Концепции современного естествознания (стр. 6 )

Максимальная же энтропия, как известно, соответствует полному термодинамическому равновесию, т. е. хаосу. Отсюда и следовало предсказание тепловой смерти Вселенной, которая в то время считалась стационарной и вопрос о ее возникновении и эволюции не обсуждался. Живая же природа со всей очевидностью стремилась, наоборот, от хаоса к упорядоченности.

5.2. Синергетика – объединяющая концепция современной научной картины мира

Это вопиющее противоречие было разрешено только после того, как физика повернулась к рассмотрению открытых систем, т. е. систем, обменивающихся с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Выяснилось, что при определенных условиях в открытых системах возможны процессы самоорганизации, сопровождаемые процессами диссипации (от лат. dissipatio – рассеяние) энергии, т. е. перехода части энергии упорядоченных процессов в энергию процессов неупорядоченных и, в конечном итоге, в теплоту. Таким образом, понимание процессов самоорганизации оказалось связанным с изучением взаимодействия открытых систем с окружающей средой.

Стало очевидным, что признание наличия у материи наряду с тенденцией к дезорганизации также и созидательной тенденции позволяет создать новую, непротиворечивую картину мира. Речь идет о способности материи, говоря на языке механики, совершать работу против термодинамического равновесия, т. е. самоорганизовываться и самоусложняться. Так возникла синергетика, или теория самоорганизации.

Видными теоретиками синергетики, ее создателями считаются немецкий физик Герман Хакен и бельгийский физико-химик , русский по происхождению. Хакен пришел к идее синергетики, изучая так называемые кооперативные (коллективные) процессы в твердотельных лазерах, то – от исследования специфических химических реакций, приводящих к образованию упорядоченных пространственных структур. Заметим, что сам термин «синергетика», который был введен Г. Хакеном (от греч. sσιυεργεια – совместное действие), отражает именно коллективный характер упомянутых процессов. Признание способности систем к самоорганизации отнюдь не отвергает действия деградационных процессов. Общий смысл понятия синергетики определяется поэтому следующим образом:

– процессы эволюции и деградации во Вселенной равноправны;

– эволюционные процессы, т. е. процессы нарастания упорядоченности и сложности не зависят от природы систем, в которых они происходят.

Речь, таким образом, идет о некотором универсальном механизме, в соответствии с которым осуществляется самоорганизация как в живой, так и в неживой природе. Подчеркнем, что под самоорганизацией понимается спонтанный, самопроизвольный переход открытой неравновесной системы любой природы к более высокому уровню упорядоченности. Итак, теория самоорганизации имеет объектами исследования системы, отвечающие как минимум двум условиям. Они должны быть открытыми, т. е. иметь канал обмена с внешней средой, и существенно неравновесными, т. е. значительно отклоняться от состояния термодинамического равновесия. Именно таким и является большинство реальных систем.

Очевидно, что если система находится в состоянии термодинамического равновесия, то она обладает максимальной энтропией, т. е. максимально дезорганизована. Если же она находится вдали от точки равновесия, то приоритет получает процесс уменьшения энтропии, т. е. происходит самоорганизация. Чем же определяется грань между двумя противоположными направлениями изменения системы? Всё дело в интенсивности диссипации: если использованная системой энергия рассеивается в окружающую среду и восполняется свежей энергией из нее, то это и свидетельствует о нахождении системы в существенно неравновесном состоянии, т. е. о ее способности к самоорганизации.

В связи с диссипацией энергии можно говорить о том, что любая система производит энтропию, только из открытой и существенно неравновесной системы энтропия выводится и рассеивается в окружающую среду, а в изолированной или близкой к равновесию системе энтропия накапливается. Здесь снова проявляется роль окружающей среды в отборе структур, способных к самоорганизации или эволюции. В этой связи возникает вопрос о том, является ли сложнейшая из всёх возможных систем – Вселенная – открытой и неравновесной. Что, при положительном ответе на этот вопрос, служит для нее внешней средой? Согласно воззрениям современной квантовой физики, для вещественной Вселенной такой средой является физический вакуум.

