Правительство Москвы
Московский комитет образования
Московский городской педагогический университет
Экономический факультет
____________________________________
Утверждаю
Ректор МГПУ
_____________профессор Рябов В.В.
«___»____________ 2004 г.
Учебная программа
и контрольные
задания
Основного курса
Концепции современного естествознания
по специальности 062100 «управление персоналом»
форма обучения экстернат
Москва 2004.
Учебная программа
курса
«Концепции
современного естествознания».
разработана на кафедре
Социально-гуманитарных наук
Автор: доктор химических наук, профессор А.С. Каменев.
Содержание.
Стр.
Вводные замечания...................................................................................................................4
Тематический план курса КСЕ (стандарт) ............................................................................8
Предметное содержание курса КСЕ.......................................................................................10
Темы для докладов и рефератов.............................................................................................22
Учебники по дисциплине КСЕ, рекомендуемые Министерством
общего и профессионального образования Российской Федерации...................................32
Контрольные задания (вопросы)............................................................................................33
Примерные ответы на некоторые контрольные вопросы....................................................37
Некоторые дополнительные сведения по дисциплине КСЕ
для расширенного изучения предмета..................................................................................116
Предметно-именной указатель..............................................................................................219
Вводные замечания
Появление междисциплинарного предмета «Концепции современного ес-тествознания» (КСЕ) явилось закономерной реакцией на те принципиальные изменения в представлениях о мире, которые произошли в 20 веке в современ-ном общественном сознании под влиянием открытий в области фундаменталь-ного естествознания. Цель этого предмета состоит в расширении общенаучного кругозора студентов гуманитарных специальностей в сфере естественных наук и в осознании ими философского и общекультурного значения науки. Исходя из важнейших требований времени, также необходимо при изучении КСЕ обра-тить внимание студентов на непродуктивность существующего в массовом на-учном сознании противопоставления рационально-логического и образно-художественного способов познания мира, что на современном этапе изучения природы становится препятствием при построении более адекватной картины мира. Такая постановка вопроса особенно актуальна для студентов педагогиче-ских университетов, чья дальнейшая профессиональная деятельность непосред-ственно связана с формированием мировидения учащихся.
Предмет КСЕ включает в себя не только более или менее известный из школьных курсов блок классического естествознания, описывающего уровень реальности, доступный непосредственному наблюдению (т.н. макромир), но и совершенно недоступные методам классической физики и непривычные, а час-то и прямо противоположные «здравому смыслу» и традиционной логике, ха-рактеристики объектов и закономерности явлений, составляющих предмет не-классической и постнеклассической науки. Это с одной стороны – ограничен-ный размерами атома странный и парадоксальный мир атомных ядер, элемен-тарных частиц и необычных силовых полей, мир неопределенных траекторий и квантовых скачков (т.н. микромир), а с другой стороны – бесконечный и без-граничный мир Вселенной или, по крайней мере, той её части, которая доступ-на наблюдению, мир взрывающихся звезд, черных дыр и «раздувающегося» пространства (т.н. мегамир).
Обнаруженные современной наукой тенденции развития внешнего мира свидетельствуют о тонкой гармонии фундаментальных законов природы, кото-рыми неклассическая физика описывает как закономерности взаимопревраще-ния элементарных частиц и ход различных микропроцессов, так и многие осо-бенности развития макромира, а также процессы крупномасштабной эволюции Вселенной. Необычайно тонкая «подгонка» фундаментальных параметров, ха-рактеризующих процессы и объекты Вселенной на всех уровнях её структурной организации, свидетельствует, по мнению многих ведущих современных физи-ков, космологов и философов, о том, что возникновение самой Вселенной, об-разование её структур различного масштаба и появление сложных органиче-ских форм жизни, включая разумную материю, невозможно (по крайней мере, в свете современной науки) свести к совокупности случайных событий, последо-вательность которых не запрограммирована некоторой, внешней по отношению к ним, целью. В рамках антропно-космической философии утверждается, что такой целью саморазвития Вселенной является человек.
Эти новые знания о человеке и природе и особенно последние достиже-ния физики микромира и космологии рождают новое антропно-космическое понимание процесса биологической эволюции человека, смысла и назначения его истории и культуры, его места во Вселенной и требуют, соответственно, нового системно-эволюционного подхода для построения картины мира, адек-ватной этому постнеклассическому пониманию. Именно здесь возникают пред-посылки для создания синтетической науки нового типа, в которой логико-теоретическая обоснованность и математическая и эмпирическая точность по-знавательных методов, присущих естествознанию (физике, химии, биологии, экологии и т.д.), где природа рассматривается как самоорганизующаяся и само-развивающаяся система элементов и структур различной сложности, будут до-полняться образно-художественными средствами отображения мира, свойст-венными гуманитарному стилю мышления (история, философия, культуроло-гия, а также искусство, мифология и религия), где природа – это мать, биосфера – колыбель всего живого, а человек – высшее достижение творящих сил приро-ды (образ и подобие Бога в христианской теологии), её хозяин в определенном смысле, но в то же время и её защитник и охранитель. В этом интегративном процессе познания мира, по мнению многих ведущих специалистов по синерге-тической философии, должен и будет рождаться новый междисциплинарный и транскультурный метаязык, пригодный для нового, более гибкого, чем раньше, «диалога человека с природой».
Эти идеи легли в основу нового направления в постнеклассической науке и философии – т.н. антропно-космологического учения, в котором реализуются междисциплинарно-синергетические концепции и методы и которое дополняет и развивает на новом уровне знаний философию русских космистов и ноосфер-ное учение В.И. Вернадского.
И, наконец, предметом естествознания (а не только философии, как это было раньше) становятся в постнеклассический период развития науки самые общие закономерности эволюции всего Универсума как сложной, самооргани-зующейся и саморазвивающейся целостной системы взаимосвязанных и взаи-мообусловленных элементов. Эта система включает в себя все, доступные и еще недоступные наблюдению научными методами, уровни реальности внеш-него мира, а также включает в себя человека, создающего разумный и упорядо-ченный информационный поток, отражающий закономерности развития мира, человека, порождающего особый, до этого никогда не существовавший во Все-ленной, уровень реальности, появление которого наделяет её, как целое, свой-ствами, присущими только живым существам. Согласно современным антроп-но-космическим идеям, разумное человечество представляет собой неотъемле-мую, закономерно и неизбежно возникающую и, даже возможно, целеобра-зующую часть этого целого.
Особенности развития современной цивилизации таковы, что сведения из области неклассической физики, все т.н. «сумасшедшие» теории, (как характе-ризовал их один из крупнейших физиков 20 века Нильс Бор), ранее бывшие достоянием лишь немногих выдающихся умов, постепенно вошли в общекуль-турный контекст и стали необходимой частью, а затем и одной из важнейших составляющих компонент культурного сознания современного человека, и за последние десятилетия 20 века коренным образом изменили традиционную картину мира. Многие идеи неклассической и, особенно, постнеклассической науки, возникшие не только как результат чисто научного, рационально-логического подхода, а в значительной мере как порождение и продукт образ-но-художественного способа мышления, оказали серьезное влияние на филосо-фию, литературу, музыку, изобразительное искусство и, будучи соответствую-щим образом восприняты и преломлены, сами стали источником новых стилей и форм художественного осмысления мира.
Далеко не просто в рамках традиционного классического мировидения, опирающегося на жизненный опыт и здравый смысл, овладеть новыми пред-ставлениями о структуре мира, законах его развития и месте в нем человека, что, собственно, и составляет предмет учебной дисциплины КСЕ. Очень важно студенту для продуктивного усвоения учебного материала правильно и четко понимать основные категории и термины, формирующие базовый понятийный аппарат таких наук, как физика, химия, кибернетика, синергетика, биология и экология, а также овладеть (в пределах, предусмотренных стандартом) пред-метным компонентом этих наук. Кроме этого необходимо освоить и философ-скую трактовку понятий современной квантовой физики и космологии, универ-сальность которых далеко выходит за пределы собственно естествознания и об-ладает общефилософской значимостью.
Специфика современного педагогического образования состоит в том, чтобы найти соответствующее место предмету КСЕ в общем блоке гуманитар-ных дисциплин педагогических университетов и показать, что естественные науки существуют и развиваются в цельном контексте культуры, отражая наи-более существенные её черты и являясь основой современного образования. Будучи важнейшей составляющей всей мировой культуры, естествознание обо-гащает её новыми идеями, обогащается при этом само и, постоянно находясь во взаимном творческом динамическом процессе, вносит принципиальный вклад в создание наиболее адекватной картины мира.
Таким образом, основная цель междисциплинарного предмета «Концеп-ции современного естествознания» видится нам в том, чтобы не только позна-комить студентов с основными научными достижениями нашего века в доступ-ной и популярной форме, что само по себе интересно и необходимо современ-ному культурному человеку, но также показать роль науки в развитии культу-ры, ее философское значение в выработке более адекватного представления о мире и месте в нем человека. Предлагаемое учебное пособие по курсу КСЕ особенно акцентирует внимание студентов на таких задачах, как:
1. Понимание роли и места науки в системе культуры, понимание процесса расхождения и отчуждения естественнонаучного и гуманитарного компонентов культуры как отражение диалектики познания природы человеком и осознание необходимости преодоления этих расхождений и воссоединения всех способов отражения и познания мира на основе принципа дополнительности.
2. Понимание ограниченных возможностей современных естественнонауч-ных, рационально-логических методов познания и формально-математических методов моделирования сложных природных и социальных процессов, а также принципиальной невозможности создания адекватной картины мира средства-ми какого-либо одного (привилегированного) языка, - ситуация, которая требу-ет новых междисциплинарно-интегративных подходов.
3. Усвоение ключевых концепций современного естествознания в различных областях, осознание общенаучного и философского значения фундаментальных категорий постнеклассической науки, формирование исторического ретроспек-тивного взгляда на процесс развития науки как на постоянный процесс смены научных парадигм, связанный с динамикой общекультурного контекста.
4. Понимание законов преемственности в науке и необратимости процесса познания мира ("стрела познания"), а также осознание эпистемологических перспектив, открываемых принципами универсального эволюционизма, сис-темности и самоорганизации в живой и неживой природе, что составляет ос-новные аспекты современной синергетической парадигмы.
5. Антропно-космологическое представление о месте человека в биосфере Земли и во Вселенной, выработка научно обоснованных представлений о со-временном кризисе системы "человечество-природа" и возможных путях его преодоления на основе ноосферного социально-экологического мышления и принципов коэволюции и экологического императива.
Данная программа курса КСЕ разработана на основе Федерального ком-понента ЕН.Ф.03 Госстандарта высшего профессионального образования для специальностей гуманитарного профиля и рассчитана на 120 учебных часов (60 аудиторных).
Тематический план курса КСЕ (*).
________________________________________________________________________________
№№ ! Общее тематическое содержание Лекции и Внеаудитор.
тем ! курса КСЕ Семинары работа
часы часы
________________________________________________________________________________
Тема I. Место и роль науки в системе культуры. ......................................4 .........................4
Разделы: 1). Наука как способ познания мира и как социальный институт. Понятие научной парадигмы. Языки естественных и гуманитарных наук – семиотический аспект. 2). Естест-веннонаучная и гуманитарная культуры. Проблема «двух культур», её генезис и современное состояние. 3). Научный метод познания мира. Математика – язык науки. 4). Понятие картины мира. Философско-мировоззренческое значение современной науки. Наука и религия.
Тема II. Естествознание в общей системе познания мира.
История естествознания. ..........................................................4 .........................4
Разделы: 1). Становление научного мышления. Античная натурфилософия и естествоиспыта-тельство Средних веков. 2). Наука Возрождения. Первая научная революция. 3). Наука Ново-го времени. Вторая научная революция. 4). Становление механической картины мира и фи-лософии механистического детерминизма.
Тема III. Современный этап развития естествознания. ..............................4 .........................4
Разделы: 1). Первый этап периода зрелой классической науки (начало XVIII – начало XIX веков). Кризис механической парадигмы. 2). Третья научная революция. Становление и раз-витие неклассической физики. Панорама современного естествознания. 3). Тенденции и пер-спективы развития естествознания. 4). Философские и гносеологические проблемы постне-классического периода развития науки.
Тема IV. Современная физическая «картина» мира. ....................................4 .........................4
Разделы: 1). Корпускулярная и континуальная концепции описания природы. Взаимодейст-вие: близкодействие и дальнодействие. 2). Порядок и беспорядок в природе. Понятие хаоса. Неоднозначность и диалектическое единство категорий «порядок» и «хаос». 3). Структурные уровни организации материи: микромир, макромир, мегамир. Принципы познания и пробле-мы интерпретации. 4). Динамические и статистические закономерности в природе. Диалек-тика необходимого и случайного в интерпретации явлений природы.
Тема V. Современные концепции пространства, времени и тяготения. .....4 .........................4
Разделы: 1). Пространство и время. Принципы относительности. Специальная теория отно-сительности (СТО). 2). Общая теория относительности Эйнштейна (ОТО) и проблемы кос-мологии. Альтернативные космологические теории. 3). Философские аспекты теории отно-сительности.
Тема VI. Современные концепции сил взаимодействия в природе. ...........4 .........................4
Разделы: 1). Понятие о взаимодействии. Фундаментальные силы взаимодействия. 2). Законы сохранения в процессах взаимодействия. Принципы симметрии и законы сохранения. 3). За-коны сохранения энергии в макроскопических процессах и в процессах микромира. 4). Сила, симметрия, сохранение как фундаментальные архетипы познания.
Тема VII. Квантовомеханическая «картина» микромира. ............................4 ..........................4
Разделы: 1). Основные положения квантовой механики. 2). Принципы суперпозиции, неоп-ределенности и дополнительности. Волновая и корпускулярная модели. 3). Принципы изме-рений (получения информации) в квантовой механике. Проблема наблюдателя в квантовой механике. 4). Эпистемологические проблемы квантовой механики.
Тема VIII. Концепция энтропии и информации. .........................................4 .........................4
Разделы: 1). Понятие о системах. Состояние материальных систем. 2). Термодинамические системы и процессы. Законы термодинамики. 3). Второе начало термодинамики и принцип возрастания энтропии. 4). Физические и философские решения проблемы «тепловой смерти» Вселенной. 5). Понятие информации. Связь энтропии с информацией – законы Л. Больцмана и К. Шеннона.
Тема IX. Химическая «картина» мира. .........................................................4 .........................4
Разделы: 1). Химические процессы и системы. Катализ, автокатализ и кросскатализ. 2). Энергетика химических процессов, реакционная способность веществ. 3). Квантовомехани-ческий характер закона периодичности свойств химических элементов.
Тема X. Современные концепции развития Земли. .....................................4 .........................4
Разделы: 1). Внутреннее строение и история геологического развития Земли. Современные концепции развития геосферных оболочек. Географическая оболочка Земли. 2). Литосфера как абиотическая основа жизни. Экологические функции литосферы: ресурсная, геодинами-ческая, геофизико-геохимическая.
Тема XI. Эволюционно-биологическая «картина» мира. ............................4 .........................4
Разделы: 1). Особенности биологического уровня организации материи. 2). Принципы эво-люции, воспроизводства и развития живых систем. 3). Учение Дарвина и современный пост-неодарвинизм. 4). Проблема возникновения жизни на Земле – научный и философский ас-пекты.
Тема XII. Экология и современная концепция биосферы. ..........................4 .........................4
Разделы: 1). Многообразие живых организмов – основа организации и устойчивости биосфе-ры. 2). Генетика и эволюция. Квантовомеханический характер мутаций. 3). Генная инжене-рия и клонирование организмов. 4). Философские и этические проблемы современной гене-тики.
Тема XIII. Роль и место человека в биосфере Земли. ...................................4 ........................4
Разделы: 1). Человек: физиология, здоровье, эмоции, творчество, работоспособность. 2). Экология и здоровье. 3). Биоэтика. Человек, биосфера и космические циклы. 4). Космотеллу-рическое учение А.Л. Чижевского и теория пассионарности Л.Н. Гумилева.
Тема XIV. Человек и Космос в свете концепции ноосферы. .......................4 .....................4
Разделы: 1). Учение В.И. Вернадского о переходе биосферы в ноосферу. 2). Научные, соци-альные и философские аспекты современных учений о ноосфере. 3). Антропно-космологический принцип и философия русских космистов. 4). Антропно-космическая фи-лософия как основа транскультурного синтеза.
Тема XV. Эволюционно-синергетическая концепция развития. .................4 .........................4
Разделы: 1). Необратимость времени, самоорганизация в живой и неживой природе. 2). Принципы универсального эволюционизма. Путь к единой культуре. 3). Категории «Стрела времени» и «стрела познания» в свете эволюционной системно-синергетической парадигмы.
Итого (часов) 60 60.
Предметное содержание курса КСЕ
Тема I. Место и роль науки в системе культуры.
Раздел 1. Естественнонаучная и гуманитарная культуры.
Проблема «Двух культур».
Вопрос 1. Введение в проблематику курса КСЕ. Культура как форма человеческой деятельности, преобразующая природу и самого человека. Культура как «устройство», про-изводящее структуры и вырабатывающее информацию. Познание мира как процесс упоря-дочивания информационного хаоса. Мифологические истоки познания природы. Анализи-рующие и синтезирующие способности человеческого разума, симметрия и асимметрия моз-говой деятельности. Естественнонаучные и гуманитарные методы и традиции познания мира как отражение диалектики постижения природы человеком.
Вопрос 2. Некоторые вопросы эпистемологии. Исторический обзор философских уче-ний о принципах и закономерностях познания окружающего мира – мира природы и мира человеческой культуры. Понятие науки о природе как познание законов сохранения и науки о культуре как познание законов создания и передачи информации. Взгляды Платона и Ари-стотеля. Представления о науке Кеплера, Галилея и Ньютона, учение о методах познания Декарта и Бэкона. Философия представителей английского скептицизма, - Локк, Юм, Спен-сер. Гносеология Канта и его взгляды на предмет и метод познания. Лаплас и французские энциклопедисты-материалисты.
Вопрос 3. Возникновение и закрепление картезианско-ньютоновской парадигмы нау-ки. Позитивистские и антипозитивистские тенденции в современной науке. Физикализм, сциентизм, редукционизм как методологические концепции познания природы и общества, и гуманитарно-холистическая альтернатива. Возникновение «двух культур» — закономерный результат европейской традиции в развитии науки. XXI век – время межкультурного диалога и сближения западноевропейской и восточной традиций познания мира.
Раздел 2. Научный метод познания мира. Понятие научной парадигмы.
Вопрос 1. Цели и задачи научного познания природы. Язык как способ создания, за-крепления и передачи информации. Смыслопорождающая функция языка. Художественные образы и научные теории. Семиотические характеристики языка науки. Спонтанное и алго-ритмическое смыслопорождение в текстовом пространстве науки. Математика и логика как универсальный язык создания научных текстов. Некоторые основные методы и приемы ма-тематического анализа.
Вопрос 2. Научное знание и проблема достоверности. Методология научного способа познания, специфика получения, закрепления и осмысления информации в естественных науках. Статистический характер научной информации. Понятие статистической достовер-ности научных результатов.
Вопрос 3. Понятие парадигмы в науке. Соотношение научного и ненаучного в естест-вознании, проблемы и критерии демаркации. Принципы верифицируемости и фальсифици-руемости, их возможности и ограничения на пути достижения научной достоверности. Соот-ношение категорий «описание», «объяснение» и «понимание». Наука нормальная и пара-нормальная.
Лекции – 2 часа, семинары – 2 часа. Самостоятельная внеаудиторная работа – 4 часа.
Тема II. Естествознание в общей системе познания мира.
История естествознания.
Раздел 1. Античная натурфилософия и естествоиспытательство
Средних веков.
Вопрос 1. Первая (неолитическая) революция в истории человечества. «Осевое время» и начало человеческой цивилизации (К. Ясперс). Процесс формирования первых научных знаний человека о мире. Античная натурфилософия. Акустические исследования Пифагора. Геоцентрическая модель мира. Геометрия Евклида. Попытка гелиоцентрического «переворо-та» Аристарха Самосского. Механика Аристотеля и физика Архимеда. Завершение Геоцен-трической системы К. Птолемеем.
Вопрос 2. Наука периода Средневековья (VI – XIV века). Достижения арабской науки. Трактат о системе мира «Альмагест». Исследования Альхазена по оптике. Трактат Альгаци-ни «Книга о весах мудрости» по физике (1122 г.). Опыты Перегрино с магнитами (1269 г.), оптические исследования Вителлия (1272 г.). Изобретение и распространение очков. Иссле-дования по механике Альберта Саксонского и Николая Орезмского.
Раздел 2. Наука Возрождения. Первая научная революция.
Вопрос 1. Общая характеристика науки эпохи Возрождения (XV – XVI века). Учение Николая Кузанского об универсальности движения. Гидростатические, динамические, аку-стические и оптические опыты Леонардо да Винчи. Зарождение динамики как науки о дви-жении. Трактат Н. Тарталья по криволинейным траекториям движения снарядов, - первое опровержение представлений Аристотеля.
Вопрос 2. Первая научная революция. Гелиоцентрическая система мира Коперника (трактат «О вращении небесных сфер»). Законы небесной механики Кеплера. Опыты Галилея по свободному падению тел, - окончательное опровержение механики Аристотеля. Энцикло-педия Н. Кардана «О разнообразии вещей». Трактат Дж. Бруно «О бесконечности, Вселен-ной и мирах».
Раздел 3. Наука Нового времени. Вторая научная революция.
Становление механической картины мира.
Вопрос 1. Астрономические наблюдения в телескоп Галилея, открытие спутников Юпитера, пятен на Солнце, звезд Млечного пути. Выход в свет основополагающих трудов Кеплера, Декарта и Галилея. Открытие атмосферного давления Э. Торричелли. Опыты по гидростатике Паскаля.
Вопрос 2. Изобретение микроскопа (А. Левенгук) и открытие мира микроорганизмов. Возникновение первичных представлений об эволюции живых организмов как о процессе механического развертывания готовых свойств (прафеноменов) во взрослое тело.
Вопрос 3. Вторая научная революция (начало XVII – конец XVII века). «Математиче-ские начала натуральной философии» и закон всемирного тяготения И. Ньютона. Период становления естествознания как совокупности строгих наук о природе. Создание дифферен-циального и интегрального исчислений Ньютоном и Лейбницем. Превращение механики Га-лилея и Ньютона в универсальный язык описания динамических систем. Понятие обратимо-сти времени в динамике.
Лекции – 2 часа, семинары – 2 часа. Самостоятельная внеаудиторная работа – 4 часа.
Тема III. Современный этап развития естествознания.
Раздел 1. Первый этап периода зрелой классической науки
(начало XVIII – начало XIX веков). Кризис механической парадигмы..
Вопрос 1. Кумулятивное развитие естествознания в 18 – 19 веках.. Открытие кислоро-да (Д. Пристли и А.Л. Лавуазье) и водорода (Г. Кавендиш). Разработка химической номенк-латуры (Лавуазье). Развитие представлений Дальтона об атомах вещества и Авогадро о мо-лекулах как комбинациях атомов. Открытие фотосинтеза (Пристли). Изобретение гальвани-ческого элемента (А. Вольта).
Вопрос 2. Открытие собственного движения звезд (Э. Галлей). Небулярная гипотеза И. Канта. Небесная механика П.С. Лапласа и открытие планеты Нептун (Адамс, Леверье, Галле). Открытие закона электрического взаимодействия (Кулон). Открытие эффекта изме-нения частоты колебаний звука при движении источника (Х. Допплер). Развитие математи-ческих методов описания природных явлений. Становление философии механистического детерминизма.
Вопрос 3. Открытие магнитного действия электрического тока (Х. Эрстед). Исследо-вания М. Фарадея и А.М. Ампера в области электромагнетизма, открытие электромагнитной индукции. Открытие Фарадеем законов электролиза. Антимеханистическая идея Фарадея об электромагнитном поле. Появление неевклидовой геометрии Лобачевского, Больяи и обоб-щение её Риманом.
Вопрос 4. Революционные сдвиги в биологии (начало XVIII – начало XIX веков). От-крытие клеточного строения живых организмов (М. Шлейден и Т. Шванн). Антимеханисти-ческие представления Г.Э. Шталя о витализме – специфической жизненной силе. Эволюци-онная теория Ж.Б. Ламарка. Работы Г. Менделя в области наследственности. Учение Ч. Дар-вина и А. Уоллеса о происхождении видов путем естественного отбора. Экспоненциальная модель роста популяций Т. Мальтуса и биометрия Ф. Гальтона.
Вопрос 5. Второй этап развития классической науки (середина и конец XIX века). Теория электромагнитного поля Д.К. Максвелла и электромагнитные волны Г. Герца. Введе-ние Р. Клаузиусом понятия энтропии. Дискуссии вокруг гипотезы о тепловой смерти Все-ленной. Статистическая теория Л. Больцмана. Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева и Л. Мейера. Измерение скорости света А. Майкельсоном и Э. Морли, па-радоксы эфира и постоянства скорости света. Опыты по атомной спектроскопии и развитие методов спектрального анализа в химии. Кризис механико-детерминистской парадигмы.
Раздел 2. Третья научная революция.
Панорама современного естествознания.
Вопрос 1. Естествознание 20-го века. Основные достижения и открытия. Третья науч-ная революция конец 19-го – середина 20 веков. Открытие рентгеновских лучей. Открытие электрона Дж. Дж. Томсоном. Открытие явления радиоактивности А. Беккерелем и выделе-ние природных радиоактивных веществ М. Склодовской-Кюри. Квантовая гипотеза М. Планка. Объяснение Эйнштейном явления фотоэффекта. Концепция корпускулярно-волнового дуализма квантов света - фотонов.
Вопрос 2. Специальная теория относительности А. Эйнштейна. Новый взгляд на при-роду пространства и времени. Открытие альфа, бета и гамма лучей. Свойства ядерных излу-чений. Открытие явления сверхпроводимости Г. Каммерлинг-Оннесом. Первая модель атома Э. Резерфорда. Изобретение камеры для наблюдения следов заряженных частиц Ч. Вильсо-ном. Революция в представлениях об атоме как неделимой сущности материи.
Вопрос 3. Квантовая гипотеза и постулаты Бора. Атом как квантовомеханическая сис-тема. Открытие протона и нейтрона. Модель атомного ядра. Волновая природа всех объектов микромира – теория Луи де Бройля. Дифракция гамма-лучей и электронов, изобретение электронного микроскопа. Позитрон Дирака и проблема антивещества. Кризис классическо-го мировидения. Становление и развитие неклассической науки и философии.
Вопрос 4. Общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна. Стационарные и неста-ционарные решения уравнений ОТО А. Фридманом. Гравитационный парадокс Ньютона и оптический парадокс Ольберса и их ликвидация в нестационарной модели Вселенной Фрид-мана. Разбегание галактик и закон Э. Хаббла. Модель «горячей» Вселенной.
Вопрос 5. Химия и биология: успехи биохимии и химии полимеров, теория каталити-ческих и автокаталитических процессов и реакция Белоусова-Жаботинского. Открытие структуры ДНК, расшифровка генетического кода и успехи программы «Геном человека». Теория самоорганизации макромолекул (гиперцикл) М. Эйгена, модель самозарождения жи-вого вещества и эволюции видов. Биотехнология и генная инженерия. Клонирование высших организмов, – научные, этические и философские аспекты.
Вопрос 6. Кибернетика и синергетика: система как фундаментальное понятие совре-менной науки, история развития системного подхода – тектология А.А. Богданова и общая теория систем Л. фон Берталанфи. Общие проблемы теории управления и автоматического регулирования, понятие организованных систем и обратных связей в динамических систе-мах, фазовое пространство и фазовые траектории. Соотношение кибернетики и синергетики в объяснении законов самоорганизации и эволюции сложных систем.
Вопрос 7. Ядерная физика и энергетика: радиоактивный распад, деление атомного яд-ра, термоядерный синтез, трансурановые элементы. Использование радиоактивных изотопов и ионизирующих излучений в научных исследованиях и технике. Нейтронно-активационный анализ. Радиоуглеродное датирование. Использования ядерной энергии в мирных и военных целях. Современные проблемы строительства и эксплуатации АЭС.
Раздел 3. Тенденции развития естествознания.
Вопрос 1. Некоторые наиболее важные и интересные проблемы науки 21 века: управ-ляемый термоядерный синтез, высокотемпературная сверхпроводимость, физика и химия конденсированных сред и экзотических веществ, создание сверхмощных квантовых генера-торов, работы по проблеме «Геном человека» и по клонированию высших организмов, ис-следования в области биологии старения человека и проблема рака, исследования в области космологии, ОТО, физики «планковских» величин, суперструн и теории объединения, ис-следования в области нелинейной динамики и теории самоорганизации на всех уровнях.
Вопрос 2. Философские проблемы постнеклассической науки и новые критерии науч-ной рациональности. Соотношение науки и метафизики – подход К. Поппера и логических позитивистов. Научные революции как процесс смены парадигм (интерпретация закономер-ностей развития науки Т. Куном и И. Лакатосом).
Вопрос 3. Эпистемологический анархизм П. Фейерабенда. Основные концепции клас-сической, неклассической и постнеклассической науки. Становление эволюционной систем-но-синергетической парадигмы.
Лекции – 2 часа, семинары – 2 часа. Самостоятельная внеаудиторная работа – 4 часа.
Тема IV. Современная физическая картина мира.
Раздел 1. Корпускулярная и континуальная концепции описания природы.
Взаимодействие: близкодействие и дальнодействие.
Вопрос 1. История учений о строении вещества. Представления античных натурфило-софов. Атомистическая картина Левкиппа и Демокрита. Корпускулярная модель строения вещества Дальтона, Авогадро и др. Противники атомизма – Мах, Оствальд и др. Современ-ная теория строения материи: от кварков до галактик.
Вопрос 2. Понятие взаимодействия материальных объектов. История дискуссии о природе электрического, магнитного и гравитационного взаимодействий. Законы Ньютона, Кулона и Ампера. Кризис механической интерпретации электромагнитного взаимодействия. Введение концепции электрического поля Фарадеем и математическое описание его Мак-свеллом. Кванты поля, теория относительности и вопрос о предельной скорости переноса энергии взаимодействия материальных объектов.
Вопрос 3. Фундаментальные физические взаимодействия, соотношения интенсивно-сти фундаментальных взаимодействий и загадка устойчивости Вселенной. Кванты полей как переносчики энергии взаимодействия.
Вопрос 4. Проблема локальности и нелокальности в современной квантовой теории поля. Парадоксы нелокальных взаимодействий и проблема скрытых параметров (опыт Эйн-штейна-Подольского-Розена, теорема Белла и эксперименты группы А. Аспека). Есть ли процессы, протекающие со сверхсветовой скоростью?
Раздел 2. Порядок и беспорядок в природе. Понятие хаоса.
Вопрос 1. История представлений о порядке (космосе) и беспорядке (хаосе) от антич-ности до наших дней. Эволюция термодинамических систем. Понятие флуктуации и тепло-вого хаоса. Ламинарность и турбулентность в потоках жидкости и газа, диффузия молекул в среде.
Вопрос 2. Динамический хаос как специфически упорядоченная структура. Неодно-значность понятий порядка и хаоса в науке, искусстве и обыденном мышлении. Динамиче-ский хаос – источник нового порядка.
Раздел 3. Структурные уровни организации материи:
микромир, макромир, мегамир.
Вопрос 1. Понятие сложных систем и иерархия уровней сложности. Разделение мира на три уровня реальности – результат ограниченных теоретических и экспериментальных возможностей современной науки. Основные пространственные, временные и массовые па-раметры и характеристики объектов микромира – элементарных частиц и атомов, макромира – «человекомерных» предметов, и мегамира – звезд, галактик и скоплений. Понятие «эффек-та сборки».
Вопрос 2. Эпистемологические и общефилософские проблемы познания внешнего мира на различных уровнях реальности. Взаимная несводимость трех уровней организации материи на современном этапе развития естествознания. Логическая несводимость понятий теории к терминам эксперимента. Трудности наглядной интерпретации законов микромира и проблема построения целостной синтетической картины природы.
Раздел 4. Динамические и статистические закономерности в природе.
Вопрос 1. Классическая динамика – мир детерминированных траекторий и однознач-ных причинно-следственных связей. «Демон Лапласа» и проблема трех тел (А. Пуанкаре). Устойчивость и неустойчивость траекторий движения в динамических системах.
Вопрос 2. Сложные системы и их описание методами классической статистики (про-цессы диффузии и теплопроводности). Проявление случайности как объяснение необратимо-сти времени в развитии сложных природных и модельных систем.
Лекции – 2 часа, семинары - 2 часа. Самостоятельная внеаудиторная работа – 4 часа.
Тема V. Современные концепции пространства, времени и тяготения.
Раздел 1. Пространство и время. Принципы относительности.
Вопрос 1. Пространство и время как свойства движущейся материи. Философский и эпистемологический аспект категорий пространства и времени. Пространство и время в ан-тичной натурфилософии. Дискуссия Ньютона и Лейбница о реляционной и субстанциональ-ной природе пространства и времени. Пространство и время в классической физике. Про-странство и время в философии И. Канта и А. Бергсона. Пространство и время в синергетике.
Вопрос 2. Принцип относительности и преобразования Галилея. Абсолютная незави-симость скорости света (опыты Майкельсона-Морли) и преобразования Лоренца. У истоков теории относительности – работы Х.А. Лоренца, А. Пуанкаре и Д.Ф. Фицджеральда. Про-странство и время в специальной теории относительности (СТО) А. Эйнштейна. Пространст-венно-временной континуум Г. Минковского. Экспериментальные подтверждения законов специальной теории относительности. Учет и использование законов СТО в кольцевых уско-рителях заряженных частиц.
Раздел 2. Общая теория относительности Эйнштейна (ОТО).
Вопрос 1. Гравитация как сила взаимодействия в механике Ньютона. Закон всемирно-го тяготения. Евклидова геометрия как парадигма здравого смысла и повседневного опыта.
Вопрос 2. Некоторые аспекты неевклидовой геометрии Лобачевского, Больяи и Рима-на. Гравитация как проявление кривизны пространства в ОТО. Экспериментальные доказа-тельства выводов ОТО. Взаимная дополнительность силовой и геометрической интерпрета-ций гравитации.
Лекции – 2 часа, семинары – 2 часа. Самостоятельная внеаудиторная работа – 4 часа.
Тема VI. Современные концепции сил взаимодействия в природе.
Раздел 1. Фундаментальные силы взаимодействия.
Вопрос 1. Четыре фундаментальных типа взаимодействий в природе: электромагнит-ное, гравитационное, сильное и слабое. Соотношение интенсивностей этих взаимодействий. Какие макроскопические и микроскопические процессы обусловлены этими силами.
Раздел 2. Принципы симметрии и законы сохранения.
Вопрос 1. Понятие симметрии. Типы симметрии в геометрии и материальном мире. Симметрия живого и неживого вещества, феномен киральности в органической химии. Эф-фект поляризации света. Правовращающие и левовращающие химические соединения.
Вопрос 2. Теорема Э. Нётер и связь симметрии с законами сохранения в физике. Сим-метрия, информация и красота, - некоторые эстетические коннотации категорий естество-знания.
Раздел 3. Законы сохранения энергии в макроскопических процессах
и в процессах микромира.
Вопрос 1. Понятие силы и энергии в философии и естествознании. История открытия закона сохранения энергии (Ю. Майер, Дж. Джоуль, Г. Гельмгольц). Виды энергии – тепловая, ме-ханическая, химическая, электрическая, их взаимный переход. Механический и электриче-ский эквиваленты теплоты. Статистическая природа фундаментальных законов сохранения.
Вопрос 2. Закон сохранения энергии-вещества как фундаментальный научный прин-цип. Связь массы и энергии (А. Эйнштейн). Предсказание и открытие элементарной частицы нейтрино при бета-распаде (В. Паули). Соотношение неопределенностей и вид законов со-хранения в квантовой механике. «Кредит Гейзенберга» и обменные силы в атомном ядре. Предсказание и открытие «пи»-мезона (Х. Юкава).
Вопрос 3. Связь микромира и мегамира – соотношение неопределенностей, квантовый вакуум и статистически обусловленная возможность Большого взрыва.
Лекции – 2 часа, семинары – 2 часа. Самостоятельная внеаудиторная работа – 4 часа.
Тема VII. Квантовомеханическая картина микромира.
Раздел 1. Основные положения квантовой механики.
Вопрос 1. История возникновения квантовомеханических представлений. «Ультра-фиолетовая катастрофа» и гипотеза М. Планка о дискретном характере излучения. Квантовая природа фотоэффекта. Квантовая модель атома Резерфорда-Бора. Спектры испускания и спектры поглощения.
Раздел 2. Принципы суперпозиции, неопределенности и дополнительности.
Вопрос 1. Понятие поля (сфера континуального) и частицы (сфера дискретного), кван-ты поля как переносчики взаимодействия. Квантовомеханическое описание поведения объ-ектов микромира. Корпускулярно-волновой дуализм частиц и фотонов и принцип дополни-тельности Н. Бора.
Вопрос 2. Волновая функция Э. Шредингера, суперпозиция волновых функций. Соот-ношение неопределенностей В. Гейзенберга и ограниченный характер классического детер-минизма.
Раздел 3. Проблема наблюдателя в квантовой механике.
Вопрос 1. Что такое измерение в квантовой механике. Коллапс волновой функции и необратимость перехода микрообъекта из виртуального состояния в реальное. Парадоксы квантовой механики – «Друг Вигнера», «Кошка Шредингера», «Множественные миры Эве-ретта» и др. Суперпозиция состояний существования и несуществования и общефилософская проблема причинного детерминизма.
Лекции – 2 часа, семинары – 2 часа. Самостоятельная внеаудиторная работа – 4 часа.
Тема VIII. Концепция энтропии и информации.
Раздел 1. Состояние материальных систем.
Вопрос 1. Понятие агрегатного состояния материальных тел. Твердое, жидкое и газо-образное состояние. Плазма – четвертое состояние вещества.
Вопрос 2. Фазовые переходы вещества и их закономерности. Понятие идеальных и неидеальных термодинамических систем. Основные уравнения состояния термодинамиче-ских систем.
Раздел 2. Термодинамические системы и процессы. Законы термодинамики.
Вопрос 1. Тепловые машины и термодинамические циклы. Открытые, замкнутые и изолированные термодинамические системы. Первое начало термодинамики. Обратимые и необратимые термодинамические циклы. Цикл Карно.
Вопрос 2. Понятие системы. Консервативные и диссипативные системы. Диссипация энергии и понятие энтропии. Второе начало термодинамики и гипотеза Р. Клаузиуса о «теп-ловой смерти» Вселенной. Современное состояние этого вопроса – является ли Вселенная замкнутой системой? Третье начало термодинамики, - возможно ли достижение абсолютного нуля температуры?.
Раздел 3. Принцип возрастания энтропии.
Вопрос 1. Термодинамическая и статистическая трактовка энтропии, формула Л. Больцмана. Энтропия и информация, формула К. Шеннона. Парадокс «Демона Максвелла» и его решение на основе информационного подхода. Энтропия как фундаментальная категория современной науки.
Вопрос 2. Жизнь как антиэнтропийное явление (физический подход Э. Шредингера). Живая клетка – неравновесная открытая термодинамическая система. Интерпретация в тер-минах антиэнтропийной деятельности процесса культурного развития человечества (теория культуры Ю.М. Лотмана) и работы по индивидуации личности (теория коллективного бес-сознательного К.Г. Юнга).
Лекции – 2 часа, семинары 2 часа. Самостоятельная внеаудиторная работа – 4 часа.
Тема IX. Химическая картина мира.
Раздел 1. Химические процессы и системы.
Вопрос 1. Понятие химического элемента. Строение атомов и молекул. Периодич-ность свойств химических элементов и периодическая система Д.И. Менделеева. Элементы стабильные и радиоактивные.
Вопрос 2. Структура электронных оболочек, принцип Паули и периодичность свойств химических элементов. Типы химических связей. Понятие об ионизации, типы ионизирую-щих излучений.
Вопрос 3. Органические и неорганические вещества. Понятия структуры и изомерии органических соединений.
Раздел 2. Энергетика химических процессов,
реакционная способность веществ.
Вопрос 1. Химические реакции, валентность химических элементов. Реакции эндо-термические и экзотермические. Основные термодинамические параметры химических про-цессов, понятие потенциала; энтропия, энтальпия, свободная энергия.
Вопрос 2. Простейшие уравнения химических реакций. Обратимые и необратимые ре-акции. Колебательные периодические реакции. Реакция Белоусова-Жаботинского. Понятие химических и биологических часов.
Лекции – 2 часа, семинары – 2 часа. Самостоятельная внеаудиторная работа – 4 часа.
Тема X. Современные концепции развития Земли.
Раздел 1. Внутреннее строение и история геологического развития Земли.
Современные концепции развития геосферных оболочек.
Географическая оболочка Земли.
Вопрос 1. Планета Земля как небесное тело. Теория образования Земли. Сколько лет существует Земля как сформировавшаяся планета? Откуда взялись необходимые для жизни химические элементы. История вопроса и современные теории. Современные представления о формировании структуры земного шара. Кора, мантия, ядро. Химический состав вещества Земли. Реликтовые радиоактивные элементы. Абсолютная геохронологическая шкала.
Вопрос 2. Тектоника плит и история океанических бассейнов. История гипотез о фор-мировании континентов. Учение Лотара Вегенера о дрейфе континентов.
Вопрос 3. Современная концепция движения материков (тектоника литосферных плит) и новая глобальная тектоника. Новые теории мобилизма и фиксизма. Дивергенция и конвергенция земных континентов. Возникновение и эволюция океана и атмосферы Земли. Вулканическая деятельность и землетрясения.
Раздел 2. Литосфера как абиотическая основа жизни.
Экологические функции литосферы:
ресурсная, геодинамическая, геофизико-геохимическая.
Вопрос 1. Литосфера как основа существования биосферы Земли. Единство абиотиче-ского (косного вещества) и живой материи. Проблемы происхождения жизни на Земле. Ор-ганизмы, населяющие Землю. Прокариоты и эукариоты.
Вопрос 2. История становления и эволюции земной биосферы по геохронологической шкале времени. Некоторые гипотезы самозарождения жизни на Земле. Характер абиотиче-ских условий, необходимых для самопроизвольного возникновения живого вещества.
Вопрос 3. Химический состав древней земной атмосферы и гидросферы. Физические и космогенные условия. Закономерности формирования первичной биосферы Земли. Появ-ление прокариотных организмов. Возникновение эукариотов и начало непрерывного эволю-ционного процесса формирования биологических видов. Современное состояние биосферы Земли. Экологические функции литосферы.
Лекции – 2 часа, семинары – 2 часа. Самостоятельная внеаудиторная работа – 4 часа.
Тема XI. Эволюционно-биологическая картина мира.
Раздел 1. Особенности биологического уровня организации материи.
Вопрос 1. Клеточная теория строения организмов. Общие понятия о строении клетки. Живой организм как сложная, неравновесная, открытая самоорганизующаяся и саморазви-вающаяся система. Структура, симметрия и информация.
Вопрос 2. Понятие негэнтропии и проблема существования живых высокоупорядо-ченных структур. Нарушают ли живые организмы фундаментальные законы термодинами-ки?
Раздел 2. Принципы эволюции, воспроизводства и развития
живых систем.
Вопрос 1. Процесс развития и размножения живых организмов; основные законы ге-нетики, их вероятностно-статистическая трактовка. Понятия генотипа и фенотипа. Половое размножение организмов и партеногенез. Прокариотные и эукариотные организмы. Какой тип размножения и почему необходим для восходящей и непрекращающейся эволюции жи-вого вещества?
Вопрос 2. Эволюционные взгляды Ламарка и теория эволюции Дарвина и Уоллеса. Современное эволюционное учение. Сущность естественного отбора. Микроэволюция и макроэволюция. Соотношение и связь между онтогенезом и филогенезом организмов.
Вопрос 3. Синергетическая трактовка эволюционного процесса, понятие гомеостаза, гомеореза и креода (К. Уоддингтон) и видовой траектории развития организмов. Эволюция как фундаментальное свойство самоорганизующихся и саморазвивающихся систем.
Лекции – 2 часа, семинары – 2 часа. Самостоятельная внеаудиторная работа – 4 часа.
Тема XII. Экология и современная концепция биосферы.
Раздел 1. Многообразие живых организмов – основа организации
и устойчивости биосферы.
Вопрос 1. Понятие биосферы, история вопроса и современное состояние. Солнце как основной источник энергии. Роль хлорофилла в преобразовании солнечной энергии. Струк-тура биосферы – подсферы и надсферы. Горизонтальная структура биосферы, понятие о биоценозах и экосистемах, иерархия экосистем. Классификация организмов в живой приро-де. Вид и популяция. Местообитание и экологическая ниша.
Вопрос 2. Становление биологического разнообразия как системный процесс; энерге-тические и трофические цепи. Положительные и отрицательные обратные связи в биосисте-ме. Межвидовое динамическое равновесие в экосистеме, модель «хищник-жертва» Лотки-Вольтерра. Способы и механизмы регуляции экологического равновесия в естественной сре-де обитания, «кибернетические» и «синергетические» характеристики природных процессов.
Раздел 2. Генетика и эволюция.
Вопрос 1. История открытия Менделя и становление генетики как науки. Молекуляр-ная биология и наследственная информация. ДНК – материальный носитель наследственной информации. Понятие мутации. Молекулярные структуры, энергия связи и условия сохране-ния и изменения информации.
Вопрос 2. Квантовомеханический характер процесса мутации. Роль случайности в процессе мутаций на молекулярном уровне и процесс естественного отбора. Микроэволюция и макроэволюция, исчезновение и возникновение видов живых организмов в процессе эво-люции.
Лекции – 2 часа, семинары – 2 часа. Самостоятельная внеаудиторная работа – 4 часа.
Тема XIII. Роль и место человека в биосфере Земли.
Раздел 1. Человек: физиология, здоровье, эмоции, творчество,
работоспособность.
Вопрос 1. Человек как единство биологической и социальной сущностей. Некоторые вопросы процесса эволюции человека как биологического вида. Человек и животные – сход-ство и отличия.
Вопрос 2. Место человека в биосфере. Социально-культурные аспекты эволюции че-ловека. Сознание и мышление как определяющие факторы эволюционного формирования и развития человека. Возможные перспективы эволюционного развития человека как вида.
Раздел 2. Экология и здоровье.
Вопрос 1. Природа и культура или биосфера и артесфера – фундаментальная оппози-ция нашего времени. Давление человечества на биосферу. Техногенное загрязнение окру-жающей среды – неизбежный результат промышленного роста. Загрязненная среда обитания как мутагенный фактор. «Здоровье» среды обитания – залог здоровья человека. Восполняе-мые и невосполнимые ресурсы земной биосферы. Основная экологическая проблема совре-менной цивилизации – выживание человека как вида. Некоторые модели эволюции биосфе-ры.
Вопрос 2. Учение Т. Мальтуса о темпах производства ресурсов и скорости роста на-родонаселения и современные синергетические результаты. Линейные и нелинейные про-цессы в неравновесных системах и появление т.н. «режимов с обострением». Особенности роста популяций животных и человека, современная демография, - нелинейная динамика роста народонаселения.
Вопрос 3. Демографические проблемы развивающихся стран, предпосылки, возмож-ность и последствия мирового демографического кризиса. Сколько человек может «прокор-мить» биосфера Земли – расчеты Вернадского и современная концепция «золотого миллиар-да», - грозит ли человечеству новый период тоталитаризма (концепция Н.Н. Моисеева).
Раздел 3. Биоэтика, человек, биосфера и космические циклы.
Вопрос 1. Эволюционно-биологические корни явлений человеческой культуры. Этика и религия как эпифеномены эволюционного развития. Ксенофобия и внутривидовая агрессия как архаические эволюционно-системные факторы стабильности популяций и социумов. Ра-циональное и иррациональное в психике человека. Генетические реликтовые паттерны и со-временные социальные проблемы мирного сосуществования людей.
Вопрос 2. Цикличность развития как фундаментальное свойство существования слож-ных систем. Цикличность земных и космических процессов, циклы солнечной активности, биологические циклы. Биосфера Земли как открытая саморазвивающаяся система. Космиче-ские лучи, история их открытия и состав. Энергетические характеристики солнечного и кос-мического излучений, биологическое действие ионизирующей радиации. Некоторые аспекты влияния космической энергии на биологические объекты.
Вопрос 3. Человечество – неотъемлемый элемент биосистемы Земли. Учение А.Л. Чижевского о влиянии космической энергии на социально-исторические процессы – «земное эхо солнечных бурь». Синхронистические таблицы Чижевского. Учение Л.Н. Гумилева об этногенезе, периоды и циклы исторической активности человеческих культур. Солнечная активность и пассионарность индивидов.
Лекции – 2 часа, семинары – 2 часа. Самостоятельная внеаудиторная работа – 4 часа.
Тема XIV. Человек и Космос в свете концепции ноосферы.
Раздел 1. Учение В.И. Вернадского о переходе биосферы в ноосферу.
Вопрос 1. Концепция цефализации Дж. Дана и ноосферы Э. Леруа. Учения В.И. Вер-надского и П. Тейяр де Шардена об эволюции биосферы и её переходе в ноосферу.
Вопрос 2. Современные дискуссии по проблеме ноосферы, научный статус концепции ноосферы – сциентистская утопия или естественный и необходимый результат эволюции биосферы и человечества.
Раздел 2. Антропно-космологический принцип
и философия русских космистов.
Вопрос 1. История философских дискуссий о месте человека в Универсуме. Гелио-центрическая система Коперника-Кеплера и первый научный удар по антропоцентризму. Антропно-космологический принцип и его естественнонаучное обоснование. Современная космология и антропный принцип – возвращение к антропоцентризму?.
Вопрос 2. Синергетический подход к решению проблемы ноосферы. Человек и Кос-мос – некоторые аспекты учений русских космистов в системно-синергетической интерпре-тации.
Лекции – 2 часа, семинары – 2 часа. Самостоятельная внеаудиторная работа – 4 часа.
Тема XV. Эволюционно-синергетическая концепция развития.
Раздел 1. Необратимость времени. Самоорганизация в живой
и неживой природе.
Вопрос 1. Обратимость времени в динамических процессах ньютоновской механики. Необратимость времени в диссипативных термодинамических и информационных процес-сах. Проблема устойчивости динамических систем. Регулирование и управление системами – задача кибернетики. Понятие обратной связи. Специфика развития динамических, но внут-ренне нестабильных систем, и необратимость времени.
Вопрос 2. Концепция возрастания энтропии и «стрела времени» в термодинамиче-ских, эволюционно-биологических и социально-исторических процессах. Роль стохастизи-рующего воздействия в эргодичных системах и появление необратимости времени – модель-ные эксперименты и их трактовка. Понятие о сложности систем.
Вопрос 3. Случайные события, флуктуации, бифуркации и необратимость времени в эволюции сложных систем. Большие совокупности и эффект сборки, соотношение части и целого. Синергетика – наука о самоорганизации сложных систем. Синергетическая трактовка концепции «стрелы времени» (А. Эддингтон) в развитии материального мира и информаци-онно-энтропийное обоснование явления «стрелы познания» (М. Мамардашвили) в человече-ской культуре.
Вопрос 4. История вопроса о самоорганизации в живой и неживой природе. Явления возникновения порядка из хаоса – ячейки Бенара, реакция Белоусова-Жаботинского (хими-ческие часы), когерентность излучения в лазерах, периодичность клеточных процессов и биоритмов (биологические часы), поведение колоний простейших организмов, сообществ насекомых и животных, человеческих социумов. Траектория развития, флуктуации, бифур-кации.
Вопрос 5. Колебательные химические реакции и модель «брюсселятора» И. Пригожи-на. Процессы самоорганизации, параметры порядка и принцип подчинения Г. Хакена. Пат-терны эволюции как возможные аттракторы траекторий развития биологических и социаль-ных систем. Информационно-синергетическая трактовка процессов самоорганизации, само-развития и усложнения структур в открытых неравновесных системах.
Раздел 2. Принципы универсального эволюционизма.
Путь к единой культуре.
Вопрос 1. Универсум Человека и универсум Природы – фундаментальная оппозиция глобального масштаба. Темпоральная несоизмеримость эволюции человека и биосферы и проблема «синхронизации».
Вопрос 2. Системность, эволюционность, самоорганизация – основные аспекты новой синергетической парадигмы современной науки и культуры. Коэволюция как принцип гар-монии существования и развития системы «человек-природа». На пути к единой культуре: становление коллективного интеллекта, выработка принципов нравственного и экологиче-ского императива (Н.Н. Моисеев).
Лекции – 2 часа, семинары – 2 часа. Самостоятельная внеаудиторная работа – 4 часа.
ххххххххххххххххххххххххххххххх
Темы для докладов и рефератов
по курсу Концепции современного естествознания.
Реферат по выбранной теме должен иметь объем не менее 15 страниц текста формата А4 и выполняться с привлечением не менее трех оригинальных первоисточ-ников, помимо используемых учебников и учебных пособий по дисциплине КСЕ.
Тема I. Естественнонаучная и гуманитарная культуры.
Место науки в системе культуры.
I. Вопросы для докладов и рефератов.
1. Проблема «Двух культур» как современная реальность.
Ключевые моменты: Культура как семиотическая среда. Язык науки и языки культуры. Традиции интерпретации явлений в естествознании и гуманитарных науках. Характерные черты науки. Её соотношение с другими отраслями культуры. Специфика естественных на-ук. Общие отличия естественнонаучной культуры от гуманитарной. Объективные причины возникновения проблемы "двух культур". Гуманитарные аспекты научно-технической рево-люции. Современные принципы и пути преодоления противоречий двух культур. Возмож-ность транскультурного синтеза.
2. История развития естествознания.
Ключевые моменты: Возникновение принципов научного мышления. Становление ан-тичной науки. Астрономия и естествознание античной Греции и средневековой Европы. Ос-новные этапы развития физики: классическая, неклассическая и постнеклассическая физика. Становление картезианско-ньютоновской парадигмы в европейской науке (XVII - XVIII вв.). Кризис механистического детерминизма (конец XIX - нач. XX века.). Эволюция взглядов на электромагнитные явления (от Ампера и Фарадея до Максвелла и Герца). Современная не-классическая наука. Становление и развитие химии – от алхимии Средних веков к современ-ной химической науки. Развитие биологии, первые представления об эволюции видов, со-временная генетика и эволюционная теория.
3. Философские проблемы естествознания.
Ключевые моменты: Принципы и особенности научного познания. Описание, объясне-ние и понимание в науке. Математика - язык науки.. Эпистемологические и культурологиче-ские проблемы естествознания. Универсальные архетипы познания мира. Динамика развития естественных наук; научные революции и процесс смены парадигм. Фундаментальные, при-кладные и технические науки. Системные взаимосвязи между ними. Соотношение теории и факта. Проблема неоднозначности интерпретации эмпирических фактов научными теория-ми. Что же такое научная истина? Возможности естественных и искусственных языков как смыслопорождающих устройств.
4. Место и роль современной науки в системе культуры.
Ключевые моменты: Культура как саморазвивающаяся информационно-семиотическая система. Наука как социальный институт. Организация и деятельность научного сообщества. Специфика и особенности языка науки и ее категорий. Проблема времени, развития и про-гресса в естественнонаучном и гуманитарном мышлении. Современное естествознание как основа научной картины мира. Наука и религия, наука и искусство, наука и идеология - ис-тория и проблемы их взаимоотношений. Социально-экономические и политические аспекты развития современной науки.
II. Список литературы
1. Бергсон А. Творческая эволюция. - М.: Канон-Пресс, 1995.
2. Вернадский В.И. О науке. - Дубна: «Феникс», 1995.
3. Вернадский В.И. Размышления натуралиста, - пространство и время в живой и неживой природе. - М., 1975.
4. Виргинский В.С., Хотеенков В.Ф. Очерки истории науки и техники. - М., Просвещение, 1993.
5. Гейзенберг В. Физика и философия: часть и целое. - М., 1989.
6. Гейзенберг В. Шаги за горизонт. - М., 1987.
7. Гумилев Л.Н. В сб.: Ноосфера и художественное творчество. - М.: Наука, 1991, с. 52 - 65.
8. Денисов С.Ф., Дмитриева Л.М. Естествознание и технические науки в мире культуры. - М., 1999.
9. Естествознание - системность и динамика (методологические очерки). Сб. Отв. Ред. Е.А. Мамчур. - М., 1990.
10. Кальоти Дж. От восприятия к мысли. - М., 1998.
11. Капица П.Л. Эксперимент, теория, практика. - М., 1981.
12. Карнап Р. Философские основания физики. - М., 1971.
13. Кедров Б.М. Предмет и взаимосвязь естественных наук. - М., 1967.
14. Кохановский В.П. Философия и методология науки. Ростов-Дон, 1999.
15. Кочергин А.Н. Методы и формы научного познания. - М., 1990.
16. Кузнецов Б.Г. История философии для физиков и математиков. - М., 1974.
17. Кузнецов Б.Г. Этюды о меганауке. - М., 1982.
18. Кун Т. Структура научных революций. - М., 1977.
19. Лотман Ю.М. Внутри мыслящих миров. - М., 1996.
20. Моисеев Н.Н. Расставание с простотой. - М., 1998.
21. Никифоров А.Л. Философия науки: история и методология. - М.: ДИК, 1998.
22. Огурцов А.П. Дисциплинарная структура науки, ее генезис и основания. - М.: Наука, 1988.
23. Печенкин А.А. Закономерности развития науки. - М., 1995.
24. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. - М.: Прогресс, 1986.
25. Поппер К.Р. Логика и рост научного знания. - М.: Прогресс, 1983.
26. Рассел Б. Человеческое познание. Его сфера и границы. Киев, 1997.
27. Риккерт Г. Науки о природе и науки о культуре. - М.: Республика, 1998.
28. Родный Н.И. Очерки по истории естествознания. - М.: Наука, 1975.
29. Сноу Ч. Две культуры. - М.: Прогресс, 1973.
30. Современная философия науки. Сб. - М., 1994.
31. Сонин А.С. "Физический идеализм". История одной идеологической кампании. - М., 1994.
32. Спасский Б.И. Физика для философов. - М., 1989.
33. Фейнберг Е.Л. Две культуры. Интуиция и логика в искусстве и науке. - М.: Наука, 1992.
34. Фолта Я., Новы Л. История естествознания в датах. - М.: Прогресс, 1987.
35. Храмов Ю.А. Физики. Биографический справочник. Киев, «Наукова думка», 1977.
36. Шпенглер О. Закат Европы. - М.: Мысль, 1993.
37. Ясперс К. Смысл и назначение истории. - М.: Республика, 1994, с. 99.
Тема II. Научный метод познания мира, история естествознания, панора-ма современного естествознания, тенденции развития науки.
а) методология науки, б) классическая наука, в) квантовая теория,
физика микромира, г) современные представления о
пространстве-времени, теория относительности, д) проблемы
современной космогонии и космологии.
1. Вопросы для докладов и рефератов.
1. Методология современного естествознания.
Ключевые моменты: Круг проблем естественных наук. Что такое научная информация. Принципы интерпретации научных фактов. Проблемы методологии естественных наук. Со-ответствие предмета и метода. Понятие научной рациональности и проблема истины в науке. Методологические проблемы достоверности и научности получаемого знания; принципы ве-рификации и фальсификации. Эмпирическое обобщение и теоретическое объяснение (при-вести примеры из истории науки).
2. Возникновение и развитие науки о Вселенной.
Ключевые моменты: Первые представления о космосе. Становление и развитие грече-ской астрономии, ее физические и математические основы. Геоцентрическая система Птоле-мея. Кризис птолемеевской модели мира в средневековой Европе. Гелиоцентрическая рево-люция Коперника в астрономии. Законы Кеплера и открытия Галилея. Механика Ньютона и структура Солнечной системы. Современные представления о строении Солнечной системы. Исследования ближнего Космоса. Возможны ли пилотируемые полеты к другим планетам.
3. Большой взрыв и происхождение Вселенной.
Ключевые моменты: Мифологическая основа теорий происхождения Вселенной. Со-временные представления о пространстве-времени, специальная (СТО) и общая (ОТО) тео-рия относительности Эйнштейна. ОТО, решение Фридмана и современная космология. Ос-новные этапы эволюции Вселенной (стандартная модель Большого взрыва). Разбегание га-лактик, закон Хаббла, горизонт событий и пределы познания Вселенной. Представления о бесконечном и безграничном в современной космологии. Альтернативные модели эволюции Вселенной.
4. Квантовомеханические представления о строении вещества.
Ключевые моменты: Структурные формы организации материи: микромир, макромир и мегамир, формальное сходство и принципиальные отличия. Теория элементарных частиц. Квантовый и вероятностный мир микрообъектов. Двойственный (непрерывный и дискрет-ный) мир классической науки и целостный (непрерывно-дискретный) мир современной фи-зики. Понятие корпускулярно-волонового дуализма. Современные представления об элемен-тарности. Принцип неопределенности Гейзенберга и принцип дополнительности Бора, их значение в современной науке. Естественнонаучные и философские проблемы познания микромира. Роль наблюдателя в квантовой механике.
5. Строение атома и атомного ядра. Атомная энергия.
Ключевые моменты: Развитие атомистического учения в Древней Греции. Теория атома Резерфорда-Бора. Современные представления о структуре атома и атомного ядра. Открытие радиоактивности и ядерных излучений. Деления ядра атома урана. Ядерные реакции. Полу-чение трансурановых элементов. Принципы получения ядерной и термоядерной энергии. Плазма – четвертое состояние вещества. Принципиальное устройство ядерного реактора и АЭС. Теория происхождения химических элементов. Закономерности эволюции звезд и ро-ждение химических элементов во Вселенной.
2. Список литературы.
1. Абрамов А.И. Измерение неизмеримого. - М., 1972.
2. Агекян Т.А. Звёзды, галактики, метагалактика. - М., 1982.
3. Азимов А. Нейтрино. - М., 1969.
4. Арцимович Л.А. Элементарная физика плазмы. - М., 1963.
5. Аскин Я.Ф. Проблема времени. Её физическое истолкование. - М.: Мысль, 1986.
6. Ахундов М.Д. Проблемы прерывности и непрерывности пространства и времени. - М.: Наука, 1974.
7. Ахундов М.Д. Пространство и время в физическом познании. - М.: Мысль, 1982.
8. Ахундов М.Д. Концепции пространства и времени: истоки, эволюция, перспективы. - М.: Наука, 1982.
9. Ахундов М.Д., Баженов Л.Б. Физика на пути к единству. М.,1985.
10. Батыгин В.В. Законы микромира. - М.: Просвещение, 1981.
11. Бор Н. Атомная физика и человеческое познание. - М., 1961.
12. Вайнберг С. Первые три минуты. - М.: Энергоиздат, 1981.
13. Вайскопф В. Физика в ХХ столетии. - М., 1977.
14. Вигнер Ю. Этюды о симметрии. - М., Мир, 1971.
15. Виргинский В.С., Хотеенков В.Ф. Очерки истории науки и техники. - М., Просвещение, 1993.
16. Войткевич Г.В. Рождение Земли. - Ростов н/Д, 1996.
17. Воронцов-Вельяминов Б.А. Очерки о Вселенной. - М., 1980.
18. Воронцов-Вельяминов Б.А. Лаплас. - М., Наука, 1985.
19. Гарднер М. Теория относительности для миллионов. - М., 1965.
20. Гейзенберг В. Шаги за горизонт. - М., 1987.
21. Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. - М., 1989.
22. Девис П. Суперсила. - М.: Мир, 1989.
23. Девис П. Пространство и время в современной картине Вселенной. - М., Мир, 1979.
24. Джонс Г., и др. Атомы и Вселенная. - М., 1961.
25. Дирак П. Принципы квантовой механики. - М., 1960.
26. Дубровский В.Н. Концепции пространства-времени. - М., 1991.
27. Евзлин М. Космогония и ритуал. - М., 1993.
28. Естествознание, - системность и динамика (методологические очерки). Сб., Отв. ред. Е.А. Мамчур. - М., 1990.
29. Ётиро Намбу. Кварки. - М., 1989.
30. Зельдович Я.Б. Рождение Вселенной из "ничего". - М., 1988.
31. Карнап Р. Философские основания физики. - М., 1971.
32. Карцев В.П. Приключения великих уравнений. - М., 1971.
33. Клайн М. Математика, поиск истины. - М.: Мир, 1983.
34. Кохановский В.П. Философия и методология науки. - Ростов-Дон, 1999.
35. Кун Т. Структура научных революций. - М.: Прогресс, 1975.
36. Ливрухина А.К., Колесов Г.М. Изотопы во Вселенной. - М., 1965.
37. Липсон Г. Великие эксперименты в физике. - М., 1972.
38. Меррион Дж.Б. Физика и физический мир. - М., Мир, 1975.
39. Месси Г. Новая эра в физике. - М., 1963.
40. Мухин К.Н. Занимательная ядерная физика. - М., 1972.
41. Меркин Д.Р. Краткая история классической механики. - М., 1994.
42. Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. - М., 1979.
43. Новиков И.Д. Как взорвалась Вселенная. - М., Наука. 1988.
44. Климишин И.А. Астрономия наших дней. - М., Наука, 1976.
45. Николсон И. Тяготение, черные дыры и Вселенная. - М., Мир, 1983.
46. Парнов Е.И., Глущенко Е.А. Окно в Антимир. - М., 1961.
47. Поппер К.Р. Логика и рост научного знания. - М., Прогресс, 1983.
48. Потемкин В.К., Симаков А.Л. Пространство в структуре мира. Новосибирск, Наука, 1990.
49. Пуанкаре А. О науке. - М.: Наука, 1983.
50. Рассел Б. Человеческое познание, его сфера и границы. Киев, 1997.
51. Рейхенбах Г. Философия пространства и времени. М.,1985.
52. Ратнер Б.С. Ускорители заряженных частиц. - М., 1960.
53. Рыдник В.И. Поле. - М., 1976.
54. Сапожников М.Г. Антимир - реальность? - М., 1983.
55. Сиборг Г., Корлисс У. Человек и атом. - М., 1973.
56. Силк Дж. Большой взрыв. Рождение и эволюция Вселенной. - М., 1982.
57. Современная философия науки. - М.: Наука, 1994; - М.: Логос, 1996.
58. Спасский Б.И. Физика для философов. - М., Изд-во МГУ, 1989.
59. Суорц К.Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений. М.,1986.
60. Тарасов Л.В. Мир, построенный на вероятности. - М.: Прогресс, 1984.
61. Турсунов А. Человек и мироздание. - М., 1986.
62. Фауль Г. Возраст пород, планет, звёзд. - М., 1968.
63. Фейнберг Дж. Из чего сделан мир? - М.: Мир, 1981.
64. Фейнман Р. КЭД. Странная теория света и вещества. - М., 1988.
65. Фейнман Р. Характер физических законов. - М., 1987.
66. Форд К. Мир элементарных частиц. - М., 1965.
67. Фриш Д., Торндайк А. Элементарные частицы. - М., 1966.
68. Хокинг Ст. От Большого взрыва до черных дыр. Краткая история времени. - М., 1990.
69. Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. - М.: Наука, 1965.
70. Элиаде Мирча. Миф о вечном возвращении. СПб., 1998.
Тема III. Порядок и беспорядок в природе. Динамические
и статистические закономерности в природе. Симметрия
в материальном мире. Обратимость и необратимость химических
реакций. Термодинамика и статистика. Энтропия и информация.
Проблемы самоорганизации и саморазвития сложных систем.
I. Вопросы для докладов и рефератов.
1. Порядок и хаос в окружающем мире.
Ключевые моменты: Понятие о системах. Системы упорядоченные и хаотические. Неоднозначность понятий порядка и хаоса. Системы динамические и стохастические. Дина-мическая модель поведения системы; понятие аттракторов. Диссипативные системы: эволю-ция от порядка к хаосу и от хаоса к порядку в результате процессов самоорганизации. Путь сложных неравновесных систем к упорядоченным структурам. Энтропия: термодинамиче-ское и информационное толкование. Хаос и проблема времени; гармония в хаосе. Проблема дополнительности динамического и статистического описания природных процессов. Сис-темность как фундаментальный естественнонаучный и философский принцип.
2. Синергетика – постнеклассическая наука о процессах самоорганизации в сложных неравновесных системах.
Ключевые моменты: Системы управляемые и неуправляемые, устойчивые и неус-тойчивые. Понятие о самоорганизации и сложности. Самоорганизация в химии, физике, био-логии. Закономерности химических превращений. Каталитические и автокаталитические процессы и самоорганизация сложных молекулярных структур. Реакция Белоусова-Жаботинского и новый взгляд на химические процессы. Синергетика – наука о самооргани-зации сложных систем. Понятие о флуктуации, нуклеации, бифуркации и аттракторе. Био-ритмы и биологические часы. Живой организм как синергетическая система. Живой орга-низм как открытая антиэнтропийная система. Проблемы самоорганизации в живых организ-мах. Кибернетические и синергетические процессы в сложных самоорганизующихся систе-мах. Философские аспекты системно-синергетической парадигмы.
3. Энтропия и информация – универсальные категории современной науки.
Ключевые моменты: Термодинамические системы. Три начала термодинамики. По-нятие об обратимости и необратимости процессов. Энтропия как мера необратимости. Слу-чайность событий и необратимость процессов. Понятие о вероятности. Энтропия и инфор-мация, симметрия и асимметрия. Энтропия, симметрия и информация в живой и неживой природе. Асимметрия (киральность) как принципиальный признак живого вещества. Интер-претация категорий времени и развития как нарушение симметрии процессов и структур. Эволюция как процесс закрепления ошибок при передаче информации в сложных системах (парадокс саморазвития). Что такое жизнь в свете принципов термодинамики.
2. Список литературы.
1. Афанасьев В.Г. Мир живого: системность, эволюция и управление. - М., 1986.
2. Баблоянц А. Молекулы, динамика, жизнь, - Введение в самоорганизацию материи. - М., Мир, 1990.
3. Блауберг И.В., Юдин Э.Г. Становление и сущность системного подхода. - М., Наука. 1973.
4. Вигнер Ю. Этюды о симметрии. - М., Мир, 1971.
5. Данин Д. Вероятностный мир. - М., 1981.
6. Девис П. Случайная Вселенная. - М., Мир, 1989.
7. Кальоти Дж. От восприятия к мысли. - М.: Мир, 1998.
8. Компанеец А.С. Законы физической статистики. - М., 1970.
9. Климонтович Н.Ю. Без формул о синергетике. - Минск, 1986.
10. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем. - М.: Наука, 1994.
11. Курдюмов С.П. и др. Синергетика — новые направления. - М.: Знание, 1984.
12. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Антропный принцип в синергетике. // Вопр. философии, 1997, № 3, с. 62-79.
13. Ичас М. О природе живого: механизмы и смысл. - М.: Мир, 1994.
14. Лернер А.Я. Начала кибернетики. - М., Наука. 1967.
15. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М.,1990.
16. Самоорганизация в природе и обществе. Сб.. ред. В.Н. Михайловский. СПб., Наука, 1994.
17. Пригожин И., Стенгерс И. Время, хаос, квант. К решению парадокса времени. - М.: Прогресс, 1994.
18. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. - М.: Прогресс, 1986
19. Пригожин И. От существующего к возникающему. - М., 1985..
20. Тарасов Л.В. Мир, построенный на вероятности. - М.: Просвещение, 1984.
21. Тарасов Л.В. Этот удивительный симметричный мир. - М.: Просвещение, 1982.
22. Хакен Г. Информация и самоорганизация. - М.: Мир, 1991.
23. Хакен Г. Синергетика. Иерархия неустойчивостей... - М.: Мир, 1985.
24. Шредингер Э. Что такое жизнь. С точки зрения физика. - М., 1972.
25. Эткинс П. Порядок и беспорядок в природе. - М., 1987.
Тема IV. Экология и здоровье. Человек, биосфера и
космические циклы. Генетика и эволюция.
I. Вопросы для докладов и рефератов.
1. Научно-техническая революция и экологические проблемы.
Ключевые моменты: Экология как наука о системном поведении биосферы. Иерар-хические уровни строения биосферы. Экосистема и биоценоз. Трофические и энергетические цепи в биосфере. Динамика биосферных процессов, роль обратных связей. экологические стрессы и катастрофы. Роль разнообразия организмов в устойчивости биосферы. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Проблемы техногенного влияния на биосферу. Химическая промышленность и охрана окружающей среды. Ядерная энергетика и экологические про-блемы. Наука и этика – морально-этические аспекты генной инженерии. Генетически моди-фицированные виды в системе биосферы. Социально-экономические проблемы экологиче-ского кризиса. Перспективы технократического развития человечества - возможна ли искус-ственная биосфера? Экологическое мышление — основа выживания человека как вида.
2. Человек, биосфера и космические циклы.
Ключевые моменты: Учение А.Л. Чижевского о солнечных и космических циклах и их воздействии на биосферу. Время космическое и время биологическое в свете учения Вер-надского о живом веществе. Влияние космического излучения и солнечной энергии на жи-вые организмы; мутации и эволюция. Теория эволюции живых организмов в свете современ-ных достижений генетики и синергетики. Современные представления о происхождении жизни на Земле. История земной биосферы в геохронологической последовательности. Уче-ние Л.Н. Гумилева о законах этногенеза и пассионарности в свете идей А.Л. Чижевского.
3. Генетика и эволюция.
Ключевые моменты: Общие представления о наследственности. Открытия Г. Мен-деля (к истории вопроса). Переоткрытие законов наследственности и становление генетики как науки. Открытие двойной спирали ДНК и принципов редупликации. Геном человека и геном животных – сходства и различия. Программа «Геном человека» и ее перспективы. Квантовомеханические источники генетических мутаций. Эволюционное учение в свете дос-тижений генетики. Роль и место эволюционного учения Ч. Дарвина в мировой науке. Меди-цина и генетика – проблемы и перспективы. Генетика и этика – проблемы генной инженерии и клонирования высших организмов и человека.
II. Список литературы.
1. Азерников В.З. Тайнопись жизни. - М., 1973.
2. Афанасьев В.Г. Мир живого: системность, эволюция и управление. - М., 1986.
3. Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора. - М., Просвещение, 1987.
4. Дубинин Н.П. Очерки о генетике. - М., 1985.
5. Воронцов Н.Н. Развитие эволюционных идей в биологии. - М., 1999.
6. Кендрью Дж. Нить жизни. - М., 1968.
7. Грант В. Эволюционный процесс. - М., 1991.
8. Медников Б.М. Аксиомы биологии. - М., 1986.
9. Небел В. Наука об окружающей среде. Как устроен мир. - М.: Мир, 1993.
10. Реймерс Н.Ф. Экология. - М.: Россия Молодая, 1994.
11. Реймерс Н.Ф. Цена равновесия. - М.: Агропромиздат, 1987.
12. Культура и экология. Сб., ред. Мелкумова Е.Р. - М.: Интеллект, 1996.
13. Комаров В.Д. Социальная экология. Л., 1990.
14. Коммонер В. Замыкающийся круг. Л.: Гидрометиздат, 1974.
15. Карташев А.Г. Введение в экологию. Томск, 1998.
16. Лоренц К. Оборотная сторона зеркала. - М.: Республика, 1998.
17. Дювиньо Л., Танг М. Биосфера и место в ней человека. - М.: Прогресс, 1975.
18. Байнхауэр Х., Шмакке Э. Мир в 2000 году. Свод международных прогнозов. - М., 1983.
