Естествознание и философия. Диалектический и метафизический методы изучения природы

1. Естествознание и философия. Диалектический и метафизический методы изучения природы.



Цель естествознания – описать, систематизировать и объяснить совокупность явлений и процессов. Для этого необходимо устанавливать причинно-следственную связь: причина – явление – следствие.  Принципиальное различие естественнонаучной истины от математической заключается в том, что для естествоиспытателя истинность теоретического вывода доказывается только опытом, экспериментом.

После того, как теория проверена опытом, наступает следующая стадия познания действительности, в которой устанавливаются границы истинности наших знаний или границы применимости теорий и отдельных научных утверждений. Данная стадия обусловливается объективными (динамизм окружающего мира, несовершенство техники для эксперимента) и субъективными факторами. Любая научная истина относительна, но содержит элементы абсолютного.

Причинность -связь между отдельным состоянием видов и форм материи в процессе ее движения, развития, возникновение любых объектов и систем, а также изменение их свойств во времени имеют свои основания в предшествующих состояниях материи. Эти основания называют причинами, а вызываемые ими изменения – следствиями; сущность причинности – порождение причиной следствия, с помощью нее организована материально-практическая деятельность человека.

Критерий истины (если научная теория подтверждена практикой, то она истинна).

Относительность научного знания (Научное знание всегда относительно и ограничено, и задача ученого состоит в том, чтобы установить границы соответствия знания действительности – интервал адекватности).

Кроме науки есть другие способы познания мира:

Религия, Философия, Мораль, Искусство.

Наука отличается тем, что она стремится рационально проанализировать все формы и саму себя. В основном, наука  руководствуется логикой.

В истории изучения человеком природы сложились два прямо противоположных, несовместимых метода этого изучения. Это — диалектический и метафизический методы. При метафизическом подходе объекты и явления окружающего мира рассматриваются изолированно друг от друга, без учета их взаимных связей и в неизменном состоянии. Диалектический подход, наоборот, предполагает изучение объектов, явлений со всем богатством их взаимосвязей, с учетом реальных процессов их изменения, развития.

Одним из ярких выразителей диалектического подхода был древнегреческий мыслитель Гераклит. Он обращал внимание на взаимосвязи и изменчивость в природе, выдвигал идею о ее беспрерывном движении и обновлении.

В то же время в древнегреческой философии VI-V веков до н. э. зародился и другой подход к познанию мира. В учениях некоторых философов этого периода (Ксенофана, Парменида, Зенона) проявились попытки доказать, что окружающий мир неподвижен, неизменен, ибо всякое изменение представляется противоречивым, а потому — невозможным. Подобные воззрения много веков спустя проявились в науке Нового времени (до середины XVIII в.), а соответствующий им метод познания получил наименование метафизического.

На определенном этапе научного познания природы метафизический метод, которым руководствовались ученые-естествоиспытатели, был вполне пригоден и даже неизбежен, т.к. упрощал, облегчал сам процесс познания, учеными изучались многие объекты, явления природы, проводилась их классификация.

Новые научные идеи и открытия второй половины XVIII и особенно — первой половины XIX в., вскрыли диалектический характер явлений природы. Достижения естествознания этого периода опровергали метафизический взгляд на природу, демонстрировали ограниченность метафизики, которая все более и более тормозила дальнейший прогресс науки.



2. Естествознание и религия.



Исследования последних лет показали, что религия, несмотря на  великий технический прогресс, распространяется все шире. Примерно 75% всего земного шара проповедуют ту или иную религию (примерно 15% - атеисты) На данный момент наиболее распространены следующие религии:

Христианство, Ислам, Иудаизм вплоть до тотемизма, Буддизм.

Исторически так сложилась, что религия противопоставляется науке и что религиозные знания противоречат основным положениям научных теорий. Как правило, религия отражала те общественные отношения, которые господствовали в деспотических государствах, подавляла инакомыслие. Противостояние этих двух точек зрения наблюдалось на протяжении всей истории человечества (инквизиция – Запад, коммунизм – наша страна).

Религия

1. Бог жив или он актуально существует

2.Бог- конечная причина всех вещей (все от Бога, в том числе сам человек)

3.Истина заключается в Боге

4.Вера в Бога не допускает сомнения

5.Вера в Бога не требует доказательств

Наука

1.Кроме материального нет ничего. Если Бог существует, то он живет лишь в сознании человека

2. Для научного объяснения Бог не нужен

3.Истина создается самим человеком

4.Подвергай сомнению все выдумки человека

5.Существование Бога в равной степени как и его не существование доказать невозможно.

Избавить человека от религиозного мышления очень сложно, и в последнее время человечество научилось соединять эти противоположные «полюса». Например, католическая церковь принимает технический прогресс, но наука в свою очередь не отрицает божественного зачатия.

В чем состоит живучесть религии? Как правило, в утешении. И если религия необходима человеку, то нет ничего зазорного в том, что он верит.



3. Эмпирические и теоретические уровни научного познания.



Различают два уровня научного познания: эмпирический и теоретический. 

Эмпирический уровень научного познания характеризуется непосредственным исследованием реально существующих, чувственно воспринимаемых объектов. На этом уровне осуществляется процесс накопления информации об исследуемых объектах, явлениях путем проведения наблюдений, выполнения разнообразных измерений, постановки экспериментов. Фиксируемые на эмпирическом уровне закономерности, как правило, мало что объясняют. Эмпирический уровень научного познания – это установленные факты. Эмпирические закономерности обычно не открывают дальнейших направлений научного поиска. Эти задачи решаются уже на другом уровне познания — теоретическом.

Теоретический уровень научного исследования осуществляется на рациональной (логической) ступени познания. На данном уровне происходит раскрытие наиболее глубоких, существенных сторон, связей, закономерностей, присущих изучаемым объектам, явлениям. Теоретический уровень - более высокая ступень в научном познании. Результатами теоретического познания становятся гипотезы, теории, законы.

ПРОБЛЕМЫ. На уровне чувственно-практического опыта (эмпирического) возможно фиксирование только внешних общих признаков вещей и явлений. Существенные же внутренние их признаки здесь можно только угадать, схватить случайно. Объяснить же их и обосновать позволяет лишь теоретический уровень познания.

От эмпирии к теории нет прямого перехода. Изначальный толчок к созданию любой теоретической конструкции дает практический опыт. И проверяется истинность теоретических выводов их практическими приложениями. Однако сам процесс построения теории и ее дальнейшее развитие осуществляется от практики относительно независимо.

Основные особенности:

Научное знание характеризуется систематичностью, а также логической выводимостью одних знаний из других.

Объектами научного (теоретического) познания выступают не сами по себе предметы и явления реального мира, а их своеобразные аналоги — идеализированные объекты.

Важным признаком научного познания является осознанный контроль над самой процедурой получения нового знания, фиксация и предъявление строгих требований к методам познания.

Научное описание исследуемых объектов требует строгости и однозначности языка, четко фиксирующего смысл и значение понятий.

Научное знание претендует на общеобязательность и объективность открываемых истин, т.е. их независимость от познающего субъекта, безусловную воспроизводимость.

Наука изучает только те явления, которые повторяются, и поэтому ее главная задача — искать законы их существования.

Основными элементами научного знания являются:

- твердо установленные факты;

- закономерности, обобщающие группы фактов;

- теории, как правило, представляющие собой системы закономерностей, в совокупности описывающих некий фрагмент реальности;

- научные картины мира, рисующие обобщенные образы всей реальности, в которых сведены в некое системное единство все теории, допускающие взаимное согласование.



4. Естественнонаучная и гуманитарная культура.



Культура  - это система средств человеческой деятельности, благодаря которой программируется, реализуется, стимулируется активность индивида, группы, человечества в их взаимодействии с природой.

Эти средства создаются людьми, постоянно совершенствуются и состоят из трех содержательных типов: культур материальной, социальной, и духовной.

Гуманитарная культура основывается на знаниях этики, религиоведения, юриспруденции, искусствознания, философии, литературоведения и др. наук.

Понятие «естественнонаучная культура» указывает на:

- совокупный исторический объем информации, полученный в процессе изучения природы и общества

- объем информации о данных сферах бытия

- фактически усвоенное индивидом содержание накопленного и актуализированного знания о природе и общественных ценностях.

Специфика естественнонаучной культуры состоит в том, что знание о природе постоянно совершенствуются, отличается высокой степенью объективности, представляет собой наиболее достоверный (истинный) слой массива человеческого знания, имеющего большое значение для существования человека и общества.

Специфика гуманитарной культуры состоит в том, что знание о системе ценностных зависимостей в обществе активизируется исходя из принадлежности индивида к определенной социальной группе.

Взаимосвязь естественнонаучной и гуманитарной культур заключается в следующем:

- они имеют единую основу, выраженную в потребностях и интересах человека и человечества в создании оптимальных условий для самосохранения и  совершенствования

- осуществляют взаимообмен достигнутыми результатами (это нашло свое выражение, например, в этике естествознания, рационализации гуманитарной культуры и т.д.)

- взаимно координируют в историко-культурном процессе

- являются самостоятельными частями единой системы знаний науки

- имеют основополагающую ценность для человека, ибо он выражает единство природы и общества



5. Натурфилософия и ее место в истории естествознания.



Первой в истории человечества формой существования естествознания была так называемая натурфилософия (от лат-natura — природа), или философия природы. Последняя характеризовалась чисто умозрительным истолкованием природного мира, рассматриваемого в его целостности. Считалось, что философии — в ее натурфилософской форме — отведена роль «науки наук», «царицы наук», ибо она является вместилищем всех человеческих знаний об окружающем мире, а естественные науки являются лишь ее составными частями.

Натурфилософское понимание природы содержало много вымышленного, фантастического, далекого от действительного понимания мира. Появление натурфилософии в интеллектуальной истории человечества и очень длительное ее существование объясняется рядом неизбежных обстоятельств.

Когда естественнонаучного знания (в его нынешнем понимании) еще практически не существовало, попытки целостного охвата, объяснения окружающей действительности были единственным и оправданным способом человеческого познания мира.

Вплоть до XIX столетия естествознание было слабо дифференцировано, отсутствовали многие его отрасли. Еще в XVIII веке в качестве сформировавшихся, самостоятельных наук существовали лишь механика, математика, астрономия и физика. Химия, биология, геология находились лишь в процессе становления. В такой ситуации натурфилософия, строя общую картину природы, стремилась заменить собой отсутствующие естественные науки.

Отрывочному знанию об объектах, явлениях природы, которое давало тогдашнее естествознание, натурфилософия противопоставляла свои умозрительные представления о мире. В этих представлениях не известные еще науке причины и действительные (но пока непознанные) связи явлений заменялись вымышленными, фантастическими причинами и связями. Для истолкования непонятных явлений натурфилософы обычно придумывали какую-нибудь силу (например, жизненную силу) или какое-нибудь мифическое вещество (флогистон, электрическая жидкость, эфир и т. п.). Разумеется, действительные пробелы в естественнонаучном знании восполнялись при этом лишь в воображении. Это было вынужденное положение, которое, однако, не могло продолжаться бесконечно.

Когда в XIX веке естествознание достигло достаточно высокого уровня развития и был накоплен и систематизирован большой фактический материал, т. е. когда были познаны действительные причины явлений, раскрыты их реальные связи между собой, существование натурфилософии потеряло всякое историческое оправдание. А в связи с этим понимание философии как «науки наук» также прекратило свое существование. Вместе с уходом с исторической арены старой натурфилософии сама философия, также как и различные отрасли естествознания, наконец-то обрела свой предмет. Однако тесная двусторонняя связь между философией и естествознанием сохраняется по сей день.



6. Естествознание эпохи средневековья.



В эту эпоху философия тесно сближается с теологией (богословием). Возникает непреодолимое противоречие между наукой, делающей свои выводы из результатов наблюдение опытов, включая и обобщение этих результатов, и богословием, для которого истина заключается в религиозных догмах.

Пока европейская христианская наука переживала длительный период упадка (вплоть до ХII-ХШ вв.), на Востоке, наоборот, наблюдался прогресс науки. Со второй половины VIII в. научное лидерство явно переместилось из Европы на Ближний Восток. Древнегреческая научная мысль получила известность в мусульманском мире, способствуя развитию астрономии и математики. В истории науки этого периода известны такие имена арабских ученых, как Мухаммед  аль-Баттани (850—929 гг.), астроном, составивший новые астрономические таблицы и т.п.

Средневековой арабской науке принадлежат и наибольшие успехи в химии. Опираясь на материалы александрийских алхимиков I века и некоторых персидских школ, арабские химики достигли значительного прогресса в своей области. В их работах алхимия постепенно превращалась в химию.

В XI веке страны Европы пришли в соприкосновение с богатствами арабской цивилизации, а переводы арабских текстов стимулировали восприятие знаний Востока европейскими народами.

Большую роль в подъеме западной христианской науки сыграли университеты (Парижский, Болонский, Оксфордский, Кембриджский и др.) которые стали образовываться начиная с XII века. И хотя эти университеты первоначально предназначались для подготовки духовенства, но в них уже тогда начинали изучаться предметы математического и естественнонаучного направления, а само обучение носило, более чем когда-либо раньше, систематический характер.

XIII век характерен для европейской науки началом эксперимента и дальнейшей разработкой статики Архимеда. Здесь наиболее существенный прогресс был достигнут группой ученых Парижского университета. Они развили античное учение о равновесии простых механических устройств, решив задачу, с которой античная механика справиться не могла, — задачу о равновесии тела на наклонной плоскости.

В XIV веке рождаются новые идеи, начинают использоваться математические методы, т. е. идет прогресс подготовки будущего точного естествознания. Лидерство переходит к группе ученых Оксфордского университета, среди которых наиболее значительная фигура — Томас Брадвардин. Ему принадлежит трактат «О пропорциях».

Научные знания эпохи средневековья ограничивались в основном познанием отдельных явлений и легко укладывались в натурфилософские схемы мироздания, выдвинутые еще в период античности (главным образом в учении Аристотеля). В таких условиях наука еще не могла подняться до раскрытия объективных законов природы. Естествознание — в его нынешнем понимании — еще не сформировалось. Оно находилось в стадии своеобразной «преднауки».



7. Создание классической механики и экспериментального естествознания.



Формирование классической механики и основанной на ней механической картины мира происходило по 2-м направлениям: 1. обобщение полученных ранее результатов и, прежде всего, законов свободного падения тел, открытых Галилеем, а также законов движения планет, сформулированных Кеплером; 2. создания методов для количественного анализа механического движения в целом. В первой половине 19 в. наряду с теоретической механикой выделяется и прикладная (техническая) механика, добившаяся больших успехов в решении прикладных задач. Все это приводило к мысли о всесилии механики и к стремлению создать теорию теплоты и электричества так же на основе механических представлений. Наиболее четко эта мысль была выражена в 1847 г. физиком Германом Гельмгопьцем в его докладе "О сохранении силы": "Окончательная задача физических наук заключается в том, чтобы явления природы свести к неизменным притягательным и отталкивающим силам, величина которых зависит от расстояния" В любой физической теории присутствует довольно много понятий, но среди них есть основные, в которых проявляется специфика этой теории, ее базис, мировоззренческая сущность. К таким понятиям относят т.н. фундаментальные понятия, а именно: материя, движение, пространство, время, взаимодействие. Каждое из этих понятий не может существовать без четырех остальных. Вместе они отражают единство Мира.



8. Развитие естествознания в XVIII-XIX веках.



С первыми трудностями механистическая картина мира встретилась при изучении тепловых явлений, оказалось невозможно описать поведение тепловой системы механистически. Это привело к пересмотру в МКМ представлений о детерминизме и открытию законов термодинамики. Но, несмотря на выявленные слабости, МКМ господствовала в европейской науке более 200 лет. В XVIII в. появились первые термометры, которые позволили детально изучать тепловые явления. Вообще в XVIII в. существовала 19 температурных шкал, из которых до нашего времени сохранились: Фаренгейта, Реомюра и Цельсия. В XVIII в. теоретически обосновывалась теория теплорода. Она исходила из того, что во Вселенной содержатся элементарные частички, которые, видоизменяясь, могут превращаться в частицы теплоты, света, магнетизма, электричества. 