Физический вакуум вводится в квантовой теории как низшее энергетическое состояние квантованных полей, для которого характерно отсутствие каких-либо реальных частиц. Все квантовые числа такого состояния равны нулю. Однако состояние физического вакуума рассматривается не как простое отсутствие электромагнитного поля (вследствие отсутствия заряженных частиц), а как одно из возможных состояний поля, обладающее определенными свойствами, которые могут проявляться на опыте. Понятие физического вакуума тесно связано с соотношением неопределенностей между энергией и временем, из которого следует невозможность одновременного равенства нулю и числа частиц, и напряженностей электрического и магнитного полей. При взаимодействии реальных частиц с физическим вакуумом из него рождаются, а затем аннигилируют виртуальные пары частиц – античастиц (например, электрон-позитронные пары).

Виртуальными частицами в квантовой теории называются частицы, имеющие такие же квантовые числа, как и соответствующие реальные частицы, но для которых не выполняется обычное, справедливое для реальных частиц, соотношение между энергией и импульсом. Поэтому виртуальные частицы могут существовать только в промежуточных (имеющих малую длительность) состояниях, что препятствует их экспериментальной регистрации. Особая роль виртуальных частиц состоит в том, что они являются переносчиками взаимодействия. В частности, два электрона взаимодействуют посредством испускания одним из них и поглощения другим виртуального фотона. Понятие физического вакуума является в квантовой теории одним из основных, так как его свойства определяют свойства всех остальных состояний, поскольку любое из них может быть получено из вакуумного вследствие рождения частиц.

5.3. Механизм самоорганизации в природе

Рассмотрим теперь, как происходит самоорганизация. Фундаментальным принципом самоорганизации является возникновение и усиление порядка через флуктуации, т. е. случайные отклонения от некоторого характерного для данного состояния системы среднего положения. Это свидетельствует о том, что случайность является неотъемлемым атрибутом эволюции, она вмонтирована в ее механизм. Роль флуктуаций состоит в усилении неравновесности, своеобразном раскачивании системы, приводящем ее в неустойчивое состояние. Естественно, что с точки зрения самоорганизации полезными являются флуктуации, направленные в сторону от состояния равновесия. В силу равновероятности флуктуаций для приведения системы в неустойчивое состояние нужен некий механизм усиления флуктуаций. Речь идет о механизме положительной обратной связи, срабатывающем в процессе раскачивания системы таким образом, что случайно возникающие отклонения накапливаются и усиливаются.

Процесс нарастания упорядоченности системы имеет две качественно различные фазы:

– стадия плавного эволюционного развития, носящего практически линейный характер, подводящая систему к неустойчивому критическому состоянию, называемому точкой бифуркации;

– скачкообразный переход системы в другое устойчивое состояние с более высокой степенью упорядоченности.

Здесь следует обратить внимание на два существенных обстоятельства. Переход системы в новое устойчивое состояние из точки бифуркации неоднозначен: в силу нелинейности подобных процессов существует несколько возможных вариантов развития в виде различных устойчивых состояний с более высокой сложностью. Считается, что в точке бифуркации путь эволюции системы разветвляется, и выбор одного из возможных дальнейших путей происходит опять случайным образом. На этой стадии выбор пути развития однозначно не определен, т. е. непредсказуем, а состоявшийся скачок – необратим. Существенно, что переход из одного устойчивого состояния в другое происходит через состояние неупорядоченности: начальная упорядоченность разрушается, и лишь затем возникает новая, т. е. на этой стадии развитие идет через хаос.

Следующая эволюционная стадия плавного развития стартует с момента случайного перехода системы в новое состояние. Таким образом, случайность проявляется в этом процессе на двух уровнях: вначале на уровне флуктуаций, а затем на уровне скачка из точки бифуркации.
В этой связи можно говорить о взаимодействии закономерности и случайности в процессе эволюции систем. При этом следует обратить внимание на то, что понятие эволюции при описании самоорганизации используется в двух смыслах: для характеристики периодов плавного развития, сменяемых резкими, революционными скачками, и для обозначения совокупного процесса развития, включающего обе эти фазы.

Важным и пока еще мало изученным фактором самоорганизации является неизменно подчеркиваемая информативность, способность эволюционирующей системы получать, хранить и использовать для своего развития информацию, в том числе информацию о направлении этого развития. Пожалуй, только наличием такой информативности можно объяснить функционирование механизма направленного, восходящего развития Вселенной и всех ее подсистем. Современной науке удалось выяснить принцип хранения и передачи информации в природе пока лишь для одного случая – при реализации генного механизма наследственности. Есть все основания ожидать, что подобные механизмы должны существовать и в других природных системах для управления программами их эволюции.

