Ольга Николаевна Стрельник

Ольга Николаевна Стрельник

Концепции современного естествознания:

 конспект лекций

 

Аннотация

 

Непосредственной сдаче экзамена или зачета по любой учебной дисциплине всегда предшествует достаточно краткий период, когда студент должен сосредоточиться, систематизировать свои знания. Выражаясь компьютерным языком, он должен «вывести информацию из долговременной памяти в оперативную», сделать ее готовой к немедленному и эффективному использованию. Специфика периода подготовки к экзамену или зачету заключается в том, что студент уже ничего не изучает (для этого просто нет времени): он лишь вспоминает и систематизирует изученное.

Предлагаемое пособие поможет студентам в решении именно этой задачи применительно к курсу «Концепции современного естествознания».

Содержание и структура пособия соответствуют требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.

Издание предназначено студентам высших учебных заведений.

 

 

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ Место науки в системе духовной культуры

Тема 1. ОСОБЕННОСТИ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ

1.1. Понятие науки. Познание и наука

1.2. Проблема критериев научности

1.3. Структура научного знания

1.4. Развитие науки. Понятие научной революции

1.5. Методы и формы научного познания

1.6. Естественно-научная и гуманитарная культура

1.7. Наука и техника

1.8. Особенности современной естественно-научной картины мира

Тема 2. ОСНОВНЫЕ ИДЕИ КЛАССИЧЕСКОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

2.1. Возникновение классического естествознания

2.2. Астрономия в XVI–XIX вв

2.3. Физика в XVI–XIX вв

2.4. Химия в XVII–XIX вв

2.5. Биология в XVI–XIX вв

Тема 3. СОВРЕМЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МИРЕ

3.1. Общие принципы неклассической физики

3.2. Современные представления о материи, пространстве и времени. Общая и специальная теории относительности

3.3. Основные идеи и принципы квантовой физики

3.4. Современные представления об элементарных частицах. Структура микромира

3.5. Фундаментальные физические взаимодействия

Тема 4. СОВРЕМЕННЫЕ ВЗГЛЯДЫ НА ПРОИСХОЖДЕНИЕ И УСТРОЙСТВО ВСЕЛЕННОЙ

4.1. Общие принципы современной астрономии

4.2. Основные космологические гипотезы. Происхождение Вселенной

4.3. Устройство Вселенной

4.4. Происхождение и устройство Солнечной системы

4.5. Будущее Вселенной

Тема 5. СОВРЕМЕННЫЕ ВЗГЛЯДЫ НА ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЮ ЖИЗНИ

5.1. Общие принципы современной биологии

5.2. Современные представления о происхождении жизни

5.3. Основные этапы эволюции органического мира

5.4. Сущность и основные признаки живых систем

5.5. Уровни организации живой природы

5.6. Генетика и молекулярная биология

5.7. Синтетическая теория эволюции

5.8. Экология и учение о биосфере

Тема 6. ОБРАЗ ЧЕЛОВЕКА В СОВРЕМЕННОЙ НАУКЕ

6.1. Человек как предмет естествознания

6.2. Возникновение научной антропологии

6.3. Основные этапы антропогенеза

6.4. Возникновение сознания. Структура сознания

6.5. Сознательное и бессознательное

6.6. Сознание и язык

6.7. Сознание и мозг

6.8. Социальное и биологическое в человеке. Индивид, личность, индивидуальность

Тема 7. СОВРЕМЕННЫЕ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

7.1. Кибернетика

7.2. Синергетика

7.3. Концепция глобального эволюционизма в науке и философии

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Будущее науки: проблемы и перспективы

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ НЕКОТОРЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ ВЕЛИЧИНАМИ

ПЕРСОНАЛИИ

ЛИТЕРАТУРА

 

ВВЕДЕНИЕ

Тема 1. ОСОБЕННОСТИ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ

 

Структура научного знания

 

Научное знание представляет собой целостную систему, имеющую несколько уровней, различающихся по целому ряду параметров. В структуре научного знания выделяют эмпирический, теоретический и метатеоретичес-кий уровни.  Уровни научного знания выделяются в зависимости от:

• гносеологической направленности исследования, т. е. предмета;

• характера и типа получаемого знания; ^ метода и способа познания;

• соотношения сенситивного и рационального моментов в познании.

Так, на эмпирическом уровне познание ориентировано на описание явлений, на теоретическом – главной задачей становится раскрытие причин и сущностных связей между явлениями, т. е. объяснение. Основными формами знания на эмпирическом уровне являются научный факт и совокупность эмпирических обобщений, выражаемых в научных высказываниях. Па теоретическом уровне знание выражается в виде законов, принципов и теорий. Основными методами эмпирического уровня исследования выступают наблюдение и эксперимент, теоретического – анализ, синтез, дедукция, индукция, аналогия, сравнение, моделирование, идеализация и т. п. (1.5). В эмпирическом познании основную роль играет сенситивная познавательная способность, в теоретическом – рациональная.

При всех различиях между эмпирическим и теоретическим уровнями науки нет непреодолимой границы: с одной стороны, теоретическое во многом опирается на сведения, полученные в ходе экспериментов, а с другой – эмпирическое познание всегда теоретически нагружено. Как считает К. Поппер, «даже наш опыт, получаемый из экспериментов и наблюдений, не состоит из „данных“. Скорее он состоит из сплетения догадок-предположений, ожиданий, гипотез и т. п., с которыми связаны принятые нами традиционные научные и ненаучные знания и предрассудки. Такого явления, как чистый опыт, полученный в результате эксперимента и наблюдения, просто не существует. Пет опыта, не содержащего соответствующих ожиданий и теорий». Одну и ту же совокупность эмпирических данных можно обобщить, исходя из разных теоретических предпосылок, что и происходит в реальном научном исследовании. Как говорил А. Эйнштейн, ответ природы на задаваемый ей вопрос будет выражен на том же теоретическом языке, на котором был задан вопрос. Эмпирическое исследование всегда концептуально предопределено задачей, которая стоит перед ученым, и принятой им теорией.

В поисках критерия научности представители философии науки пришли к выводу, что помимо эмпирического и теоретического в научном знании следует выделять и ме-татеоретический уровень, или парадигмальное знание. Теоретический уровень организации научного знания является более низким по сравнению с метатеоретическим. Научные теории создаются в рамках определенной парадигмы, зависят от стандартов и норм, которые она задает. Именно поэтому научные теории, сформулированные в разных парадигмах, или базирующиеся на разных метатеоретических основаниях, не могут быть сопоставлены друг с другом (2.1). Позднее Т. Кун, предложивший понятие парадигмы, заменил его понятием дисциплинарной матрицы.  Дисциплинарные матрицы принуждают ученого к определенному образу мышления и поведения и определяют тот тип научности, который доминирует в данную конкретную эпоху. в состав дисциплинарной матрицы входят:

• общепринятые символические обобщения;

• философские представления;

• ценности;

• образцы или признанные примеры.

Близкое по смыслу понятие предлагает И. Лакатос. Основной структурной единицей науки он считает научно-исследовательскую программу.  В состав научно-исследовательской программы входят:

• жесткое ядро – совокупность норм и принципов, определяющих стиль научного мышления, конвенционально принятое знание, которое рассматривается как неопровержимое;

• защитный пояс, состоящий из позитивной и негативной эвристики. Позитивная эвристика – это рекомендации предпочтительных путей исследования, негативная – совокупность рекомендаций относительно того, чего следует избегать в научных исследованиях.

Защитный пояс предохраняет жесткое ядро научно-исследовательской программы от изменений, в свою очередь трансформируясь с помощью процедур фальсификации и верификации. Положения и принципы, составляющие содержание жесткого ядра, со временем опровергаются, однако это происходит значительно медленнее, чем опровержение научных теорий, и одних процедур верификации и фальсификации для этого недостаточно.

Парадигмальное знание Т. Куна и научно-исследовательская программа И. Лакатоса не выполняют объяснительной функции, а выступают предпосылками теоретических объяснений, задавая стандарты и нормы такого объяснения. Метатеоретический уровень научного знания выполняет, таким образом, нормативную функцию, предопределяя теоретические выводы и через них влияя на эмпирические исследования. Знание на метатеоретическом уровне выражается в виде норм и принципов, утверждающих нечто о самой научной теории.

В. Степин предлагает выделять следующие элементы в структуре метатеоретического уровня:

• стиль мышления – идеалы и нормы научного исследования (по смыслу близко к понятию парадигмы Т. Куна);

• картина мира – общие представления о мире, выступающие как программа эмпирического и теоретического исследования;

• философские основания – идеи и принципы, обосновывающие идеалы и нормы научности, обеспечивающие согласованность научных результатов с мировоззренческими представлениями эпохи.

Выделение метатеоретического уровня научного знания представляется необходимым для понимания особенностей функционирования науки. Это именно тот уровень знания, на котором наука встречается с философией. Философские положения и принципы, таким образом, играют определяющую роль в формировании исторически изменчивых стандартов и критериев научности и рациональности.

 

 

Наука и техника

 

В середине XX в. произошла научно-техническая революция, изменившая облик современной культуры и сравнимая по масштабу с научными революциями XVII и начала XX в. Она стала результатом тесной связи и взаимодействия науки и техники. Слово «техника» происходит от греческого «techne» – искусство, мастерство. Техника, с одной стороны, понимается как способ и умение достигать чего-либо, с другой – как совокупность средств человеческой деятельности, использующихся для преднамеренного изменения действительности в соответствии с потребностями и желаниями человека.

Различают три этапа развития техники: господство орудий труда, господство машин, господство автоматов. На первом этапе, который длится с доисторических времен до XIX в., техника представлена орудиями труда. Основной производительной силой является человек, а орудия труда выступают в качестве дополнительных усилителей его природных физических способностей. На этом этапе техника находится в примитивном, неразвитом состоянии и поэтому как культурный феномен практически не замечается.

Второй этап развития техники связан с появлением машинного производства в XIX в. В этот период начинается процесс сближения науки и техники, а также стремительное развитие последней. Теперь основной силой производства выступает машина, а человек превращается в ее придаток. Именно в этот период формируется техническая или технотронная цивилизация, техника становится важнейшим элементом культуры, а в философии формулируется проблема осмысления этого явления.

Примерно со второй половины XX в. начинается третий этап развития техники, связанный с применением автоматов. Человек постепенно выводится за пределы процесса производства и выступает в качестве организатора и руководителя этого процесса. Машина теперь – не просто орудие, средство, человек в определенном смысле вступает с ней в коммуникацию. Так, например, компьютер можно рассматривать как примитивный аналог мыслительной деятельности человека. Безусловно, компьютер – средство, с помощью которого человек решает множество задач. Но, взаимодействуя с компьютером, человек испытывает влияние виртуальной среды, появляющейся вместе с компьютерной техникой. Как и всякое общение, коммуникация человека и машины строится по определенным правилам. Человек, с одной стороны, задает эти правила, а с другой – вынужден подчиняться им. Учитывая, что процесс компьютеризации становится тотальным, проблема взаимодействия человека и машины из частнонаучной переходит в разряд общегуманитарной.

Немецкий философ К. Ясперс выделяет следующие черты современной техники. Техника есть применение силы природы против нее самой, она характеризуется способностью господствовать, а не созидать. Техника выступает связующим звеном между человеком и природой и является частью общего процесса рационализации современного общества. Создание и применение техники основано на использовании научного знания, и, следовательно, техника напрямую связана с наукой.

Современная техника является практическим продолжением науки. Открытие законов механики в XVII в. позволило создать машинную технологию; законов электромагнитного поля в XIX в. – электротехнику (2.3); создание теории атомного ядра в XX в. стало основой ядерных технологий (3.3, 3.4), расшифровка молекулы ДНК в XX в. – началом генной инженерии (5.6). Все современные технические новшества основываются на научных знаниях, а развитие техники и технологии, в свою очередь, ставит перед наукой новые задачи. В XX в. возникло новое культурное явление, основанное на неразрывном единстве науки и техники, – научно-техническая революция и ее следствие – научно-технический прогресс.

В философии XX в. наряду с понятиями «биосфера» и «ноосфера» появляется понятие «техносфера».  Техносфера – это совокупность всех технических систем вместе с технической деятельностью человека. Современные исследователи говорят даже о создании техноценозов, которые аналогичны биогеоценозам, составляющим биосферу (5.4, 5.7, 5.8). В структуре техносферы выделяют техновещество (совокупность всех технических устройств и систем), биовещество, которое находится в тесном взаимодействии с техновеществом, верхнюю часть земной коры, атмосферу, гидросферу и околоземный, освоенный человеком космос. Понятно, что техносфера тесно взаимодействует с биосферой и существенно меняет ее.

Новая искусственно созданная среда, с одной стороны, позволяет человеку удовлетворять различные потребности – от физиологических (пища, кров и т. п.) до идеальных (саморазвитие и самореализация), но с другой – порабощает его. Влияние техники на развитие культуры чрезвычайно разнообразно, а в перспективе даже труднопредсказуемо. Действительно, техника создает новые эффективные средства для самореализации человека, но при этом накладывает на него серьезные ограничения. Рост потребностей человека только ускоряет этот двуединый процесс. Развитие техники способствует все более полному и адекватному удовлетворению потребностей, облегчению труда и сокращению каждодневных физических усилий. Но увеличение техносферы порождает и целый ряд гуманитарных проблем: хищническое использование природного сырья, загрязнение окружающей среды, односторонняя специализация труда, уменьшение ценности отдельной личности, появление неизвестного прежде оружия массового уничтожения и т. п. Именно поэтому отношение к технике у современного человека двойственное. Ряд философов рассматривают технику и технический прогресс как несомненное зло, следствием которого является выхолащивание духовности, ведущее человечество к самоуничтожению. Сторонники технического прогресса, напротив, указывают на то, что техника освобождает человека от рутинного труда, экономит его время и позволяет сосредоточиться на более сложных задачах.

И сторонники, и противники технического прогресса улавливают объективные моменты, связанные с состоянием современной технотронной цивилизации, но при этом делают крайние и поэтому часто неверные выводы. Более взвешенной и адекватной представляется нейтральная позиция, продемонстрированная К. Ясперсом. Немецкий философ утверждал, что сама по себе техника не является ни добром, ни злом. Техника имеет смысл только как средство для достижения человеком определенных целей и поэтому сама не может быть целью. Различные гуманитарные проблемы возникают в связи с использованием техники, т. е. в связи с человеческой деятельностью, но не с техникой самой по себе. Наука и техника неустранимы из современной цивилизации, поэтому человеку придется находить разумное решение возникающих проблем, при этом средствами разрешения этих проблем могут стать наука и техника.

 

 

Астрономия в XVI–XIX вв

 

Необходимость создания целостной, логически стройной и простой теории, описывающей устройство мира, а также неудовлетворенность христианской картиной мироздания послужили необходимыми предпосылками для создания в эпоху возрождения гелиоцентрической системы. До этого астрономы использовали либо геоцентрическую систему Птолемея, либо апеллировали к библейской схеме устройства мира. Необходимость новой теории диктовалась также потребностями быстро развивающейся в XVI в. мореходной практики, неудовлетворенностью юлианским календарем, который не позволял с необходимой точностью определять даты церковных праздников, а также нуждами астрологии, которой в то время увлекалось большинство образованных людей.

Переворот в астрономии связан с именем польского философа и ученого Н. Коперника. Первые идеи своей гелиоцентрической системыг  Н. Коперник высказал еще в работе «Малый комментарий» (1505–1507), однако полностью гелиоцентрическую систему он изложил только в 1543 г. в фундаментальном труде «Об обращениях небесных сфер». Н. Коперник работал над созданием своей концепции 30 лет, и книга вышла буквально накануне смерти великого ученого.