XVIII в. также охарактеризован большим вниманием к электричеству. Электрические опыты устраивались не только в лабораториях, но и в светских салонах и королевских дворцах. Г. Рихман и М. Ломоносов пришли к важным выводам о том, что электричество может быть первичным, возникающим в результате трения, и производным, возникающим в проводниках в результате контактов с заряженными телами.   Ш. Кулон открыл закон взаимодействия зарядов и показал, что электрические силы зависят от расстояния и силы тяготения. В 1820 г. А. Ампер разработал теорию связи электричества и магнетизма. Он ввел понятия электрического тока и напряжения, электрической цепи.     В 1831 г. М. Фарадей открыл электродинамическую индукцию, таким образом была установлена динамическая связь между электричеством и магнетизмом.       В 1809 г. Ж. Ламарк выдвинул идею эволюции живых организмов, основав ее на понятиях наследственности и управления частей организма.     В 1839 г. Ч. Дарвин сформулировал теорию эволюции путем естественного отбора. Развивалась и наука о строении человеческого организма - физиология. Основателем сравнительной физиологии считается немецкий врач И. Мюллер.  Исследуя брожение, Л. Пастер выделил активную часть микроорганизмов - бактерии. Он показал, что бактерии очень жизнеспособны и уничтожить их можно только путем стерилизации. Пастер внес огромный вклад и в медицинскую науку, изучив иммунитет человека и создав прививки против сибирской язвы, холеры бешенства. Естествознание XIX в. обогатилось созданием электромагнитной теории Дж. Максвелла. Он показал, что колебания световых волн совершаются под воздействием напряженности электрического и магнитного полей.  В 1895 г., исследуя катодные лучи, В. Рентген открыл новое излучение, которое назвал Х-лучами. Это излучение проникало практически через все тела. Оно не отклонялось магнитным полем и, кроме того, разряжало все наэлектризованные тела.      К. Лоренц объединил в своей электронной теории идеи механики, кинетическую теорию материи и теорию поля Максвелла и тем самым решил задачу построения единой теории строения вещества и излучения. В основу теории Лоренца легло понятие электрона - частицы, которая помимо механистических характеристик обладает и электрическим зарядом.   



9. Революция в естествознании в первой половине XX века. 



Первой проблемой, поставившей в тупик физиков, было открытие в 1896 году французским физиком Антуаном Анри Беккерелем (1852-1908) явления радиоактивности солей урана. Через два года французские физики супруги Пьер (1859-1906) и Мария (1867-1934) Кюри открыли новые радиоактивные вещества  химические элементы радий и полоний. Оказалось, что в результате радиоактивных реакций атомы одних элементов превращались в другие, при этом возникали различные элементарные частицы высоких энергий. В рамках классической физики явление радиоактивности объяснению не поддавалось. Было показано, что представления о неделимости атома ошибочны. Кроме того классической физикой не могла быть объяснена периодическая зависимость свойств химических элементов от заряда атомного ядра. 

Второй проблемой, была проблема строения атома. В 1897 году английский физик Джозеф Джон Томсон (1856-1940) открыл элементарную частицу электрон. Выяснив, что электрон является составной частью атома, он попытался построить его физическую модель. Отрицательно заряженные электроны в его модели плавали в положительно заряженном ядре как изюминки в куске теста. В 1911 году английский физик Эрнест Резерфорд (1871-1937) в своих знаменитых экспериментах доказал несостоятельность этой модели. Согласно новым опытным данным электроны должны вращаться вокруг ядра подобно тому, как планеты вращаются вокруг Солнца. Но, если электрон вращается, то неизбежно, согласно электродинамике Максвелла, теряет энергию, и, в конце концов, должен будет упасть на положительно заряженное ядро. Исходя из классических представлений данную проблему разрешить было невозможно. 

Третьей проблемой, была проблема дискретности теплового излучения. Изучая, каким образом должен излучать тепловую энергию идеальный излучатель, немецкий физик Макс Планк (1858-1947) пришёл к выводу, что излучение должно иметь дискретный характер. Этот вывод опять же никак не согласовался с классическими представлениями физики о непрерывности физических процессов. 

Учёные понимали, что причины кризиса кроются не в ошибочности и несовершенстве отдельных теорий, а в неполноте оснований физики. Таким образом, в начале ХХ века объективно назрела необходимость коренного пересмотра основ классической научной картины мира. 

Начало новой научной революции можно датировать 1905 годом. Молодой немецкий физик Альберт Эйнштейн создаёт специальную теорию относительности. В господствовавшей до этого механистической картине мира предполагалось, что пространство абсолютно и неизменно, и существует независимо от материи и её движения. Время также считалось абсолютным и одинаково текущим в любой точке пространства. Специальная теория относительности опровергла эти положения и показала, что свойства пространства, и течение времени прямо зависят от движения тел. В каждой движущейся системе отсчёта своё пространство и время, то есть они относительны. Позже Эйнштейн создаёт общую теорию относительности, в которой принцип относительности распространяется и на системы отсчёта, движущиеся с ускорением, и находящиеся в гравитационном поле. Таким образом, он создаёт новую (после Ньютона) теорию гравитации.

Альберт Эйнштейн в том же 1905 году публикует статью, посвящённую явлению фотоэффекта. Используя понятие кванта, он убедительно доказывает, что свет должен иметь свойства частицы. Но ещё ранее Максвелл теоретически обосновал, что свет  это не что иное, как электромагнитная волна. Получался парадокс: свет  это одновременно и частица и волна. При распространении в пространстве свет проявляет волновые свойства, при излучении и поглощении  корпускулярные. 

Для того чтобы разрешить это противоречие в 1924 году французский физик Луи де Бройль выдвинул гипотезу о том, что любая материальная частица, любое материальное тело должны обладать волновыми свойствами. Наиболее ярко дуализм «волна-частица» проявляется в микромире. 

Законы квантовой механики оказались совершенно не похожими на законы механики классической. Например, невозможно точно определить траекторию движения частицы, её местоположение и другие параметры. Можно лишь говорить о вероятностном значении тех или иных параметров. Математически эти законы были оформлены немецким физиком Вернером Гейзенбергом (1901-1976). Он вывел закон, названный законом соотношения неопределённостей, согласно которому невозможно одновременно установить точные значения местоположения элементарной частицы и её импульс. 

Теорией относительности было отвергнуто бытовавшее со времён Ньютона представление об абсолютности и независимости друг от друга пространства и времени. Пространство и время не абсолютны, а относительны, ибо зависят от скорости системы отсчёта и от распределения масс вблизи неё. 

Если раньше физики надеялись, что все взаимосвязи физических явлений можно в принципе описать в терминах причинно-следственных связей, то теперь они были вынуждены отказаться от этой идеи. Оказалось, что в микромире невозможно заранее предсказать поведение тех или иных объектов и систем. В квантовой механике можно говорить лишь о вероятности явлений. 

Квантовая механика показала, что невозможно построить объективную картину физической реальности, т.к. нельзя устранить влияние на картину мира субъекта - наблюдателя реальности. Теоретическое описание объекта неизбежно будет зависеть от способа его наблюдения, тем самым, наблюдатель становится неотъемлемой частью теории. 

Таким образом, наступил новый неклассический этап развития естествознания. Он продолжается по сей день.



10. Современная естественнонаучная картина мира (физика).



История науки свидетельствует, что естествознание, возникшее в ходе научной революции XVI - XVII вв., было связано долгое время с развитием физики. Именно физика была и остается сегодня наиболее развитой и систематизированной естественной наукой. Поэтому, когда возникло мировоззрение европейской цивилизации Нового времени, складывалась классическая картина мира, естественным было обращение к физике, ее концепциям и аргументам, во многом определившим эту картину. Степень разработанности физики была настолько велика, что она могла создать собственную физическую картину мира, в отличие от других естественных наук, которые лишь в XX веке смогли поставить перед собой эту задачу (создание химической и биологической картин мира).

Поэтому, начиная разговор о конкретных достижениях естествознания, мы начнем его с физики, с картины мира, созданной этой наукой.

Понятие «физическая картина мира» употребляется давно, но лишь в последнее время оно стало рассматриваться не только как итог развития физического знания, но и как особый самостоятельный вид знания - самое общее теоретическое знание в физике (система понятий, принципов и гипотез), служащее исходной основой для построения теорий. Физическая картина мира, с одной стороны, обобщает все ранее полученные знания о природе, а с другой - вводит в физику новые философские идеи и обусловленные ими понятия, принципы и гипотезы, которых до этого не было и которые коренным образом меняют основы физического теоретического знания: старые физические понятия и принципы ломаются, новые возникают, картина мира меняется.

Развитие самой физики непосредственно связано с физической картиной мира. При постоянном возрастании количества опытных данных картина мира весьма длительное время остается относительно неизменной. С изменением физической картины мира начинается новый этап в развитии физики с иной системой исходных понятий, принципов, гипотез и стиля мышления. Переход от одного этапа к другому знаменует качественный скачок, революцию в физике, состоящую в крушении старой картины мира и в появлении новой.

В пределах данного этапа развитие физики идет эволюционным путем, без изменения основ картины мира. Оно состоит в реализации возможностей построения новых теорий, заложенных в данной картине мира. При этом она может эволюционировать, достраиваться, оставаясь в рамках определенных конкретно-физических представлений о мире.

Ключевым в физической картине мира служит понятие «материя», на которое выходят важнейшие проблемы физической науки. Поэтому смена физической картины мира связана со сменой представлений о материи. В истории физики это происходило два раза. Сначала был совершен переход от атомистических, корпускулярных представлений о материи к полевым - континуальным. Затем, в XX веке, континуальные представления были заменены современными квантовыми. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга физических картинах мира.



11. Современная естественнонаучная картина мира (химия).



Химия - это естественная наука, изучающая химические превращения материи и исследующая условия, при которых эти превращения происходят. Химия занимается так же физическими явлениями природы, сопровождающими химические изменения материи. Эти изменения или превращения материи происходят в результате химических взаимодействий.

Выделяют по меньшей мере три качественно различных уровней частиц: атомный уровень;  надмолекулярный уровень; молекулярный уровень. Надмолекулярный уровень имеет подуровни: коллоидные образования (мицеллы), молекулярные комплексы и макромолекулы полимеров.
В современной химии постепенно оформились самостоятельные области химической науки: неорганическая химия, органическая химия, физическая химия, аналитическая химия, коллоидная химия и другие ответвления науки.

Существуют физические и химические изменения вещества. 

Физическим изменением называют такое, при котором внутреннее строение, состав и свойства вещества не подвергаются изменению. Химическими изменениями называют такие, когда в результате химической реакции (взаимодействие не менее двух веществ) происходит изменение не только физических свойств реагирующих веществ, но меняется их химический состав и структура.

Химические процессы подчиняются всеобщим законам природы: 1. закон сохранения массы вещества, 2. закон сохранения энергии. Закон сохранения массы в химических процессах можно сформулировать так: "Сумма масс исходных веществ равна сумме масс продуктов химической реакции". Закон сохранения энергии действует во всех случаях и повсюду, где одна форма энергии переходит в другую. 

Специфическим видом энергии является химическая энергия, которая освобождается или расходуется при каждой химической реакции. Химическую энергию, как любой вид энергии, можно превратить: в механическую (использование взрывчатых веществ), тепловую (сжигание топлива), электрическую (гальванические элементы), энергию синтеза радиоактивных изотопов.

Различают химические реакции с выделением тепла (экзотермические) и с поглощением тепла (эндотермические).

Атомы элементов не меняются в результате химического процесса за исключением ядерных реакций. Молекулы при любой химической реакции изменяются.

Число протонов в атоме равно его атомному номеру, а общая масса входящих в его состав субатомных частиц определяет его атомную массу. 

Простейший из атомов - водород - состоит из 1 протона и 1 электрона.

Таким образом, под элементом понимают совокупность атомов, имеющих одинаковое число протонов в ядрах.

Явления превращения веществ, при которых не происходит изменения состава ядер атомов, называются химическими реакциями. Сами реакции, их направление, протекание, скорость изучаются химической термодинамикой, электрохимией, химической кинетикой.

В химические реакции вступают вещества, обладающие достаточной энергией активации. Для активации химических частиц - увеличивают температуру, благодаря чему увеличивается скорость реакции. По признаку выделения или поглощения теплоты реакции разделяют на экзотермические и эндотермические. 

По признаку изменения числа исходных и конечных веществ реакции подразделяют на следующие типы: соединения, разложения, замещения и обмена.

По признаку обратимости реакции делят на обратимые и необратимые. По признаку изменения степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, различают реакции, протекающие без изменения степени окисления атомов, и окислительно-восстановительные реакции.

Направление и скорость реакции также зависит от множества факторов, в том числе от таких, как температура, давление, использование катализаторов и ингибиторов.

С развитием  химии связаны проблемы загрязнения окружающей среды (атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы в целом).

Пути решения проблем развития химии: комплексное использование сырья и энергии; совершенствование химических технологий с учетом требований экологической безопасности; применение малоотходных и безотходных технологий; совершенствование систем и средств очистки и так далее.

Современную химию отличает тесная взаимосвязь с другими науками, особенно с физикой, биологией и многими техническими дисциплинами. В результате выделяются на стыке наук новые дисциплины, например: электрохимия, физическая химия,  химическая термодинамика, коллоидная химия и биохимия.

Проблемы биохимии можно свести к двум основным: во-первых, каким образом клетки живого организма вырабатывают энергию, необходимую для поддержания его жизнедеятельности; и во-вторых, каким образом действуют вещества, получившие название ферментов, которые служат катализаторами во многих химических реакциях.

К новым специальным областям химии относятся радиационная химия (наука о воздействии радиоактивного излучения на химические реакции), плазмохимия (химия сверхвысоких температур), лазерная химия (теснейшим образом связанная с физикой, использующая ее методы). 

Химия сегодня - это высокоразвитая наука, которая включает в себя сотни научных направлений и тысячи научных школ. Ей известны миллионы органических и неорганических соединений и множество современных научных методов для их изучения. 



12. Современная естественнонаучная картина мира (биология).



Существующее разделение на живую и неживую природу как бы заранее отрицало даже саму возможность переноса «живого» в разряд фундаментальных основ мироздания. Представить в фундаменте всего сущего нечто живое означало признание бога. Это никак не вписывалось в понятие научной картины мира, которая с самого начала противопоставлялась божественному происхождению мира. Компромиссы, правда, встречались с обеих сторон: как в виде глубоко верующих учёных, что не всегда воспринималось в качестве личного убеждения, независимого от научных взглядов, так и в виде использования теологами современных фактов естествознания, например, рассмотрения явления «первовзрыва Вселенной» как подтверждения одноактового создания мира творцом.

Выход на всеобщий фундаментальный уровень таких близких биологии понятий, как информация в живых системах (за счёт обнаруженной информационной взаимосвязи информационно-фазовых состояний водной среды и среды физического вакуума), а также такого её свойства, как комплементарность, без которой оказалось невозможным говорить о способах передачи информации (т.е., о молекулярной и полевой информационной ретрансляции), впервые позволило увериться в необходимости присутствия этих биологических категорий при построении целостной картины мира. Анализ информационно-фазового состояния материальных систем показывает, что без информационного начала единой картины мира представить уже невозможно. 

Следовательно, вхождение живого и разумного в разряд первооснов мироздания определяет роль биологической картины мира в построении общей научной картины мира.



13. Развитие представлений о пространстве и времени.



Понятия пространства и времени неразрывно связаны с материальным миром. Любые частицы обязательно присутствуют в пространстве и времени. И. Ньютон представлял пространство и время как систему отсчета, благодаря которым становится возможным изучение и измерение различных процессов.

Специальная теория относительности А. Эйнштейна показала конкретные формы взаимосвязи пространства и времени, установила их зависимость от распределения и движения материальных объектов.

Эта теория доказала, что в различных материальных системах отсчета пространственные и временные характеристики различны. А также, что пространство и время объединены математическими законами, и рассматривать их отдельно невозможно. Окружающий мир имеет три измерения. С точки зрения И. Ньютона, время — это независимо существующий, непрекращающийся, ровно текущий поток. Но теория относительности говорит о том, что нельзя рассматривать время как нечто отдельно взятое и неизменное. Немецкий математик Г. Минковский в 1907 г. высказал предположение, что три пространственные и одна временная размерности тесно связаны между собой. Все события во Вселенной должны происходить в четырехмерном пространстве—времени. С того времени законы природы записываются в четырехмерном виде. Пространство и время нельзя рассматривать как независимые физические сущности.