Эволюция систем неизменно ассоциируется с возрастанием их упорядоченности, которая в основном может быть сведена к усложнению структуры и разветвлению связей между подсистемами различных иерархических уровней. В этом и состоит нарастание информативности системы. Очевидно, что эволюционный процесс протекает вопреки действию фундаментального закона увеличения энтропии. Следовательно, эволюционные механизмы возможны исключительно благодаря флуктуациям параметров систем, случайным отклонениям их от средних, равновесных значений. Поэтому каждый последующий уровень возрастания упорядоченности реализуется со всё уменьшающейся вероятностью.

Подтверждением тому служит эволюция Вселенной как результат последовательных флуктуаций вследствие нарушения симметрии. Благодаря флуктуации относительной плотности частиц и античастиц Вселенная смогла избежать вырождения в море остывающих фотонов, при том что фотонов насчитывается на девять порядков больше, чем частиц. Флуктуации плотности водородно-гелиевого дозвездного вещества не позволили Вселенной остаться водородно-гелиевой. Однако образовавшиеся (и образующиеся) звезды в пространстве Метагалактики – явление достаточно редкое, а температура свободного космоса – это температура реликтового излучения. Подобно тому, как «горячие» молекулы равновесного макроскопического тела не могут совершить чуда создания вечного двигателя, горячие (без кавычек) звезды не могут остановить остывание расширяющейся Вселенной, но в своей окрестности способны (если сильно повезет) послужить долгоживущим источником энергии для биосферы своей планеты.

В глобальном масштабе программа эволюции определяется совокупностью значений фундаментальных физических констант, характерных для нынешней реализацией очередного (скорее всего) цикла движения несотворимой и неуничтожимой материи Вселенной.

5.4. Концепция системности в естествознании

В наши дни на базе всеобъемлющего эволюционизма явно наметилась тенденция к синтезу естественных наук, рассмотрению их проблематики на основе системного подхода. При обсуждении процессов и закономерностей самоорганизации естественным оказывается использование понятия системы и соответствующей терминологии. Системный взгляд, теория систем сложились в ходе решения комплексных проблем, требующих совместного применения методов различных наук и научных направлений. Речь, таким образом, идет о междисциплинарном подходе, примером которого служит возникновение таких направлений исследования, как кибернетика и синергетика.

Мы уже обращали внимание на то, что синергетика, как теория самоорганизации, рассматривает в качестве важного фактора развития механизм положительной обратной связи, направленный на увеличение отклонения от равновесного состояния системы. А принцип действия технических систем регулирования, изучаемых кибернетикой, направлен на сохранение динамической устойчивости за счет действия отрицательной обратной связи, обеспечивающей подавление флуктуаций управляемых параметров. Это тоже самоорганизация, но с другим знаком. Поэтому, в принципе, методы теории систем применимы как в кибернетике, так и в синергетике.

Вообще же при функционировании систем любой природы действуют механизмы как положительной, так и отрицательной обратной связи. При этом действие отрицательной обратной связи стабилизирует систему, гася флуктуации, в то время как действие положительной усиливает флуктуации, что может приводить систему в точку бифуркации.

Современная общая динамическая теория систем опирается на фундаментальные результаты синергетики, в частности теории диссипативных структур (неравновесной термодинамики). В таком качестве она позволила сформировать новый, более широкий взгляд на динамику процессов эволюции на всех уровнях структурной организации материи. Можно со всеми основаниями говорить о становлении новой парадигмы, призванной объяснить широкий круг явлений на междисциплинарном уровне. Уже сейчас на основе такого подхода удается преодолеть многие затруднения, возникавшие при описании эволюционных процессов в биологических, экологических, а также социальных и гуманитарных системах. Особые надежды возлагаются на то, что посредством последовательного применения синергетической парадигмы будет найден ключ к пониманию и объяснению одной из величайших тайн природы – возникновения элементарных живых систем из органических макромолекул.

Ведущие принципы новой научной концепции укладываются в триаду: системность – динамизм (глобальный эволюционизм) – самоорганизация. На современном этапе развития научного знания считается, что эти принципы построения научной картины мира отражают фундаментальные закономерности развития природы.