Согласно гелиоцентрической системе Н. Коперника, в центре мира находится Солнце, вокруг Солнца по круговым орбитам равномерно движутся планеты, среди которых находится и Земля вместе со своим спутником Луной. На огромном расстоянии от планетной системы располагается сфера звезд. Наблюдаемые движения небесных тел являются следствием как их собственного движения, так и перемещения Земли, осуществляющей годовое вращение вокруг Солнца и суточные вращения вокруг своей оси. По мнению Н. Коперника, вселенная конечна и ограничивается одной планетарной системой.

Предложенная Коперником гелиоцентрическая система почти сразу стала использоваться для решения практических задач, поскольку подтверждалась математическими расчетами и оказалась значительно точнее, хотя и не намного проще системы Птолемея. Эта система позволила объяснить смену времен года, с высокой точностью вычислить расстояния от планет до Солнца, объяснить все видимые перемещения Солнца и планет по небосводу и т. п. На основе гелиоцентрической системы была проведена церковная реформа календаря, и в 1582 г. на смену юлианскому календарю пришел григорианский. Однако вскоре гелиоцентрическая система была объявлена противоречащей христианскому мировоззрению, а фундаментальный труд Н. Коперника попал в реестр запрещенных книг. Тем не менее, несмотря на запреты, создание гелиоцентрической системы дало значительный импульс к началу научной революции. В середине XVII в. гелиоцентрическая система окончательно утвердилась в астрономии, подготовила нью-тонианскую революцию в физике и возникновение классической науки (2.3).

Неаполитанский монах Дж. Бруно сделал следующий важный шаг в развитии представлений о строении Вселенной. Изучая гелиоцентрическую систему Н. Коперника, Дж. Бруно не согласился с выводом о конечности и уникальности нашей Вселенной. По-видимому, под влиянием философских идей Н. Кузанского Дж. Бруно предложил концепцию множественности планетных систем и бесконечности Вселенной, согласно которой Солнце является звездой, совершенно равноправной с другими звездами, и поэтому не может находиться в центре мира. Поскольку наблюдается множество звезд, то должно существовать и множество планетных систем, часть которых вполне может быть населена разумными существами. Таким образом, в противовес идеям Н. Коперника Дж. Бруно предложил концепцию вечной, бесконечной Вселенной, во многих местах которой существуют жизнь и разум.

Важно отметить, что накопление эмпирических данных в астрономии, их математическая интерпретация и философское осмысление шли параллельно. Н. Коперник и Дж. Бруно, а позднее И. Ньютон и некоторые другие мыслители предлагали одновременно и естественно-научную теорию и ее философское обоснование, позволяющее сформировать целостный взгляд на устройство мира. Подобное единство философии и науки характерно и для современной космологии (4.1, 4.2).

Математическое уточнение положений гелиоцентрической системы было осуществлено немецким ученым И. Кеплером, который прояснил закономерности движения планет. Интересно, что в основе научных исследований И. Кеплера лежала религиозная идея поиска числовой гармонии вселенной, в которой, по мнению немецкого ученого, должен был выразиться замысел Творца. Основным мотивом научных изысканий И. Кеплера было как раз стремление постичь этот высший замысел. Результаты своего поиска И. Кеплер изложил в работах «Новая, изыскивающая причины астрономия, или Физика неба» (1609) и «Гармония мира» (1619).

Закономерности движения планет И. Кеплер сформулировал в виде трех законов. Согласно первому закону форма орбит, по которым движутся планеты, является эллиптической, а не круговой. второй закон утверждал неравномерность движения планет по орбитам: чем дальше планета находится от Солнца, тем меньше ее скорость. Третий закон говорил о том, что квадраты времен движения планет вокруг Солнца относятся друг к другу как кубы средних расстояний этих планет от Солнца. Законы И. Кеплера указывали на то, что движение планет определяется Солнцем, при этом действует единая сила, которая может быть выражена точным математическим законом. Для объяснения природы этой силы И. Кеплер представил Солнце в виде огромного магнита, а его действие на планеты описал в виде вихря, который возникает в эфире от вращения магнита. Немецкий астроном пришел к выводу, что сила, влияющая на движение планет, обратно пропорциональна расстоянию от Солнца. Однако дальнейшее развитие физики и создание И. Ньютоном механики показало, что этот вывод был ошибочным: сила тяжести, а именно ее природу пытался постичь И. Кеплер, обратно пропорциональна квадрату расстояний между объектами.

Дальнейшее физическое и математическое обоснование гелиоцентрическая система получила благодаря развитию физики. Особенно значителен был вклад Г. Галилея и И. Ньютона (2.3).

Большим шагом вперед в развитии астрономии XVIII в. стало философское осмысление И. Кантом новых эмпирических данных, которые к тому времени были накоплены астрономами. великий немецкий философ создал оригинальную космогоническую концепцию, которая содержала целый ряд принципиально новых идей. Результаты своих размышлений И. Кант изложил в работе «Всеобщая естественная история и теория неба, или Попытка истолковать строение и механическое происхождение всего мироздания, исходя из принципов Ньютона» (1755).

Центральной идеей кантовской космогонии стал принцип исторического развития Вселенной. Природа впервые рассматривалась как имеющая собственную историю, а развитие космических тел представлялось как медленное эволюционирование без серьезных качественных преобразований. И. Кант признавал существование Бога и придерживался позиции деизма, согласно которой Вселенную творит Бог, однако затем он не вмешивается в дела мира. Основными силами, действующими во Вселенной, И. Кант считал силы притяжения, отталкивания и химического соединения. Немецкий философ утверждал, что Вселенная имеет начало, однако не имеет конца, космические системы возникают, а затем разрушаются, но на их месте появляются другие, и так до бесконечности. Кроме того, Вселенная не только бесконечна во времени, но и безгранична в пространстве, а все системы, существующие в ней, связаны друг с другом. По мнению И. Канта, Вселенная расширяется, небесные тела в центре мира гибнут быстрее, однако на периферии продолжается образование новых космических систем.

Первоначальным состоянием природы немецкий философ считал хаос, в котором пребывало первичное вещество. Эта первичная рассеянная материя создается Богом. Затем под действием механических сил притяжения и отталкивания образуются небесные тела и целые звездные миры. По мнению И. Канта, разумная жизнь может существовать не только на Земле. Немецкий философ утверждал, что человеческий род не только не уникален, но еще и несовершенен. Подобная мысль в эпоху, когда человек понимался как образ и подобие Бога, была не просто новаторской, но в определенной мере даже опасной для высказавшего ее философа. Космогония И. Канта стала существенным шагом вперед в понимании того, как устроена Вселенная, а многие космогонические идеи были восприняты значительно позже – в науке и философии XX в.

На протяжении XVIII–XIX вв. была сделана целая серия открытий, повлиявших на дальнейшее развитие астрономии, в частности обнаружены туманности – большие скопления звезд, новые планеты в Солнечной системе – Уран, Нептун, Плутон, спутники Сатурна и Урана и др. Во второй половине XIX в. возникла новая научная дисциплина – астрофизика, которую в XX в. ждало блестящее будущее (4).

 

 

Физика в XVI–XIX вв

 

Основы классической физики были заложены в XVI в. Г. Галилеем, а затем развиты в XVII в. в механике И. Ньютона. Классическая механика  стала основанием мировоззрения Нового времени, которое в силу этого называют механистическим. В рамках механистической парадигмы материя отождествляется с веществом, а все явления природы объясняются механическим перемещением тел. В качестве идеальных объектов изучения выступают материальные частицы и физические тела как совокупности материальных частиц, а предельно абстрактными физическими образами – образы материальной точки и абсолютно твердого тела как системы материальных точек.

Фундаментальным для классической физики является понятие силы – физической меры взаимодействия тел или материальных точек. Взаимодействие тел в макромире объясняется действием гравитационных (сила тяготения) и электромагнитных сил.

Основоположником экспериментального естествознания по праву считается философ эпохи Возрождения Г. Галилей. Итальянский ученый утверждал, что «законы природы написаны на языке математики», именно на этом языке он построил обоснование гелиоцентрической системы Н. Коперника (2.2). Заслугой Г. Галилея является формулировка принципа относительности,  который стал центральным постулатом классической физики. Согласно этому принципу законы механики, справедливые в одной системе координат, справедливы и в любой другой системе, движущейся прямолинейно и равномерно относительно первой, т. е. во всех инерциальных системах отсчета физические явления происходят одинаково, они инвариантны при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Инерци-алъной  была названа система отсчета, которая находится либо в состоянии покоя, либо в состоянии прямолинейного и равномерного движения.

В XVII в. французский философ Р. Декарт построил универсальную физическую картину мира, в основе которой лежала идея природы как совокупности взаимодействующих вещественных частиц. По мнению Р. Декарта, «мир, или протяженная материя, составляющая универсум, не имеет никаких границ», материальные частицы действуют друг на друга путем давления или удара, т. е. механически, а все изменения в универсуме сводятся к простому механическому перемещению вещества. Протяженная материя, по мнению Р. Декарта, существует автономно, т. е. ее законы не зависят от законов духовной субстанции или мышления. Огромной заслугой Р. Декарта стало создание рационалистической методологии научного познания, основы которой он изложил в работе «Рассуждение о методе» (1637).

Эксперименты Г. Галилея и философско-методологиче-ские принципы Р. Декарта стали основой механистического мировоззрения. Опираясь на идеи Г. Галилея и философию Р. Декарта, но полемизируя с физикой и космологией последнего, И. Ньютон построил собственную теорию, которая господствовала в науке на протяжении трех столетий: с XVII по начало XX в. Как писал А. Эйнштейн – великий физик XX в., разрушивший казавшиеся незыблемыми позиции классической механики, – Ньютон был первым, кто попытался сформулировать элементарные законы, объясняющие широкий круг природных процессов с высокой степенью точности и полноты. Работы И. Ньютона оказали глубокое и сильное влияние на все классическое мировоззрение в целом.

Основу методологии И. Ньютона составляют индуктивный метод и установка на экспериментальное определение количественных отношений между явлениями действительности. «Гипотез не измышляю!» – заявлял И. Ньютон, выражая основную идею своей методологии. Систематическое изложение основ классической механики было осуществлено в работе «Математические начала натуральной философии» (1687).

Основу классической механики составляют три закона, названныге законами Ньютона.  Первый закон: тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока на него не оказывают воздействие другие тела. Способность тела сопротивляться воздействию на него сил называют инертностью, поэтому первый закон Ньютона иначе называется законом инерции. Первый закон Ньютона устанавливает существование инерциальных систем отсчета. Понятие инерциальной системы отсчета И. Ньютон полностью воспринимает из теоретической концепции Г. Галилея. Второй закон: ускорение, приобретаемое телом в результате воздействия на него, прямо пропорционально вызывающей его силе и обратно пропорционально массе тела. Третий закон: всякое действие тел друг на друга носит характер взаимодействия; силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулю, противоположны по направлению и действуют вдоль прямой, соединяющей эти тела.

Вершиной научного творчества И. Ньютона является теория тяготения,  которая дает ответ на вопрос о природе силы, заставляющей двигаться небесные тела. Согласно закону всемирного тяготения тела притягиваются друг к другу с силой, которая прямо пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Сила тяготения универсальна, проявляется между любыми двумя материальными телами независимо от их конкретных свойств и действует на любом расстоянии. И. Ньютон показал, что законы движения планет, открытые И. Кеплером, неразрывно связаны с действием силы всемирного тяготения и являются математическим выражением этой силы. Таким образом, законы И. Кеплера оказались следствиями закона всемирного тяготения. Создание теории тяготения, которую иначе называют небесной механикой, окончательно утвердило победу гелиоцентрической системы Н. Коперника.

Впервые в истории науки И. Ньютон различил понятия инертной и гравитационной масс. По его мнению, гравитационная масса тел обеспечивает действие между ними сил притяжения, инертная масса выступает мерой инертности, т. е. определяет способность тел сопротивляться воздействию каких-либо сил. Уже в классической науке был установлен факт равенства инертной и гравитационной масс, однако объяснение этому явлению было найдено значительно позже – в теории относительности А. Эйнштейна (3.2).

Ключевыми в физике И. Ньютона являются понятия абсолютного пространства  и абсолютного времени.  В книге «Математические начала натуральной философии» И. Ньютон писал: «Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью^ Течение абсолютного времени измениться не может. Длительность или продолжительность существования вещей одна и та же, быстры ли движения... медленны ли, или их совсем нет^ Время и пространство составляют как бы вместилища самих себя и всего существующего. Во времени все располагается в смысле порядка последовательности, в пространстве – в смысле порядка положения».

Абсолютное пространство совершенно пусто, существует независимо от физических тел, его свойства описываются геометрией Евклида. Движение в абсолютном пространстве осуществляется по законам механики и представляет собой перемещение по непрерывным траекториям. Абсолютное время протекает равномерно и называется длительностью. И. Ньютон ввел понятия относительного пространства и относительного времени. Относительное пространство – это чувственная мера абсолютного пространства, относительное время – чувственная мера абсолютного времени, т. е. это пространство и время, ограниченные сенситивными способностями познающего их человека. Концепция абсолютного пространства и абсолютного времени была названа субстанциальной. Она органично вписалась в механистическую картину мира и соответствовала уровню развития науки в XVII в. Новая реляционная концепция сложилась только после создания неевклидовой геометрии, общей и специальной теорий относительности, т. е. в науке XX в. (3.2).

Механика И. Ньютона послужила мировоззренческой и методологической основой всего классического естествознания, длительное время стимулируя развитие науки и обеспечивая новые технические открытия. Однако следствием абсолютизации законов классической механики стало формирование мировоззренческой системы механистического детерминизма, принципы которой пришли в столкновение с новыми открытиями в физике на рубеже XIX–XX вв. Произошедшая в это время научная революция (1.4) привела к отказу от классической механистической парадигмы и формированию новой постклассической науки.

Второй составляющей классической физики является термодинамика,  которая описывает тепловые явления в макромире. Теплота рассматривается как род внутреннего движения частиц: чем быстрее движение частиц, тем выше температура тела. Теорию тепла называли корпускулярной (от слова «корпускула» – частица), поскольку в ее основе лежало представление об атомистическом строении вещества. С корпускулярной теорией конкурировала теория теплорода, согласно которой тепловые процессы происходят благодаря невесомой жидкости, которая находится в «порах» материальных тел и может перетекать от одного объекта к другому. Чем больше в теле теплорода, тем выше его температура. Благодаря теории теплорода в физике появились понятия теплоемкости и теплопроводности тел, однако сама эта теория вскоре была опровергнута. В середине XIX в. было доказано, что количество выделяемой телом теплоты не зависит от объема вещества, т. е. из ограниченного количества вещества можно получить неограниченное количество теплоты, следовательно, нагревание тела связано не с увеличением в нем теплорода, а с увеличением энергии. Оказалось, что теплота и есть мера изменения энергии. В конце XIX в. молекулярно-кинетическая теория окончательно утвердилась не только в физике, но и в химии (2.4). Основные положения этой теории гласят: любое вещество состоит из большого числа молекул, молекулы вещества находятся в состоянии непрерывного хаотического движения, скорость движения молекул зависит от температуры тела, между молекулами действуют силы притяжения и отталкивания.

Классическая термодинамика сформулировала несколько принципов, или начал, которые вели к важным мировоззренческим выводам. Первое начало термодинамики  основано на представлениях о том, что термодинамическая система обладает внутренней энергией теплового движения молекул и потенциальной энергией их взаимодействия.

При всех превращениях в термодинамической системе выполняется универсальный закон сохранения энергии. Согласно первому началу термодинамики количество теплоты, сообщенное телу, увеличивает его внутреннюю энергию и идет на совершение телом работы. Из этого принципа вытекает невозможность существования вечного двигателя.

Согласно второму началу термодинамики  нельзя осуществить работу за счет энергии тел, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, энтропия замкнутой системы возрастает, а ее максимальное значение достигается в состоянии теплового равновесия. Термодинамические процессы необратимы, а предоставленная самой себе система стремится к состоянию теплового равновесия, в котором температуры тел выравниваются. В системе, достигшей термодинамического равновесия, без внешнего вмешательства невозможны никакие процессы. Второе начало термодинамики часто формулируют иначе: тепло не может самопроизвольно перейти от холодного тела к горячему. Второе начало термодинамики называют также законом возрастания энтропии.