Существуют научные доказательства свойства искривления пространства и времени. Пример: время для человека (или какой-либо системы), который летит в самолете, идет медленнее (а расстояние уменьшается), чем для человека, который идет пешком. Это говорит о том, что чем больше скорость системы, тем короче расстояние (размеры пространства) и медленнее время (короче промежуток времени), таким образом масштаб пространства и времени зависит от состава систем, их массы, наличия полей и тяготения.

Таким образом, понятие абсолютного прямолинейного и равномерного движения как движения относительно некоторого абсолютного пространства лишено всякого научного содержания. В результате и понятие абсолютной системы отсчета лишается содержания. Поэтому было принято более общее научное понятие инерциальной системы отсчета, которое не связано с понятием абсолютного пространства, т.е. нет абсолютной системы координат, а пространство представляется постоянно меняющимся в кривизне и зависит от размещения в нем материальных частиц и систем различной массы, передвигающихся с разными скоростями. К этому выводу А. Эйнштейн пришел в 1905 г., и это привело к созданию специальной теории относительности. Эта теория произвела переворот в научном понимании пространства, времени и Вселенной.



14. Основные положения и следствия специальной теории относительности.



Важную роль в развитии естествознания сыграл принцип относительности, впервые сформулированный Г. Галилеем для механического движения, — механическое движение относительно, и его характер зависит от системы отсчета.

А. Пуанкаре распространил принцип относительности на все электромагнитные процессы, а А. Эйнштейн использовал его для специальной теории относительности.

Современная формулировка принципа относительности такова: все инерциальные системы отсчета равноправны между собой (неотличимы друг от друга) в отношении протекания физических процессов, или, другими словами, физические процессы не зависят от равномерного и прямолинейного движения системы отсчета.

Специальная теория относительности, принципы которой сформулировал в 1905 г. А, Эйнштейн, представляет современную физическую теорию пространства и времени. В основе специальной теории относительности лежат постулаты Эйнштейна:

1) принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптические), проведенные в данной инерциальной системе отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы к другой;

2) принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

Эйнштейн решает пересмотреть понятия пространства и времени. Это приводит к относительности понятия размеров тел, т.е. одно и то же тело имеет разную длину, если оно движется с разной скоростью относительно масштаба, с помощью которого она измеряется. Тоже со временем: промежуток времени, в течение которого длится какой-либо процесс, различен, если измерять его часами движущимися с различной скоростью. Таким образом, размеры тел и промежутки времени приобретают смысл относительных величин.

Используя теорию относительности, можно соединить понятия пространства и времени в единое четырехмерное пространство существования материи, если пространственные координаты оставить прежними х1, х2, х3 а четвертую координату представить в виде x1=ct, где с — скорость света, t — время, выраженное в обычных единицах.

В результате в один и тот же момент времени в одной и той же точке трехмерного пространства может находится только один объект, а в другой момент времени его можно заменить на другой. В одной и той же точке пространства может находиться много различных объектов, но в различные моменты времени, т.е. пространство вмещает больше объектов, чем кажется. Таким образом, определена неразрывная связь пространства и времени.



15. Корпускулярно-волновой дуализм материи.



В истории развития учения о свете сменяли друг друга корпускулярная теория света (Ньютон) и волновая (Р. Гук, Ч. Гюйгенс, Т. Юнг, Ж. Френель), представлявшая свет как механическую волну. В 70-х годах после утверждения теории Максвелла под светом стали понимать электромагнитную волну.

В начале 20-го века на основе экспериментов было неопровержимо доказано, что свет обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Было также обнаружено, что в проявлении этих свойств существуют вполне определенные закономерности: чем меньше длина волны, тем сильнее проявляются корпускулярные свойства света.

В 1924 г. французский физик Л. де Бройль выдвинул смелую гипотезу: корпускулярно-волновой дуализм имеет универсальный характер, т.е. все частицы, имеющие конечный импульс Р, обладают волновыми свойствами. Так в физике появилась знаменитая формула де Бройля , где m – масса частицы, V – ее скорость, h – постоянная Планка.

В настоящее время волновые свойства микрочастиц находят широкое применение, например, в электронном микроскопе. Современные электронные микроскопы позволяют видеть молекулы и даже атомы вещества (увеличение в 105-106 раз).

При проявлении у микрообъекта корпускулярных свойств его волновые свойства существуют как потенциальная возможность, способная при определенных условиях перейти в действительность (диалектическое единство корпускулярных и волновых свойств материи). 

По современным представлениям квантовый объект – это не частица, не волна, и даже не то и не другое одновременно. Квантовый объект – это нечто третье, не равное простой сумме свойств частицы и волны. Для выражения свойства квантового объекта у нас в языке просто нет соответствующих понятий. Но, поскольку сведения о микрообъекте, о его характеристиках мы получаем в результате взаимодействия его с прибором (макрообъектом), то и описывать этот микрообъект приходится в классических понятиях, т.е. используя понятия волны и частицы.

Принцип дополнительности. Итак, из сказанного выше следует, что корпускулярные и волновые свойства микрообъекта являются несовместимыми в отношении их одновременного проявления, однако они в равной мере характеризуют объект, т.е. дополняют друг друга. Эта идея была высказана Н. Бором и положена им в основу важнейшего методологического принципа современной науки, охватывающего в настоящее время не только физические науки, но и все естествознание – принципа дополнительности (1927). Суть принципа дополнительности по Н. Бору сводится к следующему: как бы далеко не выходили явления за рамки классического физического объяснения, все опытные данные должны описываться при помощи классических понятий. Для полного описания квантово-механических явлений необходимо применять два взаимоисключающих (дополнительных) набора классических понятий, совокупность которых дает наиболее полную информацию об этих явлениях как о целостных.

Важно отметить, что идея дополнительности рассматривалась Бором как выходящая за рамки чисто физического познания. Он считал (и эта точка зрения разделяется в настоящее время), что интерпретация квантовой механики «имеет далеко идущую аналогию с общими трудностями образования человеческих понятий, возникающих из разделения «субъекта и объекта».

Принцип дополнительности, как общий принцип познания может быть сформулирован следующим образом: всякое истинное явление природы не может быть определено однозначно с помощью слов нашего языка и требует для своего определения, по крайней мере, двух взаимоисключающих дополнительных понятий. К числу таких явлений относятся, например, квантовые явления, жизнь, психика и др. Бор, в частности, видел необходимость применения принципа дополнительности в биологии, что обусловлено чрезвычайно сложным строением и функциями живых организмов, которые обеспечивают им практически неисчерпаемые скрытые возможности.



16. Принцип неопределенности.



Принцип неопределённости – фундаментальное положение квантовой теории, утверждающее, что любая физическая система не может находиться  в состояниях, в которых координаты её центра инерции и импульс одновременно принимают вполне определённые, точные значения. Количественно принцип неопределённости формулируется следующим образом.  Если ∆x – неопределённость значения координаты x центра инерции системы, а ∆px – неопределённость проекции импульса p на ось x, то произведение этих неопределённостей должно быть по порядку величины не меньше постоянной Планка ħ. Аналогичные неравенства должны выполняться для любой пары т. н. канонически сопряженных переменных, например для координаты y и проекции импульса py на ось y, координаты z и проекции импульса pz. Если под неопределённостями  координаты и импульса понимать среднеквадратичные отклонения этих физических величин от их средних значений, то принцип неопределённости для них имеет вид:

∆px ∆x ≥ ħ/2,      ∆py ∆y ≥ ħ/2,      ∆pz ∆z ≥ ħ/2 

Ввиду малости  ħ по сравнению с макроскопическими величинами той же размерности действие принципа неопределённости существенно в основном для явлений атомных (и меньших) масштабов и не проявляются  в опытах с макроскопическими телами.

Из принципа неопределённости следует, что чем точнее определена одна из входящих в неравенство величин, тем менее определенно значение другой. Никакой эксперимент не может привести  к одновременно точному измерению таких динамичных переменных; при этом неопределённость в измерениях связано не с  несовершенством экспериментальной техники, а с объективными свойствами материи.

Принцип неопределённости, открытый в 1927 г. немецким физиком В. Гейзенбергом, явился важным этапом в выяснении закономерностей внутриатомных явлений и построении квантовой механики. Существенной чертой микроскопических объектов является их корпускулярно-волновая природа. Состояние частицы полностью определяется  волновой функцией (величина, полностью описывающая состояние микрообъекта (электрона, протона, атома, молекулы) и вообще любой квантовой системы). Частица может быть обнаружена в любой точке пространства, в которой волновая функция отлична от нуля. Поэтому результаты экпериментов по определению, например, координаты имеют вероятностный характер.

Это и есть принцип неопределённости Гейзенберга. Он  сыграл исключительно важную роль при построении математического аппарата для описания волн частиц в атомах. Его строгое толкование в опытах с электронами такого: подобно световым волнам электроны сопротивляются любым попыткам выполнить измерения с предельной точностью. Этот принцип меняет и картину атома Бора.  Можно определить  точно импульс электрона (а следовательно, и его  уровень энергии) на какой-нибудь его орбите, но при этом его местонахождение будет абсолютно неизвестно: ничего нельзя сказать о том, где он находится.  Отсюда ясно, что рисовать себе чёткую орбиту электрона и помечать его на ней в виде кружка лишено какого-либо смысла.)

Следовательно, при проведении серии одинаковых опытов, по тому же определению координаты, в одинаковых системах  получаются каждый раз разные результаты.  Однако некоторые значения будут более вероятными, чем другие, т. е.  будут появляться чаще. Относительная частота появления тех или иных значений координаты пропорционально квадрату модуля  волновой функции в соответствующих точках пространства. Поэтому чаще всего будут получаться те значения координаты, которые лежат вблизи максимума волновой функции. Но некоторый разброс в значениях  координаты, некоторая их неопределённость (порядка полуширины максимума) неизбежны. То же относится и к измерению импульса.

Таким образом, понятия координаты и импульса в классическом смысле не могут быть применены к микроскопическим объектам. Пользуясь этими величинами при описании микроскопической системы, необходимо внести в их интерпретацию квантовые поправки. Такой поправкой и является принцип неопределённости.

Несколько иной смысл имеет принцип неопределённости  для энергии ε  и времени t:

  ∆ε ∆t  ≥ ħ 

Если система находится в стационарном состоянии, то из принципа неопределённости следует, что энергию системы даже в этом состоянии можно измерить только с точностью, не превышающей ħ/∆t, где ∆t – длительность процесса измерения. Причина этого – во взаимодействии системы с измерительным прибором, и принцип неопределённости применительно к данному случаю означает, что энергию взаимодействия между измерительным прибором и исследуемой системой можно учесть лишь с точностью до ħ/∆t.



17. Развитие идей атомизма.



В истории физики наиболее плодотворной и важной для понимания явлений природы была концепция атомизма, согласно которой материя имеет прерывистое, дискретное строение, т. е. состоит из мельчайших частиц — атомов. До конца XIX в. в соответствии с концепцией атомизма считалось, что материя состоит из отдельных неделимых частиц — атомов. С точки зрения современного атомизма, электроны — "атомы" электричества, фотоны — "атомы" света и т. д.

Концепция атомизма, впервые предложенная древнегреческим философом Левкиппом в V в. до н. э., развитая его учеником Демокритом и затем древнегреческим философом-материалистом Эпикуром (341—270 до н. э.) и запечатленная в замечательной поэме "О природе вещей" римского поэта и философа Лукреция Кара (I в. до н. э.), вплоть до нашего столетия оставалось умозрительной гипотезой, хотя и подтверждаемой косвенно некоторыми экспериментальными доказательствами (например, броуновским движением, законом Авогадро и др.).

Многие ведущие физики и химики даже в конце XIX в. не верили в реальность существования атомов. К тому же многие экспериментальные результаты химии и рассчитанные в соответствии с кинетической теорией газов данные утверждали другое понятие для мельчайших частиц — молекулы. 

Реальное существование молекул было окончательно подтверждено в 1906 г. опытами французского физика Жана Перрена (1870—1942) по изучению закономерностей броуновского Движения. В современном представлении молекула — наименьшая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами и состоящая из атомов, соединенных между собой химическими связями. Число атомов в молекуле составляет от двух (Н2, О2, НF, КСI) до сотен и тысяч (некоторые витамины, гормоны и белки). Атомы инертных газов часто называют одноатомными молекулами. Если молекула состоит из тысяч и более повторяющихся единиц (одинаковых или близких по строению групп атомов), ее называют макромолекулой.

Атом — составная часть молекулы, в переводе с греческого означает "неделимый". Действительно, вплоть до конца XIX в. неделимость атома не вызывала серьезных возражений. Однако физические опыты конца XIX и начала XX столетий не только подвергли сомнению неделимость атома, но и доказали существование его структуры. В своих опытах в 1897 г. английский физик Джозеф Джон Томсон (1856—1940) открыл электрон, названный позднее атомом электричества. Электрон, как хорошо известно, входит в состав электронной оболочки атомов. В 1898 г. Томсон определил заряд электрона, а в 1903 г. предложил одну из первых моделей атома.



18. Виды взаимодействий в природе.



Гравитационное взаимодействие. Гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, который гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя телами массы m1 и m2, разделённых расстоянием R есть

.

Здесь G — гравитационная постоянная, равная м3/(кг с2). Знак минус означает, что сила, действующая на тело, всегда противоположна по направлению радиус-вектору, направленному на тело, т. е. гравитационное взаимодействие приводит всегда к притяжению любых тел.

Поле тяжести потенциально. Это значит, что можно ввести потенциальную энергию гравитационного притяжения пары тел, и эта энергия не изменится после перемещения тел по замкнутому контуру. 

Гравитация - дальнодействующая сила природы. Это означает, что, хотя интенсивность гравитационного взаимодействия убывает с расстоянием, оно распространяется в пространстве и может сказываться на весьма удаленных от источника телах. Благодаря дальнодействию гравитация удерживает планеты на орбитах, звезды в галактиках, галактики в скоплениях, скопления в Метагалактике.

Гравитация — слабейшее взаимодействие. Однако, поскольку оно действует на любых расстояниях и все массы положительны, это тем не менее очень важная сила во Вселенной. Также гравитация, в отличие от других взаимодействий, универсальна в действии на всю материю и энергию. Не обнаружены объекты, у которых вообще отсутствует гравитация.

Гравитация ответственна и за такие крупномасштабный эффекты, как структура галактик, черные дыры и расширение Вселенной, и за элементарные астрономические явления — орбиты планет, и за простое притяжение к поверхности Земли и падения тел.

Электромагнитное взаимодействие. Электромагнитное взаимодействие существует между частицами, обладающими электрическим зарядом, а также между электрически нейтральными составными частицами, части которых обладают зарядом. В электромагнитном взаимодействии участвуют кварки, электрон, мюон и тау-частица, а также заряженые бозоны.

С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится фотоном.

Электромагнитное взаимодействие заряженных частиц намного сильнее гравитационного, и единственная причина, по которой электромагнитное взаимодействие не проявляется с большой силой на космических масштабах — электрическая нейтральность материи, то есть наличие в каждой области Вселенной равных количеств положительных и отрицательных зарядов.

На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера: 

На заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, действует сила Лоренца: 

Сильное взаимодействие (ядерное взаимодействие). Сильное взаимодействие действует в масштабах атомных ядер и меньше, отвечая за притяжение между нуклонами в ядрах и между кварками в адронах.

В сильном взаимодействии участвуют кварки и глюоны, а также составленные из них элементарные частицы, называемые адронами.

Наиболее характерный пример энергии, высвобождаемой сильным взаимодействием, - Солнце.

По своей величине сильное взаимодействие существенно превосходит все остальные фундаментальные взаимодействия, но за пределами ядра оно не ощущается. Сильное взаимодействие проявляется на расстоянии, определяемом размерами ядра, т.е. примерно 10-13 см. Сильное взаимодействие испытывают не все частицы. Так, его испытывают протоны и нейтроны, но электроны, нейтрино и фотоны неподвластны ему. В сильном взаимодействии участвуют обычно только тяжелые частицы. Оно ответственно за образование ядер и многие взаимодействия элементарных частиц.

Слабое взаимодействие, или слабое ядерное взаимодействие. Оно ответственно за бета-распад ядра. Это взаимодействие называется слабым, поскольку два других взаимодействия, значимые для ядерной физики (сильное и электромагнитное), характеризуются значительно большей интенсивностью. Однако оно значительно сильнее гравитационного. Слабое взаимодействие является короткодействующим — оно проявляется на расстояниях, меньших размера атомного ядра. 

