагать науку, не забудь под каждым положением приводить его практические применения, чтобы твоя наука не была бесполезна.
– Леонардо Да Винчи
• Объект: планетарная система
Планетарные системы состоят из звезд, планет, спутников и других более мелких объектов. Связью между внутренними частями является сила гравитации.
• Объект: твёрдое тело
Твердые тела состоят из молекул и атомов. Выделяют разные типы молекулярных связей: ионные, ковалентные, металлические, водородные. Реакция тел на физические внешние воздействия описывается классической механикой. Геометрические и физические свойства зависят от внутренних частей и связей между ними.
• Объект: клетка
Клетка – минимальная единица жизни. Внутренние части дифференцированы, выполняют различные функции. Одноклеточные организмы способны реагировать на внешние биологические воздействия, например, на проникновение вируса.
• Объект: человек
Человек – объект огромной сложности, который состоит из белков, клеток, органов, тканей, объединенных связями различных типов. Человек способен реагировать на большой спектр внешних воздействий: физических, биологических, информационных.
• Объект: автомобиль
Автомобиль можно рассматривать вместе с водителем как один объект. Автомобиль без водителя – просто набор твердых тел и жидкостей, но вместе с водителем приобретает дополнительные свойства. Сам автомобиль никак не отреагирует на изменение – прокол колеса. Водитель же обратится в автосервис и поломка будет устранена.