Распространение второго начала термодинамики на всю Вселенную, понимаемую как закрытая система, привело к созданию теории тепловой смерти,  согласно которой все процессы в мире ведут к состоянию наибольшего равновесия, т. е. хаосу. Теория тепловой смерти Вселенной была разработана в середине XIX в. В. Томпсоном и Р. Клаузиусом, ее постулаты звучат следующим образом:

•энергия Вселенной постоянна;

• энтропия Вселенной, понимаемой как закрытая система, возрастает.

Смысл этих постулатов заключается в том, что со временем все виды энергии во Вселенной превратятся в тепловую, а последняя перестанет претерпевать качественные изменения и преобразовываться в другие формы. Наступившее состояние теплового равновесия будет означать смерть Вселенной. При этом общее количество энергии в мире останется тем же самым, т. е. универсальный закон сохранения энергии не будет нарушен. С точки зрения авторов теории тепловой смерти, наличие в нашей уже длительное время существующей Вселенной многообразных форм энергии и движения является необъяснимым фактом. Понятно, что выводы теории тепловой смерти Вселенной подводили к предположению о существовании таинственной силы, которая периодически выводит мир из состояния теплового равновесия, т. е. по сути дела к представлению о существовании Бога или других сверхъестественных сущностей, которые вновь и вновь творят Вселенную из хаоса.

Теория тепловой смерти сразу же после создания была подвергнута критике. В частности, появилась флуктуаци-онная теория Л. Больцмана, согласно которой Вселенная выводится из состояния равновесия с помощью внутренне присущих ей флуктуаций. Кроме того, критики говорили, что неправомерно распространять второе начало термодинамики на весь мир, а последний нельзя рассматривать как замкнутую систему с ограниченным числом элементов. Однако наиболее последовательным и полным опровержением теории тепловой смерти Вселенной стала синергети-ческая концепция И. Пригожина и Г. Хакена, созданная в конце XX в. (7.2).

Третьей составляющей классической физики является оптика.  На протяжении двух столетий в оптике соперничали корпускулярная и волновая теории, объяснявшие природу световых явлений на разных основаниях. В XVII в. дискуссия развернулась между И. Ньютоном, который придерживался корпускулярной теории, и нидерландским ученым Х. Гюйгенсом – сторонником волновой теории. В соответствии с теорией И. Ньютона, свет – поток материальных частиц-корпускул, наделенных неизменными свойствами и взаимодействующих друг с другом по законам классической механики. Корпускулярная теория хорошо объясняла явления аберрации и дисперсии света, но испытывала трудности в объяснении явлений интерференции, дифракции и поляризации света. Согласно теории Х. Гюйгенса, свет представляет собой волну, распространение которой аналогично распространению волн на поверхности воды и подчиняется тем же законам. Особой средой для распространения световых волн Х. Гюйгенс считал эфир. Волновая теория, в отличие от корпускулярной, хорошо объясняла явления интерференции, дифракции и поляризации. Однако на протяжении XVIII в. большинство ученых придерживались корпускулярной теории И. Ньютона, несмотря на эвристическую силу и убедительность волновой теории Х. Гюйгенса. Немалую роль здесь сыграл непререкаемый авторитет, которым пользовался И. Ньютон в среде научного сообщества.

В 1818 г. с критикой корпускулярной теории выступил французский физик О. Френель. Его выводы убедительно говорили в пользу волновой теории. Предложенная О. Френелем волновая теория предполагала существование явления дифракции, которое должно было наблюдаться в виде светлого пятна в центре тени, отбрасываемой круглым экраном. Это рискованное предположение получило блестящее экспериментальное подтверждение, и волновая теория О. Френеля в начале XIX в. была признана научным сообществом. Окончательное подтверждение волновая теория получила после измерения скорости света в разных средах – воде и воздухе. Согласно корпускулярной теории скорость света в воде должна быть больше, чем скорость света в воздухе. Однако эксперимент показал, что скорость света в воде, т. е. в более плотной среде, оказалась меньше, чем скорость света в воздухе – менее плотной среде.

Недостатком волновой теории света было представление о среде – носителе световой волны. В XIX в. выдвигалась гипотеза, согласно которой таким носителем выступает светоносный эфир. Однако эта гипотеза сталкивалась с серьезной проблемой, разрешить которую не удавалось. Если предположить, что концепция светоносного эфира верна, то возникает вопрос, как эфир взаимодействует с веществом; в частности, увлекается ли эфир Землей при ее движении. Если эфир не увлекается движущимися телами, то его можно рассматривать в качестве абсолютной системы отсчета. Если же он взаимодействует с веществом, то это взаимодействие должно наблюдаться в оптических явлениях.

Недостатки волновой теории света привели к тому, что в конце XIX – начале XX в. физики вновь вернулись к корпускулярной теории, в научный обиход было введено представление об особых световых частицах – фотонах. Корпускулярные и волновые представления объединились только в концепции корпускулярно-волнового дуализма, т. е. уже в неклассической физике XX в. (3.3).

Четвертой составляющей классической физики является электродинамика,  или теория электромагнитного поля.

В 80-е гг. XVIII в. французский физик Ш. О. Кулон провел ряд экспериментов по измерению силы, действующей между двумя зарядами. В результате обобщения опытных данных был сформулирован основной закон электростатики: электрические силы ослабевают обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Таким образом, оказалось, что электрическая сила действует так же, как и гравитационная.

В 30-е гг. XIX в. английский физик М. Фарадей предложил понятие поля. Это понятие противоречило представлениям о материи как совокупности атомов. По мнению М. Фарадея, активная и постоянно движущаяся материя не может быть представлена в виде атомов и пустоты, материя непрерывна, атомы есть лишь сгустки силовых линий поля. Безусловно, концепция поля в электродинамике могла сформироваться только после утверждения волновой теории в оптике. М. Фарадей высказал также предположение о единстве электрических и магнитных явлений. В 1831 г. он поставил опыт, который продемонстрировал, что переменное магнитное поле индуцирует электрический ток.

На основе экспериментальных данных М. Фарадея в 60-е гг. XIX в. Дж. Максвелл создал единую теорию электромагнитного поля. Основные принципы своей концепции он изложил в работе «Динамическая теория электромагнитного поля» (1864). Вспомогательному понятию поля Дж. Максвелл придал точный физический смысл: «Электромагнитное поле – это та часть пространства, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом или магнитном состоянии». Дж. Максвелл высказал предположение, что любое переменное электрическое поле, возникающее между движущимися электрическими зарядами, порождает магнитное, а переменное магнитное поле возбуждает электрическое. Таким образом, источником электрического поля могут быть неподвижные электрические заряды или изменяющиеся магнитные поля, а источником магнитного поля – движущиеся электрические заряды или переменные электрические поля. Концепция Дж. Максвелла позволила сделать предположение о существовании переменного электромагнитного поля, которое распространяется в пространстве с конечной скоростью. Было установлено, что скорость распространения электромагнитного взаимодействия равна скорости света в вакууме– 300 000 км/с. Оказалось, что свет– это электромагнитные волны определенной длины (от 380 до 770 нм). Таким образом, теория Дж. Максвелла теоретически обосновала родство электромагнитных и оптических явлений, предположение о котором высказывалось ранее.

Несмотря на успехи и большой эвристический потенциал, электромагнитная теория Дж. Максвелла имела ряд недостатков. Так, в ней использовалась сомнительная гипотеза светоносного эфира. По сути дела, концепция Дж. Максвелла отождествляла понятия эфира и электромагнитного поля. В конце XIX в. физики отказываются от гипотезы эфира и начинают рассматривать электромагнитное поле как особую форму материи, свойства которой невозможно объяснить механическими закономерностями. Преодоление противоречий классической электродинамики началось в 1900 г., когда немецкий физик М. Планк выдвинул собственную концепцию (3.2, 3.3).

 

 

Химия в XVII–XIX вв

 

В XVII–XVIII вв. быстро развивается еще одна естественно-научная дисциплина – химия – наука о качественных преобразованиях вещества, происходящих вследствие изменения его состава или строения. К этому времени алхимия, доминировавшая в средневековой культуре IX–XVI вв. и в значительной мере подготовившая возникновение научной химии, приходит в упадок. В основе классической химии лежит философская концепция атомизма, которая была сформулирована еще в античной философии Левкиппом, Демокритом и Эпикуром. Суть атомизма заключается в понимании вещества как совокупности мельчайших, неделимых частиц – атомов.  Атомы находятся в постоянном движении, благодаря которому они могут взаимодействовать друг с другом. Все многообразие мира есть результат взаимодействия атомов. Вплоть до конца XIX в. в естествознании господствовало представление о том, что атом – это наименьшая частица вещества, предел делимости материи; в ходе химических превращений веществ разрушаются и вновь создаются только молекулы, атомы же остаются неизменными. Только наука XX в. показала, что элементарными частицами выступают отнюдь не атомы (3.4).

Начало научной химии связывают с работами английского ученого XVII в. Р. Бойля, который предложил понятие «химический элемент». По мнению Р. Бойля, химический элемент – это «простое тело», входящее в состав вещества и определяющее его свойства. Таким образом, первой концептуальной идеей теоретической химии становится утверждение о том, что свойства вещества зависят от входящих в его состав химических элементов. При этом понятие «простого тела» еще не было окончательно сформулировано ни Р. Бойлем, ни его последователями, и часто в качестве химических элементов они рассматривали соединения, а химические элементы, напротив, понимали как сложные вещества. Тем не менее их полуинтуитивные представления послужили основой для формулирования современного представления о химическом элементе как о совокупности атомов с одинаковым зарядом ядра, которые, однако, могут различаться по своей массе.

В химии XVII в. господствовала теория флогистона. Эта теория была предложена для объяснения процесса горения. Предполагалось, что флогистон – это невесомая субстанция, которую содержат все вещества, способные к горению, и которая выделяется в процессе горения. Открытия в химии середины и конца XVIII в. привели к отказу от теории флогистона. Так, в 1748 г. М.В. Ломоносов сформулировал закон сохранения массы, не допускающий возможности существования невесомой материи. Это закон гласит: масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. Несколько позже французский химик А. Лавуазье разработал кислородную теорию горения, признание которой способствовало тому, что теория флогистона была полностью отвергнута. А. Лавуазье также впервые попытался систематизировать химические элементы в соответствии с их атомной массой, предложил первую номенклатуру химических соединений, в которой каждое вещество имеет свое собственное постоянное название, и т. п. Именно благодаря усилиям А. Лавуазье химия начала освобождаться от рецептурного характера, который она получила в наследство от алхимии, и постепенно стала формироваться в качестве строгой научной дисциплины.

Следующий этап в развитии химии (начало XIX в.) связан с именем английского химика Дж. Дальтона, который ввел в научный обиход понятие атомного веса. Дж. Дальтон является создателем теории атомного строения, или химической атомистики, которая позволила решить многие проблемы химии того времени. В 1803 г. Дж. Дальтон составил первую таблицу относительных атомных масс водорода, азота, углерода, серы и фосфора, приняв за единицу атомную массу водорода, а в 1804 г. предложил таблицу элементов в соответствии с их относительными атомными массами. Исследования химического состава газов позволили Дж. Дальтону сформулировать закон кратных отношений – один из фундаментальных законов химии. Закон кратных отношений утверждает, что массы двух химических элементов в любых возможных соединениях относятся друг к другу как целые числа.

В начале XIX в. ученые начинают использовать понятие «молекулы». Молекула – это устойчивая совокупность атомов, способная к самостоятельному существованию. Поскольку молекула может быть образована разными атомами, постольку ее свойства отличаются от свойств входящих в нее атомов. Именно молекулы определяют свойства вещества, поэтому молекулу, а не атом следует рассматривать в качестве «единицы» вещества. Дж. Дальтон еще не делал различия между молекулами и атомами, называя молекулы «сложными атомами», однако уже в 1811 г. итальянский ученый А. Авогадро предложил молекулярную теорию строения вещества, в которой были обобщены и систематизированы накопленные к тому времени экспериментальные данные. А. Авогадро предложил метод определения молекулярных масс, с помощью которого впервые вычислил атомные массы кислорода, углерода, азота, хлора и ряда других элементов.

На основе молекулярной теории А. Авогадро в середине XIX в. была разработана теория химического строения, согласно которой свойства вещества определяются порядком связей атомов в молекулах. Химическая связь образуется в результате обменного взаимодействия электронов, которые связаны с ядром атома наименее прочно. Электроны, участвующие в обменном взаимодействии, называются валентными. Валентностъ – способность атомов одного химического элемента соединяться с определенным количеством атомов другого химического элемента.

Впервые связь между валентностью и структурой химического вещества была установлена немецким химиком Ф. Кекуле, который в 1857 г. высказал идею о том, что число атомов одного элемента, связанных с одним атомом другого элемента, зависит от «основности» (валентности). Все элементы Ф. Кекуле разделил на одно-, двух– и трехвалентные, он также обосновал четырехвалентность углерода. В истории науки Ф. Кекуле известен и тем, что в 1865 г. открыл циклическую структурную формулу молекулы бензола, которую увидел во сне в виде змеи, кусающей свой хвост.

Немалая заслуга в развитии представлений о строении химических веществ принадлежит русскому ученому А.М. Бутлерову. Впервые свою концепцию А.М. Бутлеров представил в 1861 г. на 36-м съезде немецких естествоиспытателей и врачей, в докладе «О химическом строении вещества». Согласно концепции русского ученого, природа сложной частицы определяется природой ее составных частей, их количеством и химическим строением. От химического строения зависят те реакции, в которых участвует вещество. Термин «химическое строение» А.М. Бутлеров применил для обозначения порядка межатомных связей в молекулах, который может быть выражен структурной формулой. Он сделал вывод о том, что различие веществ, обладающих одинаковым составом, можно объяснить только различием их химического строения. А.М. Бутлеров подчеркивал, что по строению молекул можно предвидеть свойства химического вещества. Таким образом, в конце XIX в. ученые пришли к выводу, что свойства веществ зависят не только от входящих в них химических элементов, т. е. от состава, но и от структуры, которая определяется способом взаимодействия между этими элементами. Теория химического строения вещества А.М. Бутлерова стала одним из оснований современной органической химии, а его идеи развивались многочисленными учениками и последователями.

Научная революция в химии связана с именем другого русского ученого – Д.И. Менделеева, который в 18б9 г. предложил периодическую систему химических элементов.

Периодическая система, оформленная в виде таблицы, упорядочивала все многообразие известных к тому времени химических элементов и позволяла предсказывать новые. Д.И. Менделеев расположил все элементы в соответствии с возрастанием их атомного веса и показал, что таким образом складывается четкая система. Д.И. Менделеев сформулировал следующий закон: свойства элементов находятся в периодической зависимости от величины их атомных весов. Позже было установлено, что свойства элементов зависят не от атомного веса, а от заряда ядра атома, атомный же вес является средним арифметическим от масс изотопов элементов, которые имеют общий заряд ядра, но отличаются по массе. Современная формулировка периодического закона такова: свойства химических элементов находятся в периодической зависимости от заряда их атомных ядер, заряд ядер совпадает с номером элемента в периодической системе. Периодическая система Д.И. Менделеева стала той объединяющей концепцией, которая позволила не только систематизировать, но и объяснить весь накопленный к концу XIX в. эмпирический материал, и стала прочной основой современной теоретической химии.

Развитие химии в XX в. привело к возникновению ряда относительно самостоятельных областей исследования. Так, в современной химии, с одной стороны, продолжается изучение состава веществ в зависимости от входящих в него химических элементов, а с другой – изучается зависимость свойств веществ от их структуры. Эти два направления современной химии непосредственно связаны с теми исследованиями, которые проводились на протяжении XVIII–XIX вв. Кроме того, в химии XX в. обсуждаются и новые проблемы. Одна из них – выяснение условий и внутренних механизмов протекания химических процессов и способов управления ими. Это очень перспективная и практически значимая сфера исследований, поскольку дальнейшие открытия в этой области позволяют создавать разнообразные химические соединения с заранее заданными свойствами. На сегодняшний день известно около 14 млн химических соединений и ежегодно синтезируется до 250 новых.