Системность означает отражение научным знанием того положения, что Вселенная являет собой наиболее крупную из известных систем, состоящую из множества подсистем разного уровня сложности, каждая из которых может рассматриваться как отдельная система. Эффект системности проявляется в возникновении новых свойств в результате взаимодействия элементов, объединяющихся в систему. Такие свойства принято называть эмерджентными. Другой важной характеристикой систем является их иерархическая организация, т. е. вхождение систем нижних уровней сложности в последовательность систем более высоких уровней. Подобное объединение элементов и систем выражает их единство: каждый элемент той или иной системы связан со всеми элементами систем всех уровней. Такая связь с очевидностью прослеживается, например, в цепочке: человек – биосфера – Земля – Солнечная система – Галактика – Метагалактика. Любая подсистема Вселенной выступает как цельное, автономное образование, следующее своим путем развития, и в то же время остается составной частью систем более высокого уровня. Подобным образом должна выглядеть научная картина мира, отражающая систему его строения, и подобным же образом формируется (эволюционирует) современное естествознание, воспроизводящее эту картину.

Динамизм, глобальный эволюционизм отражают существование Вселенной и всех без исключения ее подсистем только в развитии, в процессе эволюции, протекающем для всех элементов иерархии по единому алгоритму – на основе самоорганизации структур, составляющих системы и подсистемы природы. Эволюционирующая Вселенная являет собой свидетельство единства мира, в котором любой процесс есть историческое следствие и вместе с тем составная часть глобального эволюционного процесса, начало которому было положено Большим взрывом.

Самоорганизация представляет собой неотъемлемую способность материи к развитию путем самоусложнения и наращивания упорядоченности своих структур. Узловым моментом самоорганизации является скачкообразный, однозначно не прогнозируемый переход системы в состояние с более высоким уровнем упорядоченности. Общий механизм, алгоритм такого скачка не зависит от природы самоорганизующихся систем. Он сопровождается нарушением первоначальной симметрии (как это обычно и бывает при существенных качественных изменениях) и проходит через неустойчивое, хаотичное состояние системы.

Указанные принципы организации современного научного знания, отражающие, как принято считать, общие закономерности и алгоритм глобальной эволюции как по отдельности, так и в совокупности, позволяют сделать вывод об историчности, а следовательно, и о принципиальной незавершенности научной картины мира, как существующей, так и любой альтернативной или последующей. В самом деле, научная картина мира есть отражение системой научного знания определенного состояния эволюционирующей Вселенной и предыстории этого состояния. Естественно, что с развитием человеческого общества происходит не только расширение и углубление научного знания, но и изменение самого отношения человека к миру, понимания своего предназначения в нем. Вместе с тем, продолжает развиваться и сама Вселенная. Следовательно, абсолютное знание в виде истинной научной картины мира недостижимо и поэтому процесс познания бесконечен.

Системный подход, характерный для синергетической парадигмы, основан на рассмотрении предметов и явлений окружающего мира, как элементов определенного целостного состояния. Основными факторами, определяющим систему, являются взаимодействие и взаимосвязь элементов в рамках целого, а также несводимость свойств целого к свойствам составляющих его элементов и подсистем. В принципе, однако, любая подсистема или элемент системы, в свою очередь, могут рассматриваться как самостоятельная система, а любая система – быть подсистемой или элементом системы более высокого уровня иерархии. Всё зависит от постановки задачи исследования, для решения или анализа которой привлекается системный метод. Выделяя систему, важно видеть присущие ей как целому эмерджентные (от англ. emergent – внезапно возникающий), т. е. качественно новые свойства, которыми ее составляющие не обладают.

Поскольку все реальные системы в природе и обществе являются открытыми, то в процессе исследования той или иной системы в рассмотрение включаются и те системы, с которыми данная система взаимодействует и которые составляют для нее внешнюю, или окружающую, среду. Взаимосвязь системы с внешней средой осуществляется посредством обмена с ней веществом, энергией и информацией. На современном уровне научного знания известно, что в неживой природе открытые системы обмениваются с окружающей средой веществом и энергией (например, в химических реакциях с выделением тепла). Живые системы кроме обмена веществом и энергией в процессе метаболизма получают и передают еще и информацию, посредством которой осуществляется управление наследственностью. В социально-экономических и гуманитарных системах обмен информацией приобретает первостепенную роль, составляя основу созидательной деятельности человечества.