19. Вернадский В.И. Начало и вечность жизни. - М., 1989.
20. Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера. - М.: Наука, 1994.
21. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружение. - М., 1975.
22. Вернадский В.И. Проблема времени в современной науке. Философские мысли натура-листа. - М.: Наука, 1985.
23. Ичас М. О природе живого: механизмы и смысл. - М.: Мир, 1994.
24. Захаров В.Б., Мамонтов С.Г., Сивоглазов В.И. Биология: общие закономерности. - М., 1996.
25. Камшилов М.М. Эволюция биосферы. - М., Наука, 1979.
26. Кастлер Г. Возникновение биологической организации. - М., Мир, 1967.
27. Лапо А.В. Следы былых биосфер. - М., 1987.
28. Мирошниченко Л.И. Солнечная активность и Земля. - М., Наука, 1981.
29. Савенков В.Я. Новые представления о возникновении жизни на Земле. Киев, 1991.
30. Николов Т. Долгий путь жизни. - М., 1986.
31. Одум Ю. Основы экологии. - М., 1975.
32. Петров К.М. Общая экология. СПб., 1998.
33. Тимофеев-Ресовский Н.В. и др. Краткий очерк теории эволюции. М.,1977.
34. Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. 2-е изд. - М., 1976.
35. Чижевский А.Л. Космический пульс жизни. - М.: Мысль, 1995.
36. Гумилев Л.Н. От Руси до России. Очерки этнической истории. СПб.: ЮНА. 1992.
37. Гумилев Л.Н. Этносфера. История людей и природы. - М.: Экопрос, 1993.
38. Русский космизм. Антология философской мысли. - М.: Педагогика-Пресс., 1993.
39. Биология охраны природы. Сб., ред. Сулей - М., Уилкокс Б. - М., 1983.
40. Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. - М., Наука, 1988.
41. Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек. - М., 1986.
Тема V. Понятие ноосферы. Переход биосферы в ноосферу.
Биоэтика. Антропно-космологический принцип. Принципы
универсального эволюционизма. Путь к единой культуре.
I. Вопросы для докладов и рефератов.
1. Современная космология и антропный принцип.
Ключевые моменты: Фундаментальные физические и космологические константы и ус-тойчивость Вселенной. Закономерности формирования и эволюции космического вещества – от газопылевых облаков к звездам и галактикам. Закономерности эволюции звезд и «произ-водство» химических элементов. Углерод – главный элемент жизни. Солнечная система – пепел звезды первого поколения. Уникальная структура Солнечной системы и уникальность физических условий на планете Земля. Человек и космос; антропный космологический принцип и его возможные следствия. Основные положения антропнокосмического мирови-дения. Антропный принцип как основа философии современного антропоцентризма.
2. Ноосфера: утопия или закономерность развития человечества?
Ключевые моменты: Переход от биосферы к ноосфере (учение В.И. Вернадского). Ноо-сфера как Божественная среда. Феномен Человека (учение П. Тейяр де Шардена). Законо-мерности ноогенеза в свете учения С. Булгакова о софийности хозяйства. Человек и Космос в свете учений русских космистов. Концепция ноосферы и антропно-космологический прин-цип. Проблемы экологии и демографии в свете концепции ноосферы. Современные естест-веннонаучные подходы к этике и религии. Ноосфера, эволюция, этика и религия. Биоэтика – сциентистский миф или эволюционная реальность?. Человек и природа: антагонизм или ко-эволюция? Современная дискуссия по проблеме ноосферы.
3. Синергетика и принцип коэволюции.
Ключевые моменты: Осевое время и начало цивилизации. Возникновение и развитие артесферы. Современные противоречия в системе «Человек – Природа». Общество и приро-да: траектория совместного развития и горизонты эволюции. От техногенной цивилизации к космогенной; - опасности технократических утопий и реальные возможности коэволюции. Универсальный эволюционизм: общая схема и ожидаемые результаты. Темпоральная несо-измеримость эволюции техносферы и биосферы. Концепция экологического императива. Коллективный интеллект и путь к единой культуре. Синергетика - новый диалог человека с природой.
II. Список литературы.
1. Булгаков С.Н. Философия хозяйства. Соч. в двух томах. Т. 1, С. 49-298. - М.: Наука, 1993.
2. Вернадский В.И. Научная мысль как планетное явление. М.,1991.
3. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. - М., Наука, 1983.
4. Григорьева Т.П. Синергетика и Восток. // Вопр. философии, 1997, № 3, с. 90-102.
5. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Антропный принцип в синергетике. // Вопр. философии, 1997, № 3, с. 62-79.
6. Князева Е.Н. Одиссея научного разума. Синергетическое видение научного прогресса. - М., 1995.
7. Культура и экология. Поиск путей становления новой этики. Сб., ред.-сост. Е.Р. Мелку-мова. - М.: Интеллект, 1996.
8. Кутырев В.А. Универсальный эволюционизм или коэволюция. // Природа, 1988, №8.
9. Моисеев Н.Н. Человек, Среда, Общество. - М., Наука, 1979.
10. Моисеев Н.Н. Человек и ноосфера. - М.: Прогресс, 1990.
11. Моисеев Н.Н. Расставание с простотой. - М.: Аграф, 1998.
12. Назаретян А.П. Интеллект во Вселенной. - М.: Недра, 1990.
13. Налимов В.В. В поисках иных смыслов. - М.: Прогресс, 1993.
14. Налимов В.В. Критика исторической эпохи: неизбежность смены культуры в ХХ1 веке. // Вопр. философии, 1996, №11, с. 65.
15. Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек. - М., 1986.
16. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. - М.: Прогресс, 1986.
17. Реймерс Н.Ф. Экология. - М.: Россия Молодая, 1994.
18. Родин С.М. Идея коэволюции. - Новосибирск, 1991.
19. Рьюз М. Эволюционная этика. // Вопр. философии, 1989, № 8, с. 34.
20. Рьюз М. Наука и религия: по-прежнему война? // Вопр. философии, 1991, №2, с. 36.
21. Сутт Т.Я. Идея глобального эволюционизма и принцип антропности. - М., 1986.
22. Тейяр де Шарден П. Феномен человека. - М., Прогресс, 1965.
23. Тейяр де Шарден П. Божественная среда. - М.: Гнозис, 1994.
24. Фролов И.Г. Перспективы человека. - М., 1983.
25. Философия русского космизма. Сб., - М.: Новое Тысячелетие, 1996.
Некоторые учебники по дисциплине КСЕ, рекомендуемые
Министерством общего и профессионального образования
Российской Федерации.
1. Дубнищева Т.А. Концепции современного естествознания. - Новосибирск, 1997.
2. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. - М., 1997.
3. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания - М., 1997.
4. Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания. - М., 1999.
5. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. - М., 1999.
Рекомендуемые учебные пособия по всем вопросам курса КСЕ.
1. Бабушкин А.Н. Современные концепции естествознания. - СПб., 2000.
2. Воронов В.К., Гречнева М.К., Сагдеев Р.З. Основы современного естество знания. - М., 1999.
3. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. - М.: «Центр», 1997; - М.: «Центр», 1999.
4. Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания. -
5. Каменев А.С. Концепции современного естествознания. Словарь понятий и терминов. – М.: «Жизнь и мысль», 2002.
6. Кокин А.В. Концепции современного естествознания. - М., 1998.
7. Концепции современного естествознания. Коллектив авторов. - Ростов н/Д., 1997.
8. Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. - М., 1996.
9. Лавриненко В.Н., Ратников В.П. Концепции современного естествознания. - М., 1997.
10. Невважай И.Д., Пугачева Л.Г., Соколенко В.М. Концепции современного естествознания. – Саратов, 2000.
11. Потеев М.И. Концепции современного естествознания. - СПб., 1999.
12. Скопин А.Ю. Концепции современного естествознания. – М., 2003.
Контрольные задания (вопросы).
Выполнение контрольных заданий предусматривает четкий и конкретный ответ на поставленные вопросы. Объем контрольной работы ограничен двумя-тремя страницами с указанием использованного источника. Количество источников не оговаривается.
Основные вопросы по курсу КСЕ.
1. В чем состоит проблема «двух культур»? Дать философское обоснование и при-вести примеры из истории науки. Возможен ли синтез естественнонаучного и гу-манитарного мышления, продуктивен ли он для науки?
2. Что такое наука? Дать характеристику основных принципов научного способа по-знания. Соотнести науку с прочими отраслями культуры.
3. Раскрыть смысл понятия парадигмы. Что такое научное сообщество и нормальная наука? Охарактеризовать ход научных революций как процесс смены парадигм. Дать примеры из истории науки. Насколько универсален этот подход?
4. Что такое паранаука и каковы её отличия от науки. Какова роль и место паранауки в процессе познания? Охарактеризовать паранауку с системной точки зрения. Привести примеры паранормальной науки.
5. Дать краткий обзор античной натурфилософии. Охарактеризовать геоцентриче-скую систему мира К. Птолемея. Почему она просуществовала от античности до 16 века? Был ли в ней элемент научного или она находится абсолютно за предела-ми науки?
6. Изобразить современную модель Солнечной системы. Кратко охарактеризовать планеты. Дать краткий исторический очерк состояния этой проблемы в эпоху ре-волюции Коперника.
7. Сформулировать законы механики Ньютона и закон всемирного тяготения (ЗВТ). Сформулировать законы Кеплера. Объяснить смысл входящих в них параметров. Связать существующий вид ЗВТ с геометрической размерностью пространства Вселенной.
8. Что такое первая, вторая и третья космические скорости? Дать физическое толко-вание и привести численные значения. Как Циолковский решил проблему преодо-ления силы земного притяжения?
9. Что такое космические лучи? Каковы источники их происхождения и состав? Дать краткую историческую справку. Оказывают ли они влияние на живые организмы биосферы Земли и если да, то какое?
10. Рассмотреть внутреннее строение Земли. Что такое горные породы? Что такое ли-тосфера Земли? Какой тектонический процесс называется землетрясением?
11. Осветить основные положения и выводы специальной и общей теории относи-тельности.
12. Что такое элементарные частицы? Привести некоторые примеры. Каковы совре-менные представления об элементарности? Рассмотреть соотношение части и це-лого на уровне микромира.
13. Что такое квант? История возникновения этого понятия. Объяснить понятие кван-та при помощи постулатов Бора на модели атома. Что изучает квантовая механи-ка? Что такое спектр испускания и спектр поглощения? Как это используется в науке?
14. Что такое корпускулярно-волновой дуализм? Объяснить на примере электрона и фотона. Привести пример использования волновых свойств электрона в технике. В какой мере это явление свойственно макромиру?
15. В чем состоит принцип неопределенности Гейзенберга? Рассмотреть пример дви-жения электрона. Имеет ли он применение в области макромира? Рассмотреть на примере траектории полета пули.
16. Какие системы и процессы называются динамическими? В чем причина обратимо-сти времени в динамических системах? Привести примеры динамических систем. Какие системы и процессы называются стохастическими? В чем причина необра-тимости времени в таких системах? Привести примеры стохастических систем.
17. Что такое гравитация? Дать краткий очерк истории изучения процесса свободного падения тел (от Аристотеля до Ньютона).
18. Что такое трофические и энергетические цепочки? Охарактеризовать автотрофные и гетеротрофные организмы. Привести примеры трофических цепей в устойчивой экосистеме. В чем причина кризисов в экосистеме?
19. Охарактеризовать понятия системы, системности, эволюционности. Дать краткий исторический очерк развития этого понятия в науке. В чем состоит современный принцип системности и эволюционности?
20. Является ли биосфера системой? Если да, то динамическая или стохастическая. Дать основные характеристики элементов этой системы. Рассмотреть какой-либо реальный пример экосистемы.
21. В чем состоит принцип дополнительности Н. Бора? Каковы его физические исто-ки, эпистемологические причины и в чем его современное общенаучное значение?
22. Что такое ионизирующее излучение. Рассмотреть рентгеновские лучи, гамма-фотоны, альфа-частицы, бета-частицы? Дать им краткую физическую характери-стику и указать источники происхождения.
23. Как выглядит современная модель атома и атомного ядра? Привести пример ато-мов водорода и гелия. Охарактеризовать протон, нейтрон и электрон. Дать крат-кий исторический очерк их открытия.
24. В чем состоит процесс деления атомного ядра? Что такое спонтанное и вынужден-ное деление? Изобразить схему деления ядра урана.
25. Что такое радиоактивный распад, каковы его закономерности? Каков физический смысл параметров, входящих в закон радиоактивного распада? Привести какой-либо пример распада радиоактивного вещества.
26. В чем состоит понятие силового поля? История возникновения этого понятия. Квантовый характер электромагнитного поля. Какой объект является переносчи-ком электромагнитного взаимодействия?
27. На каких основаниях строится иерархия структурных уровней организации мате-рии? Привести пространственные, временные и массовые параметры наиболее ха-рактерных объектов трех уровней организации.
28. Разъяснить понятие частицы и античастицы. Кратко очертить историю этой про-блемы и привести соответствующие примеры пары «частица-античастица». Что такое антивещество, есть ли оно во Вселенной?
29. В чем состоит процесс аннигиляции и образования пары «частица-античастица»? Привести конкретный пример. Пользуясь формулой Эйнштейна (связь массы с энергией), сравнить энергетический выход аннигиляции 1 г вещества и ядерного взрыва 1 кг урана.
30. В чем состоят основные положения дарвинизма? Какова роль и место учения Дар-вина в современной биологии? Есть ли альтернативные концепции процесса видо-образования в биосфере?
31. В чем состоит смысл понятия энтропии? Привести термодинамическую и стати-стическую трактовки. Каков смысл выражения «стрела времени»? Какова научная подоплека концепции тепловой смерти Вселенной?
32. Рассмотреть соотношение категорий «энтропия» и «информация». Объяснить смысл формулы Шеннона. Что такое ценность информации и можно ли это каче-ство описать математически? Обосновать ответ.
33. Как выглядит современная стандартная модель Большого взрыва? Описать основ-ные стадии процесса развития Вселенной и охарактеризовать имеющиеся альтер-нативные модели.
34. Что такое волновая функция Шредингера? Какие параметры объектов микромира она характеризует? Рассмотреть концепцию вероятностного характера процессов в микромире и дать философскую оценку.
35. Рассмотреть категорию «ноосфера». Дать краткую историческую справку (подход Вернадского и Тейяр де Шардена) и охарактеризовать современное состояние проблемы ноосферы. Полностью ли научно это понятие?
36. Каковы основные задачи кибернетики и синергетики как науки? Какие закономер-ности поведения систем они описывают? Пояснить на примере саморазвития сис-тем с использованием понятия обратных связей.
37. Рассмотреть основные положения концепции универсального эволюционизма. Что такое антропно-космологический принцип и какие научные данные лежат в его основе? Можно ли отнести его к чисто научной сфере, а если да (или нет), то по-чему?
38. Описать иерархию биологических уровней организации природы. Что такое клет-ка и какова её структура? Кто такие прокариоты и эукариоты? Какие организмы населяли первичную биосферу Земли?
39. Как по современным представлениям выглядит структура Вселенной и галактик?
Вопросы для самостоятельной работы.
40. Что такое взаимодействие материальных объектов? Охарактеризовать концепции близкодействия и дальнодействия. Перечислить и охарактеризовать фундамен-тальные взаимодействия материальных объектов.
41. Что такое химическая реакция? Дать общую характеристику химическим процес-сам. Привести примеры простейших реакций (напр. горения).
42. Что такое экологический стресс и экологический кризис? Охарактеризовать эколо-гический кризис на современном этапе эволюции биосферы. Возможно ли бескри-зисное сосуществование системы «человек-природа»? Обосновать ответ.
43. Что такое фотоэлектрический эффект? Можно ли объяснить его в рамках класси-ческой науки? Как его объяснил Эйнштейн, исходя из квантовомеханических представлений?
44. В чем состоит закон всемирного тяготения? Какова его роль в классической нау-ке? Объяснить физический смысл входящих в него символов.
45. В чем состоит новизна и необычность неевклидовой геометрии Лобачевского, Больяи и Римана? Есть ли примеры такой геометрии в реальности? Как она ис-пользуется в общей теории относительности? Как трактуется сила гравитации в общей теории относительности?
46. В чем состоит принцип верификации и фальсификации? Чем отличается высказы-вание научное от ненаучного? Имеют ли ценность ненаучные (т.е. метафизиче-ские) высказывания для науки?
47. В чем состоят опыты Менделя по изучению наследственности? Каковы основные результаты, полученные Менделем? Подтверждены они современной генетикой или опровергнуты?
48. Как трактуются понятия пространства и времени в механике Ньютона и в специ-альной теории относительности Эйнштейна? Записать формулы для расстояний, массы и временных интервалов в теории относительности.
49. Что такое размерность пространства? Сформулировать основные постулаты гео-метрии Евклида. Каковы физические следствия, вытекающие из крупномасштаб-ной трехмерности пространства?
50. Как понимать утверждение Галилея о том, что книга природы написана языком математики? Насколько оно правомерно. Привести примеры успехов и ошибок при математическом моделировании природных явлений.
51. Что такое химический элемент? Охарактеризовать периодический закон измене-ния свойств элементов. В чем состоит понятие изотопов? Привести примеры изо-топов некоторых химических элементов.
52. В чем состоит принцип сохранения массы-энергии? Какова его роль в естество-знании? Записать и объяснить формулу Эйнштейна, связывающую массу с энерги-ей. Привести пример продуктивности закона сохранения энергии в дискуссии во-круг бета-распада.
53. Качественно рассмотреть реакцию Белоусова-Жаботинского и её трактовку с точ-ки зрения синергетики (интерпретация И. Пригожина). В чем состоит её значение для постнеклассической науки?
54. Что такое мутация? Как она происходит и какова её роль в эволюции видов живых организмов? Рассмотреть соотношение закономерного и случайного в этом про-цессе.
55. Описать схематически основные этапы процесса самоорганизации упорядоченных структур из неравновесного хаотического состояния. Объяснить значение терми-нов, характеризующих эти этапы.
56. В какой форме должен быть представлен результат исследований, удовлетворяю-щий современным критериям научности? Сравнить понятия истины и статистиче-ской достоверности. Какое из них принадлежит сфере науки, какое имеет чисто философский смысл и почему?
57. Разъяснить понятия корпускулярности и континуальности. Привести примеры со-ответствующих объектов. Есть ли основания отдавать предпочтение какой-либо из этих концепций описания природы?
Примерные ответы на основные контрольные вопросы.
1. «Две культуры» -- термин современной философии и культурологии, под которым понимается оформившееся в общественном сознании противоречие между двумя различными (и до середины 20-го века резко противоположными) традициями познания мира, вытекающими из двух типов мышления и отноше-ния к природе – рационально-логического, закрепившегося под названием есте-ственнонаучного, и образно-художественного, условно называемого гумани-тарным. Данная проблема в целом обусловлена двумя основными и вполне объективными факторами:
1. С одной стороны - спецификой объектов и процессов «внешней» при-роды, которая состоит в их естественной повторяемости или лабораторной вос-производимости и обратимости во времени. Эта сфера статистически достовер-но изучается науками, традиционно считающимися естественными, - такими, как физика, химия, биология, астрономия и т.п. С другой стороны - особыми свойствами явлений, подпадающих под гуманитарное знание, составляющих сферу исторической, социальной, культурной и т.д. целенаправленной и твор-ческой деятельности человека. Эти события часто уникальны, невоспроизводи-мы в эксперименте и необратимы по своим последствиям во времени. Они изу-чаются, соответственно, историей, культурологией, социологией, политологи-ей.
2) Специфика методов получения и интерпретации научной информации в этих областях знания требует соответствующей ментальной ориентации, что проявляется в отношении познающего субъекта к предмету – отстраненном, объективном в естествознании и более субъективном, эмпатическим и, так ска-зать, неизбежно «заангажированным» в области гуманитарных исследований и социально-исторических и политических трактовок.
Складывавшиеся в Европе в течение столетий (по крайней мере, начиная с 17 века) научные сообщества различных направлений, вырабатывали соответ-ствующие традиции (составляющие «культуру мышления»), призванные, по их мнению, обеспечить максимально возможную объективность знания, выраба-тывали наиболее оптимальные методы эксперимента и обработки данных, соз-давали специфический научный язык, при помощи которого достигалась чет-кость и однозначность интерпретаций полученных фактов и встраивание их в существующие теории. Таким языком в естествознании стала математика, до-казавшая, как казалось с 17 века по начало 20-го, свою универсальность и тож-дественность законам природы («непостижимая эффективность математики в естественных науках», - Ю. Вигнер).
Со временем, в среде представителей естественнонаучного знания, под влиянием выдающихся достижений в отдельных областях физики, химии, ас-трономии, космологии и биологии сложилось такое отношение к познанию ми-ра вообще, которое привело к преувеличенному представлению об универсаль-ности методов естествознания и, в частности, математического моделирования, в применении к любой научной дисциплине, в том числе и гуманитарного про-филя, а попутно, к отрицанию методов гуманитарных наук, как субъективных, недостоверных и, следовательно, не отвечающих критериям научности. В фи-лософии науки это выразилось в таких течениях, как физикализм и сциентизм.
Представители гуманитарного знания, в свою очередь, полемизируя с ра-ционалистами, справедливо указывали на односторонность и схематизм, неиз-бежно возникающие при попытках «математизации» гуманитарных исследова-ний, и обращали внимание физикалистов на крупные неудачи и просчеты, уже имевшие место при формальном подходе к моделированию исторических и культурных процессов, а также в прогнозировании экономических и социально-политических событий. Это отношение в наиболее резкой форме выражали представители т.н. антисциентизма, которые, наряду с чрезмерными претен-зиями науки на монополию в обеспечении процесса познания универсальными методами, отрицали и ценность самой науки, а заодно, и техники, списывая на них разрушение духовности, экологический кризис и прочие негативные явле-ния, резко обозначившиеся в природе и обществе к завершению 20-го века.
В конце 60-х годов эту проблему всесторонне осветил английский уче-ный и публицист Чарльз П. Сноу, обратив внимание на то, что за долгие годы формирования противоречий между представителями естественных и гумани-тарных наук в пространстве евро-американской культуры возникли два вполне антагонистических культурных течения («две культуры», по его определению), и люди, разделяющие соответствующие культурные установки, проявляют полное взаимное непонимание и даже определенную враждебность по отноше-нию к ценностям и традициям друг друга.
Известны резкие и взаимно несправедливые высказывания естественни-ков и гуманитариев в адрес друг друга, о чем, как о факте традиционного вза-имного презрения между своими коллегами, принадлежащими к разным «фа-культетам», писал выдающийся австрийский этолог К. Лоренц, - так, философ-неокантианец К. Лейдер называл всё естествознание «вершиной догматической ограниченности», а крупный орнитолог О. Гейнрот считал всю философию «патологическим холостым ходом способностей, дарованных человеку для по-знания природы». «Если однажды в культуре произошло разделение, - заклю-чает Ч. Сноу, - то все общественные силы действуют таким образом, чтобы сделать его не менее, а более резким».
Этот феномен расслоения культурного сознания больших масс людей диалектически отразил специфику изучения природы в рамках предшествую-щей (17-19 вв. и первая половина 20-го века) рационально-механической или, как её еще называют, «картезианско-ньютоновской» парадигмы мышления, ко-торая рисовала картину мира, полностью детерминированного, лишенного слу-чайных событий и уникальных ситуаций, в котором время играло роль просто параметра, упорядочивающего последовательность обратимых событий и пол-ностью воспроизводящихся ситуаций. Такая установка на механическое описа-ние мира, будучи последовательно реализована философски и методологиче-ски, неизбежно должна была привести к такому общекультурному результату. Противопоставление «двух культур», - по замечанию одного из создателей си-нергетики И.Р. Пригожина, - в значительной мере обусловлено конфликтом между вневременным подходом классической науки и ориентированным во времени подходом, доминировавшим в подавляющем большинстве социальных и гуманитарных наук.
Выдающийся современный физик Ричард Фейнман видел основу проти-воречий между представителями двух культур также в коренном различии тех принципов, традиций и языка описания природы, к которым разные люди по разным причинам тяготеют и которые в конце концов для них становятся при-оритетными. «Сноу говорил о двух культурах, - писал Фейнман. – Я думаю, что разница между этими культурами сводится к разнице между людьми, которые понимают, и людьми, которые не понимают математики в той мере, в какой это необходимо, чтобы вполне оценить природу. Тем, кто не знает математики, трудно постичь подлинную, глубокую красоту природы. Жаль, конечно, что тут нужна математика, потому что многим людям она дается трудно. ... Физику нельзя перевести ни на какой другой язык. И если вы хотите узнать Природу, оценить её красоту, то нужно понимать язык, на котором она разговаривает. ... Никакими интеллектуальными доводами вы не сможете передать глухому ощущение музыки. Точно так же никакими интеллектуальными доводами нель-зя передать понимание природы человеку «другой культуры». Философы пы-таются рассказать о природе без математики. Я пытаюсь описать природу ма-тематически. Но если меня не понимают, то не потому, что это невозможно. Может быть, моя неудача объясняется тем, что кругозор этих людей чересчур ограничен и они считают человека центром Вселенной».
К концу ХХ века стало, однако, очевидно, что только естественнонауч-ный или только гуманитарный взгляд на мир даст неполную, однобокую карти-ну, с непропорциональным преобладанием элементов, доступных соответст-венно тому или иному способу мышления. В настоящее время (начиная с 70-х годов) на основе набирающей силу системно-синергетической парадигмы, воз-никла новая стратегия познания мира, утверждающая универсальность принци-па дополнительности рационально-логического (естественнонаучного) и образ-но-художественного (гуманитарного) подходов к построению более полной и целостной картины мира, (т.н. эпистемологической дополнительности). Такой подход можно рассматривать как начало процесса преодоления разрыва «двух культур» и диалектически трактовать как неизбежный путь к единой культуре на основе новой синтетической философии, интегрирующей все проявления культурного сознания.
Следует отметить, что эта проблема, характерная, для массового сознания «средних» или рядовых представителей как естественных, так и гуманитарных наук, не относится к выдающимся деятелям науки, которым во все времена бы-ла присуща широта образования и разносторонность интересов, что способст-вовало их умению видеть за стеной многочисленных и разрозненных фактов проявление фундаментальных закономерностей природы. Такими были Копер-ник, Кеплер, Галилей, Ньютон, Лейбниц, Гюйгенс, Ломоносов и ряд других универсальных мыслителей. Многие крупнейшие ученые 20-го века, в боль-шинстве Нобелевские лауреаты, (Больцман, Пуанкаре, Планк, Эйнштейн, Бор, Гейзенберг, Эренфест, Шредингер, Лоренц, Гелл-Манн, Пригожин и другие) неоднократно подчеркивали роль гуманитарного знания и образно-художественного мышления в своих самых весомых и революционных дости-жениях и открытиях. Так, знаменитый немецкий математик Карл Вейерштрасс однажды заметил, что «математик, который вместе с тем не несет в себе части-цы поэта, никогда не станет совершенным математиком». Людвиг Больцман писал о себе: «Тем, кем я стал, я обязан Шиллеру, <…> другим человеком, ока-завшим на меня такое же влияние, является Бетховен». Широко известно вы-сказывание о себе и Альберта Эйнштейна: «Достоевский дал мне больше, чем любой другой мыслитель, больше, чем Гаусс» (К.Ф. Гаусс – великий немецкий математик). И наконец, можно привести вполне “программное” изречение Эр-вина Шредингера: «Существует тенденция забывать, что все естественные нау-ки связаны с общечеловеческой культурой и что научные открытия, даже ка-жущиеся в настоящий момент наиболее передовыми и доступными пониманию немногих избранных, всё же бессмысленны вне своего культурного контекста». (См. также: Ньютон, Пригожин).
2. Наука – одна из важнейших сфер общекультурной творческой деятельности человечества, направленная на получение новых знаний о явлениях и законо-мерностях процессов эволюции как неживой, так и живой природы, о феноме-нах и особенностях социального, экономического и культурного развития чело-веческого общества, а также исследующая биологическую и психическую сущ-ность самого человека. Понятие науки включает в себя все материальные и идеальные условия и обстоятельства, обеспечивающие процесс производства, закрепления и распространения научного знания. Сюда относятся:
во-первых - научные сообщества и индивидуальные ученые с их личными способностями, знаниями, квалификацией, опытом и представлениями об идеа-лах научности, о профессиональных традициях и методах познания, а также о моральных, религиозных и этических ценностях, вытекающих из их социально-культурной принадлежности и приверженности соответствующей научной па-радигме. Это множество ученых, разделяющихся также по принадлежности к различным сферам познания (естественным и гуманитарным), научным облас-тям (фундаментальным и прикладным, теоретическим и экспериментальным) и многочисленным дисциплинам (как отдельным узконаучным, так и смежным междисциплинарным);
во-вторых - понятийный и категориальный аппарат как универсального об-щенаучного значения, так и соответствующий той или иной научной области, вся уже существующая система знаний, образующая общенаучный и узкодис-циплинарный познавательный фундамент, а также непрерывно образующаяся междисциплинарная среда;
в-третьих - организованная система научной и технической информации, бан-ки данных, периодические научные издания, система конференций и симпо-зиумов, а также всемирная компьютерная информационная сеть;
в-четвертых - научно-исследовательские, проектно-конструкторские и учеб-ные учреждения разных уровней, специализированные научно-производственные предприятия, разнообразное лабораторное оборудование и крупномасштабная экспериментальная техника, а также рабочие компьютеры, большие вычислительные машины и разнообразное программное обеспечение к ним.
Всё это множество элементов представляет собой сложную иерархически организованную структуру научного познания и функционирует как динамиче-ская самоорганизующаяся система, пронизанная многочисленными взаимными связями и потоками информации, как внутренними, так и выходящими во внешнюю социокультурную среду. Идея иерархической структуры научного познания впервые четко высказана И. Кантом с точки зрения возможных спо-собов упорядочения информации в процессе познания и терминологически оформлена им в понятиях «наука» и «наука в собственном смысле». По Канту: «всякое учение, если оно есть система, т.е. некоторая совокупность знаний, упорядоченных согласно принципам, называется наукой», но с другой стороны, «в любом частном учении о природе, - писал Кант, - можно найти науки в соб-ственном смысле лишь столько, сколько содержится в нём математики». По-следнее утверждение имеет непосредственное отношение к естествознанию, как всей совокупности наук о природе, где одним из основных методологиче-ских принципов является возможность описания природных феноменов мате-матическими соотношениями. Именно математическая модель становится свя-зующим звеном между теоретическим способом осознания и описания того или иного явления природы и экспериментальной проверкой теории и доказатель-ством её объяснительных и предсказательных возможностей.
Идея о познании мира через число принадлежит Пифагору («все вещи – суть числа»). В европейской науке нового времени эта идея обогатилась поня-тием функции, описывающей непрерывный ряд количественных (числовых) за-кономерностей, и постепенно стала доминирующей, благодаря трудам Кеплера и, особенно, Галилея, которому принадлежат слова о том, что Книга природы написана языком математики, оперирующей числами и геометрическими фор-мами. Далее, после математической революции, произведенной Ньютоном и Лейбницем (17 век), создавшими дифференциальное и интегральное исчисле-ние, методы математического анализа стали основным инструментом в иссле-дованиях и описаниях закономерностей природных процессов. В этом пункте естественные науки, изучающие повторяющиеся и статистически достоверные явления природы, принципиально отличаются от наук гуманитарных, предме-том которых часто бывают уникальные и неповторимые события человеческой истории и произведения материальной и духовной культуры, не поддающиеся однозначным рациональным трактовкам и не вписывающиеся в строгие рамки математических методов моделирования.
Несколько упрощенно этапы научного познания можно представить сле-дующей формальной схемой:
1). Постановка проблемы, т.е. процесс осознания того, что некоторое яв-ление природы существует, но еще в достаточной степени не познано и нужда-ется в адекватном описании и объяснении (например, разбегание галактик) или же, судя по косвенным данным, должно существовать, но еще достоверно не обнаружено (например, черные дыры).
2). Выдвижение гипотезы, которая представляет собой форму знания, со-держащего научно обоснованные в рамках существующей парадигмы предпо-ложения, не вступающие в противоречие с установленными наукой фундамен-тальными принципами и правдоподобно упорядочивающие совокупность на-блюдаемых фактов, относящихся к данной проблеме. Гипотезы носят вероятно-стный характер и требуют соответствующего обоснования и проверки. Из не-скольких правдоподобных гипотез в процессе обоснования отбираются наибо-лее продуктивные, дающие возможность получения статистически достоверного эмпирического подтверждения. В результате анализа опытных данных, на основании существующих общенаучных принципов выбирается од-на из них, которая становится основой для дальнейшего теоретического осмыс-ления рассматриваемой проблемы. При этом может возникнуть ситуация, вы-водящая предложенную гипотезу за пределы существующей парадигмы и тре-бующая новых нестандартных концепций.
3). Разработка теории, которая представляет собой наиболее развитую форму научного знания, и дает целостное и непротиворечивое отображение за-кономерных и существенных связей конкретной области реальности, породив-шей первоначальную проблему. Теоретическая система, удовлетворяющая тре-бованиям научности, включает в себя математический аппарат, позволяющий описывать всю совокупность имеющихся эмпирических фактов и являющийся также источником прогностической информации, инициирующей дальнейший поиск и получающей экспериментальное подтверждение. Хорошая теория бо-лее общего масштаба должна включать в качестве частного случая или пре-дельной ситуации предыдущую теорию, достоверно подтвержденную в соот-ветствующей области реальности. Такими примерами в естествознании могут служить современная теория элементарных частиц, квантовая электродинами-ка, теория относительности и ряд других.
4). Эксперимент представляет собой не просто набор некоторых эмпири-ческих фактов, а целенаправленно спланированное эмпирическое действие, для подтверждения или опровержения основных положений проверяемой теории. Эксперимент, удовлетворяющий требованиям научности, ставится в точно фиксируемых, стандартных и воспроизводимых условиях. Полученные резуль-таты наблюдений проходят необходимую математическую обработку и снаб-жаются критериями статистической достоверности (точность в пределах соот-ветствующего доверительного интервала), - только в этом случае они становят-ся научными данными. Как правило, эксперимент ставится в пределах некото-рой ограниченной области реальности, в идеализированных и упрощенных (в рамках выбранного приближения) условиях и дает идеальный образ истинного природного явления. Тем не менее, установленные наукой и выраженные мате-матическими соотношениями общие и частные «законы» природы, позволяют человеку оптимально упорядочить отношения в системе «человек-природа».
За всю историю существования европейской культуры наука прошла че-рез четыре основных этапа своей эволюции – 1) донаучная стадия (античная на-турфилософия, естествоиспытательство Средних веков и эпохи Возрождения); 2) период становления и развития классической науки (начало 17-го – конец 19-го веков), методологический фундамент которой и философское мировидение связаны с именами Галилея, Декарта, Бэкона, Ньютона, Канта, Лапласа; 3) вре-мя кризиса ньютоновско-лапласовского детерминизма и развития неклассиче-ской науки (конец 19-го – конец 20-го веков), основы которой заложены План-ком, Эйнштейном, Бором, Гейзенбергом, Шредингером, де Бройлем и другими; и наконец, 4) завершение 20-го века характеризуется становлением постнеклас-сической науки, основные достижения которой привели к возникновению ново-го мировидения – т.н. эволюционной системно-синергетической парадигмы.
3. Парадигма – (от греч. пример, образец), одна из ключевых категорий совре-менной философии науки и культуры, в целом соответствующая понятию об-раза или картины мира (мировидения) на соответствующем этапе социально-культурного развития той или иной культурно-исторической общности. В бо-лее частном смысле (касательно естествознания) этот термин введен в филосо-фию науки известным американским философом и историком науки Томасом Куном, определившим парадигмы как «признанные всеми научные достиже-ния, которые в течение определенного времени дают модель постановки про-блем и их решений научному сообществу». В рамках сложившегося научного сообщества парадигма включает в себя всю совокупность научных идей, тра-диций, теоретических взглядов, методологических установок, убеждений, цен-ностей и даже научных предрассудков, закономерно возникших и закрепив-шихся в научной среде, принятых и поддерживаемых членами данного научно-го сообщества.
Парадигма, согласно Куну, призвана формировать научное видение мира, поддерживать научные традиции в научном сообществе, обеспечивать преемст-венность и распространение знаний и формировать иерархию приоритетов в научных исследованиях. Непосредственно действие парадигмы осуществляется через дисциплинарную матрицу, в которую входят три основных элемента: это создание теоретических моделей и интерпретация полученных научных дан-ных, процесс символического обобщения результатов в виде «законов» различ-ного уровня и система образования, дающая примеры и образцы решения науч-ных проблем. С помощью таких образцов учащиеся усваивают содержание тео-рий, методы получения и интерпретации научных фактов в рамках соответст-вующей парадигмы. Тем самым приверженность определенной парадигме обеспечивает продуктивное функционирование т.н. нормальной науки – зрелой стадии развития науки.
Научная парадигма функционирует как самоорганизующаяся система, пронизанная информационными обратными связями, и в своем саморазвитии проявляет консервативные черты, демонстрируя, наподобие биологической системы, что-то вроде борьбы за существование, стремясь, насколько это до-пустимо, интерпретировать получаемые факты в рамках доминирующей кон-цептуальной схемы, модернизируя её в пределах существующих возможностей. С общесистемной точки зрения и в самом обобщенном толковании такое пове-дение научного сообщества, придерживающегося данной парадигмы, напоми-нает процесс естественного отбора посредством приспособления некоторой по-пуляции к изменениям окружающей среды «обитания» (здесь - науки) и конку-ренцию с другой популяцией (научным сообществом, работающим в рамках другой парадигмы). Именно по этой причине так трудно новаторам и первоот-крывателям, опередившим своё время, продвигать новые идеи, идущие вразрез с доминирующей концептуальной системой, признанной научным сообщест-вом, но зато и представителям паранауки, отвергающим фундаментальные за-коны природы, составляющие основу любой парадигмы, невозможно серьёзно поколебать устои науки и повлиять на процесс развития научного знания.
Но всё же постепенное накопление фактов различного типа, никак не вписывающихся в существующую парадигму, (изменение условий среды) при-водит к её кризису, а затем следует процесс неизбежной смены парадигмы, что Кун и отождествляет с научной революцией. С этой точки зрения он рассмат-ривает ряд исторических примеров смены парадигм, таких, как смена аристоте-левской динамики на механику Ньютона, птолемеевской геоцентрической сис-темы на гелиоцентрическую систему Коперника, континуальной (непрерывной) картины мира на дискретную квантово-механическую, ньютоновских представ-лений об абсолютных и независимых друг от друга пространстве и времени на относительный пространственно-временной континуум Эйнштейна-Минковского и многое другое.
Эта закономерная последовательность изменений в способах научного видения природы и интерпретации её феноменов может трактоваться как эво-люционный процесс естественного отбора одних теоретических схем (в неко-тором смысле «видов») по принципу их преимущества по сравнению с другими в объяснительной способности (выживаемости). При всей условности и схема-тизме данного подхода, понятие парадигмы, историчное по своей сути, прочно вошло в современный философский язык, а куновская схема научных револю-ций, концепция научного сообщества и нормальной науки нашли свое место в философии науки. С введением понятия научного сообщества, состоящего из конкретных живых людей -- носителей парадигмы во всём её объеме и куль-турного сознания той или иной исторической эпохи, вовлеченных, помимо на-учной работы, также и в круг вненаучных, чисто бытовых и личных отноше-ний, т.е. с введением категории реальных исторических субъектов научной дея-тельности, в философию науки, наряду с общепринятыми представлениями о рациональном характере научного познания, вошел и иррациональный элемент, обусловленный эмоциональной составляющей человеческой природы. Этот подход к трактовке закономерностей научного познания мира более органично вписывает науку в общекультурный контекст, чем представления К. Поппера о науке как о внеисторическом и независимом от конкретных личностей процессе получения объективного знания о мире.
В культурно-историческом аспекте процесс смены парадигм затрагивает весь комплекс элементов, формирующих взгляд на мир и место в нем человека. Не рассматривая очень специфические культуры Востока, по крайней мере, в европейской истории, можно несколько условно выделить четыре больших пе-риода, характеризующихся парадигмальными отличиями: античную, средневе-ковую, возрожденческую и парадигму эпохи Просвещения, которую в культу-рологии ещё называют картезианско-ньютоновской механической парадигмой. Согласно современным философским взглядам, на конец 20-го века пришелся кризис механической интерпретации мира и начало постепенного установления новой т.н. системно-синергетической эволюционной парадигмы, представляю-щей Универсум, (т.е. Вселенную и Человека в ней) как неразрывную, много-связную и взаимообусловленную, сложную саморазвивающуюся и самооргани-зующуюся систему. (См. также: Наука, Паранаука).
4. Паранаука – (от греч. пара – рядом и наука), феномен в науке, проявляю-щийся как результат общесистемного явления паразитизма некоторых форм, существующих за счет других, основных форм (хозяев). Паразитические формы используют для своего существования энергетические, вещественные и инфор-мационные структуры, упорядоченные в процессе антиэнтропийной деятельно-сти «хозяина», который затрачивает для этого необходимое количество энер-гии. В экологии и биологии – это различные виды паразитов, в науке – это па-ранаучные идеи и течения, описывающие т.н. паранормальные явления. В са-моорганизующейся сложной системе (любого типа) возникают тесные сообще-ства паразита и хозяина и на основе отбора (а в биосферных экосистемах – ес-тественного отбора) происходит, в целом, взаимовыгодный процесс их коэволюции, причем, как показали модельные эксперименты, наличие форм-паразитов способствует большему разнообразию системы и её устойчивости.
Развитию естествознания постоянно сопутствует процесс появления нау-коподобных построений и целых паранаучных систем, паразитирующих на сложных и неоднозначно трактуемых наукой феноменах природы и человека, особенно в области познания микромира, космоса и явлений человеческой пси-хики. При этом используются категории и термины из понятийного аппарата соответствующей области знания, но либо они толкуются слишком расшири-тельно и неопределенно (что свойственно, например, для таких понятий, как энергия, информация, поле и т.д.), либо явления, рассматриваемые паранаукой, статистически недостоверны, невоспроизводимы в стандартных условиях, и «протекают» с нарушением фундаментальных законов сохранения.
Так, например такое паранормальное явление, как телекинез, или теле-портация, нарушает один из фундаментальных законов механики – закон со-хранения количества движения (импульса), и поэтому в рамках нормальной науки рассматриваться не может. Аналогичная ситуация имеет место в области изучения т.н. биополя, («передача мысли» на расстояние, влияние биоэнергии на ход физических процессов и т.п.), где до настоящего времени эксперимен-тально не получено воспроизводимого и статистически достоверного подтвер-ждения наличия таких эффектов. До сих пор нет эмпирических доказательств существования т.н. каталитического («холодного») термоядерного синтеза, протекающего стабильно и в количественном масштабе, о чем, как о факте, бы-ло много сообщений и дискуссий в СМИ. Современная квантовая теория до-пускает этот феномен, однако, как маловероятный эффект туннельного харак-тера.
Существует множество и других общеизвестных явлений такого рода, в частности, астрология, НЛО и экстрасенсы, не говоря о таких примерах чистого шарлатанства и профанации, как поиск пропавших или лечение людей по фото-графиям, бесконтактная хирургия, колдовство, сеансы магии и т.п., что появля-ется в определенные периоды истории и вливается, по выражению З. Фрейда, в общий «мутный поток оккультизма».
Это не значит, что вообще нужно отрицать возможность слабых и очень специфических процессов взаимодействия в материальном мире, в том числе, между человеческим сознанием и внешним миром. Еще в начале века никто не мог представить себе в пределах рациональной аргументации наличие в приро-де космических лучей, реликтового излучения, античастиц и т.п., не говоря уже о процессах эволюции Вселенной. Квантовая физика в настоящее время иссле-дует и пытается осмыслить невероятнейшие взаимодействия между элементар-ными частицами и полями, получившие название нелокальных процессов, ко-торые свидетельствуют о том, что реальный мир неизмеримо сложнее, чем ка-залось в годы триумфа механики Ньютона, электродинамики Максвелла-Герца, теории атома Резерфорда-Бора, и совершенно чужд традиционной логике здра-вого смысла.
Однако, в сферу научного естествознания могут войти лишь те сущности, право на существование которых можно обосновать, исходя из универсальных законов сохранения и второго начала термодинамики, которым можно присво-ить числовое значение и формально описать математическим языком, указать методы измерения на основе известных фундаментальных взаимодействий и затем осуществить наблюдение и статистически достоверную эксперименталь-ную проверку. Тем не менее, паранаука вообще и паранаучные идеи, в частно-сти, будут всегда существовать и сопутствовать науке как неизбежный систем-но-симбиотический элемент, объяснимый неравномерностью развития и обра-зования людей в обществе и иррациональным компонентом, присущим челове-ческому сознанию. Возникающие на этом поле время от времени дискуссии мо-гут быть полезны науке, поскольку выводят обсуждение проблем за пределы традиционного для естествознания рационально-логического метода мышле-ния, ограниченного сложившейся парадигмой, и ставят перед наукой в качестве вызова новые нетривиальные задачи, требующие определенного ответа. (См. также: Наука, Парадигма).
5. Античная натурфилософия – совокупность философских учений, разви-вавшихся древнегреческими мыслителями на протяжении нескольких веков (примерно от 7 века до н.э. до 6 века н.э.), в самых выдающихся образцах кото-рых были поставлены вопросы фундаментального значения и универсального масштаба, не потерявшие в определенной степени научной актуальности (а в ряде случаев даже получившие новое смысловое наполнение) в постнекласси-ческой науке нашего времени. В античной натурфилософии не было какой-либо одной цельной картины мира, составляющей мировоззренческую пара-дигму (если не считать Геоцентрическую модель мира), не существовало, ко-нечно, и строгой методологии познания, позволявшей обеспечивать определен-ный уровень достоверности тех или иных (неизбежно чисто метафизических и наивных) гипотез и построений греческих мыслителей. Но тем не менее, ряд важных прозрений, высказанных греческими мыслителями, которые занимают небольшое место среди множества различных гипотез, возникавших в течение столетий в рамках тех или иных учений, объяснявших мир, до сих пор имеют принципиальное значение для понимания исторической связи и научной преем-ственности между современным рафинированным естествознанием и предна-учной античной натурфилософией.
Первым античным философом, о котором существуют достоверные све-дения, принято считать Фалеса Милетского (ок. 624 – 547 гг. до н.э.), который уже в то время ставил вопрос о существовании единого универсального перво-начала мира, скрытого в видимом многообразии вещей. Фалес рассматривал это первоначало не как абстрактную идею, а как телесное, чувственно данное ве-щество, - в его учении такой первоосновой всего является вода. Его ученик Анаксимандр Милетский (ок. 610 – 546 гг. до н.э.) автор не дошедшего до нас философского сочинения «О природе», сделал важный шаг вперед – ввел более абстрактный образ первоначала всего сущего, – т.н. апейрон, который тракто-вался как некая беспредельная, бескачественная, неопределенная материальная субстанция, находящаяся в вечном движении и порождающая всё многообразие вещей в процессе выделения из неё противоположностей (бинарных оппози-ций) таких, как горячее и холодное, мокрое и сухое, твердое и мягкое и т.д. В геоцентрической космологии Анаксимандра Земля, представляющая собой ци-линдр, находилась в центре мира, а вокруг неё вращались три кольца – лунное, солнечное и звездное. Его ученик также из Милета – Анаксимен (ок. 588 – 525 гг. до н.э.) вернулся к более конкретному образу первоматерии, в качестве ко-торой выступал воздух – вечное, бесконечное и подвижное начало, из которого в процессе сгущения (через последовательность: облака, вода, земля, камни и т.д.) образуются все тела, а в результате разрежения порождается огонь. Со-гласно Анаксимену, звезды – это также огонь, но столь далекий, что мы не ощущаем его тепла.
Анаксагор из Клазомен (ок. 500 – 428 гг. до н.э.), напротив, признавал многообразие первоэлементов материи (в его трактовке – это как бы семена вещей), которые под действием некоторой универсальной сущности (прояв-ляющейся как мировой ум – Нус), вступают в различные сочетания, в результа-те чего порождается всё многообразие вещей мира. В учении Анаксагора видны попытки более рационального объяснения креативных процессов в мироздании – не как результата беспорядочного или случайного движения (вихрей, сгуще-ний, разрежений и т.п.) какой-либо более или менее наглядной вещественной субстанции (первоматерии), а как результат проявления некоторой абстрактной надматериальной силы, создающей условия для формирования конкретных упорядоченных материальных структур.
Чрезвычайно важный прорыв в теории познания мира был сделан пред-ставителями Пифагорейской школы, сформировавшейся вокруг легендарного древнегреческого философа Пифагора с острова Самоса (580 – 500 гг. до н.э.), которые в основу познания положили категорию числа. Согласно их представ-лениям, только количественные отношения, выражаемые числами, являются сущностью вещей и явлений, поскольку самые различные объекты окружающе-го мира имеют математически тождественные свойства и числовые характери-стики. Поэтому нет смысла изучать каждый отдельный предмет, а следует изу-чать математически подобные классы предметов, т.е. их математические и чи-словые образы, относительно которых сами предметы – это только подобия. Если отбросить возникшую на основе этих представлений и получившую ши-рокое развитие в европейской культуре мистику чисел, то сам «эпистемологи-ческий» приём пифагорейцев, состоявший в полном абстрагировании числовой сущности предметов, т.е. в отрыве числа от вещи, имел положительное значе-ние, поскольку открывал путь к чисто формальным математическим исследова-ниям (как к некоторому архетипу чистой математики) и вырабатывал такие принципы познания, которые в наше время привели к развитию теории чисел, теории множеств, теории групп симметрий, топологии и т.п. абстрактных ма-тематических дисциплин, а также легли в основу методов имитационного ма-тематического моделирования.
Учение о мире Гераклита Эфесского (544 – 483 гг. до н.э.) также включа-ло категорию первовещества, в роли которого выступал огонь как сущность са-мая подвижная и способная к изменениям и превращениям. Из огня, по Герак-литу, произошел весь мир, все отдельные вещи и даже души людей. Весьма примечательна почти современная формулировка Гераклитом идеи о происхо-ждении Вселенной из вечного огня и циклически саморазвивающейся вплоть до нового превращения (античный образ модели Большого взрыва): «Этот кос-мос один и тот же для всего существующего, не создан никем из богов, никем из людей, но всегда был, есть и будет вечным живым огнем, в свое время заго-рающим и в свое время потухающим».
В основе последовательности возникновения из огня вещей, согласно учению Гераклита, лежит необходимость, и для её осуществления и поддержа-ния циклического миропорядка космических процессов он вводит высшее ор-ганизующее начало – Логос. Эта многозначная категория (обозначающая слово, мысль, разум, план, закон), делает учение Гераклита ещё более созвучным не-которым современным постнеклассическим представлениям о происхождении Вселенной посредством специфического фазового перехода информации в энергию и вещество. Идея о цикличности процессов превращения (вещи по окончании цикла вновь становятся огнем, жизнь природы – это непрерывная цепь движений и взаимопревращений предметов и их свойств, - теплое стано-вится холодным, влажное сухим, и наоборот), но тем не менее, время – это не-обратимо текущая река – всё изменяется, и «нельзя дважды войти в одну и ту же воду». Таким образом, несмотря на представление мира в циклических кате-гориях (архетип устойчивости), учение Гераклита диалектически сочетает би-нарные оппозиции («обратимое и необратимое», «состояние и процесс», «вещь, предмет и мысль, план» и т.д.), указывая не только на их существование, но и на их постоянный взаимный переход, и в целом представляет мир, если ещё не как эволюцию, то по крайней мере, уже в определенном смысле как процесс.
Учение о мире Эмпедокла из Агригента (483 – 423 гг. до н.э.) сводило всё многообразие природы к взаимодействию четырех первоэлементов – земли, во-ды, воздуха и огня, которым управляют две противоположных стихии или силы – притяжения и отталкивания (дружбы и вражды), в результате чего первоэле-менты мира могут соединяться и разделяться, порождая всё многообразие ве-щей. Различные стадии развития Вселенной, по Эмпедоклу, соответствуют преобладанию той или иной силы в природе, различные виды живых существ также образуются в результате таких сочетаний, причем из всего возможного многообразия в природе остаются более жизнеспособные сочетания. Эту догад-ку Эмпедокла, равно как и представления Анаксимандра о том, что человек, подобно другим существам, произошел от рыбы, можно расценивать как пер-вые наивные попытки создать образ эволюции живых существ и их естествен-ного отбора. Учение Эмпедокла о дружбе и вражде элементов, создающих ус-ловия при образовании сочетаний, в дальнейшем, приобретя весьма рафиниро-ванные формы, стало основой представлений средневековой алхимии о т.н. сродстве или взаимном тяготении элементов (также и об избирательном срод-стве). Эти представления, имеющие общеизвестное важное значения для разви-тия химии как науки, сыграли ещё одну интересную роль, натолкнув Ньютона (который был прекрасно осведомлен во всех тонкостях алхимии), на мысль об универсальной силе взаимного тяготения (гравитации) между всеми матери-альными объектами.
Очень важный шаг в представлениях о строении материи сделали древне-греческие атомисты – Левкипп (500 – 440 гг. до н.э.) и Демокрит (460 – 370 гг. до н.э.). Первоэлементы мира – атомы (неделимые), из которых состоят все предметы, различаются весом, формой, размерами и взаимным расположением в телах, но сами по себе в силу своей малости принципиально ненаблюдаемы. Из этих первичных свойств, принадлежащих атомам, происходят все прочие, вторичные свойства предметов (теплота, вкус, запах, цвет и т.д.), которые ато-мам не принадлежат, а возникают в процессе восприятия окружающего мира нашими органами чувств. Именно это обстоятельство делает человеческое зна-ние, основанное на чувственном восприятии, ненадежным и субъективным, по-скольку вторичные свойства предметов зависят от способностей к восприятию того или иного конкретного субъекта. Левкипп в качестве истинной реальности признавал два первоначала – атомы и пустоту, в которой они вечно движутся по причине присущей им механической необходимости. Ввиду отсутствия тек-стов самого Левкиппа, трудно сказать, каким конкретным механизмом он обос-новывал процесс возникновения вещей из атомов, но известно, что в основе этого процесса лежала идея необходимости, причины и достаточного основа-ния. «Ни одна вещь, - утверждал Левкипп, - не возникает беспричинно, но всё возникает на каком-нибудь основании и в силу необходимости».
Демокрит также признавал два первоначала мира – атомы и бесконечную пустоту, в которой движется бесконечное множество атомов, которые сталки-ваясь, порождают вихри, их которых образуется также бесконечное множество тел и миров, рождающихся при соединениях атомов и умирающих при распаде этих комбинаций. Атомы не сотворены богами, а возникают сами по необходи-мости, также по необходимости создают вихри и рождают тела; уничтожаются атомы также сами естественным путем. Ничего случайного, считал Демокрит, в мире нет, всё имеет свою причину. Случайность, которая на первый взгляд, присутствует в мире – это только видимость и результат недостаточного зна-ния, поскольку основной источник нашего познания – это чувственное воспри-ятие, которое дает недостоверное и субъективное («темное») знание о вторич-ных свойствах предметов, тогда как истинное («светлое») знание приобретается только посредством разума и именно оно ведет к познанию сущности самих атомов и пустоты. Это учение о строении мира и его познании, несмотря на его умозрительность и наивность, не только предвосхитило самое значительное от-крытие ХХ века (атомную теорию), но и заложило ментальную основу для вве-дения в науку идеи редукционизма и механического причинно-следственного детерминизма, который на волне успехов ньютоновской механики приобрел в Европе 17-19 вв. масштаб философской парадигмы (т.н. картезианско-ньютоновско-лапласовской парадигмы).
Дальнейшее развитие атомистические идеи Левкиппа и Демокрита полу-чили в трудах Эпикура (341 – 270 гг. до н.э.), который внес в это учение прин-ципиально важное дополнение. Чтобы более рационально объяснить возмож-ность столкновения атомов, движущихся в пустоте он ввел совершенно новое для этой схемы понятие спонтанного, но не обусловленного чем-то внешним, а внутренне присущего атомам свойства отклоняться от прямолинейной траекто-рии, получившего название клинамен. Это позволило Эпикуру использовать «запрещенную» Левкиппом категорию случайности, что во-первых, сущест-венно расширило модельные возможности атомистического учения, а во-вторых, поставило важный для всей философии вопрос о соотношении необхо-димого и случайного в природных процессах.
Идею Эпикура относительно клинамена (дошедшую до нас в поэме круп-нейшего просветителя Римской эпохи Лукреция Кара (ок. 99 – 55 гг. до н.э.) «О природе вещей»), которая вводит в картину мира представление о созидающей роли случайности и которую античный мыслитель ввел чисто метафизически, один из создателей синергетики Илья Пригожин считает одной из самых рево-люционных и продуктивных идей в науке, особенно в теории самоорганизации как основе постнеклассической эволюционной парадигмы. Эпикур, в отличие от предшественников, считал чувственное восприятие внешнего мира истин-ным, а недостоверность полученных знаний объясняется, по его мнению, ошибками, которые возникают при истолковании ощущений. Философия Эпи-кура ставила во главу человеческой деятельности познание мира, которое осво-бождает человека от суеверий и невежества, избавляет от страха перед неиз-вестным и от неуверенности в жизни, а следовательно, делает его счастливым.
6. Солнечная система – компактная космическая система, состоящая из девяти больших планет и их спутников, обращающихся по эллиптическим орбитам во-круг центральной звезды – Солнца, а также множества малых планет-астероидов, комет, метеоритов и межпланетной пыли.
Солнце – типичная звезда нашей Галактики (желтый карлик), имеющая средний диаметр 1,4*107 км, массу 1,99*1030 кг, среднюю плотность вещества 1,41 г/см3, температуру поверхности 5780о К и средний период вращения во-круг оси 25,38 земных суток, причем Солнце, как плазменное образование, не является твердым телом и поэтому заметно деформировано – растянуто по эк-ватору и сжато на полюсах. В Солнце сосредоточено 99,866% всей массы Сол-нечной системы. Процессы, протекающие на Солнце характеризуются 11-летним циклом активности. Среднее количество лучистой энергии, поступаю-щей за 1 минуту на поверхность 1 см2 на расстоянии в 1 астрономическую еди-ницу (т.е. расстояние до Земли) называется солнечной постоянной и равно 1,95 калории на см2 в мин.
Планеты Солнечной системы делятся на два класса – планеты земной группы, обладающие сходным химическим составом, и планеты-гиганты, в ос-новном состоящие из застывших газов.
А) Планеты земной группы:
Меркурий – ближайшая к Солнцу планета (57,1 млн. км) имеет средний диаметр 4865 км, массу 3,3*1023 кг, период обращения вокруг Солнца 88 суток, со средней скоростью 48 км/сек, период вращения вокруг оси 59 суток. Средняя плотность 5,4 г/см3 , атмосфера практически отсутствует.
Венера – вторая планета (108 млн. км), имеет диаметр 12 100 км, массу 4,9*1024 кг, период обращения 224,7 суток со средней скоростью 35 км/сек, пе-риод собственного вращения 243,2 суток. Венера обладает мощной атмосфе-рой, состоящей на 96,5% из углекислого газа, на 3,5% из азота и практически лишенной кислорода, средняя величина атмосферного давления примерно в 70 раз больше земного, температура поверхности вследствие парникового эффекта достигает 450о Цельсия.
Земля – третья планета Солнечной системы (149,5 млн. км – 1 астроно-мическая единица - а.е.). Период обращения вокруг Солнца равен 365,24 суток со средней скоростью 30 км/сек, период вращения вокруг собственной оси ра-вен 23 часа 56 минут 4,1 сек. Масса Земли составляет 5,976*1024 кг, средний диаметр земного шара, а точнее т.н. геоида равен 12 742,064 км, средняя плот-ность земного вещества равна 5,52 г/см3. Атмосфера состоит из азота – 78,1%, кислорода – 21%, углекислого газа – 0,034%, аргона – 0,9%, водяного пара – 0,1% и незначительного количества некоторых инертных газов, а также ряда органических и неорганических соединений. Основные элементы земной коры: кислород – 46,6%, кремний – 27,7%, алюминий – 8,13%, железо – 5%, кальций – 3,63%, натрий – 2,83%, калий – 2,6%, магний – 2,1%, титан – 0,6%.
Земля по количеству воды, находящейся в жидком состоянии, является уникальной планетой Солнечной системы. Мировой океан занимает более 71% её поверхности. Если выровнять поверхность земного шара, убрать горы и впа-дины океанов, то слой образовавшейся водной поверхности достигал бы 2,4 км. Кроме Мирового океана водные ресурсы Земли представлены реками, озерами и ледниками Гренландии и Антарктиды – всё это относится к поверхностной гидросфере, где на долю океана приходится 97,48%, на ледники – 2,5%, а ни-чтожная остальная часть приходится на реки, озера и атмосферную влагу. Сама же поверхностная гидросфера составляет примерно 58% всей земной гидросфе-ры, остальная часть воды составляет подземную гидросферу, куда входят как свободные подземные воды, так и вода, которая физически и химически связа-на в минералах и горных породах. В литосфере (земной коре) и на её поверхно-сти содержится около 2,5 миллиардов кубических километров воды, что со-ставляет примерно 0,04% всей массы Земли. Из этого количества всего около 420 млн. куб. км. приходится на воду, связанную в породах и минералах.
Луна – спутник Земли, находящийся на расстоянии 384 400 км, имеющий массу 7,35*1022 кг, средний диаметр 3476 км, среднюю плотность вещества 3,35 г/см3. Луна полностью лишена атмосферы, её поверхность покрыта многочис-ленными кратерами от ударов метеоритов, температурные перепады на поверх-ности варьируют от +130о на дневной стороне до –170о Цельсия на ночной. Ис-следования лунного грунта показали полное отсутствие на Луне живого веще-ства.
Марс – последняя планета земной группы, четвертая от Солнца (при-мерно 225 млн. км или 1,5 а.е.). Масса 6,4*1023 кг, средний диаметр 6776 км. Период обращения по орбите - 1,88 лет со средней скоростью 24,1 км/сек, пе-риод собственного вращения - 24 ч. 39 мин. 35 сек. Марс обладает весьма раз-реженной атмосферой, состоящей на 95% из углекислого газа и на 2,5% из азо-та. На Марсе присутствует вода в виде вечномерзлых пород, находящихся под покровом песка, хорошо различимы в телескоп полярные шапки. Существуют предположения, что на Марсе могут быть примитивные формы живого вещест-ва. Марс имеет два небольших спутника – Фобос (27 км) и Деймос (15 км) не-правильной формы.
Пояс астероидов – образование между Марсом и Юпитером, состоящее из большого количества астероидов, мелких обломков и космической пыли, на таком расстоянии от Солнца, на котором, согласно закону Кеплера, должна бы-ла бы находиться планета. В 1804 году немецкий астроном Г.В. Ольберс вы-двинул гипотезу, что на этом месте была планета Фаэтон, которая впоследствии разрушилась под воздействием сил гравитации. В настоящее время эта гипотеза считается спорной. На движение астероидов оказывается значительное грави-тационное воздействие со стороны Юпитера, поэтому орбиты тел в поясе асте-роидов со временем изменяются. По современным оценкам число всех асте-роидов с размерами более 1 км. с надежно определенными орбитами превосхо-дит 3000, причем количество тех, орбиты которых пересекаются с орбитой Земли превышает 1300. Отсюда следует, что средняя частота падения на Землю больших астероидов равна примерно 1 раз в 100 000 лет.
Б) Планеты-гиганты:
Юпитер – пятая планета от Солнца (778,3 млн. км), совершающая пол-ный оборот за 11, 9 земного года, движущаяся по орбите со средней скоростью 13,1 км/сек. Период собственного вращения (по измерениям облачного слоя) составляет 11 часов, причем Юпитер вращается не как твердое тело, а подобно Солнцу, и сильно сжат на полюсах. Экваториальный диаметр Юпитера при-мерно 141 700 км, состав почти полностью определяется водородом – 74% и ге-лием – 26%, масса около 1,9*1027 кг, а средняя плотность 1,33 г/см3, что прак-тически не отличается от солнечной. Юпитер получает от Солнца в 27 раз меньше энергии, чем Земля, но при этом сам излучает энергии примерно в 2,7 раза больше того, что получает. Возможно, что аномальное тепловыделение обусловлено медленным, но постоянным его гравитационным сжатием (по аст-рофизическим оценкам около 1 мм в год), но также может быть, что внутри планеты-гиганта идут термоядерные реакции, - и тогда это дает основания счи-тать Юпитер очень холодной звездой, а нашу Солнечную систему – системой двойной звезды.
Юпитер имеет 14 спутников, из которых четыре самых больших были открыты Галилеем. Это огромные тела размеры и масса которых превышают лунные па-раметры. Так, в условных «лунных» единицах измерения диаметр и масса этих спутников соответственно равны: Ио – 1 и 1,14; Европа – 0,89 и 0,64; Ганимед – 1,44 и 2,09; Каллисто – 1,35 и 1,18. Обладая огромной массой (в 317 раз боль-шей, чем масса Земли), Юпитер силой своего тяготения, подобно Солнцу, мо-жет изменять гиперболические орбиты комет, залетевших в область Солнечной системы из дальнего космоса, на вытянутые эллиптические, и тем самым, как показал ещё Лаплас, увеличивать состав Солнечной системы.
Сатурн – шестая планета, отстоящая от Солнца на 1420 млн. км, совер-шающая полный оборот за 29,4 года, со средней скоростью движения по орбите 9,6 км/сек. Период собственного вращения (облачный слой) равен около 10 ча-сов. Экваториальный диаметр равен примерно 120 200 км, масса – 5,7*1026 кг, а средняя плотность вещества всего 0,7 г на куб. см. У Сатурна 17 спутников, са-мый крупный из которых Титан, примерно в 1,5 раза больше Луны, а также хо-рошо различимое в телескопы (еще Гюйгенсом в 1659 году) кольцо, точнее семь концентрических плоских колец, разделенных темными промежутками. Эти кольца состоят из огромного количества метеоритов и мелких метеорных и ледяных частиц, их толщина по космическим меркам ничтожна – всего около трех километров, и будучи примерно через каждые 15 лет обращенными к Зем-ле ребром, становятся невидимыми. Последнее «исчезновение» колец было от-мечено в 1994 году.
Уран – седьмая планета Солнечной системы, удаленная на 2871 млн. км от Солнца, имеющая период обращения около 84 года и среднюю скорость движения по орбите 6,8 км/сек. Собственный период вращения равен около 11 часов, экваториальный диаметр примерно 50 700 км, масса около 8,7*1025 кг, средняя плотность 1, 27 г/см3. Видимо, внутренние слои Урана состоят из более тяжелых элементов, чем Юпитер и Сатурн. В отличие от других планет Уран вращается в обратном направлении, лежа почти на боку, тогда как оси враще-ния других планет почти перпендикулярны плоскостям орбит. По последним данным (американский аппарат «Вояджер-2», 1986 год) вокруг Урана движется 15 спутников и имеется 11 колец. Самые крупные из них – Оберон и Титания были открыты У. Гершелем в 1787 году, они имеют диаметр примерно по 1500 км и движутся в обратном направлении относительно собственного вращения Урана.
Нептун – восьмая планета, находящаяся на расстоянии примерно 4500 млн. км от Солнца, совершающая полный оборот за примерно за 165 лет, со скоростью 5,43 км/сек. Собственный период вращения около 16 часов, диаметр 49500 км, масса примерно 1.05*1026 кг, плотность больше, чем у других планет-гигантов – 2,7 г/см3, что свидетельствует о наличии внутри Нептуна ядра, ви-димо, сложенного из пород, содержащих кремний, а также тяжелые элементы, характерные для планет земной группы. Нептун имеет два спутника Тритон (диаметр примерно 4000 км, обратное направление движения) и Нереида (300 км, прямое). В истории науки Нептун известен как планета, открытая «на кон-чике пера» – её орбита и положение на небесной сфере были предсказаны пу-тем математических расчетов, проделанных в 1846 году независимо друг от друга англичанином Дж. Адамсом и французом У.Ж.Ж. Леверье на основании законов Ньютона по наблюдаемым возмущениям движения Урана. Используя эти данные немецкий астроном И.Г. Галле обнаружил Нептун 23 сентября 1846 года. Этот день вошел в науку как момент торжества механики Ньютона и стал началом становления механической парадигмы мышления.
Плутон – последняя самая далекая планета (около 5950 млн. км от Солн-ца), делающая полный оборот по очень вытянутой орбите за 248 лет со средней скоростью 4,74 км/сек. Период собственного вращения составляет 6,4 земных суток, средний диаметр 6000 км, масса около 1,1*1024 кг. У планеты Плутон есть соизмеримый по величине спутник Харон, поэтому эту систему можно считать двойной планетой. Плотность вещества Плутона превышает величины, характерные для планет-гигантов и приближается к параметрам, характерным для планет земной группы. Это позволяет делать предположения, что Плутон образовался в области Солнечной системы, соответствующей внутренним пла-нетам, а потом в результате катастрофической гравитационной перестройки за-нял нынешнее положение, или даже считать, что он странник далеких миров и был некогда захвачен тяготением Солнечной системы.
Облако Оорта (кометное облако) – скопление орбит множества комет (порядка 100 млрд.) в области космического пространства, находящейся за ор-битой Плутона, что ещё можно считать самой периферией Солнечной системы. Эти кометы время от времени срываются со своих орбит и могут войти во внутренние районы Солнечной системы. Это кометное образование получило свое название по имени голландского астронома Яна Хендрика Оорта, который в 1927 году доказал, что наша Галактика вращается.
С облаком Оорта связана весьма дискуссионная теория о том, что когда через него (примерно раз в 30 млн. лет) проходит гипотетический спутник Солнца – малая звезда Немезида (очень вытянутая орбита которой находится где-то между орбитой Плутона и ближайшей к нам звездой Альфой Центавра, и якобы составляющая с нашим светилом систему двойной звезды), то она увле-кает за собой силой тяготения большое количество комет, которые меняют свои орбиты и входят во внутренние области Солнечной системы. Некоторые из них уже могли сталкиваться с Землей, что приводило к резким катастрофическим изменениям климата и соответствующим биосферным последствиям, некото-рые столкновения ещё впереди и могут стать причиной уничтожения всего че-ловечества (Немезида – богиня возмездия в древнегреческой мифологии). Сама по себе идея двойной звезды и катастрофических столкновений вполне научна, поскольку в Галактике это не такая уж редкость (есть астрономические наблю-дения даже целых сталкивающихся галактик), однако в данном конкретном случае реальной научной информации по этому поводу очень мало, и эта про-блема требует дальнейших исследований.
7. Ньютона законы (законы механики) – три уравнения движения, позво-ляющие полностью описать закономерности процесса перемещения тела под действием какой-либо силы или комбинации сил.
1). Закон инерции (закон Галилея): тело сохраняет состояние покоя или рав-номерного прямолинейного движения, если на него не действуют внешние си-лы. Таким образом, инерция – это способность тела сопротивляться любому изменению состояния его движения, - как ускорению, так и замедлению. При-мер: шайба, пущенная хоккеистом по льду (идеальное скольжение), двигалась бы вечно с приобретенной начальной скоростью, не требуя никакой новой силы для поддержания своего прямолинейного движения; для изменения этого со-стояния требуется приложить внешнюю силу. Космический аппарат, имея не-обходимую начальную скорость, будет вечно двигаться в безвоздушном про-странстве.
2). Закон ускорения: ускорение a, приобретаемое телом, прямо пропорцио-нально величине действующей силы F и обратно пропорционально массе m этого тела: F=ma. Пример: на тело, свободно падающее на землю, действует постоянная сила гравитации. При отсутствии прочих сил (сопротивления воз-духа и т.д.) тело будет двигаться с постоянным ускорением свободного падения g, и его скорость v будет увеличиваться прямо пропорционально ускорению и времени падения: v=gt, а пройденное им расстояние h расти пропорционально квадрату времени: h=gt2/2.
3). Закон равновесия (стационарности): в стационарном состоянии всякая си-ла, действующая на тело, вызывает равную ей по величине и противоположную по направлению (противодействующую) силу. Пример: предмет, падающий вниз или погружающийся в воду под действием силы тяготения, может дви-гаться равномерно (с некоторой постоянной скоростью), если сила тяжести бу-дет уравновешена силой сопротивления воздуха или воды (прыжок человека с парашютом, процесс погружения подводного аппарата на дно и т.п.).
Законы динамики Ньютона представляют собой математический язык механики, которому свойственны внутренняя непротиворечивость и полнота, что позволяет однозначно сформулировать и решить любую правильно постав-ленную задачу, допускающую использование классического макроскопическо-го приближения. Применение математических методов дифференциального ис-числения вместе с численными методами интегрирования и современным ком-пьютерным программным обеспечением расширяет его возможности и позво-ляет в рамках этих законов решать любые задачи механики с любой, заданной степенью точности, начиная от расчета режимов работы обычных машин и кончая расчетами траекторий движения космических аппаратов к удаленным объектам Солнечной системы.
Движение планет по орбитам вокруг Солнца, а также движение спутников по орбитам вокруг больших планет описывается законами Кеплера. Эти законы были открыты в 1619 году австрийским астрономом Иоганном Ке-плером и сыграли решающую роль в утверждении гелиоцентрической системы мира Коперника (1543 год). Все они вытекают из теории движения Ньютона, дополненной законом всемирного тяготения, и в современном изложении формулируются так:
Первый закон – каждая планета движется по орбите, представляющей со-бой эллипс (а не окружность как в античной геоцентрической системе), в одном из фокусов которого находится Солнце.
Второй закон – каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причем за одно и то же время, дуги (части эллипса), пройденные планетой по орбите, ограничивают в её плоскости секторы равной площади.
Третий закон – отношение квадратов времен обращения планет вокруг Солнца t равно отношению кубов их средних расстояний от Солнца (t1/t2)2 = (R1/R2)3 (среднее расстояние планеты от Солнца R равно большой полуоси эл-липса).
Из второго закона естественно вытекает, что планеты движутся по орби-там с переменной скоростью, что наблюдали еще древние греки, но в рамках представлений античной натурфилософии о высшем совершенстве кругового движения (а поэтому, для небесных тел единственно возможного), объяснить это явление не могли. Таким образом, именно исследования Кеплера привели к пересмотру античных представлений о круговом движении как самом совер-шенном и единственно возможном для планет.
Высокая точность предсказаний положения планет, следующая из зако-нов Кеплера, и явная простота по сравнению с геоцентрической системой Пто-лемея, обеспечила широкое признание гелиоцентрической системы Коперника среди астрономов уже в 17-м веке, несмотря на явные противоречия с очевид-ностью и всё ещё сильное влияние авторитета Аристотеля.
Еще раз заметим, что Кеплер не вывел свои законы из более общей тео-рии, а получил их методом математической аппроксимации (т.е. подгонки) данных астрономических наблюдений, поэтому он не мог объяснить, почему планеты движутся именно так, а не иначе. Ответ на этот вопрос дал Ньютон на основе фундаментального закона всемирного тяготения.
8. Космические скорости – скорости космических аппаратов, позволяющие им преодолевать силы тяготения тех космических объектов и систем, от которых они должны оторваться для выхода на орбиту.