Самым новым разделом химии является так называемая эволюционная химия, возникновение и самоопределение которой стало следствием проникновения в естествознание идей и принципов эволюционной теории. Главным предметом изучения в эволюционной химии является химогенез, который рассматривается как неотъемлемая часть эволюционных процессов на нашей планете, начиная от космоге-неза и заканчивая антропосоциогенезом (5.2, 5.3). Эволюционная химия утверждает, что на протяжении длительного времени происходил отбор химических элементов по тем свойствам, которые давали преимущество при переходе на более высокий уровень организации материи – биологический. Химическая эволюция обеспечивала переход от химогенеза к биогенезу, поэтому понимание ее механизмов важно для прояснения проблемы происхождения жизни на Земле (5.2, 5.3) и процессов самоорганизации материальных систем (7.2).

Развитие химии в XX в. шло по линии возрастания диф-ференцированности внутри комплекса химического знания. Этот процесс привел к разделению на неорганическую и органическую химию и созданию аналитической и физической химии, возникновению целого ряда междисциплинарных исследований, которые со временем обрели самостоятельный научный статус (космохимия, геохимия, агрохимия, биохимия и др.). Наиболее интересные открытия в XX в., имеющие отношение к развитию химического знания, были осуществлены на стыке химии и других естественно-научных дисциплин. В соответствующих темах данного курса мы рассмотрим их более подробно (3, 4, 5).

 

 

Биология в XVI–XIX вв

 

Антропоцентризм эпохи Возрождения дал толчок развитию биологического познания, а точнее, одной из его областей – медицины. Интерес к человеческой природе, а затем и ко всему миру живого в XVI–XVII вв. способствовал быстрому накоплению эмпирических знаний и становлению биологии как описательной дисциплины. В это время развивались в основном прикладные сферы биологического знания: медицина, цветоводство и садоводство, коневодство и т. п. Накопленный эмпирический материал нуждался в упорядочивании и систематизации. Эту задачу выполнила биология XVIII в. Так, К. Линней создал первую классификацию живых организмов, в которую входили 4 тыс. видов животных и 10 тыс. видов растений.

Для объяснения такого многообразия живых организмов уже в науке XVIII в. были выдвинуты различные концепции. ж. Бюффон предложил идею трансформации видов, которая подготовила почву для первой теории эволюции органического мира ж. Б. Ламарка. Эмпирической базой концепции ж. Б. Ламарка послужили данные о существовании таких разновидностей живых организмов, которые занимали промежуточное положение между двумя видами, о явлениях гибридизации, ископаемых формах живых организмов и т. п. ж. Б. Ламарк утверждал, что изменение биологических видов происходит благодаря прямому влиянию окружающей среды и приспособлению к ней живых организмов. Приспособление осуществляется путем изменения органов тела в результате тренировки. Именно тренировка органов тела является, по мнению ж. Б. Ламарка, основным фактором эволюции и причиной целесообразности в живой природе.

Совершенно иным образом идея трансформации видов была конкретизирована в концепции катастрофических изменений французского ученого ж. Кювье. ж. Кювье пришел к выводу, что некогда населявшие нашу планету животные вымирали почти мгновенно под действием различных катастрофических причин. Базой для такого вывода послужили прежде всего данные палеонтологии, которые свидетельствовали о том, что в геологических напластованиях обнаруживаются остатки только определенных животных, тогда как в других пластах эти остатки отсутствуют. ж. Кювье утверждал, что на Земле время от времени происходили внезапные глобальные катаклизмы, приводившие к вымиранию одних видов животных и появлению новых. При этом, по мнению французского ученого, в периоды между катастрофами никаких изменений органического мира не происходило. Появляющиеся в ходе глобального катаклизма виды более прогрессивны, однако они не имеют никакого отношения к уничтоженным, поэтому преемственности в живой природе нет. Для объяснения прогрессивного развития органического мира сторонники теории катастроф обращались к идее творящей силы, т. е. некой нематериальной силы, которая организует живую материю после очередной катастрофы.

Несмотря на существенные недостатки и ложные выводы, теория катастроф содержала новаторскую идею, которая была воспринята и по-своему интерпретирована современной наукой, – идею о единстве геологических и биологических изменений, единстве гео– и биогенеза (7.3). Теория катастроф сыграла также свою положительную роль в подготовке эволюционной теории, поскольку развивала идею трансформаций в растительном и животном мире.

Вместе с тем теория катастроф никак не объясняла причины глобальных катаклизмов, эта неопределенность давала серьезный повод для критики. В начале XIX в. с такой критикой выступил английский ученый Ч. Лайель. Ч. Лай-ель обратил внимание на то, что некоторые виды живых организмов, существовавшие в предшествовавшие геологические эпохи, продолжают существовать и сейчас, другие же виды, напротив, погибают. Английский ученый не утверждал, что одни виды живых организмов произошли от других, однако он подчеркивал, во-первых, медленный и постепенный характер геологических изменений; во-вторых, однообразие тех факторов, которые действуют на протяжении всей истории Земли; в-третьих, он обращал внимание на то, что на протяжении длительного времени происходит суммирование небольших изменений. При этом все трансформации Ч. Лайель сводил к обратимым, циклическим изменениям и отрицал возможность прогресса.

Труды своего соотечественника Ч. Лайеля подробно и внимательно изучал Ч. Дарвин. Во время кругосветного путешествия Ч. Дарвин собрал богатейший материал, свидетельствующий об изменчивости видов растений и животных. Особенно поразительной находкой был огромный скелет ископаемого ленивца, обнаруженный в Южной Америке. Сравнение с современными, небольшими по размерам ленивцами натолкнуло Ч. Дарвина на мысль об эволюции видов. По возвращении в Англию он продолжил изучение практики селекции домашних животных. Эти знания впоследствии помогли сформулировать идею естественного отбора.

Богатейший эмпирический материал, который к тому времени был накоплен в географии, археологии, палеонтологии, эмбриологии, физиологии, систематике и т. п., позволил английскому ученому сделать вывод о длительной эволюции живой природы. Свою концепцию Ч. Дарвин изложил в работе «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859). Книга Ч. Дарвина имела феноменальный успех, ее первый тираж (1250 экземпляров) был продан уже в первый день. По-видимому, такой ажиотажный спрос можно объяснить, с одной стороны, принципиальной новизной, а с другой – ожидаемостью идей, изложенных в книге Ч. Дарвина. Речь шла об объяснении возникновения живых существ без апелляции к идее Бога. Понятно, что для XIX в., когда преобладала идея Науки с большой буквы, такая книга была очень интересна, актуальна и своевременна. При этом следует отметить, что несмотря на огромную популярность у читающей публики идея постепенного появления в живой природе новых видов для научного сообщества того времени оказалась столь необычной, что была принята не сразу.

Ч. Дарвин предположил, что в популяциях животных существует конкуренция, благодаря которой выживают только те особи, которые обладают выгодными в данных конкретных условиях свойствами, позволяющими оставить потомство. Основу эволюционной теории Ч. Дарвина составляют три принципа:

• наследственности и изменчивости,

• борьбы за существование,

• естественного отбора.

Изменчивостъ  является неотъемлемым свойством всего живого. Несмотря на похожесть живых организмов одного вида, внутри популяции невозможно обнаружить две совершенно одинаковые особи. Эта вариативность признаков и свойств создает преимущество одних организмов перед другими. В обычных условиях различие свойств остается незаметным и не оказывает существенного влияния на развитие организмов, однако при изменении условий, особенно в неблагоприятную сторону, даже малейшее различие может дать одним организмам значительное преимущество перед другими. Только особи с соответствующими условиям свойствами оказываются способными выжить и оставить потомство. Ч. Дарвин различает неопределенную и определенную изменчивость. Определенная изменчивостъ,  или адаптивная модификация, – это способность особей одного вида одинаковым образом реагировать на изменение окружающей среды. Подобные групповые изменения не передаются по наследству, поэтому не могут поставлять материал для эволюции. Неопределенная изменчивость,  или мутация, – индивидуальные изменения в организме, которые передаются по наследству. Мутации не связаны напрямую с изменениями условий окружающей среды, однако именно неопределенная изменчивость играет важнейшую роль в эволюционном процессе. Случайно появившиеся позитивные изменения передаются по наследству, и в итоге выживает и достигает зрелости лишь небольшая часть потомства, которая обладает полезными наследственными свойствами.

Между живыми существами, как считает Ч. Дарвин, разворачивается борьба за существование.  Конкретизируя это понятие, Ч. Дарвин указывал на то, что внутри вида рождается больше особей, чем доживает до взрослого состояния. Борьба за существование как раз и означает, что выживают и размножаются сильнейшие и наиболее приспособленные организмы, а слабые и неприспособленные погибают.

Естественный отбор – ведущий фактор эволюции, объясняющий механизм образования новых видов. Естественный отбор происходит по принципу лучшей приспособленности к условиям окружающей среды, именно этот отбор выступает движущей силой эволюции. Механизм отбора приводит к избирательному уничтожению тех особей, которые менее приспособлены к условиям окружающей среды. Таким образом, естественный отбор обеспечивает прогресс в развитии живых организмов. Изменения происходят постепенно и очень медленно, однако их суммирование на протяжении длительного времени приводит к возникновению новых видов. По образному выражению Ч. Дарвина, естественный отбор «расследует» мельчайшие изменения, отбрасывая вредные и сохраняя полезные, и таким образом работает над усовершенствованием живых организмов.

Слабым звеном эволюционной теории Ч. Дарвина было отсутствие точного и убедительного объяснения механизма наследственности, поскольку законы наследования в то время еще не были известны. Так, эволюционная теория не объясняла, каким образом происходят накопление и сохранение полезных наследственных изменений в результате дальнейшего скрещивания живых организмов. Вопреки бытовавшему мнению, что при скрещивании организмов с полезными свойствами и организмов, у которых эти свойства отсутствуют, должно происходить усреднение полезных признаков, их растворение в череде поколений, эволюционная теория предполагала, что эти признаки накапливаются. Противники эволюционной теории утверждали, что естественный отбор не действует, а популяция со временем должна становиться совершенно однородной. Ч. Дарвин сознавал слабости своей концепции, однако не сумел удовлетворительно объяснить механизм наследования. Ответ на этот вопрос дала теория Г. Менделя, которая обосновала дискретный характер наследственности (5.6). Создание в XX в. синтетической теории эволюции завершило объединение эволюционной теории и генетики (5.7).

Значительным достижением классической биологии стало создание теории клеточного строения живых организмов. В комплексе современных биологических знаний существует отдельная дисциплина, занимающаяся изучением клетки, – цитология.

Исследование микроскопического строения живых организмов стало возможно благодаря изобретению в 1600 г. микроскопа. Понятие «клетка» было введено в научный обиход английским ботаником Р. Гуком в 1665 г. Рассматривая срезы высушенной пробки, он обнаружил множество ячеек, или камер, которые назвал клетками. Однако с момента этого открытия до создания клеточной теории прошло еще два столетия.

В 1837 г. немецкий ботаник М. Шлейден предложил теорию образования растительных клеток, основные идеи которой он изложил в работе «Данные о развитии растений». По мнению М. Шлейдена, важную роль в размножении и развитии клеток играет клеточное ядро, существование которого было установлено в 1831 г. Р. Броуном. В 1839 г. соотечественник М. Шлейдена анатом Т. Шванн, опираясь на экспериментальные данные и теоретические выводы своего коллеги, создал клеточную теорию строения живых организмов. Основные идеи своей концепции Т. Шванн изложил в работе «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». Создание в середине XIX в. клеточной теории стало существенным шагом в становлении биологии как самостоятельной научной дисциплины. Основные положения и принципы концепции М. Шлейдена и Т. Шванна сохраняют свою актуальность и для современной биологии.

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

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

 

 

Устройство Вселенной

 

Звезды – это огромные раскаленные космические объекты, мощнейшие источники энергии. Основное вещество звезды – ионизированный газ. В недрах звезд протекают термоядерные реакции превращения водорода в гелий, в результате которых выделяется колоссальная энергия. В звездах сосредоточено от 97 до 99,9 % вещества галактик. Современные технические средства позволяют наблюдать около 2 млрд звезд. Предполагается, что общее количество звезд в нашей Вселенной около 1022. Звезды имеют разную величину. Существуют большие звезды – сверхгиганты, масса которых равна 60 массам Солнца, а размеры превышают размеры Солнца в десятки и сотни раз, и маленькие звезды – карлики, размеры которых сравнимы или даже меньше размеров Земли. Наше Солнце – звезда со средними параметрами. Ближайшая к Солнцу звезда – а-Центав-ра – находится на расстоянии 4 световых лет. Предполагается, что большинство звезд в Галактике имеют собственные планетные системы, аналогичные Солнечной системе.

Звезды могут образовывать звездные системы – две, три и т. д. звезды, вращающиеся вокруг общего центра; звездные скопления – от нескольких сотен до миллионов звезд; и галактики – миллиарды звезд. В последнее время существенно возрос интерес к двойным, тройным и т. д. звездам, поскольку с этими так называемыми кратными звездными системами связано образование сверхновых и нейтронных звезд, черных дыр и других загадочных космических объектов. Звездные скопления могут иметь рассеянную структуру, это, как правило, сотни звезд, и шаровую – миллионы звезд. Самые известные звездные скопления, доступные наблюдению, – Плеяды, Гиады, Ясли, Волосы Вероники. Скопления постепенно теряют свои звезды, но все же живут достаточно долго: от 500 млн до нескольких млрд лет.

В зависимости от того, меняет звезда свои физические характеристики или нет, различают стационарные и нестационарные (переменные) звезды. Стационарность состояния обеспечивается за счет равновесия между внутренним давлением газа в звезде и силами тяготения. Большинство звезд стационарны. К нестационарным звездам относят новые и сверхновые звезды, на которых с различной периодичностью происходят вспышки.

Звезды имеют разный возраст– от 15 млрд до сотен тысяч лет. В наблюдаемой Вселенной существуют также протозвезды,  которые пока не преобразовались в настоящие звезды. Слово «протозвезда» происходит от греческого protos – первый. В отличие от звезд протозвезды имеют низкую температуру и представляют собой слабосветящиеся газовые шары. Процесс звездообразования происходит постоянно. Однако его темп в настоящее время гораздо ниже, чем миллиарды лет назад. Ближайшие к нам области, где происходит возникновение новых звезд, – это темные газовые облака в созвездиях Тельца, Змееносца и Ориона.

Рождением звезды считается формирование равновесного объекта, который излучает собственную энергию. Смерть звезды – нарушение равновесия, ведущее к катастрофическому сжатию. Звезды образуются из космического вещества в результате его конденсации под действием гравитационных, магнитных и других сил. Под влиянием сил всемирного тяготения из газового облака образуется плотный шар – протозвезда. В эволюции протозвезды различают три этапа. Первый связан с обособлением и уплотнением космического вещества. Второй представляет собой стремительное сжатие протозвезды. В какой-то момент давление газа внутри протозвезды возрастает, что замедляет процесс сжатия, однако температура во внутренних областях пока еще недостаточна для протекания термоядерных реакций. На третьем этапе протозвезда продолжает сжиматься, ее температура повышается, что, в конце концов, приводит к началу термоядерных реакций. Давление внутри протозвез-ды уравновешивает силы притяжения, и газовый шар перестает сжиматься. Образуется равновесный объект – звезда. Преобразование протозвезды в звезду растягивается на миллионы лет, что сравнительно немного по космическим меркам.