Наука, как известно, началась с систематизации знания. Суть и смысл систематизации состоят в объединении отдельных фактов и суждений в рамках определенной концепции. Научное знание о системах, естественно, тоже систематизируемо. Не вдаваясь, однако, в классификацию систем, выделим два их вида – материальные и концептуальные системы. Для всевозможных материальных систем различной природы характерна независимость от познающего субъекта, который в процессе познания стремится отразить их содержание и свойства в создаваемых концептуальных системах. Как правило, концептуальная система представляет собой научную теорию, которая посредством своих понятий и законов отображает процессы, происходящие в реальных природных и социальных системах. Отметим, что системный характер научной теории проявляется в ее построении, связывающем и объединяющем отдельные элементы (в виде понятий, утверждений, закономерностей) в целостную структуру знания.

Понятия и модели, на которых базируется метод системного исследования, применимы для исследования явлений различной природы и различного характера. Поэтому возникает необходимость в абстрагировании от конкретного содержания отдельных систем с тем, чтобы выявить общие, наиболее существенные признаки, свойственные всем системам определенного класса. Основным средством достижения этой цели служит математическое моделирование, ставшее в период всеобщей компьютеризации эффективным методом исследования сложных, многопараметрических систем. Таким образом, и на уровне системных исследований сложилось единство качественных и количественных методов описания, характерное для развития научного познания.

С возникновением системного метода, его применением в естествознании и других науках начался качественно новый этап развития науки, связанный с междисциплинарным подходом к решению актуальных проблем, когда возможности традиционного дисциплинарного подхода исчерпаны или близки к пределу. Основополагающая роль системного метода состоит в достижении с его помощью единства научного знания, которое проявляется в двух направлениях. С одной стороны, такое единство проявляется во взаимодействии различных научных дисциплин, возникновении новых дисциплин «на стыках» традиционных, формировании междисциплинарных направлений исследования. С другой стороны, системный метод способствует более четкому выявлению единства в рамках отдельной научной дисциплины, позволяя охватить всю совокупность явлений как бы взглядом сверху. В целом же процесс познания развивается наиболее успешно в том случае, когда части и целое, анализ и синтез рассматриваются во взаимодействии, в котором они дополняют и обогащают друг друга.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Со времени зарождения научного знания естественно-научная картина мира, как совокупность образов, отражающих закономерности природы, претерпела весьма существенные изменения.

В античные времена эта «картина» писалась яркими крупными мазками, причем области свободного пространства между достоверно вписанными фрагментами заполнялись размытым фантазийным фоном, состоящим из неясностей, догадок и заблуждений.

Ньютоновскую картину мира можно уподобить гравюре: она выписана строгими, четкими линиями, детально проработана, в ней всё взаимосвязано. Но эта картина суха, статична, порядок вещей зафиксирован на ней раз и навсегда и как бы ограничен плоскостью.

Естественно-научная картина мира, основанная на принципах относительности и неопределенности квантовой механики, конечно же, теряет графическую четкость линий, но при этом вновь обретает цвета, а с ними и странность, и очарование, она становится, кроме того, еще и объемной, и динамичной. Принцип глобального эволюционизма, возникший первоначально в биологии, постепенно проник в физику, химию и космологию, став их важным движущим фактором. В частности, в космологии, где потенциал научного метода ограничен невозможностью достоверного воспроизведения картины развития событий путем проведения экспериментальных исследований, именно последовательное применение принципа эволюции позволяет моделировать динамику развития Вселенной и ее структурной организации. При этом имеются, к счастью, бесспорные экспериментальные данные, служащие подтверждением современных эволюционистских воззрений. Речь идет об открытии космологического расширения и реликтового излучения, неразрывно связанных с динамикой ранней Вселенной.

Исследуя феномен возникновения жизни, таких «подсказок» природы ждать не приходится: условия, которые существовали на Земле в тот период, воспроизвести, тем более в масштабах всей планеты, невозможно. Поэтому, если в этом вопросе не придерживаться идей креационизма, построить более или менее приемлемую схему возникновения первооснов жизни можно только базируясь на существующей в природе тенденции к самоорганизации.

Развитие современной науки всё в большей степени приближает ее к пределу возможностей наглядного объяснения явлений и фактов по аналогии с нашим повседневным опытом. Наиболее ярко это обстоятельство проявляется при исследованиях на уровне микромира. Неспроста физика элементарных частиц оперирует понятиями и представлениями, имеющими крайне мало общего с адекватными человеческому восприятию категориями классической физики. Тем не менее прогресс в этой области физики, обеспечивший надежное установление физических законов вплоть до ядерных плотностей, позволяет изучать свойства эволюционирующей Вселенной уже спустя 10 – 4 секунды после начала космологического расширения.