В слабом взаимодействии участвуют все фундаментальные фермионы (лептоны и кварки). Это единственное взаимодействие, в котором участвуют нейтрино. Слабое взаимодействие позволяет лептонам, кваркам и их античастицам обмениваться энергией, массой, электрическим зарядом и квантовыми числами — то есть превращаться друг в друга.

Таким образом, в фундаментальных физических взаимодействиях четко прослеживается различие сил дальнодействующих и близкодействующих. С одной стороны, взаимодействия неограниченного радиуса действия (гравитация, электромагнетизм), а с другой - малого радиуса (сильное и слабое).



19. Элементарные частицы.



Элементами структуры микромира выступают микрочастицы. На данный момент известно более 350 элементарных частиц, различающихся массой, зарядом, спином, временем жизни и еще рядом физических характеристик. Масса элементарной частицы — это масса ее покоя, которая определяется по отношению к массе покоя электрона. Частицы с нулевой массой покоя движутся со скоростью света (фотон). По массе элементарные частицы делятся на тяжелые (барионы), промежуточные (мезоны) и легкие (лептоны). Заряд элементарной частицы всегда кратен заряду электрона (-1), который рассматривается в качестве единицы. Существуют, однако, элементарные частицы, которые не имеют заряда, например, фотон. Спин элементарной частицы — это собственный момент импульса частицы. В зависимости от спина, частицы делятся на две группы: с целым спином (0, 1, 2)— бозоны, с полуцелым спином (1/2 и др.) — фермионы. Время жизни элементарной частицы определяет ее стабильность или нестабильность. По времени жизни частицы делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные. Большинство элементарных частиц нестабильно. Нестабильные частицы живут несколько микросекунд, стабильные не распадаются длительное время. Нестабильные частицы распадаются в результате сильного и слабого взаимодействия. Стабильными частицами считаются фотон, нейтрино, нейтрон, протон и электрон. При этом нейтрон стабилен только в ядре, в свободном состоянии он также распадается. Квазистабильные частицы распадаются в результате электромагнитного и слабого взаимодействия, иначе их называют резонансными. Время жизни резонансов — порядка 10—22 с. Все многообразие элементарных частиц можно разделить на три группы: частицы, участвующие в сильном взаимодействии — адроны, частицы, не участвующие в сильном взаимодействии — пептоны, и частицы — переносчики взаимодействий. К адронам относятся нейтроны, протоны, барионы, мезоны. Адроны участвуют в электромагнитном, сильном и слабом взаимодействии. К лептонам относятся электроны, нейтрино, мюоны, тау-лептоны, а также электронные нейтрино, моюнные нейтрино, тау-нейтрино. Заряженные лептоны участвуют в электромагнитном и слабом взаимодействии, нейтральные — только в слабом. Частицы — переносчики взаимодействий непосредственно обеспечивают взаимодействия. К ним относятся фотоны — переносчики электромагнитного взаимодействия, глюоны — переносчики сильного взаимодействия, бозоны — переносчики слабого взаимодействия. Высказывается предположение о существовании гравитонов — частиц, обеспечивающих гравитационное взаимодействие. 



20. Симметрия в природе. Внешние и внутренние симметрии.



Симметрия – однородность, пропорциональность, гармония, инвариантность структуры материального объекта относительно его преобразований. Это признак полноты и совершенства. Лишившись элементов симметрии, предмет утрачивает свое совершенство и красоту. 

Четыре категории симметрии:

симметрия - однородность, пропорциональность, гармония, инвариантность структуры материального объекта относительно его преобразований;

асимметрия – это несимметрия, т. е. такое состояние, когда симметрия отсутствует;

дисимметрия – внутренняя, или расстроенная, симметрия, т. е. отсутствие у объекта некоторых элементов симметрии;

антисимметрия – противоположная симметрия, связанная с переменой знака фигуры.

Операции симметрии:

	отражение в плоскости симметрии;

	поворот вокруг оси симметрии;

	отражение в центре симметрии;

	перенос фигуры на расстояние;

	винтовые повороты.

Виды симметрий.

Среди разных типов симметрии различают пространственно-временные симметрии и внутренние симметрии.

Пространственно-временные симметрии можно разделить на симметрии, связанные  с непрерывными и дискретными преобразованиями. 

К непрерывным преобразованиям относятся:

	Перенос (сдвиг) системы как целого в пространстве. 

	Изменение начала отсчета времени (сдвиг во времени). 

	Поворот системы как целого в пространстве. Симметрия физических законов относительно этого преобразования означает эквивалентность всех направлений в пространстве.

		Переход к системе отсчета, движущейся относительно данной системы с постоянной скоростью

Среди дискретных пространственно-временных симметрий различают СРТ-симметрию (Т-симметрия поворачивает время вспять, заменяя везде t на -t и, значит, заменяя все скорости на противоположно направленные. Р-симметрия, наиболее геометрическая, делает все, что делает с нашим миром любое зеркало. С-симметрия - любую элементарную частицу заменяет на ее античастицу) и зеркальную симметрию. Симметрия СРТ заключается в том, что для любого движения частиц может осуществляться в природе симметричное ему движение античастиц. Зеркальная симметрия осуществляется в процессах, вызываемых сильными и электромагнитными взаимодействиями, а также в системах, связанных с помощью этих взаимодействий (атомах, атомных ядрах, молекулах, кристаллах). 

Симметрия и асимметрия живого.

Мелкие организмы, взвешенные в воде, имеют почти шарообразную форму. У организмов, живущих в морских глубинах и подверженных высокому давлению воды, уже иная симметрия: у них вращательная способность свелась к отдельным поворотам вокруг некоторой оси. Филогенетическая эволюция стремилась вызывать наследственное различие между правым и левым, однако ее действие сдерживалось теми преимуществами, которое животное извлекало из зеркально-симметричного расположения своих органов. Этим, по-видимому, можно объяснить, почему наши конечности более подчиняются симметрии, чем наши внутренние органы. Так, расположение сердца и закручивание кишечника человека почти всегда левостороннее.

Современное естествознание пришло еще к одному важному открытию, связанному с симметрией и касающемуся отличия живого от неживого. Дело в том, что «живые» молекулы, т.е. молекулы органических веществ, составляющих живые организмы и полученные в ходе жизнедеятельности, отличаются от «неживых», т.е. полученных искусственно, отличаются зеркальной симметрией. Неживые молекулы могут быть как зеркально симметричны, так и зеркально асимметричны, как, например, левая и правая перчатка. Это свойства зеркальной асимметрии молекул называется киральностью, или хиральностью (<греч. cheiros – рука). Неживые киральные молекулы встречаются в природе как в «левом» так и в «правом» варианте, т.е. они кирально нечистые. «Живые» молекулы могут быть только одной ориентации – «левой» или «правой», т.е. здесь говорят о киральной чистоте живого. Например, молекула ДНК, как известно, имеет вид спирали, и эта спираль всегда правая. У глюкозы, образующейся в организме – правовращающая форма, у фруктозы – левовращающая.   Следовательно, важнейшая способность живых организмов - создавать кирально чистые молекулы. По современным представлениям именно киральность молекул определяет биохимическую границу между живым и неживым.



21. Внешние симметрии и законы сохранения энергии, импульса и момента импульса.



Одной из важнейших особенностей симметрий (С.) является их связь с законами сохранения (ЗС). Понятие С. применимо к любому объекту, в.т.ч. и к физическому закону. Наиболее общий подход к взаимосвязи С. и ЗС содержится в теореме Нетера (1918г.): если св-ва системы не меняются относительно какого-либо преобразования переменных, то этому соответствует некоторый ЗС. 

Переход от инерциальной системы отсчета к др. осуществляется через: 1) Сдвиг начала координат – физическая эквивалентностью всех точек пространства, его однородностью. 2) Поворот тройки осей координат - изотропность пространства и соответствует симметрии относительно поворотов. 3) Сдвиг начала отсчета по времени - физическая эквивалентность моментов времени и однородность времени. 4) Равномерное прямолинейное движение начала отсчета со скоростью V - переход от покоящейся системы к системе, движущейся равномерно и прямолинейно. 

Такую С. условно называют изотропностью пространства-времени. Переход же осуществляется с помощью преобразований Галилея или преобразований Лоренца.

Эти 4 вида симметрии являются универсальными. Это означает, что все законы Природы относительно них инвариантны с большой степенью точности, а соответствующие им ЗС являются фундаментальными: 1) ЗС импульса как следствие однородности пространства. 2) ЗС момента импульса как следствие изотропности пространства. 3) ЗС энергии как следствие однородности времени. 4) ЗС скорости центра масс (следствие изотропности пространства-времени).



22. Динамические законы и механический детерминизм.



1й Закон Ньютона: Всякая материальная точка сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие сл стороны других тел не заставит изменить это состояние.

2й закон Ньютона:  Ускорение, приобретаемое материальной точкой, пропорционально вызвавшей его силе и обратно пропорционально массе материальной точки.

3й закон Ньютона: Всякое действие материальных точек друг на друга носит характер взаимодействия; сила, с которой действуют друг на друга материальные объекты всегда равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки.

Причинное объяснение многих физических явлений в конце 18-начале 19веков привело к абсолютизации классической механики. Возникло философское учение – механистический детерминизм, выражающий идею абсолютного детерминизма – уверенность в том, что все происходящее имеет причину в человеческом понятии и есть познанная и непознанная разумом необходимость.

Динамический закон - это физический закон, отображающий объективную закономерность в форме связи физических величин, выражаемых количественно. Динамической теорией является физическая теория, представляющая совокупность динамических законов. Исторически первой и наиболее простой теорией такого рода явилась классическая механика Ньютона. Она описывала механическое движение, то есть перемещения в пространстве с течением времени любых тел или частей тел относительно друг друга.

Законы механики, сформулированные Ньютоном, относятся к физическому телу, размерами которого можно пренебречь, материальной точке.

В современной физике под классической механикой понимают механику материальной точки или системы материальных точек и механику абсолютно твердого тела.

Для расчета движения должна быть известна зависимость взаимодействия между частицами от их координат и от скоростей. Тогда по заданным значениям координат и импульсов всех частиц системы в начальный момент времени второй закон Ньютона позволяет однозначно определить координаты и импульсы в любой последующий момент времени. Это позволяет утверждать, что координаты и импульсы частиц системы полностью определяют ее состояние в механике. Любая механическая величина (энергия, момент импульса и т.д.), выражается через координаты и импульс. Таким образом, определяются все три элемента фундаментальной теории, какой является классическая механика.

Электродинамика Максвелла. Здесь объектом исследования является электромагнитное поле. Тогда уравнения Максвелла представляют собой уравнения движения для электромагнитной формы материи. При этом структура электродинамики повторяет структуру механики Ньютона. Уравнения Максвелла позволяют по заданным начальным значениям электрического и магнитного полей внутри некоторого объема определить электромагнитное поле в любой последующий момент времени.

Другие фундаментальные теории динамического характера имеют ту же структуру, что и механика Ньютона, и электродинамика Максвелла. К их числу относятся: механика сплошных сред, термодинамика и общая теория относительности (теория гравитации).

Метафизическая философия считала, что все объективные физические закономерности (и не только физические) имеют точно такой же характер, что и динамические законы.

Абсолютизация динамических закономерностей и, следовательно, механического детерминизма, обычно связывается с П.Лапласом.

Согласно провозглашенному Лапласом принципу, все явления в природе предопределены с «железной» необходимостью. Случайному, как объективной категории, нет места в нарисованной Лапласом картине мира. Только ограниченность наших познавательных способностей заставляет рассматривать отдельные события в мире как случайные. В силу этих причин, а также отмечая роль Лапласа, классический механический детерминизм называют еще жестким или лапласовским детерминизмом.

Необходимость отказа от классического детерминизма в физике стала очевидной после того, как выяснилось, что динамические законы не универсальны и не единственны и что более глубокими законами природы являются не динамические, а статистические законы, открытые во второй половине XIX века, особенно после того, как выяснился статистический характер законов микромира.

Начальные параметры любых механических систем невозможно фиксировать с абсолютной точностью, поэтому точность предсказания физических величин со временем уменьшается. Для каждой механической системы существует некоторое критическое время, начиная с которого невозможно точно предсказать ее поведение.

Лапласовский детерминизм с определенной степенью идеализации отражает реальное движение тел и в этом отношении его нельзя считать ложным. Но абсолютизация его как совершенно точного отображения действительности недопустима.



23. Статистические законы и вероятностный детерминизм.



Одной из наиболее актуальных проблем современного естествознания является вопрос о природе причинности и причинных отношениях в мире. В решении этой проблемы возникли два направления – детерминизм и индетерминизм – занимающие противоположные позиции. Сущностью детерминизма является идея о том, что всё существующее в мире возникает и уничтожается закономерно, в результате действия определённых причин. Напротив, индетерминизм – учение, отрицающее объективную причинную обусловленность явлений природы, общества и человеческой психики.

В современной физике идея детерминизма выражается в признании существования объективных физических закономерностей, которые подразделяются на динамические и статистические. Динамическими называются закономерности, выражающие однозначные связи физических объектов и описывающие их абсолютно точно посредством определённых физических величин. Например, по заданным значениям координат и импульсов всех частиц системы в начальный момент времени второй закон Ньютона позволяет однозначно определить координаты и импульсы в любой последующий момент времени.

В отличие от динамических законов, заключения, основанные на статистических закономерностях, не являются достоверными и однозначными. Представления о таких закономерностях  впервые ввёл Максвелл в 1859 г. Он первым понял, что при рассмотрении систем, состоящих из огромного числа частиц, нужно ставить задачу совсем иначе, чем это делалось в механике Ньютона. Для этого Максвелл ввёл в физику понятие вероятности и указал на то, что нужно отказаться, например, от неразрешимой задачи определения точного значения импульса молекулы в данный момент, а попытаться найти вероятность этого значения. Тем самым однозначно определяется среднее значение физической величины. Такие средние значения в статистических теориях играют ту же роль, что и сами физические величины в динамических теориях.

Законы сохранения энергии в макроскопических системах.

Хорошо известно, что тепло, возникшее в результате трения или выполнения другой механической работы, нельзя снова превратить в энергию и потом использовать для производства работы. С другой стороны, путём точных экспериментов было доказано, что тепловая энергия превращается в механическую энергию  в строго определённых количествах. Существование такого механического эквивалента для теплоты свидетельствовало о её сохранении. Эти и многие другие факты нашли своё обобщение в законах классической термодинамики:

 если к системе подводится количество теплоты Q и над системой производится работа W, то энергия системы возрастает до величины U: U = Q + W. U – внутренняя энергия системы, которая показывает, что тепло, полученное системой, не исчезает, а затрачивается на увеличение внутренней энергии и производство работы.

 невозможно осуществить процесс, единственным результатом которого было бы превращение тепла в работу при постоянной температуре.

Закон возрастания энтропии.

Второй закон термодинамики в формулировке немецкого физика Р. Клаузиуса звучит так: «Теплота не переходит самопроизвольно от холодного тела к более горячему». С учётом введённого в термодинамику понятия энтропии как меры беспорядка системы Клаузиус снова сформулировал второй закон: энтропия замкнутой системы, т.е. системы, которая не обменивается с окружающей средой ни энергией, ни веществом, постоянно возрастает. А это означает, что такие системы эволюционируют в сторону увеличения в них беспорядка, хаоса и дезорганизации, пока не достигнут точки термодинамического равновесия, в которой всякое производство работы становится невозможным.

Принцип минимума диссипации энергии.

Открытая система в ходе своей эволюции производит энтропию, которая, однако, не накапливается в ней, а удаляется и рассеивается в окружающей среде. Вместо неё из среды поступает свежая энергия  и именно вследствие такого непрерывного обмена энтропия системы может не возрастать, а оставаться неизменной и ли даже уменьшаться. Таким образом, открытая система не может быть равновесной, и её функционирование требует непрерывного поступления энергии и вещества из внешней среды, вследствие чего неравновесие в системе усиливается. При этом прежняя структура системы разрушается, а между её элементами возникают новые согласованные отношения. Так схематически могут быть описаны процессы самоорганизации в открытых системах, которые связаны с диссипацией, или рассеянием, энтропии в окружающую среду.



24. Соотношение динамических и статистических законов.



Сразу же после появления в физике понятия статистического закона возникла проблема существования статистических закономерностей и их соотношения с динамическими законами.

Первоначально основным в проблеме соотношения был вопрос об обосновании классической статистической механики на базе динамических законов Ньютона. Исследователи пытались выяснить, как статистическая механика, существенной чертой которой является вероятностный характер предсказания значений физических величин, должна относиться к законам Ньютона с их однозначными связями между значениями всех величин.

Длительное время динамические законы считались основным, первичным типом отображения физических закономерностей, а статистические законы рассматривались в значительной мере как следствие ограниченности наших способностей к познанию.

Но сегодня известно, что закономерности поведения объектов микромира и законы квантовой механики являются статистическими.

Возникновение и развитие квантовой теории постепенно привело к пересмотру представлений о роли динамических и статистических законов в отображении закономерностей природы. Был обнаружен статистический характер поведения отдельных элементарных частиц. При этом за описывающими это поведение законами квантовой механики не было обнаружено никаких динамических законов. Поэтому крупнейшими учеными, такими, как Н. Бор, В. Гейзенберг, М. Борн, П. Ланжевен и другими, был выдвинут тезис о первичности статистических законов. Но большая часть ученых с этим выводом не согласилась и стала настаивать на необходимости отыскать динамические законы для описания микромира, воспринимая статистические законы как промежуточный этап, позволяющий описывать поведение совокупности микрообъектов, но не дающий еще возможности точно описать поведение отдельных микрообъектов.

Когда стало очевидно, что нельзя отрицать роль статистических законов в описании физических явлений (все экспериментальные данные полностью соответствовали теоретическим расчетам, основанным на подсчетах вероятностей), была выдвинута теория «равноправия» статистических и динамических законов. Те и другие законы рассматривались как законы равноправные, но относящиеся к различным явлениям, имеющие каждый свою сферу применения, не сводимые друг к другу, но взаимно дополняющие друг друга.

При рассмотрении соотношения между динамическими и статистическими законами мы встречаемся с двумя аспектами этой проблемы.

В аспекте, возникшем исторически первым, соотношение между динамическими и статистическими законами выступает в следующем плане: законы, отражающие поведение индивидуальных объектов, являются динамическими, а законы, описывающие поведение большой совокупности этих объектов, статистическими. Например, соотношение между классической механикой и статистической механикой. Динамические и статистические законы описывают разные формы движения материи, не сводимые друг к другу. Они имеют разные объекты описания, и поэтому анализ теорий не позволяет выявить существенное в их отношении друг к другу. 

Второй аспект проблемы изучает соотношение динамических и статистических законов, описывающих одну и ту же форму движения материи. Примером могут служить термодинамика и статистическая механика, электродинамика Максвелла и электронная теория и т.д.

До появления квантовой механики считалось, что поведение индивидуальных объектов всегда подчиняется динамическим закономерностям, а поведение совокупности объектов - статистическим; низшие, простейшие формы движения подчиняются динамическим закономерностям, а высшие, более сложные - статистическим. Но с возникновением квантовой механики было установлено, что как «низшие», так и «высшие» формы движения материи могут описываться и динамическими, и статистическими законами. Например, квантовая механика и квантовая статистика описывают разные формы материи, но обе эти теории являются статистическими.

После создания квантовой механики можно с полным основанием утверждать, что динамические законы представляют собой первый, низший этап в познании окружающего нас мира и что статистические законы более полно отражают объективные связи в природе, являясь более высоким этапом познания. 

Говоря о смене теорий, мы в первую очередь имеем в виду смену менее глубоких физических представлений более глубокими представлениями о сущности явлений. Одновременно со сменой физических представлений расширяется область применимости теорий. Статистические теории распространяются на более широкий круг явлений, недоступный динамическим теориям. Статистические теории находятся в лучшем количественном согласии с экспериментом, чем динамические. 

Вывод: на основе динамических и статистических законов возникает динамическая и вероятностная причинность. И как статистические законы глубже отражают объективные связи природы, чем динамические, так и вероятностная причинность является более общей, а динамическая - лишь ее частным случаем.



25. Энтропия как мера неупорядоченности системы. Принцип возрастания энтропии.



В физике появилось новое понятие «энтропия» (entropia греч. поворот, превращение). Ввел его в 1865 г. Клаузиус. Он предположил, что есть некоторая величина S, которая, подобно энергии, давлению, температуре, характеризует состояние газа. Когда к газу подводится некоторое количество DQ, то S возрастает на величину DS = DQ /Т.

Ранее говорилось о том, что раньше не делалось различий между понятиями теплота и температура. 

После введения понятия энтропии стало ясно, где пролегает эта граница. Дело в том, что нельзя говорить о том, что в теле заключено какое-то количество теплоты. Теплота может передаваться от тела к телу, переходить в работу, возникать при трении, но при этом она (теплота) не является сохраняющейся величиной. Поэтому теплота определяется в физике не как вид энергии, а как мера изменения энергии. А вот энтропия в обратимых процессах (в частности в идеальном цикле Карно) сохраняется. Энтропия, таким образом, характеризует состояние системы. 

Можно провести некоторую аналогию с потенциальной энергией. Действительно, так же как каждому уровню высоты над поверхностью Земли отвечает своя потенциальная энергия, так и каждому состоянию термодинамической системы отвечает своя энтропия.

Как работа в поле тяжести (потенциальном поле) не зависит от вида пути, а зависит только от изменения потенциальной энергии, так и энтропия не зависит от вида процесса и определяется исключительно изменением состояния системы как конечным результатом процесса.

Все это означает, что энтропия системы может рассматриваться как функция состояния системы, т.к. изменение ее не зависит от вида процесса, а определяется лишь начальным и конечным состоянием системы.

Нетрудно убедиться в том, что энтропия сложной системы равна сумме энтропии ее частей. Энтропия – мера беспорядка системы. Энтропия – части тепловой энергии к абсолютной температуре, которую нельзя превратить в работу: S =Q / Т.

Закон, определяющий направление тепловых процессов, можно сформулировать как закон возрастания энтропии: для всех происходящих в замкнутой системе тепловых процессов энтропия системы возрастает, максимально возможное значение энтропии замкнутой системы достигается в тепловом равновесии: S  0.

Данное утверждение принято считать количественной формулировкой  второго  закона  термодинамики,   открытого Р.Ю.Клаузиусом (его молекулярно-кинетическое истолкование дано Л.Больцманом).

Идеальному случаю — полностью обратимому процессу замкнутой системы — соответствует неизменяющаяся энтропия. Все естественные процессы происходят так, что вероятность состояния возрастает, что означает переход от порядка к хаосу. Значит, энтропия характеризует меру хаоса, которая для всех естественных процессов возрастает. В этой связи закон о невозможности вечного двигателя второго рода, закон о стремлении тел к равновесному состоянию получают свое объяснение. Почему механическое движение переходит в тепловое? Да потому, что механическое движение упорядочено, а тепловое беспорядочно, хаотично.



26. Самоорганизация в открытых неравновесных системах.



Самопроизвольное (не требующее внеш. организующих воздействий) образование упорядоченных пространственных или временных структур в сильно неравновесных открытых системах (физ., хим., биол. и др.). Непрерывные потоки энергии или в-ва, поступающие в систему, поддерживают ее в состоянии, далеком от равновесия. При таких условиях в системе развиваются собственные (внутренние) неустойчивости (области неустойчивого поведения), развитием к-рых является С.

Классич. пример физ. открытой системы с пространственной С.-плоский горизонтальный слой вязкой жидкости, подогреваемый снизу. При относительно малых вертикальных градиентах температуры в жидкости имеет место режим бесконвективной теплопроводности. Когда градиент температуры превысит некоторую критич. величину, в жидкости возникает конвекция. При малых превышениях градиента температуры над критич. значением конвективные потоки в-ва приобретают упорядоченность: при наблюдении сверху они имеют вид валиков или шестиугольных ячеек (ячейки Бенара).

Генерация лазерного излучения считается примером временной С. Лазер непрерывного действия - сильно неравновесная открытая система, образованная возбужденными частицами (атомами, молекулами) и модами электромагн. поля в резонаторе. Неравновесность этой системы поддерживается непрерывным притоком энергии от внеш. некогерентного источника (накачкой). При малых интенсивностях накачки излучение системы состоит из не сфазированных между собой цугов волн. С повышением интенсивности накачки вплоть до нек-рой пороговой величины излучение системы становится когерентным, т.е. представляет собой непрерывный волновой цуг, в к-ром фазы волн жестко скорректированы на макроскопич. расстояниях от излучателя. Этот переход к генерации когерентных колебаний можно интерпретировать как С.

С. в неравновесных системах принципиально отличается от явлений упорядочения при фазовых переходах в равновесных системах, где порядок возрастает с понижением температуры: жидкость кристаллизуется, спины атомов ориентируются, образуя упорядоченную структуру, свойственную ферромагнетикам; в нек-рых металлах может осуществляться переход к когерентному квантовому состоянию, характерному для сверхпроводников. Общим для обоих процессов образования порядка в системе является понижение симметрии по отношению к трансляциям в пространстве или во времени.

На С. в неравновесной открытой системе могут влиять флуктуации параметров состояния как самой системы, так и окружающей среды. В свою очередь, сама С. оказывает влияние на амплитуду и длительность флуктуации.



27. Химические реакции. Энергетика химических процессов. Скорость протекания химических реакций. Катализаторы.



Химическая реакция — превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества (продукты реакции) - химические соединения. В отличие от ядерных реакций, при химических реакциях не изменяется общее число атомов в реагирующей системе, а также изотопный состав химических элементов.

Химические реакции происходят при смешении или физическом контакте реагентов самопроизвольно, при нагревании, участии катализаторов (катализ), действии света (фотохимические реакции), электрического тока (электродные процессы), ионизирующих излучений (радиационно-химические реакции), механического воздействия (механохимические реакции), в низкотемпературной плазме (плазмохимические реакции) и т.п. Превращение частиц (атомов, молекул) осуществляется при условии, что они обладают энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, разделяющего исходное и конечное состояния системы (Энергия активации).

Химические реакции всегда сопровождаются физическими эффектами: поглощением и выделением энергии, например в виде теплопередачи, изменением агрегатного состояния реагентов, изменением окраски реакционной смеси и др. Именно по этим физическим эффектам часто судят о протекании химических реакций.

Катализатор — вещества или внешние воздействия (например ультразвук или ионизирующие излучения), которые ускоряют различные химические и физические процессы (например полимеризация) в заданном направлении.

Основная функция катализатора — образовывать с исходными веществами более реакционно-способные промежуточные соединения и комплексы, позволяющие снизить энергию активации или способствующие образованию определённых изомеров с заданной структурой.

Каталитическими свойствами обладают многие вещества, сплавы, газы и т.д., но лишь немногие из них находят практическое использование. Пример наиболее широко употребляемых катализаторов: платина, родий, палладий, медь, никель, олово, рений, оксиды ванадия, меди, серебра, железа, хрома и др., двуокись азота и др. газы, гамма-излучение, нейтроны, протоны. Катализаторы имеют, как правило, сильно развитую поверхность и зачастую распределяются на инертном носителе (силикагель, оксид алюминия, активированный уголь и др.).

Ионизирующие излучения используются в процессах окисления, восстановления, полимеризации, и предпочтительны для химических и физических реакций протекающих по цепному механизму, их особенность как катализаторов это — полное отсутствие загрязнения готового продукта и исключительная дешевизна их применения.

В биохимических реакциях роль катализаторов играют ферменты.

Отравлением катализатора называется реакция, приводящая катализатор в негодность.



28. Химические элементы. Валентность элементов. Химические соединения. Ионная, ковалентная и водородная связи.



Дмитрий Иванович Менделеев любил рассказывать, что идея периодической системы пришла ему во сне. 

В своей таблице (сегодня мы ее называем периодической таблицей, или системой, элементов) Менделеев расположил химические элементы по рядам в порядке возрастания их массы, подобрав длину рядов таким образом, чтобы химические элементы в одной колонке имели похожие химические свойства. Так, например, правая крайняя колонка таблицы содержит гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Это благородные газы — вещества, которые неохотно реагируют с другими элементами и проявляют низкую химическую активность. В противоположность этому, элементы самой левой колонки — литий, натрий, калий и др. — реагируют с другими веществами бурно, процесс носит взрывной характер. Аналогичные утверждения можно сделать и о химических свойствах элементов в других колонках таблицы — внутри колонки эти свойства подобны, но варьируются при переходе от одной колонки к другой.

Валентность (от лат. valens — имеющий силу) — способность атомов элементов образовывать химические связи с атомами других элементов. В свете строения атома валентность это способность атомов отдавать или присоединять определенное число электронов. 

Ионная связь. 

Когда внешние электронные слои полностью заполнены, общая энергия атомов понижается. Например, атом натрия, имеющий на внешнем слое один электрон, охотно отдает этот электрон. И наоборот, атом хлора, которому не хватает одного электрона для заполнения внешнего слоя, стремится присоединить электрон для завершения уровня. Когда атомы натрия и хлора оказываются рядом, натрий отдает электрон, а хлор его принимает. При этом атом натрия, потеряв отрицательный заряд, становится положительно заряженным ионом натрия, а атом хлора, получив дополнительный электрон, становится отрицательно заряженным ионом хлора. По закону Кулона между двумя ионами возникает электростатическое притяжение, приводящее к образованию химической связи, которая и удерживает атомы вместе.

Ковалентная связь.

Некоторые атомы, в основном это касается углерода, образуют связи по-другому. Когда два таких атома достаточно приближаются друг к другу, между ними возникает взаимодействие, которое можно рассматривать как длительный взаимный обмен электронами. Как будто атом бросает один из своих внешних электронов другому атому, затем ловит электрон другого атома и снова бросает его обратно в бесконечной игре в мяч. В соответствии с законами квантовой механики, такой обмен электронами вызывает силу притяжения, которая и удерживает атомы вместе.



29. Космологические модели Вселенной.



В классической науке господствовала теория стационарной Вселенной: она всегда была почти такой же, как сейчас. Современные космологические модели Вселенной базируются на общей теории относительности Эйнштейна, в соответствии с которой метрика пространства и времени определяется распределением гравитационных масс во Вселенной, свойства которой обусловлены прежде всего средней плотностью материи.

Современная космология строит модели Вселенной исходя из уравнения тяготения из общей теории относительности А. Эйнштейна. Оно имеет много решений. Первую модель разработал сам А. Эйнштейн в 1917 г. Эта модель имеет стационарный характер: Вселенная стационарна, бесконечна во времени и безгранична в пространстве. В 1922 г. российский математик и геофизик А.А. Фридман дал свое решение уравнения общей теории относительности А. Эйнштейна, имеющее три варианта. В случае, когда средняя плотность вещества и излучения равна критической величине, то мировое пространство является евклидовым и Вселенная неограниченно расширяется от первоначального точечного состояния. Если же средняя плотность меньше критической, то пространство обладает геометрией Н.И. Лобачевского и также неограниченно расширяется. И, в-третьих, если плотность больше критической, пространство Вселенной оказывается римановым, расширение Вселенной на определенном этапе сменяется сжатием и продолжается вплоть до точечного, сингулярного состояния.

Как показывают объективные данные, плотность Вселенной меньше критической, т.е. более вероятна модель второго типа с временем Н.И. Лобачевского и бесконечным расширением. Расширение Вселенной считается установленным фактом в результате обнаружения эффекта К. Доплера, красного смещения — смещения линий в спектре источника излучения в сторону красной части спектра по сравнению с линиями эталонных спектров. Красное смещение возникает, когда расстояние между источником излучения и его приемником увеличивается (эффект К. Доплера).

В 1929 г. Э.П. Хаббл обнаружил, что все галактики движутся от нас со скоростью, возрастающей пропорционально расстоянию, что также убедительно свидетельствует о расширении Вселенной.



30. Теория «Большого взрыва».



Э. Хаббл установил, что любая галактика удаляется от нас в среднем со скоростью, пропорциональной расстоянию до неё. Это открытие окончательно разрушило существовавшее со времён Аристотеля представление о статичной, незыблемой Вселенной. Значит, галактики вовсе не являются космическими фонарями, подвешенными на одинаковых расстояниях друг от друга, и, более того, раз они удаляются, то когда-то в прошлом они должны были быть ближе к нам. Около 20 млрд. лет тому назад все галактики, судя по всему, были сосредоточены в одной точке, и которой началось стремительное расширение Вселенной до современных размеров. Указать местоположение этой точки невозможно, т.к. это противоречило бы основному принципу космологии. Согласно общей теории относительности, присутствие вещества в пространстве приводит к его искривлению. При наличии достаточного количества вещества можно построить модель искривлённого пространства. Передвигаясь по земле в одном направлении, мы в конце концов, пройдя 40 000 км, должны вернуться в исходную точку.

Итак, Вселенная напоминает надувной шарик, на котором нарисованы галактики и, как на глобусе, нанесены параллели и меридианы для определения положения точек; но в случае Вселенной для определения положения галактик необходимо использовать не два, а три измерения. Расширение Вселенной напоминает процесс надувания этого шарика: взаимное расположение различных объектов на его поверхности не меняется, на шарике нет выделенных точек. Чтобы оценить полное количество вещества во Вселенной, нужно просто подсчитать все галактики вокруг нас. Поступая таким образом, мы получим вещества меньше, чем необходимо, чтобы, согласно Эйнштейну, замкнуть «воздушный шарик» Вселенной. Существуют модели открытой Вселенной, математическая трактовка которых столь же проста и которые объясняют нехватку вещества. С другой стороны, может оказаться, что во Вселенной имеется не только вещество в виде галактик, но и невидимое вещество в количестве, необходимом, чтобы Вселенная была замкнута; полемика по этому поводу до сих пор не затихает. 

Спустя миллиард лет после «большого взрыва» началось образование галактик. К этому моменту вещество уже успело охладиться и стали появляться стабильные флуктуации плотности среди облаков газа, равномерно заполнявших космос. Локальное увеличение плотности вещества оказывается стабильным, если плотность достаточно велика, так как в этом случае создаётся локальное гравитационное поле, способствующее сохранению вещества в сжатом виде. Продолжая сжиматься и теряя при этом энергию на излучение, уплотнившееся вещество в результате своей эволюции превращалось в современные галактики. Хотя в общих чертах ясно, что тогда происходило, но механизм образования галактик всё же понятен не до конца и противоречит аккуратным подсчётам наблюдаемых масс галактик и их скоплений.



31. Звезды и их эволюция.



Звезды находятся в плазменном состоянии. Они разогреты до миллионов градусов. Внутри звезд происходит термоядерная реакция. Звезды-это фабрики элементов. В звездах действует гравитация и термоядерная реакции. Пока эти процессы уравновешены-звезда живет. Звезды содержат 99% всей вселенной, их количество – 10в 22 степени. Температура звезд достигает миллиарда градусов. Яркость некоторых звезд достигает миллиона солнц. Плотность некоторых звезд достигает 100 млн. тонн на см3. Ближайшая после солнца звезда - Альфа-центавра, до нее 3 световых года. Звезды образуются из космического вещества в результате его конденсации под действием гравитационных, магнитных и других сил. Под влиянием сил всемирного тяготения из газового облака образуется плотный шар — протозвезда. Преобразование протозвезды в звезду растягивается на миллионы лет, что сравнительно немного по космическим меркам. Молодые звезды (около 100 тыс. лет) существуют за счет энергии гравитационного сжатия, которая разогревает центральную область звезды до температуры порядка 10-15 млн. градусов Цельсия и «запускает» термоядерную реакцию преобразования водорода в гелий. Именно термоядерная энергия является источником собственного свечения звезд. В результате преобразования водорода в гелий в центральной зоне образуется гелиевое ядро. Кроме этого в процессе ядерных реакций возникают и другие химические элементы. На той стадии, когда ядерные реакции уже не могут поддерживать устойчивость звезды, ее гелиевое ядро начинает сжиматься. При этом внутренняя температура звезды увеличивается, а периферийная зона, или внешняя оболочка, сначала расширяется, а затем выбрасывается в космическое пространство. Звезда превращается в красный гигант. В процессе дальнейшего охлаждения, если звезда имела небольшую массу, она превращается в белого карлика — стационарный космический объект с очень высокой плотностью. Белые карлики представляют собой заключительный этап эволюции большинства звезд, в которых весь водород «выгорает», а ядерные реакции прекращаются. Свечение белого карлика происходит за счет его остывания. Тепловая энергия белого карлика продолжает иссякать, вследствие чего звезда меняет свой цвет сначала на желтый, а затем на красный. Постепенно она превращается в небольшое холодное темное тело, становится черным карликом. Если какие-то причины останавливают гравитационное сжатие, то происходит взрыв старой звезды, который сопровождается выбросом огромного количества вещества и энергии. Такой взрыв называют вспышкой сверхновой. Часть массы взорвавшейся сверхновой может продолжить существование в виде черной дыры. Черная дыра — область пространства, в которой сосредоточены огромные массы вещества, вызывающие сильное поле тяготения. Часть массы взорвавшейся сверхновой звезды может продолжить существование в виде нейтронной звезды, или пульсара.



32. Образование Солнца и планет солнечной системы.



Научные гипотезы об образовании Солнечной системы появились в XVII—XVIII вв. (Р. Декарт, Ж. Бюффон). Наиболее удачной гипотезой этого периода является небулярная теория Канта—Лапласа: вращающееся облако межзвездного газа конденсировалось, Солнце и вся Солнечная система образовались из сжимающейся газовой туманности.

Часть газового вещества отделилась от центрального сгустка (Солнца) под действием центробежных сил (в результате ускорения вращения в ходе сжатия) и послужила материалом для формирования планет.

Наиболее распространенной является электромагнитная гипотеза о происхождении Солнечной системы, предложенная X. Алофвеном и доработанная Ф. Хойлом, в соответствии с которой электромагнитные силы оказали решающее влияние на образование Солнечной системы. Ныне считается, что первоначальное газовое облако — материальная основа Солнца и планет — представляло собой ионизированный газ, испытывавший воздействие электромагнитных сил. Из огромного газового облака в результате концентрации возникло Солнце. На очень большом расстоянии от него остались части этого облака, гравитационные силы стали притягивать эти остатки газа к Солнцу, но его магнитное поле оставило падающий газ на различных расстояниях, что и определило местонахождение планет, образовавшихся из этих остатков газа. Воздействие гравитационных и электромагнитных сил способствовало концентрации, сгущению частей падающего газа и превращению их в планеты.

Солнце — плазменный шар с плотностью 1,4 г/см3 и температурой на поверхности 6000 К. В короне (атмосфере) Солнца происходят вспышки — протуберанцы. Солнечная активность имеет цикл 11 лет. Термоядерные реакции превращения водорода в гелий являются источником солнечной энергии. Скорость движения Солнца вокруг оси Галактики составляет 250 км/с. Возраст Солнца и Солнечной системы — 5 млрд. лет.



33. Источник энергии Солнца.



Только в XX веке было найдено правильное решение этой проблемы. Первоначально Резерфорд выдвинул гипотезу, что источником внутренней энергии Солнца является радиоактивный распад. В 1920 году Артур Эддингтон предположил, что давление и температура в недрах Солнца настолько высоки, что там могут идти термоядерные реакции, при которой ядра водорода (протоны) сливаются в ядро гелия-4. Так как масса последнего меньше, чем сумма масс четырёх свободных протонов, то часть массы в этой реакции, согласно формуле Эйнштейна E = mc2, переходит в энергию. То, что водород преобладает в составе Солнца, подтвердила в 1925 году Сесиллия Пейн ((англ.) Cecilia Payne). Теория термоядерного синтеза была развита в 1930-х годах астрофизиками Чандрасекаром и Гансом Бете. Бете детально рассчитал две главные термоядерные реакции, которые являются источниками энергии Солнца. Наконец, в 1957 году появилась работа Маргарет Бёрбридж ((англ.) Margaret Burbidge) «Синтез элементов в звёздах», в которой было показано, что большинство элементов во Вселенной возникло в результате нуклеосинтеза, идущего в звёздах.



34. Строение Земли.



Земля выделена самой природой: в Солнечной системе только на этой планете существуют развитые формы жизни, только на ней локальное упорядочение вещества достигло необычайно высокой ступени, продолжая общую линию развития материи. Именно на Земле пройден сложнейший этап самоорганизации, знаменующий глубокий качественный скачок к высшим формам упорядоченности. 

Атмосфера Земли кардинально отличается от атмосфер других планет: в ней низкое содержание углекислого газа, высоко содержание молекулярного кислорода и относительно велико содержание паров воды. Две причины создают выделенность атмосферы Земли: вода океанов и морей хорошо поглощает углекислый газ, а биосфера насыщает атмосферу молекулярным кислородом, образующимся в процессе растительного фотосинтеза. Расчёты показывают, что если освободить всю поглощённую и связанную в океанах углекислоту, убрав одновременно из атмосферы весь накопленный в результате жизнедеятельности растений кислород, то состав земной атмосферы в своих основных чертах стал бы подобен составу атмосфер Венеры и Марса.

В атмосфере Земли насыщенные водяные пары создают облачный слой, охватывающий значительную часть планеты. Облака Земли входят важнейшим элементом в круговорот воды, происходящий на нашей планете в системе гидросфера – атмосфера - суша. 

Рельеф земной поверхности в целом характеризуется глобальной асимметрией двух полушарий: одно из них представляет собой гигантское пространство, заполненное водой. Это – океаны, занимающие более 70% всей поверхности. В другом полушарии сосредоточены поднятия коры, образующие континенты. Океаническая и континентальная разновидности коры различаются и по возрасту, и по химико-геологическому составу. Понятно, что рельеф океанического дна отличен от континентального рельефа.

Средняя глубина мирового океана близка к 4 км, отдельные впадины достигают в три раза большей глубины, а отдельные конусы значительно возвышаются над поверхностью воды. Главная достопримечательность океанического рельефа – глобальная система срединных хребтов, тянущаяся на десятки тысяч км. Вдоль их центральных частей протянулись разломы, так называемые рифтовые зоны, через которые из мантии на поверхность выходят свежие массы вещества. Они раздвигают океаническую кору, формируя её в процессе непрерывного обновления. 

Рельеф континентальной части планеты более разнообразен: равнины, возвышенности, плато, горные хребты и огромные горные системы. Отдельные участки суши лежат ниже уровня океана, отдельные горные вершины подняты над его уровнем на 8-9 км. Согласно современным воззрениям, континентальная кора вместе с подстилающими слоями мантии образует систему литосферных континентальных плит. В отличие от литосферы океанов континентальные плиты имеют очень древнее происхождение, их возраст оценивается в 2,5-3,8 млрд. лет. Толщина центральной части некоторых континентальных плит достигает 250 км.

Земная кора, образующая верхнюю часть литосферы, в основном слагается из 8 хим. элементов: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий и калий.

Геологические особенности коры определяются совместными действиями на неё атмосферы, гидросферы и биосферы – этих трёх самых внешних оболочек планеты.

Самые верхние оболочки Земли – гидросфера и атмосфера – заметно отличаются от других оболочек, образующих твёрдое тело планеты. По массе это совсем незначительная часть земного шара, не более 0,025% всей его массы. Но значение этих оболочек в жизни планеты огромно. Гидросфера и атмосфера возникли на ранней стадии формирования планеты.

Среди сообщества оболочек Земли особое место занимает биосфера. Она захватывает верхний слой литосферы, почти всю гидросферу и нижние слои атмосферы. Под биосферой понималась совокупность заселяющей поверхность планеты живой материи вместе со средой обитания. Значимость этой системы выходит за пределы чисто земного мира, она представляет собой звено космического масштаба.



35. Гидросфера и атмосфера Земли.



Атмосфера Земли - это газовая оболочка, или газовая среда, которая вращается вместе с Землей как единое целое. Атмосфера обеспечивает возможность жизни на Земле. Атмосфера как компонент экосистем представляет собой слой воздуха над поверхностью воды, почвы, в пределах которого наблюдается взаимное влияние этих составляющих.

Считается, что современная атмосфера имеет вторичное происхождение и образовалась из газов, выделенных твердой оболочкой Земли после сформирования планеты. В течение геологической истории атмосфера претерпела значительную эволюцию под влиянием ряда факторов:

• улетучивания атмосферных газов в космическое пространство;

• выделения газов из недр в результате вулканической деятельности;

• расщепления молекул под влиянием солнечного УФ-излучения;

• химических реакций между компонентами атмосферы и земной коры.

Атмосфера защищает поверхность Земли от разрушительного действия падающих метеоритов, большая часть которых сгорает при вхождении в плотные слои атмосферы.

Деятельность живых организмов, в свою очередь, зависит от атмосферных условий. Атмосферный кислород используется в процессе дыхания животных и растений, а углекислота - как основной компонент для синтеза органических соединений.

Смесь газов, которые поступают в живые организмы при их дыхании, называют воздухом. Основными компонентами воздуха, определяющими специфику атмосферы нашей планеты, являются; азот - 78,3 %, кислород - 20,95 %, аргон - 0, 93 % и углекислый газ - 0,03 %. Кроме того в состав атмосферы входят неон, гелий, водород, оксиды серы и азота, криптон, метан, ксенон и др.

Структурные компоненты

Высота, км

Тропосфера

Стратосфера

Мезосфера

Термосфера

Ионосфера

Экзосфера (открытый космос)

0-15

45-50

80-85

300-500

500-900

выше 1000

Гидросфера (от гидро и сфера), прерывистая водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и твёрдой земной корой (литосферой) и представляющая собой совокупность океанов, морей и поверхностных вод суши. В более широком смысле в состав Г. включают также подземные воды, лёд и снег Арктики и Антарктики, а также атмосферную воду и воду, содержащуюся в живых организмах. Основная масса воды Г. сосредоточена в морях и океанах, второе место по объёму водных масс занимают подземные воды, третье - лёд и снег арктических и антарктических областей. Поверхностные воды суши, атмосферные и биологически связанные воды составляют доли процента от общего объёма воды Г. Химический состав Г. приближается к среднему составу морской воды. Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе Г., тем не менее играют важнейшую роль в жизни нашей планеты, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Воды Г. находятся в постоянном взаимодействии с атмосферой, земной корой и биосферой. Взаимодействие этих вод и взаимные переходы из одних видов вод в другие составляют сложный круговорот воды на земном шаре. В Г. впервые зародилась жизнь на Земле. Лишь в начале палеозойской эры началось постепенное переселение животных и растительных организмов на сушу. Виды вод гидросферы: Морские воды, Подземные воды, Лёд и снег (Арктика, Антарктика, Гренландия, горные ледниковые области), Поверхностные воды суши: озёра, водохранилища, реки, болота, почвенные воды, атмосферные воды. Воды, содержащиеся в живых организмах.



36. Клетка, как структурная и функциональная единица живого. Состав и строение клетки.



Клетка — это элементарная биологическая единица, структурно-функциональная основа всего живого. Клетки осуществляют самостоятельный обмен веществ, способны к делению (воспроизводству) и саморегуляции, т.е. обладают всеми свойствами живого. Образование новых клеток из неклеточного материала невозможно, размножение клеток происходит только благодаря делению. Органическое развитие следует рассматривать как универсальный процесс клеткообразования. В структуре клетки выделяют мембрану, отграничивающую содержимое клетки от внешней среды; цитоплазму, представляющую собой соляной раствор с растворимыми и взвешенными ферментами и молекулами РНК; ядро, содержащее хромосомы, состоящие из молекул ДНК и присоединенных к ним белков. Различают два способа деления клеток: митоз и мейоз. Митоз — деление клеточного ядра на два дочерних с наборами хромосом, идентичными набору хромосом родительской клетки. Митоз характерен для всех клеток, кроме половых. Мейоз — деление клеточного ядра на четыре дочерних ядра, в каждом из которых содержится вдвое меньше хромосом, чем в родительской клетке. Такой способ деления характерен только для половых клеток.

Клеточная теория строения живых организмов стала убедительным аргументом в пользу идеи единства происхождения жизни на Земле и оказала существенное влияние на формирование современной научной картины мира.



37. Молекулярно-генетические основы наследственности и изменчивости.



Генетика – это наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. 

Основы современной генетики были сформулированы Г. Менделем. Он открыл законы дискретной наследственности, выражающие распределение в потомстве наследственных факторов, названных вследствие генами.

Законы Менделя:

	Закон единообразия гибридов первого поколения.

	Закон независимого расщепления гибридов второго поколения, согласно которому гены, определяющие различные признаки, наследуются независимо друг от друга. 

Мендель заранее предусмотрел две возможности:

		признаки, наследуемые от одного родителя, передаются совместно;

		признаки передаются потомству независимо один от другого.

В основе передачи наследственных признаков всего живого лежат, прежде всего, законы наследования, открытые Менделем. Они позволили сформулировать хромосомную теорию наследственности, согласно которой преемственность свойств в ряду поколений определяется преемственностью их хромосом, находящихся в ядре клеток и заключающих в себе всю генетическую информацию. 

Мутации.

Мутацией называется изменение структуры или количества ДНК данного организма, приводящее к изменению генотипа. Любые мутации имеют неопределенный, случайный характер по отношению к вызывающим их изменениям внешней среды. Сколько-нибудь существенные эволюционные преобразования организмов не могут быть достигнуты посредством одной мутации, а достигаются серией малых мутаций. Мутации позволяют выживать виду при значительных изменениях окружающей среды, когда необходима перестройка нормы реакции. Новые мутации постоянно появляются в природе, т. к. существует множество особей каждого вида. Воздействие извне радиоактивными, ультрафиолетовыми лучами, химическими веществами может изменить «запись» наследственной информации. Происходит нарушение генетического кода и вместо нормального развития живого организма, предначертанного природой, наступает отступление от нормы – мутация.

Генная инженерия.

Генная инженерия – это раздел молекулярной биологии, который связан с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов с помощью генетических и биохимических методов.

В высших организмах  доля нуклеотидов в цепи ДНК, которые действительно кодируют последовательность аминокислот в белках, составляет около 5%. В остальных нуклеотидных последовательность ДНК закодирована информация о форме молекул ДНК.

Современная молекулярная биология позволяет вводить почти любой отрезок ДНК в микроорганизм, чтобы заставить его синтезировать тот белок, который кодирует данная ДНК. А современная органическая химия дает возможность синтезировать последовательности нуклеотидов – фрагменты генов. Такие фрагменты генов можно применять для изменения исходной последовательности оснований в гене, кодирующем нужный белок. Таким способом можно получить модифицированный белок с измененной последовательностью аминокислот, т. е. белок со структурой и функцией, ранее не существовавшими в природе.



38. Теория Опарина о происхождении жизни на Земле



Большой вклад в вопрос о происхождении жизни внесли академик биохимик А. И. Опарин, английские естествоиспытатели Дж. Бернал и Б. С. Холдейн и другие ученые.

Жизнь — это свойство материи, которое раньше не существовало и появилось в определенный момент истории Земли. Сущность жизни — обмен с внешней средой воспроизведение себе подобных, постоянное развитие.

История жизни и история Земли тесно связаны между собой. Возраст Земли насчитывает около 5 млрд. лет, а жизнь зародилась более 3,5 млрд. лет тому назад.

На начальных этапах истории Земля представляла собой раскаленную планету. В результате вращения и снижения температуры атомы тяжелых элементов оседали в центре, а атомы легких элементов (водорода, кислорода, углерода, азота) перемещались в поверхностные слои. Именно из легких элементов состоят тела живых организмов. В живой клетке содержится около 70 % кислорода, 17 % углерода, 10 % водорода, 3 % азота.

Далее появились химические соединения: вода, метан, углекислый газ, аммиак, цианистый водород. На этих этапах сформировалась атмосфера — продукт развития жизни на Земле.

При дальнейшем снижении температуры образовалась земная кора, т.к. некоторые газообразные соединения перешли в жидкое и твердое состояния. Возникли большие водоемы.

В результате вулканической деятельности происходили химические реакции, которые привели к появлению простейших органических соединений.

При высокой температуре, ультрафиолетовом излучении, грозовых разрядах простые молекулы органических соединений при взаимодействии с другими веществами усовершенствовались, усложнялись и появились более сложные органические соединения: жиры, углеводы, аминокислоты, белки и нуклеиновые кислоты. Они обладали важными свойствами — умение воспроизводить аналогичные себе молекулы.

В это время все органические соединения находились в первичном океане, их концентрация увеличивалась, происходило взаимодействие, смешивание и объединение в мелкие обособленные структуры раствора. Так появились структурные образования — мембраны, которые сыграли важную роль в построении клеток. Первые организмы были одноклеточные прокариоты. Через несколько миллиардов лет образовались эукариоты. С их появлением наметился выбор животного или растительного образа жизни, различия между которыми заключается в способе питания и связано с возникновением важнейшего для всего живого процесса — фотосинтеза.

Первые многоклеточные организмы возникли в результате объединения одноклеточных организмов и прошли долгий путь эволюции. Так жизнь развивалась и совершенствовалась. Теперь живые существа появляются только вследствие размножения.



39. Исторические этапы развития жизни на Земле.



Более 3,5 млрд. лет назад на дне морей появилась жизнь. Первые живые организмы были прокариотами — простые, выносливые организмы, анаэробы, способные к быстрому размножению, питались органическими веществами. Но резерв органических веществ быстро убывал, и появились организмы, питание которых осуществлялось благодаря световой энергии и фотосинтезу. Такие организмы называются автотрофными. Переход к фотосинтезу и автотрофному питанию привел к образованию кислородной атмосферы, возникновению озонового слоя, изменению состава морской воды. С этим связано появление примерно 1,8 млрд. лет назад эукариотов, у которых ДНК собрана в хромосомы, а они сосредоточены в ядре клетки, такая клетка может воспроизводиться без существенных изменений. Дальнейшая эволюция эукариотов связана с разделением на животные и растительные клетки.

Растительные клетки покрыты жесткой целлюлозной оболочкой, которая защищает, но не дает перемещаться и получать пищу, следовательно, используют фотосинтез как питательное вещество.

Животные клетки имеют эластичные оболочки, способны передвигаться и искать пищу — растительные или другие животные клетки.

Следующий этап развития жизни — возникновение примерно 900 млн. лет назад полового размножения, которое повышает видовое разнообразие и ускоряет эволюцию. Примерно 700 — 800 млн. лет назад появляются многоклеточные организмы. В протерозое и палеозое растения (зеленые, бурые и др. водоросли) населяют моря. В кембрии в морях существуют основные типы животных (губки, ракообразные, иглокожие и др.) В конце ордовика появляются плотоядные и позвоночные, в девоне—двоякодышащие, амфибии и насекомые.

Важнейшим событием в эволюции форм живого — выход растений и живых существ из воды и образование разнообразия наземных животных и растений. Выход растений начался в конце силура, первые наземные растения — псилофиты. Эволюция растений после выхода на сушу была связана с делением тела, развитием корневой системы, тканей, клеток, изменением способов размножения и т.д. В девоне встречаются леса из голосеменных, далее появляются покрытосеменные. В кайнозое формируются ботанико-географические области, в плейстоцене — современные фитоценозы.

За растениями на сушу последовали членистоногие. В конце пермского периода преобладают рептилии, в меловом — динозавры, в юрском периоде освоение воздушной среды пресмыкающимися, появление птиц. В конце мезозоя появляются млекопитающие. В палеоцене встречаются все современные семейства млекопитающих. В неогене появляются обезьяны. В кайнозое формируются важнейшие тенденции, которые привели к возникновению человека.



40. Происхождение человека.



Существуют дарвинистская, антидарвинистская и двунаправленная теории эволюции. По Дарвину: простейшие-членистоногие-позвоночные-земноводные-пресмыкающиеся-млекопитабщие-обезьяны-человек. Антидарвинисты-наоброт + божественная теория происхождения жизни. Двунаправленная –в центре человек: простейшие-человек-бог.

Самые древние из узконосых обезьян, еще близкие к примитивным приматам лемурам из семейства омомиид, найдены в эоценовых (эпоха палеоцена в кайнозое) слоях восточного Алжира (около 40 млн. лет назад). По месту находки эту обезьяну назвали Биретией (по одному зубу). Уже в следующем периоде – олигоцене на территории современного Египта и на Аравийском полуострове существовали многочисленные узконосые обезьяны – египтопитеки и близкие роды. Это были еще низшие обезьяны, многие из них широко распространились по Азии. Еще раньше приматы попали в Новый Свет. 

Достоверные остатки высших, человекообразных обезьян известны из отложений миоценового периода. Это была эпоха пышного развития влажных лесов по тропическому поясу Евразии от Атлантики до Тихого океана. Еще в прошлом веке из миоценовых слоев Европы первым был описан дриопитек («древесная обезьяна»). Близкие – рамапитек и сивапитек («обезьяны Рамы и Шивы» – героя и бога индуистской религии) описаны из отложений Африки и Индии. Все дриопитековые вымерли около 9 млн. лет назад, но они дали начало современным человекообразным обезьянам и, по-видимому, человеку. Больше всего они напоминали шимпанзе. Сейчас более вероятным нашим предком считается африканский дриопитек (кениапитек), живший на территории Кении около 14 млн. лет назад.

Уже тогда у дриопитековых были особенности, позволявшие им идти по пути антропогенеза: высокое развитие центральной нервной системы, хорошее цветное зрение и хватательные конечности – не только передние, но и задние. Это наследие древесной жизни первых приматов пригодилось, когда предки человека вступили в новую стадию – стадию австралопитеков. Австралопитек нужно переводить не как «австралийская», а как «южная» обезьяна. Эти приматы жили в эпоху, когда тропические леса в Африке стали отступать на север, их место занимали сухие степи и саванны. На стадии австралопитеков начался  процесс потери шерстяного покрова, сужения таза, прямохождения, высвобождения рук.

Homo habilis – человек умелый, так был назван следующий предок человечества, первый, по-видимому, научившийся обрабатывать материалы и создавать орудия труда.

Питекантроп.

Архантропы(Homo erectus – человек выпрямленный, то есть прямоходящий). Из собирателя и ловца мелких животных, лишь изредка добывающего крупных подранков, древнейший человек стал активным охотником на самую крупную дичь, вплоть до слонов и носорогов.

Первые разумные люди существенно отличались от нас. Обычно их называют неандертальцами. 38–40 тыс. лет назад палеантропов, выделившихся в подвид Homo sapiens neandertalensis (человек разумный неандертальский), сменил другой подвид – Homo sapiens (человек разумный). Иногда людей современного типа называют сапиентными или просто сапиенсами. Кроманьонцы- Неоантропы жили в эпоху так называемого верхнего палеолита. Как и неандертальцы, они использовали для жилья не только пещеры. Из стволов деревьев, мамонтовых костей и шкур, а в Сибири даже из каменных плит они строили хижины. Орудия их становятся более совершенными, кроме камня при их выделке используются рог и кость.

Доказательства происхождения человека от животных:

1)сравнительно-анатомические (132 общих признака у человека и обезьяны); 2)физиологические; 3)генетические; 4)биохимические; 5)эмбриологические; 6)палеонтологические. Черты сходства человека и человекообразных обезьян: 1)строение скелета и внутр. органов; 2)похожие зубы; 3)наличие ногтей; 4)общие болезни; 5)сходное число хромосом; 6)близкий хим. состав крови; 7) сходный аминокислотный состав; 8)сходные эмоции; 9)высокая способность к обучению; 10)хорошая память; 11)забота о потомстве. Черты отличия человека от человекообразн. обезьян: 1)объём мозга, конечности, лицевой отдел черепа; 2)число хромосом; 3)нервная система, отвлечённое мышление, речь, сознание, коллективный труд.



41. Эволюционная теория Дарвина.



Весь ход развития XIX века неудержимо вел к формированию нового взгляда на природу и эволюцию. Естественные науки к этому времени накопили огромное количество фактов, которые нельзя было совместить с метафизическими представлениями о неизменяемости природы. Следствием всего этого явилось возникновение навой теории, разработчиком которой стал Ч. Дарвин. Основные принципы своего эволюционного учения он свел к следующим положениям: 1. Каждый вид способен к неограниченному размножению. 2. Ограниченность жизненных ресурсов препятствует реализации потенциальной возможности размножения. (Большая часть особей гибнет в борьбе за существование и не оставляет потомства). 3. Гибель или успех в борьбе за существование носят избирательный характер. Организмы одного вида отличаются друг от друга совокупностью признаков. В природе преимущественно выживают и оставляют потомство те особи, которые лучше приспособлены. Такое избирательное выживание и размножение наиболее приспособленных организмов Ч. Дарвин назвал естественным отбором. 4. Под действием естественного отбора, происходящего в разных условиях, группы особей одного вида из поколения в поколение накапливают различные приспособительные признаки. Они приобретают настолько существенные отличия, что превращаются в новые виды. Крупнейшие ученые в разных странах способствовали распространению эволюционной теории Дарвина, защищали ее от нападок и сами вносили вклад в ее дальнейшее развитие. Дарвинизм оказал сильнейшее влияние не только на биологию, но и на общечеловеческую культуру, способствуя развитию естественнонаучных взглядов о появлении и развитие живой природы и самого человека. Современная генетика привела к новым представлениям об эволюции, которые получили название синтетической теории эволюции (Неодарвинизма). Ее можно определить как теорию органической эволюции путем естественного отбора признаков,  детерминированных генетически. Такой взгляд, не только подтвердил теорию Дарвина, но и объяснил ее на качественно новом уровне. Механизм эволюции стал рассматриваться, как состоящий из двух частей: случайные мутации на генетическом уровне и наследование наиболее удачных с точки зрения приспособления к окружающей среде мутаций, т.к. их носители выживают и оставляют потомство. 



42. Современная наука о сущности и истоках человеческого сознания.



Сознание — высшая, интегрирующая форма психики, форма отражения объективной реальности. Сознание возникает в результате трудовой общественно-производительной деятельности людей и неразрывно связано с языком. Любой чувственный образ предмета, любое ощущение или представление является объектом сознания именно в той мере, в какой они обладают смыслом в системе общественной деятельности. Знания, значения и смысл, сохраняемые в языке, направляют и дифференцируют чувства человека, волю, внимание и другие психические акты, объединяя их в единое сознание. Важно помнить, что сознание нельзя отождествлять исключительно со знанием и логическим мышлением. Если бы человек только производил одну за другой логические операции, но на практике не ощущал, не чувствовал, не переживал постоянного соотнесения значения своих понятий с активными действиями и восприятием действительности, то он не понимал бы и не осознавал ни действительности, ни себя самого, т.е. не обладал бы ни сознанием, ни самосознанием. Сознание, впитав в себя исторический опыт, знания и методы мышления, выработанные предшествующей историей, осваивает действительность идеально, ставя при этом новые цели, задачи, создавая проекты будущих орудий, направляя всю практическую деятельность человека. Таким образом, нельзя забывать, что сознание не только отражает действительность, но и создает ее.

Необходимо иметь в виду, что термин «сознание» не включает в себя понятие «бессознательное».

Бессознательное можно определить как активные психические процессы, непосредственно не участвующие в сознательном отношении субъекта к действительности, и поэтому в данный момент не осознаваемые субъектом. Бессознательное — это столь же специфически человеческое психическое проявление, как и сознание. Оно детерминировано общественными условиями существования человека, выступая как частичное, недостаточно адекватное отражение мира в мозгу человека.

Поэтому нельзя противопоставлять сознание и бессознательное, т.к. они являются разными элементами психики. В данном случае согласно учению австрийского психолога Зигмунда Фрейда психика состоит из трех слоев: бессознательное, подсознательное и сознание.

Подсознательное — это особая пограничная область между сознанием и бессознательным. В эту область прорываются бессознательные влечения, и здесь же они подвергаются цензуре со стороны совести.

Подводя итог, необходимо отметить, что человеческое сознание прошло длинный путь эволюции, что позволило человеку развиваться и идти по пути прогресса.



43. Эмоции и творчество.



Эмоции и творчество - непосредственные переживания, процесс и результаты практической деятельности, направленной на удовлетворение его актуальных потребностей. В эмоциональной сфере знания различают элементарные эмоции (голод, жажда, усталость), чувства (любовь, горе, радость), аффекты (ярость, ужас, отчаяние), страсти и эмоциональное самочувствие, настроение (веселое, подавленное), особо сильные состояния эмоциональной напряженности - стрессы. Благодаря возникшей эмоции организм имеет возможность эффективно приспосабливаться к окружающим условиям. 

Творческий процесс вообще невозможен без эмоций, без увлеченности решаемой проблемой.

Творчество как процесс создания чего-то нового, часто предполагает, что человек может испытать недостаточность информации, знаний, умений для достижения цели и решения той или иной проблемы, а именно поэтому ему необходимо сделать рывок в неизведанное, создать новые здания, умения, новые объекты и произведения. Эмоции, вдохновение, воображение помогают сделать этот "рывок в творчество". 

Научное творчество и особенно творчество в искусстве опирается на воображение, которое в свою очередь, неразрывно связано с эмоциями и чувствами человека.



44. Биоэтика и поведение человека.



Биоэтику нужно рассматривать как естественное обоснование человеческой морали. Человеку присущи многие признаки, которые генетически обусловлены. Часть человеческих черт связана с воспитанием, образованием и другими факторами внешней среды обитания. Все человеческие действия — это его поведение. С помощью биоэтики можно узнать происхождение человеческого разума, морали и этики.

Считают, что человек произошел от животного мира и прошел длительный путь эволюции. Суть эволюции — процесс передачи генов от поколения к поколению. В основе всех форм социального поведения человека лежат врожденные структуры, присущие ему, как и всем другим животным. Но человек далеко ушел от животного мира, он обладает характерными, специфическими только для него чертами и признаками.

В число отличий человека от животных входит нравственность. Рождение нравственности — важнейший этап антропогенеза — становления человека. Первая функция, которую выполняла мораль в истории человечества, состояла в том, чтобы восстановить утраченное равновесие между вооруженностью и врожденным запретом убийства. Исследователь биоэтики К. Лоренц все проповеди аскетизма, которого предостерегают от того, чтобы отпускать инстинктивные побуждения, учение о первородном грехе, утверждал, что человек от рождения порочен, все это имеет общую разумную идею. Человеку не нужно следовать своим врожденным наклонностям, а необходимо учиться властвовать над ними и ответственно контролировать их проявления.

У человека нет естественных механизмов убийства себе подобных и поэтому нет, как у волков, инстинкта, запрещающего убийство представителя своего рода. Но человек придумал искусственные средства уничтожения и у него развились как средство самосохранения искусственные механизмы, которые запрещают убийство представителя своего вида. Это и есть нравственность, которая является социальным эволюционным процессом.

Социальная этика — только первая ступень нравственности. Человек придумал искусственные средства, позволяющие уничтожать всю планету, что он успешно и делает. Если человек будет продолжать истреблять виды животных и растений, которые населяют Землю, то в соответствии с основным законом экологии — науки о взаимоотношении организмов с окружающей средой — уменьшение разнообразия в биосфере приведет к ослаблению ее устойчивости, и в конечном счете к гибели самого человека, который не может существовать вне биосферы. Чтобы этого не произошло, нравственность должна подняться на новый уровень, распространяясь на всю природу, стать экологической этикой, запрещающей уничтожение природы.



45. Здоровье и работоспособность.



Здоровье – это комплексная, интегральная и качественная характеристика организма и личности человека. Здоровье является таким состоянием человека, которое согласуется с характерными для данного общества идеалами здоровья, развития и совершенствования человека.

Человек всегда стремился к укреплению своего здоровья, мечтал об увеличении силы, ловкости, выносливости. Здоровье не существует само по себе, оно нуждается в постоянной и тщательной заботе на протяжении всей жизни человека. 

У каждого человека есть свои резервы здоровья. То есть здоровье - это  количество резервов в организме, это максимальная производительность органов при сохранении качественных пределов их функций.

Состояние здоровья сказывается на всех сферах жизни людей. Полнота и интенсивность многообразных жизнепроявлений человека находятся в непосредственной зависимости от уровня здоровья, его качественной характеристики. Внешний  потенциал физической, психической и умственной деятельности служит важнейшим залогом полноценной жизни человека. Здоровье выступает в качестве одного из необходимых и важнейших условий активной, полноценной жизни человека и общества.

Работоспособность – это потенциальная возможность индивида выполнять целесообразную деятельность на заданном уровне эффективности в течение определенного времени. Она зависит от внешних условий деятельности и психофизических ресурсов индивида. 

Можно выделить следующие стадии работоспособности:

врабатывание;

оптимальная работоспособность;

некомпенсируемое и компенсируемое утомление;

конечный «порыв».

В зависимости от видов труда, индивидуальных способностей, состояния здоровья продолжительность, чередование и степень выраженности отдельных стадий могут варьироваться вплоть до выпадения некоторых из них. Соотношение продолжительности стадий работоспособности – один из показателей организации процесса деятельности. 

Труд – это процесс, совершающийся между человеком и природой, в котором человек своей собственной 

деятельностью регулирует и контролирует обмен веществ между собой и природой. 

Человек, его здоровье, эмоции, творчество, работоспособность – все это взаимосвязанные факторы. Только человек здоровый духовно и физически может творить, изобретать, целиком и полностью отдавать себя работе. 



46. Учение Вернадского о биосфере.



Биосфера (от греч. «биос» — «жизнь», «сфера» — «шар») — часть оболочки земли, состав, структура и энергетика которой обусловлены прошлой и современной деятельностью живых организмов. Она состоит из живых (биотических) и неживых (абиотических) компонентов. Ее границы определяются по пределам распространения живых существ, биотических компонентов экосистемы. Биосфера включает нижние слои атмосферы (тропосферу), верхнюю часть литосферы и почти всю гидросферу. К биосфере относят те слои и участки, где есть условия не только для выживания, но и для размножения живых существ.

Русский ученый В. И. Вернадский считал живые организмы самой большой силой на земной поверхности, которые преобразуют природу. Он ввел понятие «живое вещество» — совокупность организмов живущих в биосфере. Живой организм есть неотъемлемая часть земной коры и агент, ее изменяющий. Существует резкое различие живого и неживого, отсутствуют переходы между ними. Понятие «живое вещество» как совокупность организмов, участвующих в геохимических процессах и являющихся движущей силой природы, стирает грань между живым и косным веществом. Живое вещество находится в тонкой пленке на поверхности суши, в тропосфере и пронизывает весь океан. Оно занимает 0,25 % от общего веса биосферы, но именно оно способно эволюционировать.

В.И. Вернадский сформулировал две аксиомы:

1) организмы берут все химические элементы, строящие их тела, из окружающей среды и возвращают их после смерти и при жизни в ту же среду;

2) без Солнца жизнь на Земле не может существовать. Взаимодействие жизни и косного вещества приводят к непрерывному круговороту химических элементов.

В постоянном обмене веществ В.И. Вернадский выделяет два биогенетических принципа:

1) геохимическая биогенная энергия стремится в биосфере к максимальному проявлению;

2) при эволюции видов выживают те организмы, которые своей жизнью увеличивают биогенную геохимическую энергию. Организмы выступают как трансформаторы, переводящие космическое излучение в земную энергию — электрическую, механическую и т.д. Система организм—среда — это форма динамического равновесия, в котором упорядочены материальные и энергетические составляющие, где жизнь выступает непрерывным генератором и регулятором.

Таким образом, биосфера — это организованная оболочка взаимодействия различных видов вещества. Форма деятельности живого — это его биогеохимическая работа в биосфере. Она заключается в осуществлении необратимых и незамкнутых круговоротов вещества и потоков энергии между основными компонентами биосферы: горными породами, природными водами, газами, почвами, растительностью, животными.



47. Ноосфера.



Современность пока еще полностью подпадает под определение техносферы, но ее кризис становится все более очевидным. Поставлен вопрос о необходимости перехода к иному типу связей с природой, который получил название ноосферы - эпохи разума, который должен поставить под контроль происходящие в природе и обществе процессы. Речь в нем идет об осмыслении путей развития, о пространстве, в котором человек мог бы выжить, не продолжая губительного разрушения природы. Движение к ноосфере предполагает: сделать проблему спасения природы общим делом. Причем в данном случае речь идет о формировании принципиально новой идеологии. Если раньше идеология разделяла и противопоставляла друг другу страны н континенты, то теперь она должна объединить осознанием общего дела. Ноосфера может быть реализована изменением самого человека. Выдающимся примером осознания взаимосвязанности всех процессов, происходящих на Земле и во Вселенной, явилось учение В.И.Вернадского о ноосфере, в котором анализируется эволюция нашей планеты как единый космический, биогенный и антропогенный процесс. Появление человека представляется закономерным этапом развития биосферы. Разум, проявляющийся в научной и технической мысли, рассматривается как важнейший фактор дальнейшей эволюции планеты. Термин «ноосфера» был введен в 1927 году французским математиком и философом Э. Леруа для обозначения будущего состояния биосферы. По Вернадскому для существования жизни выделяются три условия - наличие жидкой воды, солнечного излучения и границы раздела фаз. Живое вещество непрерывно эволюционирует. Появление Homo Sapiens принципиально нового фактора жизни биосферы, стало по Вернадскому не случайным, а закономерным результатом этой эволюции . Благодаря своему разуму человек создал техносферу и, вследствие этого, стал самым могущественным существом на планете. Ноосфера - сфера взаимодействия природы и общества, в рамках которой разумная человеческая деятельность становится главным определяющим фактором развития. Во второй половине нашего века появилась физическая теория, доказавшая это предсказание. Наиболее часто употребляемое название этой науки - синергетика. Ей удалось ответить на два кардинальных философских вопроса: как объяснить появление нового в мире, управляемом детерминистическими законами, и в чем причина необратимости всего происходящего. Единство мира впервые проявилось в физике после создания специальной теории относительности. Человечество увидело связь таких фундаментальных понятий как пространство и время, ранее представлявшихся разнородными. Теория Большого Взрыва представила всю Вселенную, как единую систему, эволюционирующую во времени. Причем эта система является по определению замкнутой (изолированной), если не допускать существования Бога. Неизбежным логическим следствием этой модели является взаимосвязанность всех процессов во Вселенной.



48. Исследования Чижевского о влиянии Солнца на природные и общественные явления.



Солнечные пятна являются активным источником электромагнитного излучения, вызывающего так называемые «магнитные бури». Эти «магнитные бури» влияют на теле- и радиосвязь, вызывают мощные полярные сияния. Солнце излучает следующие виды излучения: ультрафиолетовое, рентгеновское, инфракрасное и космические лучи (электроны, протоны, нейтроны и тяжёлые частицы адроны). Ультрафиолетовое и рентгеновское излучения в основном исходят от верхних слоев хромосферы и короны. Эти излучения почти целиком задерживаются атмосферой Земли, образуя ионосферу. Вот почему следует сохранять атмосферу Земли в нормальном состоянии. Периодически появляющиеся озоновые дыры пропускают излучение Солнца, которое достигает земной поверхности и пагубно влияет на органическую жизнь на Земле. Солнечная активность проявляется через каждые 11 лет. Последний максимум солнечной активности был в 1991 году. Ожидаемый максимум – 2002 год. Максимум солнечной активности означает наибольшее количество пятен, излучения и протуберанцев. Давно установлено, что изменение солнечной активности Солнце влияет на следующие факторы: эпидемиологическую обстановку на Земле; количество разного рода стихийных бедствий (тайфуны, землетрясения, наводнения и т. д.); на количество автомобильных и железнодорожных аварий. Максимум всего этого приходится на годы активного Солнца. Как установил учёный Чижевский, активное Солнце влияет на самочувствие человека. С тех пор составляются периодические прогнозы самочувствия человека. Особое место занимает утверждение Чижевского о том, что Солнце существенно влияет не только на биологические, но и социальные процессы на Земле. Социальные конфликты (войны, бунты, революции), по убеждению А.Л. Чижевского, во многом предопределяются поведением и активностью нашего светила.



49. Идеи космизма. Антропный принцип.



Суть антропного принципа можно выразить следующим высказыванием: «Вселенная такова, какой мы ее видим, потому что мы существуем в ней». Этот принцип включает два факта: во-первых, сама возможность существования человека зависит от значений фундаментальных констант (гравитационная постоянная, постоянная Планка, электрическая, магнитные постоянные, постоянная Больцмана и др.), изменение значений которых позволяет прогнозировать невозможность существования в ней жизни; во-вторых, человек как существо, способное к пониманию, занимает особое место во Вселенной наряду с другими разумными существами, если таковые имеются.

Таким образом, человек — существо космическое, человек познает мир доступным ему способом, человек как познающее существо на данный момент не имеет альтернативы в космосе, хотя возможность такой альтернативы не исключена.

Таким образом, рациональность антропного принципа не вызывает сомнения, однако существует множество различных трактовок этого принципа. Эти трактовки могут быть почти противоположными. С одной стороны, выдвигается гипотеза о множественном рождении Вселенных, в каждой из которых случайным образом устанавливается набор мировых физических констант. И только в одном (или нескольких) из миров создаются благоприятные условия для появления наблюдателя. С другой стороны, можно предполагать, что единственная Вселенная в процессе самоорганизации способна к «тонкой подстройке», а значит, и к появлению наблюдателя. Однако в таком случае будущее Вселенной предопределено, т.к. предпосылки появления такой надстройки изначально заложены во Вселенной.

Кроме того, выделяют слабый и сильный антропные принципы.

Сущность слабого антропного принципа заключается в том, что возможность наблюдения человека ограничена. Эта ограниченность обуславливается самим условием существования наблюдающего субъекта.

Согласно сильному антропному принципу Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на определенном этапе развития было возможно существование наблюдателя — разумного существа — человека. Нетрудно увидеть, что сильный антропный принцип тесно связан с трактовкой о способности Вселенной к созданию благоприятных условий для появления человека. Этот принцип также близок к теории эволюции и позволяет утверждать, что сама жизнь становится возможной лишь в соответствии с объективно возникшими в процессе эволюции Вселенной условиями.

Взяв на вооружение антропный принцип, можно сделать вывод, что во Вселенной нет принципиально непознаваемых явлений, процессов, а, следовательно, человеческое сознание может постигнуть сущность любого элемента Вселенной.



50. Принцип универсального эволюционизма.



 «Эволюция» - это процесс непрерывных, постепенных количественных изменений. Дарвин высказывал не только идею развития, но и представления о роли изменчивости и отбора в становлении новых форм. Опубликование труда Дарвина - это не первое провозглашение изменяемости и развития мира, положившее конец представлению о нем как о чем-то застывшем и неизменном.

Современное эволюционное учение видит свою главную задачу в том, чтобы на основе углубленного познания механизма эволюционных процессов предсказать возможности эволюционных преобразований, а, в свою очередь, на этой основе управлять эволюционным процессом. Все возрастающую роль в решении этой задачи играет одна из наиболее перспективных отраслей биологической науки - генетика. 

Структурно синтетическая теория эволюции состоит из теорий микро - и макро - эволюции. Теория микроэволюции изучает необратимые преобразования генетико—экологической структуры популяции, которые могут привести к формированию нового вида. Теория макроэволюции изучает основные направления и закономерности развития жизни на Земле в целом, включая возникновение жизни и происхождение человека. Изменения, которые изучаются в рамках микроэволюции, доступны непосредственному наблюдателю, тогда как макроэволюция происходит на протяжении длительного исторического периода времени и поэтому ее процесс может быть только реконструирован задним числом. 

Самое широкое представление о Мире дает общая научная картина Мира (ОНКМ), описывающая и Природу, и общество с его устоями и проблемами. Сегодня, видимо, можно лишь говорить об основной идее, на которой строится эта картина - идее единства эволюции Вселенной и человека как космического, биологического и социального существа.

Путь к единой культуре.

В результате своей деятельности человек создает совокупность материальных и духовных ценностей, то есть культуру созданных материальных ценностей (техника, технология, производственный опыт) образуют материальную культуру. Наука, искусство, литература, религия, мораль, мифология относятся к духовной культуре. В процессе познания окружающего Мира и самого человека формируются различные науки. Естественные науки - науки о природе - формируют естественно - научную культуру, гуманитарные - художественную (гуманитарную) культуру. На начальной стадии познания оба эти вида наук и культур не разделялись, ибо познание было обращено одинаково и к природе и  к человеку. Однако постепенно каждая из них нарабатывала свои принципы и подходы, становясь все более самостоятельной. Разделению этих культур и наук способствовали их разные цели: естественные науки стремились изучить природу и покорить ее; гуманитарные своей целью ставили изучение человека и его мира. Разные у них и методы: рациональный в естественных, эмоциональный (интуитивный, образный) в гуманитарных.

Ученые поняли, что проблемы устройства Мира и проблемы духовной сущности человека по многим позициям перекрываются.

Чтобы человечеству выбраться из этого кризиса нужна новая культура,  новый гуманизм в сочетании с научно—техническим прогрессом, нужно духовно и морально возродить человечество, понять чувство глобальной ответственности, то есть, нужна «человеческая революция». Для ее осуществления необходим диалог культур Запада и Востока, на основе которого может быть создана единая мировая культура, единая планетарная этика, единый планетарный разум (ноосфера) как единство биосферы и техносферы. Человечество планеты, если оно думает выжить, должно стать единым социальным «суперколлективом» с планетарным разумом.





1