Молодые звезды (около 100 тыс. лет) существуют за счет энергии гравитационного сжатия, которая разогревает центральную область звезды до температуры порядка 10–15 млн К и «запускает» термоядерную реакцию преобразования водорода в гелий. Именно термоядерная энергия является источником собственного свечения звезд. В результате преобразования водорода в гелий в центральной зоне образуется гелиевое ядро. Кроме этого в процессе ядерных реакций возникают и другие химические элементы. На той стадии, когда ядерные реакции уже не могут поддерживать устойчивость звезды, ее гелиевое ядро начинает сжиматься. При этом внутренняя температура звезды увеличивается (свыше 150 млн К), а периферийная зона, или внешняя оболочка, сначала расширяется, а затем выбрасывается в космическое пространство. Звезда превращается в красный гигант.

В процессе дальнейшего охлаждения, если звезда имела небольшую массу (менее 1,4 массы Солнца), она превращается в белого карлика – стационарный космический объект с очень высокой плотностью. Белые карлики представляют собой заключительный этап эволюции большинства звезд, в которых весь водород «выгорает», а ядерные реакции прекращаются. Свечение белого карлика происходит за счет его остывания.

Тепловая энергия белого карлика продолжает иссякать, вследствие чего звезда меняет свой цвет сначала на желтый, а затем на красный. Постепенно она превращается в небольшое холодное темное тело, становится черным карликом.  Размеры таких мертвых звезд сравнимы с размерами Земли, масса – с массой Солнца, а плотность превышает сотни тонн на 1 см2. Солнце превратится в красного гиганта примерно через 8 млрд лет, затем станет белым и черным карликом.

Если исходная масса звезды больше, чем 1,4 массы Солнца, то эта звезда не может перейти в стационарное состояние, поскольку внутреннее давление не уравновешивает сил тяготения. Итогом существования такой звезды является гравитационный коллапс, т. е. неограниченное падение вещества к центру. Если какие-то причины останавливают гравитационное сжатие, то происходит взрыв старой звезды, который сопровождается выбросом огромного количества вещества и энергии. Такой взрыв называют вспышкой сверхновой.  Выброс вещества сопровождается испусканием нейтрино. При взрыве выделяется колоссальная энергия – порядка 1052эрг. Систематическое изучение вспышек сверхновых началось во второй половине XX в., к 1980 г. засвидетельствовано свыше 500 таких вспышек. В нашей Галактике вспышки сверхновых происходят примерно раз в 10 млн лет, со времени изобретения телескопа в нашей звездной системе возникновения сверхновых звезд не наблюдалось. Считается, что с момента возникновения нашей Галактики вспыхнуло около миллиарда сверхновых.

Часть массы взорвавшейся сверхновой может продолжить существование в виде черной дыры.  Термин «черная дыра» был введен в 1968 г. американским физиком Дж. Уилером. К образованию черной дыры, или сверхплотного тела, приводит гравитационное сжатие. Черная дыра – область пространства, в которой сосредоточены огромные массы вещества, вызывающие сильное поле тяготения. Как считает С. Хокинг, это область бесконечной плотности, где кончается время. Речь идет о том, что внутри черной дыры пространство сильно искривлено, а время бесконечно замедлено. Сила тяготения в этой области настолько велика, что не позволяет никаким материальным частицам или излучению вылететь за пределы черной дыры.

Для того чтобы преодолеть тяготение сверхплотного тела, необходимо развить скорость большую, чем скорость света. Черная дыра как бы захватывает в себя все материальные объекты, прилетающие из космоса. В зависимости от скорости тела этот процесс может занять более или менее длительное время. Границу той области, которую не может преодолеть свет, называют горизонтом черной дыры. Однако, несмотря на то что черная дыра не выпускает из себя никакого излучения, ее можно обнаружить. Гравитационное поле черной дыры вызывает быстрое вращение газа, находящегося на орбите вблизи ее границы. Газ закручивается вокруг сверхплотного тела и образует диск, огромная кинетическая энергия частиц газа может частично переходить в рентгеновское излучение, по которому и обнаруживается черная дыра. Впервые гипотеза о наличии черных дыр появилась в 1939 г., современная наука использует в их поисках гамма-телескопы. Теоретически ничто не мешает их существованию в нашей Галактике и даже в пределах Солнечной системы. Предполагается также, что черные дыры находятся в ядрах галактик и являются мощнейшими источниками энергии.

Для того чтобы превратиться в черную дыру, звезда должна сжаться до объема, радиус которого меньше гравитационного радиуса, определяемого формулой:

r = 2GM/c2,

где G – гравитационная постоянная, c – скорость света, M – масса звезды. Гравитационный радиус очень мал, например для Солнца он составляет всего 3 км. Черные дыры могут иметь разные размеры: от песчинки до галактики.

Время жизни черной дыры конечно. В 1974 г. С. Хокинг показал, что в силу законов квантовой механики черная дыра может отдать всю свою энергию. Дело в том, что в поле тяготения черной дыры вакуум неустойчив, поэтому в пространстве, которое находится перед горизонтом черной дыры, из вакуума могут рождаться различные частицы. Улетая в межзвездное пространство, они уносят энергию черной дыры. Вследствие этого уменьшаются ее масса и размеры. Продолжительность жизни черной дыры пропорциональна кубу ее радиуса. Однако время жизни черных дыр все же велико, например черные дыры, которые образовались на ранних стадиях эволюции нашей Вселенной, существуют до сих пор. Теоретически ничто не запрещает, чтобы гравитационный коллапс привел к образованию сингулярности, т. е. продолжался до тех пор, пока черная дыра не достигнет нулевых размеров и бесконечной плотности, а момент сингулярности – это начало рождения новой вселенной (4.2). Именно поэтому иногда говорят, что черные дыры являются дверью в иные миры.

Часть массы взорвавшейся сверхновой звезды может продолжить существование в виде нейтронной звезды,  или пульсара. На данный момент наблюдается около 700 пульсаров. Радиопульсар – это быстро вращающаяся нейтронная звезда, рентгеновский пульсар – двойная звезда, состоящая из нейтронной и обычной. Нейтронные звезды имеют более высокую плотность, чем плотность атомных ядер, и представляют собой сгустки нейтронов. Температура пульсара около 1 млрд градусов. Нейтронные звезды быстро остывают и теряют светимость, для них характерно интенсивное радиоизлучение в виде повторяющихся импульсов. Первые пульсары были открыты в 1967 г., теперь их известны сотни.

Те звезды, чья масса составляет от 10 до 40 солнечных масс, превращаются в нейтронные звезды, а те, чья масса больше, – в черные дыры.

Галактики – гигантские скопления звезд, пыли и газа, пронизанные магнитными полями и космическими лучами. В одной галактике может насчитываться до 1013звезд. Галактики наблюдались еще в конце XIX в. Тогда же было установлено, что некоторые из туманных пятен, а именно так выглядели галактики в телескопы того времени, имеют спиралевидную форму. В 1920-е гг. удалось выяснить, что галактики – это скопления звезд.

Галактики существуют в виде групп (несколько галактик), скоплений (сотни галактик) и облаков скоплений, или сверхскоплений (тысячи галактик). Одиночные галактики встречаются редко. Средние расстояния между галактиками в группах и скоплениях в 10–20 раз больше, чем размеры самых крупных галактик. Гигантские галактики имеют размеры до 18 млн световых лет. Существуют также галактики-карлики размером до нескольких десятков световых лет.

Современные мощнейшие телескопы позволяют наблюдать миллиарды галактик на расстояниях до 1500 Мпк. Некоторые из них видны невооруженным глазом. Например, самой близкой к нам галактикой, расположенной на расстоянии 1,5 млн световых лет, является туманность Андромеды, которую можно разглядеть в бинокль. Это скопление звезд получило название благодаря тому, что в 1917 г. в созвездии Андромеды был открыт первый внегалактический объект, а в 1923 г. Э. Хаббл доказал его принадлежность к другой галактике.

Наиболее удаленные из наблюдаемых ныне галактик находятся на расстоянии 10 млрд световых лет. Свет этих звезд идет к нам миллионы и миллионы лет, поэтому мы наблюдаем их такими, какими они были много световых лет назад. Самой исследованной является Местная группа галактик, в которую входят наша Галактика (Млечный путь) и туманность Андромеды. Семейство нашей Галактики включает еще 14 карликовых эллиптических галактик, несколько внегалактических шаровых скоплений и неправильных галактик. Семейство галактик туманности Андромеды несколько меньше: одна спиралевидная, две эллиптические, несколько карликовых. Ближайшие соседние от Местной группы галактики находятся на расстоянии от 2 до 20 Мпк. На расстоянии 20 Мпк находится центральное сгущение нашего сверхскопления галактик. Наше сверхскопление, размер которого составляет около 60 Мпк, насчитывает около 20 000 галактик.

Галактики могут иметь разные формы, которые связаны с их размерами, массой, светимостью и другими физическими характеристиками. Устоявшаяся классификация форм галактик была предложена Э. Хабблом. Галактики могут иметь эллиптическую  форму. Это наиболее простые галактики, в которых нет сверхгигантов, горячих звезд и газовых туманностей. У таких галактик отсутствует ядро, а количество звезд равномерно убывает от центра. В галактиках неправильной  формы, напротив, множество горячих звезд, сверхгигантов, газовых туманностей и т. п., однако в них также отсутствует ядро. Большинство неправильных галактик – карлики, их светимость невелика.

Наиболее распространенной является спиральная  форма галактик. К этому типу относятся наша Галактика, а также туманность Андромеды. В галактиках спиральной формы находятся наиболее горячие звезды и массивные облака космического газа. Самые старые звезды расположены в ядре галактик, тогда как молодые и средние – в диске. Из ядер постоянно выбрасываются огромные облака газа, масса которых сравнима с миллионами масс Солнца. Ядра галактик содержат до 10 % их массы. Считается, что в некоторых галактиках ядро представляет собой черную дыру. Так, в центре ядра нашей Галактики находится скопление звезд с сильным радиоисточником, который называют Стрелец А. Предполагается, что Стрелец А является черной дырой с массой, примерно равной миллиону солнечных масс.

Пространство между галактиками заполнено газом, пылью и разного рода излучениями (электромагнитными, гравитационными, потоками нейтрино и субатомных частиц). Основное вещество, составляющее межзвездный газ, – водород, на втором месте – гелий. Следует отметить, что водород и гелий – наиболее распространенные вещества не только в межзвездном пространстве, но и вообще во Вселенной. Считается, что межзвездный газ более чем на 67 % состоит из водорода, на 28 % – из гелия и 5 % приходится на все остальные элементы, среди которых самыми распространенными являются кислород, углерод и азот. Когда и каким образом произошел синтез более тяжелых веществ из водорода и гелия – один из актуальных вопросов современной астрономии и химии. Считается, что 85 % тяжелых элементов возникло примерно 9-10 млрд лет назад, 11–13 % имеют возраст 5 млрд лет. В межзвездной среде существуют и органические соединения, которые чаще всего встречаются в местах концентрации газово-пылевого вещества.

Наша Галактика – Млечный путь – имеет форму диска с выпуклостью в центре – ядром, от которого отходят спиралевидные рукава. Солнечная система расположена в одном из рукавов Галактики примерно на расстоянии 30 тыс. световых лет от ее центра. Млечный путь насчитывает около 200 млрд звезд. Считается, что большинство звезд Галактики имеют планетные системы. Плотность звезд около ядра выше, чем в остальных областях Млечного пути. Диаметр Галактики около 100 тыс. световых лет, толщина – примерно в 10–15 раз меньше, масса составляет 2 X 1011 масс Солнца. Возраст нашей Галактики около 15 млрд лет. По форме она представляет собой диск с утолщением в центре, который вращается вокруг центра Местной группы галактик. В ядре нашей Галактики нет горячих сверхгигантов и пыли, но есть нейтральный водород, который постепенно растекается в плоскости диска. Большая часть звезд Млечного пути также сосредоточена в диске.

Метагалактика – это доступная наблюдениям часть Вселенной. Современные возможности наблюдения – это расстояния в 1500 Мпк. Метагалактика представляет собой упорядоченную систему галактик. В XX в. выяснилось, что галактики, составляющие видимую часть Вселенной, разлетаются, а Метагалактика постоянно расширяется, т. е. наша Вселенная нестационарна.

Современные астрономические данные свидетельствуют о том, что Метагалактика имеет сетчатую (ячеистую) структуру, т. е. галактики распределены в ней не равномерно, а вдоль определенных линий – как бы по границам ячеек сетки. Такое строение свидетельствует, что в небольших объемах Метагалактика неоднородна. Принцип однородности (4.2) справедлив только в масштабах от 30 до 100 Мпс, на расстояниях до 30 Мпс наблюдаются неоднородности в строении галактик и их скоплений.

Современная космология предполагает, что на первых этапах своей эволюции наша Вселенная должна была состоять из независимых, причинно несвязанных областей, т. е. не была изотропной и однородной. Кроме того, уже не кажется фантастической идея «неединственности» Метагалактики. Сторонники этой точки зрения считают, что в мире должно было реализоваться все множество возможных физических условий, которые допускаются современными теориями. Гипотеза «множественности вселенных» допускает существование множества миров, образовавшихся в результате Большого Взрыва. Эти вселенные различаются своими физическими свойствами, типом организации, нестационарности и т. п., и в силу этого мы не можем их наблюдать. Тем не менее предполагается, что разные вселенные связаны друг с другом неизвестным пока способом. Как замечает А.Н. Павленко, «новые достижения космологии за последние десятки лет уверенно говорят в пользу того, что наша Метагалактика не есть вся Вселенная, а лишь ее часть (домен). Если это „эмпирически“ подтвердится, то „масштаб“ человека и ценность его существования могут подвергнуться новой радикальной переоценке, что, возможно, скажется через опосредствующие институты (средства коммуникации, культура и т. д.) на всем мировоззрении точно так же, как в свое время сказался эпистемологический и космологический поворот Коперника, последствия которого едва ли вообще поддаются полному объяснению».

 

 

Будущее Вселенной

 

Для описания будущего Вселенной предлагаются различные космологические сценарии. Все эти гипотезы можно разделить на две группы: модели «закрытой» и модели «открытой» Вселенной. Если кривизна пространства отрицательна или равна нулю, то задается модель открытой Вселенной, если кривизна пространства положительна, то задается модель «закрытой», или «замкнутой», Вселенной.

«Закрытая» модель предполагает, что Вселенная одновременно конечна и неограниченна, т. е. двигаясь по ней, нельзя достичь границы. Однако свет, пущенный наблюдателем из какого-то источника, вернется к нему с противоположной стороны. В гипотезе замкнутой Вселенной предполагается, что мир проходит множество эволюционных циклов. Каждый цикл представляет собой сначала расширение, а затем сжатие Вселенной и длится примерно 100 млрд лет. При переходе в новый цикл меняются фундаментальные характеристики Вселенной, связанные с основными физическими константами. Что касается нынешнего состояния Вселенной, то в рамках данной гипотезы предполагается, что примерно через 30 млрд лет она начнет сжиматься, а еще через 50 млрд лет вернется в сингулярное состояние, из которого «родится» вновь.

«Открытая» модель рассматривает Вселенную как бесконечную. В моделях открытой Вселенной предполагается, что через 1014лет звезды остынут, поскольку исчезнет весь материал для термоядерных реакций. Через 1015лет звезды начнут покидать свои галактики, а планеты отрываться от звезд и улетать в космическое пространство. За время примерно в 1017лет все звезды окончательно потеряют свои планеты, а центральные части галактик коллапсируют. Оставшееся вещество благодаря гравитационным силам начнет собираться в ядра с огромной плотностью, т. е. галактики превратятся в сверхмассивные черные дыры. Через 1032лет Вселенная будет состоять из черных дыр и разреженного электронно-позитронного газа. Через 1096лет черные дыры испарятся. Через 10100лет Вселенная превратится в элек-тронно-позитронную плазму очень малой плотности.