Сведения об устройстве микромира существенно расширяют достижения эволюционной химии и микробиологии, благодаря которым идея зарождения жизни вследствие стечения определенных обстоятельств в эволюции Вселенной получила многие необходимые, хотя еще и не вполне достаточные подтверждения.

Вершиной эволюционного развития живой природы на Земле, безусловно, является феномен человека – существа, обладающего разумом и потому ответственного за будущее – свое, своего рода и среды своего обитания. Сегодня это означает, прежде всего, ответственность человечества за сохранение биосферы, тем более что она является пока единственно возможной средой обитания человечества. Серьезнейшие экологические проблемы, с которыми столкнулось человеческое сообщество и которые пока еще только ждут своего решения, возникли как косвенный результат внедрения в практическую жизнь научно-технических достижений. Это неопровержимо свидетельствует о необходимости всесторонней оценки последствий такого рода действий.

Решение проблемы термоядерного синтеза, фантастические потенциальные возможности генной инженерии создают множество новых проблем, далеко выходящих за рамки технических решений. Это требует объединения усилий ученых и специалистов естественно-научного, технического и гуманитарного профилей на единой мировоззренческой позиции, имеющей своей целью сохранение биосферы, а вместе с ней – и человечества. Во главу угла выдвигается обязательность гуманитарной экспертизы научных проектов и программ. Такую экспертизу, предполагающую отсутствие права на ошибку, а тем более на субъективные выводы в тех или иных интересах, способны будут выполнить только всесторонне образованные профессионалы, владеющие серьезными знаниями «на стыках» гуманитарного и естественно-научного восприятия нашего эволюционирующего мира. Каждому из нас стоит задуматься над собственной ролью в судьбе человеческой цивилизации.

Авторы благодарят и , которые своим участием в обсуждении содержания ряда разделов и методики подачи лекционного материала в немалой степени способствовали подготовке настоящего учебного пособия.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. В чем состоит периодический закон ? Чем обусловлено периодическое повторение свойств химических элементов?

2. Какие модели эволюции Вселенной вывел из общей теории относительности?

3. В чем состоит и как обнаруживается экспериментально космологическое раширение?

4. Что представляет собой реликтовое излучение? Следствием каких процессов оно является?

5. Как эволюционируют звезды? Как происходит в них процесс нуклеосинтеза?

6. Как происходила геологическая эволюция Земли? Какие изменения в неорганических сферах планеты произошли после появления биосферы?

7. В чем состоит концепция биосферы? Как взаимодействуют популяции и виды живых организмов?

8. Какую роль в эволюции материи играют флуктуации? Приведите примеры флуктуаций, обеспечивших важнейшие этапы эволюции материи.

9. В чем состоит закон увеличения энтропии? С какой точностью он выполняется и почему это важно?

10. Проследите основные этапы антропогенеза. Чем принципиально вид Homo sapiens отличается от других видов?

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1. Сравните два атома. Ядро первого состоит из одного протона и двух нейтронов (всего три нуклона), ядро второго – из двух протонов и одного нейтрона (всего три нуклона).

Ответьте на следующие вопросы:

1.1. Сколько электронов содержит каждый из этих атомов?

_________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________

1.2. Что это за атомы?

_________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________

1.3. Что можно сказать о соотношении масс этих атомов? Оцените массы этих атомов в единицах массы электрона.

_________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________

1.4. Каково соотношение зарядов протона и электрона, если атом в обычном состоянии электрически нейтрален?

_________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________

1.5. Близки или существенно различаются химические свойства рассматриваемых атомов?

_________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________

2. Термин «аннигиляция» в переводе с латинского означает «взаимоуничтожение», «превращение в ничто». Известно, что частицы вещества и антивещества, например, электрон и позитрон, аннигилируют.

2.1. Выполняется ли в этом случае закон сохранения энергии?

_________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________

2.2. Если да, то каким образом?

_________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________

2.3. Установив непротиворечивый ответ на эти вопросы, проиллюстрируйте на этом примере, в чем состоит эквивалентность массы и энергии.

_________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________

3. Проследите следующий ассоциативный ряд:

3.1. В какой форме сохраняется материя при аннигиляции?