1). При достижении первой космической скорости, равной для Земли 7,91 км/сек, запускаемый аппарат может выйти на околоземную орбиту и стать ис-кусственным спутником Земли. Величина первой космической скорости зави-сит от гравитационного ускорения свободного падения g (для Земли – 9,81 м/сек2) и радиуса планеты R (для Земли – среднее значение радиуса равно 6371 км) и, следовательно, для разных планет имеет различное значение. Общая формула имеет вид: v=(gR)1/2.
2). Приобретя вторую космическую скорость, запускаемый аппарат пол-ностью преодолевает тяготение соответствующей планеты и может выйти на параболическую траекторию полета к другим планетам Солнечной системы. Для запуска с Земли эта скорость равна 11,2 км/сек, общая формула такова: w=v2. При старте аппарата с других планет наблюдаются те же закономерно-сти, что и в первом случае.
3). Достигнув третьей космической скорости, равной для Солнечной сис-темы 16,7 км/сек, запускаемый аппарат преодолеет притяжение Солнца и мо-жет уйти в межзвездное космическое пространство по гиперболической траек-тории. (См. также: Циолковский).
9. Космические лучи – это поток стабильных частиц и фотонов высоких энер-гий, приходящих на Землю из космического пространства, а также вторичное излучение, порожденное ими при столкновениях с атомами газов, входящих в состав атмосферы. В него входят в той или иной мере все известные элемен-тарные частицы. Первичное излучение представлено в основном протонами (ядрами атома водорода, - 91,5%), альфа-частицами (ядрами атома гелия, - 7,8%) и небольшого количества ядер атомов прочих элементов, имеющих га-лактическое происхождение, и в некоторой степени обусловленных солнечной активностью. При взаимодействии космического излучения с ядрами атомов азота в атмосфере образуется радиоактивный изотоп углерод-14, который затем входит в состав углекислого газа. Общий поток первичного заряженного кос-мического излучения, попадающего в атмосферу эквивалентен электрическому току 0,1 Ампера.
В целом, первичная компонента космических лучей изотропна в про-странстве и неизменна во времени (по крайней мере в течение геологических эпох), интенсивность и состав вторичных потоков зависят от состава и плотно-сти атмосферы и изменяются с высотой над поверхностью Земли. Некоторые сезонные вариации интенсивности связаны с изменениями магнитного поля Земли под влиянием солнечной активности. Как и любая проникающая радиа-ция, космические лучи вызывают ионизацию атомов вещества, разрывая моле-кулярные связи, создают химически активные радикалы и могут изменять структуру молекул, в частности производить изменения в структуре молекулы ДНК – носителе генетической информации, обусловливая этим естественный процесс мутации.
Открыл космические лучи в 1912 году австрийский физик Виктор Франц Гесс и провел много исследований вариации их интенсивности в зависимости от высоты, при помощи высотных подъемов на воздушном шаре. В дальней-шем, изучение состава космических лучей и их реакций с ядрами специально приготовленных мишеней привело к открытию многих, до этого неизвестных, нестабильных элементарных частиц, таких как мезоны и гипероны. Важным компонентом космических лучей являются солнечные, галактические и внега-лактические нейтрино, с которыми, несмотря на исключительные трудности их регистрации, связываются надежды астрофизики и космологии на получение информации из самых глубин Вселенной, в частности, по проблеме возможно-сти существования в пределах горизонта событий значительных количеств ан-тивещества. (См. также: Нейтрино, Радиация).
10. Внутреннее строение Земли – это геологическая модель, описывающая структуру земного шара. Согласно современным геофизическим (в основном сейсмическим) данным, земной шар разделяется на три основные области – земную кору, оболочку и ядро. Под корой понимают верхний твердый слой, ко-торый имеет среднюю толщину на континентах примерно 30-40 км, тогда как в океанах она значительно меньше и составляет 10-20 км. Масса земной коры со-ставляет менее 1% всей массы планеты, а её объем – примерно 1,5% от объема земного шара. Оболочка, или т.н. мантия, Земли расположена ниже коры и со-стоит из верхней мантии (примерно до 400 км. вглубь земного шара) и нижней мантии (достигающей около 3600 км. глубины).
Внутри верхней мантии располагается т.н. астеносфера – слой понижен-ных скоростей распространения сейсмических волн, что свидетельствует о бо-лее низкой плотности и более высокой вязкости вещества, из которого этот слой состоит. Астеносфера имеет большую толщину под тектонически актив-ными областями – геосинклиналями, и его верхняя граница несколько припод-нята по сравнению с т.н. платформами – территориями, характеризуемыми бо-лее спокойным тектоническим режимом.
На массу оболочки приходится примерно 68% всей массы Земли и около 82% объема. Ядро, состоящее из внутренней и внешней частей, занимает цен-тральную область земного шара и составляет около 31% всей его массы и 16% всего объема. Полная масса Земли равна примерно 5,596*1024 кг, а её объем со-ставляет около 1,083*1012 куб. км.
Ядро состоит из расплавленных металлов, в том числе и радиоактивных изотопов, при распаде которых выделяется огромное количество энергии (на-пример, при радиоактивном распаде 1 г. радия выделяется примерно 140 кало-рий в минуту), вследствие чего температура ядра достигает 6000 градусов. Температура на границе оболочки и ядра считается равной 4000-5000 градусов, а температура Земли на глубине около 100 км. оценивается примерно в 1800 градусов. Более легкая твердая земная кора, имеющая среднюю плотность око-ло 2,8 г/см3, как бы плавает на расплавленном и гораздо более плотном вещест-ве мантии, и эти соображения лежат в основе теории дрейфа материков, или мобилизма.
Горные породы – естественные твердые природные образования, состав-ляющие земную кору. В геологии горные породы подразделяются на несколько типов:
а). Осадочные породы, накапливающиеся на дне морей и прочих водо-емов, - песчаники, известняки, глины, мергели и т.д., и аллювиальные (нанос-ные) осадочные отложения постоянных и временных водных потоков, накапли-вающиеся в руслах и поймах рек и ручьев, - рыхлые пески, галечники, слабоуп-лотненные глины и т.п. Отличительной особенностью осадочных пород являет-ся их слоистая структура;
б). Магматические породы, образовавшиеся на поверхности Земли при застывании и кристаллизации магмы – расплава глубинного вещества планеты, вытекающего на поверхность в процессе вулканической деятельности. Магма-тизм как процесс образования магмы и её взаимодействия с горными породами и внешней средой подразделяется на геосинклинальный, платформенный и океанический;
в). Метаморфические породы, возникающие в результате переработки (метаморфизма) как первично-осадочных, так и магматических пород, проис-ходящего с полным или почти полным изменением их минерального состава, структуры и пр. в условиях высоких температур и давлений, а также под дейст-вием химических факторов. К метаморфическим породам относятся гнейсы, кристаллические и глинистые сланцы, кварциты, различные виды мрамора и др.
Литосфера – верхняя твердая оболочка Земли, включающая земную ко-ру и часть верхней мантии, подстилаемой астеносферой. На континентах тол-щина литосферы достигает 400 км., под океанами – примерно 150-200 км. Об-ширные области литосферы, разделенные крупными глубинными разломами, называются в геологии литосферными плитами. Геологи выделяют семь круп-ных литосферных плит, т.е. таких частей земной коры, которые ведут себя как единые твердые образования – Антарктическая, Африканская, Евразиатская, Индо-Австралийская, Северо-Американская, Тихоокеанская, Южно-Американская плиты, на которые, согласно теории мобилизма, примерно 200 млн. лет назад раскололся древний единый суперматерик – Пангея. Литосфер-ные плиты медленно движутся друг относительно друга (в среднем на несколь-ко сантиметров в год), сходясь или расходясь на некоторых своих границах (т.н. дрейф материков).
В результате тесного соприкосновения границ проскальзывающих с тре-нием плит возникают резкие толчки, порождающие землетрясения. Разломы (или дизъюнктивы) – это тектонические нарушения сплошности горных пород с перемещением друг относительно друга частей, которые были разделены раз-рывом. В результате тектонических разрывов в процессе общей деформации горных пород возникают складки, т.е. изгибы пластов осадочных и метаморфи-ческих пород, которые могут быть обращены выпуклостью вниз (синклинали) или вверх (антиклинали). К границам плит приурочены горные хребты, глубо-ководные желоба, места активной вулканической деятельности, очаги мощных землетрясений.
Землетрясения – природные геотектонические катастрофы, состоящие в резких кратковременных вибрациях земной поверхности, которые возникают в результате трения литосферных плит при тесном соприкосновении их границ при движении. В тех случаях, когда плиты сходятся слишком быстро, вместо медленного процесса общей деформации земной поверхности – коробления и изгиба горных пород, приводящих к горообразованию, когда постепенно воз-никают складки пластов осадочных и метаморфических пород, энергия дефор-мации плит высвобождается рывком. В процессе движения вдоль разлома край одной плиты с огромной силой надвигается на край другой плиты, энергия де-формации плит постепенно накапливается и некоторое время не находит выхо-да, затем в течение очень короткого времени (нескольких секунд) накопленная энергия выделяется в виде сейсмических толчков. Мощность каждого из таких толчков в эпицентре землетрясения может сравниться с мощностью одновре-менного взрыва нескольких атомных бомб.
Для оценки силы землетрясений в сейсмологии используется т.н. шкала Рихтера, названная по имени американского сейсмолога Чарльза Рихтера (1900-1985). Это шкала логарифмического типа, в которой общей (суммарной) энер-гии упругих колебаний поверхности, вызванных землетрясением – т.н. магни-туде, поставлены в соответствие натуральные числа (от 1 до 10), имеющие смысл характеристик десятичного логарифма. Это значит, что при увеличении магнитуды на единицу, величина смещения колеблющегося грунта (амплитуда сейсмических волн) возрастет в 10 раз. Энергия, которая выделяется в очаге землетрясения, при возрастании магнитуды на единицу, увеличивается пример-но в 30 раз. При магнитуде, равной 1 высвобождаемая энергия землетрясения равна примерно 2*106 Дж, тогда как при магнитуде 9 – она равна 2*1018 Дж.
11. Теория относительности – физическая теория пространства и времени и их взаимосвязи с материей и законами её движения. Та часть теории относитель-ности, в которой не рассматриваются эффекты, обусловленные гравитацией, называется специальной, или частной, теорией относительности (СТО), в то время, как т.н. общая теория относительности (ОТО) представляет собой со-временную теорию тяготения, в которой ньютоновское понятие гравитацион-ной силы, свойственной массам всех материальных тел и описываемой законом всемирного тяготения, трактуется как проявление геометрической кривизны пространства, искривленного в данной области находящимися там массами.
1). СТО выдвинута А. Эйнштейном в 1905 году с целью преодолеть труд-ности, возникшие в классической физике при попытках интерпретации оптиче-ских явлений в движущихся средах или при движении источника света. Основ-ным парадоксом в рамках классической физики была независимость (неадди-тивность) скорости света с от скорости источника v, т.е. с=c, эксперимен-тально доказанная в 1887 году американскими физиками Майкельсоном и Мор-ли. Это нарушает преобразования Галилея (в частности, аддитивность скоро-стей движущихся друг относительно друга материальных тел), а также свиде-тельствует о невозможности обнаружения светоносной среды – эфира эмпири-ческим методом. Последнее обстоятельство позволило Эйнштейну отказаться от концепции эфира как принципиально ненаблюдаемой сущности, а значит не являющейся объектом естественных наук.
В основу СТО Эйнштейн положил два постулата: все инерциальные сис-темы отсчета равноправны и скорость света в вакууме постоянна и не зависит от скорости источника. Причем эта величина является пределом для скоростей любых материальных процессов, по крайней мере, в наблюдаемой области ре-альности. Математическую основу СТО составляют, альтернативные галилеев-ским, преобразования координат и времени при переходе из одной инерциаль-ной системы отсчета в другую - т.н. преобразования Лоренца, полученные вы-дающимся голландским физиком Х.А. Лоренцом, из которых следуют эффекты замедления времени: t=t0/ (1-b2)1/2 и сокращения длины: s=s0(1-b2)1/2, где b=v/c. К этому Эйнштейн дополнительно вывел формулы увеличения массы движу-щегося тела по сравнению с массой покоя: m=m0/(1-b2)1/2 и связи энергии с мас-сой покоя материальных тел: E=mc2. Эти соотношения показывают, что в дви-жущейся системе отсчета, время течет медленнее, линейные размеры тел в на-правлении движения меньше, а масса тел больше по отношению к тем же вели-чинам в покоящейся системе.
Поскольку в макромире c>>v, то b<<1, и эффекты, связанные с СТО (т.н. релятивистские эффекты) практически никогда не проявляются, поэтому для описания процесса движения вполне достаточно классической ньютоновской механики. Объекты микромира часто движутся с субсветовыми скоростями, поэтому эффекты СТО там сильно выражены. Все они в настоящее время под-тверждены экспериментально (например, на ускорителях), а СТО стала одной из общепринятых теорий современной неклассической физики.
2). ОТО разработана Эйнштейном в 1915 - 1917 годах под влиянием вы-дающегося немецкого физика и математика Германа Минковского, который в 1908 году выдвинул идею об объединении трех измерений пространства и вре-мени в один четырехмерный пространственно-временной континуум, в котором справедлив один из вариантов неевклидовой геометрии (псевдоевклидова гео-метрия) – т.н. пространство Минковского. Таким образом Минковский ввел представление о четырехмерном мире, элементы которого (события) имеют фи-зическую реальность независимо от какой бы то ни было системы отсчета. Эйнштейн добавил к этому постулат о тождественности гравитационной и инертной масс, откуда следует, что гравитация и ускорение эквивалентны, а также выдвинул идею о том, что геометрия пространства-времени учитывает распределение материи, а то, что в ньютоновской картине мира понимается как сила гравитации, в новых представлениях соответствует искривлению про-странства-времени тяготеющими массами.
Для описания конфигурации искривленного пространства-времени (про-странственно-временной метрики) Эйнштейн воспользовался римановой кри-волинейной геометрией, - неэвклидовой геометрией пространства с переменной кривизной и математическим аппаратом тензорного анализа. Записанные в тен-зорных обозначениях законы сохранения инвариантны относительно любых реально существующих систем отсчета. Понятие прямых линий, по которым в классической механике движется луч света, заменено в ОТО на понятие наибо-лее прямых траекторий (т.е. геодезических линий в данном кривом пространст-ве), форма которых определяется структурой искривленного пространства-времени. Например, все тела, свободно падающие в поле тяготения Земли или любого другого объекта, движутся по геодезическим траекториям пространст-ва-времени.
На основании ОТО Эйнштейн предсказал три астрономических эффекта, в частности, искривление траектории светового луча, проходящего вблизи мас-сивных тел, например, звезд. Этот эффект получил экспериментальное под-тверждение в 1919 году, когда английский астроном Артур Эддингтон, наблю-дая положение далеких звезд во время солнечного затмения, сравнил его с фо-тографиями звездного неба в обычное время и обнаружил предсказанное Эйн-штейном отклонение на 1,75”. Красное смещение частоты света при движении луча против сил гравитационного поля и фиолетовое смещение, возникающее в противном случае, которое было предсказано на основании ОТО, также доказа-но экспериментально в прецизионных измерениях с использованием излучения лазера.
Необходимо заметить, что факт независимости скорости света (в вакуу-ме) от относительной скорости источника и приемника не нарушает закон со-хранения энергии, поскольку в результате эффекта Допплера происходит изме-нение длины волны (и, следовательно, частоты) света так, что при относитель-ном движении источника и приемника навстречу друг другу, частота электро-магнитных колебаний увеличивается (фиолетовое смещение), а при движении в противоположном направлении частота уменьшается (красное смещение). По-скольку энергия электромагнитных колебаний Е связана с частотой n по фор-муле E=hn, где h – постоянная Планка, то очевидно, что при встречном движе-нии энергия фотонов (квантов электромагнитного поля) возрастает, а в обрат-ном случае – уменьшается, хотя скорость относительного движения фотонов во всех системах отсчета всегда равна скорости света. В настоящее время сущест-вуют и альтернативные теории тяготения, но достаточно широкие объясни-тельные возможности теории относительности пока оставляют за ней право считаться универсальной моделью гравитации. (См. также: Неевклидова гео-метрия, Лобачевский, Эйнштейн).
12. Элементарные частицы – субатомные объекты, представляющие собой специфическую форму структурной организации вещества в микромире. Могут быть стабильными: электрон, протон, нейтрино, фотон и нестабильными: ней-трон, различные мезоны и гипероны, а также представлять класс особенно ко-роткоживущих, (порядка 10-24 сек.), называемых резонансными. Лептоны со-ставляют класс легких частиц, мезоны – это промежуточные по массе между барионами (т.е. тяжелыми или, правильнее, массивными частицами) и лептона-ми, а гипероны – это «сверхмассивные» частицы. В настоящее время с помо-щью ускорителей обнаружено очень большое количество элементарных частиц (несколько сотен), представляющих класс адронов (т.е. сильно взаимодейст-вующих), среди которых только барионы – протон и нейтрон широко распро-странены и составляют основу строения мира. Все остальные объекты микро-мира короткоживущи и практически мгновенно распадаются за счет слабого или сильного взаимодействия. В действительности (кроме лептонов – фотона и нейтрино и м.б. электрона) все эти объекты элементарными не являются, а имеют сложную внутреннюю структуру.
Согласно современной теории элементарных частиц, все частицы (кроме лептонов) можно «построить» посредством известной комбинации «истинно элементарных» частиц – т.н. кварков (см.). Следует заметить, что введенное в физику микромира название лептоны (легкие), соответствующее подразделе-нию объектов по массе, относительно более тяжелых протона и нейтрона (ба-рионов), не отражает современное положение вещей – так, например, «тау»-частица, относящаяся по всем признакам к лептонам, имеет массу, превышаю-щую массу типичных барионов и даже гиперонов. Все элементарные частицы (кроме фотона) имеют соответствующие античастицы, фотон является сам себе античастицей. Поведение элементарных частиц, их взаимодействие с полями и процессы их взаимопревращений достаточно хорошо описываются законами квантовой механики. Все, представленные в таблице частицы, согласно прин-ципу симметрии, имеют соответствующие античастицы.
Таблица некоторых основных элементарных частиц:
Название масса (э.м.) заряд время жизни (сек)
А). Лептоны:
Электрон 1 -1 стабилен
Мюон 206,7 -1 2,2*10-6
Тау-лептон 3536,0 -1 10-12
Электронное нейтрино 0 0 стабильно
Мюонное нейтрино 0 0 стабильно
Тау-нейтрино 0 0 стабильно
Б). Мезоны – (пионы и каоны):
Пи-мезон (заряж.) 273,2 -1 2.56*10-8
Пи-мезон (нейтр.) 260 0 4*10-16
Ка-мезон (заряж.) 966,5 -1 1,22*10-8
Ка-мезон (нейтр.) 966 0 10-10
В). Гипероны:
Лямбда-ноль 2182 0 2,63*10-10
Сигма-плюс 2333 +1 0,8*10-10
Сигма-минус 2348 -1 1,48*10-10
Сигма-ноль 2339 0 6,0*10-20
Кси-ноль 2220 0 2,9*10-10
Кси-минус 2592 -1 1,65*10-10
Омега-минус 3280 -1 1,1*10-10
Одной из самых фундаментальных характеристик элементарных частиц является спин. Спин (от англ. вращаться) – это собственный механический мо-мент количества движения (импульса) элементарных частиц или атомных ядер, имеющий квантово-механическую природу и не связанный с движением части-цы как целого. Спин имеет векторный характер (т.е. характеризуется величиной и направлением) и может служить для ориентации частицы в данной системе координат. Спиновое квантовое число измеряется в единицах постоянной Планка и может иметь целое, полуцелое и нулевое значение. В соответствии с этим по статистическим закономерностям поведения ансамбля частиц их отно-сят к фермионам или бозонам. Представление о спине возникло на заре разви-тия квантовой механики и связано с классической аналогией, согласно которой частица (в виде шарика) вращается вокруг своей оси (как волчок), что и приво-дит к появлению вектора момента импульса. По той же аналогии вводится дру-гой квантовый параметр, характеризующий движение электрона вокруг атом-ного ядра по соответствующим орбитам – т.н. орбитальный момент количества движения. На самом деле и спин частиц, и орбитальный момент количества движения электрона являются чисто квантовыми понятиями, имеющими очень отдаленное сходство с их прототипами из мира классической механики.
Концепция спина была введена в физику элементарных частиц в 1925 го-ду американскими физиками Дж. Уленбеком и С. Гаудсмитом, исходившими из экспериментальных данных по магнитным свойствам отдельных электронов. Однако здесь выявился квантовомеханический парадокс, заключающийся в аномальной величине собственного магнитного момента электрона, который оказался в два раза больше, чем следует из классической электродинамики в модели вращающегося вокруг своей оси электрически заряженного шарика.
Из ряда других экспериментов со спином электрона при вращении его в магнитном поле следует, что электрону свойственна особая форма вращатель-ной симметрии, состоящая в том, что для возвращения электрона в исходное состояние необходимо совершить полный поворот не на 360 градусов, как в макромире, а на 720, т.е. по нашим понятиям совершить не один, а два полных оборота. Интересно то, что при, условно говоря, движении электрона по атом-ным орбитам, которое характеризуется орбитальным механическим моментом количества движения, связанная с этим «вращением» величина магнитного мо-мента никаких аномалий не проявляет.
Это свидетельствует о том, что такие особенности пространственной метрики микромира, как особого уровня реальности, которые в современной физике принято считать его фундаментальными свойствами, недоступны клас-сическому сознанию и требуют для описания и интерпретации использования строгого математического языка квантовомеханического формализма. Любые попытки наглядного толкования этих и других необычных свойств мира эле-ментарных частиц в доступных человеку образах и понятиях здравого смысла с привлечением привычных аналогий из классической науки для введения новых знаний в общекультурный контекст в целом искажают и огрубляют картину микромира, часто закрепляя в сознании удобные популярные заблуждения.
В некоторых случаях в картину микромира даже вносятся элементы ан-тропоморфизма, вроде представлений о свободе воли электрона при трактовке вероятностного и неоднозначного поведения квантовых объектов. Такие гипо-тезы довольно серьезно обсуждались неспециалистами в первой половине 20-го века, однако в действительности подобные эффекты, характерные для микро-мира, подпадают под действие принципа неопределенности и объясняется чис-то естественнонаучным образом. (См. также: Электрон, Позитрон, Нейтрон).
13. Квантовая механика – (также волновая механика), неклассическая теория, позволяющая описать закономерности различных процессов движения, взаимо-действия и превращения элементарных частиц вещества и полей в масштабах микромира – субатомной реальности. В основе квантового подхода лежит ги-потеза выдающегося немецкого физика Макса Планка, выдвинутая в 1900 году (позднее подтвержденная экспериментально), о том, что в микромире все про-цессы изменения и превращения энергии происходят не непрерывно, а скачка-ми, т.е. квантами (порциями), причем наименьшая порция энергии соответству-ет т.н. кванту действия и выражается фундаментальной величиной - постоянной Планка h = 6,626*10-34 Дж*сек. Любой энергетический переход измеряется только целым числом квантов энергии, например, энергия электромагнитного излучения, испускаемого или поглощаемого орбитальными электронами ато-мов, равна произведению постоянной Планка на частоту колебаний его волны, -эту закономерность впервые осознал Эйнштейн в 1905 году, а в 1913 году ее применил Н. Бор для объяснения структуры атома.
Из этой модели следовало, что движение электронов в атоме квантовано, т.е. в аналогиях классической механики (для наглядности) это соответствует тому, что радиусы орбит электронов вокруг ядра, а значит и их потенциальная энергия, могут принимать только дискретные значения, кратные натуральному ряду чисел (квантовым числам). Числу 1 соответствует основное энергетиче-ское состояние, следующим числам – возбужденные. Квантование не нарушает закон сохранения энергии, он в квантовой механике выполняется дискретно и описывает переход электрона с одной орбиты на другую (энергетический ска-чок) с излучением фотона (кванта электромагнитного поля) с энергией, равной разности потенциальных энергий электрона на этих орбитах: hn=E2 -E1 , где n – частота электромагнитных колебаний.
Динамическое поведение частиц, взаимодействующих с полями, (в част-ности электрически заряженной частицы с электромагнитным полем), описыва-ет т.н. волновое уравнение Шредингера, - квантовомеханический аналог клас-сического гамильтониана, описывающего в ньютоновской механике поведение макроскопической динамической системы. Уравнение Шредингера наиболее просто моделирует поведение одной элементарной частицы в силовом поле, но применяется и для системы многих частиц, для которых задана потенциальная энергия во внешнем поле и энергия их взаимодействия. Решением уравнения Шредингера является набор волновых функций, аналогичных таким, которые в классической механике описывают процесс распространения волновых колеба-ний в среде (т.н. «пси»-функций), но собственные частоты которых подчиняют-ся законам квантования. Задача нахождения волновой функции в общем случае может быть очень сложной, а в ряде случаев (большие, сложные системы ато-мов – т.н. статистические квантовые ансамбли) волновое описание недостовер-но и, как и в классической механике, требует статистических подходов.
Помимо дискретности энергетических состояний объектов микромира, существует еще одно принципиальное отличие его от макромира – это наличие у частиц материи волновых свойств, а у волн электромагнитного поля – кор-пускулярных (т.н. корпускулярно-волновой дуализм). Волновое уравнение Шредингера как раз соответствует волновому характеру движения в простран-стве объектов микромира, а решения его в виде волновых функций («пси»-функций) в квантовой механике описывают специфические особенности веро-ятностного поведения микрообъектов, обусловленные явлением нелокальности, несуществующим в классической механике, но совершенно обычном в мире элементарных частиц. (См. также: Шредингер).
14. Корпускулярно-волновой дуализм – явление двойственности или двуеди-ности, совмещающее корпускулярное и волновое поведение объектов микро-мира – элементарных частиц и фотонов (квантов электромагнитного поля). Оно состоит в том, что в зависимости от энергии, электромагнитное излучение (в частности, свет), в оптических опытах проявляющее волновые свойства – ди-фракцию и интерференцию, в других случаях проявляет корпускулярные свой-ства, т.е. волны ведут себя как частицы, передавая импульс другим частицам, например, выбивая электроны из металлов. Это явление т.н. фотоэффекта, не-объяснимого с точки зрения классической оптики, в 1905 году объяснил Эйн-штейн, который, используя квантовую гипотезу М. Планка, ввел понятие фото-на – кванта электромагнитного поля, т.е. как бы элементарной частицы света. В этом вопросе у Эйнштейна были предшественники, - так например, Ньютон, в отличие от Гюйгенса, считал свет потоком крошечных частиц. Корпускулярно-волновой дуализм электромагнитных процессов, таким образом, стал научным фактом, получившим теоретическое объяснение и экспериментальное подтвер-ждение.
В 1924 году выдающийся французский физик Луи де Бройль распростра-нил представления об универсальности корпускулярно-волнового дуализма на закономерности поведения всех объектов микромира. Он, на основании анало-гии с фотоном, математически доказал, что любые элементарные частицы об-ладают, наряду с корпускулярными, также и волновыми свойствами. Эти выво-ды были настолько революционны, что даже Эйнштейн писал о диссертации де Бройля одному из коллег: «Прочтите её. Хотя и кажется, что ее писал сума-сшедший, написана она солидно». Однако, после выдвижения идеи об универ-сальности корпускулярно-волнового дуализма необходимо было поставить со-ответствующий эксперимент, который подтвердил бы или опроверг теорию де Бройля. Такой опыт был проведен в 1927 году американскими физиками Де-виссоном и Джермером, наблюдавшими дифракцию электронов (частиц!) на кристаллах. Впоследствии волновые свойства частиц, проявляющиеся в зави-симости от их массы и энергии в большей или меньшей степени, были обнару-жены у всех элементарных частиц. Волновые свойства электрона лежат в осно-ве действия электронного микроскопа, дающего в тысячи раз большее увеличе-ние, чем оптические приборы, поскольку длина волны электрона в тысячи раз меньше, чем у фотонов видимого света.
Волны де Бройля не соответствуют понятию волны в классической физи-ке. Там волна – это распространяющиеся в пространстве колебания вещества (среды) как целого (например, звук в воздухе) или поля (радиоволны), а в физи-ке микромира - это некоторое состояние частицы, формально описываемое при помощи математики волновых процессов. Физическое истолкование волновых свойств самих частиц долгое время вызывало дискуссии, - некоторые физики объясняли это как признак нелокализованности микрообъектов (т.е. как бы «размазанность» частиц по всему пространству). В настоящее время принята трактовка, данная известным немецким физиком Максом Борном, который ус-тановил, что по волновому закону изменяется некая характеристика микрообъ-екта, которую он назвал амплитудой вероятности нахождения частицы в дан-ной области пространства или «пси»-функцией, - она как раз и входит в волно-вое уравнение Шредингера как волновая функция, параметры которой прини-мают дискретные значения т.е. квантуются. Она выступает в квантовой меха-нике как основной носитель информации и о корпускулярных, и о волновых свойствах частиц и отражает фундаментальное свойство квантовомеханических систем, проявляющееся при измерении их параметров, и не имеющее аналога в классической физике – т.н. принцип неопределенности.
Философский смысл трактовки Борном этих волн вероятности исключает размазанность частиц по пространству, а сводится к тому, что свободный элек-трон или другая частица продолжают фигурировать в теории в виде точечного объекта, но вероятность обнаружить его в любой точке пространства в принци-пе не равна нулю. В связанной системе частиц (например, в пространстве ато-ма), имеются области, где вероятность нахождения электрона в одном месте го-раздо больше, чем в каком-либо другом. Такое более адекватное опыту понятие «сгустков» вероятности заменило первоначальное представление об орбитах электронов, которые можно теперь воспринимать как пережиток стремления к классическому способу интерпретации фактов, встраиваемых в картину мира на основе наглядности и привычных (в данном случае планетарных) аналогий.
15. Неопределенности принцип – фундаментальное положение квантовой теории, утверждающее, что любая физическая система в микромире или от-дельная элементарная частица не могут находиться в состояниях, в которых ко-ординаты их положения в пространстве и импульс, характеризующий динамику процесса, одновременно принимают вполне определенные и точные значения. Сформулирован в 1927 году выдающимся немецким физиком Вернером Гей-зенбергом на основе разработанного им матричного варианта квантовой меха-ники (Нобелевская премия за 1932 год). Обычно любому физическому измере-нию, приводящему к некоторому результату Zi, всегда сопутствует некоторая погрешность dZi, и окончательный результат эксперимента, «имеющий право» считаться научным, представляется в виде: ZidZi.
В классической механике не существует никаких принципиальных при-чин, которые препятствуют уменьшению погрешности измерений как коорди-нат, так и импульсов движущихся объектов, - были бы соответствующие при-боры и достаточная статистика. В квантовой механике существует принципи-альное (т.е. связанное с фундаментальными свойствами материи) ограничение на одновременное улучшение точности измерений параметров системы, кото-рое описывается т.н. соотношением неопределенностей и абсолютно не зависит от совершенства или несовершенства измерительной техники. Количественно оно формулируется так: если dx - неопределенность значения координаты x квантовомеханического объекта, а dp - то же для проекции его импульса p на ось х (одномерный случай), то произведение неопределенностей этих парамет-ров по порядку величины не может быть меньше постоянной Планка, - dx*dpхh. Для двух других координат y и z соотношение аналогично.
Существует и другая формулировка соотношения неопределенностей: ес-ли dE - неопределенность энергии системы E, а dt - неопределенность времени существования данного энергетического состояния t, то справедливо неравен-ство: dE*dth. Из этих соотношений вытекает, что любые попытки увеличить точность измерений одного параметра, т.е. уменьшить его неопределенность, неизбежно приводит к потере точности определения значения другого. Это принципиальное для явлений микромира положение связано с корпускулярно-волновым характером движения квантовых объектов, и не проявляется в мак-ромире. Таким образом, согласно традиционной (копенгагенской) интерпрета-ции квантовой механики, пока не указаны условия эксперимента, т.е. наблюде-ния, спланированного наблюдателем, невозможно сказать, является ли объект микромира волной или частицей.
Следующий пример поясняет принципиальную разницу между законо-мерностями движения объектов макро- и микромира. Рассмотрим движение макрообъекта – пули, диаметром 1 см, массой m=10 г, летящей со скоростью v=400 м/сек. Среднеквадратичная ошибка (неопределенность) при измерении скорости движения пули пусть будет равна 1% или dv= 4 м/сек или 400 см/сек. Электрон (микрообъект), имеющий массу порядка 10–27 г, средний диа-метр порядка 10–13 см, движется со скоростью примерно 100 км/сек. Если масса электрона неизменна (релятивистские эффекты малы), то при той же погрешно-сти измерений, неопределенность его скорости составляет dv= 105 см/сек. То-гда, согласно принципу неопределенности, имеем: dv*dx=h или dx=h/m*dv, от-куда, следует, что неопределенность положения (координаты) пули равна при-мерно dx=10– 30 см, что в сравнении с её размерами – исчезающе малая величи-на, тогда как для электрона неопределенность координаты составляет dx=10–5 см, что превышает его собственные размеры на 8 порядков! Именно поэтому все квантовомеханические эффекты никак не проявляются в макромире, но принципиально неустранимы в микромире.
Принцип неопределенности лежит в основе объяснения всех виртуальных процессов и является научной опорой космогонических теорий типа Большого взрыва при объяснении возможности спонтанных энергетических переходов такого рода в первичном квантовом вакууме. Он входит в качестве концепции фундаментального значения в т.н. копенгагенскую интерпретацию квантовой механики. Ряд крупнейших физиков и философов (научных противников Ко-пенгагенской школы Н. Бора) неоднократно пытались разработать схемы мыс-ленных экспериментов, в которых можно было бы обойти неопределенность микромира.
Выдающийся английский философ Карл Поппер, пытаясь «спасти» де-терминизм в явлениях микромира, придумал идею о т.н. предрасположенности частицы проявить корпускулярные или волновые свойства при взаимодействии с детектором как объективном её свойстве. «Эти предрасположенности, - писал он, - определяются всей целостной структурой измерительной установки. Нет необходимости приписывать индетерминизм отсутствию точности в определе-нии состояния частицы и, стало быть, соотношениям неопределенностей. По-следние сами возникают в виде соотношений рассеяния, вследствие того, что детерминистическое взаимодействие замещается предрасположенностями к взаимодействию. Мы, таким образом, не только отвергаем ошибочную веру в то, что неопределенность возникает (или частично возникает) из-за нашего вмешательства, измерения и т.д., но также объясняем эту веру. Ибо каждое из-мерение основывается на взаимодействии частиц и, следовательно, действи-тельно в соответствии с распределением предрасположенностей создает рас-сеяние. Но то же самое бесчисленное множество раз случается и тогда, когда нет ни наблюдателя, ни наблюдения».
В сущности, все такие попытки основывались на том, что квантовая ме-ханика не является полной фундаментальной теорией, т.е. её вероятностный характер и индетерминизм результатов обусловлен тем, что она не учитывает некоторые т.н. скрытые параметры, которых как раз не хватает для полноты описания явлений микромира и получения в экспериментах с частицами детер-минированных результатов. Наиболее известен эксперимент с двумя частица-ми, придуманный Эйнштейном, Подольским и Розеном (результат знаменитой многолетней дискуссии Эйнштейна с Бором), который, как казалось Эйнштей-ну, стоявшему на позициях детерминизма, может опровергнуть соотношение неопределенностей.
Суть эксперимента состоит в том, что если точно измерить один параметр у первой частицы (другой параметр при этом неизвестен), а после их взаимо-действия точно измерить другой параметр у второй частицы (первый параметр при этом также неизвестен), то для каждой частицы в отдельности соотношение неопределенностей Гейзенберга выполняется, зато для системы двух частиц, применяя законы сохранения энергии и импульса, эту неопределенность можно обойти. При этом предполагалось, что поведение микрочастиц (например, двух фотонов) локально, - т.е. на большом расстоянии они некоторое время друг друга не «чувствуют», потому, что если даже повторное взаимодействие между ними и произойдет, то его скорость, согласно специальной теории относитель-ности, не может превысить скорость света. Именно за это время, пока они друг друга не чувствуют, и следует произвести измерения нужных параметров.
В 1964 году известный физик из ЦЕРНа (Женева) Джон Белл, проанали-зировав квантовомеханическое описание микромира в копенгагенском виде и все имеющиеся модели со скрытыми параметрами, доказал теорему о несо-вместимости традиционной квантовой механики и любых локальных теорий со скрытыми параметрами, он вывел также необходимые критерии для экспери-ментальной проверки этих положений. В результате многолетней подготовки группа французских физиков из Оптического института Парижского универси-тета под руководством Алена Аспека смогла в 1982 году провести двухфотон-ный эксперимент по проверке соотношений Белла, который во времена Бора и Эйнштейна был невозможен. Это эксперимент показал, что обойти соотноше-ние Гейзенберга невозможно, все локальные модели со скрытыми параметрами несостоятельны, тогда как квантовая механика дает настолько адекватное опи-сание микромира, насколько это вообще возможно, а корпускулярно-волновой дуализм, вероятностный характер (индетерминизм) поведения частиц и фото-нов и неопределенность квантовых параметров – суть то, что можно назвать объективными свойствами квантовомеханических объектов.
16. Динамические и стохастические системы.
Динамическая система – система элементов различного типа, причины движения которой можно свести к действию каких-либо конкретных движущих сил, которые, в свою очередь, можно свести к некоторой равнодействующей (эффективной) силе, обусловливающей закономерности развития этой системы. Все свойства динамических систем могут быть выражены с помощью одной функции – т.н. гамильтониана, который с учетом начальных условий конкрет-но поставленной задачи позволяет однозначно и непротиворечиво описать эво-люцию системы в пределах любого интервала времени. Физический смысл га-мильтониана (или функции Гамильтона) – это полная энергия системы, т.е. сумма кинетической и потенциальной энергии, всегда остающаяся постоянной (инвариант, сохраняющийся при любых изменениях во времени координат и импульсов всех элементов внутри данной системы). Математическая формули-ровка задач динамики, соответствующая гамильтонову формализму, дает ин-тегрируемые уравнения и системы уравнений, позволяющие получать точные решения задач механики с любым количеством элементов.
Это явилось математической основой подхода к описанию мира, полу-чившего название механистического детерминизма (П.С. Лаплас, Г.Р. Кирхгоф и др.), сводящего движение и изменения любого типа к только механическому движению, и трактующему весь мир как динамическую систему отношений, допускающую точные и однозначные прогнозы развития. Однако в начале 20-го века было показано (А. Пуанкаре и др.), что понятие динамических систем является физической идеализацией, с высокой точностью моделирующей и ма-тематически описывающей ограниченный круг реальных механических про-цессов, причем главным образом для тех систем, к которым можно применить приближенное допущение о внутренней динамической стабильности и одно-родности. Реальные системы оказались принципиально сложнее, поскольку на-личие в их поведении внутренней нестабильности и стохастичности не подда-валось формализму динамики, а требовало статистических методов моделиро-вания и соответствующей этому вероятностной интерпретации.
Стохастический – (от греч. угадывать), то же, что неопределенный, случайный, вероятностный. Интересно то, что первоначальный смысл грече-ского слова «стохастикос» – это умеющий целить, попадать, умеющий верно отгадывать, судить, - в европейском мышлении трансформировался в противо-положный. Понятие стохастический процесс или стохастическая система пме-няется по отношению к каким-либо процессам, событиям или сложным систе-мам, закономерности поведения которых не описываются детерминистскими законами ньютоновской динамики, а подчиняются статистическим моделям.
17. Гравитация, (тяготение) – универсальное взаимодействие (только притя-жение) между любыми видами материи – частицами вещества и физическими полями. Из четырех известных фундаментальных взаимодействий гравитаци-онное самое слабое. Гравитация, подобно электромагнитному взаимодействию, является дальнодействующим эффектом, выражаемым универсальным законом всемирного тяготения (Ньютон, 1687 г.): сила тяготения между двумя телами F прямо пропорциональна произведению масс этих тел Mi, умноженных на уни-версальную гравитационную константу G = 6,673*10-8 см3 с-2 г-1, и обратно про-порциональна квадрату расстояния R между ними: F=G*(M1 M2)/R2, - таким образом радиус действия сил тяготения равен бесконечности. Вклад сил тяго-тения по отношению к силам электростатического взаимодействия примерно в 1040 раз меньше, поэтому в современной теории элементарных частиц (в явле-ниях микромира) влияние гравитации не учитывается, однако, в макро- и, осо-бенно, в мегамире роль тяготения принципиальна и фактически определяет все закономерности движения тел как в ближнем, так и в дальнем космосе, а также многие особенности процесса эволюции звезд и галактик.
По аналогии с любыми, известными в физике полями, переносчиком сил тяготения в квантовой теории считается квант гравитационного поля – т.н. гра-витон, имеющий нулевую массу покоя (аналогично фотону) и спин, равный 2. Предпринимаются попытки зарегистрировать гравитационные волны (пред-ставляющие собой, согласно теории, поток гравитонов), которые могут созда-ваться массивными, быстро движущимися телами, однако ни то, ни другое пока экспериментально не обнаружено.
В общей теории относительности (ОТО, - А. Эйнштейн, 1915 год) пред-ставления о гравитации как о силе были заменены принципиально новыми представлениями, согласно которым причиной взаимного тяготения тел в про-странстве является геометрическое искривление самого пространства массами этих тел. Согласно ОТО, любая траектория движения тел в том или ином поле тяготения, какой бы причудливой она ни казалась со стороны, в системе отсче-та, связанной с локально искривленным пространством, представляет собой са-мый короткий путь (т.н. геодезическую кривую), - своего рода «прямую ли-нию», соответствующую данной метрике пространства. На основании ОТО по-лучили объяснение некоторые тонкие эффекты, порождаемые гравитационным взаимодействием, но необъяснимые в рамках ньютоновской теории тяготения.
Философское осознание такого «конфликта интерпретаций» в области гравитации, приводит, как и в ряде других случаев современной физики, к мыс-ли о принципиальной невозможности дать описание сложных и противоречи-вых явлений внешнего мира языком какой-либо одной универсальной теории. Пусть даже теория (в данном случае ньютоновская теория тяготения) позволяет упорядочить огромный массив информации и создать модель движения всего видимого мира, более двухсот лет успешно объяснявшую наблюдаемые факты (в рамках существовавших экспериментальных возможностей проверки) и даже предсказывавшую факты, ранее неизвестные. Тем не менее, по мере совершен-ствования методов наблюдения появляется информация из таких уровней ре-альности, которые раньше были недоступны для восприятия и для которых в сложившейся понятийной матрице нет каких-либо удовлетворительных корре-лятов. Попытка объяснить и упорядочить эти факты приводит к появлению но-вого языка и новой теории, очень часто семантически несоизмеримой со ста-рой, хотя и формально сводимой к ней в предельных случаях, как, например, общая теория относительности Эйнштейна в пределе (при слабых полях тяго-тения) сводится к классической теории гравитации Ньютона. (См. также: Ари-стотель, Галилей, Ньютон).
18. Трофические цепи (или цепи питания) – это пути перехода энергии пище-вых веществ от первичных продуцентов через ряд организмов, каждый из кото-рых кем-то или чем-то питается и становится пищей для других. Через экоси-стему вдоль трофической цепи поддерживается поток энергии, который начи-нается со связывания энергии солнечных лучей и заканчивается полным разло-жением органических соединений, причем на каждой стадии часть энергии те-ряется. Так осуществляется биоэнергетический каскад. Каждая способная к са-мостоятельному функционированию экосистема, состоит, по крайней, мере из двух биологических компонентов – продуцентов и сапротрофов. Между ними обычно существует цепь консументов различной последовательности, разнооб-разия и сложности.
1). Первичные продуценты – (производители), это автотрофные организмы, которые, используя солнечную энергию, переводят неорганическое вещество в органические соединения и таким образом повышают степень их упорядочен-ности и поднимают их на более высокий энергетический уровень. Зеленые рас-тения и некоторые бактерии путем фотосинтеза образуют из углекислого газа и воды углеводы – исходный материал для дальнейших реакций синтеза более сложных органических соединений.
2). Консументы – (потребители), это гетеротрофные организмы, которые пи-таются непосредственно или посредством использования других организмов органическим веществом, синтезированным первичными продуцентами. К кон-сументам относятся прежде всего растительноядные животные и паразиты рас-тений. Растительноядными питаются плотоядные (хищники), а те и другие, в свою очередь, также имеют паразитов.
3). Сапротрофы – (или редуценты, разрушители), это такие организмы, кото-рые в конце концов разлагают растительные и животные остатки до уровня ис-ходных неорганических веществ. Сюда относятся, главным образом, бактерии и грибы, а также почвенные животные. Сапротрофы, наряду с растительноядны-ми животными и иными консументами, могут служить пищей другим организ-мам, - в этом случае они играют роль вторичных продуцентов. Таким образом, один и тот же организм может быть, в зависимости от его положения в пище-вой цепи, вторичным продуцентом, консументом или сапротрофом. Консумен-ты и сапротрофы редко бывают строго специализированны по отношению к одному определенному источнику пищи. В большинстве случаев растительно-ядные животные питаются разными видами растений, а жертвами хищников становятся разные виды животных. И наоборот, - один вид растений становится пищей для различных консументов, как животных, так и микроорганизмов.
Сложившееся многообразие видов в природе построено по такому прин-ципу, что, для поддержания оптимальной устойчивости данной экосистемы, оно приводит к максимальному увеличению числа степеней свободы и допус-кает переключение её членов на многие источники питания. Так в экосистеме формируются обратные связи и создаются условия для процессов самооргани-зации и саморегулирования, которые поддерживают автоколебания её характе-ристик около среднего значения и обеспечивают её квазистационарное состоя-ние в течение длительного времени. И хотя трофические связи между организ-мами одной экосистемы переплетаются самыми разнообразными способами, тем не менее внутри этой пищевой цепи поток энергии идет в определенном направлении, соответствующем самоорганизовавшейся и упорядочившейся структуре. (См. также: Экосистема).
19. Система – одно из ключевых понятий эволюционно-синергетической пара-дигмы, обозначающее множество элементов, находящихся во взаимных дина-мических отношениях и связях, образующее целостную структуру, свойства которой не сводимы к свойствам отдельных элементов и поведение которой ха-рактеризуется закономерностями, однозначно не выводимыми из характери-стик этих элементов и типа взаимодействия между ними. Такие представления, в общем, были свойственны еще античным мыслителям (целое больше суммы своих частей по утверждению Аристотеля), но настоящую научную основу приобрели только в 20-м веке. Для интерпретации структурных особенностей систем и изучения происходящих в них процессов характерно представление об иерархии уровней сложности.
Понятие многоуровневости состоит в том, что различные элементы, со-ставляющие систему, можно рассматривать как подсистемы, состоящие, в свою очередь из элементов более глубокого уровня реальности, которые по той же аналогии могут рассматриваться дальше и т.д. Каждому из этих уровней соот-ветствуют свои законы движения и развития, в целом не сводимые к законам соседних уровней и не выводимые из них, хотя все они принадлежат к объек-тивным законам природы. Этот прием не только практически удобен, но и обу-словлен эпистемологически, поскольку, не существует одного универсального научного языка, на котором одновременно можно описать закономерности раз-вития любой достаточно сложной системы как целого и в тех же понятиях мо-делировать поведение различных составляющих её частей, хотя существует ряд универсальных свойств и закономерностей (изоморфизм), в целом характерных для эволюции разнообразных типов систем – термодинамических, биологиче-ских, экономических, экологических и даже социальных.
Это приводит к принципу иерархического структурного деления всей су-персистемы (Универсума) по ряду различных оснований, выбираемых, исходя из задач построения модели, например:
А). Деление на: 1) микромир, 2) макромир, 3) мегамир соответствует принципиально отличным структурным формам организации и движения мате-рии, описание которых ведется соответственно:
1). По законам квантовой механики с учетом дискретной природы и вероят-ностного характера происходящих процессов, где «властвует» принцип неопре-деленности, отсутствует понятие точных и однозначных траекторий движения частиц, действуют законы сохранения весьма специфических параметров, не имеющих наглядных аналогий. При описании процессов, протекающих в этом мире необходимо учитывать релятивистские эффекты, поскольку скорость све-та вполне соизмерима со скоростью других процессов, а эффект замедления времени является обычным явлением;
2). По детерминистским законам классической ньютоновской динамики, ко-гда процессы считаются непрерывными, поскольку постоянную Планка в силу её малости по сравнению с энергетическими характеристиками этих процессов можно без потери точности приравнять к нулю, скорость света можно считать равной бесконечности, пространство рассматривать как евклидово, абсолютное и трехмерное, а время считать линейным и также абсолютным;
3). Согласно принципам общей теории относительности, в которой простран-ство и время связаны в один неразделимый континуум, материальные массы космических тел искривляют геометрию пространства-времени, а скорость све-та становится фундаментальной мерой наблюдаемости или ненаблюдаемости объектов, порождая понятие горизонта событий и ставя предел возможности получения информации об объектах и познанию Вселенной научными метода-ми.
Б). Своеобразные особенности выявляются при разделении мира по типу происходящих в нем процессов организации структур на: а) простые, равновес-ные, замкнутые и вполне предсказуемые системы однородных элементов и б) сложные, неравновесные, открытые и, часто уникальные, системы стохастиче-ского типа. Такая классификация происходит по принципу “стабильность и порядок” и “нестабильность и хаос”. В последнем случае, как оказалось, возни-кают совершенно особые состояния, приводящие к самоорганизации и возник-новению новых структур, т.е. - «порядка из хаоса», что не описывается динами-ческими моделями, а требует рассмотрения системных свойств более высокого уровня.
В). Аналогичные, но неизмеримо более сложные проблемы возникают при рассмотрении природы как системы двух миров - косного и живого веще-ства, когда оказывается, что существование последнего не противоречит всем известным законам физики и химии, в некоторых проявлениях описывается ими, но не выводится из них, а основано на пока еще скрытых от науки законо-мерностях системного характера самого высокого уровня. Еще сложнее ситуа-ция, возникающая при исследовании закономерностей в системе «мир челове-ка-мир природы» или «мир индивидуума-мир общества», где, помимо всего прочего, существуют феномены иррационального характера, недоступные мо-делированию формализованными логико-математическими методами.
Общепризнано, что первую в современной науке попытку создать цель-ную теорию, которая описывала бы соответствующим математическим аппара-том общие и универсальные закономерности системного поведения различных систем, установила бы условия их изоморфизма, методы оптимального регули-рования и т.п., предпринял в 1968 году австрийский биолог Людвиг фон Берта-ланфи в труде «Общая теория систем». Мало известна более ранняя (20-е годы) фундаментальная работа А.А. Богданова (Малиновского) «Тектология. Всеоб-щая организационная наука», изданная только в 1989 году, в которой заклады-вались философские основы общесистемных методов исследования культур-ных, социально-политических и коммуникативных процессов.
В тот же период аналогичные идеи развивал и П.А. Сорокин в труде «Система социологии», - 1920 г., Н.Д. Кондратьев в области экономики - «Ос-новные проблемы экономической статики и динамики», издана только в 1991 г. и В.М. Бехтерев в области медицины и нейрофизиологии – «Коллективная реф-лексология», - 1921 г. Современная постнеклассическая наука интегрирует все предыдущие достижения в области системного мышления и видит категорию системности как одну из основных в создании адекватной картины мира, широ-ко используя методы описания и анализа процессов самоорганизации и само-развития сложных систем, предоставляемые синергетикой.
20. Экосистема. Особый тип системы являет собой экосистема. Это сложная диссипативная самоорганизующаяся и информационно саморазвивающаяся, термодинамически открытая и структурно организованная совокупность био-тических компонентов и абиотических источников вещества и энергии, (зани-мающая определенное пространство и существующая на определенном отрезке времени), единство и функциональная связь которых обеспечивает в пределах характерной для неё пространственно-временной области превышение потоков вещества, энергии и информации, обусловленное внутренними алгоритмами самоорганизации и упорядочения, над спонтанными термодинамическими про-цессами диссипации (т.е. рассеяния), которые постепенно приводят систему к тепловому хаосу.
Вся биосфера может быть представлена как совокупность многих экоси-стем (самого различного масштаба), находящихся в постоянном взаимодейст-вии. Структура экосистемы любого масштаба – это не просто иерархически ор-ганизованная многоуровневая система типа «особи - популяции - сообщества - биоценоз». Это система, характеризуемая как кибернетическим, так и синерге-тическим типами поведения, включающая в себя живые и неживые компонен-ты, хаотические энергетические потоки и упорядоченные потоки вещества и энергии, которые можно рассматривать как информационные. Экосистему кратко можно охарактеризовать как сложную диссипативную систему косного вещества, растений и животных, связанных нелинейными метаболическими физико-химико-биологическими процессами, протекающими в пределах неко-торой пространственно-временной единицы любого ранга, пронизанную мно-гочисленными положительными и отрицательными обратными связями, кото-рые обеспечивают её целостность и эволюционность.
Как и любые сложные самоорганизующиеся системы, экосистемы подчи-няются общим законам, проявляющимся в процессе эволюции неравновесных открытых систем стохастического типа. Их развитие характеризуется более или менее длительными периодами квазиравновесных состояний, определяемых набором соответствующих параметров порядка, оптимально сформированными трофическими цепочками и другими характеристиками, обеспечивающими ус-тойчивость, но при некоторых неблагоприятных условиях (например, воздейст-вии техногенного характера и т.д.) траектория развития экосистемы может выйти в область, всё более удаляющуюся от равновесия.
При недостаточной буферности и исчерпании компенсационных возмож-ностей той или иной экосистемы это чревато переходами к новым состояниям в результате бифуркаций, которые в этих случаях имеют вид экологических стрессов и даже катастроф. Экосистемы как таковые при этом не исчезают, а перестраиваются и приобретают новые черты, компоненты и закономерности, причем каждый такой переход необратим во времени. С точки зрения теории эволюции сложных неравновесных стохастических систем точно воспроизвести некогда существовавшую, но затем по каким-либо причинам разрушившуюся экосистему невозможно, равно как и воспроизвести полностью исчезнувший вид любого организма.
Эволюция биосферы в этом смысле представляет собой обусловленную естественными причинами, (как общекосмическими, так и циклическими явле-ниями «местного масштаба», а также случайными причинами) неизбежную и закономерную череду экологических бифуркаций и необратимых перестроек, в результате чего и осуществляется процесс саморазвития биосферы. В ряду этих явлений локальное и глобальное экологическое воздействие «разумной» чело-веческой деятельности на биосферу можно, в зависимости от общей точки зре-ния, рассматривать и как случайное (ведь разум мог и не возникнуть), и как за-кономерное явление, обусловленное, согласно антропному принципу, универ-сальными и фундаментальными алгоритмами развития Вселенной.
С точки зрения универсальных законов сохранения глобальная экосисте-ма, по словам известного эколога Б. Коммонера, представляет собой единое це-лое, в рамках которого ничего нельзя ни приобрести, ни потерять без того, что-бы это не повлияло на всю систему в целом. Биосферная экосистема не может являться объектом всеобщего улучшения, и всё, что из неё было извлечено че-ловеческим трудом, взято как бы взаймы и должно быть со временем возвра-щено. - «Платежа по этому векселю нельзя избежать, он может быть только от-срочен». (См. также: Трофические цепи).
21. Принцип дополнительности – сформулированная выдающимся датским физиком Нильсом Бором (в 1927 г.) принципиальная концепция квантовой ме-ханики, согласно которой получение экспериментальной информации о каких-либо физических величинах, описывающих объект, принадлежащий микромиру (частицу, атом, квант поля и т.п.), неизбежно влечет за собой потерю информа-ции о некоторых других параметрах этого объекта, дополнительных к первым. Такими взаимно дополнительными друг к другу параметрами являются, напри-мер, координата движущейся частицы и величина ее скорости (или импульс), величины кинетической и потенциальной энергии одной и той же частицы и т.п. некоммутирующие параметры.
Согласно представлениям Бора (т.н. копенгагенская интерпретация), та-кое явление объясняется влиянием измерительного прибора (который всегда является объектом макромира и подчиняется законам классической физики), на состояние микрообъекта, причем сам результат измерений порождается в про-цессе взаимодействия этих двух несоизмеримых сущностей. При точном изме-рении одной характеристики элементарной частицы, другой параметр, вследст-вие взаимодействия частицы с прибором, претерпевает такое изменение, что последующее его измерение вообще теряет смысл, т.к. вся предыдущая инфор-мация полностью и необратимо исчезает. Принцип дополнительности с физи-ческой точки зрения непосредственно связан с фундаментальным для микро-мира принципом неопределенности и отражает неклассические, вероятностные закономерности поведения микрообъектов, определяемые в физике микромира термином «корпускулярно-волновой дуализм».
Философская интерпретация принципа дополнительности отражает науч-но установленный факт невозможности точно описывать объекты микромира и их свойства с помощью понятий классической физики, которые соответствуют реальности макромира – т.е. мира больших величин. Поскольку человек неспо-собен к непосредственному чувственному восприятию объектов микромира и их характеристик, весь его предшествующий опыт, закрепленный в категориях, ставших основой понятийного аппарата классической физики, может быть аде-кватно использован только для упорядочения информации и построения карти-ны макромира, который воспринимается непосредственно и трактуется в рам-ках здравого смысла и классической логики. Парадоксальный с точки зрения привычных понятий, но, тем не менее, реально существующий глубинный уро-вень организации материи, (микромир) поддается восприятию и познанию только путем косвенных измерений и описания на языке математического фор-мализма. Его объекты имеют такие свойства, которые весьма условно соответ-ствуют привычным терминам классического научного языка, используемым (за неимением других) и в новой неклассической физике. Однако они требуют для упорядочения этой специфической информации новой неклассической логики.
Таким образом, такие традиционные понятия классической физики, как масса, заряд, момент импульса, траектория и т.п. аналогии, наполняются новым непривычным содержанием, теряют связь с очевидным, и это дает основания некоторым философам науки (например, американскому философу П. Фейера-бенду) говорить не только о логической несовместимости некоторых альтерна-тивных теорий, но и о принципиальной несоизмеримости различных научных языков, описывающих природные феномены.
Диалектическое значение концепции дополнительности как методологи-ческого принципа естествознания состоит в том, что она позволяет не только осознать противоречивый характер взаимоотношений фактов макромира и микромира в человеческом сознании, но и создать целостную, более упорядо-ченную картину, объединив две, на первый взгляд, взаимоисключающие друг друга, но на самом деле взаимодополнительные стороны единой реальности материального мира. Весьма абстрактный и формальный характер языка не-классической физики, доступный далеко не каждому, свидетельствует об огра-ниченных описательных возможностях естественного языка, который сформи-ровался в процессе биологической эволюции человека на материале, непосред-ственно доступном органам чувств. Возникшие в этом процессе ментальные конструкции и сложившаяся на этой основе понятийная матрица классической науки, помогают осознавать и упорядочивать информацию, получаемую из не-посредственного восприятия результатов опыта, что всегда было достаточно для интерпретации явлений макромира.
Язык квантовой механики, пригодный для описания феноменов микро-мира, противоречит классической научной традиции, всему повседневному опыту и логике здравого смысла. Эти языки несводимы друг к другу и пред-ставляют собой несовместимые семантические системы, и то, что является ло-гическим парадоксом в одной схеме интерпретации явлений, вообще не создает противоречия в другой. Такое положение наводит на мысль о невозможности описания всего реального мира каким-либо одним универсальным языком (также идея Н. Бора) и приводит к философским выводам о необходимости ис-пользования в познании мира эпистемологически дополнительной методоло-гии.
Аналогичная ситуация отмечается не только в квантовой физике - облас-ти познания микромира, но и в теории гравитации, а также в синергетике – нау-ке о самоорганизации и саморазвитии сложных неравновесных систем с резко нелинейным характером протекающих в них процессов, принадлежащих при этом макромиру. В последнем случае дополнительными друг к другу являются два способа описания: частные закономерности поведения отдельных элемен-тов системы, - с одной стороны, и общие законы эволюции её самой как целого, - с другой стороны. Это соответствует динамическому и статистическому мето-дам моделирования реальных процессов в сложных системах.
В конце 80-х годов, в связи со становлением новой системно-синергетической парадигмы познания природы, этот принцип приобрел самое широкое толкование как общая эпистемологическая концепция универсальной дополнительности рационально-логического («естественнонаучного») и образ-но-художественного («гуманитарного») методов познания в процессе создания целостной «синтетической» или «холистической» картины мира. Таким обра-зом, принцип дополнительности выступает в роли общеметодологической кон-цепции современной постнеклассической науки, помогающей создать наиболее адекватную, на данный момент, картину мира, преодолеть разрыв между двумя типами мышления и, как следствие этого, ослабить и даже со временем снять оппозицию «двух культур». (См. также: Бор; Черные дыры).
22. Ионизирующее излучение (радиация) – это поток заряженных частиц или жестких фотонов (квантов электромагнитного поля), которые способны иони-зировать атомы вещества, передавая им соответствующую энергию.
Альфа-излучение – поток атомных ядер химического элемента гелия – т.н. «альфа-частиц» (2 протона + 2 нейтрона), возникающий при альфа-распаде тяжелых радиоактивных элементов (радий, радон, полоний, торий, уран, плуто-ний и т.п.). Открыто выдающимся английским физиком Эрнестом Резерфордом в 1899 году. Современная теория объясняет его механизм проявлением т.н. туннельного эффекта. Альфа-излучение обладает высокой энергией (от 4 до 5 Мэв), но малой проникающей способностью через вещество, что обусловлено очень интенсивным взаимодействием альфа-частиц с электронными оболочка-ми атомов (высокой плотностью ионизации атомов поглотителя) и, следова-тельно, быстрой отдачей окружающей среде своей кинетической энергии при поглощении.
Интересной особенностью процесса поглощения альфа-частиц веществом является резкий максимум потерь энергии непосредственно перед окончатель-ной остановкой частицы. Это делает альфа-излучающие изотопы особо опас-ными в радиобиологическом отношении при попадании их внутрь организма, когда, находясь в непосредственном контакте с тканями органов, даже при ма-лой концентрации, они создают в небольшом объеме очень высокую дозу облу-чения, приводящую к гибели клеток.
Бета-излучение – поток быстрых электронов (или позитронов) – т.н. бе-та-частиц, образующихся при бета-распаде атомных ядер в результате т.н. сла-бого взаимодействия. Впервые бета-распад экспериментально изучался Эрне-стом Резерфордом в 1899 году, а в 1933 Энрико Ферми разработал количест-венную теорию бета-распада. Новая теория бета-распада (она же объединенная теория электрослабого взаимодействия) была разработана С. Вайнбергом и А. Саламом в 1967 году посредством введения в рассмотрение неизвестных ранее силовых полей специфического типа и, соответственно, новых частиц – кван-тов-переносчиков энергии этих полей. Простейшим примером бета-распада яв-ляется распад свободного нейтрона на протон, отрицательную бета-частицу (электрон) и антинейтрино.
Бета-распад характерен для широкого класса радиоактивных элементов как искусственных, так и естественных (реликтовых). Энергия бета-излучения и его проникающая способность (пробег) в веществе варьируют в широких пределах, достигая в некоторых случаях, например, для искусственных радио-активных изотопов фосфор-32 (максимальная энергия бета-спектра 1,7 Мэв) или иттрий-90 (максимальная энергия бета-спектра 2,27 Мэв) нескольких мет-ров в воздухе или нескольких сантиметров в воде и теле человека, что может создавать значительную дозу облучения.
С бета распадом, из-за исчезающе малой вероятности регистрации анти-нейтрино и нейтрино, связаны философские дискуссии в первой четверти 20 века о возможности нарушения закона сохранения материи-энергии в некото-рых физических процессах. Однако, именно осознание этого закона сохране-ния как фундаментального принципа естествознания позволило теоретически обосновать существование электрически нейтральной и чрезвычайно легкой (а может быть и не имеющей массы покоя) частицы вещества, а затем (в 50-х го-дах) экспериментально обнаружить эту элементарную частицу. Её предсказал еще в 1931 году швейцарский физик Вольфганг Паули, и назвал, в честь вы-дающегося итальянского физика Энрико Ферми, нейтрино (по-итальянски - ма-ленький нейтрон).
Гамма-излучение – поток фотонов (квантов электромагнитного поля) высокой энергии, возникающих при т.н. изомерных переходах в атомных ядрах, когда в результате предшествующего альфа- или бета-распада образуется ядро-продукт в возбужденном состоянии, и избыток энергии с большей или меньшей вероятностью «высвечивается» в виде гамма-фотонов. При этом не происходит «изотопных» превращений в структуре ядра, а только переход ядра в основное энергетическое состояние. Гамма излучение, как не имеющее электрического заряда, относительно слабо взаимодействует с атомами вещества и поэтому об-ладает высокой проникающей способностью – до нескольких десятков санти-метров в свинце, (в зависимости от начальной энергии), и соответственно до многих сотен метров в воздухе. Это позволяет наблюдать за радиационной об-становкой в различных районах Земли со спутников, а также вести радиогеоло-горазведку. Изучение потоков гамма-излучения в составе космических лучей имеет большое значение в астрофизике, позволяя исследовать закономерности процессов, происходящих в звездах и ядрах галактик.
23. Атом – (неделимый), мельчайшая часть химического элемента, сохраняю-щая его свойства. Состоит из ядра, содержащего протоны и нейтроны (общее название – нуклоны) и электронных оболочек, число электронов в которых равно числу протонов в ядре. Атом в целом электронейтрален, химические свойства его в основном определяются конфигурацией внешних оболочек и ко-личеством электронов на них. Энергетические характеристики орбитальных электронов обладают свойством дискретности и изменяются скачкообразно пу-тем т.н. квантового перехода, посредством поглощения или испускания квантов электромагнитного излучения – фотонов. В первом приближении модель атома можно изобразить в виде сферического образования, весьма условно характе-ризуемого средним диаметром порядка 10-8 см, причем фактически вся атомная масса сосредоточена в ядре, имеющем размеры порядка 10-13 см.
Атомы всех существующих химических элементов расположены в пе-риодической системе в порядке возрастания их атомных номеров. Выдающийся английский физик Эрнест Резерфорд пришел к планетарной модели атома на основе эксперимента, анализируя распределение траекторий рассеянных альфа-частиц, которыми он бомбардировал атомы мишени. Некоторые частицы вели себя так, будто отражались от ничтожной по размерам, но твердой преграды, большинство других лишь слегка рассеивалось гораздо большей в диаметре, но очень «рыхлой» областью. Интересно то, что еще за семь лет до Резерфорда, в 1904 году известный японский физик Хантаро Нагаока (1865 – 1950) предло-жил модель атома, построенную по типу планеты Сатурн, согласно которой атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращается кольцо электронов. Однако эта чисто умозрительная модель, не имея экспери-ментального обоснования, не произвела в то время впечатления на научное со-общество, хотя сейчас её можно считать предшественницей планетарной моде-ли атома Резерфорда.
Изучение закономерностей внутриструктурного поведения атома показа-ло, во первых, принципиальную ограниченность описательных возможностей ньютоновской классической физики (высшего достижения человеческой мысли с античных времен), а во вторых - тех принципов мышления и аналогий, кото-рые базируются на здравом смысле и предшествующем опыте естествознания. В настоящее время существует несколько моделей атома, отражающих несво-димые друг к другу особенности его поведения в различных ситуациях, более адекватно описывающих процессы взаимодействия атомов в вероятностных терминах квантовой механики, но, конечно, не обладающих той наглядностью, которая свойственна более простой и доступной обыденному сознанию, но слишком упрощенной и поверхностной планетарной модели.
Последняя, отражавшая структуру атома в привычных мышлению 19-го века аналогиях, выдвинутая в 1911 году Резерфордом, произвела, тем не менее, переворот в естествознании, хотя являлась очень грубым приближением. Став началом мировоззренческой революции 20-го века, вообще, и послужив мощ-ным импульсом для развития атомной науки, в частности, планетарная модель атома была модернизирована в 1913 году выдающимся датским ученым Ниль-сом Бором, выдвинувшим для объяснения парадоксальных свойств атома два постулата, основанных на квантовых представлениях и полностью отвергавших традиционные подходы классической физики.
Первый постулат состоит в том, что электроны могут находиться только на т.н. разрешенных орбитах, стационарное состояние которых обеспечивается тем, что электрон неограниченно долго может не излучать энергию и, при от-сутствии воздействий извне, не поглощать ее.
Второй постулат утверждает, что при энергетических воздействиях электрон способен поглощать энергию только дискретными порциями – квантами, пере-ходя при этом как бы на более высокую орбиту (возбужденное состояние), от-куда он непременно возвращается в основное состояние (квантовый скачок), излучая избыток энергии в виде квантов электромагнитного поля (фотонов). Этот подход позволил упорядочить и объяснить все необъяснимые ранее экс-периментальные данные и теоретически предсказать новые необычные свойст-ва атомов, подтвержденные в дальнейшем экспериментально, хотя многие, взя-тые в качестве знаков из арсенала классической науки термины и понятия, имеют совершенно другие референты в субатомном мире.
Модель атома Резерфорда-Бора и дальнейшее развитие атомной физики по своему революционному влиянию на всю культуру 20-го века сравнимы, пожалуй, только с воздействием на европейское мышление 16-17 веков гелио-центрической системы Коперника-Кеплера. Эти исследования стали началом следующего за ньютоновской физикой этапа в развитии науки, они привели к появлению новой парадигмы, выходящей далеко за пределы собственно естест-вознания, и позволили заложить основы нового философского неклассического воззрения на мир как на иерархическую последовательность несводимых друг к другу форм структурной организации материи (микромир, макромир и мега-мир), требующих, наряду с традиционными общеметодологическими принци-пами науки, использования специфических для каждого данного уровня реаль-ности приемов познания и методов интерпретации, а также рационального вы-бора фундаментальных оснований и логико-семантических ограничений.
Впервые идея об атомном строении вещества была высказана чисто ме-тафизически еще в 4-5 веках до н.э. древнегреческими философами Анаксаго-ром, Левкиппом и Демокритом – «весь мир состоит из атомов, непрерывно движущихся в пустоте». В те же античные времена она была отвергнута Плато-ном и Аристотелем, которые сводили мир к четырем первоэлементам – земле, воде, воздуху и огню. Атомистическая идея строения материи возродилась ве-ком позже в философии Эпикура, получила поэтическое отражение и дошла до нашего времени в поэме древнеримского поэта Лукреция Кара «О природе ве-щей». Пережив столетия, она возникла, уже на научных основаниях, в начале 19 века в трудах Джона Дальтона по химии, который доказывал атомистическое строение вещества на основе эмпирического закона кратных отношений масс реагентов, претерпевающих химические превращения. Затем в обновленном виде, начиная с конца 19-го – начала 20-го веков, преодолевая сопротивление даже самых крупных ученых (таких, как Мах и Оствальд), атомистическая идея стала основным концептуальным фундаментом современной физики и химии.
Исследованием закономерностей поведения атомных электронных обо-лочек (орбиталей) занимается атомная физика, в частности, атомная спектро-скопия, позволяющая идентифицировать атомный состав вещества светящихся космических объектов – Солнца, комет, далеких звезд, газопылевых облаков и туманностей и т.п. по спектральным характеристикам электромагнитного излу-чения, испускаемого возбужденными атомами вещества этих объектов, и став-шая важнейшим подспорьем современной астрофизики и космологии.
Все атомы характеризуются атомной массой и атомным номером. Атом-ная масса (а.е.м.) – это масса атома химического элемента, выраженная в атом-ных единицах массы, в качестве которых принята 1/12 часть массы изотопа уг-лерода с массовым числом 12. Приблизительно 1 а.е.м. = 1,66*10-24 г. Атомный номер – это порядковый номер атомов Z (или т.н. зарядовое число) различных химических элементов в периодической системе элементов (например, в табли-це Менделеева). Соответствует числу протонов в ядре и, следовательно, - элек-тронов на атомных орбиталях. Последние, согласно модернизированной модели атома Резерфорда-Бора, представляют собой локализованные в соответствую-щих областях атома облака электронов.
Атомный номер характеризует периодичность химических свойств эле-ментов. Для всех известных на Земле природных элементов величина атомного номера изменяется в пределах от 1 (водород) до 92 (уран). Вместе с массовым числом М (суммой протонов и нейтронов в ядре) атомный номер характеризует химический элемент (как набор изотопов) в периодической системе элементов: символически: МХZ , где Х – соответствующий символ того или иного химиче-ского элемента.
Понятие химического элемента ввел в науку в 1661 году английский фи-зик и химик Роберт Бойль (1627 – 1691), который был сторонником атомисти-ческой гипотезы и считал, что все тела состоят из более мелких и совершенно одинаковых частиц (атомов). В последние годы методом последовательных ядерных реакций были получены искусственные (т.н. трансурановые, до 114-го включительно) радиоактивные элементы, все из которых, за исключением 92-го (плутоний, альфа-распад, период полураспада 24000 лет), весьма нестабильны и «короткоживущи».
Центральной структурой атома является атомное ядро. Оно состоит из протонов, имеющих положительный электрический заряд, и электронейтраль-ных нейтронов (общее название – нуклоны). Число протонов определяет поряд-ковый номер того или иного химического элемента в периодической таблице Менделеева, различное количество нейтронов в ядре при данном числе прото-нов обусловливает наличие изотопов у одного и того же химического элемента. При образовании ядра атома из определенного количества нуклонов результи-рующая масса ядра всегда меньше суммы масс нуклонов, составляющих его, на величину энергии связи, делающей ядра устойчивыми структурами. Согласно теории относительности, эта энергия связана с недостающей массой соотноше-нием E=mc2 (дефект массы, - обнаружен английским физиком Ф.У. Астоном в 1927 г.)., она в миллионы раз превышает энергию связи электронов в атомных оболочках и выделяется при ядерном взрыве или в ядерных реакторах на АЭС из тех ядер, которые способны к реакции деления.
Связь между нуклонами в ядре осуществляется посредством сильного взаимодействия в результате обмена виртуальными мезонами (пи-мезонами или сокращенно пионами). Существует эмпирически найденная зависимость энергии связи нуклонов в ядре от его атомной массы – т.н. кривая Астона (1927 г.), имеющая максимум в районе атома железа (примерно 8,2 Мэв на один ну-клон). Энергия связи для атомных ядер изотопов урана, тория или плутония со-ставляет примерно 7 Мэв на нуклон – и эта разница (с учетом атомной массы этих нуклидов - около 200 Мэв на одно ядро) как раз и выделяется при цепной реакции делении ядер в реакторах или бомбах. Пересчет значений энергетиче-ского выхода реакции ядерного деления на обычные энергоносители, показыва-ет, что один килограмм урана или плутония выделяет энергию, эквивалентную сжиганию примерно 2000 тонн нефти или взрыву 20000 тонн тротила.
Некоторые конфигурации ядер обладают повышенной устойчивостью и называются магическими, - это те, которые содержат по 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126 нуклонов. Они наиболее распространены в природе и наиболее устойчивы в процессах ядерных превращений. Изотопы химических элементов бывают ста-бильные и радиоактивные. Последние представлены небольшим количеством реликтовых элементов, среднее время жизни которых соизмеримо с геологиче-ским возрастом Земли (уран-235, уран-238, торий-232, калий-40 и некоторые другие). Все же остальные радиоактивные нуклиды (а их огромное количество), для использования в науке и технике, получают искусственным путем в разно-образных ядерных реакциях.