Такой сценарий предполагается в случае нестабильности протона. Если же протон стабилен, то высказывается предположение, что через 1065лет все вещество превратится в жидкость, а звезды, ставшие к тому времени черными карликами, превратятся в жидкие капли. Через 101500лет все жидкие капли станут железными. Через огромное количество лет, которое выражается невероятными цифрами, и эти жидкие железные капли превратятся в черные дыры и постепенно испарятся. Вселенная, как и в предыдущей модели, перейдет в состояние электронно-позитронной плазмы.

В данный момент наша Вселенная находится в состоянии расширения, это экспериментально подтверждено открытием красного смещения. Считается, что если средняя плотность вещества во Вселенной окажется достаточно высокой – выше критической плотности, которая определяется величиной в 10-29r/см3, – то расширение со временем сменится сжатием. Если средняя плотность вещества окажется меньше критической, то Вселенная будет продолжать свое расширение. На данный момент средняя плотность вещества во Вселенной определяется в 3 ? 10-31г/см3, т. е. ниже критической. Это означает, что наша Вселенная будет неограниченно долго расширяться. Однако пока невозможно точно оценить плотность распределения вещества в силу существования так называемой скрытой массы, темной материи. Такая невидимая материя проявляется только по своему гравитационному взаимодействию. Именно поэтому ученые пока не дают окончательного ответа на вопрос: является наша Вселенная открытой или закрытой? Большинство придерживается модели открытой Вселенной.

Следует сказать, что не все исследователи соглашаются с идеей умирающей Вселенной. Так, создатель синергетики И. Пригожин утверждает: «стандартная модель предсказывает, что, в конце концов, наша Вселенная обречена на смерть либо в результате непрерывного расширения (тепловая смерть), либо в результате последующего сжатия („страшный треск“). Для Вселенной, родившейся под знаком неустойчивости из вакуума Минковского, это уже не так. Ничто не мешает нам предположить возможность повторных неустойчивостей». Вселенная, появившись из вакуума, в результате расширения вновь возвращается в состояние вакуума, однако ничто не исключает возможности повторных флуктуаций, считает И. Пригожин.

 

Сознание и язык

 

Возникновение и развитие сознания связано с возникновением и развитием языка. Язы1к – это система знаков, позволяющая осуществлять коммуникацию, хранить и транслировать информацию.

Общепризнанной является точка зрения, согласно которой язык возникает в процессе общения и совместной деятельности людей как основное средство коммуникации. Основой для возникновения человеческого языка и речи является коммуникативная деятельность животных: жесто-вая, обонятельная, зрительная и, конечно, звуковая. Предполагается, что у древних антропоморфных обезьян, а также у непосредственных предшественников человека, австралопитеков, ведущее место занимала зрительная и жестовая коммуникация. Жестовый язык соответствовал этапу наглядно-действенного мышления, когда внешние манипуляции с предметами составляли содержание мыслительного процесса. Однако жестовый язык имел ряд принципиальных ограничений. Во-первых, язык жестов нельзя применять в темное время суток или в условиях ограниченной видимости; во-вторых, жестовая коммуникация реализуется с помощью рук и невозможна, если руки заняты. В-третьих, жест трудно разделить на составные части, поэтому с его помощью невозможно выразить сложные и разнообразные переживания. Все эти ограничения привели к тому, что же-стовая и зрительная коммуникация постепенно была вытеснена звуковой.

Звуковая коммуникация способствовала становлению наглядно-образного мышления, поскольку материальными носителями информации теперь выступали не движения рук или тела, а звуки. Звуковая коммуникация существовала уже у австралопитеков, которые использовали для общения достаточно сложную систему звуковых сигналов (около 100). Предполагается, что членораздельная речь возникла у Homo erectus, которые уже использовали отдельные слова для обозначения предметов, а в отдельных случаях и более сложные звуковые конструкции. При этом и у питекантропов, и у синантропов по-прежнему доминировала жестовая коммуникация. В эпоху неандертальца звуковая коммуникация продолжает совершенствоваться. У неандертальцев происходят анатомо-морфологические изменения гортани, которые позволили им производить сложные звуки, а это, в свою очередь, способствовало формированию речи. Неандертальцы использовали для коммуникации не только отдельные слова, но и сложные высказывания, что свидетельствует о расширении лексики и формировании простейшей грамматики. Становление языка и речи завершилось в верхнем палеолите 3010 тыс. лет назад, когда у древних людей сформировалась способность к наглядно-образному мышлению (6.4).

Языгк – это любая знаковая система, позволяющая осуществлять коммуникацию: система жестов, образов, слов и т. п. Знак – предмет, выступающий заместителем и представителем другого предмета, процесса или явления. Например, дым – знак огня, фотография – знак какого-либо положения дел в реальности, высокая температура – знак болезни, красные розы – знак любви и т. п. Речь – это особый тип языка, связанный с особым типом знаков. Знаками в речи выступают слова. Общение с помощью слов представляет собой специфически человеческий вид деятельности. Животные также используют разного рода знаковые системы: движения, запахи, звуки, однако ни одно животное не способно общаться с помощью слов, т. е. не способно к речи. Речь может существовать в письменной и устной формах, однако это обстоятельство не меняет ее природы. Во избежание путаницы далее мы будем употреблять понятие «словесный язык» для обозначения речи в обеих ее формах и понятие «язык» в смысле любой вообще знаковой системы.

Выделяют две основные функции языка: референтатив-ную (обозначающую) и коммуникативную. Обозначающая функция заключается в том, что знаки языка выступают заместителями других обьектов: предметов, явлений, событий, мыслей и т. п. Коммуникативная функция выражается в том, что язык используется как инструмент взаимодействия и общения. В случае с человеком коммуникация складывается из двух процессов – выражения мыслей и их понимания. Способность выражать что-либо и способность понимать сказанное или написанное другими тесно связаны друг с другом.

Человек выражает свои мысли и чувства не только в речи, т. е. словесном языке, но и в поступках, художественных образах, картинах и т. п., которые также являются знаковыми системами особого рода. Эти языки следует считать частными, приемлемыми для коммуникации, однако применимыми лишь в отдельных сферах человеческой деятельности и требующими дополнительных знаний и навыков для своей дешифровки. Словесный язык – универсальное средство общения, выполняющее функцию переводчика с других языков и доступное всем людям.

Важной особенностью словесного языка является то, что он одновременно представляет собой некоторую деятельность (процесс) и в то же время, в качестве системы знаков, уже есть результат определенной деятельности. Другая особенность словесного языка состоит в его тесной связи с мышлением. Наиболее адекватное выражение мысль получает именно в словесном языке, тогда как эмоции и ощущения могут быть выражены в образе, жесте, мимике, музыкальном звуке и т. п. Мысль всегда связана со словом. Неясность мысли порождает путаницу в ее выражении, ясное слово, напротив, способствует ясному мышлению и пониманию. Словесный язык – это своеобразная материальная оболочка мышления, поэтому говорят, что мысль объективируется в языке.

Мышление не только выражается, но во многом и формируется в языке. Различие языков задает особенности мышления разных народов. Речь, конечно, идет не о логическом мышлении, которое одинаково у разных народов, а о мен-тальности – обыденном мышлении, в котором выражаются специфические этнические, исторические, социокультурные особенности той или иной группы. Ядро структуры языка составляет единая логико-понятийная база, базовый компонент мышления, который делает возможным принципиальное понимание людьми друг друга. Однако это лишь основа языка. Область внелогического отражения мира, которая также находит выражение в языке, не предполагает единства. Представители разных языковых сообществ переживают и оценивают действительность по-разному. Процесс влияния языка на мышление можно описать следующим образом. Фундаментальные, жизненно-важные образы фиксируются в языке, а затем в предзаданной форме транслируются другим поколениям носителей данного языка. Уже устоявшаяся языковая система предлагает готовые типы оценок и восприятий реальности, определяет особенности образного мышления и переживания.

Любой аспект языка может стать источником информации о ментальности, особенностях наглядно-образного отражения мира. Например, ментальность может выражаться в синтаксической структуре языка. Польская исследовательница А. Вежбицкая считает, что существует два основных синтаксических типа языков, в которых зафиксировано два разных способа отношения к реальности. Различие этих подходов выражается особенностями фраз «я делаю» и «со мной происходит». В первом случае человек предстает как активный деятель, во втором – как пассивное существо, не контролирующее события. Первый подход А. Вежбиц-кая называет агентивным, второй пациентивным. Русский язык, согласно этой типологии, тяготеет к пассивным безличным конструкциям, хотя и активные в нем имеются, но в повседневном общении употребляются значительно реже. Эти особенности языка напрямую связаны с особенностями российской ментальности, предполагающей по большей части пассивное реагирование на события, а не активное формирование ситуации.

Несмотря на то что словесный язык – универсальное средство общения, с его помощью можно выразить не все. Для эмоции, переживания адекватной формой может оказаться вовсе не слово, а художественный образ, религиозный символ, жест, поступок или молчание. Культура предлагает огромные возможности для выражения различных движений души. Развитие культуры сопровождается умножением всех типов знаковых систем. Люди создают все новые и новые языки в соответствии с теми задачами, которые им приходится решать, и используют знаковые системы, сложившиеся естественно.

 

 

Сознание и мозг

 

Проблема соотношения сознания и мозга находится на стыке философии и конкретно-научных дисциплин. Философское решение этой проблемы представлено в трех вариантах. Дуалистическая концепция рассматривает материю и сознание как две не зависящие друг от друга субстанции, существующие по собственным законам. Идеализм признает первичным духовное начало, а материю рассматривает как одно из проявлений духовной субстанции. Материализм, напротив, сводит сознание к одному из типов материальных процессов и называет сознание функцией высокоорганизованной материи. Наука в силу особенностей этого типа знания тяготеет к материалистической форме мировоззрения. Однако абстрактное философское положение о первичности материи и вторичности сознания не может удовлетворить науку, стремящуюся выявить механизмы взаимосвязей материи и сознания, наполнить конкретным смыслом представление о специфике процессов сознания и подтвердить невозможность их существования вне материи.

Формулируя суть общенаучной проблемы «сознание – мозг», Д.И. Дубровский сводит ее к двум вопросам:

• каким образом явление субъективной реальности связано с мозговым процессом, если явлениям субъективной реальности невозможно приписать физических характеристик, а мозговые процессы ими обладают?

• как объяснить управляющую функцию субъективных процессов, т. е. каким образом сознание управляет физическими действиями человека?

Д.И. Дубровский предлагает информационную модель для объяснения соотношения сознания и мозга. По его мнению, отношение между материальным и психическим, т. е. между мозгом и сознанием, следует рассматривать как отношение между носителем информации и самой информацией. Сознание отличается от других типов информации по своему кодовому воплощению. Кодом для сознания выступают мозговые нейродинамические процессы: сознание – образ, а мозговой процесс – код для этого образа. Управляющая функция сознания объясняется его информационной природой. Особенность сознания состоит в том, что оно представляет собой информацию только о предмете, но не о коде – нейрофизиологическом процессе в мозге – носителе этой информации. Сам нейродинамический процесс остается скрытым от сознания. Другой особенностью сознательной информации является то, что один и тот же образ может передаваться бесчисленным количеством кодов. Это обстоятельство подтверждается научными и медицинскими данными. Если у человека повреждается какая-то часть мозга, другие сферы берут на себя выполнение утраченных функций: правое полушарие может частично выполнять функции левого, и наоборот.

В информационной концепции сознания приемлемым с точки зрения современных научных данных образом конкретизируется философское положение о первичности материального и неразрывной связи материального и психического, а также объясняются конкретные механизмы связи между материальным и психическим. Именно поэтому информационную модель соотношения сознания и мозга с успехом используют не только философы, но и представители конкретно-научных дисциплин.

 

 

Кибернетика

 

Современная наука в отличие от классической занимается изучением сложных систем  с большим количеством элементов и связей между ними. В классе сложных систем можно выделить подкласс систем с так называемой «обратной связью». Различают два типа обратной связи:

положительная обратная связь  между системой и средой, в результате которой внешнее воздействие среды приводит к накоплению внутренних изменений в системе и образованию новых структур;

отрицательная обратная связь  между системой и средой, в результате которой внешнее воздействие среды уменьшается или сводится на нет, а система возвращается к своему инварианту, т. е. отклонение от стабильного состояния корректируется после получения информации об этом.

Кибернетика  занимается изучением сложных систем с отрицательной обратной связью, т. е. таких систем, которые поддерживают инвариантное состояние в результате взаимодействия с окружающей средой. Как писал основатель кибернетики американский математик Н. Винер, «жизнь – это островок „здесь-сейчас“ в умирающем мире. Процесс, благодаря которому мы противостоим потоку разрушения и упадка, называется гомеостазом. Мы продолжаем жить в очень специфической среде, которую несем с собой до тех пор, пока разрушение не станет преобладать над процессом нашего собственного восстановления. Тогда мы умираем».

Слово «кибернетика» происходит от греч. kybernetike – искусство управления. Кибернетика возникла на стыке математики, техники и нейрофизиологии и представляет собой междисциплинарный подход в рамках новой системной научной парадигмы, который применяется не только в названных дисциплинах, но и в физике, геологии, биологии, социологии. Начало эры кибернетики связывают с выходом в 1948 г. книги Н. Винера «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине».

Кибернетика изучает процессы управления, связанные с обменом информацией между системой и средой, и выявляет зависимости, существующие между информацией и другими характеристиками системы. Информация – центральное понятие кибернетики. Как писал Н. Винер в работе «Человеческое использование человеческих существ: Кибернетика и общество», «в то время как энтропия является мерой дезорганизованности, информация, переносимая некоторым потоком посланий, определяет меру организованности. Фактически мы можем определить информацию^ как отрицательную энтропию».

В рамках кибернетики формулируются и другие понятия: «обратная связь», «управление», «организованность» и т. п., которые также используются многими научными дисциплинами. Кибернетика дает новые методы исследования, в частности, на закономерностях, открытых кибернетикой, основан метод моделирования, широко используемый как в естественных, так и в гуманитарных науках (1.5). Создатель кибернетики Н. Винер вообще утверждает, что «физическое функционирование живого организма и наиболее современных коммуникационных машин примерно одинаковы в стремлении контролировать уровень энтропии при помощи обратной связи. Обе системы имеют сенсоры или рецепторы, позволяющие получать информацию из окружающей среды на низком энергетическом уровне и использовать ее для дальнейших действий в отношении внешнего мира. В обоих случаях присутствуют искажения информации за счет влияния самого аппарата восприятия, живого или искусственного. Целью получения информации является повышение эффективности действий во внешней среде. В обоих случаях результат совершенных действий (а не намерений) возвращается к некоторому регулирующему центру». Таким образом, процессы управления, считает Н. Винер, подчиняются единым закономерностям независимо от того, протекают они в обществе, живой или неживой природе.

На основе кибернетики возникло новое направление научного исследования – информатика. Информатика  представляет собой науку о взаимодействиях человека с получаемой им информацией. Она призвана выявить законы такого взаимодействия и на их основе сформулировать принципы его оптимизации.

В конце XX в. развитие информационных технологий привело к созданию глобальной информационной сети Интернет. С технической точки зрения Интернет – это объединение транснациональных компьютерных сетей, связывающих всевозможные типы компьютеров, физически передающих информацию по всем доступным типам линий. Сеть Интернет децентрализована, поэтому отключение даже значительной части компьютеров не повлияет на ее работу. В 1995 г. число полноценно подключенных к глобальной сети компьютеров составило около 7 млн, а число абонентов– 15 млн. Ежемесячно глобальная сеть растет примерно на 7-10 %. По некоторым прогнозам, уже в первые десятилетия наступившего века Интернет станет доступен так же, как телефон или телевидение. Интернет, поначалу обслуживающий учебные или исследовательские программы, теперь востребован в бизнесе, политике и, конечно, стал глобальной сферой общения. В архивах свободного доступа виртуальной сети можно найти информацию по всем видам человеческой деятельности.