_________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________

3.2. Возможен ли обратный процесс «восстановления» электрон-позитронной пары?

_________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________

3.3. Как называются частицы, являющиеся продуктом аннигиляции электрон-позитронной пары? Как возникло это название (в процессе какого открытия)?

_________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________

3.4. Какое излучение соответствует этим частицам? Какова его природа?

_________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________

3.5. Каков порядок длины волны этого излучения?

_________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________

3.6. Какой волновой процесс характеризуется существенно более короткой длиной волны?

_________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________

ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1. Выбор катастроф. – М.: Амфора, 2001.

2. Вернадский мысль как планетное явление. – М.: Наука, 1991.

3. Дубнищева современного естествознания. – Новосибирск, 1988.

4. Салопов современного естествознания. – М., 1998.

Дополнительная:

5. Вернадский и ноосфера. – М.: Наука, 1989.

6. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной. – М.: Наука, 1981.

7. О природе живого: механизмы и смысл. – М.: Мир, 1994.

8. , Энгвер современного естествознания. – М., 2002.

9. , Курдюмов эволюции и самоорганизации сложных систем. – М.: Наука, 1994.

10. Человеческая индивидуальность: наследственность и среда. – М.: Прогресс, 1993.

11. Новиков Вселенной. – М., 1983.

12. Порядок из хаоса. – М.: Прогресс, 1986.

13. Тейяр де Феномен человека. – М.: Наука, 1987.

14. Синергетика. – М.: Мир, 1980.

15. Шкловский . Жизнь. Разум. – М.: Наука. 1976.

16. , Юсуфов учение. – М.: Высшая школа, 1988.

ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ

Аминокислоты – класс органических соединений, являющихся основным элементом построения всех белков; порядок включения в белки аминокислот определяется генетическим кодом.

Антропогенез (от греч. αυθρωπος – человек + γευεσις – возникновение) – процесс историко-эволюционного формирования физического типа человека, первоначального развития его трудовой деятельности, речи, а также общества.

Ареал (от лат. area – площадь, пространство) – в биологии часть земной поверхности, в пределах которой встречается тот или иной вид (род, семейство и т. д.) животных или растений; в экономической географии часть территории, выделяемая по какому-либо хозяйственному признаку или совокупности признаков

Белки – высокомолекулярные органические вещества, состоящие из аминокислот и составляющие основу жизнедеятельности всех организмов; постоянное обновление белков лежит в основе обмена веществ, или метаболизма.

Биогеоценоз (от био, гео... + греч. κοιυος – общий) – однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и косных (приземной слой атмосферы, почва, солнечная энергия и др.) компонентов и динамическим взаимодействием между ними путем обмена веществ и знергии; нередко употребляется как синоним экосистемы.

Биосфера (от био... + сфера) – область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы; в биосфере живые организмы и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему.

Бифуркация (от лат. bifurcus – раздвоенный) – разветвление в траектории движения, развитии системы в определенной точке, называемой точкой бифуркации.

Галактики (от греч. γαλακτiκος – млечный) – гигантские (до сотен миллиардов звезд) звездные системы, к которым относится и наша Галактика. Галактики подразделяются на эллиптические, спиральные и неправильные; распределены неравномерно, образуя скопления галактик.

Ген (от греч. γευος – род, происхождение) – единица наследственного материала, ответственная за формирование какого-либо элементарного признака. Совокупность всех генов организма составляет его генетическую конституцию – генотип.

Глобальный эволюционизм – представление о всеобщем характере эволюции во Вселенной, подтверждаемое теорией Большого взрыва и неравновесной термодинамикой в физике, эволюционной генетикой в биологии и другими современными теориями.

Катализ (от греч. καταλυσοις – разрушение) – изменение скорости химических реакций в присутствии катализаторов – веществ, ускоряющих ход реакций, или ингибиторов – веществ, замедляющих ход реакций.

Квазары (англ. quasar, сокр. от quasi-stelar radio-sourse – квазизвездный источник радиоизлучения) – мощные внегалактические источники электромагнитного излучения, представляющие собой активные ядра удаленных галактик; физическая природа активности квазаров еще до конца не раскрыта.

Космогония (от греч. κοσμογουια – рождение мира) – раздел астрономии, изучающий происхождение и развитие космических тел и их систем (планет и Солнечной системы в целом, звезд, галактик и т. д.