Ядра с четным числом нуклонов имеют целочисленное и нулевое значе-ния спина, а с нечетным – полуцелое, и проявляют соответствующие магнит-ные свойства. Будучи квантовомеханическими системами, ядра характеризуют-ся дискретными энергетическими состояниями, - каждый переход из возбуж-денного в основное состояние сопровождается испусканием гамма-фотона – жесткого электромагнитного излучения соответствующей энергии, представ-ляющей разность между энергиями основного и возбужденного состояний или между энергиями двух соседних уровней при каскадном переходе.
Совокупность возможных энергетических переходов образует спектр ядерного излучения, с характерными линиями для ядер каждого химического элемента. Например, часто используемый в медицинской практике для радио-терапии онкологических заболеваний радиоактивный изотоп кобальт-60 (т.н. кобальтовая пушка), после бета-распада дает дочерний продукт – изотоп ни-кель-60 в возбужденном состоянии, который, переходя в основное, излучает спектр гамма-фотонов двух энергий – 1,17 Мэв и 1,33 Мэв. Используемый в гамма-дефектоскопии материалов изотоп цезий-137 дает после бета-распада в качестве дочернего продукта радиоактивный нуклид барий-137, который пере-ходит в основное состояние, испуская гамма-фотоны с энергией 0,6 Мэв.
Атомное ядро очень сложная система, проявляющая различные, часто противоречивые и даже взаимоисключающие, свойства в процессах, проте-кающих при различных энергетических условиях. Это отражается и в имею-щихся моделях атомного ядра, которые хорошо описывают закономерности по-ведения ядра в определенных энергетических диапазонах, при выходе за преде-лы которых «описательная сила» этих моделей резко убывает. Таковы: модель составного ядра (Н. Бор, 1936 г.), гидродинамическая модель ядра (М. Борн, 1936 г.), оболочечная модель (М. Гепперт-Майер, И. Йенсен, 1950 г.), обобщен-ная модель, как бы примиряющая вторую и третью (О. Бор, Б. Моттельсон, 1953 г.), сверхтекучая модель (те же, 1958 г.) и еще несколько других моделей, все из которых имеют один общий недостаток – необходимость введения зна-чительного количества параметров, которые приходится эмпирически подби-рать для обеспечения наилучшего согласования теоретических расчетов с экс-периментальными данными.
Тем не менее, вся практика использования ядерной энергии как в мир-ных, так и в военных целях опирается на существующую и продолжающую ак-тивно развиваться в настоящее время теорию атомного ядра. Возможно, что общая непротиворечивая теория атомного ядра будет построена на основе кварковой модели элементарных частиц. (См. также: Ядерный реактор).
24. Деление атомного ядра. а) спонтанное деление – процесс самопроизволь-ного распада тяжелых радиоактивных элементов на два ядра-осколка и два или три нейтрона. Этот процесс имеет для природных радиоизотопов урана или то-рия вероятность на несколько порядков меньшую, чем свойственный им же альфа-распад, однако для ряда искусственных очень нестабильных трансурано-вых элементов – это основной канал распада; б) вынужденное деление – про-цесс деления атомных ядер тяжелых элементов под действием внешних ней-тронов различной энергии, захватываемых ядром и переходящим при этом в возбужденное состояние с образованием впоследствии двух ядер-осколков и двух или трех нейтронов.
Конкурирующим процессом при захвате нейтрона недостаточной энергии может быть бета-распад возбужденного ядра. Способность к делению тяжелых ядер нейтронами характеризуется т.н. параметром деления – отношением квад-рата атомного номера к атомной массе: Р=Z2/М, который, как следует из опы-та, должен быть несколько больше 36.
При подходящих условиях и наличии т.н. критической массы соответст-вующего радионуклида (например, урана-235, плутония-239 и т.п.) возникает и лавинообразно нарастает цепная реакция деления, вовлекающая в этот процесс практически все атомы, сосредоточенные в данном объеме, и приводящая к ядерному взрыву. В энергетических ядерных реакторах, используемых на АЭС, посредством специальных устройств, конфигурации активной зоны и оп-тимальной концентрации делящегося материала достигается медленное, долго-временное и управляемое энерговыделение. При этом исходная смесь изотопов урана постепенно «выгорает», превращаясь в самые разнообразные радиоак-тивные продукты деления (до 200 радиоизотопов различных элементов), среди которых два долгоживущих: стронций-90 и цезий-137 с периодами полураспада примерно 28 лет и 32 года.
Эти радиоизотопы представляют серьезную экологическую опасность как химические аналоги жизненно важных элементов – соответственно кальция (двухвалентный) и натрия с калием (одновалентные). Эти радионуклиды вклю-чаются вместе с ними в соответствующие биохимические реакции и проникают в трофические цепочки (см.), доходя до человека. Проведение ядерной реакции деления со сдвигом в сторону конкурирующего бета-распада (реакторы-размножители) позволяет из природного урана получать долгоживущий транс-урановый радиоизотоп плутоний-239 (период полураспада 24000 лет) с высо-ким значением параметра деления (36,97), удобный для создания ядерного оружия. (См. также: Ядерный реактор).
25. Радиоактивность; радиоактивный распад - самопроизвольное превраще-ние неустойчивых атомных ядер естественных химических элементов (и их ис-кусственных изотопов) в ядра других элементов, сопровождающееся испуска-нием ядерного излучения различного типа. Впервые явление радиоактивности обнаружено в 1896 году французским физиком Анри Беккерелем в природных соединениях урана, из которых в 1902 году выдающийся французский физико-химик польского происхождения дважды лауреат Нобелевской премии Мария Склодовская-Кюри, (которая и ввела в научный обиход термин «радиоактив-ность»), получила сначала соль радиоактивного элемента радия – одного из до-черних продуктов распада урана, а в 1910 году совместно с французским хими-ком А. Дебьерном выделила чистый металлический радий. Она же в эти годы открыла и радиоактивный элемент полоний. Величина активности радионукли-дов измеряется в Беккерелях; 1 Бк =1 распад в секунду в системе СИ, иногда применяется и внесистемная единица: 1 Кюри =3,7*1010 Бк. Известно четыре типа самопроизвольных ядерных превращений: альфа-распад, бета-распад, электронный захват и спонтанное деление тяжелых ядер – урана, тория и трансурановых искусственных элементов.
Изомерный ядерный переход из возбужденного энергетического состоя-ния в основное, например, после предшествующего бета-распада, в результате чего испускается ядерное гамма-излучение, в строгом смысле распадом не яв-ляется, т.к. при этом атомное ядро химического элемента не изменяется. Радио-активный распад – явление статистической природы, обусловленное внутрен-ней неустойчивостью ядер, имеющих избыток или недостаток нейтронов, по сравнению со стабильными изотопами этих элементов.
Числовой характеристикой неустойчивости является т.н. постоянная рас-пада k, имеющая физический смысл вероятности распада. Часто используется понятие периода полураспада T1/2 – времени, в течение которого распадется в среднем половина исходного количества данного радионуклида. Эти параметры связаны соотношением T1/2=ln2/k. Среднее число распавшихся радиоактивных атомов N(t) зависит от времени экспоненциально, N(t)=N0*e-kt, но при условии достаточно большого количества радиоактивного вещества, когда справедлив закон больших чисел. О моменте распада изолированного атома, даже зная пе-риод полураспада, ничего определенного сказать нельзя.
Периоды полураспада различных радионуклидов (искусственных и при-родных) колеблются в пределах от тысячных долей секунды до миллиардов лет. Долгоживущие естественнорадиоактивные изотопы остались в земной коре со времени образования Земли и служат материалом для геохронологии (на-пример, калий-40 – 1,3*109 лет, уран-238 – 4,5*109 лет, торий-232 – 1,4*1010 лет). Используя закономерности радиоактивного распада реликтовых радио-нуклидов, Э. Резерфорд и П. Кюри предложили в 20-х годах абсолютную гео-хронологическую шкалу. Анализируя данные по распаду природных радиоизо-топов, геофизики оценили возраст Земли примерно в 4,5 – 4,6 млрд. лет. В ар-хеологии также широко применяется метод радиоуглеродного датирования древесных образцов по степени распада накопившегося в них природного ра-диоизотопа углерод-14 (T1/2 = 5500 лет). (См. также: Доза облучения).
26. Поле, (физическое поле) – особая форма материи, физическая система, об-ладающая бесконечным числом степеней свободы. Примерами могут быть электромагнитное поле, гравитационное поле (поле тяготения), поле ядерных сил, волновые квантованные поля элементарных частиц. Понятие поля, прони-занного силовыми линиями, введено в физику выдающимся английским физи-ком Майклом Фарадеем в 30-е годы Х1Х века для описания механизма дейст-вия электрических и магнитных сил в качестве альтернативы ньютоновским представлениям о дальнодействии, т.е. о процессах взаимодействия тел на рас-стоянии без какого-либо посредника – переносчика силы. Согласно представ-лениям о дальнодействии, сила притяжения или отталкивания между двумя за-рядами возникает только при наличии двух заряженных частиц вещества. Про-странству около этих частиц не отводится никакой активной роли в передаче взаимодействия. Концепция поля, напротив, подразумевает, что само наличие заряженной частицы или массы вещества меняет свойства пространства, созда-вая в нем силовое поле, и каждая точка измененного пространства обладает по-тенциальной способностью проявить действие силы.
Поле выполняет роль посредника, передавая от точки к точке простран-ства действие одного тела или заряда на другой, - такой процесс передачи сило-вого взаимодействия получил название близкодействия. По мнению Эйнштейна идея поля была самым важным открытием в физике со времён Ньютона. В 60-е годы Х1Х века другой выдающийся английский физик Дж.К. Максвелл дал концепции поля математическую интерпретацию и построил на этой основе классическую теорию электромагнитного поля (система четырех фундамен-тальных уравнений Максвелла), исходя из которой сумел предсказать наличие в природе электромагнитных волн, передающих энергию поля со скоростью све-та и сделать вывод о том, что свет есть частный случай электромагнитных волн определенной длины и частоты.
Согласно теории относительности Эйнштейна, ни один сигнал не может распространяться быстрее света, поэтому все процессы взаимодействия между зарядами, происходящие по типу близкодействия, имеют конечную скорость передачи силового воздействия, т.е. посредничество поля в передаче энергии от одного тела к другому создает определенное запаздывание, тогда как в теории дальнодействия взаимодействие между телами происходит мгновенно. В тече-ние всего времени запаздывания именно полю принадлежит часть энергии, от-данной первым телом или зарядом, но еще не полученная вторым. При таком механизме передачи энергии поле является физической реальностью, одной из форм существования материи.
В отличие от вещества (частиц материи) физические величины, характе-ризующие поле (энергия, импульс, момент импульса и т.д.), не сосредоточены в некоторой точке, где в данный момент находится тело, а распределены по все-му пространству, и в каждый момент времени их следует задавать для каждой точки пространства. Эта операция упрощается путем введения полевой функ-ции, по которой определяются все необходимые физические характеристики поля. Для электрического поля такой функцией пространственных координат является вектор напряженности, характеризующий величину и направление си-лы в данной точке, а для гравитационного – потенциал поля, скалярная (т.е. не имеющая направления) характеристика.
Движение частицы в пространстве – это механическое перемещение дис-кретного объекта, обладающего в декартовой системе координат тремя посту-пательными степенями свободы и тремя вращательными (по трем независимым направлениям). Движения поля – это распространяющиеся колебания полевой функции, т.е. волновой процесс, которому свойственны все волновые явления, такие, как дифракция, интерференция, суперпозиция. Эти явления, характерные для поля (континуальность), в рамках классической физики принципиально не-возможны для частиц (дискретность), таким образом классическая наука и фи-лософия при рассмотрении категории материи оперирует дихотомией «поле-вещество». Квантовая механика на пути к единому описанию природы сделала важный шаг для устранения этого противопоставления, введя т.н. пси-функцию Шредингера (волновую квантовомеханическую функцию координат и време-ни), но она отразила только волновые свойства элементарных частиц, - фено-мен микромира, известный как корпускулярно-волновой дуализм.
Переход к единой корпускулярно-волновой модели материи осуществля-ется в квантовой теории поля при помощи метода вторичного квантования, ко-гда реальному физическому полю того или иного типа ставятся в соответствие дискретные кванты, отвечающие различным возможным состояниям этого по-ля. В терминах такого абсолютно неклассического физического объекта – кван-тованного поля, - в современной физике описываются частицы, которые теперь представляют собой кванты-переносчики соответствующего взаимодействия. При таком подходе, например, электроны и позитроны – это кванты электрон-позитронного поля, фотоны – кванты электромагнитного поля, глюоны – кван-ты глюонного поля и т.д. Переносчиком гравитационного взаимодействия в по-ле тяготения являются гравитоны – кванты поля гравитации. Они обладают всеми им присущими физическими характеристиками такими, как масса покоя, заряд, энергия, импульс, спин, четность, странность, цвет и т.д.
Квантованное поле – это совершенно новое фундаментальное понятие современной физики, описывающее реально существующий физический объект микромира, лишенный дихотомии «поле-вещество» и органично обладающий присущей ему совокупностью корпускулярных и волновых свойств, часть ко-торых при переходе к классическому пределу неизбежно теряется. С эпистемо-логической точки зрения это соответствует несводимости квантовомеханиче-ской реальности к реальности макромира и семантической несоизмеримости понятий, используемых для моделирования и интерпретации объектов и явле-ний, принадлежащих различным масштабам сложности в иерархии уровней структурной организации материи.
27. Структурные уровни организации материи – иерархическая система описания закономерностей поведения объектов материального мира, обуслов-ленная невозможностью в рамках современной науки создать целостное пред-ставление о природе. Деление материального мира на: 1) микромир, 2) макро-мир, 3) мегамир соответствует принципиально отличающимся структурным формам организации и движения материи, описание которых методами совре-менной науки также принципиально отличается и ведется по следующим прин-ципам:
1). По законам квантовой механики с учетом дискретной природы и веро-ятностного характера происходящих процессов, где «властвует» принцип неоп-ределенности, отсутствует понятие точных и однозначных траекторий движе-ния частиц, действуют законы сохранения весьма специфических параметров, не имеющих наглядных аналогий. Скорость света в этом мире равна опреде-ленной величине, вполне соизмеримой со скоростью других процессов, а эф-фект замедления времени является обычным явлением;
2). По детерминистским законам классической ньютоновской динамики, когда процессы считаются непрерывными, поскольку постоянную Планка можно без потери точности приравнять к нулю, скорость света практически равна бесконечности, пространство евклидово, абсолютно и трехмерно, а время линейно и также абсолютно;
3). Согласно принципам общей теории относительности, в которой про-странство и время связаны в один неразделимый континуум, материальные массы космических тел искривляют геометрию пространства-времени, а ско-рость света становится фундаментальной мерой наблюдаемости или ненаблю-даемости объектов, порождая понятие горизонта событий и ставя предел воз-можности получения информации об объектах и познанию Вселенной научны-ми методами. (См. также: Атом, Вселенная, Элементарные частицы).
28. Античастицы – субъядерные элементарные частицы вещества, имеющие одинаковое значение ряда основных параметров, таких, как масса, время жизни, величина электрического заряда, собственного момента импульса (спина), но противоположный знак электрического заряда и некоторых других квантовых параметров. При взаимодействии претерпевают аннигиляцию. Самым простым примером такой пары являются электрон и позитрон. Вещество, составленное из соответствующих античастиц, называют антивеществом в противополож-ность «нормальному» или обычному веществу, составляющему наш мир, в ко-тором мы существуем. По химическим свойствам антивещество неотличимо от вещества, являясь как бы его зеркальным отражением (в лабораториях, напри-мер, получен и исследован антиводород, состоящий из антипротона и позитро-на).
С позиций различных гипотез происхождения Вселенной, а также с фи-лософской точки зрения, наличие в природе античастиц и антивещества, а так-же проблема антиматерии вообще, рассматривается под углом зрения общих вопросов, касающихся проявления симметрии и асимметрии в природе. Про-блема возможности или невозможности существования «антимиров» где-нибудь во Вселенной, или даже целых «антивселенных» (например, в рамках концепции множественности миров) - одна из важнейших в современной кос-мологии. Разрабатываемый в настоящее время общепризнанный вариант стан-дартной модели Большого взрыва в сочетании с теорией объединения фунда-ментальных взаимодействий дает объяснение несимметрии вещества и антиве-щества, наблюдаемое в «нашей» Вселенной, спецификой процессов, имевших место на самых ранних стадиях её возникновения. Предсказанный этой теорией «коэффициент асимметрии», равный 1/1,000000001 в пользу «вещества», из ко-торого и состоит наблюдаемая область Вселенной, получил подтверждение в изучении состава всего космического вещества и пропорции составляющих его компонентов.
Оказалось, что на каждый электрон или нуклон во Вселенной приходится 109 фотонов – продуктов первичной аннигиляции почти (но не совсем) равного начального количества вещества и антивещества, образовавшегося при Боль-шом взрыве. То вещество, из которого состоит Вселенная, по крайней мере, в пределах горизонта событий, есть малая часть (по современным оценкам по-рядка 1080 нуклонов), оставшаяся после первичной аннигиляции, в результате чего всё остальное вещество перешло в гамма-фотоны, наблюдающиеся в наше время как реликтовое излучение. Этот подход не исключает возможности су-ществования других, ненаблюдаемых нами, Вселенных с другим составом ве-щества и свойствами. (См. также: Симметрия).
29. Аннигиляция – (уничтожение), процесс взаимодействия и превращения элементарных частиц одного вида, но с противоположным электрическим заря-дом (пара: «частица-античастица»), в результате чего выделяется т.н. энергия массы покоя этих частиц (Е=2М0 с2), - при этом вещество в конечном счете ис-чезает и «превращается» в кванты электромагнитного поля - фотоны. Сущест-вует также и обратный процесс – рождение электрон-позитронной пары при со-ответствующих энергиях возбуждения электромагнитного поля (из гамма-фотона с энергией превышающей 1,02 Мэв вблизи атомного ядра). В процессах аннигиляции и рождения пар «частица-античастица» строго выполняются зако-ны сохранения энергии и импульса, а также всех известных квантовых пара-метров.
Аннигиляция и рождение пар «частица-античастица» - одно из принци-пиальных физических явлений микромира, не имеющих аналогов в реальности, описываемой законами классической физики. Философская сторона данного явления может быть осознана в терминах диалектики, как единство двух проти-воположностей, - двух ипостасей одной сущности, называемой «материя», и зафиксированных в процессе упорядочивания информации в человеческом опыте и языке в качестве бинарной оппозиции «поле-вещество». (См. также: Античастицы, Электрон, Позитрон).
30. Дарвинизм – теория происхождения и эволюции видов живых организмов, разработанная в 1858-1859 годах английскими учеными Ч. Дарвином и незави-симо от него А.Р. Уоллесом (1823 – 1913) (интересно, что они оба опирались на идеи, высказанные ранее Томасом Мальтусом (1766 – 1834) в его известном труде «Опыт о законе народонаселения», 1798 г.). Согласно традиционному дарвинизму, эволюция осуществляется в результате взаимодействия трех ос-новных факторов («движущих сил эволюции») – изменчивости, наследственно-сти и естественного отбора. Изменчивость является основой для образования новых признаков и особенностей строения и функционирования организмов, наследственность служит закреплению этих признаков в потомстве, а в процес-се естественного отбора с течением времени происходит устранение организ-мов, чьи признаки препятствуют или не способствуют оптимальному приспо-соблению к условиям среды обитания.
Взаимодействуя между собой в течение длительного времени, эти факто-ры постепенно в процессе отбора способствуют формированию организмов, ко-торые накапливают всё новые и новые приспособительные признаки, что в ито-ге приводит к появлению новых видов живых организмов. Таким образом, все ныне существующие виды произошли от ранее существовавших (ныне уже не-существующих), путем постоянного и непрекращающегося процесса их эволю-ции. Основы своего учения Дарвин изложил в эпохальном труде «О происхож-дении видов путем естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь», вышедшем в 1859 году.
Это было первое учение антикреационистского характера, т.е. вполне ма-териалистическое, поскольку в нем был предложен механизм создания видов самой природой - естественным путем без участия Творца. Его эволюционист-ская часть не являлась главным открытием, поскольку уже Ламарк (1809 г.) не отрицал эволюции, хотя его представления о наследуемости приобретенных индивидом способностей были ошибочными. Истинной мировоззренческой ре-волюцией, сравнимой только с коперниканской, были идеи Дарвина о проис-хождении человека от обезьяноподобного предка в результате длительного эволюционного процесса, а не сотворения его Богом по своему образу и подо-бию.
Сейчас понятно, что это была упрощенная теория, не учитывающая мно-гие мелкие и важные закономерности популяционных процессов и далекая от тонкостей современной генетики. Так, не зная истинного механизма передачи генетической информации, считая, что наследственность основана на принципе смешивания признаков (ни Дарвин, ни Уоллес, ни их окружение не знали о ра-ботах Менделя), Дарвин не мог с полной аргументацией дискутировать со сво-им современником – инженером и физиком Ф. Дженкином, который строго ма-тематически доказал, что в случае смешивания и усреднения признаков родите-лей у потомков, дарвиновский механизм естественного отбора «работать» не будет. Современный уровень знаний в смежных дисциплинах (генетике, физи-ке, биологии, экологии и т.д.) позволяет устранить многие трудности эволюци-онной теории Дарвина (неодарвинизм и постнеодарвинизм) и делает её основ-ным научным подходом в изучении процессов эволюции живого вещества в биосфере.
Следует отметить, что концепцию эволюции как универсального свойст-ва любых систем, в частности, и биологических, впервые сформулировал вы-дающийся английский философ Герберт Спенсер (1820 – 1903), что признавал и сам Дарвин. Отдельные прозрения эволюционного типа высказывали ещё в се-редине 18-го века некоторые французские естествоиспытатели, - Бенуа де Ма-лье (1748 год), который утверждал, что природа естественным путем порождает различные формы жизни, и Жорж де Бюффон (1749 год), высказывавший идею о том, что некогда существовал общий предок для всех форм живых организ-мов. (См. также: Дарвин, Ламаркизм).
31. Энтропия – (от греч. поворот, превращение), функция состояния термоди-намической системы, определяемая для обратимого процесса как отношение количества тепловой энергии Q, сообщенной системе или отведенной от неё к абсолютной температуре T, при которой проходил этот обратимый процесс: S=(Q2-Q1)/T0 K. Например, при плавлении твердого тела энтропия равна коли-честву теплоты, затраченной на этот процесс, деленному на температуру плав-ления по абсолютной шкале Кельвина. Основной принцип термодинамики (т.н. второе начало термодинамики) гласит, что в замкнутой системе в необратимых процессах энтропия всегда возрастает или в случае идеального циклического процесса без тепловых потерь (полностью обратимого), её изменение равно ну-лю.
Энтропия характеризует направление тепловых процессов, причем само-произвольно тепло может переходить только от более нагретого тела к менее нагретому, что соответствует возрастанию энтропии и приводит к выравнива-нию температуры во всей системе тел, т.е. к равновесному состоянию, или со-стоянию теплового хаоса, которое характеризуется максимальным значением энтропии. Обратный процесс без затраты энергии извне невозможен, и если на замкнутую систему не оказывать никакого воздействия, она постепенно придет в такое состояние, в котором кроме малых флуктуаций, никаких процессов не происходит – т.н. равновесное термодинамическое состояние теплового хаоса, или «тепловой смерти». Понятие энтропии в 1865 году ввел в термодинамику выдающийся немецкий физик Рудольф Клаузиус, он же сформулировал второе начало термодинамики и, считая Вселенную замкнутой системой, пришел к вы-воду о её неизбежной «тепловой смерти», поскольку, согласно его формули-ровке: «Энергия Вселенной есть величина постоянная, энтропия Вселенной стремится к максимуму».
В 1872 году выдающийся австрийский физик Людвиг Больцман на осно-вании статистической модели сложных термодинамических систем связал эн-тропию с вероятностью того или иного состояния системы, т.е. показал, что эн-тропия с точки зрения статистической физики – это мера упорядоченности или неупорядоченности элементов системы. Если в данной системе осуществилось W элементарных состояний, то величина энтропии S равна: S=k*ln W , где k = 1,381*10-23 Дж/Кельвин – постоянная Больцмана. Отсюда видно, что наиболее вероятное состояние любой системы – это состояние равновесного хаоса, т.е. беспорядка, когда количество микросостояний её элементов очень велико и от-сутствуют какие-либо различия между отдельными областями системы. Такое состояние характеризуется большим значением энтропии и следовательно, от-сутствием порядка в структуре, в то время как уникальная, идеально упорядо-ченная (м.б. почти невероятная), система с одним возможным устойчивым со-стоянием или какая-нибудь редчайшая, но очень продуктивная флуктуация имеют очень малое или нулевое значение энтропии, (т.к. логарифм единицы в формуле Больцмана равен нулю).
Современная трактовка понятия энтропии в больцмановском виде на ос-нове идей синергетики считает Вселенную такой суперсистемой, к которой нельзя приложить понятие замкнутой системы и в которой, при её практиче-ской бесконечности и неравновесности, могут в качестве больших флуктуаций происходить редкие и необратимые во времени диссипативные процессы само-организации и самоупорядочения структур с локальным уменьшением энтро-пии. И наконец, загадка антиэнтропийной деятельности живого вещества, соз-дающего и поддерживающего свою структуру в порядке длительное время, объясняется тем, что живой организм также не является замкнутой системой, а наоборот – принципиально открытой, участвующей в постоянном обмене ве-ществ, энергии и информации с внешней средой.
К деятельности живых организмов применимы все выводы теории само-организации в сложных неравновесных системах. Трофические цепи в биосфе-ре сложились таким образом, что каждый вид на каждой стадии, начиная с ав-тотрофов, всё в большей степени упорядочивает вещество, служащее пищей организмам более высокой ступени, т.е. затрачивая внешнюю энергию, живые организмы с определенным (и в принципе не очень высоким) КПД как бы соз-дают в природе запас отрицательной энтропии, повышая при этом энтропию и, следовательно, беспорядок в окружающей среде. По образному выражению од-ного из создателей квантовой механики Э. Шредингера, живые организмы пи-таются отрицательной энтропией (т.н. негэнтропией), заключенной в высоко-упорядоченном органическом веществе.
С точки зрения физики жизнь протекает в постоянной борьбе дегради-рующего и хаотизирующего влияния процессов самопроизвольной термодина-мической деструкции и распада менее вероятных сложных структур в более ве-роятные простые (согласно второму началу термодинамики) и противоэнтро-пийной деятельности живых организмов, восстанавливающей порядок в нару-шенных структурах, за счет использования внешних источников энергии. Это происходит согласно тому принципу порядка, который закодирован в самой упорядоченной структуре, созданной природой – молекуле ДНК, носительнице генетической наследственной информации о принципах строения и развития каждого данного вида организмов. Естественная смерть одного организма – это локальная победа энтропии и равновесного хаоса над индивидуальной сложно-стью, гармонией и порядком, но это вместе с тем и залог возникновения новых параметров порядка, появления и развития в природе новых форм, а значит, и новых разнообразных видов организмов и типов экосистем.
Универсальность понятия энтропии стала особенно осознаваться с появ-лением в информатике формулы, выведенной в 1947 году американским мате-матиком и специалистом по передаче информации Клодом Шенноном, которая аналогична формуле Больцмана, где информация получает количественную ме-ру, а энтропия трактуется как мера первоначальной неопределенности исхода какого-либо опыта стохастического типа, - т.е. как мера статистического разно-образия исходов операций со случайной величиной в процессах передачи ин-формации. Этот вывод Шеннона вполне соответствует высказыванию самого Больцмана о том, что энтропия вообще есть мера недостающей информации о состоянии сложной системы.
В этой трактовке информация уже выступает в качестве меры порядка, а всякий процесс получения информации становится инструментом упорядочи-вания хаотических потоков различной природы в соответствующих сложных системах любого типа и создает условия для появления в них устойчивых орга-низованных структур. Аналогия, использующая формальное сходство между разнообразием термодинамических микросостояний физических систем и раз-нообразием вероятностных исходов в информационных системах, оказалась универсальной и весьма продуктивной в общенаучном смысле.
Так, считая разумную человеческую культурную деятельность процес-сом, создающим целенаправленные энергетические потоки и упорядоченные структуры, ранее не существовавшие в природе, в которых актуализирована или закреплена конкретная информация, резко уменьшающая меру неопреде-ленности, можно согласиться с мнением выдающегося отечественного культу-ролога Ю.М. Лотмана о том, что «культура есть устройство, вырабатывающее информацию». Любой текст или изделие, созданные разумной деятельностью человека представляют собой упорядоченные структуры, возникшие как ре-зультат антиэнтропийных процессов локального масштаба, требующие соот-ветствующих затрат энергии и повышающие энтропию и хаос в окружающей среде (суперсистеме). Причем, чем "уникальнее" творение, тем, в некотором смысле, величина энтропии, характеризующая это состояние упорядоченного материала, меньше и тем «необратимее» во времени «траектория развития» этого процесса.
Антиэнтропийная деятельность культуры, происходящая аналогично жизнедеятельности организмов, отмечена Лотманом так: «Основная работа культуры состоит в структурной организации окружающего человека мира. Культура – это генератор структурности и этим она создает вокруг человека социальную сферу, которая, подобно биосфере, делает возможной жизнь, но не органическую, а общественную». Таким образом, на основе этой аналогии про-водится важная общесистемная параллель между антиэнтропийным характером совокупных процессов самоорганизации в «первой природе» - биосфере, где определяющим фактором прогрессивной эволюции видов является спонтанное самоупорядочение биологической информации, и также антиэнтропийной, но только уже целенаправленной структурной организацией окружающей челове-ка среды и создания в процессе этой деятельности «второй природы» – т.е. сфе-ры человеческой культуры.
В таких же антиэнтропийных понятиях, (называя упорядоченные струк-туры стройностями), выражал смысл эволюции живой материи и человеческого культурного развития один из представителей русской космической философии естественнонаучного направления, – известный физик и математик Н.А. Умов: «Эволюция живой материи в общих чертах увеличивает количество и повыша-ет качество стройностей в природе. По отношению к человеку эволюция выра-жается тем, что он вводит в круг своих стройностей растительное и животное царство, в своих орудиях и машинах распространяет эти стройности на неорга-низованную материю и борется во имя этих стройностей со случайным распо-рядком событий в природе <…> Стройность есть необходимый признак живой материи».
Общий принцип самоорганизации в сложных неравновесных системах как процесс создания упорядоченных психо-информационных структур, ис-пользует в своих теориях личности и выдающийся швейцарский психолог Карл Густав Юнг. По Юнгу упорядочивание отношений в системе «индивидуальное сознание - коллективное бессознательное» происходит в процессе индивидуа-ции личности. Этот процесс, как и любой процесс упорядочивания, представля-ет собой антиэнтропийную деятельность индивидуума, прилагающего энергию для преодоления энтропийного хаоса бессознательного и создания условий для самоидентификации.
Таким образом, Юнг кладет в основание психологии, а Лотман – в осно-вание культурологии один из универсальных принципов всего естествознания, и этот подход к трактовке психических процессов и важнейших феноменов че-ловеческого поведения – с одной стороны, и закономерностей совокупной ис-торико-культурной деятельности человечества – с другой, интегрирует гумани-тарные науки в самый широкий контекст человеческого знания и служит пре-одолению оппозиции «двух культур». Общий закон возрастания энтропии в замкнутых системах, отражающий переход термодинамической или информа-ционной системы к состоянию равновесного теплового или информационного хаоса, распространяется и на социально-культурную сферу существования че-ловечества. Развитие любой изолированной от мирового сообщества тотали-тарной закрытой государственной системы требует для поддержания равновес-ного состояния минимума творческой энергии, но со временем неизбежно, в силу возрастания энтропии, обречено на культурный застой и деградацию (рав-новесный хаос).
Открытая социальная структура, испытывая постоянные влияния извне (флуктуации различной природы), может в своей траектории развития выйти в область, далекую от равновесия (состояние турбулентного хаоса). Однако именно (и только) при таком неравновесном состоянии государственной систе-мы, целенаправленно приложив «социальную энергию», можно повысить веро-ятность появления новых параметров порядка и, следовательно, пусть через со-циальные потрясения (бифуркации) создать условия для процесса самооргани-зации новых структур. Пути эволюции или траектории развития самооргани-зующейся государственной или социальной системы также, как и для любого сложного нелинейного процесса, определяются существующими для таких структур аттракторами, или притягивающими множествами решений. Таковы-ми являются известные в истории мировой цивилизации типы государственно-го устройства, вероятность осуществления каждого из которых зависит от мно-гих факторов - как внутренних, так и внешних.
Эти известные в истории события (эмпирические факты), хоть каждое из которых по-своему уникально и неповторимо, имеют похожие общесистемные черты. Их энтропийный характер и бифуркационная необратимость во времени получают, с данной точки зрения, общенаучное теоретическое объяснение. Та-ким образом, понятие энтропии, так же как и понятие энергии, приобретает в современной постнеклассической науке универсальный и фундаментальный смысл одной из основных категорий познания мира и человека.
32. Информация – потоки вещества и (или) энергии, которые, упорядочиваясь в процессе восприятия органами чувств человека или регистрирующими при-борами, расширяющими пределы восприятия, могут быть в соответствующем знаково-семантическом пространстве (языке) перекодированы в смыслосодер-жащие структуры. Бытовое и общекультурное представление об информации наделяет это понятие очень широким смысловым спектром. В житейском, по-вседневном смысле оно означает некоторое количество сведений, которое че-ловек получает из окружающей среды – из своих наблюдений, от других лю-дей, книг, СМИ и т.д. В результате, с помощью этих сведений человек упоря-дочивает свои отношения с окружающим миром, а человечество в целом созда-ет информационно-культурное пространство, в котором осуществляются соци-альные процессы и которое постепенно превращается как бы во вторую приро-ду, преодолевающую хаос и энтропию первой природы.
По определению известного отечественного культуролога Ю.М. Лотмана вся человеческая культура есть устройство, создающее информацию. Это, ко-нечно, структурно-сциентистская трактовка культуры, которая однако, позво-ляет использовать методы естествознания для изучения соответствующих ас-пектов культурных явлений в той их части, которая естественным наукам дос-тупна. В этом контексте любое произведение, созданное человеком, или любой природный феномен, осваиваемый человеком в сфере языка, или природная структура, преобразованная людьми с определенной целью, несут информацию постольку, поскольку могут быть восприняты и осмыслены в уже сложившейся системе образов, представлений и понятий. Язык, понимаемый в самом широ-ком смысле этого слова, служит для закрепления информации и является от-крытой активной средой, в которой осуществляются процессы спонтанного смыслопорождения, т.е. процессы самоорганизации семантически упорядочен-ных информационных структур, ранее в этой системе не существовавших. Та-кое толкование поведения знаковых систем (или семиосфер) вписывается в об-щую синергетическую модель, описывающую закономерности развития слож-ных неравновесных самоорганизующихся систем любого типа.
Содержание понятия информации в естественных науках неоднозначно и зависит от того научного контекста, в котором оно определяется. Так, в кибер-нетике обычно абстрагируются от содержательной (смысловой) стороны ин-формации и рассматривают процессы взаимодействия элементов любой кибер-нетической системы, обеспечивающие устойчивость и управляемость этой сис-темы, с точки зрения теории передачи сигналов, когда на первый план выступа-ет проблема оптимальной взаимной передачи и приема данных о состоянии от-дельных элементов системы. При этом материальная форма, в которую облече-ны эти сведения, имеет второстепенное значение и является делом техники (в искусственных системах) или определяется спецификой тех или иных естест-венных природных сред (сообществ организмов, ценозов, экосистем и даже всей биосферы в целом).
В естествознании информация трактуется как некоторая совокупность данных, полученных в процессе эксперимента в прямых или косвенных изме-рениях, а также в результате обработки и обобщения данных в рамках какой-либо гипотезы или теории. В этом смысле то, что недоступно измерениям, что не является источником научных данных, не может быть предметом естество-знания и научной информацией не обладает. С такой точки зрения, все явления природы, недоступные наблюдению невооруженными органами чувств, содер-жат метаинформацию, которая актуализируется при использовании человеком соответствующих приборов, расширяющих пределы восприятия скрытых энер-гетических потоков. Например, количество информации «оптического» проис-хождения можно увеличить, применяя, помимо телескопа и микроскопа, детек-торы инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского излучения, недос-тупного человеческому глазу. В гуманитарной сфере любой информации, кро-ме смыслового содержания, присущ еще и ценностный аспект, зависящий от системы мировидения, в которую эта информация встраивается.
Отвлекаясь от смыслового и ценностного аспектов сообщения, можно любую информацию формально рассматривать как совокупность сведений о некотором определенном событии, которое в принципе может произойти в рас-сматриваемой системе. Событием в кибернетике называют состояние системы в определенный момент времени. Передаваемые и принимаемые сведения со-держат данные о том, в каком из множества возможных состояний находилась эта система в конкретный момент времени. Эти данные могут быть закодиро-ваны определенным образом с использованием некоторого количества элемен-тарных символов, составляющих алфавит кода, а число таких символов называ-ется основанием кода. Из теории передачи сообщений следует, что каким бы ни было основание используемого кода, длина последовательности сигналов, не-обходимой для передачи некоторого конкретного сообщения, прямо пропор-циональна логарифму числа всех возможных сообщений.
Такой формализованный подход к информации позволяет производить измерение её количества, но без учета смысла, а только с точки зрения возмож-ности кодировки её при помощи последовательности сигналов, построенной, как принято в кибернетике, на основании двоичной системы счисления, где су-ществуют только числа 0 и 1 – т.н. двоичный код. Тогда за единицу измерения принимается то количество информации, которое заключается в одном двоич-ном разряде и определяется выбором одного из двух возможных сообщений, т.е. «да / нет», - эта единица называется бит. Эти соображения привели К. Шен-нона к выводу, что количество информации в битах Н связано со степенью не-определенности в сообщении следующей формулой: H=log2 N. Здесь она при-водится в упрощенном виде для случая, когда все «трактовки» равновероятны, а 1/N - вероятность каждого варианта.
Данная формула аналогична выражению для энтропии как мере беспо-рядка или хаоса в термодинамической системе, полученному Л. Больцманом в рамках статистической физики. Обнаружившая себя аналогия далеко не слу-чайна, - она вскрывает факт глубокой связи между теорией информации и ста-тистической физикой и вводит информатику, как науку, в контекст всего есте-ствознания. Отсюда также следует, что устойчивая циркуляция потоков ин-формации в живых и неживых системах обеспечивает их стабильность и управ-ляемость, а получение информации о внешнем мире в процессе человеческой деятельности приводит к упорядочиванию отношений в суперсистеме «чело-век-природа».
Существующая в настоящее время сциентистская тенденция абсолютизи-ровать понятие информации и распространять его на все без исключения про-цессы, в которых существуют хотя бы некоторые формы самоорганизации, свя-зана с желанием иметь некоторый универсальный научный язык, описывающий любые системные феномены как в неживой, так и в живой природе. Это, в це-лом, весьма удобно, т.к. данный подход позволяет одним термином охватить широкий спектр конкретных понятий, и к тому же поддается количественному описанию. Однако все процессы, происходящие в неживых системах, могут быть вполне адекватно описаны и традиционным способом - на языке фунда-ментальных законов сохранения и соответствующих конкретному случаю фи-зико-химических законов, и не требуют никаких дополнительных понятий.
В то же время в области изучения системных закономерностей эволюции живых организмов (и тем более социально-культурных феноменов человече-ской истории), принципиально необходима категория информации, но не столько с формальным количественным учетом её объема, сколько с анализом смыслового и ценностного содержания, поскольку эти процессы, хотя и не про-тиворечат законам физики и химии, но полностью ими не описываются.
33. Большой взрыв, (модель большого взрыва), - современная общепринятая теория происхождения и эволюции Вселенной, суть которой сводится к тому, что вся видимая область космического пространства возникла примерно 15-20 миллиардов лет назад из т.н. «сингулярности» – специфического состояния ма-терии, характеризующегося ядерными размерами и плотностью вещества по-рядка 1095 г/cм3 (плотность воды = 1 г/см3). Метафора "взрыв", в результате ко-торого видимая часть Вселенной находится в процессе расширения (разбегание галактик), весьма условна и скорее преследует цель наглядности.
С точки зрения современной физики это явление трактуется в терминах квантового перехода из состояния т.н. первичного квантового вакуума через ряд промежуточных форм к состоянию известных на сегодняшний день форм материи – вещества, состоящего из атомов и молекул, субъядерных «элемен-тарных» частиц и некоторых видов полей, достаточно адекватно описываемых современной квантовой механикой. При этом, в отличие от взрыва в привыч-ном понимании, разлетается не вещество и объекты Вселенной из какой-то центральной точки пространства, а как бы «раздувается» само пространство – межгалактические области Вселенной, причем условно выбранным центром для удобства математического описания процесса может быть любая точка пространства, - например, наша планета Земля.
Вопрос об историческом развитии Вселенной возник в 20-е годы нашего века, когда российский ученый А.А. Фридман получил ряд нестационарных решений уравнений общей теории относительности А. Эйнштейна, соответст-вующих расширению или сжатию пространства. Аналогичные варианты моде-лей вселенных были также исследованы еще в 1916 году голландцем В. де Сит-тером и в 30-х годах французом Ж. Леметром. В 1927 году американский ас-троном Эдвин Хаббл, зная уже о теории Фридмана и других моделях нестацио-нарной Вселенной, экспериментально установил факт разбегания далеких га-лактик и предложил формулу зависимости скорости разбегания космических объектов V от расстояния R: V=HR, где H по современным данным равно примерно 15 - 25 км /сек на 1 миллион световых лет (т.н. постоянная Хаббла). Величина, обратная постоянной Хаббла, представляет собой время, в течение которого расширялась Вселенная, т.е. её возраст ( 15 млрд. лет).
Идею типа “Большого взрыва” в первоначальном виде (теория “горячей Вселенной”) выдвинул на основе предшествующих идей Леметра в сороковых годах американский физик русского происхождения Георгий Гамов, предсказав существование следов этого взрыва – т.н. реликтового излучения, открытого в середине 60-х американскими радиоинженерами Пензиасом и Вильсоном. В настоящее время это очень сложная теория, позволяющая удовлетворительно объяснить многие экспериментальные данные и внутренне непротиворечиво, и научно правдоподобно воссоздать историю эволюции Вселенной.
Независимо от того, насколько достоверно эта теория позволяет объяс-нить некоторые отдельные детали процесса, ее огромное философское значение бесспорно. Созданием этой концепции завершился тысячелетний спор о том, что в мире неизменно, а что подвержено изменениям, в пользу глубокого убеж-дения, основанного на научных доказательствах, о принципиальной исторично-сти Вселенной и эволюционном пути развития любых сущностей как живой, так и неживой природы в характерном для каждого явления собственном тем-поральном мире. Таким образом, не существует в мире ничего неизменного, и само мироздание – Космос, идеал гармонии и порядка древних греков, во все времена считавшийся вечным и неизменным, - является одной из стадий не-скончаемого процесса изменения и превращения материи. (См. также: Вселен-ная, Галактика, Фридман).
34. Уравнение Шредингера –.основное уравнение квантовой механики, опи-сывающее эволюцию квантовомеханического объекта во времени. Оно записы-вается через оператор Гамильтона (т.н. гамильтониан) и утверждает, что произ-водная волновой функции (t) («пси»-функции) по времени совпадает с резуль-татом действия на (t) оператора Гамильтона = Ноп. Это уравнение было по-стулировано Э. Шредингером на основе аналогии с уравнениями классической оптики, но полученное решение (собственные функции и собственные значе-ния) соответствуют не непрерывно, а дискретно изменяющимся частотам вол-нового процесса.
Уравнение Шредингера имеет вид: ih*(t)/ t=Ноп(t), где i – мнимая единица, h – постоянная Планка, и его решение с учетом соответствующих на-чальных и граничных условий описывает квантовый характер тех или иных процессов микромира. Так, например, из общего вида уравнения Шредингера при определенных условиях следует т.н. стационарное решение: (x,y,z,t)=e-i(E/h)t(x,y,z), где e-i(E/h)t – экспонента, Е – собственные значения волновой функции, представляющие собой совокупность энергетических уровней, (x,y,z) – функция только пространственных координат. Уравнение Шрединге-ра линейно, следовательно, если его решением являются две любые собствен-ные функции 1 и 2, то его решением является и их линейная комбинация (су-перпозиция волновых функций): а11+а22 , - это математическое выражение принципа суперпозиции.
Уравнение Шредингера не выводится логически непротиворечиво из бо-лее фундаментальных оснований или соображений, а постулируется, поэтому его описательные возможности можно проверить только эмпирическим путем. В ряде экспериментов (где осуществлялись т.н. чистые состояния, для которых волновая функция существует, например, отдельный атом водорода) были по-лучены очень хорошие результаты, в более сложных случаях – при исследова-нии поведения больших систем или т.н. квантовых ансамблей (смешанное со-стояние, где выделить волновую функцию не представляется возможным) при-ходится прибегать к вероятностно-статистическому описанию состояния объ-екта, - тем не менее, только аппарат квантовой механики, развитый на основе волнового подхода Шредингера (или аналогичного, матричного варианта Гей-зенберга), позволяет получить адекватные результаты при математическом мо-делировании парадоксальной реальности микромира. (См. также: Квантовая механика, Наблюдение, Шредингер).
35. Ноосфера – сфера разума, высшая стадия естественного развития биосферы Земли, её новое гармоничное состояние, осуществленное при непосредствен-ном воздействии человека как крупнейшей геологической силы общепланетар-ного масштаба, т.е. область нашей планеты, охваченная разумной человеческой деятельностью. Понятие ноосферы ввел в 1927 году французский математик и философ-бергсонианец Эдуард Леруа на основе учения о биосфере В.И. Вер-надского и учения о «феномене человека» и «божественной среде» выдающего-ся французского ученого и католического мыслителя Пьера Тейяр де Шардена. Этим термином Леруа обозначал современную стадию, переживаемую биосфе-рой. Дальнейшее развитие этой идеи и превращение её в научную и философ-скую концепцию универсального масштаба связано с именем выдающегося русского ученого В.И. Вернадского, который сейчас воспринимается как один из крупнейших мыслителей ХХ века.
В своей статье «Несколько слов о ноосфере», Вернадский, утверждая на-ступление этой особой эры как закономерный этап геологической и биологиче-ской эволюции планеты, писал об этом так: «Ноосфера есть новое геологиче-ское явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыс-лью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше. <…> Ноосфера - последнее из многих состояний эволю-ции биосферы в геологической истории – состояние наших дней. Ход этого процесса только начинает нам выясняться из изучения её геологического про-шлого в некоторых своих аспектах. Пятьсот миллионов лет тому назад, в кем-брийской геологической эре, впервые в биосфере появились богатые кальцием скелетные образования животных, а растений – более двух миллиардов лет на-зад. Это кальциевая функция живого вещества, ныне мощно развитая, была од-ной из важнейших эволюционных стадий геологического изменения биосферы. ... Не менее важное изменение биосферы произошло 70-110 млн. лет тому на-зад, во время меловой системы и особенно, третичной. В эту эпоху впервые создались в биосфере наши зеленые леса, всем нам родные и близкие. Это дру-гая большая эволюционная стадия, аналогичная ноосфере. Вероятно, в этих ле-сах эволюционным путем появился человек около 15-20 млн. лет тому назад. ... Сейчас мы переживаем новое геологическое эволюционное изменение биосфе-ры. Мы входим в ноосферу. Мы вступаем в неё – в новый стихийный геологи-ческий процесс…».
Таким образом, по Вернадскому, процесс ноогенеза – с одной стороны, естественный и закономерный результат общей эволюции биосферы, с другой – для него необходимы сознательные и целеустремленные действия всего чело-вечества, предполагающие осознание статистическим большинством соответ-ствующей системы ценностей. Основоположники учения о ноосфере полагали, что процесс перехода к высшим формам развития биосферы (точка Омеги как осуществление окончательного идеала Божественной среды у П. Тейяр де Шардена) неизбежен и с необходимостью ведет к упорядочению природной и социальной среды, к более совершенным формам бытия и всеобщему благу на основе гармоничного соединения для этой цели науки, общественного созна-ния, экономики и политики государств.
Однако, именно здесь, по мнению ряда современных интерпретаторов этого учения, научная трактовка проблемы уступает место «мифологии разу-ма», и проявляются утопические черты этого учения, - желаемое заслоняет дей-ствительное. В самом деле, заранее неясно, насколько когерентно будут соче-таться стихийные, но в целом, высокоупорядоченные системным образом био-геосферные силы и объективные, но не менее стихийные и часто вполне хаоти-ческие социально-экономические тенденции реального процесса развития ци-вилизаций. Есть вполне научные основания считать, что процесс ноогенеза, в том виде, как он описан Вернадским, Тейяр де Шарденом, Циолковским и рус-скими космистами, в принципе, возможен, но далеко не обязателен.
С точки зрения синергетических представлений о специфике эволюции сложных неравновесных систем (в данном случае, условно говоря, по формуле: «биосфера + техносфера + некая сфера духа, например, пневматосфера Флорен-ского = ноосфера»), можно допустить, что в процессе самоорганизации и само-развития такой сверхсложной и еще недостаточно глубоко понимаемой челове-ком системы, как эта, в результате появления неожиданных бифуркаций, обу-словленных скрытыми аттракторами, возникнут и другие, непредвиденные и нежелательные, но более реальные траектории развития.
Некоторые современные исследователи также полагают, что существует опасность постепенной и, в целом, антигуманистической подмены идеи ноо-сферы в традиционном, несколько романтическом её понимании, идеей арте-сферы – искусственного мира, созданного технократической и информацион-нократической цивилизацией, подавляющей и трансформирующей научно-техническими методами естественные биологические условия жизни человека, и под видом высокой цели - разрешения биологических и экологических проти-воречий (загрязнение окружающей среды, болезни, старость, смерть), заме-няющей природу её окультуренным суррогатом. Это идея экологического им-ператива, концепция «мир как сад», в котором на основе достижений науки ис-кусственно создается гармония, и прочие им подобные научно-рационалистические построения утопического характера. Эти исследователи утверждают, что некритическое отношение к учению о переходе биосферы в ноосферу современных его энтузиастов, считающих этот процесс закономер-ным, неуклонным и единственно возможным, приводит к дезориентации обще-ственного сознания и закреплению в нем сциентистских мифов рационально-прогрессистского толка. Тем самым в значительной степени маскируется ис-тинная сложность проблемы дальнейшего развития системы «человек-природа», поскольку предлагается более или менее определенная и как бы на-учно обоснованная, вполне радужная перспектива ее решения.
Но, несмотря на существующие разногласия, а возможно и благодаря им, имеющий место конфликт интерпретаций этого учения привел к осознанию ог-ромной сложности данной проблемы, и дискуссии вокруг неё раскрывают большое философское значение концепции ноосферы. Очевидно, что философ-ская и естественнонаучная задача состоит в необходимости дальнейшего все-стороннего анализа самой фундаментальной оппозиции нашего времени - «био-сфера - артесфера», т.е. в изучении возможности ослабить неизбежные проти-воречия между универсумом природы и универсумом человеческой деятельно-сти таким способом, чтобы одно не подавлялось другим, а имело достаточно степеней свободы для бесстрессового развития. В свете современных экологи-ческих исследований, сложились определенные представления о зависимости как человека от природы, так и природы от человека, и разорвать эти связи уже невозможно без ущерба для человеческой цивилизации, поэтому оптимальным путем развития биосферы в эпоху ноогенеза видится коэволюция человека и природы в условиях уже объективно осуществившемся между ними структур-но-системном комплексе отношений. (См. также: Вернадский, Тейяр де Шар-ден, Экосистема).
36. Кибернетика – общая теория управления, применяемая к любой системе взаимодействующих элементов, образующих единое целое. Основоположник кибернетики, выдающийся американский математик Норберт Винер, определял её как науку об управлении и связи в механизмах, организмах и обществе. Ки-бернетика, которая появилась в 50-е годы ХХ века, как наука изучает не все системы вообще, а именно управляемые системы, причем это могут быть тех-нические, биологические, экономические, экологические системы, в которых осуществляется саморегуляция и самоуправление при помощи совокупности факторов, (таких, как передача и обмен энергии или информации), прямо или косвенно влияющих на скрытое от непосредственного наблюдения взаимодей-ствие элементов, что и определяет результирующее поведение и общие законо-мерности развития этих систем как целого. При этом сами элементы большой системы могут для более детального анализа рассматриваться как подсистемы, а в других случаях большая система может оказаться элементом суперсистемы. Таким образом кибернетика, (в зависимости от масштабов поставленной зада-чи), представляет мир как регулируемую и самоуправляемую суперсистему с иерархической структурой элементов-подсистем, (состоящих, в свою очередь, из элементов следующего уровня и т.д.), организованную посредством взаимо-действия обратных информационных и энергетических связей, обеспечиваю-щих долговременное устойчивое её развитие как целого.
Не любая система может обладать свойством управляемости. Необходи-мым условием наличия в ней хотя бы потенциальных возможностей к управле-нию является организованность системы, т.е. существование определенной ие-рархии структур и взаимосвязей между ними, результирующая совместная дея-тельность которых может интерпретироваться в терминах целесообразности поведения. Как правило, кибернетика изучает действие т.н. отрицательных об-ратных связей, которые представляют собой механизмы или процессы, исполь-зующие часть энергии или информации данной системы, чтобы затем вводя их в эту же систему уменьшить или подавить хаотическое влияние случайных факторов или постоянных тенденций, вызывающих разрегулировку и разупо-рядочение в процессах саморазвития системы.
Роль отрицательных обратных связей состоит в обеспечении долговре-менного устойчивого состояния системы, находящейся не в статическом со-стоянии, а в процессе движения и развития, т.е. динамически активной систе-мы, причем, используя энергию и информацию, эти связи должны обеспечить сохранение структурной организации системы, несмотря на хаотизирующие эн-тропийные процессы, обусловленные термодинамическими факторами.
Рождение кибернетики как науки обычно относят к 1948 году, когда вы-шла в свет основополагающая книга Н. Винера («отца кибернетики») «Кибер-нетика или управление и связь в животном и машине», в которой излагалась общая теория управления сложными системами на основе представлений об универсальных свойствах и закономерностях поведения любых систем, незави-симо от их природы. В частности, именно Винер со всей определенностью вы-двинул идею об универсальности и общности принципа отрицательной обрат-ной связи как для искусственных систем автоматического регулирования раз-личных технологических процессов, так и для биологических процессов, по-зволяющих живым организмам поддерживать состояние устойчивого сущест-вования (гомеостаза) при изменяющихся внешних условиях, хотя, следует за-метить, что разработки по теории регулирования с обратной связью имеют поч-ти столетнюю историю.
Становление и развитие кибернетики непосредственно связано также с идеями еще двух выдающихся умов 20-го века. Один из них английский мате-матик Алан Тьюринг, создатель теории обучения вычислительных машин, ав-тор пионерских работ по проблемам, касающимся сущности мышления, ориги-нальных работ по моделированию биологических процессов и еще ряда осно-вополагающих работ. Другой – американский математик и логик Джон фон Нейман – создатель первой цифровой вычислительной машины, автор теории игр, обосновавший возможность построения сколь угодно надежных систем из ненадежных элементов посредством введения структурной избыточности, до-казавший принципиально важную теорему о способности достаточно сложных автоматов к самовоспроизведению и созданию более сложных машин, (что имеет прямые коннотации в биологии – например, принцип Дана), а также ав-тор многих оригинальнейших исследований по проблемам квантовой механики, логики, политэкономии и социологии.
Основные цели, стоящие перед кибернетикой – установить законы, об-щие для всех управляемых систем вообще и частные закономерности, харак-терные для систем данного класса, обнаружить границы, в пределах которых можно обеспечить устойчивое развитие различных систем, разработать при-кладные методы, которые позволяют оптимизировать процессы тех или иных систем в заданных пределах и т.д. С учетом специфических особенностей опре-деленных классов управляемых систем современная кибернетика разделилась на такие прикладные дисциплины, как техническая кибернетика, экономиче-ская кибернетика и биологическая кибернетика. Если задачей кибернетики яв-ляется изучение условий управляемого поведения и равновесия имеющихся структур, то проблемами самоорганизации и возникновения новых структур из хаотических состояний занимается синергетика.
Синергетика (от греч. сотрудничество, совместное действие) – междис-циплинарное научное направление, изучающее общие и частные закономерно-сти процессов самоорганизации в сложных открытых неравновесных системах самой различной природы: термодинамических, биологических, экологических, экономических, социальных и т.п. В основе феномена самоорганизации в таких системах лежат внутренне присущие им спонтанность и нестабильность, кото-рые при внешнем воздействии резонансного типа могут стать причиной лави-нообразного и часто необратимого во времени процесса перехода системы из одного квазиравновесного состояния в другое, но уже совершенно нового типа, со свойствами и характеристиками (параметрами порядка), не выводимыми из свойств и характеристик предыдущих состояний и составляющих систему эле-ментов.
Возникшая в начале 70-х годов ХХ века, на основе нелинейной термоди-намики, синергетика как наука общесистемного характера, приобрела со вре-менем концептуальное значение, став основой новой эволюционно-синергетической парадигмы. Особые достижения синергетики связаны с име-нами выдающихся ученых ХХ века, Нобелевских лауреатов: немецкого физика специалиста по лазерам Германа Хакена (предложившего этот термин в 1973 году), бельгийского физико-химика Ильи Пригожина (исследователя диссипа-тивных структур) и немецкого биофизика Манфреда Эйгена (создавшего тео-рию гиперцикла – процесса самообразования сложных органических молекул из простых компонентов). Синергетический тип мышления рисует качественно новую картину мира, представляя его, в отличие от механико-динамических де-терминистских трактовок классической науки, как подвижную неравновесную систему, гармонически, конструктивно и продуктивно сочетающую в качестве своих элементов как случайные, нестабильные и хаотические, так и стабиль-ные, упорядоченные структуры, связанные сложной сетью положительных и отрицательных обратных связей. Эта система развивается по внутренне ей при-сущим нелинейным законам, проявляющимся в антиэнтропийной деятельности как живых, так и неживых её частей.
Неизменный, обратимый во времени и точно предсказуемый мир механи-ческого движения предметов (в представлениях Лапласа, Кирхгофа, Гельм-гольца и др. последователей ньютонианства), синергетика заменила на вечно развивающийся и обновляющийся, необратимый во времени, целостный и не-замкнутый мир процессов (в представлениях Спенсера, Дарвина, Бергсона, Уайтхеда, в ряде философских учений Востока и т.п.), в котором не существует резких граней между порядком и хаосом, в котором новые упорядоченные структуры рождаются из неравновесных хаотических состояний, причем по-следние являются принципиально необходимыми для общего саморазвития и сотворения новых форм. «Материя становится активной: она порождает необ-ратимые процессы, а необратимые процессы организуют материю», - писал о новом синергетическом мировидении И. Пригожин и подчеркивал, что «твор-ческая формообразующая деятельность природы» опирается не столько на за-кономерно повторяющиеся процессы, (что естественно), сколько на маловеро-ятные и потому достаточно редкие.
Но самое главное в «творческом процессе» природы – это использование уникальных событий, которые, согласно законам термодинамики, столь мало-вероятны, что случаются может быть лишь однажды, причем большинство из таких событий часто проходит без последствий. Но в благоприятном случае их реализации в специфических условиях нелинейных открытых систем (нуклеа-ция), они порождают целую цепь событий, структур и траекторий, необратимо вписывающихся в природный контекст и выводящих всю систему к маловеро-ятным аттракторам на новый путь развития.
В свете этих философских идей, синергетика выдвинула ряд научных принципов и создала соответствующий математический аппарат, позволяющий моделировать процессы эволюции в некоторых важных химических, биологи-ческих и социальных самоорганизующихся системах. Синергетический метод интерпретации процессов самоорганизации, как внутренне присущих матери-альному миру, пока единственный, на основе которого можно научно ставить вопрос о естественном пути самозарождения и дальнейшем саморазвитии жи-вого вещества в условиях Земли, хотя пока еще успехи науки в этом направле-нии оцениваются как весьма скромные.
В современной синергетике сложился ряд ведущих научных направле-ний, таких как философско-методологическое, культурологическое, междисци-плинарных исследований и новой системной медицины. Синергетика как наука о процессах саморазвития сложных систем постепенно занимает важные пози-ции в системе других естественных наук, в гуманитарных исследованиях, соз-дает научные предпосылки для решения экологических проблем и вообще гло-бальных проблем современной цивилизации. В контексте культуры и образова-ния синергетика способствует синтезу естественнонаучного и гуманитарного мышления, соединяя физику, математику, информатику и логику с изобрази-тельным искусством, литературой, музыкой, психологией, педагогикой и эсте-тикой, создавая продуктивный междисциплинарный научный подход, который позволяет по-новому исследовать и интерпретировать структуру художествен-ных текстов и прочих произведений искусства, а также предложить инновации в сфере образования.
Этот новый подход, приводящий к созданию более адекватной картины мира, принципиально плюралистичен, поскольку сам мир в этой трактовке не-однозначен и недоступен описанию каким-либо одним универсальным языком. В нём есть место и динамике обратимых состояний, и термодинамике необра-тимых процессов, кибернетике, моделям т.н. квантового хаоса и бутстрэпа и объединяющему все эти и прочие частные подходы и модели - общеэпистемо-логическому принципу дополнительности. «Я назвал новую дисциплину синер-гетикой, - писал Г. Хакен, - не только потому, что в ней исследуется совместное действие многих элементов систем, но и потому, что для нахождения общих принципов, управляющих самоорганизацией, необходимо кооперирование мно-гих различных дисциплин», а Илья Пригожин назвал этот новый постнекласси-ческий период в современном естествознании и философии «новым диалогом человека с природой».(См. также Пригожин).
37. Универсальный эволюционизм – фундаментальный философский прин-цип саморазвития, получивший обоснование в синергетике посредством обоб-щения дарвиновской концепции биологической эволюции и экстраполяции её на закономерности развития любых сложных неравновесных самоорганизую-щихся систем. Принцип универсального эволюционизма рассматривает процес-сы самоорганизации и развития неживых, живых и социальных систем как еди-ный и целостный эволюционный процесс, охватывающий всю суперсистему – Универсум (т.е. Вселенную и встроенного в неё Человека), и подчиненный единому универсальному алгоритму всеобщего саморазвития.
Этот принцип на основе критерия дополнительности соединяет в себе та-кие важнейшие отрасли постнеклассической науки 20-го века, как постнеодар-винизм и синергетику, основные положения которых – это глобальная инфор-мационность, системность, самоорганизация и необратимость времени. Он также учитывает концепцию ноосферы и антропно-космологические идеи, ис-ходя из которых современное естествознание и философия совместными уси-лиями пытаются осмыслить «феномен человека» (термин П. Тейяр де Шардена) как фундаментальный аттрактор, притягивающий траекторию эволюции Все-ленной.
Подход к концепции универсального эволюционизма с информационно-алгоритмических позиций, позволяет трактовать развитие Универсума как сложную и нестабильную систему последовательных событий, стохастически реализующихся на основе предыдущей информации и генерирующих инфор-мацию следующего уровня. Это есть неравновесный процесс континуально-дискретного разворачивания своеобразного креода (т.е. пучка траекторий) от Большого взрыва до современной структуры космоса, которая, по современным космологическим представлениям, обеспечила уникальное сочетание необхо-димых условий для появления в некоторой области Вселенной разумной мате-рии. Вдоль этих траекторий развития по законам вероятности происходит са-моорганизация материи от хаоса к порядку, от простых неорганических струк-тур к более сложным органическим, а затем и живым, усложняющимся в про-цессе цефализации.
Многие траектории развития, несмотря на кажущуюся их уникальность и антиэнтропийный характер отдельных процессов и возникающих при этом структур, направлены в целом к наиболее вероятным в данных условиях со-стояниям тех или иных структур, которые задаются соответствующими аттрак-торами, хотя и повышают энтропию всей суперсистемы. В силу возникновения неизбежных ситуаций случайного выбора (через бифуркацию) одной из не-скольких возможных траекторий, в результате чего нарушается информацион-ная симметрия предшествующих состояний и изменяется ход эволюции, этот процесс в целом необратим во времени.
На современном этапе познания природы в рамках эволюционно-синергетической парадигмы принцип универсального эволюционизма стал од-ним из основных методологических подходов к построению картины мира, представляя Вселенную и человека в ней как единую, целостную и взаимообу-словленную систему, развивающуюся по универсальным алгоритмам, заклю-чающим в себе конструктивное и формообразующее сочетание стабильности и нестабильности, повторяющегося и уникального, что и задаёт наблюдаемую «стрелу времени» и определяет ход универсальной истории. «Возмущения, случайные взаимодействия критических флуктуаций и бифуркация, наступаю-щая вслед за нуклеацией некоторых флуктуаций, - таковы ключевые элементы, которые определяют интерактивную динамику, отвечающую за эволюцию сильно неравновесных систем в природе, - пишет известный синергетик Э. Лас-ло. - Мир, который мы наблюдаем сегодня, возник на нашей планете и, воз-можно, где-нибудь еще во Вселенной из общих начальных условий и дошел до своего современного диверсифицированного (но не упорядоченного) состоя-ния».
Этот процесс саморазвития материи имеет универсальные системные черты, проявляющиеся в эволюции как неживой природы, так и мира живого вещества, а также в развитии сферы человеческого познания и всей культуры в целом. Общие закономерности, свойственные универсальной системно-синергетической эволюции, применимы к самому широкому кругу способов научно-теоретического и образно-художественного осмысления окружающего мира и составляют предмет и один из методов постнеклассической науки и фи-лософии.
В середине 70-х годов ХХ века многие ученые и философы стали интен-сивно обсуждать картину мира на основе т.н. антропного принципа. Это ан-тропоцентристская космологическая гипотеза, которая утверждает, что все из-вестные фундаментальные характеристики внешнего мира (физические кон-станты, параметры взаимодействий, свойства силовых полей, элементарных частиц, атомов и всей Вселенной в целом) «подобраны» таким образом, чтобы в результате саморазвития материи неизбежно появились высшие формы живого вещества – носители сознания (в частности, человек как свидетель данной фор-мы Вселенной).
Такие выводы основаны на том, что, как показывают расчеты, основан-ные на последних достижениях современной физики, малейшие изменения из-вестных величин фундаментальных квантовых и космологических констант, таких как скорость света, постоянная Планка, гравитационная постоянная, мас-са и заряд электрона, разница масс протона и нейтрона, соотношение интенсив-ности четырех фундаментальных взаимодействий, число пространственных из-мерений (крупномасштабная трехмерность мира) и т.д., привели бы к общей неустойчивости Вселенной, резко ускорили бы процесс эволюции космическо-го вещества, обусловливающий образование галактик, звезд и планет, нару-шился бы механизм создания ядер тяжелых химических элементов, стабильных атомов и т.п.
Такое изменение хода ядерных и космических процессов, в конечном счете, исключило бы всякие возможности для возникновения и развития слож-ных атомно-молекулярных структур, не говоря уже о биологических формах. То есть устойчивое существование и развитие сложных систем критически за-висит от соотношения фундаментальных констант, численные значения кото-рых в настоящее время известны, благодаря научному естествознанию. Так, на-пример, астрофизик Б. Картер в 1973 году показал, что равновесие между гра-витационными и электромагнитными взаимодействиями внутри звезд соблюда-ется с высочайшей точностью, порядка 10-38 %, - и это ему и многим другим ученым представляется отнюдь не случайным явлением природы. Тогда же Картер выдвинул идею о том, что Вселенная должна быть такой системой, что-бы на определенном этапе её развития фундаментальные параметры допускали существование наблюдателей. Аналогичная строгость баланса сил и «подоб-ранность» численных значений, характерна и для всех остальных типов взаи-модействий и параметров микромира и космоса.
Современная трактовка антропного принципа сводится, в основном, к трем формулировкам, последовательно усиливающим телеологическую на-правленность:
1) слабая версия: «Наблюдаемое значение всех физических и космологиче-ских констант не случайно, но продиктовано требованием обеспечить сущест-вование таких областей пространства, где могла бы возникнуть жизнь на угле-родной основе, а также требованием того, чтобы возраст Вселенной был доста-точно велик, т.е. чтобы это событие уже произошло». Эту формулировку впол-не можно отнести к высказываниям телеологического типа, в которых призна-ется наличие в мире целевого замысла, осуществляемого какими-либо высши-ми силами, недоступными рациональному познанию. Здесь также накладываются ограничения на возможность появления живого вещества на другой (например, кремниевой) основе, что можно трактовать как биокарбо-центризм.
2) сильная версия: «Вселенная должна обладать такими свойствами, которые на определенном этапе ее истории позволяют жизни развиться». В этой форму-лировке телеологическая и биоцентристская направленность усиливаются, но данная картина мира не настаивает на единственности нашей Вселенной и уни-кальности земных форм жизни, и не исключает возможности существования иных миров, в которых по их типу мироустройства наличие наблюдателя не яв-ляется обязательным условием. И сильная, и слабая версия антропного принци-па, в некотором смысле, подразумевают существование Бога, осуществляющего свой замысел.
3) категорическая версия: «Разумный информационный поток неизбежно должен возникнуть во Вселенной, и однажды возникнув, он уже не может ис-чезнуть». Эта формулировка самая широкая по содержанию, и не связана с ан-тропоцентризмом и биоцентризмом, поскольку не накладывает никаких огра-ничений на свойства объекта – носителя разумной информации. Здесь отсутст-вуют также телеологические и теологические коннотации, т.к. не делаются ак-центы на факте появления разума как осуществлении замысла высших сил, а утверждается естественный характер процессов самоорганизации и саморазви-тия материи в том варианте Вселенной (например, в нашем, где уже есть на-блюдатель), который реально осуществился наряду со всеми другими возмож-ными (виртуальными мирами). Такие гипотезы о возможности существования множества других миров, организованных по другим законам, имеют некото-рую научную опору в современной космологии и синергетике, и согласно этим представлениям, существование различных типов Вселенных, в принципе, со-временной теорией не запрещается, но эти миры как бы «существуют без сви-детелей», т.е. никем не воспринимаются.
Научный статус антропного принципа не очевиден и вызывает дискуссии как среди физиков и космологов, так и среди биологов и философов, многие из которых считают его современным научно модифицированным вариантом ре-лигиозного мышления, опирающегося в неявном виде на признание идеи суще-ствования Бога. Здесь научное естествознание входит в несвойственную для не-го область – пытается ответить на вопрос «зачем?», «с какой целью?», вместо обычного «как?», «по какому закону?».
И хотя антропный принцип не является ни эмпирическим обобщением, ни логически вытекающим следствием из известных научных фактов, тем не менее, поскольку на данном этапе развития науки однозначного решения этой проблемы не существует, то исходя из универсального познавательного метода эпистемологической дополнительности, следует считаться и с теми подходами к созданию более полной картины мира, которые открывает антропный прин-цип. «Настал момент понять, что удовлетворительное истолкование Универсу-ма, даже позитивистское, должно охватывать не только внешнюю, но и внут-реннюю сторону вещей, не только материю, но и дух. Истинная физика та, ко-торая когда-либо сумеет включить всестороннего человека в цельное представ-ление о мире», - писал в прологе к трактату «Феномен человека» Тейяр де Шарден.
Идеи, близкие к антропному принципу, содержатся также в учениях рус-ских философов (православных: Н.Ф. Федорова, С.Н. Булгакова, Н.А. Бердяева, П.А. Флоренского и «естественников-материалистов»: Н.А. Умова, В.И. Вер-надского, К.Э. Циолковского, А.Л. Чижевского, В.Н. Муравьев и др.). Общий свод этих учений известен под названием философии русского космизма. (См. также: Налимов, Ноосфера, Хокинг).
38. Первичной структурной основой всех живых организмов или фундамен-тальным уровнем структурной иерархии живого является клетка. Клетка – это элементарная живая система, являющаяся основой строения и жизнедеятельно-сти всех живых организмов. Как один из основных структурных, функциональ-ных и воспроизводящих элементов живого вещества, некоторые клетки спо-собны существовать изолированно и воспроизводить себе подобных (однокле-точные организмы), другие входят в состав многоклеточных организмов или в структуру какого-либо органа, формируя более сложную живую систему. В ка-ждой клетке различают две основные части – ядро, содержащее наследствен-ную информацию в виде молекулы ДНК, и цитоплазму, в которой функциони-руют различные органеллы клетки, обеспечивающие необходимый для жиз-ненного цикла обмен веществ (метаболизм).
Клетки любого типа покрыты оболочкой, представляющей т.н. мембрану – белково-липидную структуру молекулярных размеров, роль которой, в силу её избирательной проницаемости для различных химических соединений и элементов, состоит в защите клетки от внешней среды и регуляции уровня кон-центрации в клетке различных продуктов обмена веществ. С термодинамиче-ской и синергетической точек зрения клетки живых организмов – это сложные саморегулирующиеся открытые неравновесные системы, осуществляющие ан-тиэнтропийную деятельность, упорядочивая свои внутренние структуры и про-изводя практически точные копии себе подобных.
В сложных организмах существуют т.н. соматические клетки, которые отличаются по строению и функциям, выполняемым в организме – нервные клетки, мышечные, костные, секреторные и пр. Они содержат весь набор гене-тической информации и передают его посредством удвоения при делении до-черним клеткам (митоз). Половые клетки (гаметы), функция которых осущест-влять размножение, отличаются тем, что при их делении отсутствует процесс удвоения и происходит уменьшение (редукция) числа хромосом, в результате чего передается только половина наследственной информации (мейоз). При слиянии мужских и женских половых клеток в процессе оплодотворения пол-ное количество генетической информации, кодирующей свойства данного ор-ганизма, восстанавливается. В биосфере существуют и неклеточные организмы (вирусы), а также организмы, вторично потерявшие в процессе эволюции кле-точное строение (некоторые водоросли).
Термин «клетка» впервые использовал в 1665 году знаменитый англий-ский физик и изобретатель Роберт Гук (1635 – 1703), который изучал строение растений при помощи усовершенствованного им микроскопа. Однако он не су-мел осознать фундаментальное значение сделанного им наблюдения. Развитие учения о клетке связано с именами двух немецких ученых – ботаника М.Я. Шлейдена (1804 – 1881), обобщившего обширные материалы о клеточном строении растений, что послужило важным подспорьем для дальнейшего про-гресса в этой области, и биолога Теодора Шванна (1810 – 1882), который, изу-чая клетки животных и растений, обнаружил их структурное и функциональное сходство и установил, что именно клетка является общей для всех живых орга-низмов элементарной структурной единицей их строения. В классическом тру-де «Микроскопические исследования о соответствии в строении и росте живот-ных и растений», опубликованном в 1883 году, он сформулировал клеточную теорию строения живых организмов.
В начале 19-го века выдающийся естествоиспытатель, основатель эм-бриологии, Карл Бэр (1792 – 1876) открыл яйцеклетку у млекопитающих и изу-чил процесс эмбриогенеза птиц. Это открытие показало, что клетка – это уни-версальная структурная единица не только строения организмов, но и их разви-тия.
К особому типу организмов относятся т.н. анаэробные организмы (или анаэробы). Это живые организмы, способные существовать в условиях отсутст-вия свободного кислорода. Различают облигатных анаэробов, постоянно живу-щих в бескислородной среде, и факультативных – способных жить как в усло-виях отсутствия кислорода, так и при его наличии. Представлены некоторыми видами бактерий, дрожжей, инфузорий, червей (в частности, к ним относится кишечная палочка, обеспечивающая процесс пищеварения у высших организ-мов). Типичными представителями являются также сине-зеленые водоросли, которые рассматриваются в теории происхождения биосферы как одни из пер-вых форм живого вещества. На ранних стадиях формирования биосферы они осуществляли реакцию фотосинтеза, поглощая углекислый газ, которого в пер-вичной атмосфере Земли было в избытке, и выделяя кислород, которого в ней не было. Таким образом, весь кислород земной атмосферы имеет биологиче-ское происхождение.
Следующую стадию эволюции открывают аэробные организмы. Аэроб-ные организмы (или аэробы) – это живые организмы, способные (в отличие от анаэробных) активно существовать и развиваться только при наличии свобод-ного молекулярного кислорода, в частности, атмосферного. К ним относятся все эукариоты – высшие и низшие животные, растения, грибы и большинство микроорганизмов. Аэробы появились на Земле и стали бурно развиваться при-мерно 600 млн. лет назад (Кембрийский период по геохронологической шкале), когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1% от нынешнего уровня (первая критическая стадия развития жизни).
По генетической классификации организмы делятся на прокариотов и эу-кариотов. Прокариоты – это примитивные анаэробные организмы, не обла-дающие, в отличие от эукариотов, оформленным клеточным ядром и обычным хромосомным аппаратом. Типичные представители – сине-зеленые водоросли, которые рассматриваются в теории происхождения биосферы как первые пред-ставители живого вещества. Они способны осуществлять реакцию фотосинтеза, поглощая углекислый газ, которого в первичной атмосфере Земли было в из-бытке, и выделяя кислород. Наследственная информация передается у прока-риотов посредством ДНК, но, в отличие от эукариотов, этот процесс проще и при простом клеточном делении воспроизводится полная копия предыдущего организма. Интересно то, что, образно говоря, смерть в генетический аппарат прокариотов не встроена, - их можно уничтожить, но биологически прокариоты бессмертны и могут существовать и размножаться в подходящих условиях не-ограниченно долго, тогда как клетки эукариотов могут выдержать конечное число делений до своей биологической кончины.
Прокариотная биосфера, по современным данным, существовала на Зем-ле около 3,5 млрд. лет, до тех пор, пока количество кислорода в атмосфере не достигло такой концентрации, когда могли не только появиться, но и активно развиваться более сложноорганизованные эукариотные организмы, исполь-зующие кислородное дыхание. Примерно 600 млн. лет назад концентрация ки-слорода в атмосфере Земли, созданного прокариотами, достигла т.н. точки Пас-тера (около 1% от нынешней), когда кислородное дыхание становится более чем на порядок эффективнее анаэробного в процессах усвоения солнечной энергии. Такого, а далее всё возрастающего, количества кислорода стало доста-точно, чтобы приспособительные преимущества перешли к эукариотам, кото-рые и составляют в настоящее время практически всё живое вещество биосфе-ры.
Эукариоты – это организмы, обладающие, в отличие от прокариотов, са-мостоятельным, оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплаз-мы клетки ядерной оболочкой. Представлены всеми животными и подавляю-щим большинством растений. Появились в биосфере Земли около 600 млн. лет назад, в начале Палеозойской эры по геохронологической шкале, когда концен-трация кислорода в атмосфере достигла примерно 0,2%. Нет научных основа-ний считать, что эукариоты возникли независимо от существовавшей в то вре-мя мощной прокариотной среды, однако, нет и никаких данных о существова-нии переходных форм.
Согласно современным синергетическим идеям об универсальном харак-тере процессов самоорганизации в сложных неравновесных системах, возник-новение эукариотов представляется как специфическая бифуркация в эволюции земной биосферы, направившая траекторию её развития к одному из возмож-ных аттракторов. Еще через 200 млн. лет, когда концентрация кислорода воз-росла до приблизительно 2% и возник озоновый слой, экранирующий поверх-ность земли от жесткого ультрафиолета, эукариотные организмы стали выхо-дить из воды и занимать сушу. Поскольку резко возросла и эффективность фо-тосинтеза, темп пополнения атмосферы кислородом усилился по экспоненте, и анаэробные прокариоты были практически полностью вытеснены из биосферы. Генетический материал эукариотов заключен в хромосомах и передается по-средством полового размножения.
Более сложные и высокоорганизованные эукариоты биологически смерт-ны, однако именно это обстоятельство плюс особенности передачи генетиче-ской информации резко интенсифицировали необратимый во времени эволю-ционный процесс и постепенно привели биосферу к чрезвычайному разнообра-зию существующих видов живых организмов.
39. Вселенная – весь существующий доступный нашему наблюдению матери-альный мир (космическое пространство). Предел оптической видимости объек-тов наблюдаемой части Вселенной около 6,5*1026 см, предел «видимости» в ра-диотелескопы примерно в сто раз больше. В видимой области находится около 108 галактик, подобных нашей (Млечному пути), каждая из которых содержит в среднем 1011 звезд, количество галактик в зоне «радиовидимости» приблизи-тельно оценивается как 1011. По современным астрофизическим данным коли-чество вещества во Вселенной (без учета скрытой массы) оценивается по по-рядку величины как 1080 нуклонов, средняя же плотность космического веще-ства в наблюдаемой современными методами области Вселенной (Метагалак-тике) очень мала и составляет около 3*10–31 г/ см3, что на полтора порядка меньше т.н. критической плотности и эквивалентно содержанию в десяти лит-рах пространства всего лишь одного - двух электронов.
Согласно т.н. космологическому принципу, видимая Вселенная изотроп-на и однородна, не имеет какого-либо выделенного центра и по последним дан-ным, расширяется, находясь примерно в первой трети своего цикла эволюции (см. Большой взрыв). Крупномасштабная однородность Вселенной сочетается с локальной неоднородностью и наличием среди огромных пространств косми-ческой пустоты сложных и упорядоченных структур – галактик, двойных звезд и планетных систем. Будучи, по современным астрофизическим данным, в це-лом геометрически плоской (т.е. удовлетворяющей постулату о параллельных прямых евклидовой геометрии) системой, Вселенная может характеризоваться локальной кривизной пространства, зависящей от массы находящихся в той или иной её области космических объектов.
В современной науке существует (и до сих пор окончательно не решена) важная философская проблема относительно конечности или бесконечности Вселенной, а также ограниченности или безграничности ее. Общая теория от-носительности допускает существование конечной, но безграничной Вселен-ной, т.е. такого пространства, которое имеет конечный объем, но не имеет ви-димых границ. Наличие во Вселенной распределенного космического вещества, которому всегда свойственно гравитационное взаимодействие (притяжение), может вызвать такое специфическое искривление пространства-времени, что оно замкнется само на себя. Тогда, например, луч света, направленный в каком-либо заданном направлении, должен, в принципе, согласно теории, вернуться в точку, из которой он вышел, так и не достигнув края Вселенной.
Помимо этих соображений, рассматривая проблему ограниченности Все-ленной, необходимо учитывать закон разбегания галактик Э. Хаббла: V=HR и, как его следствие, физическое явление красного смещения частот испускаемого звездами света. Этот эффект кладет принципиальный предел возможности по-лучения информации в любом диапазоне электромагнитных волн, испускаемых объектами, расположенными, начиная в среднем с некоторого расстояния R* от них до Земли, (когда скорость разбегания V формально превысит скорость света, - при этом формула Хаббла теряет физический смысл). Это расстояние связывают с т.н. космологическим горизонтом событий, с которым условно можно отождествить понятие «границы» Вселенной. Наличие горизонта собы-тий (информационной границы) делает вопрос «а что же находится дальше?» научно несостоятельным как в физическом, так и в философском смысле, по-скольку любой ответ на него, по крайней мере, в рамках самых передовых тео-рий, в настоящее время оказывается принципиально за пределами возможности научной проверки и становится, главным образом, предметом псевдонаучных и паранаучных спекуляций или основой сюжетов для научно-фантастической ли-тературы.
Наша Галактика (Млечный путь) – звездная система, состоящая в сред-нем примерно из 1011 звезд различного класса, межзвездной среды, содержа-щей разреженное газопылевое вещество, пронизанной магнитными полями, по-токами космического излучения и т.п. Наша Галактика, в которую входит Сол-нечная система, относится к спиральным галактикам; диаметр ее диска оцени-вается примерно в 100000 световых лет, она состоит из центральной части – яд-ра, где плотность звезд весьма велика, и периферии, состоящей из нескольких рукавов, где примерно на расстоянии 30-35 тыс. световых лет от центра, на внутреннем краю т.н. рукава Ориона, расположена наша Солнечная система.
Ближайшая к нам звезда – красноватая Проксима Центавра, входящая в систему звезд, известную под названием Альфа Центавра (или Кентавра), нахо-дится на расстоянии около 4,2 световых года. В 1927 году голландский астро-ном Ян Оорт доказал, что наша Галактика, как и все объекты Вселенной, обра-щается вокруг своей оси, период обращения вокруг своей оси (галактический год), по современным данным, составляет примерно 220 –250 млн. лет. Нет ос-нований считать Солнечную планетную систему уникальным явлением, однако вполне достоверных подтверждений наличия у каких-либо звезд Галактики сложной планетной системы, типа нашей Солнечной, пока нет.
Помимо спиральных, существуют эллиптические, шаровые галактики и галактики неправильной формы. В радиообозримом пространстве Вселенной насчитывается примерно 1011 галактик различного типа. Наша Галактика вхо-дит в скопление, называемое Местной группой галактик, а самый удаленный объект, входящий в эту же группу и видимый с Земли невооруженным глазом, - это т.н. туманность Андромеды, отстоящая от нас почти на 2,2 млн. световых лет.
********************************************************
Некоторые дополнительные сведения по дисциплине КСЕ
для расширенного изучения предмета.
Альтернативные космологические теории – ряд космологических теорий, в той или иной степени отрицающих основные положения и выводы теории Большого взрыва. Наиболее известная – это модель устойчивой «холодной» Вселенной, предложенная в 1948 году астрофизиками из Кембриджа – Герма-ном Бонди, Томасом Голдом и Фредом Хойлом в противовес модели «горячей» Вселенной Джорджа Гамова и, соответственно, отрицающая любые варианты теорий типа Большого взрыва.
В альтернативной модели пространство Вселенной также предполагается открытым и бесконечным, как и в некоторых «горячих» моделях, но в качестве начальных условий рассматривается не взрыв из точки сингулярности или дру-гой подобный катастрофический процесс, типа флуктуации квантового вакуу-ма, а предполагается, что Вселенной существовала и существует во времени бесконечно. Таким образом, в холодной модели концепция происхождения из квантового вакуума всего того вещества, из которого затем сформировалась на-блюдаемая сейчас структура Вселенной, вообще не используется, и поэтому трудностей, связанных с неопределенностью категории начального момента, а также с физическим истолкованием понятия сингулярности, не существует. Основной постулат данной модели Фред Хойл формулирует так: «Каждое об-лако галактик, каждая звезда, каждый атом имели начало, но не вся Вселенная целиком. Вселенная есть нечто большее, чем её части, хотя этот вывод может показаться неожиданным».
Авторы холодной модели, используя уравнения общей теории относи-тельности, также приходят к результату, соответствующему расширению кос-мического пространства, но рассматривают это свойство как внутренне прису-щее Вселенной и обусловленное особой, пока ещё неизвестной, силой отталки-вания. Сам же процесс расширения пространства идет постоянно и никакой на-чальной катастрофой не вызван. Кстати, ещё в 1916 году Эйнштейн использо-вал придуманную им гипотетическую силу космологического отталкивания в общей теории относительности для объяснения причин, противодействующих гравитационному сжатию Вселенной, так что это допущение Бонди, Голда и Хойла не является чем-то необычным. В альтернативной модели не отрицается и космологический принцип, а Вселенная считается изотропной и однородной. Поскольку холодная Вселенная тоже расширяется, то в космосе должен суще-ствовать горизонт событий, граница которого формально определяется на осно-вании закона Хаббла, согласно которому по мере расширения пространства, все космические объекты постепенно исчезают из поля зрения земного наблюдате-ля, уходя за световой барьер. Что в этой теории совершенно необычно, так это утверждение авторов о том что, несмотря на вечное расширение пространства, средняя плотность вещества во Вселенной не уменьшается (как это должно следовать из закона сохранения вещества), а поддерживается на постоянном уровне.
Для того чтобы объяснить возможность такого эффекта, обеспечивающе-го устойчивое состояние Вселенной, Ф. Хойл допускает, что в космосе осуще-ствляется естественный и непрерывный процесс спонтанного образования ве-щества из вакуума, что в целом не противоречит квантовомеханическому прин-ципу неопределенности и выводам специальной теории относительности. Нель-зя сказать, что это допущение намного более фантастично, чем концепция Большого взрыва, где всё имеющееся во Вселенной вещество родилось (правда, только один раз) из квантовой сингулярности, тем более, что в гипотезе Хойла для компенсации недостающего количества вещества, которое обеспечило бы сохранение величины средней плотности Вселенной на современном уровне и, следовательно, её устойчивость, необходимо, чтобы примерно в десяти литрах космического пространства самопроизвольно возникал в среднем всего лишь один атом водорода за интервал времени, равный примерно 10 миллионам лет.
Альтернативная холодная модель Вселенной, также как и горячая, согла-суется со всеми принципами ОТО и СТО; с её позиций можно удовлетвори-тельно объяснить все существующие на сегодняшний день астрономические и астрофизические факты, но конечно, совсем по другому, чем в рамках теории Большого Взрыва. Некоторые факты, например, представление о том, что ква-зары находятся почти на границе космологического горизонта (что следует из стандартной космологической модели), альтернативные теории толкуют наобо-рот, - утверждая, что эти объекты находятся не так далеко, а чуть ли не в преде-лах нашей Галактики. Большую величину красного смещения, характерную для квазаров, можно объяснить и в рамках устойчивой модели на основании ОТО, как уменьшение энергии фотона при его взаимодействии с полями тяготения, через которые световой луч движется к наблюдателю (т.н. старение фотонов).
В 1964 году Ф. Хойл и Дж. В. Нарликар выдвинули ещё одну весьма ори-гинальную (и даже экзотическую) космологическую теорию статического ха-рактера, основанную на принципе Маха. Эта модель (также холодного типа) допускает наличие во Вселенной удаленных областей, содержащих частицы вещества, которые могут давать как положительный, так и отрицательный вклад в массу отдельной частицы, поэтому в пространстве может существовать граница, на которой происходит компенсация положительного и отрицательно-го вкладов и результирующая масса частицы равна нулю. При расширении про-странства эта граница также перемещается, в результате чего тот или иной атом или частица вещества могут менять свою массу, а если частица состоит из не-скольких элементов, то при увеличении массы размеры такой системы умень-шаются. В этом случае, усредняя все такие сокращения размеров, можно прий-ти к выводу о том, что все увеличения расстояний между галактиками (разбега-ние галактик) только видимость, а на самом деле все расстояния во Вселенной неизменны, а движется только эта граница компенсации масс или некоторый своеобразный космологический горизонт. Поскольку любая молекула – это ос-циллятор с характерной частотой колебаний, то молекула с уменьшающейся массой будет излучать волны большей длины (меньшей частоты), что и объяс-няет наблюдаемую величину красного смещения далеких галактик.
Если наблюдать очень далекие объекты (т.е., согласно СТО, получать информацию из далекого прошлого, когда атомы имели малую массу), то, со-гласно закону Хаббла, наблюдатель по измеренной величине красного смеще-ния сможет определить скорость разбегания галактик (которая для некоторых космических объектов равна огромной величине – примерно 20% от скорости света!), тогда как на самом деле данный объект практически неподвижен. Та-ким образом, согласно этой модели, Вселенная стабильна, реальные расстояния между объектами неизменны, а закон Хаббла констатирует не разбегание га-лактик, а является следствием изменения массы атомов.
Несмотря на достаточно хорошую объяснительную способность альтер-нативных моделей, в настоящее время физическое и астрономическое научное сообщество по ряду причин (связанных также и с Теорией Великого объедине-ния), рассматривает в качестве магистрального пути исследования Вселенной модель Большого взрыва. Альтернативные же модели играют положительную роль, создавая условия для фальсификации общепринятых теорий, что приво-дит к дискуссиям, в процессе которых укрепляются позиции тех теорий, кото-рые способны дать более продуктивное научное объяснение наибольшему ко-личеству эмпирических фактов.
Аксиомы биологии – предложенная отечественным биологом Б.М. Меднико-вым система концептуальных положений общесистемного уровня, дающая ло-гически обоснованный вариант аксиоматической интерпретации проблемы от-личия живого вещества от неживого.
1). Все живые организмы должны воплощать в себе единство фенотипа и генотипа, т.е. программы для своего построения, которые передаются по на-следству из поколения в поколение. Согласно этому принципу, по наследству передается не сама структура организма, а её закодированное описание и инст-рукция по «изготовлению». Это кибернетический принцип общесистемного ха-рактера, отражающий необходимые условия для обеспечения процесса само-воспроизводства и самоподдержания любых сложных структур, который связан с именами выдающихся американских ученых Норберта Винера и Джона фон Неймана.
2). Наследственные молекулы синтезируются матричным путем. В каче-стве матрицы, на которой строится ген организма будущего поколения, исполь-зуется ген организмов предыдущего поколения. В генетике различаются сле-дующие процессы матричного синтеза: репликация (ДНК – ДНК), транскрип-ция (ДНК – РНК), трансляция (РНК – белок). Т.е. непрерывное осуществление жизненного цикла – это процесс матричного копирования с последующей са-мосборкой копий. Это положение выдвинул выдающийся отечественный гене-тик Н.К. Кольцов (1872 – 1940).
3). В процессе передачи из поколения в поколение генетической про-граммы в молекулах ДНК в результате многих причин возникают различные случайные и ненаправленные изменения, которые соответствуют биологиче-ским признакам, лишь случайно оказывающимся приспособительными для ви-да. Т.е. мутации, спонтанно происходящие на молекулярном уровне, как ре-зультат квантовомеханических процессов, закономерности которого выража-ются соотношением неопределенностей Гейзенберга, дают принципиально не-предсказуемые результаты и нецеленаправленны по своей природе.
4). Случайные изменения, возникающие при мутациях в генетических программах, развертывающихся при развитии организмов и определяющих фе-нотип, многократно усиливаются и подвергаются естественному отбору под влиянием внешней среды. Без мутаций процесс отбора не происходит, посколь-ку не из чего выбирать, но при наличии различных вариантов эволюция как бы размножает потомков тех особей, которые лучше приспособлены к условиям окружающей среды. Таким образом, естественный отбор действует не на уров-не изменения генетических программ, а на уровне фенотипов, где каждое изме-нение усиливается в миллиарды раз. При этом за счет потребления энергии и вещества внешней среды организмами как открытыми термодинамическими системами производится упорядочивающее, антиэнтропийное действие отбора и сохраняется структурная организация живых систем данного вида. Это поло-жение, известное в генетике как принцип усиления, сформулировано знамени-тым отечественным генетиком Н.В. Тимофеевым-Ресовским (1900 – 1980).
Таким образом, данная совокупность аксиом выражает исходные поло-жения теории развития биологических объектов как сложных открытых нерав-новесных систем с нелинейным характером функционирования. Эти принципы отражают факт взаимовлияния макро- и микроуровней материального мира, ко-торое осуществляется посредством сложной комбинации обратных связей и за-вершается в результате процессов самоорганизации появлением новых упоря-доченных структур и форм живых организмов.
Аристотель (384 – 322 до Р.Х.) – один из величайших мыслителей античности, внесший принципиальный вклад в философию, логику и естествознание, ока-завший огромное влияние на европейское мышление. Родился в г. Стагире, с 367 по 347 годы учился в академии Платона в Афинах, с 343 по 335 годы был воспитателем Александра Македонского, в 335 возвратился в Афины и основал свою философскую школу. Подход Аристотеля к познанию мира в целом соот-ветствует современным критериям научности, поскольку он считал, что види-мый нами внешний мир является реальностью, независимой от человека, а на-ши представления о нем основаны на абстракциях, выводимых из наблюдений над объектами природы по принципу общности характерных черт и принад-лежности к одному классу явлений.
Аристотель одним из первых осознал и поставил ряд важнейших вопро-сов естествознания и философии, однако сам он не реализовал последовательно свои собственные принципы познания, и натурфилософия Аристотеля в своей основе осталась умозрительной и созерцательной, не основанной на непосред-ственных измерениях наблюдаемых явлений. Это привело его к ряду ошибоч-ных утверждений по многим вопросам естествознания, тормозивших долгое время развитие европейской науки, в частности, к ошибочным выводам о при-роде движения (скорость тела зависит от приложенной силы, тогда как на са-мом деле, согласно второму закону Ньютона, от силы зависит ускорение) и о закономерностях свободного падения тел (тела падают потому, что стремятся занять идеальное положение в мире – центр мира, причем тяжелое падает бы-стрее, чем легкое. На самом же деле, согласно опытам Галилея, все тела, бро-шенные с одинаковой высоты, падают с равной скоростью). На основании та-ких представлений Аристотель обосновал и построил геоцентрическую систему мира, которая, хотя и обладала таким достоинством, как очевидность, и более или менее соответствовала данным астрономических наблюдений, базирова-лась на научном заблуждении, относительно закономерностей падения тел.
Дело в том, что по логике Аристотеля получается, что самое тяжелое тело – Земля никуда не падает, поскольку, если бы она падала (т.е. стремилась к центру мира), то более легкие предметы отставали бы от неё. А поскольку этого не происходит, то естественно предположить, что Земля в своем падении уже достигла центра мира, а все прочие тела (планеты и светила) распределились вокруг неё и движутся по идеальным круговым траекториям. Это утверждение было логически непротиворечивым и обоснованным, базирующемся на оче-видном и повседневном опыте (т.е. как бы статистически достоверным и, сле-довательно, вполне убедительным), поэтому, многие греческие философы и ас-трономы не приняли построения своего современника Аристарха Самосского (ок. 320 – 250 до Р.Х.), предложившего гелиоцентрический вариант системы мира на основании того, что (как он геометрически доказал) Солнце по разме-рам больше Земли, и значит меньшее тело должно вращаться вокруг большего, а не наоборот. С этим революционным утверждением, подрывавшим основы всей античной парадигмы мышления, по всей видимости, также не согласились бы Евдокс, Платон, Гераклид, сам Аристотель и многие др., - таким образом, античная космологическая революция не состоялась.
Крупные древнегреческие астрономы Аполлоний (262 – 190 до Р.Х.), Эратосфен (ок. 276 – 194 до Р.Х.) и особенно Гиппарх (ок. 185 - 125 до Р.Х.), применивший систему эпициклов для повышения точности этой модели, на-оборот, продолжали развивать и уточнять уже существующую геоцентриче-скую модель мира, окончательно завершенную выдающимся античным астро-номом и математиком Клавдием Птолемеем (ок. 90 – ок. 160). Эта модель в окончательном виде содержала 77 эпициклов и, следовательно, была весьма громоздкой. Тем не менее, она просуществовала до середины 16 века, в целом удовлетворяя практическим требованиям астрономии и навигации.
Следует отметить, что и гелиоцентрическая система мира Коперника, с которой началась первая европейская научная революция (1543 год), была ос-нована не столько на научных наблюдениях и логических выводах, сколько, в значительной мере, на метанаучных (мифологических и эстетических) сообра-жениях, и вызывала у большинства его современников резкое неприятие, а фундаментальное для геоцентрической системы заблуждение Аристотеля, от-носительно свободного падения тел, было опровергнуто только в 1587 году Га-лилеем на основании прямого эксперимента. Само же понятие эксперимента (планомерного эмпирического метода исследования), ставшего затем одной из фундаментальных философских основ методологии познания природы, со всей определенностью было сформулировано и того позже знаменитым английским философом Френсисом Бэконом («Новый Органон», 1620 г.). Так что для осу-ществления космологического переворота Коперника-Кеплера потребовались сдвиги в европейском мышлении общепарадигмального масштаба.
Тем не менее, несмотря на ряд принципиальных заблуждений по многим вопросам естествознания, значение Аристотеля для развития европейской нау-ки очень велико, т.к. он впервые подошел к проблеме построения картины мира как целостной системы, основанной на внутренне присущей ей целесообразно-сти, а полемика с его идеями всегда служила двигателем в процессе познания природы.
Астероиды – (звездоподобные), малые планеты, находящиеся в пределах Сол-нечной системы (в основном, между Марсом и Юпитером в т.н. поясе астерои-дов), имеющие размеры в поперечнике от 1 до 1000 км. По одной из версий теории строения Солнечной системы пояс астероидов состоит из осколков пла-неты Фаэтон, разрушенной в результате космической катастрофы «местного значения». Эта гипотеза, высказанная в конце 18-го века немецким астрономом Ольберсом и пользовавшаяся некоторое время популярностью, в настоящее время считается необоснованной, поскольку противоречит некоторым досто-верным астрофизическим фактам, касающимся относительного времени обра-зования планет. Периодическими падениями на Землю крупных астероидов, приводящими к коренному изменению климатических условий на планете, сто-ронники теории катастроф (например, французский натуралист Ж. Кювье (1769 – 1832) и др.) объясняют важнейшие закономерности эволюции земной био-сферы.
Так, например, вымирание динозавров в результате наступившего дли-тельного похолодания и последующей перестройки всей биосферы, произо-шедших по геохронологической шкале примерно 65 млн. лет назад, связывают-ся с падением на Землю огромного астероида, образовавшего при столкновении впадину в земной коре, известную как Мексиканский залив. В результате гран-диозного удара астероида о поверхность Земли в небо поднялось огромное ко-личество мелкой пыли, закрывшей доступ энергии солнечных лучей, следстви-ем чего и было глобальное понижение температуры, несовместимое с физиоло-гией динозавров. Повсеместно освободившиеся биологические ниши постепен-но заняли более приспособленные предки современных млекопитающих видов (в том числе и человека), и это вывело эволюционный биологический процесс на новую траекторию.
Аттрактор – притягивающее множество решений некоторого дифференциаль-ного уравнения или системы уравнений, моделирующих какой-либо динамиче-ский процесс, на стадии асимптотически устойчивого состояния. Понятие ат-трактора введено в математику выдающимся французским математиком и фи-лософом Анри Пуанкаре для анализа поведения траекторий развития динами-ческих систем, но не в области переходных процессов, где математические за-кономерности могут быть весьма сложными и неоднозначными, а на асимпто-тической стадии процесса (установившийся режим) в т.н. фазовом пространст-ве, переход в которое достигается при исключении времени из полученных ре-шений.
Например, уравнение идеального маятника без трения имеет в качестве притягивающего множества решений в фазовой плоскости «смещение-скорость» эллипсы с параметрами, зависящими от начальных условий (перио-дический аттрактор). В реальном случае при наличии трения и, следовательно, потерь начальной энергии колебательной системы (осциллятора), аттрактором становится точка, в которую приходит спиральная фазовая траектория движе-ния системы в процессе затухающих колебаний (точечный аттрактор). Эти два типа аттракторов допускают описание процесса эволюции динамических сис-тем детерминированным образом, - т.е. возможно точное математическое вы-ражение уравнения фазовых траекторий и однозначное предсказание путей раз-вития таких внутренне устойчивых систем. Т.е. обычный, так сказать, класси-ческий аттрактор – это конечная точка или предельный цикл, описывающие финальное состояние, к которому приходит траектория развития любой систе-мы в фазовом пространстве.
В последние годы в теории сложных неравновесных процессов при по-мощи компьютерного моделирования были открыты т.н. странные аттракторы, соответствующие некоторому множеству точек, являющихся решением мо-дельных уравнений, описывающих поведение сложных систем. Это математи-ческие образы детерминированных непериодических процессов, для которых невозможен долгосрочный прогноз, - т.е., хотя система в своем саморазвитии движется от одной точки к другой вполне детерминированным образом, траек-тория такого движения с течением времени настолько запутывается, что стано-вится невозможным предсказать результат процесса саморазвития системы в целом. Оставаясь в пределах некоторой конечной области, эти траектории по-степенно заполняют пространство самым хаотическим образом, порождая фрактальные структуры, т.е. в отличие от линии или поверхности, странные ат-тракторы характеризуются не целыми, а дробными размерностями, которые свойственны объектам т.н. фрактальной геометрии.
Беккерель Антуан Анри (1852 – 1908) – французский физик, открывший явле-ние радиоактивности. Родился в Париже, в 1874 году окончил Парижскую По-литехническую школу. С 1876 года работал в ней лектором, а с 1895 года – стал профессором этой школы. Изучая явления фосфоресценции и люминесценции различных веществ и действие их на фотопластинки, открыл в 1896 году неиз-вестное проникающее через непрозрачные преграды излучение, самопроиз-вольно испускаемое солями урана и не имеющее никакого отношения к явле-нию люминесценции, которое возникает как послесвечение некоторых веществ, в результате предыдущего их облучения потоком света. Это открытие явления естественной радиоактивности стало началом последующей научной револю-ции ХХ века (сравнимой по своим масштабам только с гелиоцентрической ре-волюцией Коперника 16 века), в корне изменившей всю картину мира (Нобе-левская премия за 1903 год).
В дальнейшем Беккерель изучал эффекты, связанные с взаимодействием уранового излучения с веществом, электрическими и магнитными силами, и первый измерил соотношение массы и электрического заряда бета-лучей, вхо-дящих в состав этого излучения. Совпадение этого параметра с таким же, полу-ченным для катодных лучей, позволило после открытия выдающимся англий-ским физиком Дж. Дж. Томсоном (1856 – 1940) электрона (из которых состоят катодные лучи) идентифицировать бета-частицы как поток электронов, само-произвольно испускаемых ядрами радиоактивных изотопов. В 1901 году Бекке-рель, независимо от другого выдающегося французского физика Пьера Кюри (1859 – 1906), обнаружил биологическое действие проникающей радиации и способность её ионизировать газ.
Белые карлики - звезды, имеющие массу порядка солнечной при радиусе около 1% от радиуса Солнца. Средняя плотность вещества таких звезд очень велика и достигает 105 – 106 г/см3. Они обладают низкой светимостью, - в де-сятки тысяч раз меньше солнечной. Белые карлики рассматриваются в астрофи-зике как заключительная стадия эволюции звезд типа Солнца, которое, по со-временным представлениям, уже просуществовавшее около 5 миллиардов лет, в результате выгорания в термоядерных реакциях легких элементов (водорода и гелия) само достигнет такого состояния еще примерно через 5 миллиардов лет. Это должно привести к катастрофической перестройке всей планетарной струк-туры Солнечной системы и в этом смысле привести к завершению ее существо-вания.
Бифуркация - раздвоение траектории, описывающей решение нелинейных дифференциальных уравнений или уравнений в частных производных при со-ответствующих значениях параметров задачи. В более общем случае – скачко-образное приобретение резко отличающихся от предыдущих и от друг друга свойств, доминант поведения или путей развития сложными самоорганизую-щимися системами после прохождения ими некоторой точки (т.н. точки бифур-кации, или точки ветвления), при непрерывном и небольшом изменении неко-торых ключевых для данной системы параметров (т.н. параметров порядка).
Простым примером может служить задача об определении направления отскока упругого шарика, падающего на острие, или о направлении прогиба стоящей под прямым углом балки под действием вертикальной силы, или во-прос, в какую сторону упадет неустойчиво стоящий на торце стержень. В неко-торый критический момент, когда, например, от избытка возмущающих сил (балка) или при неустойчивом равновесии (шарик и стержень), система подхо-дит к пределу устойчивости, она оказывается как бы перед выбором, по какому пути пойдет дальнейшее развитие, - это т.н. предбифуркационное состояние, характеризующееся крайней внутренней неустойчивостью. В этом случае для такой системы решающим фактором перемен и выбора нового пути развития - «траектории судьбы» может стать любое случайное, даже очень слабое влия-ние, непредсказуемое заранее.
Бор Нильс Хендрик Давид (1885 – 1962) – выдающийся датский физик-теоретик, один из создателей физики микромира, основатель и директор Копен-гагенского Института теоретической физики (1920 г.), на базе которого сложи-лась очень влиятельная в первой половине ХХ века Копенгагенская школа не-классической физики. В 1908 году окончил Копенгагенский университет, с 1911 по 1912 годы работал в Кембридже у Дж. Дж. Томсона, а с 1912 по 1913 годы – в Манчестере у Резерфорда. Используя квантовую идею Планка (1900 г.), Бор в 1913 году модифицировал планетарную модель атома Резерфорда, введя ряд совершенно новых, противоречащих классической механике, пред-ставлений о закономерностях внутриатомных процессов (т.н. постулаты Бора), ввел представления о квантовании физических величин, разработал т.н. правила отбора (правила квантования этих величин), объяснил характерные особенно-сти атомных спектров испускания и поглощения и периодические закономер-ности изменения свойств химических элементов (Нобелевская премия за 1922 год). Широко известны работы Бора в области ядерной физики и теории деле-ния атомных ядер.
Бор всегда придавал большое значение философской интерпретации фи-зических законов, описывающих феномены квантового мира, считая, что адек-ватное описание достаточно сложного явления природы невозможно осущест-вить в рамках какого-либо одного языка. Чрезвычайное значение приобрели два общеметодологических принципа, сформулированных Бором в рамках т.н. ко-пенгагенской интерпретации квантовой механики – принцип соответствия и принцип дополнительности. Выросший из боровской интерпретации квантовой механики (и, кстати сказать, вполне синергетический по своему смыслу), прин-цип дополнительности постепенно приобрел в современной методологии по-знания фундаментальное значение, превратившись в универсальный принцип эпистемологической дополнительности, в результате чего тенденции междис-циплинарного характера резко усилились, а категории гуманитарного мышле-ния заняли законное (и ранее пустовавшее) место в понятийном аппарате со-временного естествознания. Это можно расценивать как один из примеров по-степенного возникновения единого универсального метаязыка интегративной науки, синтетической философии, а на этой основе в дальнейшем, возможно, и нового языка интегративного образования.
Признавая необходимость сочетания в научном познании рационально-логического и образно-художественного способов мышления, Бор утверждал, что: «Причина, по которой искусство может нас обогатить, заключается в его способности напоминать нам о гармониях, недостижимых для системного ана-лиза». Философские и научно-методологические установки Н. Бора позволяют считать его одним из провозвестников системно-синергетической парадигмы мышления и познания мира. (См. также: Две культуры).
Бэкон Френсис (1561 – 1626) – выдающийся английский философ, один из ос-нователей экспериментальной науки нового времени, выразитель эпистемоло-гических установок, получивших название эмпиризма. В своем знаменитом трактате «Новый органон», который противопоставлялся «Органону» Аристо-теля, Бэкон изложил новое понимание целей и задач науки, которые состоят не в праздном созерцании и построении схоластических схем, а в приобретении реального знания, с помощью которого можно получить власть над природой («Знание – уже само по себе есть сила»). Бэкон произвел анализ и ревизию тех способов познания природы, которые существовали в период от Античности до 16 века, и развил учение об истинном научном методе, правильное применение которого обеспечивает получение достоверного знания, независимо от творче-ских возможностей исследователя. Правильный научный метод, по его образ-ному выражению, подобен циркулю, с помощью которого любой человек мо-жет построить правильную окружность, независимо от его умения рисовать, а в научном познании – обеспечить получение истинных результатов и достовер-ного знания. Познать же природу и понять её законы человек, согласно взгля-дам Бэкона, может лишь настолько, «насколько он охватывает в порядке при-роды, свыше этого он не может и не знает ничего». Т.е. мир познаваем в той лишь мере, в которой он доступен наблюдателю. В этом отношении к познава-тельным возможностям человека Ф. Бэкон предвосхитил эпистемологические выводы о т.н. горизонте познания, к которым в конце ХХ века пришла постне-классическая наука и философия.
Таким образом, согласно Ф. Бэкону, правильно познавать мир мешают человеку негодные методы, сложившиеся веками предрассудки ума и выте-кающие из них традиционные заблуждения, привычки стереотипно мыслить и некритически воспринимать чужое мнение, нечетко пользоваться языком поня-тий и, следовательно, неадекватно выражать свои мысли. Все эти препятствия познанию мира Бэкон представил в образе идолов:
1). Идолы рода – предрассудки, связанные с антропоморфизмом и телеоло-гизмом, и вытекающее отсюда смешение вопросов «как это происходит?» и «почему это происходит?» по отношению к явлениям природы;
2). Идолы пещеры – предрассудки, обусловленные неадекватным отношением к положению человека в мире, - т.е. антропоцентризм;
3). Идолы рынка – заблуждения, порождаемые обывательским и стереотип-ным мышлением, привычкой, использовать языковые клише и расхожие выра-жения, неумение точно выражать свою мысль;
4) Идолы театра – подчинение власти общепризнанных авторитетов, некрити-ческое отношение к прежним представлениям, слепое следование устаревшим традициям, привычка в дискуссиях для обоснования тезисов апеллировать к из-речениям мыслителей древности. Истина, - утверждал Бэкон, - содержится в вещах, а не в изречениях. Эта часть критики Бэкона была особенно важна, в си-лу традиционного преклонения многих мыслителей эпохи Возрождения перед авторитетом Аристотеля.
В своем учении о методе Френсис Бэкон утверждает новый идеал науч-ности в познании мира, - это ум, освобожденный от предрассудков, порываю-щий со схоластикой и метафизикой, использующий правильные методы и вни-мательно относящийся к данным опыта. В этом, согласно Бэкону, состоит ис-кусство вопрошания природы, которое дает разуму материал для истолкования эмпирических данных, а правильная их интерпретация рождает подлинное зна-ние. В отличие от Декарта, поддерживающего традицию, идущую от Платона, Бэкон считал, что сам разум не содержит истин бытия, а создает их путем ра-циональной переработки полученной информации. В этом вопросе его можно считать последователем Аристотеля. Таким образом, получение истинного и недвусмысленного знания о мире, по Бэкону, гарантируется строгим примене-нием правильных методов, которые устраняют в эмпирических действиях всё случайное и недостоверное, извлекают истину, заложенную в природе и неза-висимую от человеческого разума, роль которого состоит в том, чтобы, отбро-сив идолов, адекватно её интерпретировать и однозначно выразить в языке.
В качестве основного логического подспорья для правильных рассужде-ний и выводов, получаемых из данных опыта, Бэкон утверждал роль индукции. Он выделял два подхода к получению результатов, которые обычно сопутству-ют методу индукции: 1) – плохой, идущий от чувства и частных случаев к ак-сиомам самого общего характера, на основании чего затем выводится более ча-стное знание и частные аксиомы. Это, по Бэкону, путь, дающий недостоверное знание, чреватый ошибками и ложными обольщениями. 2) – хороший, идущий от чувства и частных случаев к частным выводам и аксиомам, откуда уже по-средством индукции делается переход к выводам более общего характера и за-тем – к самым общим принципам. Это и есть путь к достоверному знанию.
Структуру мира Ф. Бэкон представлял в терминах атомизма, считая мате-рию совокупностью частиц, а природу – совокупностью многих тел, наделен-ных различными свойствами и взаимодействующих между собой. Неотъемле-мым свойством материи он считал движение, причем, не только механическое (он насчитывал всего 19 видов движения). Эмпиризм Бэкона и рационализм Декарта легли в основу новых представлений о науке как о рационально-эмпирической деятельности, стандартизированной определенными правилами и методами, пренебрежение которыми выводит исследователя за пределы нау-ки. В таком подходе к принципам познавательной деятельности вызревали идеи, которые постепенно привели к понятию научной парадигмы.
С именем Ф. Бэкона, в методологических «рецептах» которого по отно-шению к познанию природы встречаются такие фразы, как: «поставить на службу», «сделать рабом», «заточить в темницу», «выпытать у неё секреты», «преследовать в её блужданиях» и т.п., некоторые философы, идеологи феми-низма и движения «зеленых» связывают возникновение и становление в евро-пейском сознании потребительского и жесткого (противоречащего экологиче-ским принципам) отношения к природе как к материалу для эксплуатации в своих целях, как к лаборатории, в которой ради достижения знаний можно без-жалостно использовать любые способы добычи научных фактов.
Эта позиция в более ослабленном виде прослеживается и у М.В. Ломоно-сова в его отношении к природе - («Природа – мастерская, а человек в ней – ра-ботник»), - и она действительно в целом характерна для западной аналитико-редукционистской парадигмы познания мира (в противовес холистической вос-точной). В настоящее время такое отношение к природе воспринимается как один из элементов противостояния «двух культур» и с позиций современной эволюционной системно-синергетической парадигмы является объектом кри-тики и предметом преодоления и синтеза на основе ноосферного антропно-космического мышления.
Вернадский Владимир Иванович (1863 – 1945) – выдающийся русский мыс-литель, ученый-энциклопедист, основатель новой науки биогеохимии, созда-тель учения о биосфере и переходе её в ноосферу. Родился в Петербурге в се-мье профессора-экономиста, детство провел в Харькове, там же получил на-чальное образование и поступил в гимназию. В 1876 году семья Вернадских возвращается в Петербург, где Владимир заканчивает гимназию и в 1881 году поступает на физико-математический факультет Петербургского университета. В те годы там собралось созвездие крупнейших русских ученых – Д.И. Менде-леев, А.М. Бутлеров, А.Н. Бекетов, И.М. Сеченов, В.В. Докучаев. Основателя генетического почвоведения – В.В. Докучаева, доказавшего, что почва – это «естественноисторическое самостоятельное природное тело», Вернадский счи-тал своим главным учителем. Докучаев (1846-1903) одним из первых в России выдвинул идею о необходимости создания интегративной науки, с помощью методов которой можно было бы изучать живую и неживую природу во взаи-мосвязи и единстве, и эти идеи определили главное направление исследований Вернадского. После окончания университета Вернадский несколько лет рабо-тал хранителем минералогического кабинета, а в 1890 году переехал в Москву, где получил должность профессора минералогии и кристаллографии в Москов-ском университете.
В 1897 году Вернадский защитил докторскую диссертацию, а в 1911-м снова вернулся в Петербург, где начал свои пионерские работы в области гео-химии. В 1912 году Вернадский становится академиком, а с 1915-го возглавляет Комиссию по изучению естественных ресурсов России. После революции и не-долгого пребывания на Украине В.В. Вернадский организует Радиевый инсти-тут (1921 г.), а в 1929 году он организует и возглавляет первую в мире биогео-химическую лабораторию. Это два его детища, с которыми он был связан всю последующую часть жизни и стратегически важная деятельность которых, воз-можно, уберегла его от сталинского террора. Вернадскому посчастливилось пе-режить многих своих выдающихся современников, ставших жертвами репрес-сий, но он постоянно находился в унизительных условиях контроля и давления со стороны тоталитарного режима: «унизительно жить в такой стране, - записал он в дневнике, - где возможно отрицание свободы мысли». Последние годы жизни, которые пришлись на войну, он провел в эвакуации в Казахстане, обоб-щая и завершая свои труды, подводя итоги и составляя хронику своей жизни и деятельности. Скончался Вернадский 6 января 1945 года от инсульта вскоре после возвращения в Москву.
В 30-е годы Вернадский начинает создавать совершенно новое интегра-тивное научное направление, синтетическую науку о Земле, которая включает в единый комплекс минералогию, биогеохимию, биологию, радиогеологию и учение о живом веществе и его определяющей роли в биосфере. В этом эволю-ционно-системном учении Вернадский, применив строгий научный аппарат, впервые показал, что именно живое вещество формирует геологический облик планеты, включает в биохимический круговорот массу косного вещества, кон-центрирует химические элементы, заполняет все, хоть сколько-нибудь доступ-ные, места на Земле. В этом учении проводится мысль о том, что динамическая самоорганизующаяся и саморазвивающаяся система живого и биологически косного вещества возникла на Земле закономерно и вполне естественным путем и вместе с веществом-носителем формируют биосферу нашей планеты, хотя, возможно, что жизнь как таковая имеет неземное происхождение, и является феноменом космического масштаба.
Работу «Начало и вечность жизни» Вернадский начинает с кардинальных вопросов: «Было ли когда-нибудь и где-нибудь начало жизни и живого, или жизнь и живое такие же вечные основы космоса, какими являются материя и энергия? Характерны ли жизнь и живое только для одной Земли или это есть общее проявление космоса? Имела ли она начало на Земле, зародилась ли в ней, или же в готовом виде проникла в неё извне, с других небесных светил?», но признает, что научно обоснованного ответа на них пока нет.
Тем не менее после всестороннего анализа истории и современного со-стояния этой проблемы он приходит к заключению о том, что представления о том, что «жизнь вечна постольку, поскольку вечен космос, и передавалась все-гда биогенезом», более или менее непротиворечиво вписываются в рамки со-временной науки, хотя и не имеют достаточного строгого и достоверного науч-ного доказательства. Однако в философском аспекте, считает Вернадский, сами идеи «о вечности и безначальности жизни, тесно связанные с её организованно-стью, есть то течение научной мысли, последовательное проявление которого открывает перед научным творчеством широчайшие горизонты».
Если вопрос о сущности жизни, как таковой, Вернадский (за недостатком соответствующих научных данных) признает философским, т.е. метафизиче-ским, то свое учение о биосфере (как уже состоявшемся явлении природы) и протекающих в ней процессах он поставил на строгую естественнонаучную ос-нову, не допуская никаких метанаучных обоснований и применяя для своих эмпирических исследований и теоретических доказательств термины и точные методы физики, химии и математики. «Живое вещество, - писал он, - действует в геохимических процессах земной коры своей массой, своим химическим со-ставом, своей энергией. Мерой массы для каждого однородного живого веще-ства может служить средний вес живого организма. Мерой его химического со-става может служить средний атомный состав организма, выраженный в про-центах веса элементов или в процентах их атомов. Мерой его энергии является среднее количество его неделимых, появляющееся в биосфере, благодаря раз-множению, в единицу времени. Живые организмы получают геохимическое значение в земной коре только благодаря присущей им способности к размно-жению». Таким образом, в этой трактовке «ход жизни в биосфере» (термин Вернадского) выглядит как одна колоссальная биогеохимическая реакция пла-нетарного масштаба, использующая энергию Солнца, вовлекающая в кругово-рот всё, содержащееся в биосфере, вещество и создающая новые, совершенно невозможные в неорганическом мире, химические соединения и структуры. «Этим постоянным и неуклонным созданием новых масс вещества сложного и своеобразного состава, непрерывно и, по-видимому, безгранично увеличиваю-щимся с ходом времени, живое вещество, - писал Вернадский, - коренным об-разом отличается от косной (мертвой) материи, для которой нам неизвестно ни-какого аналогичного механизма».
С 1922 по 1926 гг. В.И. Вернадский находился в научной командировке во Франции, где читал курс лекций по геохимии в Сорбонне и готовил к изда-нию фундаментальный труд «Биосфера». Здесь на философском семинаре вы-дающегося французского философа Анри Бергсона он знакомится с крупным антропологом и католическим мыслителем П. Тейяр де Шарденом, открывшим синантропа, автором эпохальных трудов «Феномен человека» и «Божественная среда», а также философом и математиком Э. Леруа автором книги «Происхо-ждение человека и эволюция разума», где впервые прозвучало слово ноосфера. В процессе этих обсуждений Вернадский, до этого развивавший сходные идеи в трудах «Научная мысль как планетное явление», «Химическое строение био-сферы Земли и её окружение», «Автотрофность человечества» и др., оконча-тельно сформировал свои идеи о закономерностях естественного (в процессе эволюции) и неизбежного (в связи с появлением биологического вида «Человек разумный») перехода биосферы в ноосферу – новое, одухотворенное человече-ским разумом, состояние биосферы.
Вернадский несомненно понимал, что идея столь грандиозного масштаба, касающаяся системы такого уровня сложности, не может быть доказана одно-значно строгими формально-логическими методами и лечь в основу некоторой рационально-научной теории, подобной теории биохимических процессов, со-путствующих деятельности живого вещества. Поэтому свои взгляды на процесс ноосферогенеза он изложил в форме научно-эмпирических обобщений, кото-рые связывают человека и космос в единую неразрывную систему и могут счи-таться «первой редакцией» формулировки антропного принципа:
1. Человек, как он наблюдается в природе, как и все живые организмы, как и всё живое вещество, есть определенная функция биосферы, в определенном её пространстве-времени.
2. Человек во всех его проявлениях составляет определенную закономерную часть строения биосферы.
3. Взрыв научной мысли в ХХ столетии подготовлен всем прошлым биосферы и имеет глубочайшие корни в её строении. Он не может остановиться и пойти назад. Он может только замедлиться в своем темпе.
4. Ноосфера – биосфера, переработанная научной мыслью, подготовленная шедшим сотни миллионов, может быть, миллиарды лет процессом, создавшим Homo sapiens faber, не есть кратковременное и преходящее геологическое явле-ние. Процессы, подготовлявшиеся многие миллиарды лет, не могут быть пре-ходящими и не могут остановиться.
5. Отсюда следует, что биосфера неизбежно перейдет так или иначе, рано или поздно, в ноосферу, т.е., что в истории народов, её населяющих, произойдут события, нужные для этого, а не этому процессу противоречащие.
6. Цивилизация культурного человечества – поскольку она является формой ор-ганизации новой геологической силы, создавшейся в биосфере, не может пре-рваться и уничтожиться, так как это есть большое природное явление, отве-чающее исторически, вернее, геологически, сложившейся организованности биосферы.
7. Образуя ноосферу, она всеми корнями связывается с этой земной оболочкой, чего раньше в истории человечества в сколько-нибудь сравнимой мере не было.
Каждое из этих положений, в общем, законно с научной точки зрения и подтверждается на других примерах жизни и развития как отдельных элемен-тов биосферы (экосистем, ценозов, видов и т.п.), так и её эволюцией в целом, достоверными данными современного естествознания, а кибернетика и синер-гетика обосновывают существование в природе универсальных механизмов са-моорганизации и саморегуляции, совместное действие которых наделяют при-роду такими свойствами, которые нами воспринимается как её «рациональ-ность» и «целенаправленность» развития. Тем не менее, по законам формаль-ной логики отсюда однозначно не следует, что траектория развития новой сис-тема «биосфера + человек» пойдет по тому же направлению, которое соответ-ствует рациональности природы и может рассматриваться как прогрессивная эволюция, в силу того, что упорядочивающая и антиэнтропийная деятельность человека в занятой им части природы, вносит хаос и повышает энтропию во всей суперсистеме, - т.е. человечество как новый элемент природы вносит в неё иррациональное (с «точки зрения» природы) начало и оказывает на неё стохас-тизирующее воздействие. Человечество как фактор биосферной нестабильности создает в природе новые, ранее не существовавшие, аттракторы, которые вно-сят ещё большую неоднозначность в поведение всей системы и, следовательно, - в наши прогнозы, и с той или иной вероятностью могут вывести траекторию её развития на деструктивные пути.
Однако в целом учение В.И. Вернадского о ноосфере сохраняет свой вы-сочайший научно-философский потенциал, а с учетом экологических реалий нашего времени его значение в общечеловеческом масштабе многократно воз-растает.
Вероятность – математическая числовая характеристика возможности появле-ния какого-либо случайного события при неограниченно большой последова-тельности повторяющихся испытаний в стандартных неизменных условиях. Случайное событие характеризуется тем, что при соблюдении заданных усло-вий оно может как произойти, так и не произойти, причем никакие точные про-гнозы относительно его появления по определению невозможны. Единственно, что можно точно утверждать, что вероятность появления любого события ле-жит между нулем и единицей на относительной шкале событий.
Простейший способ подсчета вероятности осуществления какого-либо конкретного события состоит в вычислении отношения числа положительных исходов опыта к полному (и достаточно большому, в идеале бесконечному) числу всех испытаний в заданных условиях. Например, при подбрасывании идеальной монеты очень большое число раз, найденная вероятность выпадения орла будет очень близка к теоретическому значению, равному 1/2. При дли-тельном (бесконечно долгом) бросании идеальной игральной кости выпадение любого числа от 1 до 6 окажется очень близко к равновероятному (1/6), однако совсем не обязательно, что это будет так при коротких сериях опытов.
Все прогнозы, касающиеся систем, характеризующихся вероятностным или стохастическим типом происходящих в них процессов, имеют не абсолют-но точный, а лишь статистически достоверный характер, т.е. любые получен-ные данные находятся в пределах некоторого коридора ошибок (т.н. довери-тельного интервала), определяющего меру точности измерений.
Наука, изучающая статистические закономерности случайных процессов, называется теорией вероятностей. Математический аппарат этой теории широ-ко используется в описании закономерностей процессов, недоступных в силу своей сложности и неравновесности моделированию на основе уравнений клас-сической динамики. Это термодинамические процессы, процессы диффузии и переноса тепловых потоков, гидродинамические явления и т.п. Представления о вероятностном характере поведения объектов микромира, - отсутствии опре-деленных траекторий движения и точного местоположения в пространстве, - лежат в основе квантовой механики и квантовой теории поля (принцип неопре-деленности) и являются концептуальным фундаментом неклассической науки ХХ века.
Водород – Самый легкий и простой химический элемент (первый в таблице Менделеева), газ при нормальных условиях, в соединении с кислородом даю-щий воду (два атома водорода на один атом кислорода). Состоит из протона (ядро) и одного орбитального электрона. Имеет два изотопа – стабильный дей-терий (ядро: протон + нейтрон) и радиоактивный тритий (ядро: протон +2 ней-трона, период полураспада примерно 12 лет). Дейтерий был открыт в 1932 году американским физико-химиком Г.К. Юри (Нобелевская премия по химии за 1934 год).
Водород наиболее распространенный элемент во Вселенной (около 75%), основное термоядерное «топливо» звезд и, в частности, Солнца. Изотопы водо-рода используются в лабораторных экспериментах по созданию и изучению ус-ловий для управляемой термоядерной реакции с целью получения энергии, они также были использованы в первых вариантах термоядерного оружия – в т.н. водородных бомбах. Водород в чистом виде получил в 1766 году знаменитый английский физик и химик Генри Кавендиш (1731 – 1810), который установил его свойства и определил его количество в воде.
Галилей Галилео (1564 – 1642) – выдающийся итальянский физик и астроном, основатель точного естествознания, один из самых образованных людей своего времени, оказавший исключительно большое влияние на развитие европейской науки. Родился в г. Пизе, учился в Пизанском университете, изучал медицину, геометрию, механику, математику и античную натурфилософию. С 1589 года – профессор Пизанского университета, а с 1592 по 1600 год – профессор Падуан-ского университета. Из важнейших открытий Галилея необходимо отметить следующие: открытие изохронности (независимости периода от амплитуды) колебаний маятника (1583 г.), закона свободного падения тел h=1/2gt2 (1587 г.), изобретение термометра и маятниковых часов (1597 г.), изобретение теле-скопа (1609 г.), открытие гор на Луне, пятен на Солнце, четырех спутников Юпитера, фаз планет, множества звезд Млечного пути (1610 г.), формулирова-ние принципа относительности (1636 г.).
В 1632 году вышел в свет знаменитый трактат Галилея «Диалог о двух основных системах мира – Птолемеевой и Коперниковой», а в 1638 – итоговый труд по механике «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых областей науки», которым он создал основы современной механики («сотворил понятие силы», - О. Шпенглер) и заложил фундамент новой науч-ной парадигмы, которая в дальнейшем получила блестящее развитие в трудах Ньютона.
В своих философских размышлениях о природе силы, движения и работы Галилей фактически предвосхитил универсальный принцип сохранения энер-гии, утверждая, в противовес воззрениям Аристотеля, что «природу никогда и ни в чем нельзя преодолеть, она ничего не делает даром и её невозможно обма-нуть. Нелепо думать, что с помощью какого-нибудь замысловатого приспособ-ления или хитроумной уловки нам удастся заставить природу производить до-полнительную работу», - пишет об этих воззрениях Галилея И. Пригожин («Порядок из хаоса»). В своих размышлениях о строении Солнечной системы и в процессе полемики с католическими богословами Галилей приходит к убеж-дению, сходному с мыслями Джордано Бруно (1548 – 1600), о бесконечности Вселенной: «Разве вы не знаете, - пишет он оппонентам, - что до сих пор еще не решено, конечна Вселенная или бесконечна? … Мне вовсе не претит мысль о том, что мир, границы которому положены нашими чувствами, может оказаться столь же малым по отношению к Вселенной, как мир червей по отношению к нашему миру».
Разработанные Галилеем методологические принципы познания приро-ды, в отличие от пифагоровских и аристотелевских, вполне рациональных по существу, но так и оставшихся отвлеченными и умозрительными, имели четкий характер, свойственный прикладной науке. Сначала необходимо выразить изу-чаемое физическое явление через число (получить количественную характери-стику), затем облечь полученную последовательность чисел в математическую формулу, т.е. сделать поддающиеся числовому выражению свойства перемен-ными в формулах. Далее, следует выделить из всего массива свойств самые ос-новные, произвести их измерения и также выразить математическими соотно-шениями. Для отделения существенных закономерностей явления от всего не-существенного необходимо прибегать к приему идеализации, позволяющей рассматривать процесс в «чистом» виде, поддающемся экспериментальной вос-производимости. В качестве основы для дедуктивных теоретических построе-ний принимать только наиболее фундаментальные и неоспоримые физические принципы. Такая методология научного поиска позволяет считать Галилея «от-цом экспериментальной физики».
С именем Галилея связано дальнейшее развитие и пропаганда гелиоцен-трической системы мира Коперника, а также новая концепция познания, со-стоящая в том, что именно математика является тем языком, на котором Бог написал «Книгу природы» и зная который, человек может читать её и познавать законы мироустройства: «Философия природы написана в величайшей книге, которая всегда открыта перед нашими глазами, - я разумею Вселенную, но по-нять её сможет лишь тот, кто сначала выучит язык и постигнет письмена, кото-рыми она начертана. А написана эта книга на языке математики, и письмена её – треугольники, окружности и другие геометрические фигуры, без которых нельзя понять по-человечески её слова, без них – тщетное кружение в темном лабиринте».
Гейзенберг Вернер Карл (1901 – 1976) – выдающийся немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Родился в г. Вюрцбурге, в 1923 году окончил Мюнхенский университет, а в 1924 – Геттингенский. С 1927 г. работал профессором в Лейпцигском, Берлинском, затем Геттингенском уни-верситетах, а с 1958 года – директор Института физики и астрофизики им. М. Планка и профессор Мюнхенского университета. Гейзенберг внес крупный вклад в квантовую механику и электродинамику, квантовую теорию поля, фи-зику элементарных частиц и философию современного естествознания. В 1925 году он разработал матричный вариант квантовой механики, в рамках которого в 1927 году вывел знаменитое соотношение неопределенностей (Нобелевская премия за 1932 год). В 1928 году Гейзенберг (совместно с П. Дираком) выдви-нул идею о существовании обменных сил, в 1929 – разработал (совместно с В. Паули) общую схему квантования полей, а в 1934 – постулировал существова-ние т.н. эффекта поляризации вакуума. Гейзенберг также один из авторов про-тон-нейтронной модели атомного ядра и идеи об обменном характере внутри-ядерных сил.
Также как и Эйнштейн, Гейзенберг в течение многих лет пытался по-строить единую теорию поля, которая должна была объединить все известные фундаментальные взаимодействия и объяснить факт наличия в природе такого количества элементарных частиц. В 1958 году он предложил фундаментальное (на его взгляд) уравнение, ставшее впоследствии известным как «мировая фор-мула Гейзенберга», лежащее в основе единой спинорной теории поля, с помо-щью которой, однако, ему не удалось построить всю совокупность элементар-ных частиц. Гейзенберг в целом разделял подход к описанию мира, основанный на идеях бутстрэпа и динамического характера истинной природы материи, он один из первых обнаружил определенное соответствие между концепциями но-вой физики и некоторыми идеями восточных учений (в частности, индуизма, буддизма и даосизма) в плане общих для них представлений о фундаменталь-ной взаимосвязи и взаимозависимости всех явлений как в области малого (мик-ромир), так и на космическом уровне (мегамир). В этом смысле Гейзенберга можно считать одним из провозвестников интегративного синергетического мышления, стремящегося преодолеть разрыв «двух культур» и создать более целостный синтетический образ мира.
Генетика – наука, изучающая законы наследственности и изменчивости живых организмов, закономерности передачи наследственной информации из поколе-ния в поколение, а также возможности целенаправленного воздействия на эти процессы. Термин «генетика» как наука о явлениях наследственности и измен-чивости ввел в научный обиход в 1905 году английский биолог Уильям Бэтсон. Но основоположником генетики считается Грегор Иоганн Мендель (1822 – 1884), открывший в 1865 году один из основных законов передачи генетиче-ской информации – закон дискретной наследственности. Смысл его состоит в том, что в результате скрещивания гибрид наследует родительские признаки специфическим образом, в результате чего у него явно проявляется т.н. доми-нантный (преобладающий) признак, а рецессивный (подавленный) остается в скрытом состоянии. В следующем же поколении (у внуков) эти признаки со статистической достоверностью (т.е. на достаточно большом материале) рас-пределяются в соотношении три к одному. Научный мир не смог оценить в то время это выдающееся открытие, о нем не знал и Дарвин, что затрудняло ему понимание природы «движущих сил», приводящих к появлению новых видов живых организмов в процессе эволюции, и препятствовало продуктивной по-лемике с антидарвинистами.
В 1900 году Гуго де Фриз, Карл Коренс и Эрик Чермак, не зная работ Менделя, переоткрыли эти законы, но впоследствии, узнав о них, вернули Мен-делю принадлежащий ему по праву приоритет. Голландский ботаник Гуго де Фриз, изучая процессы наследственной изменчивости, ввел в науку понятие мутации и объяснял при помощи этой концепции процесс эволюции видов жи-вых организмов. В конце Х1Х – начале ХХ веков знаменитый немецкий зоолог Август Вейсман (1834 – 1914) обнаружил, что половые клетки организмов (но-сители наследственной информации) как бы обособлены от соматических (те-лесных) клеток, в целом не изменяются в процессе жизнедеятельности орга-низма и слабо подвержены обычным внешним влияниям.
В 10-е годы ХХ века крупный американский биолог Томас Хант Морган (1866 – 1945) с помощью экспериментов с мушкой дрозофилой обосновал хро-мосомную теорию наследственности и открыл явление кроссинговера, когда две хромосомы при сближении обменивались фрагментами. В 20-30-е годы американский генетик Герман Меллер (основоположник радиационной генети-ки) экспериментально обнаружил эффект увеличения количества мутаций при повышении температуры среды и доказал возможность возникновения искусст-венных мутаций под действием определенной дозы рентгеновских лучей. В 1925 году русские ученые Г.А. Надсон и Г.С. Филипченко положили начало новой науки – радиобиологии, изучая влияние рентгеновского излучения на клетки простых организмов. В 40-е годы нашего века выяснилось, что носите-лем наследственной информации является макромолекула ДНК, поскольку по-сле трансплантации ДНК одного штамма бактерий в другой, в нем стали появ-ляться признаки донора.
И наконец, в 1953 году в Кембридже, в знаменитой Кавендишевской ла-боратории, англичанин Френсис Крик – физик (р. 1916 г.) и американец Джеймс Уотсон – биолог (р. 1928 г.), используя результаты рентгеноструктур-ного анализа, выполненного английским физиком Маршаллом Уилкинсом (р. 1916 г.), предложили модель структуры ДНК, общеизвестную теперь как двой-ная спираль (Нобелевская премия за 1962 год). С этого момента началось лави-нообразное развитие генетики как фундаментальной дисциплины, вобравшей в свои методы самые передовые достижения теоретической и прикладной физи-ки, химии и математики. В последние годы ХХ века получили широкое разви-тие её прикладные аспекты - генная инженерии и генная технология. Некото-рые генетические эксперименты, такие, как клонирование организмов высших млекопитающих и принципиальная возможность клонирования человека, втор-жение в генные структуры высших организмов и искусственное изменение их генома и т.п., по своим возможным последствиям выходят за пределы собст-венно науки и попадают в область религии, этики и морали, порождая дискус-сии общекультурного значения и философского масштаба.
Геохронологическая шкала – последовательность условных временных от-резков, в течение которых происходили важнейшие геологические и биосфер-ные события глобального масштаба. Один из вариантов последовательности некоторых основных периодов геологического развития Земли, разработанный английским геологом, одним из родоначальников радиодатирования Артуром Холмсом (1890 – 1965), вкратце отражающий главные события биосферных процессов, выглядит так:
1. Криптозойский эон: (Архей; Протерозой: Карельская и Рифейская эры, - Докембрийский период). Начинается примерно 3,9 млрд. лет назад (воз-раст Земли примерно 4,7 млрд. лет) и заканчивается около 600 млн. лет назад. Первая жизнь, вероятно, зародилась около 3,5 млрд. лет назад (а возможно, и ранее) в водной среде, а первые ископаемые свидетельства существования ор-ганизмов (анаэробов, прокариотов), живущих, благодаря фотосинтезу, дати-руются возрастом, составляющим примерно 3 млрд. лет (Архейская эра). Про-терозой характерен развитием водорослей и беспозвоночных, а также появле-нием первых хордовых организмов.
2. Фанерозойский эон. Наступил около 600 - 570 млн. лет назад и про-должается по наше время.
Палеозойская эра:
Кембрийский период. Начался примерно 570 млн. лет назад и характерен наличием достаточного количества кислорода (примерно 1% от нынешнего со-держания в атмосфере) для появления и развития аэробных организмов в вод-ной среде. Начали появляться иглокожие и трилобиты.
Ордовик. Начался примерно 500 млн. лет назад, отмечен процветанием всех типов водорослей, а также появлением позвоночных организмов и различ-ных моллюсков.
Силурийский период. Начался примерно 425 млн. лет назад. Благодаря фотосинтезу, уровень кислорода в атмосфере достигает 10% от нынешнего. По-верхность суши разрастается; появляются первые наземные растения и живот-ные. Отмечается расцвет трилобитов, появились щитковые организмы. Темп образования кислорода резко усиливается.
Девонский период. Начался около 405 млн. лет назад. Появляются расте-ния с семенами, папоротники, кистеперые рыбы и амфибии. Наступает обледе-нение.
Миссипийский период. (Ранний карбон). Начался примерно 355 млн. лет назад. Характерен теплым и влажным климатом. Достигли расцвета акулы и амфибии в воде и гигантские деревья и папоротники на суше.
Пенсильванский период. (Поздний карбон). Начался примерно 310 млн. лет назад. На суше возникают обширные леса и болота, формируются залежи угля (каменноугольный период). Господствуют амфибии, но появляются и реп-тилии. Появились насекомые, вымерли трилобиты.
Пермский период. Начался около 280 млн. лет назад. К этому времени Земля достаточно остыла и климат стал суше. Отмечается расцвет голосемен-ных растений, начинают развиваться пресмыкающиеся. Средняя температура уменьшилась, и многие виды животных вымерли.
Мезозойская эра:
Триасовый период. Начался ок. 220 млн. лет назад. Начинают доминиро-вать динозавры. Начало расцвета пресмыкающихся, появляются первые млеко-питающие и настоящие костистые рыбы. Повсеместно вымирают древовидные папоротники.
Юрский период. Начался около 181 млн. лет назад. Животный мир харак-теризуется полным доминированием динозавров. Господство голосеменных растений, пресмыкающихся, головоногих моллюсков. Появляются первые пти-цы (археоптерикс) и первые приматы.
Меловой период. Начался около 135 млн. лет назад. Характеризуется со-кращением папоротников и голосеменных растений и распространением по-крытосеменных. Появляются односемядольные растения. Животный мир отме-чен появлением высших млекопитающих и птиц. Преобладают костистые ры-бы. К концу мелового периода (примерно 65 млн. лет назад), предположитель-но в результате падения огромного астероида, климат резко меняется, наступа-ет длительное похолодание, в результате чего постепенно вымирают динозав-ры.
Кайнозойская эра:
Период Палеогена:
Эпоха палеоцена. Началась около 65 млн. лет назад. Характерна появле-нием первых плацентарных млекопитающих организмов.
Эпоха эоцена. Началась около 54 млн. лет назад. Характеризуется появ-лением копытных травоядных и плотоядных млекопитающих видов животных, а также грызунов. Вымирают крупные пресмыкающиеся и головоногие моллю-ски.
Эпоха олигоцена. Началась около 36 млн. лет назад. В это время климат становится теплее, и появляется большое количество видов животных, сущест-вующих и в наше время..
Период Неогена:
Эпоха миоцена. Началась около 25 млн. лет назад. Характерна появлени-ем человекообразных обезьян (парапитеков и дриопитеков). Господство покры-тосеменных растений, расцвет млекопитающих, птиц, насекомых. В этот пери-од большинство млекопитающих приобретают современную форму.
Эпоха плиоцена. Началась около 11 млн. лет назад. Развиваются прима-ты. Считается, что примерно в это время появился прачеловек. Леса постепенно уступают место травянистым равнинам.
Период Антропогена:
Эпоха плейстоцена. Началась около 1 млн. лет назад. Происходит общее похолодание климата, обледенение, в результате чего многие формы жизни вымирают. Происходит дальнейшее развитие человека. Начинают формиро-ваться элементы общественной жизни первобытного человека.
Эпоха голоцена (современная послеледниковая геологическая эпоха). На-чало датируется временем около 11 тыс. лет назад. Возникают первые древние цивилизации. Начинается новая эра в биосфере Земли, связанная с природопре-образующей целенаправленной деятельностью человека как геологического яв-ления «общепланетного масштаба».
Дарвин Чарльз Роберт (1809 – 1882) – великий английский естествоиспыта-тель, создатель системно-эволюционного учения о происхождении живых ор-ганизмов и их естественной биологической «трансмутации видов» в процессе отбора под влиянием факторов внешней среды. Уже в раннем детстве, «когда я стал посещать школу для приходящих учеников, - писал Дарвин в автобиогра-фии, - у меня уже отчетливо развился вкус к естественной истории и особенно к собиранию коллекций». Юный Чарльз собирал свои коллекции (растения, рако-вины, монеты, минералы, птичьи яйца и т.д.) с большим энтузиазмом и интере-сом, пытаясь выяснить названия всех этих предметов и как-то классифициро-вать их. Образование в школе было чисто классическим – древние языки, гео-графия и история. Позже молодой Дарвин частным образом познакомился с геометрией и началами физики, но основательного и систематического естест-веннонаучного образования он так и не получил. Разнообразные практические знания по химии ему удалось приобрести, помогая старшему брату проводить опыты в его домашней лаборатории, и это, по его воспоминаниям, было лучшее из того, что удалось узнать ему в течение школьных лет. После школы в тече-ние двух лет Чарльз учился в Эдинбургском университете, где познакомился с несколькими студентами, которые увлекались естествознанием, работал с мик-роскопом, но, посещая операции в госпитале, он понял что занятия медициной – это не для него и по желанию отца отправился в Кембридж, где должен был учиться на священника. В течение 1828-1831 гг. Дарвин провел в Кембридже, однако академическим занятиям уделял мало внимания, а чаще проводил время за ловлей и коллекционированием жуков. Несмотря на то, что выпускные экза-мены он, в конце концов, сдал не так плохо, как думал, стать сельским священ-ником Чарльзу Дарвину так и не пришлось.
В 1931 году неожиданно для Дарвина возникло предложение отправиться в кругосветное плавание на корабле «Бигль» в качестве натуралиста, которое молодой человек принял и этим изменил всю дальнейшую жизнь. Именно во время этого путешествия, наблюдая чрезвычайно пышную и разнообразную флору и фауну южных широт, Дарвин в течение пяти лет целенаправленно ис-следовал геологические особенности этих мест и коллекционировал и изучал образцы животных и растений. «Моим занятием, - писал он, - было коллекцио-нирование животных всех классов, краткое описание их и грубое анатомирова-ние многих морских животных. … Насколько я в состоянии сам судить о себе, я работал во время путешествия с величайшим напряжением моих сил просто от-того, что мне доставлял удовольствие процесс исследования, а также потому, что я страстно желал добавить несколько новых фактов к тому великому мно-жеству их, которым владеет естествознание». Дарвин, как и многие естествоис-пытатели того времени, находился под большим влиянием научной методоло-гии Ф. Бэкона, а также идей выдающегося английского геолога Ч. Лайеля (1797-1875) и, приводя в порядок в 1837 году наработанный за время путешест-вия материал, писал об этом так: «После того, как я вернулся в Англию, у меня явилась мысль, что, следуя примеру Лайеля в геологии и собирая все факты, которые имеют хотя бы малейшее отношение к изменению животных и расте-ний в культурных условиях и в природе, удастся, быть может, пролить некото-рый свет на всю проблему в целом. Я работал подлинно бэконовским методом и, без какой бы то ни было теории, собирал в весьма обширном масштабе фак-ты, особенно относящиеся к одомашненным организмам».
В 1838 году, досконально изучив процесс искусственной селекции до-машних животных, но всё еще не представляя, каким образом отбор может происходить в естественных условиях, Дарвин познакомился с книгой Т. Маль-туса «Опыт о законе народонаселения» и пришел к заключению о том, что в ре-зультате повсеместно происходящей борьбы за существование «благоприятные изменения должны иметь тенденцию сохраняться, а неблагоприятные – унич-тожаться. Результатом этого и должно быть образование новых видов». При поддержке Лайеля трактат Чарльза Дарвина «Происхождение видов» был опубликован в 1859 году. «Совершенно несомненно, - писал об это событии Дарвин, - что эта книга – главный труд моей жизни. С первого момента она пользовалась чрезвычайно большим успехом. Первое небольшое издание в 1250 экземпляров разошлось в день выхода в свет, а вскоре после того было распродано и второе издание в 3000 экземпляров».
В последующие годы Дарвин с большой продуктивностью продолжал свои исследования. В 1862 году выпустил книгу «Опыление орхидей», в кото-рой делал вывод о важной роли перекрестного опыления для «поддержания по-стоянства видовых форм», в 1868 году вышла в свет его книга «Изменения до-машних животных и культурных растений», а в 1871 году был опубликован труд «Происхождение человека», - результат последовательного проведения в жизнь эволюционного учения. «Как только я пришел к убеждению, что виды представляют собой продукт изменения, - писал Дарвин, - я не мог уклониться от мысли, что и человек должен был произойти в силу того же закона». Боль-шой интерес у современников вызвала книга «О выражении эмоций у людей и животных», вышедшая в свет в 1872 году и сразу же разошедшаяся в 5267 эк-земплярах. Первоначально Дарвин хотел этот материал поместить в качестве главы в «Происхождение человека», но затем, приводя в порядок свои наблю-дения «увидел, что здесь потребуется особый трактат». Наблюдая и исследуя с самого дня рождения различные проявления эмоций и оттенки выражения ли-ца, которые проявлял его ребенок, Дарвин пришел к заключению, «что все са-мые сложные и тонкие оттенки выражения должны были иметь постепенное и естественное происхождение», - этот материал и лёг в основу его книги.
Ещё много лет назад Дарвин обратил внимание на насекомоядные расте-ния, в течение 16 лет он ставил над ними опыты, а в 1875 году изложил резуль-таты своих наблюдений в книге «О насекомоядных растениях». В 1876 году Дарвин опубликовал результаты многолетних исследований перекрестного опыления и самоопыления растений, где обратил внимание на «замечательный факт, который заключается в том, что сеянцы, происходящие от самоопылен-ных растений, уступают по своей высоте и силе, притом уже в первом поколе-нии, сеянцам, происходящим от растений, опыленных перекрестно». В 1881 го-ду Дарвин напечатал небольшую книгу «Образование растительного слоя зем-ли деятельностью дождевых червей», о которой сам говорил, что «вопрос этот не имеет большого значения», и не был уверен, что это заинтересует читателей, однако сейчас понятно, что Дарвин в этом исследовании затронул один из клю-чевых вопросов почвоведения, поскольку деятельность почвенных организмов (и в частности, дождевых червей) составляет основу всех процессов почвообра-зования. Эволюционное учение Дарвина вошло в науку под названием дарви-низм.
Датирование радиоуглеродное – широко используемый в археологии метод радиометрического датирования для определения возраста древних деревянных фрагментов, золы костров или предметов, изготовленных из дерева, по анализу степени радиоактивного распада естественного радиоизотопа углерода-14. Этот изотоп образуется в результате взаимодействия космического излучения с азотом воздуха по реакции: 7N14 (n,p) 6C14. Содержание азота в атмосфере Земли известно и сохраняется на постоянном уровне в течение целых геологических эпох. В процессе фотосинтеза и обмена веществ живое растение усваивает из воздуха углекислый газ СО2. Основная часть углерода, входящего в углекисло-ту, таким образом, представлена стабильными изотопами 6С12 (99%) и 6С13 (1%), а также следами радиоизотопа 6С14 (10-10 %). Углерод-14, наряду с обыч-ным углеродом, входит в органическое вещество растений в процессе метабо-лизма и содержится в дереве и т.п. объектах во вполне определенном количест-ве.
В мертвой древесине или в золе может происходить только бета-распад накопленного углерода-14 по закону радиоактивного распада, что позволяет по степени уменьшения радиоактивности образца судить о времени, прошедшем с момента прекращения жизнедеятельности этого растения до момента его ис-следования. Поскольку период полураспада изотопа углерод-14 составляет не-многим более Т1/2 = 5500 лет, то достаточно достоверные для археологии ре-зультаты датирования (порядка 20-30%) можно получить во временном интер-вале примерно от 2000 до 20000-30000 лет, когда степень распада радиоуглеро-да-14 будет не слишком малой, но и не слишком большой. Проблема измерений осложняется еще тем, что и содержание изотопа в образцах, и энергия испус-каемых бета-частиц весьма малы (т.н. «мягкое излучение», - 0,14 Мэв), поэтому удовлетворительные результаты могут быть достигнуты только при использо-вании специальных методов концентрации этого радионуклида в образцах и высокоточной и высокочувствительной к малым активностям радиометриче-ской или бета-спектрометрической аппаратуры, хорошо защищенной от фона космических лучей, излучения посторонних источников и естественной радио-активности земного происхождения.
Метод радиоуглеродного датирования был разработан американским фи-зико-химиком У.Ф. Либби в 1947 году, и был отмечен Нобелевской премией по химии за 1960 год.
Декарт Рене (лат. Картезий), (1596 – 1650) – великий французский философ, физик, математик, физиолог, один из основоположников новой европейской философии и науки. Родился в местечке Лаэ, окончил иезуитскую коллегию Ла-Флеш, некоторое время состоял на военной службе, затем путешествовал. С 1628 года по 1649 жил в Нидерландах, а с 1649 и до конца жизни – в Стокголь-ме.
Физические исследования Декарта относятся к механике, где он впервые ввел понятие количества движения и сформулировал закон его сохранения, ис-следуя закономерности столкновения (удара) тел, а в 1644 году сформулировал закон инерции, и к оптике, которая с выходом в 1638 году его трактата «Диоп-трика», содержащего ряд законов геометрической оптики, стала самостоятель-ной наукой. Декарт также исследовал атмосферные явления, в частности, вы-сказал гипотезу о том, что атмосферное давление должно уменьшаться с высо-той. В математике имя Декарта связано с развитие аналитической геометрии, он впервые ввел ортогональную систему координат. Декарт разработал свой вари-ант космологии, основанной на коперниканской Гелиоцентрической модели и идее естественного развития Солнечной системы, где формообразующим фак-тором в процессе саморазвития космического вещества, обусловливающим строение мира и образования небесных тел, является вихревое движение час-тиц, однако его умозрительная концепция вихрей, которые поддерживают пла-неты в их движении по орбитам, оказалась ошибочной.
В историю естествознания Декарт вошел, в первую очередь, как один из родоначальников теории познания (эпистемологии), как философ и естествоис-пытатель, впервые четко поставивший вопрос о достоверности научного зна-ния, о поиске логических или эмпирических оснований, которые стали бы фун-даментом для выработки критериев научной достоверности. В своем философ-ском рассуждении о методе познания в трактате «Рассуждение о методе, чтобы хорошо направлять свой разум и отыскивать истину в науках» (1637 год) Де-карт писал: «Я оставляю в стороне всё, что хоть в малейшей степени может да-же предположительно вызвать сомнение, как если бы я нашел, что оно несо-мненно ложно, и буду идти по этому пути до тех пор, пока не найду нечто, не вызывающее сомнений, или же, по крайней мере, пока не смогу определенно установить, что в мире нет ничего достоверного».
Будучи сторонником платонизма, он начал поиски критериев достоверно-сти в сфере самого познающего разума, считая, что эти основания, эти самые общие аксиомы, на которых надежно строилось бы всё здание науки, которые при этом были бы убедительны и неопровержимы, не могут находиться в сфере повседневного опыта, т.к. здесь возможны ошибки, иллюзии, неточные и не-обоснованные суждения и т.д. Такие основания нельзя найти философии, кате-гории которой зыбки и неоднозначны (логически недоказуемы и непроверяемы, т.е. в современном понятии - нереферентны), поэтому в этой связи и авторите-ты древности, на которые опиралось средневековое знание, также не могут вы-ступать в качестве гарантов истины.
Единственное знание, которое, согласно Декарту, должно быть истин-ным, состоит в том, что тот, кто способен мыслить, осознавать свое существо-вание, тот, следовательно и существует реально – «Я мыслю – следовательно, я существую». Это заключение об истинности собственного существования сде-лано Декартом на основании очевидности процесса собственного мышления и собственного вопрошания о природе Бога и мира (что, как впоследствии выяс-нилось в процессе многочисленных философских дискуссий вокруг картезиан-ства, на самом деле не так уж и очевидно и логически безупречно). Реальность существования Бога выводилась Декартом из того факта, что сама мысль о нем не может порождаться обыденной жизнью, повседневным бытием, а значит внушена человеку самим Богом, который в силу своей идеальной сущности не имеет надобности вводить человека в заблуждение относительно реальности внешнего мира. Сам этот внешний мир, воспринимаемый человеком, вся окру-жающая человека природа (включая даже и животных) – это совершенный ме-ханизм, созданный Богом, как бы некоторый род машины, где все движения из-начально заданы Творцом и поэтому не случайны. Познание такого мира воз-можно, но должно осуществляться посредством разума, воплощением которого являются логика и математика, оперирующая ясными и отчетливыми врожден-ными идеями и формами (рационализм Декарта).
Картезианская методология научного познания («Правила для руково-дства ума»), вкратце заключающаяся в том, что: а) следует заниматься только такими предметами, о которых наш ум может получить достоверное знание; б) ничего не принимать на веру, в чем не уверен, всё по возможности проверять; в) не пренебрегать самыми незначительными и простыми вещами, останавли-ваться на них столько, сколько нужно для появления полной ясности; г) разде-лять каждую сложную проблему на столько простых частей, сколько возможно для достоверного изучения; д) в научных выводах восходить от простого к сложному; е) составлять самые полные перечни и обзоры, чтобы ничего не упустить и т.п. – на целые столетия стала основой научного естествознания и актуальна до настоящего времени.
Учение Декарта создавало необходимый в то время философский климат для упрочения и развития революционных идей Коперника, Кеплера, Галилея и, наряду с учением о методах познания Ф. Бэкона, сыграло определяющую роль в прогрессе европейской науки. Картезианский стиль мышления, делаю-щий акцент на математическом естествознании (подкрепленный в 17-18 веках достижениями динамики Ньютона), более чем на два столетия (практически до конца 19 века) определил методологию научного познания и философскую кар-тину мира, получив название картезианско-ньютоновской механической пара-дигмы.
Доза облучения – энергетическая мера ионизирующего излучения (радиации), воздействующего на данное тело. Процесс передачи энергии обусловлен взаи-модействием быстрых заряженных частиц и фотонов с электронами атомных оболочек и состоит в возбуждении орбитальных электронов или в их отрыве от атома (ионизация). Различают экспозиционную дозу, определяемую по сум-марному количеству электрических зарядов, создаваемых излучением в облу-чаемом предмете и измеряемую в Рентгенах (внесистемная устаревшая едини-ца), и поглощенную дозу, представляющую собой полное количество энергии, передаваемой излучением облучаемому телу. Единица её измерения в системе СИ: 1 Грей = 1 Джоуль/кг. Для учета различного радиобиологического дейст-вия, возникающего при одинаковой поглощенной дозе различных видов радиа-ции, используется понятие биологически эквивалентной дозы, измеряемой в Зивертах (Зв). Так, за условную дозовую единицу радиобиологического дейст-вия принято действие рентгеновского или гамма-излучения, а радиобиологиче-ское действие всех прочих видов проникающей радиации (электронов, прото-нов, медленных и быстрых нейтронов, альфа-частиц, осколков ядерного деле-ния и т.д.) учитывается посредством введения соответствующего коэффициента биологической эффективности.
Из современных биологических и медицинских среднестатистических данных по воздействию различных доз радиации на организм человека следует, что при получении средней дозы:
а) 0,5 Зв и менее – работоспособность в целом сохраняется, изменения в крови несущественные;
б) при дозе от 0,5 до 1 Зв – наблюдаются небольшие изменения в крови, прояв-ляются некоторые симптомы лучевой болезни,
в) при дозе от 1 до 2 Зв – протекает лучевая болезнь в легкой форме, вероят-ность прямой угрозы для жизни незначительна,
г) при дозе от 2 до 4 Зв – наблюдается лучевая болезнь средней тяжести, в ряде случаев возможен смертельный исход,
д) доза 4 Зв принята как полулетальная, в этом случае наблюдается тяжелая форма лучевой болезни с 50% смертельным исходом,
е) доза 6 Зв и более – это смертельная доза, вызывающая необратимые повреж-дения различных органов; летальный исход даже при интенсивном лечении на-ступает в течение двух-трех месяцев.
Доза, получаемая в единицу времени, называется мощностью дозы. Средняя мощность дозы естественного радиационного фона на территории России, обусловленного космическим излучением и радиоактивностью почвы, колеблется в пределах 10-30 микроЗв в час.
Законы сохранения – физические законы, утверждающие постоянство во вре-мени физических величин, характеризующих изолированные системы. Некото-рые законы сохранения являются универсальными, т.е. справедливы для любых изолированных систем. Это закон сохранения вещества (массы), энергии, им-пульса, момента количества движения, электрического, барионного и лептон-ного зарядов. Универсальность законов сохранения делает их важным инстру-ментом проверки непротиворечивости любых физических теорий, претендую-щих на полноту объяснения каких-либо явлений природы.
Кажущееся нарушение таких законов свидетельствует о наличии неуч-тенных процессов или объектов в рассматриваемом явлении. Так, именно на основании закона сохранения энергии была предсказана труднорегистрируемая в эксперименте частица нейтрино, возникающая при бета-распаде. Подтвер-жденное нарушение универсальных законов опровергает гипотезу или теорию, в рамках которой это нарушение обнаружено. Например, вследствие нарушения закона сохранения момента количества движения, была отвергнута, на первый взгляд вполне правдоподобная, т.н. небулярная модель происхождения Сол-нечной системы, выдвинутая И. Кантом и математически описанная П.С. Лап-ласом.
Кроме универсальных законов сохранения существуют и приближенные законы, справедливые для ограниченного круга явлений и систем, что довольно часто имеет место в квантовомеханических процессах при взаимопереходах элементарных частиц. В микромире существуют процессы, разрешенные мно-гими законами сохранения, но запрещенные каким-либо одним. Специфика та-кого рода процессов состоит в том, что они на практике либо не наблюдаются совсем, либо происходят с крайне малой вероятностью. Некоторые квантово-механические процессы сильно подавлены, хотя не запрещаются никакими из-вестными законами сохранения. Для описания таких случаев в физику микро-мира было введено особое понятие, необходимое при упорядочении нового, не-обычного с точки зрения классической механики, класса явлений, - т.н. правила отбора. Они устанавливают, какие квантовые процессы разрешены (вероят-ность велика), какие запрещены строго (вероятность равна нулю) и какие за-прещены приближенно (вероятность мала). Существует очень важная для лю-бой физической теории фундаментальная теорема Нётер (см.), которая ставит в соответствие каждому закону сохранения присущий именно ему тип симмет-рии. Это доказывает глубокую внутреннюю связь универсальных законов со-хранения и фундаментальных свойств пространства и времени.
Кварки – шесть пар элементарных частиц (шесть кварков и столько же антик-варков), считающихся в современной теории элементарных частиц «истинными фундаментальными кирпичиками» вещества, из которых «состоят» все осталь-ные частицы, кроме лептонов. Из шести пар кварков путем различных комби-наций по два в случае мезонов и по три для барионов и гиперонов можно соста-вить все существующие адроны (частицы, взаимодействующие по типу сильно-го взаимодействия). Причем истинный механизм сильного взаимодействия со-стоит в том, что на самом глубоком уровне именно кварки, обмениваясь глюо-нами, обусловливают характер сильного взаимодействия, обеспечивая сущест-вующую степень стабильности адронов.
Представления о кварках (сначала только о трех) ввели в 1963 году неза-висимо друг от друга американские физики М. Гелл-Манн и Дж. Цвейг. В 1969 году на трехкилометровом Стэнфордском ускорителе (Калифорния, США) бы-ли получены экспериментальные доказательства существования кварков, путем анализа траекторий рассеяния ускоренных до колоссальных энергий электро-нов на «внутренностях» протонов. Этот эксперимент фактически повторял то, что в начале века делал Резерфорд, бомбардируя атомы альфа-частицами, но только теперь энергии «зондирования» протонов возросли в миллионы раз. Са-мо название «кварк» Гелл-Манн взял из романа Джойса «Поминки по Финнега-ну», где оно отражает атмосферу абсурда. Дело в том, что свойства этих частиц не вписывались в уже известные квантовые характеристики. Для них пришлось вводить новые квантовые параметры такие, как «цвет», «шарм» (очарование), «красота», «аромат», - т.е. термины, не имеющие на самом деле никакого от-ношения к привычным их значениям, а просто служащие для обозначения ряда сохраняющихся при взаимодействиях частиц квантовых параметров.
Хотя понятие «цвет» использовалось по прямой аналогии, - кварки ус-ловно наделялись тремя дополнительными цветами (красным, синим и зеле-ным), которые смешиваются так же, как и в оптике. В любой момент времени суммарный цвет трех кварков, входящих, например, в состав протона или ней-трона (лишенных этой квантовой характеристики), должны давать белый цвет. К еще одной интересной особенности кварков относится то, что они обладают необычным электрическим зарядом, равным 1/3 или 2/3 от заряда электрона. Раздел физики элементарных частиц, оперирующий кварковой моделью, назы-вается квантовой хромодинамикой (КХД).
К настоящему моменту экспериментально доказано существование всех шести кварков, причем также получила объяснение невозможность выбивания их из «тела» элементарных частиц в свободное состояние, поскольку еще одно необычное их свойство, согласно КХД, состоит в том, что, в отличие от зако-номерностей всех известных взаимодействий, сила притяжения между кварка-ми в глюонном поле не уменьшается с увеличением расстояния между ними, как в обычных полях, а наоборот – возрастает. По нынешним представлениям, кварки навсегда замурованы внутри частиц, ибо даже теоретически, в самом отдаленном будущем, не предвидится создание такого ускорителя, который мог бы сообщить частицам энергию, порядка 1017 Мэв, достаточную для высвобож-дения кварков, как например, это было в случае обменных мезонов. Данная проблема получила название конфайнмента или удержания кварков в адронах.
Клонирование (от греч. клон - ветвь, отпрыск) – создание последовательности следующих друг за другом поколений наследственно однородных потомков одной исходной особи какого-либо вида живых организмов (микроорганизма, растения, животного), образованной путем бесполого (вегетативного) размно-жения. Такие организмы являются практически полными генетическими ко-пиями исходного предка. Клоном также является культура какой-либо ткани организмов (совокупность клеток), полученная посредством митотического де-ления (митоза). В естественных условиях процесс клонирования происходит при делении клеток различных микроорганизмов, вегетативном (например, по-средством укоренения черенков) размножении растений, в результате партено-генеза у насекомых, ракообразных и т.п., и характеризуется теоретически пол-ной передачей генетической информации от предка к потомку. Любой орган тела животных и человека в этом смысле представляет собой клон, однояйцо-вые близнецы, сколько бы их ни было – это тоже клон.
В последние годы в связи с общими успехами, достигнутыми в науке, особенно в медицине, биологии, генетике и генной инженерии, возник интерес к изучению возможности клонирования (т.е. создания генетической копии) высших животных и даже человека, мотивацией чего является проблема пере-садки больным абсолютно биологически совместимых (в сущности своих соб-ственных и потому неотторгаемых) «запасных» органов в терапевтически без-надежных случаях. Появились сообщения об определенных успехах в этой об-ласти (клонирование овцы Долли из клетки взрослой особи и обезьянки Тетры путем деления оплодотворенной яйцеклетки на несколько частей и внедрения их другим матерям, т.д.). Существуют и многие другие менее известные и даже закрытые работы по этой проблеме, направленные на клонирование человека. Некоторые известные специалисты утверждают, что перспективы клонирова-ния человека вполне реальны, однако реакция общества оказалась неоднознач-ной, поскольку эта проблема далеко выходит за пределы естествознания, био-логии и медицины и требует осознания с точки зрения морали, этики, филосо-фии и религии.
Важной негативной особенностью процесса клонирования высших орга-низмов (овца Долли) оказалось то, что возраст клонированного организма изна-чально не может быть меньше, чем возраст особи, являющейся клеточным до-нором, поскольку в ДНК исходной клетки, помимо необходимой генетической информации, содержатся и все ошибки, накопившиеся за годы существования организма-донора. Это может привести к тому, что клонированный организм получит по наследству не только генетические дефекты, в той или иной мере изначально присущие донору, но и новые болезни, которые могут возникнуть у клона в результате приобретенных по разным причинам донором в течение его жизни деструктивных изменений на клеточном уровне.
В самой возможности клонирования того или иного отдельного органа ничего аморального нет, однако на данном этапе развития биологии это вряд ли осуществимо, поскольку любой орган как законченная полноценно функциони-рующая структура может сформироваться только в системе всего организма. Что касается клонирования клеточной культуры, то польза таких исследований очевидна. Эти клетки можно будет вводить в поврежденный орган, в котором они будут встраиваться в его структуру, заменяя поврежденные или дефектные клетки.
Коперник Николай (1473 – 1543) – выдающийся польский астроном, созда-тель гелиоцентрической системы мира. Родился в г. Торуни, начальное образо-вание получил в местной школе при костеле св. Яна, затем учился в Краков-ском университете (1491-1495), после окончания которого в 1496 году отпра-вился в путешествие по Италии. Осенью 1496 года он записался на юридиче-ский факультет Болонского университета. В Болонье Коперник познакомился с астрономом Доменико Новаррой, с которым 9 марта 1497 года он провел свое первое научное наблюдение за движением Луны. Некоторые факты этих на-блюдений не соответствовали геоцентрической модели Птолемея и именно это событие, вызвавшее у молодого Коперника большой интерес к астрономии, на-всегда определило его научную судьбу. В 1498 году Коперник был заочно ут-вержден в сане каноника Фромборкского капитула (Польша), но на родину он возвратился только в 1503 году, после прохождения курса медицины в Падуан-ском университете и получения степени доктора богословия в университете Феррары. Во Фромборке Коперник начал проводить систематические астроно-мические наблюдения, пользуясь известными в то время довольно примитив-ными приборами параллактического типа.
В 1516 году в трактате «Малый комментарий» Коперник дал предвари-тельное изложение основ своего учения, но пока только в виде гипотез, не снабженных математическими доказательствами, поскольку планировал в дальнейшем написать обширный труд, в котором новая система мира была бы представлена с полным обоснованием. В 1523 году, наблюдая планеты в мо-мент их противостояния, т.е. в положении, когда они находятся в области не-бесной сферы, противоположной местоположению Солнца, Коперник обнару-жил еще один факт, противоречащий учению Птолемея. Он опроверг традици-онные представления о неподвижности планетных орбит в пространстве, дока-зав, что зафиксированные в «Альмагесте» (1300 г.) координаты прямой, соеди-няющей наиболее близкие и наиболее удаленные от Солнца точки планетной орбиты (т.н. аспид), за прошедшие два столетия изменились. В результате ана-лиза своих наблюдений и на основании вполне четких представлений об отно-сительном характере движения Коперник также установил три типа движения Земли.
Характеризуя суточное движение Земного шара относительно звездного неба, он пишет, что «небу принадлежит только видимость суточного обраще-ния, действительность же его – самой Земле, так что здесь происходит то, о чем сказано в «Энеиде» у Вергилия – От гавани мы отплываем, а земли и сёла от нас убегают». Второй тип движения Земли – годовой оборот вокруг Солнца – Коперник характеризует так: «То, что нам представляется как движение Солн-ца, происходит не от его движения, а от движения Земли, вместе с которой мы обращаемся вокруг Солнца, как любая другая планета». И третий тип движения Земли, установленный Коперником, состоит в т.н. прецессии, совершаемой осью вращения Земного шара, т.е. в описывании земной осью конической фи-гуры, в результате чего земному наблюдателю кажется, что вращается плос-кость эклиптики.
Огромный экспериментальный материал, собранный Коперником в тече-ние тридцати лет непрерывных наблюдений, позволил ему получить более или менее убедительные доказательства ошибочности Птолемеевской системы ми-ра и построить модель, в которой «центром мироздания» являлось Солнце. Для убедительного обоснования своей модели мира Копернику пришлось также выполнить большой объем тригонометрических исследований, результаты ко-торых он изложил в книге, вышедшей в 1542 году в немецком городе Витген-берге «О сторонах и углах треугольников как плоских, так и сферических», где в приложениях были даны подробные таблицы синусов и косинусов. Первый экземпляр гениального труда Коперника «Об обращении небесных сфер», в ко-тором была подробно изложена гелиоцентрическая система мира был отпеча-тан в Нюрнберге и попал в его руки, когда великий ученый был уже при смер-ти. Он скончался 24 мая 1543 года. Этим годом датируется начало величайшей научной революции в истории европейской культуры.
Нельзя сказать, что новая модель, в которой орбиты планет по-прежнему описывались окружностями, устранила все недостатки громоздкой и неудобной Птолемеевской системы, включавшей более 70 эпициклов и эквантов для учета попятного движения планет. В модели Коперника эпициклов стало меньше – около 30, - и это существенно упростило схему астрономических расчетов, од-нако окончательно проблему соответствия модели и объекта не решало. Только почти через 60 лет труд Коперника завершил Кеплер, обнаружив, что орбиты имеют эллиптическую форму, а вся «конструкция» подчиняется простым мате-матическим законам (Законы Кеплера). Однако ни Коперник, ни Кеплер не могли объяснить, какая естественная причина лежит в основании именно тако-го мироустройства, считая, что ссылки на красоту Божественного замысла вполне достаточно. Научный же ответ на вопрос, почему так устроена Солнеч-ная система, дала теория Ньютона, основанная на законе всемирного тяготения, что тем не менее, не может рассматриваться как логический способ опроверже-ния представлений о существовании высшего замысла.
Кузанский Николай (1401 – 1464) – один из крупнейших мыслителей эпохи Возрождения, философские и космологические труды которого подготовили почву для величайшего культурного явления европейской истории – гелиоцен-трической революции Коперника, Кеплера и Галилея.
О Николае Кузанском известно, что он (тогда ещё Николай Кребс) родил-ся в селении Куза в Южной Германии, что рано покинул родной дом и нашел покровительство у графа Т. фон Мандершайда, который послал одаренного юношу в Голландию. Там Николай получил начальное образование в монаше-ской школе «братьев общей жизни», освоив греческий и латынь и приобретя необходимые в то время теологические и философские познания. Вернувшись в Германию, он продолжил образование в Гейдельбергском университете, после чего в 1417 году отправился в Италию, где обучается в Падуанской школе цер-ковного права, попутно много занимаясь естественными науками, математикой, медициной, астрономией, географией.
За годы, проведенные в Италии, Николай приобретает весьма основа-тельное образование и в 1423 году получает звание доктора канонического пра-ва. По возвращении в Германию он в 1426 году получает сан священника и все-цело посвящает себя богословской деятельности, не оставляя при этом филосо-фии и естествознания. Примерно за 20 лет Николай Кузанский делает блестя-щую церковную карьеру, становясь одним из самых видных иерархов католи-ческой церкви – в 1448 году стал кардиналом, в 1450 – епископом Бриксена и папским легатом на территории Германии, а с 1458 года и до конца жизни за-нимает пост генерального викария в Риме.
В философских и естественнонаучных трактатах Николая Кузанского от-разились все основные вехи становления новой познавательной парадигмы и получил начало процесс «рационализации» образа Создателя как великого ар-хитектора мира, заложившего в план своего творения (Вселенной) число и ма-тематические принципы, которые доступны человеческому разуму. «Все наши мудрые и божественные учители, - пишет он, - сходились на том, что видимое поистине есть образ невидимого и что Творца таким образом можно увидеть по творению как бы в зеркале и подобии». Эта важная и очень плодотворная для всей европейской науки идея ("математика как зеркало природы") впоследствии была использована и развита Галилеем и Декартом, получила подтверждение в небесной механике Ньютона и Лапласа и была философски узаконена Кантом. В частности, представление Кузанского о том, что «путь к неизвестному может идти только через заранее и несомненно известное», также легло в основу эпи-стемологии Декарта и стало одним из классических принципов научной рацио-нальности.
В таком отношении Николая Кузанского к проблеме познания мира уже заложены представления о сочетании чистой науки (математики) с, так сказать, «прикладными» задачами (познание видимой реальности), - т.е. в его подходе в целом примиряется учение Платона о недостоверности чувственного опыта и необходимости постигать только (как абсолютные истины) абстрактные идеи вещей с подходом Аристотеля, утверждавшего приоритет наблюдений и чувст-венного опыта над отвлеченной математикой. «Всё чувственное пребывает в какой-то постоянной шаткости ввиду изобилия в нём материальной возможно-сти, - пишет он в трактате "Об ученом незнании". - Самыми надежными и са-мыми несомненным для нас оказываются поэтому сущности более абстракт-ные, в которых мы отвлекаемся от чувственных вещей, - сущности, которые и не совсем лишены материальных опор, без чего их было бы нельзя вообразить, и не совсем подвержены текучей возможности. Таковы математические пред-меты».
Реальные вещи, считает Николай Кузанский, суть подобия скрытых от нас истинных образцов творений Создателя, которые «связаны для нас темной и непостижимой соразмерностью так, что совокупность вещей образует единую Вселенную». Но поскольку в нашем распоряжении находятся только подобия и «разыскание ведется всё-таки, исходя из подобий, нужно, - утверждает Кузан-ский, - чтобы в том образе, отталкиваясь от которого мы переносимся к неиз-вестному, не было, по крайней мере, ничего двусмысленного». Таким образом, Николаю Кузанскому ясно, что естественный язык (идолы рынка по Ф. Бэкону) для этой цели явно не подходит, что для истинного познания требуется более подходящий и точный, не опирающийся на слова, а чисто символический спо-соб описания и отображения подобий, поэтому «если приступить к божествен-ному нам дано только через символы, - пишет он, - то всего удобнее воспользо-ваться математическими знаками из-за их непреходящей достоверности».
Чрезвычайно важными для развития научной космологии того времени явились рассуждения Николая Кузанского о геометрических образах бесконеч-ного (соотношение максимума и минимума) и выводы о том, что на бесконеч-ности конкретные представления о точной форме и размерах геометрических фигур и тел (имеющие математическое обоснование при малых размерах) раз-мываются настолько, что невозможно представить себе, например, окружность как реальную фигуру, имеющую центр и границу, треугольник и квадрат как отличающиеся по форме и т.д., поскольку, согласно его логике, минимальное и максимальное на бесконечности совпадают. Поэтому, переходя в рассуждениях к чистой бесконечности, считает Кузанский, невозможно логически построить такие геометрические понятия, как подобие и отличие, – любая фигура не отли-чается от другой, прямая не отличается от окружности, треугольник от прямой, понятие границы Вселенной и её центра становятся несостоятельными. «В движении [небесных сфер] не достигается простой максимум, каков фиксиро-ванный центр, - пишет он, - из-за необходимого совпадения минимума с мак-симумом такой центр мира совпадет с внешней окружностью. Значит у мира нет и внешней окружности».
Таким образом, Николай Кузанский преодолевает «космологический па-радокс», неизбежно возникающий с принятием идеи границы Вселенной («А что же дальше?»), существующий в античной Геоцентрической системе, пере-ходя в другую модельную схему, где для бинарной оппозиции «центр – грани-ца», а значит и соответствующего ей парадокса просто нет места. Если нет внешней окружности, рассуждает он, то нет и центра этой окружности, а также значит нет и небесного тела (например, Земли), которое его занимает. Следова-тельно, «раз Земля не может быть центром, она не может быть совершенно не-подвижной, а обязательно движется. … И как Земля не центр мира, так и сфера неподвижных звезд не есть его окружность» – заключает Николай Кузанский. Несмотря на определенную умозрительность этих построений, учение Николая Кузанского о единстве и бесконечности Вселенной послужило важным под-спорьем для последующего пересмотра системы мира К. Птолемея и легло в основу более рафинированных идей одного из первых «космистов» - Джордано Бруно о бесконечности Вселенной и множественности солнц, планет и обитае-мых миров.
Лазеры и мазеры – квантовые генераторы когерентного и монохроматического электромагнитного излучения оптического и инфракрасного диапазонов. На-званием этих приборов стала аббревиатура английского предложения – «усиле-ние света (лазер) или микроволн (мазер) посредством индуцированного излуче-ния». Рабочим телом, в котором возникают необходимые для этого квантовые энергетические состояния излучающих структур, могут быть специально при-готовленные газовые и жидкие среды, кристаллы, полупроводники, стекла. Наиболее часто используются квантовые генераторы на основе рубина, неоди-мового стекла и кристаллов граната, а также полупроводниковые лазеры и га-зовые – гелий-неоновые, аргоновые и лазеры на основе углекислого газа (СО2). В основе действия лазеров и мазеров лежат принципы квантовой механики, в частности, принцип Паули. Под действием внешнего источника энергии элек-троны практически каждого атома рабочего тела переходят в возбужденное (метастабильное) состояние, запасая определенную энергию.
При достижении соответствующих условий все эти электроны переходят в основное состояние, излучая избыток энергии в виде квантов электромагнит-ного поля равной частоты и в одинаковой фазе, т.е. монохроматическое и коге-рентное. Лазеры и мазеры способны генерировать чрезвычайно остро сфокуси-рованные пучки энергии светового, инфракрасного и микроволнового спектров огромной мощности, преобразуя внешнюю энергию накачки с КПД порядка 10-30%. Они находят самое широкое применение в науке, промышленности и ме-дицине, используются для дальней связи и локации космических объектов. Так, с помощью мазера было получено на Земле телевизионное изображение по-верхности Венеры, переданное с космической станции, доставленной на эту планету. Плотность энергии и мощность лазерного пучка может быть настолько велика, что позволяет изучать нелинейные оптические явления в средах, созда-вать температурные условия, достаточные для протекания термоядерных реак-ций, и уже существуют разработки, использующие этот принцип.
Большой интерес для астрофизиков представляют природные мазеры космического происхождения, «работающие» на основе гидроксильных ради-калов (ОН) и молекул водяного пара, которые входят в состав газовых оболочек молодых звезд и пылевых облаков стареющих звезд-гигантов. Эти космические квантовые генераторы испускают излучение тогда, когда молекулы гидроксила и воды совершают стимулированный переход с более высокого энергетическо-го уровня на более низкий. При этом разность энергий между этими уровнями излучается в виде интенсивного когерентного электромагнитного сигнала с ха-рактеристической длиной волны – 18 см для гидроксила и 1,3 см для молекул воды. Учитывая допплеровское смещение частоты при движении источника из-лучения, можно определить скорость движения подобных объектов. Поведение излучения космического мазера дает также информацию о наличии, интенсив-ности и пространственном распределении магнитных полей в области этого объекта и тем самым позволяет проводить изучение влияния магнитных полей на процесс эволюции газо-пылевых облаков и образования протозвезд.
Рождение квантовой электроники (создание мазера) датируется 1955 го-дом и связано с именами отечественных ученых Н.Г. Басова (1922 - 2001), А.М. Прохорова (1916 - 2002) и американского физика Ч. Таунса (р. 1915), - (Нобе-левская премия за 1964 год). Большой вклад в развитие полупроводниковых квантовых генераторов внес отечественный физик Ж.И. Алферов (р. 1930 г., Нобелевская премия за 2000 г.).Появление квантовых генераторов света - лазе-ров в 1960 году позволило реализовать принцип т.н. голографии, разработан-ный английским физиком венгерского происхождения Деннисом Габором (1900 – 1979) еще в 1948 году, - (Нобелевская премия за 1971 год). Голография представляет собой метод получения объемного изображения предметов, осно-ванный на явлении интерференции света, путем восстановления структуры све-товой волны, отраженной от этих предметов. Голограмма отличается от слайда тем, что каждая её часть содержит всю информацию об изображаемом объекте, аналогично тому, как в ДНК любой клетки содержится информация обо всём организме. В описании картины мира на основе холистических взглядов, Все-ленная представляется в образе динамической голограммы, каждый элемент которой содержит полную информацию о всех, как проявленных, так и скры-тых, уровнях реальности (Д. Бом).
В конце 60-х – начале 70-х годов ХХ века немецкий физик Г. Хакен (р. 1927) и некоторые другие ученые дали интерпретацию процессов в лазерах как разновидность фазовых переходов, при которых неупорядоченная, хаотическая световая энергия лампы накачки претерпевает фазовый переход, приобретая новые свойства – когерентность и монохроматичность, т.е. упорядоченность. Исследуя с этой точки зрения процессы в квантовых генераторах различной природы, Хакен обнаружил явление когерентного коллективного поведения элементов рабочих сред лазеров и мазеров (атомов, молекул, электронов), воз-никающее как проявление самоорганизации в этих открытых неравновесных системах.
Дальнейшие исследования позволили ему сделать вывод об универсаль-ном характере эффекта самоорганизации в открытых неравновесных средах, в результате чего элементы этих сред под действием внешних энергетических потоков вовлекаются в коллективные процессы, т.е. как бы кооперируются для совместной деятельности, в частности, синхронно испуская в квантовых гене-раторах высокоупорядоченное когерентное излучение. Так появился термин синергетика – наука о закономерностях коллективных процессов и самооргани-зации, когда хаотические нестабильные образования порождают в открытых неравновесных системах упорядоченные структуры.
Лаплас Пьер Симон (1749 – 1827) – выдающийся французский математик, фи-зик и астроном, внесший огромный вклад в развитие науки 18-19 веков. Родил-ся в местечке Бомон-ан-Ож в Нижней Нормандии, окончил коллеж в Бомоне, принадлежащий бенедиктинскому аббатству, где проявил блестящие способно-сти во всех изучаемых дисциплинах – как гуманитарных, так и естественнона-учных. Здесь же он самостоятельно изучил труды Ньютона, а также сочинения французских энциклопедистов – Даламбера, Дидро, Гельвеция и Гольбаха. В течение некоторого времени после окончания коллежа молодой Лаплас работал преподавателем математики в Бомонской военной школе, однако в поисках приложения своих выдающихся способностей вскоре оказался в Париже. Здесь он сумел добиться покровительства Даламбера, который высоко оценил талант молодого математика, который изложил в письме к знаменитому академику свои взгляды на основные принципы механики и перспективы её развития.
По протекции Даламбера Лаплас становится профессором математики в Королевской военной школе в Париже и получает доступ в Академию, куда ре-гулярно представляет доклады о своих исследованиях в области математики и небесной механики. В 1772 году в Академии освободилось место (степень адъ-юнкт-геометра), и кандидатура Лапласа была поставлена на голосование, по ре-зультатам которого он, однако, в этот раз не прошел и только в следующем 1773 году при поддержке другого выдающегося математика – Лагранжа, Лап-лас становится членом Парижской Академии наук в самой младшей должности адъюнкт-механика. С этого момента началось его стремительное восхождение к вершинам научной славы, - вскоре (в 1785 году) тридцатишестилетний Пьер Симон Лаплас становится полноправным членом Академии наук.
Научные труды Лапласа касаются самых разных областей математики, теоретической механики, молекулярной физики, электричества и магнетизма, теории вероятностей и астрономии. Широко известны его работы по теории дифференциальных уравнений в частных производных, где особая роль при-надлежит т.н. оператору Лапласа – универсальному модельному методу, кото-рый применяется при решении задач теплопроводности, диффузии, электриче-ства и тяготения. Важным вкладом Лапласа в акустику был вывод формулы для скорости распространения звука в воздухе, в метеорологию – установление за-кона изменения плотности воздуха с высотой, в электродинамике известен за-кон Био-Савара-Лапласа.
Но основной труд его жизни был связан с небесной механикой. Огром-ный объем исследований Лапласа в области математического моделирования строения и динамических процессов Солнечной системы, куда входили вопро-сы движения планет и комет, особенно Земли и Луны, расчет параметров орбит, учет возмущений различной природы, теория строения комет, теория приливов и отливов и многое другое, а также изучение проблемы устойчивости Солнеч-ной системы, гипотеза о её происхождении (т.н. небулярная гипотеза Канта-Лапласа) и т.д., - был им изложен в пятитомном «Трактате о небесной механи-ке», который составил целую эпоху в астрономии.
В связи с астрономическими теориями Лапласа существует история, со-гласно которой на вопрос Наполеона, которому автор преподнес свой труд «Изложение системы мира», - почему в этом сочинении ни разу не упоминается имя Создателя, - Лаплас ответил, что такая гипотеза ему не потребовалась. Это говорит не столько об атеизме ученого, сколько о его следовании научным ус-тановкам Ньютона – не путать физику с метафизикой, т.е. не вводить в теоре-тическое рассмотрение ненаблюдаемые сущности. Будучи в значительной мере последователем философии Декарта, Лаплас в своих научных изысканиях по-рицает голый эмпиризм и отдает предпочтение методам индукции и аналогии, которые, тем не менее, у него всегда основываются на некоторых твердо уста-новленных эмпирических фактах. «Индукция и аналогия гипотез, основанных на фактах и постоянно проверяемых новыми наблюдениями, счастливое осяза-ние, даваемое природой и укрепляемое многочисленными сравнениями этих указаний с опытом, - писал Лаплас, - таковы основные средства познания исти-ны. Если бы человек ограничивался собиранием фактов, наука была бы лишь выхолощенной номенклатурой и никогда бы не познала великих законов при-роды. Сравнивая между собой факты, фиксируя их взаимоотношения и восходя таким путем ко всё более и более общим явлениям, мы достигаем, наконец, от-крытия этих законов, всегда проявляющихся самым разнообразным способом».
Таким образом, в методологии науки и в области философии познания Лаплас был ярким выразителем идей картезианско-ньютоновской парадигмы и, пользуясь своим методом аналогии и индукции, довел рационалистические концепции Декарта и механические представления Ньютона о мире до логиче-ского завершения, создав полностью детерминированную механическую мо-дель Вселенной – грандиозную математическую утопию, известную в филосо-фии как «демон Лапласа». Эта сциентистская метафора Лапласа, претендующая на принципиальную возможность полного познания мира методами небесной механики и точного предсказания всех путей развития Вселенной на основе за-кона всемирного тяготения (в определенной мере также одобренная Кантом), стала почти на два века основой концепции механистического детерминизма – философской парадигмы эпохи Просвещения.
Убежденный материалист и детерминист Лаплас переносил механиче-ские аналогии в область познания живой материи и даже разумных её форм: «На границе видимой физиологии, писал он, - начинается другая физиология, явления которой гораздо более разнообразны, чем явления первой, и подчине-ны, подобно им, законам, знать которые весьма важно. Эта физиология, кото-рую мы обозначаем именем психологии, и которая является, без сомнения, продолжением физиологии видимой. Нервы, волокна которых теряются в моз-говом веществе, распространяют по нему впечатления, полученные ими от внешних предметов, и оставляют в нём постоянные впечатления, которые из-меняют неизвестным нам образом сенсориум или местопребывание мысли». Эта механико-детерминистская и редукционистская концепция Лапласа (часто ещё называемая ньютоновско-лапласовской парадигмой), в рамках которой лю-бые сложные процессы, происходящие в природе, могут быть сведены к эле-ментарным механическим актам, только в середине ХХ века стала терять своих сторонников в научном сообществе под влиянием достижений психоанализа, нелинейной динамики и синергетики.
Лобачевский Николай Иванович (1792 – 1856) – выдающийся русский мате-матик, создатель неевклидовой геометрии. Родился в Нижнем Новгороде, в 1811 году окончил Казанский университет, в котором затем проработал до 1847 года, – с 1812 года по 1816 работал преподавателем, с 1816 года стал профессо-ром, с 1819 по 1833 гг. заведовал кафедрой экспериментальной и теоретической физики, а с 1827 года по 1846 занимал пост ректора Казанского университета. Будучи в первую очередь математиком, Лобачевский, тем не менее, глубоко понимал основные концепции физики и высказал ряд нетривиальных физиче-ских идей. Так, задолго до появления квантовой механики он высказывал мыс-ли об объединении двух взаимоисключающих теорий света – корпускулярной (которой придерживались Ньютон и Лаплас) и волновой (которую развивали Гюйгенс, Френель и др.), что можно считать предвосхищением концепции кор-пускулярно-волнового дуализма. В его физическом мировидении такие фунда-ментальные понятия естествознания, как пространство, время и движение вы-ступают не как раздельные и несводимые друг к другу категории, а как взаимо-связанные и взаимозависимые, что можно рассматривать как первый шаг к тео-рии относительности.
Но мировую научную славу (к сожалению только посмертную) Н.И. Ло-бачевскому принесла созданная в 1826 году неевклидова криволинейная гео-метрия (вогнутый вариант), к которой он пришел скорее на основе гениальной интуиции, чем в результате строгого математического доказательства, удовле-творяющего всем канонам математики. Теоремы существования и непротиво-речивости всех вариантов криволинейной геометрии были математически стро-го доказаны значительно позже. Мотивируя возможность перехода к своему (весьма неочевидному с точки зрения здравого смысла и повседневного опыта) варианту неевклидовой геометрии, Лобачевский писал: «Мы видели, что сумма углов прямолинейного треугольника не должна быть больше «пи». Остается предположить, что эта сумма равна или меньше «пи». То и другое может быть принято без всякого противоречия впоследствии, от чего и происходят две гео-метрии: одна, употребительная доныне по своей простоте, соглашается со все-ми измерениями на самом деле; другая, воображаемая, более общая и потому затруднительная в своих вычислениях, допускает возможность зависимости линий от углов». Основные идеи неевклидовой геометрии Лобачевского, не по-нятые современниками (даже Уильям Гамильтон отрицал эту геометрию, ссы-лаясь на то, что она «противоречит разуму и приводит мысли в замешательст-во»), впоследствии получили самое широкое развитие и сыграли важнейшую роль в создании общей теории относительности – новой теории пространства, времени и тяготения, а также в разработке различных вариантов Теории вели-кого объединения.
Менделеев Дмитрий Иванович (1834 – 1907) – выдающийся русский химик, открывший периодический закон изменения химических свойств элементов. Родился в Тобольске, высшее образование получил в Петербурге, закончив в 1855 году Главный педагогический институт. С 1857 по 1890 гг. Менделеев ра-ботал в Петербургском университете, где в 1865 году стал профессором. Вели-чайшим научным достижением Менделеева, которое сохранило свое фунда-ментальное значенеи до наших дней, является открытие периодического закона свойств химических элементов. Предыстория этого открытия такова.
Уже примерно к середине 19 века были известны почти все химические элементы и детально исследованы их основные свойства. Химикам было из-вестно, что некоторые элементы, например:
литий, калий, натрий, цезий (т.н. щелочные металлы);
кальций, магний, стронций, барий (т.н. щелочноземельные элементы);
углерод, кремний, олово, свинец;
кислород, сера, селен (т.н. халькогены);
азот, фосфор мышьяк, сурьма;
гелий, неон, аргон, криптон, ксенон (инертные газы);
хром, молибден, вольфрам;
фтор, хлор, бром, йод (т.н. галогены) и ряд других, проявляют определенные весьма сходные химические свойства, позволяющие объединить их в ту или иную группу.
Д.И. Менделеев выбрал в качестве упорядочивающего параметра атом-ный вес элементов и в 1869 году установил один из фундаментальных законов природы – периодический закон изменения химических свойств и на его основе создал периодическую систему элементов, получившую название таблицы Менделеева. Используя эту зависимость, статистически достоверно обоснован-ную для многих хорошо изученных химических элементов, Менделеев также предсказал свойства ещё четырех неизвестных элементов, среди которых были галлий и германий (оставил им место в своей таблице), а также исправил значе-ния атомных масс некоторых известных элементов (в частности, урана и то-рия). Независимо от Д.И. Менделеева примерно в это же время свой вариант периодической таблицы элементов создал немецкий химик Лотар Мейер.
В 1860 году Менделеев открыл существование т.н. критической темпера-туры, характеризующей состояние фазовых переходов, в 1874 году, обобщив уравнение Клапейрона, вывел общее уравнение состояния идеального газа. Большой вклад внес Менделеев в метрологию, будучи с 1892 года ученым-хранителем Депо образцовых гирь и весов, которое по его инициативе в 1893 году было реорганизовано в Главную палату мер и весов (ныне ВНИИ метроло-гии им. Д.И. Менделеева). Большое значение придавал Менделеев оптимально-му использованию невосполнимых природных запасов углеводородов, считая, что нефть скорее следует использовать не как дешевое топливо, а как сырье для искусственного синтеза многих важных органических соединений, не сущест-вующих в природе.
Периодический закон химических элементов получил теоретическое объ-яснение на основе квантовомеханической теории строения атома Резерфорда-Бора с учетом принципа запрета Паули.
Мендель Грегор Иоганн (1822 – 1884) – выдающийся чешский естествоиспы-татель, ботаник, впервые открывший законы наследственности. Предметом ис-следований Менделя было изучение методом гибридизации закономерностей передачи наследственных свойств у растений. В качестве объекта исследований был взят горох, у которого существует 22 разновидности, причем эти наследст-венные сортовые признаки отчетливо выражены. Имеются сорта с белыми и пурпурными цветками, с высоким и низким стеблем (гиганты и карлики), с раз-личными семенами – гладкими и морщинистыми, желтыми и зелеными, с раз-личным расположением цветков и т.п. четкие различия, которые позволяют прослеживать появление тех или иных родительских признаков в последующих поколениях, получаемых при скрещивании. То, что выбор исследователя пал на горох, можно расценивать как его удачу, поскольку не для каждого вида расте-ний (например, для ястребинок, где Мендель не смог получить аналогичных ре-зультатов) существует в потомстве такая четкая дифференциация родительских признаков, закономерности наследования и проявления которых стали предме-том открытия монаха (а с 1868 года и настоятеля) монастыря братьев-августинцев г. Брюнне (теперь Брно, Чехия) Грегора Менделя, обнародованно-го в докладах на двух заседаниях Научного природоведческого общества Брюнне в феврале и марте 1865 года, а затем (в 1866 году) опубликованного в журнале этого общества.
Методика опытов Менделя заключалась в следующем. Сначала выделя-ются чистые линии, которые различаются по какому-либо контрастному при-знаку, затем проводится скрещивание двух пар таких линий гороха: А) с жел-тыми и зелеными семенами, Б) с гладкими и морщинистыми семенами, В) ги-гантов с карликами, Г) белые цветки с пурпурными и т.д., после чего подсчи-тывается соотношение данных признаков в потомстве. Затем выращенное по-томство путем самоопыления проверяется на чистоту линии по данному при-знаку и также определяется соотношение чистых и нечистых экземпляров, причем при необходимости (если нет полной ясности) проверка на чистоту ли-нии может быть продолжена самоопылением последующих потомков.
Математически обрабатывая результаты опытов, Мендель статистически достоверно обнаружил, что в первом поколении один из признаков полностью исчезает (остаются, например, такие признаки, как желтые семена, гладкие се-мена, гигантские стебли). После самоопыления полученного потомства оказа-лось, что исчезнувшие ранее признаки, появились снова (расщепление призна-ков), но в пропорции 1 к 3 по отношению к устойчивым. Устойчивый признак Мендель назвал доминантным, неустойчивый – рецессивным. Он также в даль-нейших опытах по самоопылению установил, что гибриды второго поколения с рецессивными признаками при дальнейшем размножении не расщепляются ни в каком поколении, из всех оставшихся растений (с доминантными признаками) также точно ведет себя примерно треть, а две трети при переходе к следующе-му поколению демонстрируют расщепление признаков также в пропорции 1 к 3. Получившиеся при этом растения третьего поколения с рецессивными при-знаками и треть растений с доминантными в дальнейшем не расщепляются, а треть растений с доминантными признаками при переходе к четвертому поко-лению снова дают расщепление в пропорции 1 к 3. Таким образом, выяснилось, что наследственные признаки не разбавляются в потомстве до полного исчез-новения (как думал оппонент эволюционного учения Дарвина английский ин-женер Ф. Дженкин), а происходит как бы подавление одного признака другим, - но тем не менее, все они, находясь в определенном соотношении, сохраняются в потомстве длительное время.
Современная интерпретация открытия Менделя такова: каждое растение гороха содержит два альтернативных варианта (аллели) какого-либо признака, кодируемого соответствующим геном – доминантным аллелем (Д) и рецессив-ным (Р). Тогда генетическая конституция или генотип растения в комбинации может дать три варианта ДД, РР – чистые линии, или гомозиготные, и ДР – смешанная линия, или гетерозиготная, причем поскольку доминантный аллель подавляет рецессивный, то фенотипы (комплексы признаков растения) распре-делятся неравномерно – их больше с аллелями ДР и ДД (с рецессивным скры-тым Р) и, соответственно, меньше с выраженным набором РР. При половом размножении (слияние гамет, т.е. спермиев и яйцеклеток – процесс мейоза) комбинация генетического материала происходит случайным образом, тогда, если вероятности появления аллелей одинаковы (по ½), то общая частота ком-бинаций аллелей ДД, ДР и РД составит 3*1/4=3/4, и тогда на долю РР остается 1/4, что и соответствует открытому Менделем соотношению признаков 3 к 1.
Этот закон наследования потомками признаков (т.е. генетической ин-формации) родителей универсален для всех эукариотных организмов и не про-является у прокариотов и при митозе (деление соматических клеток). Всё по-томство одной клетки при митозе называется клоном, следовательно, все особи, выращенные посредством клонирования, являются (по крайней мере, теорети-чески) генетическими подобиями, т.е. копиями, носителями всех признаков ро-дителя.
Ламаркизм – первая целостная концепция эволюционного развития живой природы, выдвинутая в 1809 году выдающимся французским естествоиспыта-телем Жаном Батистом Ламарком (1744 – 1829). Согласно взглядам Ламарка, виды растений и животных с течением времени постоянно изменяются, неук-лонно усложняясь и усовершенствуясь в своей организации, благодаря влия-нию изменяющихся условий внешней среды и в результате присущего всем живым организмам внутреннего стремления к самоусовершенствованию. При-чем, только одного стремления живого организма недостаточно, оно должно подкрепляться усилием его воли, чтобы в ответ на вызов среды сформировать такие привычки адаптивного поведения, которые в дальнейшем обусловят со-ответствующие изменения органов. Сформировавшиеся соматические свойства индивида, по мнению Ламарка, наследуются его потомками и со временем ста-новятся достоянием всего вида.
Последнее утверждение, как экспериментально доказал Август Вейсман, оказалось ошибочным в корне, предыдущие – метафизичны по части приписы-вания животным свойства целеустремленности, однако, с чисто феноменологи-ческой точки зрения, существующие реально механизмы обратных связей в системе «организм-среда», объективно действуют таким образом, что обнару-живаемый в итоге результат естественного отбора за длительный период суще-ствования какой-либо популяции, можно, по словам выдающегося физика ХХ века Эрвина Шредингера, истолковать так, «как если бы Ламарк был прав».
Ломоносов Михаил Васильевич (1711 – 1765) – выдающийся русский уче-ный-энциклопедист, создатель российской науки, один из универсальных мыс-лителей 18 века. Родился в деревне Денисовка (ныне с. Ломоносово) недалеко от села Холмогоры Архангельской губернии. С 1731 по 1735 гг. учился в Сла-вяно-греко-латинской академии в Москве, затем около года (1735-1736) в уни-верситете при Санкт-Петербургской Академии Наук. С 1736 года по 1741 усо-вершенствовался в Германии (в Марбурге и Фрайбурге). После возвращения в Россию в 1742 году Ломоносов был избран адъюнктом, а в 1745 – академиком Санкт-Петербургской Академии Наук.
Исследовательская деятельность М.В. Ломоносова охватывала самый широкий спектр естественнонаучных дисциплин того времени – физику, хи-мию, астрономию, металлургию, горное дело и т.п. В 1756 году в результате точных химических экспериментов он пришел к выводу о сохранении вещества при химических превращениях. Аналогичный закон сохранения массы вещест-ва при химических реакциях был сформулирован французским химиком Лавуа-зье только в 1770 году. Вопросы строения материи Ломоносов рассматривал с корпускулярных позиций, высказывая идеи, в целом соответствующие совре-менным представлениям об атомно-молекулярном строении вещества. Раньше чем это ввел в химическую практику Лавуазье, Ломоносов разработал методы количественного анализа и применял в своих экспериментах точные для того времени способы взвешивания реактивов, что способствовало превращению химии в точную науку, а химический эксперимент – в воспроизводимое и про-веряемое действие.
Будучи последовательным выразителем картезианско-ньютоновской па-радигмы, Ломоносов основой науки считал опыт: «Один опыт, -говорил он, - я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных только воображением». В этом подходе к принципам научности Ломоносов выражал свое отрицательное от-ношение к бывшим в его время в ходу различным метафизическим построени-ям, основанным на концепции невесомых сущностей, при помощи которых де-лались попытки объяснить некоторые сложные физические процессы и неоче-видные природные явления.
Такая методологическая установка делает Ломоносова одним из первых исследователей, которые любой научный эксперимент планировали с учетом принципа наблюдаемости исследуемых величин и отвергали непроверяемые умозрительные конструкции. Именно с этой точки зрения Ломоносов исследо-вал явление теплоты и отверг представление о флогистоне как невесомой сущ-ности (нерегистрируемой опытным путем), а вместо этого ввел в объяснение тепловых явлений представление о движении масс весомой материи, фактиче-ски предвосхитив этим положения молекулярно-кинетической теории тепла. Широко известны достижения Ломоносова в области исследования электриче-ских явлений, в оптике, где он развивал волновую теорию света и построил ряд оптических приборов, в астрономии, где ему удалось открыть существование атмосферы у Венеры, наблюдая её прохождение по диску Солнца.
Многое сделал Ломоносов для российской прикладной науки, особенно в области металлургии и добычи полезных ископаемых. М.В. Ломоносов также был крупнейшим русским поэтом 18 века, одним из основоположников силла-бо-тонической системы стихосложения, создателем высокого поэтического стиля русской оды, автором работ по теории стихосложения, российской исто-рии и грамматики русского языка. Это выдающийся пример преодоления в од-ном человеке противоречий, связанных с двумя стилями мышления – рацио-нально-научным и образно-художественным, что в современной культурологии в проекции на большие научные сообщества рассматривается как проблема «двух культур».
Наблюдение (научное наблюдение) – процесс целенаправленного восприятия и переработки информации разумным субъектом, обусловленный той или иной постановкой исследовательской задачи, в основе которого лежит измерение ха-рактеристик изучаемых предметов и явлений и их числовое выражение, пред-ставленное с указанием статистической точности результата. Любой акт науч-ного наблюдения, входящего в тот или иной эксперимент, осуществляется в ре-зультате взаимодействия изучаемого предмета или явления с системой соответ-ствующих измерительных приборов и управляющего ими наблюдателя, кото-рый планирует последовательность действий, выбирает необходимую для из-мерений систему отсчета, обеспечивает условия воспроизводимости и проверки получаемой информации, что делает результаты наблюдений верифицируемы-ми научными данными, пригодными для теоретической интерпретации.
Любое научное наблюдение (за исключением, может быть, только астро-номических наблюдений) – это активное действие, в процессе которого в той или иной степени происходит воздействие наблюдателя на исследуемый объ-ект, что приводит к некоторому изменению свойств последнего, поэтому гово-рить, например, о «чистом» физическом эффекте и истинных результатах изме-рений можно только с соответствующими оговорками. Однако в подавляющем количестве научных наблюдений в области макромира воздействие наблюдате-ля на изучаемый объект или явление можно уменьшить до пренебрежимо ма-лых величин, считая полученные результаты истинным (в научном смысле) и статистически достоверным, объективным описанием предмета исследований, который обладает именно теми объективно ему присущими свойствами, кото-рые изучались. Но при переходе на уровень микромира влияние наблюдателя и его измерительных приборов становится определяющим в исследовании кван-товомеханического поведения объектов, поскольку акт измерения (т.е. взаимо-действия микрообъекта с макросистемой регистрирующего прибора) произво-дит необратимый отбор из нескольких виртуальных квантовых состояний именно того состояния микрообъекта или микросистемы, тех конкретных его характеристик и параметров, на детектирование которых данный измеритель-ный комплекс рассчитан. Например, эксперимент, в котором регистрируется очень слабый поток фотонов (квантов электромагнитного поля) ничего не мо-жет сказать о волновых свойствах света, тогда как эксперименты по дифракции и интерференции света ничего не говорят о его дискретной природе, - никакие «промежуточные» эксперименты невозможны.
Поэтому данные измерений не описывают то объективное положение микрообъекта, которое (если рассуждать в терминах классической науки) есть или должно быть на самом деле, а характеризуют тот фиксированный и необра-тимый результат, который возник в процессе измерения. Таким образом, со-гласно современным представлениям квантовой механики, каждый акт наблю-дения в области микромира производит ситуацию, в которой, так сказать, «са-мое дело» создается при взаимодействии микрообъекта и измерительного при-бора, а вопрос о наличии некоторого объективно присущего квантовой системе «истинного» или «реального» состояния не имеет смысла вплоть до конкретно-го акта наблюдения, когда сам наблюдатель становятся неотъемлемой частью эксперимента и своими действиями как бы создает из нескольких виртуальных возможностей одну конкретную реальность.
Подавляющее большинство представителей современного научного со-общества не сомневается в том, что математический формализм квантовой тео-рии (особенно, это касается квантовой электродинамики) дает вполне адекват-ное описание ожидаемых экспериментальных результатов, однако не все со-временные физики, изучающие явления микромира, и философы, занимающие-ся проблемами философской интерпретации квантовой механики, согласны с той трактовкой роли наблюдателя, которая вытекает из копенгагенской интер-претации квантовой механики (Н. Бор и его школа). Этот предмет до сих пор (уже около 50 лет) служит источником активных философских дискуссий, од-нако ясно, что вернуться к тем философским представлениям об объективной реальности полностью независимой от наблюдателя, которые составляли осно-ву классической парадигмы, уже невозможно.
Ряд крупных современных ученых (синергетик Э. Ласло, физики Д. Бом, Ю. Вигнер, В. Гейзенберг, Дж. Уилер, Ф. Капра, А.Д. Линде и др.) идут ещё дальше, считая, что в настоящее время научному описанию мира на всех иерар-хических уровнях его структурной организации, присуща неполнота, поскольку в систему модельных уравнений не входит в качестве фундаментальной вели-чины такая переменная, которая отображала бы место в мире разумного наблю-дателя. «Только тогда измерительный прибор заслуживает своего назначения, - писал Гейзенберг, - когда он находится в тесной связи с наблюдателем». Из-вестный физик и популяризатор неклассической науки П. Девис по этому пово-ду замечает: «В самой основе своей квантовая механика дает нам в высшей степени успешную процедуру для предсказания результатов наблюдений, про-изводимых над микросистемами, но стоит нам спросить, что происходит в дей-ствительности, когда совершается наблюдение, - как мы приходим к нонсенсу. Попытки вырваться из этого парадокса колеблются в широких пределах – от причудливой интерпретации множественных миров Хью Эверетта, до мистиче-ских идей Джона фон Неймана и Юджина Вигнера, привлекавших для решения парадокса сознание наблюдателя. Проблемы физики очень малого и очень большого трудны, но может быть, именно здесь проходит граница – своего ро-да интерфейс между духом и материей, - граница, которая кажется наиболее многообещающим достоянием Новой Физики».
В рамках этих представлений получил развитие и космологический ан-тропный принцип, последовательное и строгое следование которому в приме-нении к эпистемологии, логически приводит к утверждению того, что доступ-ный нашему познанию мир, в некотором смысле, становится таким, каким че-ловек видит его и выражает понятийными средствами своего языка, – т.е. полу-чается, что субъект и объект научного познания мира (по крайней мере, в об-ласти микромира) образуют цельную, взаимосвязанную и неразрывную систе-му. Это основное положение копенгагенской интерпретации квантовой механики. К аналогичному выводу о взаимосвязанности наблюдателя и наблю-даемых сущностей, о трудностях, с которыми сталкиваются исследователи при попытках рационального причинно-следственного объяснения поведения объ-ектов микромира (на примере радиоактивного распада), со своей стороны при-шел и выдающийся швейцарский психолог К.Г. Юнг. Он апеллирует к тому, что и природа объектов микромира и природа отображающего их разума (или души) человека отличаются высокой степенью неопределенности и их трудно выразить в точных и однозначных научных категориях. Так же считает и из-вестный американский физик и космолог Роджер Пенроуз, который констати-рует, что «наше сегодняшнее непонимание фундаментальных законов физики не позволяет нам схватить понятие «разума» в физических и логических терми-нах».
Эта особенность ситуации в современной неклассической науке делает, по мнению Юнга, несостоятельным жесткий рационально-материалистический подход как по отношению к физике микромира, так и к познанию мира вообще. «Ни один серьезный исследователь, - писал он, - не стал бы утверждать, что природа того, что чьё существование доказано в ходе наблюдений, и природа того, что проводит наблюдения, а именно, психе, являются известными и при-знанными величинами. Если новейшие выводы науки всё больше и больше приближаются к унитарной идее бытия, характеризуемой пространством и вре-менем, с одной стороны, и причинностью и синхронистичностью – с другой, то здесь и не пахнет материализмом. Это скорее указывает на возможность ликви-дации несоизмеримости наблюдаемого и наблюдающего. В данном случае ре-зультатом было бы единство бытия, которое выражалось бы новым концепту-альным языком – «нейтральным языком», как его когда-то назвал Паули».
Чтобы избавиться от некоторых особенно парадоксальных положений в этой области (причем они парадоксальны, правда, только с точки зрения клас-сической парадигмы) и сгладить «конфликт интерпретаций», возникающий при анализе результатов экспериментов с квантовомеханическими объектами, Эйнштейн ввел категорию корпускулярно-волнового дуализма фотонов, де Бройль распространил её на частицы, а Бор выдвинул т.н. принцип дополни-тельности, с помощью которых в некотором смысле удается диалектически примирить два взаимоотрицающих свойства объектов микромира, снять проти-воречие, связанное с невозможностью понять и выразить это с помощью при-вычных аналогий и найти адекватные смысловые корреляты необычным свой-ствам микромира. Этот подход, лежащий в основе представлений Копенгаген-ской школы, разделяемый также В. Гейзенбергом, В. Паули, М. Борном, Дж. Уилером и др. закрепляет в науке положение о том, что на том уровне реально-сти, который мы называем микромиром, любые попытки использовать объяс-нения, основанные на механистических категориях причины и следствия, пол-ностью несостоятельны, а индетерминизм должен восприниматься как фунда-ментальное свойство, внутренне присущее этому миру.
Не все физики и философы согласны с такой трактовкой квантовой меха-ники и явлений микромира. Один из выдающихся философов и логиков ХХ ве-ка К.Р. Поппер, синергетик И. Пригожин, физики – Э. Шредингер, «поздний» Эйнштейн и ряд других ученых критиковали эпистемологические установки ортодоксальной Копенгагенской школы, построенные на утверждении инде-терминизма и принципиальной неопределенности характеристик квантовых объектов, видя в таких трактовках феноменов микромира и роли наблюдателя уклон в сторону идеализма и субъективизма в науке. «Я рассматриваю инде-терминизм, - писал Поппер, - как космологический факт, который я не пытаюсь объяснить. Ортодоксальная интерпретация старается вывести факт приблизи-тельности неклассической физики из идеи нашего неустранимого вмешательст-ва в физический процесс: с её точки зрения наш мир был бы детерминистиче-ским или более детерминистическим, чем он на самом деле является, если бы человек не воздействовал на него. Кванты (как маленькие дети) вели бы себя более упорядоченно и предсказуемо, если бы за ними никто не смотрел. Эта точка зрения кажется мне абсурдной. Чтобы сделать её более приемлемой, ор-тодоксальная интерпретация вступает в союз с идеалистическими и полуидеа-листическими концепциями мира – концепциями о том, что бессмысленно или полубессмысленно говорить о существующей реальности, которая существует в отсутствии наблюдения». Идея Поппера, по его словам, «состоит в том, что индетерминизм совместим с реализмом и что осознание этого делает возмож-ной последовательно объективистскую эпистемологию, объективистскую ин-терпретацию всей квантовой механики и объективистскую интерпретацию ве-роятности».
По-своему (в рамках эволюционного системно-синергетического миро-видения) роль наблюдателя в контексте квантовой механики оценивает И. При-гожин, связывая возникновение этой проблемы с попыткой физиков снять квантовомеханический парадокс времени, т.е. обосновать фактом необратимого воздействия наблюдателя на квантовомеханический объект ситуацию, в кото-рой обратимость времени на микроуровне разрешается путем возникновения необратимости на макроуровне, когда из ряда возможных виртуальных (нена-блюдаемых) состояний в процессе эксперимента создается одно единственное, которое и приходится считать реальным. Т.е. неопределенный мир квантовоме-ханических объектов становится определенным под действием разума наблю-дателя, который, таким образом, неразрывно и органично вписывается в поня-тие реальности. Пригожин развивает такой подход, в котором «измерение не играет более никакой особой роли» и согласен с Поппером, что «мир следует одним и тем же законам с измерениями или без измерений». «Некоторые физи-ки заходят так далеко, - пишет Пригожин, - что отводят человеческому разуму центральное место в квантовой механике: мир, описываемый в терминах вол-новых функций, «жаждет» обрести наблюдателя, который актуализирует его, мира, потенциальную возможность. <…>. Квантовая механика показывает, что обратимый во времени мир, описываемый уравнением Шредингера, есть также мир непознаваемый. Познание предполагает возможность воздействия мира на нас или наши приборы. Оно предполагает не только взаимодействие между по-знающим и познаваемым, но и то, что это взаимодействие создает различие между прошлым и будущим. Становление есть и неотъемлемый элемент реаль-ности, и условие человеческого познания».
В этой эволюционно-синергетической трактовке «стрела времени», по-рождаемая разумным наблюдателем как при его необратимом во времени актом взаимодействия в процессе эксперимента с квантовым объектом (наблюдение), так и при любом его творческом контакте с реальностью внешнего мира, при-водит к возникновению новой сущности – информации. Эта познавательная деятельность по своей сути антиэнтропийна, она нарушает симметрию между прошлым и будущим, создавая необратимый информационный поток, и фор-мирует в информационно-смысловом пространстве «стрелу познания» (М. Ма-мардашвили). В результате этого непрекращающегося процесса познания мира созидается и развивается новая, ранее не существовавшая в природе, активная знаково-семантическая смыслопорождающая среда (культура как универсаль-ное семиотическое пространство или семиосфера, - Ю. Лотман). И также, как появление живого вещества образовало во Вселенной стрелу нового, биологи-ческого или биосферного, времени (В. Вернадский), так и начало процесса ра-зумной культурно-познавательной деятельности людей открыло счет новому ноосферному времени или времени, направляющему вектор «творческой эво-люции» - (А. Бергсон), - т.е. появление вида «Хомо сапиенс» породило ноо-сферно-космическую стрелу времени. «Созидание есть актуализация потенци-альности, и процесс актуализации есть событие человеческого опыта, - писал А.Н. Уайтхед. Процесс созидания есть форма проявления единства Вселенной». Это придает категории наблюдателя («феномену человека», - П. Тейяр де Шар-ден) смысл фундаментального паттерна космологического значения и вселен-ского масштаба. Очевидно также, что эта философская проблема фундамен-тального значения ещё очень далека от решения и требует дальнейшего обсуж-дения на междисциплинарном интегративном уровне.
Налимов Василий Васильевич (1910 – 1997) – известный современный русский мыслитель, математик и философ холистической ориентации, создавший ори-гинальную интегративную научно-философскую систему антропно-космологического и трансперсонального толка, в которой роль наблюдателя в мире раскрывается через его познавательную деятельность, в процессе которой он спонтанно «распаковывает» универсальное семантическое пространство Вселенной, добывая из него изначально существующие смыслы. В этом подхо-де Налимов опирается на антропный принцип, согласно которому существова-ние нашей Вселенной именно в том виде, который мы наблюдаем, определяется набором нескольких фундаментальных физических констант, необъяснимая пока наукой исключительная точность «подгонки» которых обеспечивает дол-говременную стабильность всех мировых процессов и структур – от атомов до живого вещества и разумных существ.
Но в своей философской системе он идет дальше, включая в антропный принцип идеи (восходящие к Платону) об «изначальном существовании во Вселенной универсальных смыслов», и о «приуготовленности этих смыслов для раскрытия» через разумного наблюдателя в терминах и категориях его язы-ка. Одной из основных и универсальных категорий познания Налимов считает категорию числа, фундаментальную роль которого он постоянно подчеркивает в своих философских исследованиях. А поскольку число как таковое существу-ет не во внешнем мире, а в сознании наблюдателя, - т.е. человека, то, согласно логике Налимова получается, что природа фундаментальных космологических констант, выражаемых и осознаваемых через категорию числа, не только мате-риальна, но и ментальна, - она открывается наблюдателю в процессе его позна-вательной деятельности как единство физического и семантического начал Универсума.
Материальное существование самой Вселенной, её различных структур (галактик, звезд, планет, силовых полей), а также земной биосферы и биологи-ческого тела человека обусловливается этим единственным и неповторимым набором фундаментальных космологических констант (т.е. определенных чи-сел), они же обеспечивают условия для существования во Вселенной (анало-гично физическим полям) некоторого заполняющего её смыслового поля, се-мантические элементы которого образуют множество, обладающее плотностью континуума. Это смысловое поле, по определению Налимова, содержащее всю мыслимую и немыслимую информацию, образует пространство Космического сознания. Человек в процессе своего развития в биосфере и взаимодействия с этим полем смыслов формирует (на подсознательном уровне психики) систему трансличностных связей и первичных ментальных структур (сам автор указы-вает на имеющиеся аналоги: это архетипы - по Юнгу, или априорные формы мышления - по Канту), со временем приобретает такой уровень созерцания, ко-торый мы называем разумом, и становится наблюдателем этого мира.
Процесс познания мира наблюдателем состоит в «распаковывании» им универсального континуума смыслов Вселенной, в выделении с помощью т.н. «семантических фильтров» адекватных смыслов. Таким образом, эта деятель-ность наблюдателя (как и предписано антропным принципом) делает существо-вание Вселенной наблюдаемым – т.е. из виртуального реальным (Д. Бом, А. Линде, Дж. Уилер, Б. Картер, К.Г. Юнг, Дж. Чу, Ф. Капра, Г. Уитроу, П. Тейяр де Шарден и др.). В такой конструкции Вселенной материя и сознание, по за-мыслу автора, уже не составляют бинарную оппозицию и (в противовес Декар-ту) не являются дихотомией, а наоборот, - образуют единую взаимосвязанную и взаимозависимую систему. Категория смысла в трактовке Налимова приобре-тает уже не логический, а онтологический статус и, наряду с понятиями энер-гии, информации, энтропии, физического поля и т.п., образует особый тип ре-альности (семантического пространства) и становится одним из факторов бы-тия в самом широком понимании этой категории.
Углубляя традиции неклассической физики, связанные с именами А. Эйнштейна, Дж. Уилера, А. Салама, С. Вайнберга и др. физиков, развивающих математический аппарат «геометризации мира», т.е. геометрического описания пространства-времени и гравитации (общая теория относительности), фунда-ментальных взаимодействий (единая теория поля) и даже массы и заряда (гео-метродинамика), В.В. Налимов для характеристики свойств своего универсаль-ного поля Космического сознания (или вселенского супертекста смыслов) вво-дит категорию квантового семантического вакуума и применяет геометродина-мический подход к описанию закономерностей поведения этого поля. При та-кой постановке задачи оно приобретает свойство материально-смыслового кон-тинуума (аналогично пространственно-временному континууму Эйнштейна-Минковского), в котором квантовые скачки и флуктуации трактуются как спон-танные события порождения виртуальных смыслов и текстов, а роль наблюда-теля (так же, как и в копенгагенской интерпретации квантовой механики) со-стоит в том, чтобы в процессе взаимодействия своего индивидуального созна-ния с многозначным континуумом вселенских смыслов и текстов (т.е. в самом широком понимании наблюдения и измерения) необратимо создавать из мно-гих виртуально возможных смыслов тот единственный, который соответствует структуре архетипов человеческой культуры.
Эта модель познания, развиваемая представителем естествознания, в большой степени соответствует идеям гуманитариев – филолога и культуролога Ю.М. Лотмана (об общих закономерностях процесса спонтанного смыслопо-рождения в семантически активной системе текстов, составляющих простран-ство метатекста мировой культуры), психолога и психоаналитика К.Г. Юнга (о смыслопорождающей роли архетипов в поле трансперсонального коллективно-го сознания), а также вводит в структуру его учения образы западной и восточ-ной эзотерической философии и мистики. Но Налимов переводит эти «продук-ты» гуманитарного мышления на язык математики, конкретизируя механизм процесса познания в терминах неклассической физики и сводя сам акт рожде-ния смысла к некоторому аналогу редукции волнового пакета в квантовой ме-ханике, которая происходит при контакте квантового объекта с наблюдателем. Он на основе антропного принципа расширяет смысл копенгагенской интер-претации роли наблюдателя, превращая её из частного квантовомеханического приема в универсальный принцип, объединяющий разум человека с разумом Вселенной.
«Мы знаем, - пишет Налимов, - что в знаменитом уравнении Шредингера используется пси-функция. Квадрат модуля пси-функции интерпретируется как плотность вероятности. Вероятностной мерой оценивается размазанность час-тицы в пространстве-времени. С точки зрения экспериментатора речь идет о мере перехода от возможного к действительному. Чтобы воспринять это как некоторую реальность Мироздания, надо допустить существование Универ-сального трансличностного наблюдателя. Иначе представления о размытости частицы – это некая фикция, раскрывающаяся лишь в сознании физика наших дней. Другими словами, микрочастица, с точки зрения квантовой механики, просто не существует (никак не проявляется) – она появляется только с появле-нием физика-экспериментатора. Похожим образом мы можем говорить и о ра-зуме человека: сознания самого по себе или не существует в Мироздании, или оно воплощено каким-то непонятным для нас образом в Универсальном на-блюдателе».
Обращая внимание на архетипически присущую человеку способность видеть мир пространственно упорядоченным, Налимов ставит вопрос об ис-пользовании аппарата геометродинамики для описания человеческого сознания в новых физических терминах. «Мы можем также научиться пространственно воспринимать мир смыслов, если сумеем неким достаточно наглядным спосо-бом задать образ семантического поля»; «Мы пытаемся геометризировать наше представление о сознании, т.е. поступаем так же, как развивается физика»; «Мы можем геометризировать наши представления о сознании и создать язык, близ-кий к языку современной физик»; «Возникает надежда на возможность по-строения в будущем "сверхъединой" теории поля, объединяющей оба мира – физический и семантический». – Эти мысли он последовательно проводит в ра-ботах «Мир как геометрия и мера» и «Осознающая себя Вселенная».
Таким образом, В.В. Налимов своим подходом перебрасывает мост меж-ду фундаментальным естествознанием и гуманитарными науками, создавая синтетический метаязык транскультурного типа, а на его основе – интегратив-ное учение, освещающее проблему смысла существования человека в мире и описывающее процесс познания мира с новой стороны. В частности, в этом учении в принципе отсутствуют такие ситуации смыслообразования и понима-ния, которые могли бы привести к логическим парадоксам, - наоборот, в рамках этого подхода совершенно органично нашли решение, например, такие непре-одолимые для логики ньютоновской классической парадигмы квантовомехани-ческие проблемы, как корпускулярно-волновой дуализм и прочие т.н. «пара-доксы» микромира. Эти ограничения для мышления в виде парадоксов, соглас-но Налимову, возникают постольку, поскольку аристотелевская логика, приме-няемая человеком для понимания фундаментальных явлений природы (которые неоднозначны сами по себе), чаще всего уже заранее ликвидирует всё многооб-разие семантических степеней свободы в описании мира и сужает смысловое пространство. В новых условиях постнеклассической парадигмы мышления по-знание природы как целого и даже интерпретация частных научных фактов требуют более свободной вероятностной логики.
Как и любая философская система, учение В.В. Налимова в целом мета-научно. Оно представляет собой оригинальную транскультурную научно-философскую конструкцию, интегративную по своему замыслу и методологии и холистичную по содержанию. Оно построено на основе разработанного им синтетического метаязыка, в котором привычные термины приобрели статус метакатегорий, новое смысловое наполнение каждой из которых возникает в процессе семантической самоорганизации, возникающей при взаимодействии смысловых полей многих научных дисциплин и философских направлений, и являет собой динамический смыслосодержащий паттерн. Содержание этих ме-такатегорий невозможно представить в виде аддитивного ряда понятий, его нельзя свести к тривиальному перечислению частных атрибутов и характери-стик. Учение Налимова являет собой весьма специфический текст и занимает своё особое место в ряду междисциплинарных и транскультурных научно-философских систем. (См. также: Наблюдение, Симметрия).
Нейтрино – электрически нейтральная элементарная частица, имеющая полу-целый спин (1/2) и участвующая только в слабом и гравитационном взаимодей-ствиях. Таким образом, нейтрино принадлежит к классу лептонов, а по стати-стическим свойствам относится к фермионам. Образуется при бета-распаде атомных ядер и свободных нейтронов, а также при распаде «пи» и «ка»-мезонов. Отличается от всех прочих частиц феноменально малой вероятностью взаимодействия с веществом, что долгое время создавало принципиальные трудности при объяснении кажущегося нарушения закона сохранения массы-энергии в процессах бета-распада. В настоящее время представление о нейтри-но, согласующееся с экспериментальными данными, рисует эту частицу как стабильную, не имеющую массы покоя (или по крайней мере, имеющую массу порядка 10-5 от массы электрона), и обладающую необычной характеристикой – спиральностью вращения проекции спина на направление движения, причем левовинтовым нейтрино соответствуют по законам симметрии правовинтовые антинейтрино. Предсказал существование частицы с такими свойствами в 1930 году известный швейцарский физик Вольфганг Паули, пытаясь «спасти» закон сохранения энергии в бета-распаде. После открытия в 1932 году нейтрона (тя-желой нейтральной частицы) её предложили назвать нейтрино – т.е. маленький нейтрон. Зарегистрировать же её удалось только в 1953 году, хотя всё про-странство буквально «кишит» ими.
Нейтрино в огромном количестве образуются при ядерных и термоядер-ных реакциях, протекающих в ядерных реакторах, а также в недрах Земли, Солнца и звезд, однако их проникающая способность столь велика, что они, в среднем, могут проходить в веществе расстояния порядка сотен световых лет. Но, несмотря на большие трудности, сопровождающие их регистрацию, ней-трино предоставляют уникальную возможность изучать внутреннюю структуру космических объектов (звезд, ядер галактик) и закономерности их эволюции. Изучение потоков нейтрино внегалактического происхождения свидетельству-ет об отсутствии в наблюдаемой области Вселенной сколько-нибудь значитель-ных количеств антивещества.
Неевклидова геометрия – совокупность всех формальных геометрических по-строений, обобщающих классическую евклидову геометрию на криволинейные пространства как с постоянной, так и с переменной степенью кривизны, осно-ванные на замене одной или нескольких аксиом Евклида, соответствующих ус-ловиям плоской геометрии или геометрии с нулевой кривизной. Основную роль в евклидовой геометрии играет аксиома о параллельных прямых, которая ут-верждает, что в плоском пространстве через данную точку, лежащую вне пря-мой линии, можно провести только одну параллельную прямую. Поверхность такого типа плоская, незамкнутая и имеет неограниченную площадь. Сумма уг-лов треугольника на такой поверхности равна 180 градусов.
Наиболее известны два варианта криволинейной геометрии, разработан-ные в 30-х годах ХIХ века, связанные с именами выдающихся математиков, русского - Н.И. Лобачевского и венгерского - Яноша Больяи. Один из них, т.н. эллиптическая геометрия, основан на аксиоме, согласно которой на поверхно-сти через данную точку, расположенную вне заданной линии, не может быть проведено ни одной линии, параллельной к заданной. Моделью такой поверх-ности служит сферическая поверхность, на которой наиболее «прямой» линией является любая окружность, имеющая максимальный диаметр. Любая другая прямая линия (другая окружность с максимальным диаметром) всегда пересе-кается с первой и не может быть параллельной ей. Поверхность такого рода об-ладает постоянной положительной кривизной, она замкнута сама на себя и име-ет конечную площадь. Сумма углов треугольника на такой поверхности пре-вышает 180 градусов.
Неевклидова геометрия другого типа, называемая гиперболической, ос-нована на замене постулата Евклида о параллельных прямых аксиомой, глася-щей, что через точку, расположенную вне линии на данной поверхности, можно провести бесконечное множество линий, параллельных заданной. Моделью та-кой поверхности служит седловидная поверхность, которая имеет постоянную отрицательную кривизну, незамкнута и бесконечна. Сумма углов треугольника на такой поверхности меньше 180 градусов. Все известные теоремы плоской евклидовой геометрии имеют соответствующие эквиваленты в криволинейных вариантах. Существует еще более общая неевклидова геометрия с переменной кривизной, построенная в 60-х годах ХIХ века выдающимся немецким матема-тиком Бернхардом Риманом на основе идей Гаусса, в которой кривизна про-странства изменяется от точки к точке любым заданным образом. Такая гео-метрия может описывать сколь угодно сложные абстрактные пространства.
Привычная нам трехмерная геометрия также может обобщаться на любое число измерений, несмотря на то, что представить и наглядно изобразить четы-рехмерное или пятимерное пространство человек не в состоянии, поскольку существует и эволюционирует в реальном трехмерном мире природы. Тем не менее, разработан формальный математический аппарат многомерной неевкли-довой геометрии любого типа, в которой также доказываются теоремы, эквива-лентные теоремам классической геометрии. Так, например, известная теорема Пифагора, обобщенная на плоское многомерное пространство, имеет вид: х2=a2+b2+c2+d2+e2+f2+… и т.д., в зависимости от числа измерений. В области привычной человеку реальности, соответствующей макромиру, а также в круп-номасштабной реальности Вселенной, по всей видимости, пространство плос-кое и трехмерное, однако вблизи больших тяготеющих масс вещества, особен-но вблизи черных дыр, оно может претерпевать значительные искривления, что следует из общей теории относительности, при разработке которой Эйнштейн использовал четырехмерную риманову геометрию. Соответствующие эффекты получили общепризнанное экспериментальное подтверждение.
Нейтрон – электрически нейтральная частица со спином ½ и массой 1840 элек-тронных масс (э.м.). По своим квантовомеханическим параметрам относится к классу адронов и входит в группу барионов (барионный заряд +1), а по стати-стическому поведению является фермионом. Участвует во всех фундаменталь-ных взаимодействиях. Наряду с протоном входит в состав атомных ядер, при-чем различное количество нейтронов в ядре атома какого-либо химического элемента обусловливает наличие изотопов этого элемента. В свободном со-стоянии нестабилен, распадается на протон, электрон и антинейтрино с перио-дом полураспада примерно 12 мин. Будучи нейтральным, легко проникает в атомное ядро и захватывается им, превращая данный атом в искусственный ра-диоактивный изотоп (реакция активации), который потом распадается по типу бета-распада.
Энергетический спектр излучения активированных ядер обладает специ-фическими параметрами, присущими данному конкретному атомному ядру. На этом основан метод активационного анализа, позволяющий по имеющемуся банку данных идентифицировать элементный состав любого образца без пред-варительной химической обработки и определить содержание в нем того или иного химического элемента. Свойство нейтронов активировать атомные ядра многих веществ обусловливает специфическое поражающее действие т.н. ней-тронной бомбы – создавая колоссальные потоки нейтронов, она относительно слабо воздействует на неживые объекты, зато создает большую радиационную опасность для живой силы противника.
Попадая в ядра тяжелых элементов (уран, торий и т.п.), нейтроны при со-ответствующей энергии, помимо активации, могут вызвать реакцию деления ядер, а при наличии достаточного количества делящегося материала (критиче-ская масса) и подходящих условий – вызвать неуправляемую цепную реакцию деления (ядерный взрыв в т.н. атомной бомбе) или управляемую ядерную реак-цию (медленное «горение» в ядерном реакторе). Нейтроны в свободном со-стоянии нестабильны, они распадаются по типу бета-распада на протоны, элек-троны и антинейтрино. Открыл нейтроны английский физик Джеймс Чедвик в 1932 году, он же один из первых рассчитал величину критической массы урана-235, необходимой для осуществления ядерного взрыва. Эта масса составляет примерно 1 кг.
Ньютон Исаак (1643 – 1727) – выдающийся английский ученый, создатель классической физики, один из величайших представителей мировой науки, за-ложивший основы классического естествознания. Родился в семье фермера в деревне Вулсторп, в 1660 году окончил Королевскую школу в небольшом го-родке Грэтнэме, в 1661 году был принят в Тринити-колледж (коллегия Святой Троицы) Кембриджского университета в качестве кандидата в студенты (суб-сайзера), а в 1664 году молодой Ньютон становится действительным студентом. В начале 1665 года он получает звание бакалавра, а в 1668 – степень магистра Кембриджского университета, вскоре после чего его учитель, известный мате-матик Барроу, передает ему физико-математическую кафедру, которую Ньютон возглавлял с 1669 по 1701 год. В 1671 году Ньютона избирают действительным членом Королевского общества, в 1703 он становится его президентом, а в 1705 году Ньютон (первым из ученых Британской империи) получает за научные за-слуги дворянский титул и с этих пор зовется «сэр Исаак Ньютон». С 1695 года Ньютон состоит в должности смотрителя, а с1699 года и до конца жизни – ди-ректора Королевского Монетного двора.
Научные работы Ньютона относятся к механике, астрономии, оптике и математике. В 1665 году он сформулировал закон всемирного тяготения, в 1666 – при помощи трехгранной стеклянной призмы разложил белый свет на семь цветовых компонентов (явление дисперсии света), обнаружил явление хрома-тической аберрации, свойственной свету при прохождении через линзы, и в те-чение 1668-1671 гг. сконструировал зеркальный телескоп-рефлектор, лишен-ный этого недостатка. В течение 70-х годов Ньютон детально изучил явления дифракции и интерференции света, в 1675 году открыл т.н. дифракционные кольца Ньютона и объяснил закономерности их чередования. Результаты этих исследований Ньютон изложил в трактате «Оптика», вышедшем в свет в 1704 году. В отличие от своих знаменитых современников Роберта Гука (1635 – 1703) и Христиана Гюйгенса (1629 – 1695), развивавших волновую теорию све-та, Ньютон придерживался корпускулярных представлений о природе света.
В 1687 году Ньютон по инициативе и с помощью своего друга, выдающе-гося астронома того времени, Эдмонда Галлея (1656 – 1742) издал грандиозный трактат «Математические начала натуральной философии», в котором, обоб-щив собственные многолетние исследования в области механики и результаты своих предшественников, он впервые в систематическом виде представил ос-новные понятия и аксиоматику механики – понятие массы как меры инерции, количества движения, ускорения, силы, центробежной и центростремительной сил и сформулировал три закона движения (законы механики). В этом же труде Ньютон использовал разработанные им, независимо от Лейбница, методы диф-ференциального и интегрального исчисления, при помощи которых на основа-нии закона всемирного тяготения он объяснил движение небесных тел, теоре-тически вывел три закона Кеплера, формулу ускорения свободного падения и прочие закономерности динамического поведения тел. В рамках этой теории нашли объяснение явления приливов и отливов, сжатие Земли у полюсов (в противовес мнению Декарта о вытянутости Земли вдоль полюсов), особенности движения Луны и комет.
В своих «Началах» Ньютон впервые детально рассмотрел условия, при-водящие к движению небесных тел по трем типам орбит – эллиптическим, па-раболическим и гиперболическим, а также нашел условия, при которых тело, брошенное с некоторой скоростью относительно горизонтали, выходит на ор-биту и становится спутником Земли. На основании учения Ньютона о типах ор-бит Галлей с большой точностью предсказал циклы появления на небосводе кометы, названной впоследствии его именем. Ньютон верно определил сред-нюю плотность вещества Земли и указал на то, что сила тяжести на её поверх-ности (т.е. вес тела) зависит от географической широты места измерений.
В своем эпохальном трактате Ньютон представил охватывающую тео-рию, получившую впоследствии название классической механики, которая по-зволила аналитически прийти ко всем тем результатам, которые ранее были по-лучены Кеплером и Галилеем как математическая аппроксимация и обобщение эмпирических данных без объяснения ими действующих причин. В этой теории Ньютон сделал важный шаг от вопроса «как» к вопросу «почему», выдвинув в качестве универсальной причины движения небесных тел силу тяготения, хотя в отношении природы сил тяготения (конечной причины) он никогда не выска-зывал определенного мнения. «До сих пор, - писал он в заключение своего трактата, - я изъяснял небесные явления и приливы наших морей на основании силы тяготения, но я не указывал причины самого тяготения. Причину же этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю. Всё же, что не выводится из явлений, должно называться гипоте-зою; гипотезам же метафизическим, физическим, механическим, скрытым свойствам явлений не место в экспериментальной философии».
Ньютон, в отличие от Лейбница, признавал абсолютный характер про-странства и времени и независимость друг от друга пространства, времени и материи. Эти представления были в дальнейшем опровергнуты Эйнштейном в специальной теории относительности и теперь рассматриваются как нереляти-вистское приближение, однако в модели Ньютона, наряду с его представления-ми о дальнодействии сил тяготения, такой подход, по словам Эйнштейна, не может считаться дефектом теории, а составляет её аксиоматику и является по-следовательным. Помимо теории тяготения и движения небесных тел, Ньютон в своих «Началах» рассматривает правила, необходимые для верных умозаклю-чений в физике, что, наряду с его взглядами на соотношение между описанием, объяснением и пониманием природных явлений (и конкретно, гравитационных сил), можно считать кратким изложением его представлений о научной мето-дологии. Так, например, не видя возможности понять, какова истинная природа тяготения, Ньютон считал вполне достаточными для научного познания описа-тельные и предсказательные возможности своей теории. По этому поводу он писал в трактате: «Довольно того, что тяготение на самом деле существует и действует, согласно изложенным нами законам, и вполне достаточно для объ-яснения всех движений небесных тел и моря».
В этом подходе заложены идеи, ставшие в 18 и 19 веках основой филосо-фии научного позитивизма и прагматизма. Также Ньютон считал, что не следу-ет искать в природе каких-либо иных причин, кроме тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений. Истинные же причины выводятся только из анализа явлений и должны считаться верными в точности или приближенно, пока не обнаружатся опытные факты, которые или еще более уточняют преды-дущие выводы, или их опровергают. В таком понимании проблемы достовер-ности научного знания уже заложены идеи, получившие философское развитие более чем через 200 лет в трудах Венского кружка логических позитивистов и Карла Поппера (принципы верификации и фальсификации).
В своей исследовательской методологии Ньютон не отходит от принци-пов научного познания мира, сформулированных в той или иной форме и имеющих хождение в среде передовых европейских естествоиспытателей Но-вого времени. Такие идеи задолго до Ньютона уже высказывал английский ло-гик и философ-номиналист Уильям Оккам (1285-1349), утверждавший, что по-нятия, несводимые к интуитивному и опытному знанию, следует удалять из науки (т.н. «бритва Оккама»), такой подход разделял Коперник, считавший, что «природа экономна и не терпит пышного многообразия причин». Аналогичная научная ориентация нашла свое выражение в широко известных в 17 веке ме-тодологических положениях Ф. Бэкона, Галилея и Декарта. Впоследствии все эти идеи Ньютона и его предшественников легли в основу т.н. картезианско-ньютоновской парадигмы познания мира. Впечатляющие успехи ньютоновской динамики в описании многих закономерностей механического движения самых разнообразных объектов и особенно, теоретическое открытие Адамсом и Леве-рье планеты Нептун, привели к абсолютизации «механического лица» природы и легли в основу философского мировоззрения механистического детерминиз-ма. В рамках механистических трактовок мира всеми процессами природы управляют жесткие причинно-следственные связи, которые в принципе могут быть однозначно описаны соответствующей системой динамических уравнений и представлены в виде точных траекторий движения. Природа, отраженная в таком «механико-математическом зеркале», во всех своих проявлениях стано-вится достоверно предсказуемой научными методами. Эта грандиозная детер-министская утопия известна в философии как «демон Лапласа».
Ньютон всегда отдавал должное своим предшественникам, и если ему удалось сделать больше, чем другим и он видел дальше, чем его современники, то, как он говорил, это только потому, «что я стоял на плечах гигантов». Осно-вополагающее значение достижений Ньютона для всего естествознания не под-лежит сомнению и в наши дни. По словам Эйнштейна, Ньютон был первым, кто попытался сформулировать универсальные законы природы, которые опре-деляют временной ход обширного класса процессов с высокой степенью пол-ноты и точности. На эту же особенность механики Ньютона, создавшей преце-дент достаточно точного для практического использования описания мира при помощи категории универсальной движущей силы и конечного числа аксиом, обращает внимание один из крупнейших философов и логиков ХХ века Людвиг Витгенштейн.
«Ньютоновская механика, - пишет он в дневниках, - приводит описание мира к единой форме. <…>. Механика определяет форму описания мира, гово-ря: все предложения в описании мира должны быть получены заданным спосо-бом из некоторого числа данных предложений – аксиом механики. <…>. Как с помощью системы чисел должно быть возможно написать любое произвольное число, так и с помощью системы механики должно быть возможно написать любое произвольное предложение физики. И здесь мы видим взаимоотношение логики и механики». Разработанная в начале ХХ века Эйнштейном теория от-носительности не отменила аксиом и результатов теории Ньютона, но опреде-лила пределы, в которых классическая механика дает простое и точное описа-ние закономерностей движения и не нуждается в усложнениях, неизбежных в более охватывающих теориях. При этом механика Ньютона выступает как не-обходимое подспорье для верификации теории относительности, поскольку бо-лее охватывающая теория должна в предельном случае (здесь – это нерелятиви-стский переход) приводить к достоверно подтвержденным результатам, кото-рые были получены в рамках менее охватывающей теории.
Паули Вольфганг (1900 – 1958) – выдающийся швейцарский физик-теоретик, один из создателей неклассической физики. Родился в Вене, в 1921 году окон-чил Мюнхенский университет, после чего, в течение года работал ассистентом у известного немецкого физика Макса Борна, а в 1922-1923 гг. стажировался у Нильса Бора в Институте теоретической физики в Копенгагене. С 1923 по 1928 гг. Паули работал доцентом в Гамбургском университете, а с 1928 года состоял в должности профессора Цюрихского политехникума, попутно работая в Прин-стоне (США) в Институте перспективных исследований.
Научные работы Вольфганга Паули непосредственно касаются практиче-ски всех направлений неклассической физики – это квантовая механика, кван-товая электродинамика, квантовая теория поля, теория относительности, физи-ка атомного ядра и физика элементарных частиц. Одним из самых крупных достижений Паули был сформулированный им в 1925 году т.н. принцип Паули. Это одно из важнейших фундаментальных положений квантовой механики, ко-торое состоит в том (элементарная формулировка), что в системе одинаковых частиц с полуцелым спином две или более частицы не могут одновременно на-ходиться в одном и том же состоянии (Нобелевская премия за 1945 год). На ос-новании такого поведения электронов (в частности, в системе атомных орбита-лей) удалось объяснить периодический характер свойств химических элементов (таблицу Менделеева). Химические свойства элементов (например, валент-ность) обусловлены строением внешних электронных оболочек атома, структу-ра которых подчиняется принципу Паули.
Паули принадлежит также заслуга утверждения незыблемости универ-сального принципа, составляющего фундамент всего естествознания, – закона сохранения энергии-вещества, который должен соблюдаться во всех природ-ных процессах (также и в ядерных превращениях), но который в 20 - 30-е годы ХХ века, в связи с новыми и необычными свойствами микромира, многими учеными ставился под сомнение. Именно исходя из закона сохранения массы-энергии (который якобы нарушался при бета-распаде), а также учитывая закон сохранения электрического заряда, Паули в 1931 году выдвинул гипотезу о су-ществовании нейтральной "безмассовой" частицы (нейтрино), трудность реги-страции которой приводит к кажущемуся нарушению закона сохранения веще-ства (т.е. массы участвующих в распаде частиц). Он же в 1933 году, на основа-нии ещё двух универсальных принципов сохранения – импульса и момента ко-личества движения - сформулировал основные свойства нейтрино.
В области философских проблем науки, связанных с интерпретацией квантовой механики, Паули был ярким представителем Копенгагенской школы (Бор, Гейзенберг и др.), и рассматривал наличие наблюдателя как принципи-альное условие для превращения виртуального многообразия неопределенных характеристик тех или иных объектов микромира в набор реальных парамет-ров, соответствующих определенным условиям измерений и имеющих числен-ные значения, полученные в пределах статистической точности эксперимента. «Нечто реальное, - писал он по этому поводу, - происходит только в том случае, когда производится наблюдение, и в связи с этим энтропия необходимо возрас-тает. Между наблюдениями вообще ничего не происходит». Против такой ор-тодоксальной позиции выступают известные физики и философы – И. Приго-жин, К.Р. Поппер и др. Вольфганг Паули также известен сотрудничеством с психологом К.Г. Юнгом в области исследования т.н. непричинных совпадений, относящихся к междисциплинарным проблемам трансперсональной психоло-гии. (См. также: Наблюдение, Нейтрино).
Плазма – частично или полностью ионизированный газ с равной концентраци-ей положительных и отрицательных зарядов. Плазма обладает электропровод-ностью, а при достаточно высокой температуре в ней могут идти процессы термоядерного синтеза. Практически всё вещество в космосе находится в виде плазмы различной температуры - звезды, туманности, межзвездная и межгалак-тическая среда. Около Земли плазма существует в ионосфере и доходит до Зем-ли в виде т.н. солнечного ветра – потока ионизированных атомов. В течение ря-да лет во многих странах ведутся исследования с целью использования искус-ственно поддерживаемых управляемых термоядерных реакций в плазме для получения энергии. В перечне возможных агрегатных состояний вещества (твердое, жидкое, газообразное) плазма, в силу специфических свойств, рас-сматривается отдельно как четвертое состояние.
Планеты – наиболее массивные тела Солнечной системы, движущиеся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам и светящиеся отраженным светом. Малые планеты Солнечной системы – это или спутники больших планет или очень крупные астероиды. Все планеты т.н. земной группы (Меркурий, Венера, Зем-ля, Марс) более или менее близки по размерам, имеют примерно одинаковый химический состав, и среднюю плотность вещества (около 5 г/см3), тогда как планеты-гиганты, состоящие из застывших газов, имеют плотность примерно 1,4 г/см3, что мало отличается от средней плотности вещества Солнца. Планета-гигант Юпитер характерна тем, что излучает энергии несколько больше, чем поглощает, что позволяет рассматривать её как очень холодную звезду. Будучи несамосветящимися объектами, планеты, которые, согласно космологическому принципу, вполне могут существовать и около других звезд Галактики, очень трудно поддаются наблюдению астрономическими методами.
Планк Макс Карл Эрнст Людвиг (1858 – 1947) – выдающийся немецкий фи-зик-теоретик, один из основоположников неклассической науки, создатель квантовой теории процессов микромира. Родился в г. Киле, с 1874 по 1878 годы учился в Мюнхенском и Берлинском университетах, после чего работал в Мюнхенском (1880-1885), затем в Кильском университетах (1885-1889), а с 1889 по 1928 год Макс Планк работал профессором теоретической физики Бер-линского университета.
Научная деятельность Планка относится к различным областям физики, он известен работами по термодинамике, теории теплового излучения, кванто-вой механике, теории относительности. Принципиальную роль в становлении новой неклассической физики сыграли работы Планка по изучению закономер-ностей излучения т.н. «абсолютно черного тела». Это была область физики, в которой к концу 19 века наметился серьезный кризис, поскольку в рамках клас-сических представлений невозможно было адекватно описать процесс излуче-ния черного тела во всем интервале возможных температур, - т.н. «ультрафио-летовая катастрофа».
Для объяснения «странных» результатов эксперимента Планк выдвинул совершенно новую и необычную для классической физики гипотезу, состоя-щую в том, что возбужденные атомы нагретого вещества подобны микроскопи-ческим осцилляторам, которые, в результате собственных колебаний могут ис-пускать энергию, но не непрерывно, как следует из классических представле-ний, а дискретно, только определенными порциями – квантами, причем энергия излучения прямо пропорциональна частоте колебаний атома-осциллятора и, следовательно, обратно пропорциональна длине волны испускаемого излуче-ния. Коэффициент пропорциональности получил название постоянной Планка и по физическому смыслу представляет собой квант действия. Полученная Планком формула – закон распределения энергии в спектре излучения абсо-лютно черного тела – сразу же получила экспериментальное подтверждение и доказала, по словам Эйнштейна, «существование своего рода атомистической структуры энергии, управляемой универсальной постоянной, введенной План-ком».
Квантовая гипотеза Планка – одно из самых революционных открытий за всю историю естествознания, она лежит в основе неклассической парадигмы мышления, которая считает квантовые закономерности поведения объектов микромира фундаментальным свойством природы. Представления о непрерыв-ности всех природных процессов, основанные на повседневном опыте и здра-вом смысле («Природа не делает скачков», - Лейбниц), оказались только пер-вым приближением, которым оперирует классическая механика и электроди-намика и которые пригодны для описания реальности макромира. Открытие квантового, т.е. дискретного, характера процессов микромира, по словам Эйн-штейна, «разрушило остов классической механики и электродинамики и поста-вило перед наукой задачу – найти новую познавательную основу для всей фи-зики». День 14 декабря 1900 года, когда Макс Планк сделал доклад в Немецком физическом обществе, посвященный новой теории излучения черного тела, можно считать датой рождения неклассической науки и началом становления новой философской парадигмы, пришедшей на смену картезианско-ньютоновскому механицизму. Тем не менее, новая теория среди ведущих евро-пейских физиков (за малым исключением) далеко не сразу получила признание, и только в 1918 году Планк стал лауреатом Нобелевской премии.
Планк известен и своими интересными работами по истории и методоло-гии физики и по философии науки. Задолго до разработки американским фило-софом и историком науки Т. Куном представлений о научных революциях как о процессе смены парадигм, о закономерностях развития познания на стадии т.н. «нормальной науки» и о консервативной (охранительной) роли научного сооб-щества, Планк в общих чертах верно и реалистически представлял закономер-ности процесса накопления и роста научного знания. Он критически относился к т.н. кумулятивной, - т.е. постепенной и непрерывной модели развития науки и (как положено создателю квантовых скачков) склонялся к тому, что новые тео-рии входят в науку в результате резкого скачка и вносят полный разрыв с пре-дыдущими основами той или иной дисциплины. Носители же старых концеп-ций чаще всего в своем большинстве, в силу как субъективных (психологиче-ских), так и объективных причин, препятствуют внедрению в устоявшуюся на-учную сферу новых, оригинальных, а особенно, революционных идей.
Анализируя в своей «Научной автобиографии» собственный непростой опыт продвижения принципиально новой квантовой теории в консервативном научном окружении (даже его учителя – крупнейшие физики того времени Кирхгоф и Гельмгольц не оценили его открытия), писал: «Обычно новые науч-ные истины побеждают не так, что их противников убеждают и они признают свою неправоту, а большей частью так, что противники эти постепенно выми-рают, а подрастающее поколение усваивает истину сразу». В настоящее время (через 100 лет после открытия) научно-познавательный потенциал квантовой теории не только не иссяк, но продолжает служить основой самых фундамен-тальных теорий неклассической и постнеклассической физики, а представления о дискретном характере всех процессов взаимодействия в природе прочно во-шли в состав новой эпистемологической парадигмы.
Позитрон – элементарная частица с положительным электрическим зарядом, античастица по отношению к электрону. Теоретически предсказана знамени-тым английским физиком Полем Дираком в 1931 году на основании общих представлений о симметрии мира и в 1932 году была экспериментально обна-ружена американским физиком К.Д. Андерсоном в составе космических лучей. Открытие позитрона имело фундаментальное значение, поскольку вместе с ним возникло представление об антивеществе и антимире как зеркально-симметричном варианте нашего мира, и побудило физиков к обнаружению и других античастиц. Эти поиски увенчались успехом и полностью подтвердили идею о зеркальной симметрии в мире элементарных частиц. Процесс аннигиля-ции, который происходит при взаимодействии пары «частица-античастица», а также рождение такой пары при соответствующих условиях (когда энергия фо-тона превышает удвоенное значение энергетического эквивалента массы покоя электрона), подтвердил выводы специальной теории относительности о взаим-ном переходе электромагнитного поля и вещества с энергетическим балансом m=hn/c2, где: m - масса вещества, h - постоянная Планка, c - скорость света, n - частота колебаний электромагнитного поля.
При столкновении медленных позитронов с атомами вещества возможен процесс захвата позитроном одного из орбитальных электронов, в результате чего образуется водородоподобная структура, состоящая из вращающихся во-круг общего центра масс электрона и позитрона, - т. е. как бы специфический атом, называемый позитронием. Позитроний нестабильная система, среднее время его существования не превышает 10-7 сек, поскольку античастицы очень быстро аннигилируют, однако этого времени достаточно, чтобы современными методами ядерно-физического эксперимента исследовать как и собственные его свойства, так и процессы взаимодействия позитрония с веществом.
Популяция – 1) генетическое определение: более или менее изолированная ус-тойчиво самовоспроизводящаяся группа особей, связанная между собой гене-тически. Под генетической связью подразумевается обмен генами между осо-бями в результате скрещивания, а также общность некоторых генетически оп-ределяемых черт или признаков, унаследованных от предка, общего для данно-го вида.
2) экологическое определение: любая способная к самовоспроизведению сово-купность особей одного вида, более или менее изолированная в пространстве и времени от других аналогичных совокупностей того же вида.
Некоторые специалисты считают, что термин «популяция» приложим только к таким группам, которые на протяжении очень длительного времени могут существовать без каких бы то ни было контактов с другими аналогичны-ми группами. Исходя из этого, дается такое определение: минимальная (но дос-таточно многочисленная) самовоспроизводящаяся группа особей одного вида, на протяжении эволюционно длительного времени населяющая определенное пространство, образующая самостоятельную генетическую систему, форми-рующая собственное экологическое пространство и на протяжении большого числа поколений изолированная от других аналогичных групп. (См. также: Систематика).
Пригожин Илья Романович (1917 - 2003) – выдающийся бельгийский физи-кохимик, один из основоположников нелинейной динамики, термодинамики необратимых процессов и синергетики. Родился в Москве, в десятилетнем воз-расте оказался в Бельгии, где жил и работал, возглавляя научную группу, зани-мающуюся междисциплинарными исследованиями, связанными с проблемой самоорганизации в неравновесных диссипативных системах различной приро-ды. До последнего времени И. Пригожин был профессором Брюссельского сво-бодного университета, директором Сольвеевского института, а также руково-дителем Центра статистической механики и термодинамики при Техасском университете (г. Остин, США), где ежегодно проводил несколько месяцев.
Основные работы Ильи Пригожина, которые в 1977 году были увенчаны Нобелевской премией по химии, посвящены неравновесной термодинамике не-обратимых процессов, проблемам самоорганизации в сложных нестабильных диссипативных системах, изучению динамики хаоса, исследованию процессов, происходящих на различных структурных уровнях, которые приводят к появ-лению «стрелы времени», и попыткам обосновать фундаментальную роль эн-тропии в возникновении временной асимметрии, в результате чего происходит необратимый выбор одного «решения» из совокупности нескольких возмож-ных, формируется общий ход макропроцессов от прошлого к будущему и по-рождается история в самом широком смысле этого понятия.
Фундаментальное значение в теории Пригожина придается также поня-тию т.н. диссипативных систем, в которых происходят процессы, с одной сто-роны, творящие беспорядок (хаос в обычном смысле), создающие нестабиль-ность и уводящие систему всё дальше от равновесия, а с другой стороны – соз-дающие порядок, приводящие при некоторых условиях к появлению новых упорядоченных структур, причем, необратимым во времени образом. Диссипа-тивные системы, указывает Пригожин, принципиально отличаются от консер-вативных динамических систем, рассматриваемых ньютоновской механикой, структура которых лишена случайностей, обусловленных внутренними причи-нами. Поведение таких систем, следовательно, жестко детерминировано, траек-тории развития предсказуемы с любой степенью точности, а также обратимы во времени. Это удобная для некоторых частных задач механики идеализация, ко-торая имеет мало общего с реальными природными системами, неотъемлемым свойством которых является открытость, внутренне присущая нестабильность, чувствительность к случайным воздействиям, «склонность» к уходу от равно-весия и непредсказуемому хаотическому поведению, результатом чего может стать возникновение новых структур.
Более того, указывает Пригожин, - даже поведение простых динамиче-ских систем (которые подчиняются законам ньютоновской механики), состоя-щих из трех тел (не говоря уже о более сложных), при учете реально сущест-вующего между ними взаимодействия приводит, как показал А. Пуанкаре, к неинтегрируемым уравнениям, а это значит, что в обще случае невозможно точно описать траектории движения элементов такого ансамбля. По мнению И. Пригожина, такое поведение сложных систем совершенно не соответствует традиционным классическим представлениям о строгом причинно-следственном детерминизме и, следовательно, о возможности научно обосно-ванных точных прогнозов, касающихся реальных природных явлений, а не иде-альных модельных ситуаций. Открытие Пуанкаре в свое время нанесло первый серьезный удар по гносеологическим концепциям механических детермини-стов.
Таким образом, согласно подходу И. Пригожина, процесс самоорганиза-ции в общих чертах следует представлять так: динамический хаос на микро-уровне порождает диссипативный хаос на макроуровне, который как бы служит источником порядка, - т.е. при наличии внешних источников энергии с опреде-ленной вероятностью (через бифуркации и нуклеации) создает условия для воз-никновения новых устойчивых состояний в системе (порядка). Пригожин об-ращает внимание на неоднозначность понятий порядка и хаоса, на несоответст-вие их представлениям классической науки и обыденного мышления. «Эти две разновидности хаоса не следует смешивать, - объясняет он, – динамический ха-ос лежит у самого основания микроскопической физики, он включает в себя нарушение симметрии во времени и служит фундаментом макроскопических явлений, управляемых вторым началом термодинамики, в число которых вхо-дят приближение к равновесию, а также диссипативные структуры и диссипа-тивный хаос. При исследовании макроскопических уравнений, описывающих диссипативные физические процессы или химические превращения, мы стал-киваемся с системами, микроскопическое описание которых относится уже к хаотическим системам».
В учении И. Пригожина о самоорганизации хаос становится источником любых процессов и превращений материи, допускаемых вторым началом тер-модинамики и законом возрастания энтропии, в этой системе взглядов «хаос и материя – понятия тесно взаимосвязанные, поскольку динамический хаос ле-жит в основе всех наук, занимающихся изучением той или иной активности вещества», начиная с физической химии, продолжая космологией и теорией Большого взрыва и заканчивая гипотезами об образовании планет и самозарож-дении живого вещества.
Равновесные состояния материальных систем, согласно термодинамике, косны и непродуктивны, в равновесии каждая молекула «видит» только своих непосредственных соседей и «общается», т.е. взаимодействует только с ними. Любая часть, выделенная из всей системы, подобна любой другой части этой системы. В состояниях же, далеких от равновесия, каждая часть системы «ви-дит» всю систему целиком, в каждой небольшой её части возникают индивиду-альные особенности, становятся возможными резкие флуктуации, в результате которых могут возникнуть новые параметры порядка, задающие переход сис-темы к новым аттракторам. «Можно сказать, - пишет И. Пригожин, - что в рав-новесии материя слепа, а вне равновесия прозревает. Следовательно, лишь в неравновесной системе могут иметь место уникальные события и флуктуации, способствующие этим событиям, а также происходит расширение масштабов системы, повышение её чувствительности к внешнему миру и, наконец, возни-кает историческая перспектива, т.е. возможность появления других, быть мо-жет, более совершенных форм организации».
В современной постнеклассической науке Илья Пригожин известен также тем, что он очень большое внимание уделяет философским аспектам развития естествознания, проблеме интегративного соединения рационально-логических методов исследования природы, присущих естественным наукам, и образно-художественных способов отображения мира, свойственных гуманитарному знанию, что, по его мнению, должно привести к выработке новых принципов научной рациональности, более адекватных сложной и неоднозначной реально-сти природы, - т.е. послужить основой для становления новой пострационали-стической и постпозитивистской парадигмы. Это необходимо для постепенного преодоления противоречий между «двумя культурами», источником которых, считает Пригожин, в значительной мере является отношение естественников и гуманитариев к восприятию времени, которое для физики (в классической нью-тоновской науке, в квантовой механике и теории относительности) служит ме-рой абстрактной длительности, т.е. математическим параметром, при помощи которого упорядочивается последовательность динамически обратимых стадий, тогда как в гуманитарных науках и искусстве время – это важнейшее понятие, характеризующее необратимый и непредсказуемый процесс становления всего нового из старых отживших форм, появления того, чего раньше не было и что впоследствии тоже может необратимо исчезнуть.
Т.е. время в гуманитарном знании и в художественном творчестве – это фундаментальная категория, без которой невозможно сформировать такие по-нятия, как эволюция, история, развитие, сюжет. В этом отношении ко времени Пригожин разделяет представления философов А. Бергсона и А.Н. Уайтхеда о времени как творческой силе, спонтанно и непредсказуемо созидающей всё но-вое, отвергает идею физика Эйнштейна о времени как иллюзии и полностью дезавуирует представления сторонников механического детерминизма о цикли-ческом и обратимом времени, при помощи которого позитивная наука упоря-дочивает и выстраивает в один ряд причинно обусловленные и точно предска-зуемые события окружающего мира.
В предисловии к знаменитому труду «Порядок из хаоса», написанному Пригожиным в соавторстве с французским философом Изабеллой Стенгерс, ав-торы указывают на то, что реальный прогресс в познании мира может быть достигнут только на пути интеграции всех форм культурного сознания, свойст-венных человеку: «Мы глубоко убеждены, - пишут они, - что наметившееся сближение этих двух противоположностей [отношение естественников и гума-нитариев к проблеме времени и методам познания – А.К.] будет усиливаться по мере того, как будут создаваться средства описания внутренне эволюционной Вселенной, неотъемлемой частью которой являемся мы сами. Нет сомнения в том, что описанная в нашей книге трансформация физических представлений, по своему значению выходит за пределы физических наук и может внести вклад в понимание той исторической реальности, которая является объектом диалектической мысли».
Дальнейшие перспективы развития мировой науки Илья Пригожин свя-зывает с преодолением противоречий, обусловленных гносеологическими, фи-лософскими и культурными традициями, с началом межкультурного диалога, с формированием нового метаязыка науки, интегрирующего главные достижения философской и научной мысли Запада (аналитическое «математизированное естествознание», – М. Хайдеггер) и Востока (холистичность картины мира). «Я надеюсь, - пишет он, - что наука будущего, сохраняя аналитическую точность её западного варианта, будет заботиться и о глобальном, целостном взгляде на мир. Тем самым перед ней откроются перспективы выхода за пределы, постав-ленные классической культурой Запада». Этот современный интегративный подход к познанию мира и человека, который стал основой эволюционной сис-темно-синергетической парадигмы, авторы назвали «новым диалогом человека с природой».
Резерфорд Эрнест (1871 – 1937) – выдающийся английский физик, основопо-ложник атомной и ядерной физики, один из крупнейших ученых ХХ века. Ро-дился в Новой Зеландии, учился в Кентерберийском колледже Новозеландского университета, который окончил в 1894 году. С 1895 по 1898 гг. молодой Резер-форд стажировался в Англии в Кавендишевской лаборатории под руководством знаменитого Дж. Дж. Томсона, который примерно в это время открыл электрон. В 1898 году Резерфорд отправляется в Канаду, где по 1907 год работал профес-сором Мак-Гиллского университета в г. Квебеке, а в 1907 г. возвратился в Анг-лию и в течение 12 лет работал профессором Манчестерского университета и занимал должность директора физической лаборатории. С 1919 года и до конца жизни Резерфорд состоял в должности профессора Кембриджского университе-та и директора Кавендишевской лаборатории.
Научная деятельность Резерфорда посвящена исследованиям в области радиоактивности, а также атомной и ядерной физике. Здесь он совершил рево-люционные открытия, полностью изменившие представления о структуре ато-ма и строении вещества. В 1899 году при изучении распада радия им были от-крыты два вида излучений – альфа и бета, а также новый газообразный радио-активный элемент – радон (эманация радия). В 1902 году (совместно с Ф. Сод-ди (1877-1956)) Резерфорд разработал теорию радиоактивного распада и уста-новил закон радиоактивных превращений химических элементов, в 1903 году экспериментально доказал, что альфа-лучи имеют положительный заряд. В том же году предсказал существование трансурановых элементов, которые, по его представлениям, должны быть радиоактивными. Эти работы были отмечены Нобелевской премией по химии за 1908 год.
В 1908 году Резерфорд и его ученик Ганс Гейгер (1882-1945) сконструи-ровали газоразрядный счетчик для регистрации отдельных ионизирующих час-тиц (т.н. счетчик Гейгера), при помощи которого было доказано, что альфа-частицы представляют собой дважды ионизированные атомы гелия. Используя явление сцинтилляции (вспышки света) при соударении альфа-частицы с по-верхностью, покрытой сернистым цинком, Резерфорд изучил закономерности рассеяния различными атомами альфа-излучения, испускаемого препаратом радия, при прохождении их через тонкие слои различных веществ. Это привело Резерфорда в 1911 году к эпохальному открытию – отныне атом перестал быть неделимой частицей материи, а стал объектом, обладающим сложной структу-рой, напоминающей строение Солнечной системы – т.н. планетарная модель атома.
Именно это открытие произвело настоящий переворот в многовековых представлениях о мире, сравнимый по последствиям с гелиоцентрической ре-волюцией Коперника-Кеплера, и стало началом новой эры в естествознании и философии – эры неклассической науки. Усовершенствованная Н. Бором с по-мощью квантовой механики, планетарная модель атома на долгие годы стала одной из самых продуктивных научных теорий как в фундаментальном, так и в прикладном отношении, подняв на новый теоретический и экспериментальный уровень спектроскопию, химию, биохимию, генетику и т.д.
В 1914 году Резерфорд открыл протон, и это позволило ему уточнить представления о строении атомного ядра, сопоставляя количество протонов в ядре и порядковый номер химического элемента в таблице Менделеева. Пыта-ясь объяснить на основе существующей теории причину устойчивости ядер, содержащих большое количество одинаково заряженных частиц (протонов), Резерфорд в 1920 году предположил, что должна существовать ещё одна части-ца, не имеющая электрического заряда, которая могла бы выполнять роль скре-пляющего агента. Эта нейтральная частица – нейтрон была открыта его учени-ком Дж. Чедвиком в 1927 году. Большой вклад Резерфорд также внес в теорию ядерных реакций. Ещё в 1919 году он (совместно с Ф. Содди) осуществил пер-вую искусственную ядерную реакцию, в которой элемент азот при облучении альфа-частицами превращался в кислород с вылетом протона: 7N14+ 8O17+p (вожделенная средневековыми алхимиками трансмутация элементов), и тем са-мым заложил основы физики атомного ядра. В 1933 году совместно со своим учеником, австралийским физиком М. Олифантом, Резерфорд доказал справед-ливость соотношения между массой и энергией в ядерных реакциях, вытекаю-щего из теории относительности.
Эрнест Резерфорд создал большую научную физическую школу, многие представители которой стали Нобелевскими лауреатами, его собственные от-крытия получили беспрецедентный резонанс, а научные заслуги в области фи-зики сделали его членом всех академий мира. Будучи одним из крупнейших ученых классического периода развития науки и ещё оставаясь в значительной степени в русле классической естественнонаучной и философской парадигмы, он тем не менее, своими выдающимися исследованиями открыл новую страни-цу в истории познания мира.
Симметрия – одно из фундаментальных свойств физических предметов и гео-метрических фигур и тел, допускающее такие преобразования, при которых эти объекты выглядят так же, как и до преобразований. Для системных объектов, состоящих из более или менее эквивалентных элементов, симметричными бу-дут такие преобразования, при которых сохраняется первоначальная структура данной системы в целом. Эти преобразования обеспечивают сохранение сово-купности как самих элементов и частей системы, так и соотношений и связей между ними, в которых они состояли до выполнения преобразований. Многие структуры обладают такими элементами симметрии, как: зеркальные отраже-ния (т.н. четность), повороты вокруг осей вращения, пространственные (транс-ляционные) и временные сдвиги и т.д. При описании физических процессов эти типы симметрии соответствуют симметричной противоположности положи-тельных и отрицательных электрических зарядов, выражаются законами сохра-нения энергии, количества движения и момента импульса, а также соответст-вуют обратимости во времени любых динамических процессов, т.е. утверждают принцип инвариантности законов физики относительно таких преобразований координат, или в более широком смысле – представляют симметрию физиче-ских законов. Аннигиляция частицы и античастицы, рождение электрон-позитронной пары и некоторые другие явления микромира также представляют собой особое проявление симметрии. Однозначность связи тех или иных зако-нов сохранения с соответствующими типами симметрии доказана в т.н. теореме Нётер, - и это является фундаментальным свойством материального мира.
Симметрия различного типа проявляется в пространственном строении молекул химических соединений, кристаллов, биологических объектов. В мире, например, широко представлена зеркальная симметрия, весьма строгая в нежи-вой природе (кристаллические формы) и приблизительная у живых объектов (тело человека и животных, листья и плоды растений и т.д.).
Согласно принципу, сформулированному выдающимся французским фи-зиком Пьером Кюри (1859 – 1906), симметрия следствий обычно не меньше, чем симметрия причин, тогда как асимметрия порождается предшествующей асимметричной структурой. Возможно (но гораздо реже, чем симметрия из симметрии) возникновение асимметричных форм из предыдущего симметрич-ного, но внутренне нестабильного, состояния какой-либо системы, когда при-сущая ей скрытая неустойчивость приводит к спонтанному нарушению сим-метрии, а осуществившееся состояние (нуклеация), в силу различных причин разрастается и необратимо самоорганизуется в новую, уже несимметричную, структуру. В микромире существуют процессы, также объясняемые спонтан-ным нарушением симметрии, - это возможно в системах, характеризующихся очень большим (практически бесконечным) числом степеней свободы, - это, например, квантовый вакуум, ферромагнетики и т.п. Этот подход лег в основу квантовой теории сверхпроводимости, ферромагнетизма, электрослабого взаи-модействия.
В 1964 году последовало еще одно доказательство нарушения зеркальной симметрии на самых глубоких уровнях микромира – несохранение комбиниро-ванной четности при распаде короткоживущего нейтрального «ка»-мезона, причем попутно выяснилось, что частицы и античастицы нарушают симметрию не противоположно друг другу, как предполагалось вначале, и не в равной сте-пени, как следует из общих представлений о свойствах «антиматерии» (амери-канские физики, Нобелевские лауреаты, В.Л. Фитч и Дж. У. Кронин). Таким образом было установлено исключительно важное явление природы – асиммет-рия между веществом и антивеществом. Хотя величина этого эффекта чрезвы-чайно мала (109+1 частиц на 109 античастиц), роль его в происхождении Все-ленной огромна, поскольку именно он обусловливает то количество вещества во Вселенной, которое осталось после почти (но все-таки не совсем!) полной аннигиляции материи во время Большого взрыва, следами чего служит релик-товое излучение.
Известно, что жизнь на Земле построена на основе правовинтовой моле-кулы ДНК. Однако, симметричного ей левовинтового варианта в природе во-обще не существует, несмотря на то, что никакие фундаментальные физические законы не запрещают образование таких структур. Это также один из примеров спонтанного нарушения симметрии, который показывает, что реальные струк-туры, возникающие в процессе самоорганизации, могут быть асимметричными, тогда как лежащие в основе всех процессов фундаментальные физические взаимодействия симметричны. Таким образом, пространственная структура всех видов неживой материи и высших иерархических уровней живого в целом симметрична, т.е. нет никаких значительных отклонений правого от левого, то-гда как для элементарного уровня живого вещества и для органических моле-кул всегда характерна асимметрия. Так, органические соединения, существую-щие в природе и создаваемые живыми организмами (сахара, белки, аминокис-лоты и т.п.), представлены только какой-либо одной (сахара – правовращаю-щей, аминокислоты – левовращающей) пространственной конфигурацией, при-чем обратные структуры этих веществ, произведенные искусственно и химиче-ски полностью тождественные, живой организм усваивать не будет.
На это свойство молекулярных структур, связанное с деятельностью жи-вого вещества (т.н. киральность), обращали внимание В.И. Вернадский и П. Кюри как на важнейшее и принципиальное отличие живой материи от неживой, выдающийся французский микробиолог Луи Пастер указывал на асимметрию как на важнейшее отличие живых структур от неживых. «Факт, установленный Луи Пастером и объясненный Пьером Кюри, - пишет академик Н.Н. Моисеев, - получил название закона Пастера-Кюри. Он носит совершенно фундаменталь-ный характер. … Если вещество не поляризует свет, оно заведомо не может быть живым. … Сегодня в руках ученых есть довольно много вещества косми-ческого происхождения. Это и остатки метеоритов и некоторое количество лунного грунта. И всё это вещество не обладает какими-либо признаками ди-симметрии – оно свет не поляризует». Этот факт, считает ученый, является до-казательством того, что в ближнем космосе нет достоверных следов жизнедея-тельности живых организмов и, следовательно, «одним из важнейших аргумен-тов в пользу гипотезы о том, что земная жизнь имеет чисто земное происхож-дение».
Одно из важнейших открытий ХХ века в области психологии и нейрофи-зиологии состоит в том, что человек обладает асимметрией свойств правого и левого полушарий мозга, - коротко говоря, левое полушарие в значительной мере играет роль доминантного, оно «обеспечивает» рационально-логический, «грамматический» тип мышления, управляет речью и движениями правой руки, тогда как правое – создает пространственные образы внешней реальности, соз-дает ориентацию в реальном времени и «отвечает» за образно-художественное, наглядное отображение мира.
Таким образом, представление о симметрии является одним из самых фундаментальных архетипов упорядочивания хаоса окружающей природы, ставший в постнеклассической науке важнейшей и продуктивнейшей категори-ей познания микромира, мегамира и мира человека.
Систематика – раздел биологии, который занимается описанием, обозначени-ем и классификацией живых (а также вымерших) организмов по группам (т.н. таксонам). Научная классификация также называется таксономией. «Основные задачи систематики – определение посредством сравнения индивидуальных и специфических особенностей каждого вида и надвидовых таксонов, выяснение их частных и общих свойств. Систематика стремится создать всеобщую и есте-ственную систему органического мира, выявить соподчинение таксонов раз-личного ранга – от вила до систематического царства, определить место каждо-го вида живого в этой системе» (Н.Ф. Реймерс).
Существующую в биологии иерархию живых организмов таксономиче-ски можно представить так:
Царство – высшая таксономическая категория классификации в система-тике живых организмов. По современной систематике, весь мир живого делится на четыре царства – бактерии и сине-зеленые водоросли, грибы, растения, жи-вотные. Царство животных состоит из типов, объединяющих классы и т.д. В более детальном представлении выделяют подцарства и надцарства.
Тип – таксономическая категория в систематике животных, объединяю-щая близкие по происхождению классы. Все представители одного типа имеют одинаковый план строения. Типы отражают основные ветви филогенетического древа животных. Существуют типы простейших, губок, кишечнополостных, несколько типов червей, моллюски, членистоногие, иглокожие, хордовые. К последнему типу принадлежит класс млекопитающих. Все типы объединяются в царство животных.
Класс – одна из высших таксономических категорий в систематике жи-вотных и растений, объединяющая родственные отряды животных и порядки растений. Например, отряды хищных, грызунов, насекомоядных, травоядных и т.д. составляют класс млекопитающих. Существуют такие классы, как: млеко-питающие, рыбы, земноводные, ракообразные, пресмыкающиеся, птицы, насе-комые и т.д. Классы, имеющие общий план строения и общих предков, образу-ют типы животных и отделы растений.
Отряд – таксономическая категория высокого ранга в систематике жи-вотных, объединяющая родственные семейства. Существуют отряды сумчатых, насекомоядных, рукокрылых, грызунов, хищных, приматов, хоботных, китооб-разных, ластоногих, копытных и др. Например, в отряд хищных входят семей-ства кошачьих, куньих, псовых, енотовых, гиены, медведи и т.д. Близкие отря-ды животных составляют класс.
Семейство – категория в биологической классификации, включающая близкие по происхождению роды. Иногда дополнительно вводится ранг подсе-мейства. Например, семейство кошачьих включает 4 рода с 37-ю видами, среди которых лев, тигр, барс, гепард, леопард, рысь, пума, дикая кошка и т.д. Близкие семейства в царстве животных объединяются в отряды, а в царстве растений – в порядки.
Род – таксономическая категория в систематике растений и животных, объединяющая близкие по происхождению виды. Например, род кошек вклю-чает разные виды (всего 29) такие, как камышовая, лесная, персидская, бен-гальская, бесхвостая, рысь, манул и т.д. Близкие роды объединяют в семейства, близкие семейства – в отряды.
Вид – качественно обособленная форма живых организмов, основная единица эволюционного процесса. Как таксономическая категория вид высту-пает в качестве основной структурной единицы, принятой для классификации в систематике живых организмов.
Для обозначения видов употребляется бинарная номенклатура, разрабо-танная и предложенная в 1735 году выдающимся шведским естествоиспытате-лем Карлом Линнеем (1707 – 1778). Вид определяется как совокупность попу-ляций особей, способных к скрещиванию, дающему потомство, также способ-ное к размножению. Внутривидовые совокупности особей обладают общими морфологическими признаками и физиологическими характеристиками, хотя могут и различаться в деталях (по фенотипу). Они населяют некоторый опреде-ленный ареал и обособлены от других популяций (внутривидовая обособлен-ность) взаимными различиями и нескрещиваемостью в природных условиях. (См. также: Популяция, Экология).
Тейяр де Шарден Мари-Жозеф Пьер (1881 – 1955) – выдающийся француз-ский ученый и католический мыслитель – философ, биолог-эволюционист, ан-трополог, один из выразителей антропно-космологического принципа и про-возвестник эволюционной системно-синергетической парадигмы. Антрополо-гия Тейяр де Шардена не ограничивает человека земными рамками, - в его уче-нии человек приобретает статус фундаментального паттерна общекосмического масштаба, становится системообразующим элементом всего универсума, а его биологическая и когнитивная эволюция взаимосвязана как с реальностью зем-ной биосферы, так и с процессами, определяющими саморазвитие всей Вселен-ной. Из этих представлений вытекает тейяровская методология познания мира и человека и соответствующие ей принципы научной рациональности. «Мы вынуждены рассматривать человека как ключ Универсума по двум причинам, - писал ученый. Прежде всего субъективно, для самих себя, мы неизбежно центр перспективы. … Наши, даже самые объективные наблюдения целиком пропи-таны принятыми исходными посылками, а также формами и навыками мышле-ния, выработанного в ходе исторического развития научного исследования».
Поэтому в процессе познания достаточно сложных объектов природы очень трудно бывает отделить самого исследователя от предмета его исследо-ваний, причем любые попытки сделать это и как-то методологически обосно-вать, исходя из тех или иных критериев научной рациональности, чаще всего оказываются только видимостью и в целом несостоятельны, потому что по-знающий субъект не может быть внешним сторонним наблюдателем, а сам на-ходится в этой системе, являясь её составным элементом. Объект и субъект, ут-верждает в этой связи Шарден, переплетаются и взаимопреобразуются в акте познания. «Волей-неволей человек опять приходит к самому себе и во всем, что он видит, рассматривает самого себя». Во-вторых, замечает он, если человек центр перспективы, то он же одновременно и «центр конструирования Универ-сума. Поэтому к нему следует в конечном итоге сводить всю науку. И это столь же необходимо, сколь и выгодно. Если поистине видеть – это существовать полнее, то давайте, - писал ученый, - рассматривать человека – и мы будем жить полнее».
Будучи последовательным эволюционистом, Тейяр де Шарден отвергал традиционный геометрический антропоцентризм как пережиток «статического» периода развития познания. Отводя человеку центральное место в космосе и отмечая уникальность его роли как носителя высшей формы самоорганизации материи – сознания и мысли, - он видит вселенского человека не в завершенном окончательном «высшем» состоянии, а рассматривает его только в постоянной динамике, в непрерывном становлении и саморазвитии, в процессе ноогенеза и космогенеза. Этот идеал человека в представлениях Шардена выглядит вполне "синергетически" – как целеобразующий аттрактор, к которому притягивается генеральная траектория эволюции Вселенной. «Человек – не статический центр мира, как он долго полагал, а ось и вершина эволюции, что много прекраснее», - писал ученый.
Процесс саморазвития космической материи Тейяр де Шарден восприни-мает только в системном единстве всех элементов мира, включая сознание. «История сознания и его место в мире, - утверждает он, - будут непонятны то-му, кто предварительно не увидит, что космос, в котором находится человек, благодаря неуязвимой целостности своего ансамбля образует систему, целое и квант. Систему – по своей множественности; целое – по своему единству; квант – по своей энергии, - и всё это внутри неорганического контура». В этом аспек-те его отношение к миру и к способам его познания («Существует лишь один реально возможный способ познавать мир – это брать его как блок, весь цели-ком») вполне соответствует постнеклассическим системным представлениям, типа «бутстрэпа» или нелокальности. «Каждый элемент космоса, - писал Шар-ден, - буквально соткан из всех других элементов: снизу он создается таинст-венным явлением "композиции", представляя собой как бы вершину организо-ванной совокупности; сверху – воздействием единств высшего порядка, кото-рые, охватывая его, подчиняют его своим собственным целям. Невозможно ра-зорвать эту сеть и выделить из неё какую-либо ячейку без того, чтобы эта ячей-ка не распустилась со всех сторон и не распалась».
Классическое редукционистское сознание для удобства изучения и в силу своих ограниченных возможностей рассекает эту целостность на отдельные элементы так, «как если бы мы могли отделить от неё один фрагмент и изучать этот образец вне всего остального». Однако, заявляет Шарден, «пришло время заметить, что этот прием совершенно искусственный. Взятая в своей физиче-ской конкретной реальности, ткань универсума не может разрываться». Можно в целях анализа разбить целое на отдельные части и рассматривать в первом приближении те или иные фрагменты Вселенной – элементарные частицы, ато-мы, планеты и т.д. как отдельные области или зоны космоса, но, как замечает Шарден, эти многочисленные части и зоны космоса на самом деле неразрывны и самосогласованны, - они сами «охватывают одна другую, не повторяют друг друга, так что никак невозможно перейти от одной зоны к другой путем про-стого изменения коэффициентов».
Структуры и порядок большого и малого не обладают простым подобием и несоизмеримы, каждый атом или любой другой элемент космоса сопряжен всему пространству, но его нельзя воспринимать как отдельную ячейку Все-ленной, - «Ячейка универсума – это сам универсум. … Атом – уже не замкну-тый микроскопический мир, как это мы, возможно, воображали. Он – беско-нечно малый центр самого мира».
Вот в такой самосогласованной, взаимосвязанной и взаимопроникающей «бутстрэпной» системе, определяющей глубинную структуру физической ре-альности природы, возникает как результат внутренних процессов самооргани-зации материи сначала примитивное живое вещество, затем образуются его бо-лее или менее усложненные и разнообразные формы, но процесс восходящей эволюции продолжается и, наконец, порождает разумную форму материи, роль которой уже не ограничивается земным локусом, а выходит в космическую сферу. Все эти последовательные и закономерные стадии развития неживой ма-терии и её физические и химические свойства, согласно антропно-космическим взглядам Шардена, так или иначе соотносятся со свойствами и характером са-моразвития высших форм эволюции универсума и взаимоопределяются друг другом, подчиняясь фундаментальным алгоритмам эволюции Вселенной.
«Мы беспрерывно прослеживаем последовательные стадии одного и того же великого процесса, - писал Тейяр де Шарден. – Под геохимическими, гео-тектоническими, геобиологическими пульсациями всегда можно узнать один и тот же глубинный процесс – тот, который, материализовавшись в первых клет-ках, продолжается в созидании нервных систем. Геогенез переходит в биогенез, который, в конечном счете, не что иное, как психогенез… Психогенез привел нас к человеку. Теперь психогенез стушевывается, он сменяется и поглощается более высокой функцией – вначале зарождением, затем последующим развити-ем духа – ноогенезом».
Главным философским итогом всей жизни Пьера Тейяр де Шардена, где он обосновывает свои идеи, разворачивает широкую панораму становления че-ловека разумного в земной биосфере и очерчивает ещё более грандиозные пер-спективы его ноосферной космической эволюции, стали его труды «Феномен человека» и «Божественная среда». Это исключительно оригинальное и возвы-шенное учение о процессе саморазвития человечества как биологического вида, направленного от низшей стадии животного существования (сначала в качестве одного из элементов единой и взаимосвязанной системы – земной биосферы) к высшей стадии эволюции – к достижению уровня космического сознания (ко-гда человек в ранге единого коллективного разума становится важнейшим эле-ментом всей Вселенной) ставит Тейяр де Шардена в один ряд с крупнейшими представителями русской космической философии. В этом учении о восходя-щей эволюции живого вещества от примитивных организмов до высших форм, носителей божественного сознания, (стадии развития – преджизнь, жизнь, мысль и сверхжизнь) выражается идея о том, что человечество способно осу-ществить высший синтез биологического и духовного начал, создать гармонич-ную среду обитания, сохраняющую в целостности всё неповторимое своеобра-зие и всю полноту биосферы, и непрерывно развиваясь к высшим формам ду-ховности, воплотить в реальность т.н. феномен человека как высший замысел, осуществленный в Универсуме (христианский вариант учения о переходе био-сферы в ноосферу).
Согласно представлениям Шардена, цель эволюции человека как биоло-гического вида состоит в постепенном формировании на Земле в результате его разумной творческой деятельности, одушевленной христианской верой, т.н. божественной среды – такого состояния среды обитания, в которой биологиче-ская природа человека, его мысль и дух находились бы в гармонии и единстве. По его мнению это может произойти (но совсем не обязательно, - «Величие или рабство? – Всё решает проблема действия») в результате естественного после-довательного процесса – сначала физической, химической, а потом биологиче-ской эволюции материи, а далее – восходящей эволюции человека от животно-биологической предыстории его развития до интеллектуальной стадии его но-огенеза и, наконец, до совершенно особого состояния – духовно-божественной вершины его космогенеза (достижение точки Омега в его терминологии).
Это состояние будет достигнуто тогда, когда произойдет «смерть матери-ально исчерпавшей себя планеты и разрыв ноосферы», - образ конца света в учении Шардена. Однако человечество, идущее по ноосферному пути, будет готово к этому завершению чисто земной формы жизни, поскольку сможет осуществить возможность перехода к своему новому состоянию – сверхжизни. Об этом новом состоянии человечества и двух возможных вариантах заверше-ния эволюции ноосферы Тейяр де Шарден писал: «Я предполагаю, что нашей ноосфере предназначено обособленно замкнуться в себе, и что не в пространст-венном, а в психическом направлении она найдет, не покидая Землю и не выхо-дя за её пределы, линию своего бегства». Однако возможен и другой выход – коллективное объединение и синтез всех индивидуумов в систему высшей сложности, которая способна преодолеть земное автономное существование и «покинуть свою органо-планетарную опору и эксцентрироваться к трансцен-дентному центру своей возрастающей концентрации», что согласно представ-лениям Шардена, «возможно под совместным воздействием сферической кри-визны Земли и космической конвергентности духа в соответствии с законом сложности и сознания. … Это единственный биологический выход, подходя-щий и мыслимый для феномена человека», - писал ученый.
Этот прорыв человечества в область космического сознания в чем-то ана-логичен тому, который в своем учении рассматривал К.Э. Циолковский – обра-зование в результате длительной эволюции новой, энергетически независимой, ипостаси человека, выход этих «эфирных существ» в открытый космос и пере-ход к автотрофной стадии вечного существования во Вселенной. Как бы ни бы-ли утопичны такие идеи, они тем не менее, утверждают человека как высший смысл существования Вселенной (по крайней мере, как разумного наблюдате-ля, необходимого, по антропному принципу, для её реального существования). Но долговременное существование человека, как свидетельствует современная экология, невозможно без соблюдения ряда экологических условий (экологиче-ских императивов), которые способны обеспечить устойчивый процесс коэво-люции, - а это, в свою очередь, определяется соответствующим уровнем ноо-сферного сознания человечества и его верой в свою космическую миссию. По-этому, так же как и Вернадский, Тейяр де Шарден указывает, что «Самая суть понятия ноосферы – вера в призвание людей, которые должны изменить био-сферу с помощью науки и техники».
Теорема Нётер – фундаментальная теорема математической физики, утвер-ждающая, что существование любой конкретной геометрической симметрии (сдвиг, поворот, вращение и т.д.) в пространстве и времени для различных тел, систем материальных частиц или физических полей приводит к соответствую-щему закону сохранения физических величин.
Из этой теоремы вытекает и конкретная структура данного инварианта. Например, в механике из того факта, что все процессы протекают инвариантно (т.е. неизменно) относительно сдвига во времени, следует универсальный закон сохранения энергии. Это обстоятельство (сдвиг во времени) выражает физиче-ское свойство равноправия всех моментов времени, каждый из которых услов-но можно принять за нулевой (начало процесса). Из инвариантности процессов по отношению сдвигов в пространстве (что выражает равноправие всех точек и систем отсчета в пространстве) следует закон сохранения импульса или коли-чества движения. Симметрия вращения системы вокруг своей оси, выражаю-щая свойство равноправия всех направлений в пространстве, соответствует за-кону сохранения момента количества движения. Зеркальная пространственная симметрия, выражающая факт независимости протекания физических процес-сов при выборе обратной системы координат, соответствует квантовомеханиче-скому закону сохранения четности и т.д.
Эту теорему доказала в 1918 году Эмми Нётер - известный немецкий ма-тематик. В дальнейшем её применение было расширено на квантовомеханиче-ские объекты и широко используется для построения т.н. групп симметрии в теории элементарных частиц. В большой степени, именно на основе анализа свойств той или иной группы симметрии были теоретически предсказаны мно-гие элементарные частицы и их свойства и, наконец, последние «самые элемен-тарные» – кварки, из которых, по известным и строгим правилам симметрии, «строятся» все остальные барионы, мезоны и гипероны. Из теоремы Нётер в самом общем виде следует, что такие абстрактные понятия, как пространство и время неразрывно связаны с конкретными проявлениями движения и взаимо-превращения материальных объектов – частиц вещества и физических полей.
Термодинамика – раздел физики, изучающий общие свойства и состояния термодинамических систем, закономерности фазовых переходов между ними как в равновесных условиях (равновесная термодинамика), так и в неравновес-ных (термодинамика неравновесных процессов). Термодинамика строится на основе трех фундаментальных принципов (эмпирических обобщений):
первое начало – количество теплоты, сообщенное системе, идет на увели-чение её внутренней энергии и на совершёние ею механической работы (закон сохранения энергии). Сформулировано в середине 19-го века трудами Р. Майе-ра, Дж. Джоуля и Г. Гельмгольца;
второе начало – в изолированной системе энтропия либо остается неиз-менной (при идеальном обратимом процессе), либо возрастает и в состоянии теплового равновесия достигает максимума (закон возрастания энтропии). Сформулировано выдающимся немецким физиком Рудольфом Клаузиусом в 1865 году, обосновано методами статистической физики Л. Больцманом в 1872 году. Из него, в частности, следует невозможность самопроизвольного перехо-да тепла от холодного тела к более теплому и осуществления вечного двигате-ля.
Общепринятая развернутая формулировка второго начала (для макропро-цессов) принадлежит известному немецкому физику-теоретику Арнольду Зом-мерфельду: «Каждая термодинамическая система обладает функцией состоя-ния, называемой энтропией. Энтропия вычисляется следующим образом – сис-тема переводится в из произвольно выбранного начального состояния в соот-ветствующее конечное состояние через последовательность состояний равнове-сия, вычисляются все подводимые к ней при этом порции тепла dQ, каждая из которых делится на соответствующую её абсолютную температуру To и все по-лученные таким образом значения суммируются S=(dQi/Toi). При реальных (неидеальных) процессах, происходящих в замкнутых системах энтропия все-гда возрастает».
третье начало – энтропия системы при стремлении температуры к абсо-лютному нулю (-273о Цельсия) не зависит от параметров системы и стремится к нулю (теорема Нернста-Планка). Нулевое значение энтропии соответствует со-стоянию абсолютного порядка в системе, когда фактически невозможны ника-кие, даже самые малые, флуктуации. Однако такие состояния не могут реализо-ваться в силу того, что квантовому вакууму присущи неустранимые флуктуа-ции энергии, из чего вытекает недостижимость абсолютного нуля в реальных термодинамических процессах.
Ускорители заряженных частиц – установки для получения потоков элемен-тарных частиц (протонов, электронов), а также некоторых ядер, имеющих вы-сокую кинетическую энергию (многие десятки, сотни и, в последние годы, даже тысячи Мэв). Ускорение происходит за счет энергии электромагнитного поля, передаваемой частицам. Существуют линейные и циклические (кольцевые) ус-корители, позволяющие получать мощные направленные потоки частиц, уско-ренных до субсветовых скоростей, при которых увеличение массы частиц из-за релятивистских эффектов достигает двух – трех порядков. Ускорители – важ-нейшие инструменты для исследований в области ядерной физики и физики элементарных частиц, с появлением и широким использованием которых свя-заны главные достижения и открытия в этих науках. Последним крупнейшим достижением в этой области было экспериментальное доказательство сущест-вования кварков -- фундаментальных «кирпичиков» материи.
Исторически первым ускорителем был ускоритель американского физика Р. Ван-де Граафа (1901 – 1967), разработанный им в 1931 году, который ис-пользуется и сейчас для ускорения тяжелых ионов и представляет собой высо-ковольтный электростатический генератор, создающий разность потенциалов в несколько мегавольт, достоинством которого является непрерывность действия и высокая стабильность.
В 1929 году американский физик Э.О. Лоуренс (1901 – 1958) выдвинул идею магнитного резонансного ускорителя – т.н. циклотрона, первый образец которого был запущен под его руководством в 1931 году (Нобелевская премия за 1939 год). При помощи циклотрона были выполнены исследования структу-ры атомного ядра, изучены многие ядерные реакции, получен ряд радиоизото-пов и многое другое.
В начале 40-х годов был разработан индукционный циклический ускори-тель электронов – бетатрон, а также импульсные линейные индукционные ус-корители, где эффект ускорения достигается при передаче энергии вихревого электрического поля, создаваемого переменным магнитным потоком (как бы первичной обмоткой трансформатора), движущимся заряженным частицам, иг-рающим роль вторичной обмотки. Бетатроны широко используются в науке и промышленности как источники мощного потока высокоэнергетических элек-тронов, так и для получения интенсивных потоков тормозных гамма-фотонов широкого спектра высоких энергий.
В 1944-1945 годах отечественный физик В.И. Векслер (1907 – 1966) и американский Э.М. Макмиллан выдвинули и обосновали ряд идей, приведших к созданию т.н. синхрофазотронов, ускорителей протонов, позволяющих полу-чать пучки частиц с чрезвычайно высокой энергией. Первый из таких ускори-телей был пущен в Серпухове в 1972 году и ускорял протоны до энергий в не-сколько десятков миллионов Мэв (десятков Гэв), ускоритель, построенный в Батавии (США) в 1978 году показал результат 500000 Мэв (500 Гэв), ускори-тель, работающий в ЦЕРНе (Швейцария), ускоряет протоны до нескольких ты-сяч Гэв, а гигантский ускоритель, строящийся в пустыне штата Невада (США) со сверхпроводящими обмотками электромагнитов, обеспечит, согласно расче-там, выход энергии, возникающей при столкновении двух, ускоренных в про-тивоположных направлениях, пучков протонов, порядка 20000 Гэв. Это т.н. сверхпроводящий суперколлайдер (т.е. "столкновитель"). Диаметр кольца этой исполинской машины столь велик, что внутри могло бы поместиться маленькое европейское государство Люксембург.
Релятивистские эффекты при работе таких ускорителей становятся доми-нирующими и учитываются с помощью формул теории относительности, вве-денных в программы компьютеров, управляющих процессом передачи энергии от электромагнитов к потоку частиц. Энергетический выход в эксперименте можно увеличить (хотя и не так сильно, как в классической физике) при столк-новении не ускоренного пучка частиц с неподвижной мишенью (как в стан-дартных условиях), а при столкновении двух встречных пучков ускоренных частиц (ускорители со встречными пучками). В самые последние десятилетия ХХ века начали ставить эксперименты со встречными пучками частиц-античастиц, еще многократно повышая этим энергию взаимодействия. Так в 1983 году были открыты очень массивные частицы – переносчики слабого взаимодействия, имеющие массу покоя порядка 80-90 масс протона, предска-занные в теории электрослабого взаимодействия С. Вайнбергом, А. Саламом и Ш. Глэшоу (Нобелевская премия за 1979 год).
Фотосинтез – процесс превращения и накопления энергии и вещества в расти-тельных клетках под действием солнечного света. Механизм реакции фотосин-теза обусловлен улавливанием лучистой энергии Солнца или другого источни-ка света молекулами хлорофилла, выполняющими роль высокоэффективных ловушек света, энергия которого инициирует процесс синтеза органических со-единений – углеводов (глюкозы) С6Н12О6 из неорганических веществ – воды Н2О и углекислого газа СО2. Обобщенное уравнение фотосинтетической реак-ции с участием молекул хлорофилла можно представить в виде:
6СО2+12Н2О+лучистая энергия = С6Н12О6+6Н2О+6О2.
Механизм передачи энергии светом хлорофиллу носит типично квантовый ха-рактер. Квант электромагнитного поля – фотон передает свою энергию одному их электронов атома, входящего в состав молекулы хлорофилла, в результате чего этот электрон переходит из основного энергетического состояния в возбу-жденное, которое является неустойчивым и быстро «распадается». Возбужден-ный электрон возвращается на низший энергетический уровень, но этот про-цесс может происходить постепенно, через промежуточные энергетические со-стояния, в результате чего электрон излучает начальную энергию возбуждения меньшими порциями в виде тепла и длинноволновой световой компоненты. Эта энергия передается другим соединениям, находящимся в клетке, по цепочке, осуществляемой молекулами специальных веществ-переносчиков, и способст-вует протеканию различных химических реакций, приводящих к синтезу угле-водов и прочих необходимых клетке веществ.
Выделение в результате каждой реакции фотосинтеза шести молекул ки-слорода можно рассматривать как побочный результат деятельности расти-тельной клетки, однако этот процесс приобрел принципиальное значение для биосферы в целом, поскольку весь кислород земной атмосферы имеет «расти-тельное» происхождение.
Фридман Александр Александрович (1888 – 1925) – выдающийся русский физик, геофизик, математик и метеоролог. Родился в Петербурге, в 1910 году блестяще окончил Петербургский университет и был оставлен при нём для под-готовки к званию профессора. С 1920 года и до смерти был профессором Пет-роградского университета и (с 1924 года) директором Главной геофизической обсерватории.
Основные научные работы Фридмана посвящены гидромеханике, геофи-зике, метеорологии, теории гравитации. Фридман одним из первых отечествен-ных физиков начал изучать общую теорию относительности и познакомил с ней российскую научную общественность. Общая теория относительности, яв-ляясь по существу геометрической моделью гравитации, находилась в оппози-ции ньютоновской концепции не только в том, что ставила под сомнение ре-альность силы тяготения, сводя её проявления к искривлению пространства, но и отрицала представления Ньютона о пространственной бесконечности Все-ленной, при помощи чего ему удавалось избавиться от т.н. гравитационного па-радокса. Последний заключается в том, что в результате действия силы всемир-ного тяготения взаимное притяжение объектов Вселенной должно было бы со временем собрать их в один огромный агрегат, чего однако не происходит. Этот парадокс снимается, если предположить, что пространство Вселенной бесконечно, и в нем содержится бесконечное число взаимно уравновешиваю-щих друг друга масс, что и делает Вселенную стационарной. Однако при таком допущении возникал т.н. оптический парадокс или парадокс Ольберса, который отрицал бесконечность пространства, поскольку согласно строгим оптическим рассуждениям Ольберса, в наблюдаемом космосе находится не бесконечное, а ограниченное число звезд и прочего светящегося вещества.
Развивая в рамках теории относительности представления о конечном и бесконечном, сам Эйнштейн пришел к выводу, что наиболее убедительным ва-риантом из двух, логически возможных, является представление о конечно-пространственном мире. Исходя из статического характера пространственной структуры Вселенной, он сделал вывод о том, что Вселенная конечна, но по пространственному протяжению не ограничена, не имеет ни центра, ни пери-ферии и геометрически представляет собой трехмерную гиперсферу в римано-вом пространстве. Для непосредственного наглядного восприятия оно недос-тупно, - так, например, в сферическом римановом пространстве, в отличие от евклидового, площадь поверхности шара S всегда меньше, чем 4R2, причем с возрастанием R она сначала стремится к максимуму, который определяется т.н. радиусом мира R*, а затем уменьшается до нуля, - тем не менее, такой геомет-рический образ мира вытекает из ОТО как следствие.
Фридман, анализируя гравитационные уравнения общей теории относи-тельности, для которых Эйнштейн получил стационарное решение, нашел ещё два типа решений, но уже нестационарных, соответствующих расширению или сжатию пространства Вселенной. Результаты своих исследований он изложил в работах «О кривизне пространства» и «О возможности мира с постоянной от-рицательной кривизной пространства» (1922-1923 гг.), которые попали к Эйн-штейну и стали поводом для довольно длительной дискуссии между ними, в ре-зультате которой Эйнштейн в конце концов подтвердил выводы Фридмана. «Расширение Вселенной могло быть предсказано на основании ньютоновской теории тяготения в 19-м, 18-м и даже в конце 17-го века, - пишет выдающийся английский космолог Стивен Хокинг. Однако вера в статическую Вселенную была столь велика, что жила в умах ещё в начале 20-го века. Даже Эйнштейн, разрабатывая в 1915 году общую теорию относительности, был уверен в ста-тичности Вселенной». Таким образом, из ОТО в трактовке А.А. Фридмана сле-довали три возможных сценария развития Вселенной – расширение, сжатие и асимптотическое расширение, причем все они требовали существования неко-торого начального состояния материи, которое породило эффекты, приводящие к нестационарности.
Оставалось узнать, какой сценарий эволюции «выбрала» природа, по-скольку решение задачи ОТО однозначного ответа на этот вопрос не давало, - все три решения были корректными и удовлетворяли исходным уравнениям Эйнштейна. Только астрономические открытия Э. Хаббла (1927-1929 гг.) под-твердили, что пространство Вселенной в настоящее время расширяется со ско-ростью, пропорциональной расстоянию от точки наблюдения до наблюдателя, а величина постоянной Хаббла, найденная экспериментально, позволяет оценить средний «возраст Вселенной». Выдающийся современный физик и космолог Стивен Хокинг, отмечая блестящий результат, полученный Фридманом, пишет: «Фридман сделал два очень простых исходных предположения: во-первых, Вселенная выглядит одинаково, в каком бы направлении мы её ни наблюдали, и во-вторых, это утверждение должно оставаться справедливым и в том случае, если бы мы производили наблюдения из какого-нибудь другого места. Не при-бегая ни к каким другим предположениям, Фридман показал, что Вселенная не должна быть статической. В 1922 году, за несколько лет до открытия Хаббла, Фридман в точности предсказал его результат!».
Хокинг Стивен (р. 8 января 1942) – выдающийся английский физик и космо-лог, один из создателей квантовой теории черных дыр и новых космогониче-ских и космологических представлений на основе объединения квантовой тео-рии и общей теории относительности. Родился в Оксфорде, начальное и сред-нее образование получил в школе небольшого городка Сент-Олбанса (недалеко от Лондона), куда в 1950 году перебралась семья Хокингов. В 1959 году Стивен поступил в университет Оксфорда, после успешного окончания которого попал в Кембридж, желая работать над диссертацией по космологии у выдающегося астрофизика Фреда Хойла (см. Альтернативные космологические теории). В 1965 году Стивен Хокинг получает место научного сотрудника кембриджского Гонвилл-энд-Кейс-колледжа и начинает активно работать (совместно с извест-ным физиком Роджером Пенроузом) над некоторыми нерешенными проблема-ми модели Большого взрыва, в частности, над проблемой сингулярности, выте-кающей из ОТО.
В связи с этим Хокинг, используя методы квантовой механики, исследует закономерности поведения таких загадочных и во многом парадоксальных объ-ектов, как черные дыры, которые представляют собой состояние материи, воз-никающее после того, как массивные звезды израсходуют своё ядерное топливо и под действием собственной гравитации сожмутся практически до сингуляр-ности. В 1974 году Стивен Хокинг, последовательно применяя к черным дырам аппарат квантовой механики, учитывая принцип неопределенности и обуслов-ленный им туннельный эффект, сделал важное теоретическое открытие, кото-рое состояло в том, что черные дыры вовсе не так черны, как следует из тради-ционных представлений. «Если принять в расчет мелкомасштабное поведение материи, - пишет Хокинг, - то частицы и излучение могут просочиться из чер-ной дыры: она испускает излучение, словно горячее тело». Это излучение, ко-торое является следствием проявления квантовомеханических эффектов в мак-ромире, названо излучением Хокинга. Испуская такое излучение, черные дыры постепенно теряют массу и в конечном счете испаряются, однако скорость про-текания такого процесса достаточно велика (т.е. такова, что данный эффект можно зарегистрировать) только для самых малых черных дыр, среднее время жизни крупных объектов такого типа оценивается в сотни миллиардов лет. Один из методов косвенного обнаружения черных дыр состоит в регистрации этого характерного для них гамма-излучения.
Особый интерес вызвала работа, в которой, рассматривая ранние стадии развития Вселенной и сопутствующие этому моменту сингулярности, появ-ляющиеся согласно ОТО, Стивен Хокинг в целях устранения расходимостей, приводящих к появлению бесконечностей и лишающих теорию физического смысла на этой стадии, применил подход, связанный с квантовой теорией гра-витации, и использовал методы расчетов, основанные на т.н. диаграммах Фейнмана, блестяще зарекомендовавших себя в квантовой электродинамике. Хокинг исходил из положения о том, что в отличие от общей теории относи-тельности (а тем более, от классической механики) «в квантовой теории обыч-ные законы науки могут выполняться везде, в том числе и в начале отсчета времени», т.е. даже в самой точке сингулярности (где ОТО теряет модельную силу), а поэтому нет необходимости постулировать какие-то новые законы спе-циально для сингулярностей, - «в квантовой теории не должно быть никаких сингулярностей».
Чтобы обойти трудности, возникающие при фейнмановском суммирова-нии всех возможных волн, обусловливающих результирующую траекторию частиц, Стивен Хокинг придумал математический прием, который состоит в том, что «складываются волны, образующие те истории (траектории) частиц, которые происходят не в ощущаемом нами реальном (действительном) време-ни, а в так называемом мнимом времени. Мнимое время, пишет он, - звучит, возможно, научно-фантастически, но на самом деле это строго определенное научное понятие». Хокинг указывает на то, что данный термин не имеет ника-ких вненаучных коннотаций, а основан только на понятии мнимых чисел, опе-рации с которыми давно стали предметом соответствующего раздела алгебры. Таким образом, Хокинг показал, что перейдя к мнимым единицам времени, можно во-первых, корректно выполнить фейнмановское суммирование по тра-екториям, а во-вторых обнаружить в пространстве-времени совершенно новые и необычные для стандартной теории происхождения Вселенной изменения понятий, – в таком мире «совершенно исчезает различие между пространством и временем», - констатирует он.
При таком описании мира пространство-время не имеет границы, и по-этому нет необходимости определять поведение Вселенной на этих границах. «Тогда, - пишет Хокинг, - нет и сингулярностей, в которых нарушались бы за-коны науки, а пространство и время не имеет края, на котором пришлось бы прибегать к помощи Бога или какого-нибудь нового закона, чтобы наложить на пространство-время граничные условия. Можно было бы сказать, что гранич-ное условие для Вселенной – это отсутствие границ. Тогда Вселенная была бы совершенно самостоятельна и никак не зависела бы от того, что происходит снаружи. Она не была бы сотворена, её нельзя было бы уничтожить. Она про-сто существовала бы». Таким образом, посредством перехода к мнимому вре-мени Стивен Хокинг создает другую языковую систему, в которой парадоксы, связанные с наличием сингулярностей, отсутствуют по причине отсутствия са-мих сингулярностей. Принятие такой интерпретации полностью меняет ход дискуссий вокруг проблемы происхождения Вселенной, поскольку исчезает сам предмет дискуссии, - Вселенная это то, что просто есть, и к ней логически неприменимы трактовки, связанные с такими категориями, как происхождение, начало, макроэволюция, завершение и т.д. В темпоральном мире, описываемом мнимыми величинами, по-видимому, не предусмотрена та стадия «сотворения мира», которую в нашей реальности моделирует Большой взрыв, и для даль-нейшего развития своей теории Хокингу может быть придется искать новые способы объяснения таких явлений, как разбегание галактик и реликтовое из-лучение в мире мнимого времени.
Предвидя возможное сопротивление научного сообщества принятию та-ких существенных изменений в понятии времени, Стивен Хокинг обращает внимание на то, что представления о мнимом времени и, соответственно, о том, что время и пространство должны быть конечны и без границ, есть всего лишь теоретический постулат, который не выводится из какого-либо другого более общего принципа. «Как и всякое теоретическое положение, - пишет он, - оно может быть первоначально выдвинуто из эстетических или метафизических со-ображений, но затем должно пройти реальную проверку – позволяет ли оно де-лать предсказания, согласующиеся с наблюдениями». Но поскольку наши на-блюдения происходят в действительном времени, то историю саморазвития Вселенной пока что следует интерпретировать в рамках модели Большого взрыва, где однако сингулярности неустранимо присутствуют. Впрочем, такая двойственная (и в чём-то взаимоисключающая) картина мира в постнекласси-ческой науке слишком сильного удивления вызвать не может, - эта ситуация напоминает историю с неудачными попытками трактовать неоднозначность по-ведения объектов микромира в терминах классической ньютоновской парадиг-мы и успешное преодоление этих трудностей на основе неклассической пара-дигмы – с помощью принципа дополнительности и категории корпускулярно-волнового дуализма.
«Может быть следовало бы заключить, - рассуждает в этой связи Хокинг, - что т.н. мнимое время – это на самом деле время реальное, а то, что мы назы-ваем реальным временем, - просто плод нашего воображения. В действитель-ном времени у Вселенной есть начало и конец, отвечающие сингулярностям, которые образуют границу пространства-времени и в которых нарушаются за-коны науки. В мнимом же времени нет ни сингулярностей, ни границ. Так что, может быть именно то, что мы называем мнимым временем, на самом деле, бо-лее фундаментально, а то, что мы называем временем реальным – это некое субъективное представление, возникшее у нас при попытках описать, какой мы видим Вселенную».
Несмотря на невозможность создания каких бы то ни было более или ме-нее рациональных (в обыденном смысле) представлений о мнимом времени (как впрочем, и о квантовых скачках, спине частиц, волнах вероятности, неод-новременности событий, о квантовом вакууме и прочих фундаментальных по-нятиях новой физики), современные критерии научной рациональности позво-ляют (во всяком случае, чисто формально) ввести такие противоречивые, но чрезвычайно продуктивные для теории понятия в научный контекст на основе принципа эпистемологической дополнительности (который в постнеклассиче-ской науке и философии стал универсальным методологическим приемом, по-зволяющим снимать несводимые бинарные оппозиции), и использовать их для теоретических построений. Таким образом, переход к представлению времени в мнимых единицах измерения позволил Хокингу ликвидировать неустранимые в стандартной теории Большого взрыва бесконечные расходимости, появляю-щиеся в точке сингулярности, и выстроить совершенно новую концепцию вре-мени и модель «происхождения» Вселенной.
Стивен Хокинг известен и как блестящий популяризатор современной квантовой физики и космологии, а также как пропагандист новых принципов научной рациональности, ломающих основы классических установок и отри-цающих классические представления о т.н. объективной реальности и всё ещё имеющие место в науке и философии апелляции к здравому смыслу. В этом смысле Хокинга можно считать приверженцем методологии познания, которая в целом свойственна Копенгагенской школе, согласно которой невозможно (да и непродуктивно в научном смысле) отделять наблюдателя и его теорию от изучаемого объекта. Эти три компонента представляют собой цельную нераз-рывную систему, в процессе деятельности которой создается то, что может пре-тендовать на статус реальности. Имея в виду большое количество философских спекуляций по этому поводу (особенно тех, которые ведутся в классическом дискурсе и идентифицируют такую позицию как субъективизм и даже солип-сизм), Хокинг старается разъяснить сущность новых принципов научной ра-циональности, основанных на познавательных возможностях современной фундаментальной физики.
«Я называю себя реалистом, - пишет он, - в том смысле, что признаю су-ществование вне нас Вселенной, ожидающей, когда её исследуют и поймут. Я считаю, что позиция солипсиста – якобы всё сущее есть наше воображение – это пустая трата времени. Никто не действует, опираясь на такую точку зрения. Но без какой-либо теории мы не можем выделить, что же во Вселенной реаль-но. Поэтому я принимаю точку зрения, названную простодушной и наивной, что физическая теория – это математическая модель, используемая нами для описания результатов наблюдений. Теория является хорошей, если модель изящна, если она описывает большой класс наблюдений и предсказывает ре-зультаты новых наблюдений. В противном случае не имеет смысла спрашивать, соответствует ли теория реальности, так как мы знаем, что реальность зависит от теории. … Нехорошо апеллировать к реальности, когда у нас нет независи-мой от модели концепции этой реальности». Этот подход, основанный на принципе наблюдаемости, Стивен Хокинг считает наиболее оптимальным для плодотворного познания того уровня реальности, который недоступен прямому восприятию и наблюдению и феномены которого невозможно представить в образах и осмыслить в понятиях, доступных человеческому сознанию.
Так же, как и выдающиеся физики Э. Ферми и Р. Фейнман, Стивен Хо-кинг считает себя в науке прагматиком, не склонным искать в теории какой-то смысл, выходящий за рамки собственно естествознания, и зависеть от той или иной философской системы. Он убежден, что каждая теория научно состоя-тельна только по отношению к более или менее ограниченной области мира, причем эта состоятельность зафиксирована как математической строгостью и непротиворечивостью доказательства, так и достоверной эмпирической про-веркой и относительной простотой. Например, теория Ньютона хорошо описы-вает область макромира, кроме того её преимущество состоит также и в том, что она достаточно проста и понятна всем. Но таких простых, понятных и не противоречащих здравому смыслу теорий в физике элементарных частиц, атомного ядра и т.д., а также в астрофизике и космологии нет и не может быть, поэтому формальная математическая модель, адекватно описывающая процес-сы в микромире или мегамире, должна быть признана научной, независимо от того, насколько она согласуется с привычным взглядом на мир или с традици-онными философскими представлениями о пространстве, времени или о соот-ношении причин и следствий. Однако именно такой подход, связанный с разра-боткой математических моделей, не обремененных какими-либо философскими предпочтениями и парадигмальными ограничениями, может, по мнению Хо-кинга, стать основой для поисков путей к построению универсальной теории Вселенной.
Отмечая крупные успехи современной физики, Хокинг не скрывает, что построение общей теории, которая могла бы непротиворечиво описать эволю-цию Вселенной как в целом, так и в отдельных частях, чрезвычайно трудная за-дача («Идея о том, что возможна некая великая единая теория, определяющая всё во Вселенной, вызывает много трудностей»), но тем не менее, последние теоретические открытия в области космологии позволяют на это надеяться, по-скольку, соединив квантовую теорию и ОТО, Стивену Хокингу с коллегами удалось устранить ряд очень важных противоречий, сильно тормозивших раз-витие общей теории Вселенной. «Важно то, - делает он вывод из этих работ, - что должен существовать набор законов, который полностью определяет эво-люцию Вселенной по её начальному состоянию. … Начальная конфигурация Вселенной могла быть выбрана Богом или могла определиться сама по науч-ным законам. В любом случае похоже, что всё во Вселенной предопределено эволюцией, согласно научным законам».
Особые надежды на построение единой теории Вселенной Хокинг связы-вает с выдвинутой им новой концепцией мнимого времени и использованием разработанного Р. Фейнманом метода суммирования т.н. историй Вселенной, но не в реальном времени, а в мнимом, причем даже рассчитывает на то, что, несмотря на явное несоответствие этого понятия здравому смыслу «новое по-коление воспримет эту идею так же естественно, как идею о круглой Земле». Ожидаемый прорыв в космологии обусловлен, с его точки зрения, тем, что в этом «мнимом» мире все истории (т.е. все возможные траектории развития Вселенной в обобщенном фазовом пространстве) «замыкаются наподобие зем-ной поверхности». В пространстве с такой геометрией не возникает сингуляр-ностей, и следовательно законы физики нигде не нарушаются, что позволяет на основе этих законов рассчитывать ход траекторий и предсказывать поведение систем в мнимом времени. «А если вы знаете историю Вселенной в мнимом времени, - пишет Хокинг, - то можете рассчитать её поведение и в реальном времени. Таким образом, есть надежда достичь завершенной полной теории, предсказывающей всё во Вселенной. … В научной фантастике мнимое время стало уже общим местом. Но это не просто научная фантастика или математи-ческий трюк. Это – нечто формирующее Вселенную, в которой мы живем».
Таким образом, Стивен Хокинг, отрицая примитивный механистический детерминизм Ньютона и Лапласа, выдвигает весьма рафинированную идею, ут-верждающую постнеклассический вариант детерминизма совершенно нового типа, но цель которого всё та же – дать научно обоснованное предсказание пути развития Вселенной. В этом отношении позиция одного из создателей синерге-тики Ильи Пригожина, который, исходя из подхода, основанного на теории са-моорганизации и принципе спонтанности, полностью отрицает возможность к возврату любого типа детерминизма в описании природы (а значит отрицает и возможность построения одной универсальной теории) принципиально расхо-дится с выводами Стивена Хокинга, который, отвергая букву механистической науки классического периода (Галилея, Ньютона, Лапласа), сохраняет её высо-кий рационалистический дух и стремление к полному познанию мира и выра-жает надежду на возможность построения некоторой окончательной теории. «Я полон надежд, - пишет он, - что мы найдем стройную и непротиворечивую мо-дель, описывающую всё во Вселенной, и тогда это будет истинным триумфом человечества».
Циолковский Константин Эдуардович (1857 – 1935) – выдающийся русский ученый, мыслитель, яркий представитель философии русского космизма, изо-бретатель. Родился 17 сентября 1857 года в селе Ижевском Спасского уезда Ря-занской губернии. Учился в Вятской гимназии, затем с 1873 года продолжил учебу в Москве, где в 1879 году он завершил свое (в целом не слишком глубо-кое и широкое) образование, сдав экстерном экзамен на звание учителя ариф-метики и геометрии с правом преподавания в училищах уездного уровня. Го-раздо более важным оказалось то, что за годы своего пребывания в Москве Константин Циолковский познакомился с выдающимся русским мыслителем-космистом Николаем Федоровым (1829-1903), идеи которого о «регуляции природы» разумом человека, о «метаморфозах вещества», «имманентном вос-крешении» силой коллективной воли людей и т.п. идеи, разрабатываемые в его «Философии общего дела», произвели на молодого человека неизгладимое впе-чатление, определив на всю жизнь направление его собственных исканий.
С 1880 года по 1892-й К.Э. Циолковский преподавал в училище города Боровска, где за 13 лет до него работал его наставник Н.Ф. Федоров (а если учесть, что первый русский космист, будучи незаконным сыном князя П.И. Га-гарина, был фактически однофамильцем первого космонавта Ю.А. Гагарина, то всё это вполне могло бы стать предметом рассуждений К.Г. Юнга о непричин-ных совпадениях). С 1892 года и до самой смерти К.Э. Циолковский жил и ра-ботал в Калуге, куда его перевели по службе. Здесь в 1903 году Циолковский написал основополагающую для космонавтики работу «Исследования мировых пространств космическими приборами». В ней он привел вывод, ставшей впо-следствии классической, формулы трехступенчатой ракеты, способной преодо-леть силу тяготения Земли. Эта статья принесла ему впоследствии славу «отца космонавтики». Здесь «калужский мечтатель» написал все свои научно-фантастические повести и философские труды, в которых он развивает идеи панпсихизма и монизма Вселенной и обосновывает представления о множест-венности разумных миров и здесь же, в Калуге, с ним познакомился и остался близким другом на всю жизнь будущий выдающийся ученый А.Л. Чижевский.
Философские труды Циолковского представляют собой образцы междис-циплинарного интегративного мышления в самом широком смысле, не всегда строго и последовательно научные (в ньютоновском и кантовском понимании принципов научной рациональности), но в значительной степени предвосхи-щающие современные попытки постнеклассического философского и естест-веннонаучного синтеза, когда нарративный элемент (особенно, в учении такого масштаба), по словам Ильи Пригожина, в большей степени соответствует объ-яснительной цели, чем строгая, но сухая рационально-математическая схема.
Тем не менее, несмотря на самый широкий синтез, доходящий подчас до полной метафизики, Циолковский в своих построениях всегда старался (по крайней мере, он так считал) придерживаться методологии материализма и ес-тественнонаучного эволюционизма. «Я не только материалист, - писал о себе Циолковский, - но и панпсихист, признающий чувствительность всей Вселен-ной. Это свойство я считаю неотделимым от материи, Всё живо, но условно мы считаем живым только то, что достаточно сильно чувствует. Так как вся мате-рия всегда при благоприятных условиях может перейти в органическое состоя-ние, то мы можем условно сказать, что неорганическая материя в зачатке (по-тенциально) жива».
Возникновение в космосе подходящих условий для появления живого вещества и далее в процессе биологической эволюции – появление высших ра-зумных форм жизни Циолковский считал естественным процессом, обуслов-ленным фундаментальными законами развития материи. «Невозможно отри-цать своевременное появление органической жизни на таких крупных планетах, как Земля», - писал ученый, причем рассматривая эволюцию жизни в «обще-вселенской» перспективе, он пришел к заключению, что человечество Земли – это ещё отнюдь не вершина, которую может достичь жизнь во Вселенной, а весьма ранняя стадия развития Космического Разума, - во Вселенной существу-ет множество неизмеримо более высоких и совершенных цивилизаций. «Такие очаги жизни, как Земля, составляют чрезвычайно редкое исключение, как мла-денец, имеющий одну терцию возраста. Потому мучительная жизнь на Земле редкость, что она получилась самозарождением, а не заселением. В космосе господствует заселение, как процесс более выгодный». Космическая материя, по мысли Циолковского, находится в состоянии вечного саморазвития, а види-мая нами часть Вселенной – это только небольшой «эфирный остров», тогда как весь Космос бесконечен, многообразен и пронизан разумным началом. В своем космологическом учении К.Э. Циолковский на много лет опередил появ-ление в западной науке антропного принципа.
Черные дыры – гипотетические области сверхсильных гравитационных полей в космическом пространстве, образующихся при коллапсе вещества, например, при катастрофически быстром сжатии массивных звезд в конце их существова-ния. Сила тяготения (или по общей теории относительности – искривление пространства) вблизи этих объектов не позволяет никакому излучению, в том числе и свету, выйти за пределы этой области, а всё вещество, оказавшееся в зоне действия черной дыры, втягивается в неё. Современная теория гравитации не противоречит возможности существования таких объектов, хотя подтвер-дить их наличие непосредственными астрофизическими методами очень слож-но, поскольку сама черная дыра по определению не может быть источником какой-либо информации. Возможны косвенные доказательства наличия таких объектов в какой-либо области Вселенной, по регистрации тормозного рентге-новского излучения потоков заряженных частиц, устремившихся к черной ды-ре, или по характерному вращению вокруг неё огромных масс вещества.
Название «черная дыра» для таких объектов предложил в 1968 году из-вестный американский физик Джон Уилер, однако еще Лаплас в 1796 году на основании законов Ньютона рассчитал величину скорости убегания (вторую космическую скорость) для любого сферического тела с учетом его массы и ра-диуса и сделал вывод, что если свет - это поток частиц, летящих со скоростью 300000 км/сек, то для того, чтобы скорость убегания была больше этой величи-ны и свет не смог бы покинуть космическое тело с плотностью, равной плотно-сти Земли (примерно 5,5 г/см3), оно должно иметь радиус в 250 раз больше, чем у Солнца. Очевидно, что такое тело, даже самосветящееся, будет невидимым, поскольку испускаемые им световые лучи, вернутся обратно. В 1916 году не-мецкий физик Карл Шварцшильд, используя математический аппарат общей теории относительности, показал, что если тело, имеющее массу М, сжато в сферу, радиусом R* , (радиус Шварцшильда), то пространство-время вблизи него искривляется так, что свет, а также любой другой сигнал, не может выйти за его пределы, - это и есть теоретическое обоснование возможности существо-вания таких объектов.
Уравнение черной дыры, полученное Шварцшильдом, совпадает с полу-ченным Лапласом R* = 2GM/c2, где G=6,7*10-8 см3 г–1 сек–2 – гравитационная постоянная, c – скорость света, что свидетельствует о непротиворечивости и сводимости друг к другу теорий Ньютона и Эйнштейна в ряде случаев, где не требуется учитывать релятивистские эффекты. Таким образом, получается, что любое тело, сжатое до размеров сферы Шварцшильда, становится черной ды-рой. Например, Земной шар, сжатый до шарика, радиусом 1 см, или Солнце, сжатое до сферы, радиусом около 3 км, и наша Галактика, имей она размеры примерно 0,03 светового года, превратились бы в объекты, типа черной дыры. При этом, как следует из формулы Шварцшильда, совсем не обязательно, что-бы плотность вещества в черной дыре была очень большой.
Надо заметить, что, несмотря на совпадение результатов расчетов пара-метров черной дыры, принципиальная разница классического и неклассическо-го подходов к этой проблеме состоит в том, что в теории Ньютона тело, имею-щее скорость, превышающую скорость убегания, всегда выйдет за пределы действия сил тяготения черной дыры, тогда как, согласно теории относительно-сти, никакой материальный объект не может иметь скорость, превышающую скорость света, а значит зона Шварцшильда в эйнштейновской трактовке гра-витации сама по себе принципиально невидима. Свет, испускаемый ею, нахо-дясь в этом замкнутом пространственно-временном континууме, или «упадет» обратно на черную дыру, или будет вращаться по круговой орбите, - так что ус-ловный наблюдатель, движущийся по этой траектории, будет думать, что в сво-ей системе отсчета он движется по прямой линии. Таким образом, здесь имеет место совпадение конечных результатов, вытекающих из совершенно различ-ных научных парадигм.
В рамках современной теории гравитации построено несколько моделей черных дыр, главным спорным моментом которых является наличие т.н. сингу-лярности – особого состояния вещества и поля (специфической точки в центре черной дыры) со значениями ряда основных параметров (плотности, гравита-ционных сил, кривизны пространства-времени) равными бесконечности, чему трудно придать физическое толкование. Сингулярность представляет такую об-ласть пространства, в которой известные законы природы не выполняются, по-этому невозможно предсказать как там развиваются события и каковы их ре-зультаты, - эта область пространства для стороннего наблюдателя принципи-ально скрыта за горизонтом событий. Тем не менее, это не является причиной считать черные дыры побочным продуктом теории относительности. Дело в том, что согласно некоторым независимым астрофизическим данным, во Все-ленной имеется значительное количество невидимого вещества – т.н. скрытой массы, механическое влияние которой на движение галактик существует, но которая прямым наблюдениям не поддается.
Наиболее научно обоснованный способ подхода к этой проблеме состоит в допущении возможности существования во Вселенной значительного количе-ства черных дыр разных поколений и различных масс. Несколько лет назад, в 1994 году, при помощи телескопа «Хаббл», запущенного на околоземную орби-ту с целью избавиться от оптического влияния атмосферы, американские аст-рофизики получили фотографические данные, интерпретируемые ими как на-учное доказательство наличия черной дыры в галактике М-87, находящейся на расстоянии примерно 50 млн. световых лет от Земли. Эти данные представля-ют собой изображение огромного светящегося газового диска, скорость враще-ния которого оценивается величиной порядка 2 млн. км. в час, в центре которо-го виден небольшой светящийся кружок. Согласно современным космологиче-ским представлениям, считается, что центром этого облака может быть только черная дыра, куда, судя по фотографии, как в воронку, с огромной скоростью увлекается вся эта газовая масса. Масса же самой предполагаемой черной ды-ры, по оценкам на основе анализа данной информации, составляет около 2 мил-лиардов солнечных масс. (См. также: Вселенная; Хокинг).
Чижевский Александр Леонидович (1897 – 1964) – выдающийся русский ученый-энциклопедист, основоположник современного космического естество-знания, гелиобиологии, один из представителей философии русского космизма. Родился в посаде Цехановец Гродненской губернии (ныне территория Польши) в семье генерал-майора Л.В. Чижевского. В детстве Александр получил основа-тельное домашнее образование, затем учился в гимназии (Варшава), и в част-ном реальном училище (Калуга). В 1914 году в Калуге Александр познакомился с К.Э. Циолковским, и эта встреча в значительной степени определила круг бу-дущих интересов Чижевского в науке. Обладая выдающейся одаренностью, А.Л. Чижевский смог получить воистину универсальное высшее образование. Переехав в Москву, он в течение ряда лет учился (иногда одновременно) в не-скольких институтах – в археологическом, где в 1917 году получил звание ма-гистра, защитив диссертацию по теме «Русская поэзия 18 века», в коммерче-ском институте, который окончил в 1918 году, а также на физико-математическом факультете Московского университета (1915-1919 гг.).
В 1918 году Чижевский защитил диссертацию на степень доктора всеоб-щей истории по теме «Исследование периодичности всемирно-исторического процесса», в которой сопоставил циклический характер важнейших историче-ских событий и циклы солнечной активности, обнаружив статистически досто-верное соответствие между ними. Пики солнечной активности в целом совпа-дали во времени с крупнейшими событиями человеческой истории (войны, ре-волюции, эпидемии и т.п.), которые были зафиксированы в хрониках. Результа-ты этих исследований вскоре стали известны в Европе и произвели научную сенсацию. В 1919 году А.Л. Чижевский продолжил своё образование, поступив на медицинский факультет Московского государственного университета, кото-рый окончил в 1922 году.
С 1917 по 1927 гг. Чижевский преподавал в Московском университете курс физических методов в археологии, одновременно с 1922 по 1924 гг. рабо-тал консультантом в Биофизическом институте, а с 1925 по 1931 годы состоял в должности старшего научного сотрудника в Лаборатории зоопсихологии Нар-компроса РСФСР. В эти годы Чижевский открыл эффект биологического дей-ствия униполярных ионов и построил прибор, генерирующий эти ионы – т.н. «Люстра Чижевского». Синхронистическая методология Чижевского, связы-вающая социально-политические события с влиянием космических сил, резко противоречила тому вульгарному и догматическому варианту толкований мар-ксизма, который к тому времени утвердился в Советской России, что стало причиной преследований его за инакомыслие. Начиная примерно с 1931 года и почти до конца пятидесятых, Чижевский с некоторыми перерывами подвергал-ся сначала травле и гонениям со стороны невежественных мракобесов сталин-ской закалки, что очень затрудняло его исследовательскую работу, а впоследст-вии и прямым репрессиям, в результате чего выдающийся ученый был надолго оторван от большой науки – в 1942 году он был арестован и только в 1958 году смог возвратиться в Москву. Здесь Чижевский возобновил свои исследования в области аэроионизации, создал лабораторию, однако здоровье великого учено-го к этому времени было уже основательно подорвано, - в 1962 году он тяжело заболел и через два года умер.
Не получив при жизни должного признания на родине, Чижевский тем не менее, был хорошо известен за границей. Уже в конце 30-х годов его работы по космической и солнечной биологии и исторической гелиохронологии получили широкое международное признание – в 1939 году он был выдвинут группой из-вестных европейских ученых в качестве одного из кандидатов на соискание Нобелевской премии, однако под давлением известных обстоятельств ему при-шлось отказаться от участия в конкурсе. В эти же годы в зарубежных научных кругах Чижевский приобрел репутацию «Леонардо да Винчи ХХ века». Его ос-новные труды, в которых излагаются результаты исследований влияния косми-ческих сил и солнечной радиации на земную биосферу и социально-исторические процессы, такие, как «Физические факторы исторического про-цесса», «Земля в объятиях Солнца», «Гелиотараксия», «Земное эхо солнечных бурь» и др., составили основу нового целостно-системного подхода в осмысле-нии связей Земли с Космосом, расширили представления о среде обитания че-ловечества, включив в это понятие околоземное пространство, Солнечную сис-тему и даже весь космос, посылающий на Землю потоки космических лучей, создающий электромагнитные и гравитационные поля и т.п.
«Колебания жизненных функций человека, животных и растений, - дела-ет выводы Чижевский, - стоят в тесной связи с возмущениями во внешнем кос-мотеллурическом пространстве, и вирулентность бактерий есть функция этих же возмущений». Огромный исторический материал, который Чижевский ста-тистически обобщил и сопоставил с циклической активностью Солнца, позво-лил сделать ему ещё более радикальные выводы о зависимости индивидуально-го и социального поведения людей от энергетического воздействия нашего све-тила (1922 год). «Состояние предрасположения к поведению человеческих масс, - утверждает Чижевский, - есть функция энергетической деятельности Солнца». И далее он формулирует закон возникновения возбужденных состоя-ний в нервной системе человека, которые могут при определенных социальных условиях приводить к резкому росту случаев экзальтированного поведения, - то что у Л.Н. Гумилева впоследствии получило название пассионарности: «Резкие подъёмы в солнцедеятельности стремятся превратить потенциальную нервную энергию (энергию нервно-психического накопления) в энергию нервно-психического разряда и движения (гиперкинез). В свете вышеизложенного, - заключает исследователь, - Солнце является космическим генератором нервно-психической энергии в её кинетической форме».
Будучи историком, Чижевский знал о трудах своих предшественников, которые на протяжении многих столетий в той или иной форме пытались свя-зать «дела небесные и дела земные». Подчеркивая свою преемственность в изу-чении влияния Солнца и космоса на земные события и отмечая необходимость поставить эти исследования на научную основу, он писал: «Мысль об особом солнечном влиянии на организм принадлежит не одному мне, а сотням и тыся-чам тех летописцев и хроникеров, которые записывали необычайные явления на Солнце, глад, моровые поветрия и другие массовые явления на Земле. Но я облек древнюю мысль в форму чисел, таблиц и графиков и показал возмож-ность прогнозирования».
Таким образом, в учении Чижевского развивается интегративная транс-дисциплинарная методология познания мира и человека посредством синтеза многих научных дисциплин – биологии, медицины, физиологии, геофизики, ас-трофизики, метеорологии и др. В его учении, подтвержденном современными методами исследований, доказывается неразрывная связь и зависимость земной жизни (как биологического существования живого вещества, так и социально-исторического развития человечества) от энергетических потоков различной природы, приходящих от Солнца и из дальнего космоса. Это учение тесно со-прикасается с современной антропной космологией, и в этом смысле А.Л. Чи-жевского можно отнести к предтечам эволюционной системно-синергетической парадигмы.
Шредингер Эрвин (1887 – 1961) – выдающийся австрийский физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Родился в Вене, учился в Венском университете (1906-1910 гг.), после окончания которого работал профессором в различных университетах Австрии, Германии, Англии и Ирландии. В послед-ние годы жизни (с 1957 г.) был профессором Венского университета. Широко известен работами во многих областях новой физики – статистической теории термодинамических систем, квантовой механики, теории относительности, не-линейной электродинамике. В 1925-1926 годах Шредингер, исходя из пред-ставлений Луи де Бройля об универсальности корпускулярно-волнового дуа-лизма в микромире и применив идею гамильтониана, разработал теорию дви-жения микрочастиц в виде т.н. волновой механики, в основе которой лежало его знаменитое уравнение Шредингера – квантовомеханический аналог уравне-ний динамики Ньютона, описывающих процессы макромира. В тот же период он доказал эквивалентность своей волновой механики и разработанной В. Гей-зенбергом квантовой механики в матричной форме. В 1933 году Шредингеру (совместно с П. Дираком) была присуждена Нобелевская премия за создание волнового варианта квантовой механики.
Сознавая фундаментальный характер квантовомеханических закономер-ностей в микромире, в частности, принципиально непредсказуемый в детерми-нистском смысле, чисто вероятностный характер поведения микрообъектов, обоснованный принципом неопределенности, Шредингер пытался обнаружить следы этой неопределенности в феноменах макромира и таким образом устано-вить связь между этими двумя уровнями реальности и философски обосновать неразрывность и единство всех структурных уровней организации природы. Эти размышления нашли выражение в знаменитом мысленном эксперименте, получившем название «Кошка Шредингера» (1935 год), цель которого состояла в логическом доказательстве принципиального существования таких модель-ных ситуаций, в которых квантовомеханическая неопределенность, внутренне присущая микромиру, транслируется на реальность макроуровня.
Модель «Кошка Шредингера» выглядит так. Представим, что в закрытой коробке, снабженной устройством, содержащим отравляющее вещество, сидит живая кошка. Это устройство реагирует на световой импульс, создаваемый от-дельным квантом света (единичным фотоном). Этот фотон падает на т.н. полу-отражающее зеркало, которое способно как отражать свет, так и пропускать его с вероятностью 1/2. Если фотон отразится, то ничего не произойдет, но если он пройдет сквозь зеркало, то запустит механизм, который убивает кошку, но пока коробка не открыта, невозможно узнать, жива кошка или уже мертва. Если бы речь шла о ситуации, в которой прохождение фотона сквозь зеркало носило бы вероятностный характер в классическом смысле, ничего парадоксального в этом рассуждении не было бы, но в квантовомеханическом случае, когда, со-гласно соотношению неопределенностей, исход опыта в микромире (прохож-дение фотона) нельзя предсказать принципиально, его результат, проецируе-мый на макромир (жизнь или смерть кошки) носит такой же квантовомеханиче-ский характер, и получается, что принцип неопределенности распространяется в некоторых случаях (пусть сугубо модельных) на реальность макромира!
Иными словами, если судьба фотона (микромир) описывается как резуль-тат суперпозиции двух его состояний, выражаемых «пси»-функциями Шредин-гера (прошел через зеркало – (1) или отразился – (2), то получается, что и судьба кошки (макромир) описывается также суперпозицией двух состояний (но уже макрообъекта – жива или мертва кошка), которая (суперпозиция), соот-ветствуя квантовой неопределенности микромира, проецирует эту неопреде-ленность на поведение объектов макромира. Т.е., другими словами, кошка в этих условиях находится между жизнью и смертью до тех пор, пока не будет подвергнута прямому наблюдению, а её существование в этом эксперименте также представляет собой суперпозицию (т.е. квантовомеханическую смесь (а11+а22) двух макроскопических «пси»-функций состояния (т.е. 1 – жизни и 2 – смерти) макрообъекта, полученных как бы посредством увеличения кван-товых микросостояний.
И точно так же, как вопрос, «что было на самом деле в квантовомехани-ческой системе до опыта над ней?», с точки зрения квантовой механики некор-ректен, поскольку ответить на него можно только после измерений, дающих необратимый результат (т.е. «самое дело» возникает только в процессе измере-ний и интерпретации результатов эксперимента наблюдателем, а до этого мож-но говорить лишь о виртуальных возможностях), также и здесь – вопрос о жиз-ни и смерти макроскопического существа в этом мысленном эксперименте тес-но связан с наличием наблюдателя, производящего измерения, – в его отсутст-вие этот вопрос лишается смысла и речь может идти только о квантовой неоп-ределенности и суперпозиции состояний. Реальный ответ рождается в акте на-блюдения и в некотором смысле является результатом коллапса волновой функции, описывающей «квантовомеханическое» состояние кошки как одного из элементов совокупной системы: «фотон – кошка – наблюдатель».
Эту же ситуацию «макроскопической неопределенности» можно повто-рить, рассматривая несколько иную систему: «атом – кошка – наблюдатель», в которой сигнал к «убийству» кошки подается при акте распада отдельно взято-го радиоактивного атома. Дело в том, что обладая вероятностной природой, процесс радиоактивного распада может характеризоваться периодом полурас-пада или вероятностью распада только в среднем, т.е. при наличии достаточно большого, статистически значимого, количества атомов. Отдельный акт распа-да – это типично квантовомеханическое явление, подчиняющееся соотношению неопределенностей, и это событие, следовательно, принципиально непредска-зуемо. Сам Шредингер по этому поводу говорил, что момент распада отдельно-го радиоактивного атома ещё менее предсказуем, чем момент смерти здорового воробья. Поэтому и в данном опыте жизнь или смерть кошки, т.е. судьба мак-роскопического объекта полностью обусловлена принципом неопределенности, свойственным микромиру, т.е. квантовые закономерности как бы транслируют-ся на макромир.
Отмечаемая многими физиками и философами трудность интерпретации этого парадокса квантовой механики связана с тем, что все попытки ввести эту ситуацию в контекст, выходящий за пределы квантовой механики, неизбежно связаны с использованием понятий, имеющих смысловое содержание, обуслов-ленное доминантами классической парадигмы. Именно поэтому неопределен-ное двойственное состояние кошки воспринимается как парадокс и требует той или иной интерпретации. Однако это не более, чем парадокс классического мышления, связанный с проявлением устойчивых стереотипов обыденного соз-нания. Если воспринимать квантовую механику как специфический язык, необ-ходимый для описания совершенно несопоставимой с макромиром квантовой и вероятностной реальности микромира, тогда проблема парадоксов полностью исчезает, поскольку в семантике языка квантовой механики таких парадоксов не существует.
Разъясняя специфический характер логики, свойственной языку кванто-вой механики, в связи с трудностями понимания феноменов микромира (в ча-стности, модели «Кошка Шредингера»), которые резко противоречат здравому смыслу и познавательным традициям классической парадигмы, выдающийся физик современности Стивен Хокинг пишет о том, что философам науки, не говоря уже о простых людях, очень трудно допустить в качестве реальной та-кую ситуацию, когда кошка как бы наполовину жива, а наполовину мертва. «Эта трудность, - указывает он, - возникает оттого, что они косвенно пользуют-ся классической концепцией реальности, где объект имеет определенную и единственную предысторию. Но весь фокус в том, что у квантовой механики другой взгляд на реальность. Согласно ему, объект имеет не единственную предысторию, но все возможные предыстории. В большинстве случаев вероят-ность какой-то одной предыстории отменяется вероятностью несколько иной предыстории, но в определенных случаях вероятности соседних предысторий усиливают друг друга. И одну из этих усиленных предысторий мы видим как предысторию объекта».
Это один из примеров т.н. квантовой логики, описывающей суперпози-цию неопределенных состояний квантовомеханического объекта, а также яркое свидетельство того, как сложно ввести категории фундаментальной некласси-ческой науки, доступные немногим профессионалам, в общекультурный кон-текст и какую кардинальную ломку стереотипов обыденного сознания это предполагает, - сознания, базирующегося на интуитивно понятной бинарной аристотелевской логике («да» или «нет»), истоки которой восходят к архетипу порядка и которая на протяжении столетий служила опорой здравому смыслу и повседневному опыту.
В 90-е годы ХХ века несколько групп ученых экспериментально вопло-тили ситуацию, соответствующую этому парадоксу, на примере эффекта сверх-проводимости, когда оказалось, что макроскопическая система может при оп-ределенных обстоятельствах находиться в таком состоянии, когда некоторая сугубо макроскопическая величина (например, величина магнитного потока) проявляет закономерности, свойственные типичному квантовомеханическому процессу микромира – туннельному эффекту. Эта величина (магнитный поток) в данных экспериментах не имеет определенного значения, т.е. её поведение не описывается законами классической электродинамики (как ожидалось для обычных процессов макромира), а носит квантовый характер, соответствующий поведению объектов микромира, и подчиняется квантовомеханическому прин-ципу неопределенности.
Отсюда следует, что в общем случае переход от реальности микромира на уровень макромира, т.е. фактор «увеличения» сам по себе, не избавляет резуль-тат макропроцесса от квантовомеханической неопределенности, лежащей в ос-нове составляющих его элементарных микропроцессов. Некоторые современ-ные исследователи считают, что для объяснения детерминизма процессов мак-роуровня и той динамической необратимости, которая приводит к определен-ности результатов событий, происходящих в макромире, требуются новые фи-зические принципы. Одним из таких принципов, по мнению одного из создате-лей синергетики бельгийского ученого Ильи Пригожина, видимо может стать принцип неограниченного возрастания энтропии при переходе от микроуровня (элементарных частиц, атомов, полей) к реальности макромира, представлен-ной предметами, содержащими колоссальное количество элементов микромира (т.н. эффект сборки) и процессами, энергия которых несоизмерима с характер-ной квантовомеханической величиной – фундаментальной постоянной Планка.
Большую известность получила написанная Шредингером в 1944 году книга «Что такое жизнь?», в которой с точки зрения физика рассматривались физические аспекты жизнедеятельности живой клетки и где он как теоретик постарался ответить на вопрос – «как физика и химия смогут объяснить те яв-ления в пространстве и времени, которые происходят внутри живого организ-ма?». Рассмотрев в этой работе возможность описания и интерпретации про-цессов, свойственных живым системам, с точки зрения статистической термо-динамики, Шредингер наметил принципы исследования, которые впоследствии стали основой системно-синергетических методов моделирования явлений са-моорганизации и саморазвития живого вещества.
На основе фундаментального понятия энтропии, он показал, что с пози-ции термодинамики открытых неравновесных систем жизнь можно рассматри-вать как антиэнтропийный процесс, в результате которого живая клетка создает локальный порядок из окружающего хаоса, используя с одной стороны частич-но упорядоченное вещество внешней среды, а с другой – создавая дополни-тельные необходимые ей структуры на основании информации, зафиксирован-ной в виде генетического кода, заложенного в наиболее упорядоченной струк-туре, созданной природой – в молекуле ДНК. В процессе этой деятельности живого вещества расходуется энергия и повышается общий беспорядок (воз-растает энтропия) внешней среды, вследствие чего деятельность живых орга-низмов не нарушает второе начало термодинамики, как это предполагалось не-которыми учеными в конце 19 – начале 20 века. Таким образом, согласно Шре-дингеру, жизнь не нарушает законов физики, но и не сводится только к ним од-ним.
Эволюция (лат. развертывание) - последовательный необратимый в больших масштабах времени антиэнтропийный процесс саморазвития какой-либо слож-ной открытой неравновесной системы, выступающий как среднестатистический результат макроскопического характера всех тех стохастических изменений со-стояния элементов этой системы, которые происходят на более низком уровне её организации. Эволюция системы проявляется как некоторая цепь элементар-ных процессов самоорганизации подсистем и последующих бифуркационных переходов к новым состояниям типа «хаос-порядок--хаос-порядок…».
Для антиэнтропийной эволюции открытой диссипативной системы любо-го типа, приводящей к повышению сложности и увеличению разнообразия её упорядоченных и взаимосвязанных структур, принципиальна роль внешних энергетических и информационных источников, в результате воздействия кото-рых складывается совокупная траектория развития этой системы (креод), тяго-теющая к наиболее вероятному в данных условиях аттрактору как финальному макроскопическому паттерну и обусловливающая её структурное своеобразие. Поскольку в сложной неравновесной стохастической системе неизбежны про-цессы вероятностного характера, ставящие её при достижении предбифуркаци-онного состояния как бы перед проблемой выбора, т.е. неопределенностью вы-хода на тот или иной аттрактор, то результирующая эволюционная траектория складывается из промежуточных состояний с нарушенной структурной, вре-менной и информационной симметрией, и не допускает описаний детермини-стического характера на языке динамических фазовых траекторий.
Такой характер эволюции, непосредственно связанный с нестабильно-стью и порождаемый ею, позволил И. Пригожину определить диссипативные системы как существенно «хаотические», необратимо создающие в своем само-развитии новые структуры и организующие новые потоки информации, что и определяет направление стрелы времени от прошлого к будущему. Таким обра-зом, в свете представлений, основанных на теории самоорганизации, категория времени получает со стороны синергетики подтверждение такого толкования, которое было выдвинуто еще в 1907 году в трактате «Творческая эволюция» выдающимся французским философом-экзистенциалистом Анри Бергсоном: «Время – это сотворение нового или вообще ничто», а сама эволюция во всех её проявлениях осознается как антиэнтропийный процесс творческой активности природы, непрерывно порождающей всё новые и новые структуры и разнооб-разные формы высокоупорядоченной материи.
Другой выдающийся французский мыслитель ХХ века Пьер Тейяр де Шарден, считавший принцип эволюции фундаментальным как для процесса всеобщего развития материи, так и в качестве универсальной методологической установки в познании природы и человека, в своем знаменитом трактате «Фе-номен человека» писал: «Что такое эволюция – теория, система, гипотеза?… Нет, нечто гораздо большее, чем всё это: она – основное условие, которому должны отныне подчиняться и удовлетворять все теории, гипотезы, системы, если они хотят быть разумными и истинными. Свет, озаряющий все факты, кривая, в которой должны сомкнуться все линии, - вот что такое эволюция. <…> Эволюция не просто включает мысль в качестве аномалии или эпифено-мена, а легко отождествляется с развитием, порождающим мысль, и сводится к нему, так что движение нашей души выражает сам прогресс эволюции и слу-жит его мерилом. Человек, по удачному выражению Джулиана Хаксли, откры-вает, что он сам не что иное, как эволюция, осознавшая самоё себя».
В процессе биологической эволюции обычно выделяют четыре основных стадии самоорганизации материи от неживых вполне элементарных молекуляр-ных форм до появления многочисленных видов живых организмов: 1) образо-вание первичного бульона, 2) образование белково-нуклеотидных комплексов, способных к авторепродукции, 3) образование единого кода в результате отбора, т.е. возникновение биологической информации, 4) образование различных ви-дов организмов на основе единого генетического кода. Некоторые детали этого процесса получили экспериментальное подтверждение, однако большинство стадий, в результате которых возможно возникновение структур, соответст-вующих понятию информационного кода, задающего дальнейший процесс син-теза сложных асимметричных структур, способных к самоусложнению и нако-плению предыдущей информации, рассматриваются пока только как вероятные гипотезы, не нарушающие известные фундаментальные законы природы.
Экология (от греч. ойкос, латинизированное экос – дом, жилище, обиталище) -- наука об отношениях, взаимодействиях и системных связях живых организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой обитания. Объектом экологии могут быть популяции особей, виды организмов, отдельные экосистемы и биосфера как целое. Термин экология предложил еще в 1866 году известный немецкий естествоиспытатель Эрнст Геккель для обозначения общей науки об отношениях живых организмов с окружающей средой. Но как целост-ная, системная наука, имеющая свои объекты, методы исследования, концепту-альный аппарат, экология сложилась к 40-м годам 20-го века. В рамках совре-менной экологии существует несколько основных направлений, имеющих свои фундаментальные основания и исследовательские приоритеты. Есть направле-ние, рассматривающее экологию как биологию экосистем, существует подход, делающий упор на изучение структурных особенностей экосистем, - т.н. био-геоценология, где центральным понятием является биогеоценоз, т.е. конкретная совокупность взаимосвязанных организмов и абиотических компонентов, со-существующих на определенной территории.
Развивается и функциональный подход, главным предметом исследований которого являются процессы трансформации вещества и энергии в экосистемах. Не менее важным считается направление, рассматривающее экологию как науку о процессах и взаимодействиях, определяющих распространение и обилие жи-вых организмов, - т.е. популяционная экология. Таким образом, экология пред-ставляет собой систему знаний, получаемых при помощи различных подходов и методов естествознания. Она описывает сложные и многообразные экологиче-ские явления с разных сторон и, как истинно системная наука, создает целост-ную картину живой природы на основе общенаучного принципа дополнитель-ности.
Эйнштейн Альберт (1879 – 1955) – выдающийся физик-теоретик, создатель теории относительности и квантовой теории света, один из величайших пред-ставителей мировой науки, заложивший основы неклассической физики ХХ ве-ка. Альберт Эйнштейн родился в г. Ульме (Германия), в 1893 году семья Эйн-штейнов переехала в Швейцарию, где в 1900 году Альберт окончил Цюрихский политехникум. С 1902 по 1908 гг. Эйнштейну пришлось работать служащим в патентном бюро в Берне, но в 1909 году он становится профессором Цюрихско-го политехникума, где работает до 1911 года. В течение 1914-1933 гг. Эйн-штейн состоит профессором Берлинского университета и одновременно зани-мает должность директора Института физики им. Кайзера Вильгельма, но после прихода к власти фашистов вынужден эмигрировать в США, где с 1933 года и до конца своей жизни он проработал в Принстоне в институте перспективных исследований.
В 1905 году Эйнштейн, тогда еще сотрудник бернского патентного бюро, опубликовал статью «К электродинамике движущихся тел», в которой изложил основы специальной теории относительности (СТО), описывающей законы движения объектов с релятивистскими скоростями. Эта теория базируется на двух постулатах, один из которых является обобщением механического прин-ципа относительности Галилея и состоит в том, что в любых инерциальных системах отсчета все без исключения физические процессы протекают одина-ково, а другой постулат обобщает опыты Майкельсона-Морли, установившие независимость скорости света в вакууме от направления движения источника. Этот постулат утверждает абсолютный характер скорости света как предельной величины при движении материальных объектов и отвергает представления Ньютона об абсолютном характере пространства и времени и независимости их от материи. Это не значит, что СТО полностью отвергает ньютоновскую мо-дель, - просто она ограничивает область применимости классической теории движения дорелятивистскими скоростями, т.е. фальсифицирует классическую механику, подтверждая тем самым, согласно К. Попперу, её научный характер.
В том же 1905 году Эйнштейн получил свое знаменитое соотношение между массой и энергией, которое лежит в основе расчетов энергетического баланса ядерных и термоядерных реакций, объясняет природу т.н. дефекта мас-сы, служит мерой взаимодействия частиц и античастиц. Используя квантовую гипотезу Планка, в этом же году Эйнштейн развил корпускулярную теорию света, объяснил фотоэффект, явление фотоионизации и ввел понятие кванта электромагнитного излучения – фотона, а также фундаментальную для процес-сов микромира категорию корпускулярно-волнового дуализма (Нобелевская премия за 1922 год). Развивая далее квантовые представления, Эйнштейн раз-работал теорию теплоемкости твердого тела (1907 год) и теорию фотохимиче-ских процессов (1912 год), установив очень важный (в частности, для теории фотосинтеза) закон – каждый поглощенный фотон вызывает одну элементар-ную фотохимическую реакцию. В области статистической физики Эйнштейн известен своей теорией броуновского движения, разработка которой также пришлась на 1905 год. В 1917 году он теоретически обосновал и предсказал яв-ление индуцированного излучения, лежащее в основе работы квантовых гене-раторов, однако этот результат, полученный за 40 лет до открытия лазера и ма-зера, не был в то время адекватно понят и по достоинству оценен.
В 1916 году Эйнштейн создал релятивистскую теорию гравитации – по-лучившую название общей теории относительности (ОТО), в которой он обоб-щил СТО на неинерциальные системы. В основе этого подхода к проблеме тя-готения лежит принцип эквивалентности гравитационной и инертной масс фи-зических тел и принцип относительности, а феномен сил тяготения трактуется как «искривление пространства», возникающее в результате влияния масс ве-щества. Уравнения ОТО описывают изменение геометрических свойств про-странства-времени (пространственно-временную метрику) в зависимости от взаимного расположения тяготеющих масс, что не только эквивалентно ньюто-новской интерпретации, в которой массивные тела создают ту или иную кон-фигурацию силовых полей тяготения, описываемых законом всемирного тяго-тения, но и выявляют более тонкие эффекты, не учитываемые в ньютоновской модели. Таковыми являются: а) искривление светового луча в поле тяготения, б) смещение перигелия орбиты планеты Меркурий под воздействием гравита-ции Солнца и в) т.н. гравитационное красное смещение. Все три эффекта в на-стоящее время проверены экспериментально и количественно с достаточной точностью соответствуют предсказаниям ОТО.
Из уравнений ОТО, отображающих фундаментальные свойства Вселен-ной, вытекают три решения – стационарное, которое получил сам Эйнштейн и которое не находило должного обоснования, и два нестационарных, которые в 1922 году нашел русский ученый А.А. Фридман (1888 – 1925), доказавший тем самым возможность нестационарного характера Вселенной. Именно эти два решения лежат в основе теории эволюции Вселенной (модель Большого взры-ва), и одно из них, описывающее расширение космического пространства (раз-бегание галактик), получило экспериментальное подтверждение и оформлено в т.н. законе Хаббла. Общая теория относительности обусловила бурное развитие космологии как самостоятельной научной дисциплины и, несмотря на целый ряд появившихся к концу ХХ века альтернативных теорий гравитации, подвер-гающих её критике, по-прежнему лежит в основе современной космологиче-ской парадигмы.
Начиная с 1933 года и до конца жизни, Эйнштейн в основном занимается вопросами космологии, ставит ряд важных философских и эпистемологических проблем в области квантовой теории процессов микромира (дискуссия с пред-ставителями Копенгагенской школы Н. Бора) и пытается создать единую тео-рию поля, однако все его попытки объединить в одной модели фундаменталь-ные взаимодействия к успеху не привели.
После Ньютона, который заложил основы современного естествознания и начал классический этап развития науки, впоследствии названный его именем, Эйнштейн выступает равновеликой фигурой, завершившей своей специальной теорией относительности и квантовой теорией света эру дорелятивистской классической науки и открывшей, наряду с другими основателями квантовой механики, новый неклассический период развития естествознания. В честь Альберта Эйнштейна назван 99-й искусственный трансурановый химический элемент – «эйнштейний».
В вопросах методологии познания Эйнштейн занимал двойственную по-зицию. С одной стороны он, подобно философам - Канту, Джеймсу, Маху и др., а также физикам и математикам - Пуанкаре, Планку, Больцману, Вигнеру и др., считал, что между реальностью природных явлений и понятиями научных тео-рий соответствие весьма условно, и они необходимы для упорядочения резуль-татов эмпирической деятельности, - «физические понятия – суть свободные творения человеческого разума, а не определены однозначно внешним миром, как это иногда может показаться». Сравнивая естествоиспытателя, рисующего картину мира, с человеком, желающим понять принцип устройства закрытых часов, Эйнштейн в книге «Эволюция физики», написанной в соавторстве с из-вестным польским физиком Леопольдом Инфельдом (1898 - 1968), указывал на то, что ученый «никогда не может быть уверен в том, что его картина единст-венная, которая могла бы объяснить его наблюдения. Он никогда не будет в со-стоянии сравнить свою картину с реальным механизмом и даже не сможет представить себе возможность и смысл такого сравнения». С другой стороны, Эйнштейн всё же верил в огромные возможности научного познания мира, и особенно, в мощь методов математического моделирования.
В книге «Мир, каким я вижу его» он утверждал, что: «Весь предшест-вующий опыт убеждает нас в том, что природа представляет собой реализацию простейших математически мыслимых элементов. Я убежден, что посредством чисто математических конструкций мы можем найти те понятия и закономер-ные связи между ними, которые дадут нам ключ к пониманию явлений приро-ды. Конечно, опыт остается единственным критерием пригодности математиче-ских конструкций физики, но настоящее творческое начало присуще именно математике». Создатель теории относительности верил в то, что наука со вре-менем сможет перейти от вопросов "как?" к вопросам "почему?". «Мы хотим, - писал он, - не только знать, как устроена природа (и как происходят природные явления), но и, по возможности, достичь цели, может быть утопической и дерз-кой на вид, – узнать, почему природа является именно такой, а не другой».
Электромагнитное взаимодействие – одно из четырех фундаментальных взаимодействий, характеризуемое участием электромагнитного поля, перенос-чиком взаимодействия в котором является его квант – фотон. В процессе взаи-модействия частиц и поля фотон либо излучается, либо поглощается, обеспечи-вая притяжение разноименных электрических зарядов и отталкивание одно-именных. Сила взаимодействия двух электрически заряженных тел выражается законом Кулона (1785 год), полностью аналогичным закону гравитационного взаимодействия, с той лишь разницей, что гравитация проявляется только как притяжение. Исключительную важность для объяснения устойчивости мира как в атомном, так и в космическом масштабах представляет тот факт, что ин-тенсивность электромагнитного взаимодействия примерно в 1040 раз превышает гравитационное.
Согласно классической электродинамике, магнитные силы возникают только в результате движения электрических зарядов, и хотя из некоторых со-временных теорий следует возможность наличия в природе, наподобие элек-трических, также и свободных магнитных зарядов (т.н. магнитный монополь, предсказанный П. Дираком в 1931 году), экспериментально они пока не обна-ружены. Электромагнитное взаимодействие обеспечивает устойчивость всех атомных и молекулярных структур, к ним также сводится большинство сил, на-блюдаемых в макромире, таких, как силы трения, упругости, поверхностного натяжения и т.д. Свойства различных агрегатных состояний вещества, химиче-ские превращения, оптические явления, рентгеновское излучение, потоки теп-ла, света и радиоволн – всё это результат проявления электромагнитных сил. Таким образом, электромагнитное взаимодействие обусловливает большой класс физических и химических и биологических явлений в окружающем мире.
Процессы, в которых участвуют относительно слабые и медленно ме-няющиеся электромагнитные поля, описываются законами классической элек-тродинамики, сводящейся к четырем фундаментальным уравнениям, введен-ным в науку в 1865 году выдающимся английским физиком Дж.К. Максвеллом. Он математически выразил и обобщил результаты всех экспериментов по элек-тричеству и магнетизму, проведенных к тому времени такими выдающимися физиками, как Фарадей, Ампер, Кулон и др. Это был революционный шаг, от-крывший пути новым представлениям о природе взаимодействий на основании понятия поля, пронизанного силовыми линиями, и ознаменовавший начало кризиса ньютоновской механической парадигмы.
Из уравнений Максвелла, в частности, следовало, что физически возмо-жен процесс распространения в пространстве электромагнитных волн в виде колебания электрического и магнитного полей со скоростью, равной скорости света, что навело Максвелла на мысль о электромагнитной природе света. Из-вестный немецкий физик Генрих Герц, который привел уравнения Максвелла к современному симметричному виду (1890 г.), а также экспериментально дока-зал существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света (1888 г.), писал: «Нельзя изучать эту удивительную теорию, не испытывая по временам такого чувства, будто математические формулы живут собствен-ной жизнью и обладают собственным разумом, - кажется, что эти формулы ум-нее нас, умнее даже самого автора, как будто они дают нам больше, чем в своё время было в них заложено». Можно определенно утверждать, что система уравнений Максвелла – один из ярчайших примеров огромных смыслопорож-дающих возможностей математического текста.
Электродинамику Максвелла-Герца, связавшую воедино электрические и магнитные силы, принято считать первым этапом на пути создания универ-сальной теории объединения всех фундаментальных сил природы – единой теории поля. Изучение электромагнитных явлений на уровне микромира при-вело к появлению квантовой электродинамики (Р. Фейнман, Ю. Швингер, С. Томонага, - 1948-1949 гг.) – одной из самых точных квантовых теорий, которая на языке т.н. фейнмановских диаграмм описывает процессы взаимодействия фотонов с электронами, аннигиляцию и рождение электрон-позитронных пар, сдвиг энергетических уровней в электронных оболочках атома и многие другие явления микромира.
Электрон – стабильная элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом, равным условной единице или в системе СИ: 1,6*10-19 Кулона, с мас-сой 1 э.м., или в системе СИ: 9,11*10-31 кг, имеющая спин ½. (фермион) и отно-сящаяся к классу лептонов. Его античастица позитрон обладает теми же свой-ствами, за исключением положительного заряда. Электрон – один из основных структурных элементов вещества, - конфигурация электронных оболочек ато-мов определяет оптические, электрические, магнитные и химические и биохи-мические свойства атомов и молекул. По образному выражению выдающегося английского логика и философа Бертрана Рассела, в конфигурациях электрон-ных оболочек заложен алгоритм развития всей природы. Такие свойства физи-ческих тел, как электропроводность, полупроводимость, сверхпроводимость, теплопроводность и т.д. связаны со свойствами электронов и их поведением в веществах различной природы.
Электрон как некоторый «атом электричества» был предсказан еще в 80-х годах 19 века Г. Гельмгольцем и Дж. Стоуни (последний ввел термин «элек-трон» и рассчитал величину его заряда, - 1874 г.) на основе закономерностей протекания процесса электролиза, но как частица экспериментально был от-крыт в 1897 году английским физиком Дж. Дж. Томсоном. На примере элек-трона отчетливо проявляются эффекты корпускулярно-волнового дуализма, что позволило создать электронный микроскоп – мощнейший инструмент, незаме-нимый в исследовании внутриклеточных структур, поверхностей сплавов, кри-сталлов и т.п. мельчайших объектов. Будучи ускоренным до субсветовых ско-ростей, электрон стал «зондом» для непосредственного исследования сложной внутренней структуры протонов и нейтронов, что привело к эксперименталь-ному доказательству существования «самых элементарных» частиц - кварков.
«Ядерная зима» - разработанный методами компьютерного математического моделирования сценарий экологической катастрофы, которая может произойти в результате крупномасштабной атомной войны, когда из-за многочисленных пожаров и задымления атмосферы может установиться т.н. «ядерная ночь», по-скольку солнечные лучи не смогут проникнуть к поверхности земли и доста-вить необходимое количество света и тепла. Как следствие этого произойдет глобальное похолодание – «ядерная зима», причем, согласно расчетам, такое, что положительные значения температуры сохранятся только на некоторых островах Тихого океана. Согласно данной модели, также следует, что бифурка-ция такого рода необратимо выводит земную биосферу на другие траектории эволюции, и возврат в исходное состояние невозможен даже через длительное время.
Гипотеза «ядерной зимы» впервые была высказана в 1983 году американ-ским астрономом К. Саганом, и вскоре после этого возможность такого исхода получила подтверждение в модельных экспериментах методами компьютерной имитации, проведенных различными группами экологов и математиков, в част-ности, группой известного отечественного математика Н.Н. Моисеева. На осно-вании анализа устойчивости биосферы как самоорганизующейся системы, реа-гирующей на действие техногенных факторов, он выдвинул т.н. принцип эко-логического императива т.е. утверждения, что существует некоторое опреде-ленное множество свойств и параметров биосферы Земли (системных парамет-ров порядка), значительное изменение которых в результате человеческой дея-тельности совершенно недопустимо, поскольку несовместимо с биологическими особенностями человека как вида. Биосферу планеты никаким искусственным вмешательством полностью уничтожить нельзя, но можно при неблагоприятном исходе изменить её так, что в сложившемся новом варианте (стационарном состоянии) не останется экологической ниши для современного человека.
Ядерный реактор – устройство, в котором осуществляется управляемая цеп-ная реакция деления ядер тяжелых элементов. При делении ядер образуются новые ядра, более легкие, преимущественно радиоактивные, испускаются ней-троны, гамма-фотоны и бета-частицы, а также выделяется большое количество энергии в виде кинетической энергии осколков деления. Природными делящи-мися элементами являются уран и торий (изотопы уран-235, уран-238 и торий-232), из которых в процессе ядерных реакций образуются искусственные ра-диоактивные изотопы, такие как уран-233 и плутоний-239; 240; 241, которые используются также и в военных целях (т.н. оружейный плутоний).
Всё делящееся вещество помещается в т.н. активной зоне в разнообраз-ном виде и конфигурации, в зависимости от типа реактора, где происходит вы-деление тепловой энергии ядерной реакции. Скорость протекания реакции мо-жет регулироваться. Первичное тепло переносится теплоносителем первичного замкнутого контура в парогенератор, в котором рабочее тело вторичного кон-тура (вода) получает необходимую тепловую энергию для производства пара под высоким давлением, приводящего в движение турбины электрогенерато-ров. Такая двухступенчатая система необходима для предотвращения попада-ния высокорадиоактивных продуктов реакции (осколков деления) во внешнюю среду.
Ядерный реактор – это колоссальное сооружение; например, в активной зоне реактора одного энергетического блока Чернобыльской АЭС использова-лось в виде тепловыделяющих элементов (твэлов) 198 тонн уранового топлива (уран-238), обогащенного на 2,5% изотопом уран-235. Крупные аварии ядерных реакторов представляют серьезную экологическую опасность, поскольку в про-цессе выгорания ядерного топлива в активной зоне накапливается огромное ко-личество (около двухсот) радиоактивных осколков деления (изотопов различ-ных химических элементов), среди которых долгоживущие стронций-90 (пери-од полураспада 28 лет) и цезий-137 (период полураспада 32 года) легко вклю-чаются в биологический цикл, будучи химическими аналогами жизненно важ-ных элементов – стронций аналог кальция (двухвалентные) и цезий аналог ка-лия и натрия (одновалентные).
Особенно опасен стронций-90, т.к. надолго поглощается костной тканью и, кроме того, дает в процессе бета-распада радиоактивный дочерний продукт – иттрий-90, тем самым создавая большую длительную дозу внутреннего облуче-ния. Не менее значительные экологические проблемы возникают и в процессе утилизации и захоронения отработанного ядерного топлива, что делает атом-ную энергетику мишенью для критики экологических организаций. Тем не ме-нее, в перспективе возможного энергетического голода, который будет возрас-тать по мере истощения запасов ископаемого органического топлива, техниче-ски реальной, полностью экологически приемлемой и экономически рента-бельной альтернативы атомной энергетике пока нет.
Первый ядерный реактор был запущен в декабре 1942 года в США под руководством выдающегося итальянского физика Э. Ферми. С тех пор во всем мире действуют сотни исследовательских и энергетических реакторов, а доля АЭС в суммарном производстве электроэнергии в некоторых развитых странах Запада достигает от 20 до 70%. Несмотря на негативное изменение обществен-ного мнения по отношению к атомной энергетике, произошедшее под влиянием чернобыльской аварии, в ряде развивающихся стран приняты программы, пре-дусматривающие строительство новых крупных АЭС.
Предметно-именной указатель.
Аксиомы биологии
Альтернативные космологические теории
Анаэробные организмы
Аннигиляция
Античастицы
Античная натурфилософия
Аристотель
Астероиды
Атом
Атомная масса
Аттрактор
Беккерель А.А.
Белые карлики
Бифуркация
Бор Нильс
Бэкон Френсис
Вернадский В.И.
Вероятность
Внутреннее строение Земли
Водород
Вселенная
Галактика
Галилей Галилео
Гейзенберг В.К.
Генетика
Геохронологическая шкала
Горные породы
Гравитация
Дарвин Ч.Р.
Дарвинизм
Датирование радиоуглеродное
«Две культуры»
Декарт Рене
Деление атомного ядра
Динамические и стохастические системы
Доза облучения
Законы Кеплера
Законы Ньютона
Законы сохранения
Землетрясения
Ионизирующее излучение (радиация)
Информация
Квантовая механика
Кварки
Кибернетика
Клетка
Клонирование
Коперник Николай
Корпускулярно-волновой дуализм
Космические лучи
Космические скорости
Кузанский Николай
Лазеры и мазеры
Ламаркизм
Лаплас П.С.
Литосфера
Лобачевский Н.И.
Ломоносов М.В.
Менделеев Д.И.
Наблюдение
Налимов В.В.
Наука
Нейтрино
Нейтрон
Неевклидова геометрия
Неопределенности принцип
Ноосфера
Ньютон Исаак
Парадигма
Паранаука
Паули Вольфганг
Плазма
Планеты
Планк Макс
Позитрон
Поле
Популяция
Пригожин И.Р.
Радиоактивность; радиоактивный распад
Резерфорд Эрнест
Симметрия
Синергетика
Система
Систематика
Спин
Солнечная система
Тейяр де Шарден М.-Ж. П.
Теорема Нётер
Теория относительности
Термодинамика
Трофические цепи
Универсальный эволюционизм
Уравнение Шредингера
Ускорители заряженных частиц
Фотосинтез
Фридман А.А.
Хокинг Стивен
Циолковский К.Э.
Черные дыры
Чижевский А.Л.
Шредингер Эрвин
Эйнштейн Альберт
Эволюция
Экология
Экосистема
Электромагнитное взаимодействие
Электрон
Элементарные частицы
Энтропия
Ядерная зима
Ядерный реактор
Ядро атомное
 |
 |
![Написать нам письмо [referatz@mail.ru]](/bitrix/templates/bazareferatov/images/icon_mai.gif){kind=icon} |