Развитие информационных технологий в последние годы значительно изменило жизнь людей. Понятие информации прочно вошло как в обыденный, так и в научный обиход. На государственном уровне обсуждаются вопросы информационного развития и информационной безопасности общества. И хотя борьба политиков с так называемым информационным хаосом выглядит сомнительно, поскольку сомнительно само понятие информационного хаоса, тем не менее очевидно, что информация стала важнейшим фактором развития современной культуры.

 

 

Синергетика

 

Большинство реальных процессов в природе носит необратимый характер, и фактор времени играет существенную роль для их описания. Однако долгое время физика изучала только обратимые процессы. В классической механике достаточно было задать систему координат и скорость движущегося тела, для того чтобы определить характер его движения. С помощью математических вычислений, зная начальные условия, можно было определить положение тела в любой момент как в прошлом, так и в настоящем или будущем.

Впервые фактор времени был учтен при описании тепловых процессов в термодинамике. В науку было введено понятие энтропии – меры беспорядка в системе (2.3). Однако понимание необратимости процессов в термодинамике, связанных с повышением энтропии, дезорганизацией и разрушением системы, конфликтовало с явлениями самоорганизации и усложнения систем, которые наблюдались в живой природе. Эволюция живых систем, вопреки законам возрастания энтропии, приводила к их усложнению и повышению степени самоорганизации. Окончательно противоречие физических и биологических представлений было осознано в конце XIX в. после создания эволюционной теории Ч. Дарвина.

Конфликт физических и биологических представлений удалось разрешить после того, как наука обратилась к понятию открытой системы. В закрытых системах,  которые рассматривались классической физикой в качестве естественных, не происходит обмена энергией и веществом с внешним миром. В замкнутых системах вектор протекания процессов направлен от упорядоченности через равновесие к хаосу. Такие системы стремятся к состоянию максимальной неупорядоченности. Основными характеристиками процессов в замкнутых системах являются равновесность и линейность.

Открытые системы,  напротив, обмениваются энергией, веществом и информацией с внешним миром. В таких системах при определенных условиях могут самопроизвольно возникать новые упорядоченные структуры, повышающие степень самоорганизации системы. Ключ к пониманию процессов самоорганизации был найден в представлении о взаимодействии системы с окружающей средой. Основными характеристиками процессов в открытых системах являются неравновесность и нелинейность.

Изучением открытых неравновесных систем занимается синергетика. Синергетика  возникла на стыке физики и химии в 70-е гг. XX в., а затем приобрела статус междисциплинарного подхода. Основоположниками синергетики являются И. Пригожин и Г. Хакен. Термин «синергетика» происходит от греч. sinergia – сотрудничество, содействие.

Синергетика, так же как кибернетика, изучает системы с обратной связью. Однако в отличие от кибернетики, изучающей динамическое равновесие в самоорганизующихся системах, синергетика исследует механизмы возникновения новых структур за счет разрушения старых, а не процессы стабилизации. Синергетические системы функционируют в соответствии с принципом положительной обратной связи.

Синергетика является наиболее общей на данный момент теорией самоорганизации и изучает закономерности этих явлений во всех типах материальных систем. Как пишет Г. Хакен, принципы самоорганизации распространяются «от морфогенеза в биологии, некоторых аспектов функционирования мозга до флаттера крыла самолета, от молекулярной физики до космических масштабов эволюции звезд, от мышечного сокращения до вспучивания конструкций». Синергетика претендует на открытие универсальных механизмов самоорганизации как в живой, так и в неживой природе. Теоретической основой синергетики выступает термодинамика нелинейных систем, или неравновесная термодинамика.

Исходным принципом синергетической концепции является различие процессов в открытых и закрытых системах. В отличие от классической науки, рассматривавшей закрытые системы как абсолютный тип упорядоченности мира, синергетика в качестве предмета изучения выбирает открытые системы. По мнению ее создателей, именно открытые системы являются универсальными, а протекающие в них процессы способствуют самоорганизации мира. «Искусственное может быть детерминированным и обратимым, – пишут И. Пригожин и И. Стенгерс, – естественное же непременно содержит элементы случайности и необратимости». Система называется самоорганизующейся, если она без специального воздействия извне обретает новую пространственную, временную или иную структуру. Главные свойства открытых самоорганизующихся систем – неустойчивость и нелинейность.

Опираясь на это знание, синергетика предлагает следующее объяснение механизма возникновения порядка из хаоса. Пока система находится в состоянии термодинамического равновесия, все ее элементы ведут себя независимо друг от друга и на создание упорядоченных структур неспособны. В какой-то момент поведение открытой системы становится неоднозначным. Та точка, в которой проявляется неоднозначность процессов, называется точкой бифуркации (разветвления). В точке бифуркации изменяется роль внешних для системы влияний: ничтожно малое воздействие приводит к значительным и даже непредсказуемым последствиям. Между системой и средой устанавливается отношение положительной обратной связи, т. е. система начинает влиять на окружающую среду таким образом, что формирует условия, способствующие изменениям в ней самой. Т. е. система противостоит разрушительным влияниям среды, меняя условия своего существования.

Под влиянием энергетических взаимодействий с окружающей средой в открытых системах возникают так называемые эффекты согласования и кооперации, когда различные элементы начинают действовать в унисон. Такое согласованное поведение синергетика называет когерентным. Как следствие происходят процессы упорядочения, возникновения из хаоса новых структур. После возникновения новая структура, называемая диссипативной, включается в дальнейший процесс самоорганизации материи. Диссипативные структуры возникают за счет рассеяния (диссипации) энергии, использованной системой, и получения новой энергии из окружающей среды. Диссипатив-ная структура как бы извлекает порядок из окружающей среды, повышая собственную внутреннюю упорядоченность и увеличивая хаос и беспорядок во внешнем мире.

Таким образом, внешние взаимодействия оказываются фактором внутренней самоорганизации систем, которые в свою очередь способствуют самоорганизации других систем и т. д. Взаимодействие системы со средой оказывается существенным условием ее эволюции. Процессы самоорганизации характеризуются нелинейностью, наличием обратных связей, открывающих большие возможности управляющего воздействия.

Направление развития системы после прохождения точки бифуркации оказывается непредсказуемым. Однозначно спрогнозировать будущее открытой неравновесной системы оказывается невозможным. Таким образом, ключевую роль в процессах самоорганизации играют случайные факторы. «Будущее при нашем подходе, – пишут И. Пригожин и И. Стенгерс, – перестает быть данным; оно не заложено более в настоящем. Это означает конец классического идеала всеведения». Представление об объективности случайных факторов становится фундаментальным принципом современной науки.

Синергетический подход позволяет ответить на вопрос: почему вопреки действию закона энтропии мир демонстрирует высокую степень организованности и порядка? Синергетика последовательно опровергает теорию тепловой смерти Вселенной (2.3). Хаос понимается как особый вид регулярной нерегулярности и более не рассматривается как разрушительное состояние. Хаос созидателен, поскольку развитие и самоорганизация систем осуществляются через хаотичность и неустойчивость. Синергетика утверждает, что законы самоорганизации действуют на всех уровнях материи, поэтому синергетический подход позволяет преодолеть разрыв между живой и неживой природой и объяснить происхождение жизни через самоорганизацию неорганических систем. Создатель новой концепции И. При-гожин считает, что синергетический взгляд на мир меняет наше представление о случайности и необходимости, необратимости материальных процессов, трансформирует привычное представление о времени, позволяет иначе понять характер и сущность энтропийных процессов. В настоящее время синергетический подход получил признание не только в естествознании, но и в гуманитарных и социальных науках. Более того, синергетика постепенно преодолевает границы междисциплинарных научных исследований, превращаясь в новую мировоззренческую парадигму.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

 

Аберрация – погрешности оптических изображений, которые могут быть нечеткими или окрашенными, не точно соответствуют контурам объекта.

Абиотические факторы – неорганические факторы (химические, физические, космические, геологические, географические), влияющие на жизнедеятельность организмов.

Абиогенез – концепция возникновения жизни из неорганического вещества.

Автогенез – концепция, объясняющая эволюцию жизни под действием только внутренних факторов.

Автокатализ – химическая реакция, в которой для синтеза вещества необходимо его присутствие в качестве катализатора, ускоряющего саму реакцию.

Автотрофы – организмы, синтезирующие все необходимые для жизни органические вещества из неорганических.

Адаптация – приспособление организма, его строения и функций к условиям среды обитания.

Адроны – семейство элементарных частиц (барионов и мезонов), участвующих в сильных взаимодействиях.

Аксиология – философское учение о ценностях.

Анаэробные организмы – организмы, живущие в отсутствии свободного кислорода.

Аннигиляция – превращение частицы и античастицы при их столкновении в другие частицы.

Антисциентизм – философско-мировоззренческая позиция, отрицающая роль науки в качестве главного, интегрального компонента культуры.

Античастицы – частицы-«двойники», отличающиеся от обычных частиц только знаком электрического заряда.

Антропоцентризм – мировоззренческая позиция, в соответствии с которой человек рассматривается как центр и главная цель мироздания.

Архетипы – универсальные структуры человеческой психики, имеющие формальный характер и проявляющиеся всегда в связи с конкретным культурным содержанием, элементарные структуры коллективного бессознательного.

Атрибут – неотъемлемое свойство субстанции.

Аэробные организмы – организмы, которые могут существовать только при наличии свободного кислорода.

Барионы – адроны с полуцелым спином, состоящие из трех кварков.

Бессознательное – сфера психической активности, находящаяся вне сознания; различают коллективное и личное бессознательное.

Биогенез – процесс возникновения и развития биологических систем.

Биогеоценоз  (или экологическая система) – сложная природная система, представляющая собой совокупность биотических (популяции различных видов растений, животных и микроорганизмов) и абиотических (атмосфера, почва, вода, солнечная энергия) элементов, связанных между собой обменом вещества и энергии.

Биосфера – целостная самоорганизующаяся система, состоящая из различных компонентов (экологических систем, биоценозов, популяций, организмов и т. п.), сфера живых организмов и среды их обитания; структура и содержание биосферы определяются прошлой и современной деятельностью всех живых организмов, в том числе и человека.

Биотехнология – использование живых организмов или биологических процессов в производстве.

Биотические факторы – совокупность воздействий одних живых организмов на другие.

Биоценоз – совокупность живых организмов, населяющих определенную территорию, приспособленных к среде обитания и вступающих в определенные взаимодействия друг с другом.

Брахиация – способ передвижения некоторых современных обезьян, а также древних предков человека – скачки по деревьям путем раскачивания на передних конечностях.

Вакуум – особое состояние электромагнитного поля, характеризующееся низкими энергиями.

Валентность – способность атомов одного химического элемента соединяться с определенным количеством атомов другого химического элемента.

Верификация – эмпирическое подтверждение, критерий проверки научных высказываний через подтверждение их опытом; введен неопозитивистами.

Вероятность – степень возможности, осуществимости явления или события в конкретной совокупности условий, количественное выражение возможности, определение меры близости возможности к действительности.

Виртуальные частицы – элементарные частицы, существующие в промежуточных, очень коротких (ненаблюдаемых) состояниях, для которых не выполняются обычные соотношения между энергией, импульсом и массой. Присутствием виртуальных частиц в квантовой механике объясняются взаимодействия и превращения частиц.

Витализм – позиция, согласно которой в любых организмах присутствует нематериальная жизненная сила.

Возможность – потенциальное бытие, тенденция развития наличного бытия.

Галактики – гигантские звездные системы, включающие до сотен млрд звезд.

Гелиоцентризм – воззрение, согласно которому Земля и другие планеты Солнечной системы обращаются вокруг Солнца.

Гаметы – половые клетки животных и растений.

Ген – материальный носитель наследственной информации, расположенный в хромосоме и способный к воспроизведению.

Генезис – происхождение, возникновение, развитие.

Генотип – совокупность всех генов, локализованных в хромосомах.

Геоцентризм – воззрение, согласно которому все небесные тела движутся вокруг Земли.

Герменевтика – первоначально методика истолкования текстов, позже одно из направлений современной философии, рассматривающее категорию «понимание» в качестве центральной, изучающее возможности универсального использования интерпретационных методов во всех сферах познания и для любых объектов.

Гетеротрофы – организмы, использующие для своего питания готовые органические соединения.

Гилозоизм – учение о всеобщей оживленности мира.

Глюоны – частицы с нулевой массой и спином, обеспечивающие взаимодействие между кварками.

Гоминиды – семейство отряда приматов, в которое входят современный и ископаемый человек.

Гравитационный коллапс – катастрофическое сжатие звезды под действием сил тяготения.

Гравитон – гипотетическая частица гравитационного поля, которая вводится для объяснения гравитационного взаимодействия.

Деизм – принцип, утверждающий Бога в качестве первопричины мира и при этом отрицающий его вмешательство в дальнейшее существование мироздания.

Детерминизм – онтологический принцип, утверждающий всеобщую обусловленность явлений и событий и всеобщий характер причинности.

Действительность – актуальное, наличное бытие.

Дисперсия – зависимость преломления света от длины волн, в результате чего свет разлагается в спектр.

Диссипативные структуры – вновь образованные структуры, требующие для своего становления энергии, которую система «забирает» из окружающей среды.

Диссипация – рассеивание энергии.

Дифракция – отклонение волн от прямолинейного движения при прохождении около края препятствия.

Закон – объективная, необходимая, всеобщая повторяющаяся и существенная связь между явлениями и событиями.

Звездные скопления – гравитационно-связанные группы звезд.

Изотропы – разновидности одного и того же химического элемента, обладающие одинаковым зарядом, но разной массой.

Изотропность – одинаковость свойств по всем направлениям, например, изотропность пространства.

Импульс – физическая характеристика объекта, произведение массы на скорость.

Инвариантность – неизменность какой-либо величины относительно изменения физических условий.

Индетерминизм – онтологический принцип, отрицающий наличие между явлениями и событиями всеобщей и универсальной взаимосвязи или всеобщий характер причинности.

Инерциальная система – система, находящаяся в состоянии прямолинейного и равномерного движения.

Интерпретация – истолкование смысла знака или знаковой системы.

Интерференция – сложение волн в пространстве, в результате которого происходит усиление или ослабление амплитуды результирующей волны.

Интровертный – обращенный вовнутрь.

Истина – особая характеристика знания, выражающая его соответствие действительности.

Катализатор – вещество, меняющее скорость химической реакции, но само в ней не участвующее.

Каузальность – причинность, закономерная связь причины и следствия.

Кварки – гипотетические элементарные частицы с дробным зарядом, из которых состоят все другие частицы.

Кибернетика – наука, занимающаяся изучением сложных систем с отрицательной обратной связью, которые поддерживают инвариантное состояние в результате взаимодействия с окружающей средой.

Континуум – целостность, непрерывная совокупность, единство каких-либо точек, чисел или физических величин.

Красное смещение – увеличение длин волн в спектре удаляющегося от наблюдателя источника света по сравнению с эталонными спектрами.

Культура – совокупность продуктов материальной и духовной деятельности человека, духовных и материальных ценностей, система норм и учреждений, отличающая человека от животных.

Лептоны – общее название для элементарных частиц, не участвующих в сильном взаимодействии, но принимающих участие в слабом, электромагнитном и гравитационном взаимодействиях.

Ментальность (менталитет) – стереотипы мышления и поведения, присущие людям определенной социальной, исторической или этнической общности.

Мезоны – нестабильные сильно взаимодействующие частицы (адроны), состоящие из кварка и антикварка.

Метагалактика – видимая часть Вселенной со всеми находящимися в ней объектами.

Метрика пространства – времени – геометрические свойства четырехмерного пространственно-временного континуума в теории относительности.

Мутагенез – процесс возникновения наследственных изменений.

Мутация – внезапное изменение наследственных структур, т. е. генов, вызванное естественным или искусственным путем, основа изменчивости в живой природе.

Научная революция – процесс смены научно-исследовательских программ или парадигм научного мышления.

Ноосфера – сфера разума, высшая ступень развития биосферы, область активного проявления человека.

Нуклеиновые кислоты – ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота), биологически активные полимеры, которым принадлежит главная роль в синтезе белка и передаче наследственной информации.