Космология (от греч. κοσμος – мир, Вселенная + λογος – учение) – физическое учение о Вселенной как целом, основанное на результатах исследования наиболее общих свойств (однородности, изотропности, расширения) той части Вселенной, которая доступна для астрономических наблюдений. Теоретический фундамент космологии составляют основные физические теории (общая теория относительности, теория поля и др.), а эмпирическую основу – внегалактическая астрономия.

Креационизм (от лат. creatio – cотворение) – религиозное учение о божественном сотворении мира и человека.

Липиды (от греч. λιπος – жир) – группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества; содержатся во всех живых клетках и являются одним из основных компонентов биологических мембран.

Литосфера (от греч. λιθος – камень + σφαιρα – шар) – внешняя сфера «твердой» Земли, включающая земную кору и часть верхней мантии.

Метаболизм (от греч. μεταβολη – превращение) – обмен веществ в живых организмах, в более узком смысле – превращение определенных веществ внутри клеток с момента их поступления до образования конечных продуктов.

Метагалактика – часть Вселенной, доступная современным астрономическим методам исследований; содержит несколько миллиардов галактик.

Мутации (от лат. mutatio – изменение) – возникающие естественно или вызываемые искусственно изменения наследственных свойств организма в результате нарушений в генетическом материале организма.

Наследственность – свойство организмов повторять в ряду поколений сходные типы обмена веществ и индивидуального развития в целом. Вместе с изменчивостью обеспечивает постоянство и многообразие форм жизни и лежит в основе эволюции живой природы.

Ноосфера (от греч. υωος – разум) – буквально – сфера разума. В учении – область активного проявления научной мысли, становящейся планетарным фактором воздействия человека на окружающий мир.

Нуклеиновые кислоты – высокомолекулярные органические соединения, являющиеся составной частью всех живых систем и играющие ведущую роль в биосинтезе белков и передаче наследственной информации.

Нуклеосинтез – цепочка ядерных реакций, ведущая к образованию тяжелых атомных ядер из других, более легких.

Онтогенез (от греч. ουτος – сущее + γευεσις – происхождение) – индивидуальное развитие организма, совокупность преобразований, претерпеваемых им от зарождения до конца жизни.

Органогены – основные химические элементы, из которых построены все органические вещества. Органогенами являются: углерод, кислород, водород, азот, фосфор, сера.

Полимеры – вещества, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев; по происхождению различают природные полимеры (биополимеры) и синтетические.

Популяция (от лат. populus – население) – совокупность особей одного вида, длительное время занимающая опрделенное пространство (ареал) и воспроизводящая себя в течение большого числа поколений.

Пульсары (англ. pulsars, сокр. от pulsating sources of radioemission – пульсирующие источники радиоизлучения) – переменные источники космического элетромагнитного излучения; энергия их излучения черпается из кинетической энергии вращающейся нейтронной звезды.

Реликтовое излучение (от лат. relictum – остаток) – одна из составляющих обшего фона космического электромагнитного излучения; равномерно распределено по небесной сфере и по интенсивности соответствует тепловому излучению абсолютно черного тела при температуре около 3 К.

Самоорганизация – процесс взаимодействия объектов, в результате которого возникает новый, более высокий уровень порядка в системе.

Ферменты (от лат. fermentum – закваска) – биологические катализаторы, присутствующие во всех живых клетках и многократно ускоряющие химические процессы в них.

Филогенез (от греч. φυλου – род, племя + γευεσις – происхождение) – процесс исторического развития живых организмов; рассматривается в единстве с индивидуальным развитием оргнизмов – онтогенезом.

Флуктуации (от лат. fluctuatio – колебание) – случайные отклонения от средних значений наблюдаемых величин, характеризующих систему из большого числа частиц; имеют место для любых случайных процессов.

Хромосомы (от греч. χρομα – цвет + σωμα – тело) – структурные элементы ядра клетки, содержащие ДНК, в которой заключена наследственная информация организма.

Эволюция (от лат. evolutio – развертывание) – представление об изменениях в природе и обществе, их направленности, порядке и закономерностях.

Энтропия (от греч. ευ + τροπη – превращение) – функция состояния термодинамической системы, мера ее внутренней неупорядочности. Неравновесные процессы в изолированной системе сопровождаются ростом энтропии. Понятие энтропии широко используется в физике, химии, биологии, теории информации.