Нуклоны – общее название для протонов и нейтронов, частиц, образующих атомные ядра.

Объяснение – универсальная гносеологическая процедура выявления сущности изучаемого объекта или явления, подведение его под общий закон.

Онтогенез – процесс индивидуального развития организма от рождения до смерти.

Панпсихизм – учение о всеобщей одушевленности мира.

Панспермия – гипотеза происхождения жизни на земле путем занесения ее из космоса.

Пантеизм – философское учение, утверждающее тождество природы и Бога.

Парадигма – признанные всеми достижения, которые определяют модели постановки научных проблем, способы их решения, являющиеся источником методов, проблемных ситуаций; стиль мышления эпохи.

Парсек – единица для выражения межзвездных расстояний, равная пути, который пройдет свет за 3,26 года.

Плазма – особое состояние материи, частично или полностью ионизированный газ.

Популяция – совокупность особей одного вида, занимающих определенную территорию, относительно изолированная от других особей этого вида, воспроизводящая себя в течение длительного времени; «единица» эволюции.

Поляризация – неравноправность различных направлений в плоскости, перпендикулярной направлению распространения световой волны.

Понимание – универсальная гносеологическая процедура постижения смысла явления или события, в которой объединены рациональные и нерациональные моменты; понимание возможно там, где есть смысл.

Прокариоты – организмы, лишенные оформленного ядра.

Пролиферация – разрастание системы путем «размножения» ее элементов.

Пульсары – космические источники импульсного электромагнитного излучения.

Реликтовое излучение – фоновое космическое электромагнитное излучение, сохранившееся от ранних стадий эволюции Вселенной.

Самосознание – способность человека одновременно отображать явления и события внешнего мира и иметь знание о самом процессе сознания на всех его уровнях.

Сингулярность – начальное состояние Вселенной в теории Большого Взрыва, характеризующееся высокой плотностью вещества.

Синергетика – наука, занимающаяся изучением открытых неравновесных систем с положительным типом обратной связи; теория самоорганизации открытых систем.

Сознание – целенаправленное отображение действительности, на основе которого осуществляется регулирование поведения человека, те психические проявления, которые поддаются контролю.

Сциентизм – философско-мировоззренческая позиция, рассматривающая науку в качестве главного, интегрального компонента культуры, абсолютизирующая роль науки.

Телеология – мировоззренческая позиция, согласно которой все существующее направлено к определенной цели, конечная цель выступает причиной происходящего в мире.

Теология – богословие, учение о Боге.

Фаги – доклеточные формы живого.

Фальсификация – эмпирическое опровержение, критерий проверки научных высказываний через опровержение опытом, введен в критическом рационализме.

Фатализм – мировоззренческая позиция, согласно которой все события и явления предопределены.

Фенотип – совокупность всех внешних признаков организма, обусловленных его генотипом.

Филогенез – процесс становления и развития систематической группы организмов (вида).

Философия – рационально-теоретическая форма мировоззрения, система развернутых ответов на мировоззренческие вопросы, предметом философии являются всеобщие связи в системе «человек – мир».

Флуктуация – случайное отклонение системы от «нормы» – закономерного, привычного, «среднего» состояния.

Хромосомы – элементы ядра клетки, содержащие гены. ДНК хромосом содержит наследственную информацию и транслирует ее вновь образованным клеткам.

Экстравертный – обращенный вовне.

Экстраполяция – перенесение свойств и закономерностей одной системы на другие, отличающиеся от нее.

Элементарные частицы – далее неразложимые частицы, составляющие глубинный уровень организации материи.

Эукариоты – организмы, клетки которых содержат ядро.

 

 

ПЕРСОНАЛИИ

 

Августин Блаженный  (345–430) – средневековый философ, представитель патристики.

Авогадро  Амедео (1776–1856) – итальянский физик и химик.

Ампер  Андре Мари (1775–1836) – французский физик и математик.

Аристотель  (384–322 до н. э.) – древнегреческий философ, ученик Платона, создатель формальной логики.

Аррениус  Сванте Август (1859–1927) – шведский физик и химик.

Берталанфи  Людвиг фон (1901–1972) – австрийский биолог.

Бойль  Роберт (1627–1691) – английский физик и химик.

Больцман  Людвиг (1844–1906) – австрийский физик.

Бор  Нильс (1885–1962) – датский физик.

Борн  Макс (1882–1970) – немецкий физик.

Браге  Тихо (1546–1601) – датский астроном.

Брадлей  Джеймс (1693–1762) – английский астроном.

Бройль  Луи де (1892–1987) – французский физик.

Бруно  Джордано (1548–1600) – итальянский философ и астроном.

Бутлеров  Александр Михайлович (1828–1886) – русский химик.

Вавилов  Николай Иванович (1887–1943) – русский ботаник и генетик.

Вайнберг  Стивен (р. 1933) – американский физик.

Вейсман  Август (1834–1914) – немецкий зоолог.

Велер  Фридрих (1800–1882) – немецкий химик и врач.

Вернадский  Владимир Иванович (1863–1945) – русский философ и естествоиспытатель.

Винер  Норберт (1894–1964) – американский математик.

Галилей  Галилео (1564–1642) – итальянский философ, физик и астроном.

Гегель  Георг Вильгельм Фридрих (1770–1831) – немецкий философ, представитель объективного идеализма, создатель системы панлогизма.

Гейзенберг  Вернер (1901–1975) – немецкий физик.

Геккель  Эрнст (1834–1919) – немецкий биолог.

Гелл-Манн  Марри (р. 1929) – американский физик.

Гук Роберт  (1635–1703) – английский естествоиспытатель и биолог.

Гюйгенс  Христиан (1629–1695) – нидерландский математик и физик.

Дарвин  Чарльз Роберт (1809–1882) – английский естествоиспытатель.

Декарт  Ренэ (Картезий) (1596–1650) – французский философ, представитель рационализма и дуализма Нового времени.

Дирак  Поль Адриен Морис (1902–1984) – английский физик.

Дубинин  Николай Петрович (1906–1998) – русский биолог и генетик.

Дюбуа  Эжен (1858–1940) – нидерландский антрополог.

Евклид  (конец IV – 1-я пол. III в. до н. э.) – древнегреческий математик.

Зюсс  Эдуард (1831–1914) – австрийский геолог и палеонтолог.

Иогансен  Вильгельм (1857–1927) – немецкий генетик.

Кант  Иммануил (1724–1804) – немецкий философ, создатель системы трансцендентального идеализма.

Кекуле  Фридрих (1829–1896) – немецкий химик.

Кеплер  Иоганн (1571–1630) – немецкий астроном и математик.

Коперник  Николай (1473–1543) – польский философ и астроном.

Корренс  Карл Эрих (1864–1933) – немецкий ботаник.

Крик  Фрэнсс Харри Комптон (р. 1916) – английский физик и микробиолог.

Кулон  Шарль Огюстен (1736–1806) – французский физик.

Кун  Томас Сэмюэл (1922–1996) – американский философ, представитель постпозитивизма.

Лавуазье  Антуан Лоран (1743–1794) – французский химик.

Лайель  Чарльз (1797–1875) – английский геолог и естествоиспытатель.

Лакатос  Имре (1922–1974) – английский философ, представитель постпозитивизма.

Ламарк  Жан Батист Пьер (1744–1829) – французский биолог.

Лаплас  Пьер Симон (1749–1827) – французский астроном, математик и физик.

Лейбниц  Готфрид Вильгельм (1646–1716) – немецкий философ, представитель рационализма Нового времени.

Лики  Луис Сеймур Базетт (1903–1972) – английский антрополог.

Линней  Карл (1707–1778) – шведский биолог и натуралист.

Лобачевский  Николай Иванович (1792–1856) – русский математик.

Ломоносов  Михаил Васильевич (1711–1765) – русский ученый и философ.

Лоренц  Конрад (1903–1989) – австрийский зоолог.

Лоренц  Хендрик Антон (1853–1928) – нидерландский физик.

Майкельсон  Альберт Абрахам (1852–1931) – американский физик.

Максвелл  Джеймс Кларк (1831–1879) – английский физик.

Мальтус  Томас Роберт (1766–1834) – английский священник, экономист и демограф.

Меллер  Герман Джозеф (1890–1967) – американский генетик.

Менделеев  Дмитрий Иванович (1834–1907) – русский химик.

Мендель  Грегор Иоганн (1822–1884) – австрийский биолог и генетик.

Миллер  Стэнли (р. 1930) – американский биолог.

Минковский  Герман (1864–1909) – немецкий математик.

Морган  Томас (1866–1945) – американский биолог.

Ньютон  Исаак (1643–1727) – английский физик и математик.

Пастер  Луи (1822–1895) – французский физик.

Планк  Макс Карл Эрнст Людвиг (1858–1947) – немецкий физик.

Поппер  Карл (1902–1994) – английский философ, представитель постпозитивизма.

Пригожин  Илья Романович (р. 1917) – бельгийский физик и химик.

Птолемей  Клавдий (ок. 100-ок. 165) – античный астроном.

Пуанкаре  Жюль Анри (1854–1912) – французский физик и математик.

Райт  Сьюалл (1889–1988) – американский генетик.

Резерфорд  Эрнст (1871–1937) – английский физик.

Рентген  Вильгельм Конрад (1845–1923) – немецкий физик.

Риман  Георг Фридрих Бернхард (1826–1886) – немецкий математик.

Салаш  Абдус (р. 1926) – пакистанский физик.

Стертевант  Альфред Генри (1891–1970) – американский генетик.

Уотсон  Джеймс Дьюи (р. 1928) – американский биохимик.

Фарадей  Майкл (1791–1867) – английский физик и химик.

Фейерабенд  Пол Карл (1924–1994) – американский философ, представитель постпозитивизма.

Фейнман  Ричард Филлипс (1918–1988) – американский физик.

Филипченко  Юрий Александрович (1882–1930) – русский биолог и генетик.

Фишер  Рональд Эйлмер (1890–1962) – английский математик и генетик.

Фрейд  Зигмунд (1856–1939) – австрийский психолог и психиатр, основоположник психоаналитической философии.

Френель  Огюстен Жан (1788–1827) – французский физик.

Фридман  Александр Александрович (1888–1925) – русский физик.

Фриз  Хуго де (1848–1935) – нидерландский ботаник.

Хаббл  Эдвин Пауэлл (1889–1953) – американский астроном.

Хакен  Герман (р. 1927) – немецкий математик.

Хаксли  Джулиан Сорелл (1887–1975) – английский биолог.

Хокинг  Стивен (р. 1942) – английский физик.

Холдейн  Джон Бердон Сандерсон (1892–1964) – английский биолог и генетик.

Цвейг  Джордж (р. 1937) – американский физик.

Чаргафф  Эрвин (р. 1905) – американский биофизик.

Чермак  Эрих (1871–1962) – австрийский биолог и генетик.

Четвериков  Сергей Сергеевич (1880–1959) – русский генетик.

Чижевский  Александр Леонидович (1897–1964) – русский биолог.

Шванн  Теодор (1810–1882) – немецкий ботаник и гистолог.

Швингер  Джулиус (р. 1918) – американский физик.

Шлейден  Маттиас (1804–1881) – немецкий ботаник.

Шредингер  Эрвин (1887–1961) – австрийский физик.

Энгельс  Фридрих (1820–1895) – немецкий философ.

Эйген  Манфред (р. 1927) – немецкий физик и химик.

Эйнштейн  Альберт (1879–1955) – немецкий физик.

Юнг  Карл Густав (1875–1961) – швейцарский психолог, психиатр и философ.

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Алексеев П.В., Панин А.В.  Философия. Учебник. М., 1998.

2. Глобальный эволюционизм. М., 1994.

3. Идлис Г.М.  Революции в астрономии, физике и космологии. М., 1985.

4. Ильин В.В.  Теория познания. Введение. Общие проблемы. М., 1993.

5. Карнап Р. Философские основания физики. М., 1971.

6. Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н.  Естествознание. М., 1996.

7. Миронов В.В.  Образы науки в современной культуре и философии. М., 1997.

8. Найдыш В.М.  Концепции современного естествознания. М., 2002.

9. Пригожин И., Стенгерс И.  Порядок из хаоса. М., 1986.

10. Степин В.С.  Теоретическое знание. М., 2000.

11. Хрисанова Е.Н., Перевозчиков И.В.  Антропология. М., 1991.

 

Ольга Николаевна Стрельник

Концепции современного естествознания:

 конспект лекций

 

Аннотация

 

Непосредственной сдаче экзамена или зачета по любой учебной дисциплине всегда предшествует достаточно краткий период, когда студент должен сосредоточиться, систематизировать свои знания. Выражаясь компьютерным языком, он должен «вывести информацию из долговременной памяти в оперативную», сделать ее готовой к немедленному и эффективному использованию. Специфика периода подготовки к экзамену или зачету заключается в том, что студент уже ничего не изучает (для этого просто нет времени): он лишь вспоминает и систематизирует изученное.

Предлагаемое пособие поможет студентам в решении именно этой задачи применительно к курсу «Концепции современного естествознания».

Содержание и структура пособия соответствуют требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.

Издание предназначено студентам высших учебных заведений.

 

 

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ Место науки в системе духовной культуры

Тема 1. ОСОБЕННОСТИ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ

1.1. Понятие науки. Познание и наука

1.2. Проблема критериев научности

1.3. Структура научного знания

1.4. Развитие науки. Понятие научной революции

1.5. Методы и формы научного познания

1.6. Естественно-научная и гуманитарная культура

1.7. Наука и техника

1.8. Особенности современной естественно-научной картины мира

Тема 2. ОСНОВНЫЕ ИДЕИ КЛАССИЧЕСКОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

2.1. Возникновение классического естествознания

2.2. Астрономия в XVI–XIX вв

2.3. Физика в XVI–XIX вв

2.4. Химия в XVII–XIX вв

2.5. Биология в XVI–XIX вв

Тема 3. СОВРЕМЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МИРЕ

3.1. Общие принципы неклассической физики

3.2. Современные представления о материи, пространстве и времени. Общая и специальная теории относительности

3.3. Основные идеи и принципы квантовой физики

3.4. Современные представления об элементарных частицах. Структура микромира

3.5. Фундаментальные физические взаимодействия

Тема 4. СОВРЕМЕННЫЕ ВЗГЛЯДЫ НА ПРОИСХОЖДЕНИЕ И УСТРОЙСТВО ВСЕЛЕННОЙ

4.1. Общие принципы современной астрономии

4.2. Основные космологические гипотезы. Происхождение Вселенной

4.3. Устройство Вселенной

4.4. Происхождение и устройство Солнечной системы

4.5. Будущее Вселенной

Тема 5. СОВРЕМЕННЫЕ ВЗГЛЯДЫ НА ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЮ ЖИЗНИ

5.1. Общие принципы современной биологии

5.2. Современные представления о происхождении жизни

5.3. Основные этапы эволюции органического мира

5.4. Сущность и основные признаки живых систем

5.5. Уровни организации живой природы

5.6. Генетика и молекулярная биология

5.7. Синтетическая теория эволюции

5.8. Экология и учение о биосфере

Тема 6. ОБРАЗ ЧЕЛОВЕКА В СОВРЕМЕННОЙ НАУКЕ

6.1. Человек как предмет естествознания

6.2. Возникновение научной антропологии

6.3. Основные этапы антропогенеза

6.4. Возникновение сознания. Структура сознания

6.5. Сознательное и бессознательное

6.6. Сознание и язык

6.7. Сознание и мозг

6.8. Социальное и биологическое в человеке. Индивид, личность, индивидуальность

Тема 7. СОВРЕМЕННЫЕ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

7.1. Кибернетика

7.2. Синергетика

7.3. Концепция глобального эволюционизма в науке и философии

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Будущее науки: проблемы и перспективы

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ НЕКОТОРЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ ВЕЛИЧИНАМИ

ПЕРСОНАЛИИ

ЛИТЕРАТУРА

 

ВВЕДЕНИЕ

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: