Особенности современной космологии - раздел Образование, Концепции современного естествознания
Вселенная Как Целое Является Предметом Особой Астрономической...
Вселенная как целое является предметом особой астрономической науки — космологии, имеющей древнюю историю. Истоки ее уходят в античность. Космология долгое время находилась под значительным влиянием религиозного мировоззрения, будучи не столько предметом познания, сколько делом веры. Даже И. Кант, пробивший серьезную брешь в религиозном толковании предмета космологии, полностью не освободился от представления об активности сверхъестественного фактора — Творца материи. В XX в. ситуация изменилась кардинально: был достигнут существенный прогресс в научном понимании природы и эволюции Вселенной как целого.
В наши дни космологические проблемы — не дело веры, а предмет научного познания. Они решаются с помощью научных понятий, представлений, теорий, а также приборов и инструментов, позволяющих понять, какова структура Вселенной и как она сформировалась. Конечно, понимание этих проблем пока еще далеко от своего завершения, и, несомненно, будущее приведет к новым великим переворотам в принятых сейчас взглядах на картину мироздания. Тем не менее важно отметить, что здесь мы имеем дело именно с наукой, с рациональным знанием, а не с верованиями и религиозными убеждениями.
Современная космология - это сложная, комплексная и быстро развивающаяся система естественно-научных (астрономия, физика, химия и др.) и философских знаний о Вселенной в целом, основанная как на наблюдательных данных, так и на теоретических выводах, относящихся к охваченной астрономическими наблюдениями части Вселенной. Теоретико-методологический фундамент космологии составляют современные физические теории, а также философские принципы и представления. Глубинная связь космологии и физики базируется на том, что космологи в современной Вселенной ищут «следы» тех процессов, которые происходили в момент рождения Вселенной. А такими «следами» прежде всего выступают фундаментальные свойства физического мира — три пространственных измерения и одно временное; четыре фундаментальных взаимодействия; преобладание частиц над античастицами и др. Эмпирические данные, представленные главным образом внегалактической астрономией, свидетельствуют о том, что мы живем в эволюционирующей, расширяющейся, нестационарной Вселенной.
Имеет ли смысл рассматривать Вселенную в целом как единый целостный динамический объект? Современная космология в основном исходит из предположения, что на этот вопрос следует ответить положительно. Иначе говоря, предполагается, что Вселенная в целом подчиняется тем же естественным законам, которые управляют поведением ее отдельных составных частей. При этом определяющую роль в космологических процессах играет гравитация.
Понятие релятивистской космологии. Поскольку именно тяготение определяет взаимодействие масс на больших расстояниях, а значит, динамику космической материи в масштабах Вселенной, то теоретическим ядром космологии выступает теория тяготения, а современной космологии — релятивистская теория тяготения. Поэтому современную космологию называют релятивистской.
Ньютоновская физика рассматривает пространство и время как «арену», на которой разыгрываются физические процессы; она не связывает воедино пространство и время. Согласно общей теории относительности (см. 9.2), распределение и движение материи изменяют геометрические свойства пространства-времени и в то же время сами зависят от них; гравитационное поле проявляется как искривление пространства-времени (чем значительнее кривизна пространства-времени, тем сильнее гравитационное поле).
Первым релятивистскую космологическую модель попытался построить А. Эйнштейн. В соответствии с методологическими установками классической астрономии о стационарности Вселенной, он исходил из предположения о неизменности свойств Вселенной как целого во времени (радиус кривизны пространства он считал постоянным). Эйнштейн даже видоизменил общую теорию относительности, чтобы она удовлетворяла этому требованию, и ввел дополнительную космическую силу отталкивания, которая должна уравновесить взаимное притяжение звезд.
Вселенная Эйнштейна пространственно конечна; она имеет конечные размеры, но не имеет границ! В этой модели пространственный объем Вселенной с равномерно распределенными в нем галактиками конечен; но границ у этого пространства нет. Оно не распространено бесконечно во все стороны, а замыкается само на себя. Как и на поверхности сферы, в нем можно совершать «кругосветные» путешествия: обитатель такой вселенной мог бы, послав в каком-либо направлении (световой или радио) сигнал, со временем обнаружить, что этот сигнал вернулся к нему с противоположной стороны, обойдя всю Вселенную.
Как и многие другие абстрактные понятия современной физики и астрономии, идея замкнутой, конечной, но неограниченной вселенной трудно представима в наглядных образах. Поэтому часто спрашивают, что же находится «снаружи» конечной вселенной. Дело в том, что этот вопрос не имеет смысла для трехмерных существ, т.е. в пространственно-временной метрике нашего мира. Как не имеет смысла аналогичный вопрос, что находится «вне» поверхности сферы, для плоских существ, вынужденных постоянно жить на сферической поверхности. В такой вселенной просто нет понятия «снаружи». Ведь различение «снаружи» и «внутри» предполагает некоторую границу, которой на самом деле нет, и каждая точка в ней эквивалентна любой другой — ни края, ни центра здесь нет.
Нестационарная релятивистская космология. С критикой предложенной Эйнштейном космологической модели выступил наш отечественный выдающийся математик и физик-теоретик А. А. Фридман. Именно А.А. Фридман, опубликовавший свою работу в 1922 г., впервые сделал из общей теории относительности космологические выводы, имеющие поистине революционное значение: он заложил основы нестационарной релятивистской космологии.
Фридман показал, что теоретическая модель Эйнштейна является лишь частным решением гравитационных уравнений для однородных и изотропных моделей, а в общем случае решения зависят от времени. Кроме того, они не могут быть однозначными и не могут дать ответа на вопрос о форме Вселенной, ее конечности или бесконечности. Исходя из противоположного постулата (о возможном изменении радиуса кривизны мирового пространства во времени), Фридман нашел нестационарные решения «мировых уравнений» Эйнштейна.
Встретив решения Фридмана с большим недоверием, Эйнштейн затем убедился в его правоте и согласился с критикой молодого физика. Нестационарные решения уравнений Эйнштейна, основанные на постулатах однородности и изотропии, называются фридмановскими космологическими моделями.
А. А. Фридман показал, что решения уравнений общей теории относительности для Вселенной позволяют построить три возможные модели Вселенной. В двух из них радиус кривизны пространства монотонно растет и Вселенная бесконечно расширяется (в одной модели — из точки; в другой — начиная с некоторого конечного объема). Третья модель рисовала картину пульсирующей Вселенной с периодически изменяющимся радиусом кривизны. Выбор моделей зависит от средней плотности вещества во Вселенной.
Модели Вселенной Фридмана уже вскоре получили удивительно точное подтверждение в непосредственных наблюдениях движений далеких галактик — в эффекте «красного смещения», который свидетельствует о взаимном удалении всех достаточно далеких друг от друга галактик. Таким образом, в настоящее время наблюдается расширение Вселенной. Характер дальнейшей ее эволюции зависит от средней плотности вещества во Вселенной и его отношения с критической плотностью ρ = ЗH2/8πG. Если средняя плотность окажется больше критической, то расширение Вселенной через некоторое время прекратится и сменится сжатием. Если средняя плотность меньше критической, то расширение будет продолжаться неограниченно долго.
В настоящее время критическая плотность определяется величиной 10-29 г/см3. А средняя плотность вещества во Вселенной по современным представлениям оценивается 3 • 10-31 г/см3. Иначе говоря, Вселенная будет сколь угодно долго расширяться. Но определение средней плотности вещества во Вселенной пока ненадежно. Во Вселенной могут присутствовать не обнаруженные еще виды материи, дающие свой вклад в среднюю плотность. И тогда на «вооружение» придется брать «закрытую» модель Вселенной, в которой предполагается, что расширение в будущем сменится сжатием.
Космологический постулат. В современной космологии представление о нестационарности Вселенной удивительным образом сочетается с представлением об однородности Вселенной. Достаточно неожиданно то, что Вселенная оказывается однородной в самых различных смыслах.
Во-первых, Вселенная однородна в том смысле, что структурные элементы далеких звезд и галактик, физические законы, которым они подчиняются, и физические константы, по-видимому, с большой степенью точности одинаковы повсюду, т.е. те же, что и в нашей области Вселенной, включая Землю. Типичная галактика, находящаяся в сотне миллионов световых лет от нас, выглядит в основном также, как наша. Спектры атомов, следовательно, законы химии и атомной физики там идентичны известным на Земле. Это обстоятельство позволяет уверенно распространять открытые в земной лаборатории законы физики на более широкие области Вселенной.
Во-вторых, говоря о космической однородности Вселенной, имеют в виду также однородность распределения вещества. Вещество Вселенной «разбросано» в виде сгустков — оно собрано в звезды, которые в свою очередь группируются в скопления, в галактики, в скопления галактик. В настоящее время распространено убеждение, подкрепленное наблюдениями, что подобное объединение останавливается на скоплениях галактик, а более крупномасштабное распределение вещества одинаково во всей Вселенной. Это распределение однородно (одинаково во всех областях) и изотропно (одинаково во всех направлениях). Предположение о том, что Вселенная в крупных масштабах однородна, разделяют большинство (хотя и не все) космологи; оно известно как космологический постулат.
Представление об однородности Вселенной еще раз доказывает, что Земля не занимает во Вселенной сколько-нибудь привилегированного положения. Даже после Коперника у астрономов время от времени возникали допущения, что с Землей, Солнцем, нашей Галактикой может быть связана какая-нибудь исключительность. Но сейчас физические условия в ближайших к нам областях Вселенной не рассматриваются как особые; доказано, что они характерны для любой области во Вселенной. Конечно, Земля, Солнце и Галактика кажутся нам, людям, важными и исключительными, но для Вселенной в целом они такими не являются.
Возраст Вселенной. Космологический постулат может трактоваться еще более широко: не только наша область Вселенной типична для нее в целом, но и наша современная эпоха типична во все времена. То есть Вселенная, когда бы ее ни рассматривали, должна была бы выглядеть более или менее одинаковой — так, как мы видим ее сейчас. Такое представление о Вселенной, распространенное среди астрономов в XIX в., существенно изменилось в XX в. Одно из важнейших следствий фридмановских космологических моделей — представление об ограниченности эволюции Вселенной во времени и наличии особых, сингулярных состояний, в которых радиус Вселенной обращается в нуль, а плотность материи — в бесконечность. (О теоретических моделях таких состояний см. далее.) Ограниченность эволюции во времени приводит к понятию возраста Вселенной.
В 1929 г. Э. Хаббл показал, что удаленные галактики разбегаются от нас; и чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется. Отсюда следовал однозначный вывод — Вселенная находится в состоянии расширения. Это открытие подтвердило идеи Фридмана и коренным образом изменило все представления космологии. Расширяющаяся Вселенная — это Вселенная изменяющаяся. А значит, у нее есть своя история, время возникновения и время гибели; можно сказать, своя биография, имеющая даты рождения и смерти.
Закон Хаббла дает возможность определить возраст Вселенной. Современная оценка постоянной Хаббла от 50 до 100 км/(с • Мпк). Обратная величина t= 1/Н имеет размерность времени и равна 10— 20 млрд лет, что определяет приблизительный возраст нашей Вселенной. В соответствии с наиболее распространенным представлением возраст Вселенной составляет 15 млрд лет.
Космологический горизонт. Конечность времени, прошедшего с момента сингулярности, приводит к существованию космологического горизонта — границы, отделяющей область пространства, которую в данный момент может видеть наблюдатель, oт области, которая для него пока принципиально ненаблюдаема.
Существование космологического горизонта связано с расширением Вселенной. От момента сингулярного состояния Вселенной прошло t ≈ 15—20 млрд лет. За это время свет успевает пройти в расширяющейся Вселенной конечное расстояние l ≈ ct, т.е. примерно 15—20 млрд световых лет. Поэтому каждый наблюдатель в момент t' после начала расширения может видеть только область, ограниченную сферой, имеющей в этот момент радиус r = ct'. За этой границей, являющейся горизонтом наблюдений, объекты принципиально ненаблюдаемы в момент t': свет от них еще не успел дойти до наблюдателя, даже если он вышел в момент начала расширения Вселенной. Вблизи горизонта мы видим вещество в далеком прошлом, когда плотность его была гораздо больше сегодняшней.
С течением времени горизонт расширяется по мере того, как к наблюдателю доходит свет от более далеких областей Вселенной. В настоящее время космологический горизонт равен: ct ≈ c/H ≈ 6000 Мпк (при H= 50 км/(с • Мпк). Таким образом, он охватывает больше половины доступного в принципе для наблюдений объема пространства Вселенной. С каждым днем доступная земным телескопам область Вселенной возрастает на 1018 кубических световых лет.
Представление о космологическом горизонте позволяет понять, что в каждый данный момент для наблюдателя доступна некоторая конечная часть объема Вселенной, с конечным числом галактик и звезд. Более того, очевидно, что у каждого наблюдателя, находящегося в каком-либо месте во Вселенной, в каждый данный момент времени свой горизонт, своя конечная Вселенная. Это подобно тому, как и на земном шаре каждый наблюдатель имеет свой горизонт.
Строго говоря, космологический горизонт ограничен еще одним фактором, связанным со свойствами электромагнитного поля. На ранних стадиях развития Вселенной при большой плотности вещества фотоны не могли свободно распространяться из-за поглощения и рассеяния. До Земли в неискаженном виде дошло только то излучение, которое возникло в эпоху, когда Вселенная стала практически прозрачной для излучения, и не раньше. Эта эпоха связана с процессом рекомбинации водорода, который протекал через 1 млн лет после начала расширения Вселенной и соответствовал плотности вещества ρ = 10-20 г/см3. Но 1 млн лет—весьма незначительный период по сравнению с 15—20 млрд лет. Поэтому горизонт видимости во Вселенной практически определяется началом ее расширения.
Все темы данного раздела:
Концепции современного естествознания
Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по гуманитарным специальностям
Найдыш В.М.
Н20 Концепции современного естествознания: Учеб. пособие. -- М.:Гардарики,2001.-476с.
ISBN 5-8297-0001-8 (в пер.)
Естествознание, являясь основой всякого знания, в
Естествознание как отрасль научного познания
Наука — это один из древнейших, важнейших и сложнейших компонентов человеческой культуры. Это и целый многообразный мир человеческих знаний, который позволяет человеку преобразовы
B.I. Понятие культуры
Культура — одна из важнейших характеристик человеческой жизнедеятельности. Каждый индивид представляет собой сложную биосоциальную систему, функционирующую за счет взаимодействия
В.2. Материальная и духовная культура
Понятие культуры очень широкое. Оно охватывает по сути бесконечное множество самых разнообразных вещей и процессов, связанных с деятельностью человека и ее результатами. Многообраз
В.З. Наука как компонент духовной культуры
Наука является одним из важнейших основных компонентов духовной культуры. Ее особое место в духовной культуре определяется значением познания в способе бытия человека в мире, в пра
В.5. Структура естественно-научного познания
Понятие метода и методологии. Большую роль в научном познании играет научный метод. Чтобы понять, что такое научный метод, рассмотрим сначала, что такое метод вообщ
НАКОПЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ЗНАНИЙ В СИСТЕМЕ ПЕРВОБЫТНОГО СОЗНАНИЯ
Как мы уже отмечали, наука — это определенная историческая форма незнания. Она складывается в древнегреческой цивилизации в первом тысячелетии до н.э. как результат длительного разв
Повседневное, стихийно-эмпирическое знание
Первобытное обыденное, повседневное сознание было достаточно емким по содержанию. Оно включало очень много конкретных знаний о той среде, в которой человек жил, боролся за свое сущ
Зарождение счета
Одна из особенностей развития первобытного сознания — формирование способности отражать и выражать количественные характеристики действительности. Становление категории количества
Мифология
Мифологическая картина мира. Высшим уровнем первобытного сознания являлась мифология. Мифология — это некоторый «дотеортический» способ обобщения, систематизации ст
Неолитическая революция
В X—IX тыс. до н.э. наметился переход к качественно новому этапу развития каменного века, получившему название неолита — нового каменного века. Неолит характеризуется прежде всего з
Рационализация форм деятельности и общения
Присваивающее хозяйство задавало тот тип отношения человека к миру, при котором человек являлся только пассивным потребителем даров природы, по сути, выступал лишь одним из звеньев
Возникновение письменности
Грандиозным по своей исторической значимости и последствиям событием было возникновение письменности. Письменность по сравнению с речью — принципиально новое средство общения, позво
От Мифа к Логосу (Науке)
В эпоху классообразования и раннеклассовых обществ духовная культура находится в состоянии перехода от мифологического первобытного мышления к новому историческому типу культуры. Ра
Географические знания.
Рост населения, его подвижности, динамизма образа жизни, укрепление племенных союзов, развитие военного дела, политический и военный экспансионизм, развитие обмена, торговли — все
Биологические, медицинские и химические знания
Становление производящего хозяйства (земледелия и скотоводства) стимулировало и развитие биологических знаний. Прежде всего это связано с доместикацией, имевшей колоссальное значени
Астрономические знания
Осознание связи небесных явлений и сезонов года. Развитие астрономических знаний в рассматриваемую эпоху определялось в первую очередь потребностями совершенствован
Математические знания
В рассматриваемую эпоху математические знания развивались в следующих основных направлениях.
Во-первых, расширяются пределы считаемых предметов, появляются словесные обозна
СОЗДАНИЕ ПЕРВОЙ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА В ДРЕВНЕГРЕЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЕ
Античная цивилизация — величайшее и прекраснейшее явление в истории человечества. Невозможно переоценить роль и значение античной цивилизации, ее заслуги перед всемирно-исторически
Культурно-исторические особенности древнегреческой цивилизации
Расцвет эллинской культуры и формирование античной цивилизации I тыс. до н.э. были подготовлены предшествующим двухтысячелетним развитием протогреческих и раннегреческих племен в э
От Хаоса к Космосу
Переход к научному познанию мира предполагал выработку качественно нового (по сравнению с мифологическим) представления о мире. В таком немифологическом мире существуют не антропомо
Категория субстанции
Непосредственно возникновение европейской науки принято связывать с милетской школой, названной так потому, что первые ученые Древней Греции были жителями города Милет, расположенно
Пифагорейский союз
В конце VI в. до н.э. центр научной мысли Древней Греции перемещается с востока средиземноморского мира на его запад — на побережие Южной Италии и Сицилии, где греки основали свои к
Математические и естественно-научные достижения пифагореизма
При всей противоречивости пифагореизма (а может быть, благодаря ей) пифагорейская школа внесла величайший вклад в развитие конкретно-научного познания. Прежде всего это касается ма
Великое открытие элеатов
Особое место в истории античной культуры занимает элейская школа. Представителям ее принадлежит великое открытие — наличие противоречия между двумя картинами мира в сознании человек
Атомистическая программа
Одной из вершин античной культуры являлось атомистическое учение Демокрита, основоположника античного материализма. Жизнь Демокрита — образец глубокой преданности науке, познанию м
Математическая программа
Если Демокрит решает сформулированное элеатами противоречие в духе первичности и единственности чувственной реальности, то Платон считает логически допустимым другой путь. Противоре
Физика и космология Аристотеля
Один из важнейших итогов развития древнегреческой культуры — разработка первой естественно-научной картины мира. Она сложилась в результате синтеза следующих отраслей познания: фил
Учение Аристотеля о материи и форме
Аристотель — величайший древнегреческий философ, мыслитель, ученый; учитель и наставник Александра Македонского. Аристотелевское учение явилось грандиозным универсальным синтезом в
Космология Аристотеля
Каждый первоэлемент имеет свое место. В центре мира находится элемент земли, который образует нашу планету. Земля является центром Вселенной, она неподвижна и имеет сферическую фор
Основные представления аристотелевской механики
Историческая заслуга Аристотеля перед естествознанием состоит и том, что он стал основателем системы знаний о природе — физики. Центральное понятие аристотелевской физики — понятие
Культура эллинизма
В Вавилоне 10 июня 323 г. до н.э. от ран и болезней скончался Александр Македонский, который создал за двенадцать с половиной лет царствования и непрерывных завоевательных походов г
Александрийская математическая школа
В древнегреческой культуре обстоятельное развитие получила прежде всего математика. Уже в V—IV вв. до н.э. в древнегреческой математике были разработаны геометрическая алгебра, те
Развитие теоретической и прикладной механики
Теоретическая механика. Из трех составных частей механики (статика, кинематика, динамика) в древнегреческий период наиболее обстоятельно была разработана статика (
Становление математической астрономии
Предпосылки теоретизации астрономии. Требование «спасения явлений». Развитие древнегреческой астрономии шло по пути, во-первых, накопления эмпирических наблюдательн
Геоцентрическая система Птолемея
Благодаря Гиппарху астрономия становилась точной математической наукой, что позволяло приступить к созданию универсальной тематической теории астрономических явлений. За решение это
Античные толкования проблемы происхождения и развития живого
Особо следует сказать о развитии биологических знаний в античности. Здесь достижения не были столь выдающимися, как в астрономии и математике, но тем не менее значительный прогресс
Биологические воззрения Аристотеля
Аристотелю были глубоко чужды представления Эмпедокла об органическом мире и его происхождении. Мировоззрение Аристотеля проникнуто телеологизмом и отрицанием эволюционизма. При это
Накопление рациональных биологических знаний в античности
Наряду с формированием умозрительных схем о происхождении живого античность постепенно накапливает эмпирические биологические знания, формирует концептуальный аппарат протобиологии.
Античные представления о происхождении человека
Задумывалась античность и над проблемой происхождения человека. В эпоху первобытного и раннеклассового общества, интересуясь своим прошлым, человек представлял его в виде генеалогич
Упадок античной науки
В первые века нашей эры обострились социально-экономические, политические и культурные противоречия, свойственные рабовладельческой формации. Римская империя в V в. н.э. распалась
ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ В ЭПОХУ СРЕДНЕВЕКОВЬЯ
Эпоха феодального средневековья качественно отличается от античной. Значительные изменения произошли в сферах деятельности, общения людей, в системе духовной культуры.
Дея
Доминирование ценностного над познавательным
Привязанность к земле, малая подвижность населения, подчиненность образа жизни ритмике природных процессов, слабость связей общения — все это определяло значительную слитность чело
Отношение к познанию природы
Выделяя себя из природы, но не противопоставляя себя ей, средневековый человек не сформулировал еще своего отношения к природе как самостоятельной сущности. В качестве определяющего
Особенности познавательной деятельности
Хотим мы этого или нет, но познание мира, производство нового знания — историческая необходимость. Поэтому и в консервативном средневековом феодальном обществе складываются традиции
Естественно-научные достижения средневековой арабской культуры
По-разному сложились исторические судьбы Западной и Восточной Римской империи. Социально-экономический и культурный уровень стран Восточного Средиземноморья, Ближнего Востока (больш
Математические достижения
Арабы существенно расширили античную систему математических знаний. Они заимствовали из Индии и широко использовали десятичную позиционную систему счисления. Она проникла по караван
Физика и астрономия
Из разделов механики наибольшее развитие получила статика, чему способствовали условия экономической жизни средневекового Востока. Интенсивное денежное обращение и торговля,
Становление науки в средневековой Европе
К концу XII — началу XIII в. обозначился застой в социально-экономическом и культурном развитии ближневосточных стран. Страны же Западной Европы, напротив, стали «обгонять» мусульм
Физические идеи средневековья
В период позднего средневековья (XIV—XV вв.) постепенно осуществляется пересмотр основных представлений античной естественно-научной картины мира и складываются предпосылки для соз
Алхимия как феномен средневековой культуры
Алхимия складывалась в эпоху эллинизма на основе слияния прикладной химии египтян с греческой натурфилософией, мистикой и астрологией (золото соотносили с Солнцем, серебро — с Лун
Религиозная трактовка происхождения человека
В области биологии средневековье не дало новых идей. При этом многие античные достижения были либо утеряны, либо переинтерпретированы в религиозном духе. Особенно это касается таких
Историческое значение средневекового познания
Историческая роль средневекового сознания состояла не в поиске новых рациональных форм знания, отражающих объективные законы природы, а в пролиферации, умножении связей и отношений
ПОЗНАНИЕ ПРИРОДЫ В ЭПОХУ ВОЗРОЖДЕНИЯ
Новый величайший переворот в системе культуры происходит в эпоху Возрождения, которая охватывает XIV — начало XVII в. Эпоха Возрождения — эпоха становления капиталистических отношен
Ренессанская мировоззренческая революция
В эпоху Возрождения была проведена основная мыслительная работа, подготовившая возникновение классического естествознания. Это стало возможным благодаря мировоззренческой революции
Зарождение научной биологии
Стихийно-эмпирическое накопление знаний о мире органических явлений длилось тысячелетиями. Но долгое время знания о биологических явлениях не выделялись из общей совокупности знаний
Гелиоцентрическая система мира
В эпоху раннего средневековья в Европе безраздельно господствовалa библейская картина мира. Затем она сменилась догматизированным аристотелизмом и геоцентрической системой Птолемея
Картезианская физика
Огромное влияние на развитие теоретической мысли в физике ХVII в. оказал великий французский мыслитель и ученый Рене Декарт (Картезий). Критически пересмотрев старую схоластическую
Новые идеи в динамике Солнечной системы
Ученые XVII в. внесли свой вклад в развитие предпосылок классической механики. Весьма значительной была роль парижского астронома Ж.Б. Буйо, который высказал в своей книге (1645)
Ньютонианская революция
Результаты естествознания XVII в. обобщил Исаак Ньютон. Именно он завершил постройку фундамента нового классического естествознания. Вразрез с многовековыми традициями в науке Ньют
Создание теории тяготения
С именем Ньютона связано открытие или окончательная формулировка основных законов динамики: закона инерции; пропорциональности между количеством движения mv и движущей силой
Корпускулярная теория света
Оптика — важнейшая часть физики, более «молодая», чем механика. Начало научной оптики связано с открытием законов отражения и преломления света в начале XVII в. (В. Снеллиус, Р. Дек
Космология Ньютона
Несмотря на свой знаменитый девиз «Гипотез не измышляю!», Ньютон как мыслитель крупнейшего масштаба не мог не задумываться и над общими проблемами мироздания. Так, в частности, он
Изучение магнитных и электрических явлений в XVII в.
Но XVII в. — это не только время радикальных революционных преобразований в механике и астрономии. В XVII в. начинается систематическое изучение магнитных и электрических явлений,
Принцип дальнодействия
Но как это обычно бывает, большинство последователей Ньютона нередко отходили от его подлинно глубоких идей, забыв или вовсе не зная о его осторожных и тонких замечаниях. В XVIII в.
Теория теплорода
Если силы тяготения действуют между всеми материальными телами, то магнитными силами обладает только железо в намагниченном состоянии, а электрические силы присущи многим телам, но
Развитие учения об электричестве и магнетизме в XVIII в.
В первой половине XVIII в. были получены качественно новые результаты в области изучения электрических явлений. Так, в 1729 г. англичанин С. Грей открыл явление электрической прово
Волновая теория света
Интерес к оптическим проблемам в начале XIX в. был продиктован развитием учения об электричестве, химии и паротехнике. Казалось очень вероятным, что в природе теплоты, света и элект
Проблема эфира
Любая новая теория, решая одни проблемы, вместе с тем ставит и ряд новых. Так случилось и с волновой теорией света. В отличие от корпускулярной волновая теория света должна была реш
Возникновение полевой концепции
Для физика начала XIX в. не существовало понятия о поле как реальной среде, являющейся носителем определенных сил. Но в первой половине XIX в. началось становление континуальной, п
Закон сохранения и превращения энергии
В первой половине XIX в. постепенно вызревает и утверждается идея единства различных типов физических процессов, их взаимного превращения. Изучение процесса превращения теплоты в р
Концепции пространства и времени
В обосновании классической механики большую роль играли введенные И. Ньютоном понятия абсолютного пространства и абсолютного времени. Эти понятия лежат в основании субстанциальной
Создание внегалактической астрономии
В течение столетий астрономия развивалась как наука о Солнечной системе, а мир звезд оставался целиком загадочным. Только в XVIII в. обозначился переход астрономии к изучению мира з
Формирование идеи развития природы
Идея развития природы — это представление о том, что природа в ходе непрерывного движения и изменения своих форм с течением времени образует (либо сама, либо с помощью надприродных,
Идея развития в астрономии
Идею развития природы внес в новоевропейскую науку Р. Декарт в своей космогонии (см. 6.2.2). Декарт отвергал библейскую догму о происхождении мира в шесть дней и создал теоретическу
Космогония И. Канта
Исходная позиция Канта — несогласие с выводом Ньютона о необходимости божественного «первотолчка» для возникновения орбитального движения планет. По Канту, происхождение тангенциа
От алхимии к научной химии
Во второй половине XVII в. алхимическая традиция постепенно исчерпывает себя. В течение более чем тысячи лет алхимики исходили из уверенности в неограниченных возможностях превраще
Победа атомно-молекулярного учения
Следующий важный шаг в развитии научной химии был сделан Дж. Дальтоном, ткачом и школьным учителем из Манчестера. Изучая химический состав газов, он исследовал весовые количества ки
Образы, идеи, принципы и понятия биологии XVIII в.
Особое место занимает XVIII в. в истории биологии. Именно в XVIII в. в биологическом познании происходит коренной перелом в направлении систематической разработки научных методов по
От концепций трансформации видов к идее эволюции
Начиная с середины XVIII в. концепции трансформизма получили широкое распространение. Их было множество, и различались они представлениями о том, какие таксоны и каким образом могут
Ламаркизм
Ж.Б. Ламарк, ботаник при Королевском ботаническом саде, первый предложил развернутую концепцию эволюции органического мира. Он остро осознавал необходимость формулирования новых тео
Катастрофизм
Иным образом конкретизировалась идея развития в учении катастрофизма (Ж. Кювье, Л. Агассис, А. Седжвик, У. Букланд, А. Мильн-Эдвардс, Р.И. Мурчисон, Р. Оуэн и др.). Здесь идея биоло
Униформизм. Актуалистический метод
В XVIII — первой половине XIX в. была обстоятельно разработана концепция униформизма (Дж. Геттон, Ч. Лайель, М. В. Ломоносов, К. Гофф и др.). Если катастрофизм вводил в теорию разви
Дарвиновская революция
И ламаркизм, и катастрофизм, и униформизм — гипотезы, которые были необходимыми звеньями в цепи развития предпосылок теории естественного отбора, промежуточными формами конкретизаци
Основные черты
Вторая половина XIX в. характеризуется высокими темпами развития всех сложившихся ранее и возникновением новых разделов физики. Особенно быстро развиваются теория теплоты и электрод
Развитие представлений о пространстве и времени
Во второй половине XIX в. физики все чаще анализируют фундаментальные основания классической механики. Прежде всего это касается понятий пространства и времени, их ньютоновской тр
Теория электромагнитного поля
К середине XIX в. в тех отраслях физики, где изучались электрические и магнитные явления, был накоплен богатый эмпирический материал, сформулирован целый ряд важных закономерносте
Великие открытия
Конец XIX в. в истории физики отмечен рядом принципиальных открытий, которые привели к научной революции на рубеже XIX—XX вв.: открытие рентгеновских лучей, открытие электрона и уст
Кризис в физике на рубеже веков
С XVII в. в физике и механистической философии массу понимали , как количество материи в теле и рассматривали как основной признак материальности. Открытие зависимости массы электр
Утверждение теории эволюции Ч. Дарвина
Нужно определенное время, чтобы новая теория окончательно утвердилась в науке. Процесс утверждения теории есть процесс превращения предпосылок теории в ее неотъемлемые компоненты,
Становление учения о наследственности (генетики)
Истоки знаний о наследственности весьма древние. Наследственность как одна из существенных характеристик живого известна очень давно, представления о ней складывались еще в эпоху а
Создание А. Эйнштейном специальной теории относительности
В сентябре 1905 г. в немецком журнале «Annalen der Physik» появилась работа А. Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел». Эйнштейн сформулировал основные положения СТО, которая
Принципы и понятия эйнштейновской теории гравитации
Классическая механика и СТО формулируют закономерности физических явлений только для некоторого достаточно узкого класса инерциальных систем отсчета, не предлагая средств для реаль
Экспериментальная проверка общей теории относительности
Первый успех ОТО, которая стала фундаментом для выявления новых и объяснения известных общих свойств и закономерностей Вселенной, заключался в объяснении открытой еще в 1859 г. (и н
Современное состояние теории гравитациии ее роль в физике
В физике XX в. ОТО сыграла особую и своеобразную роль.
Во-первых, она представляет собой новую теорию тяготения, хотя, возможно, и не вполне завершена и не лишена некоторых
Гипотеза квантов
Истоки квантовой физики можно найти в исследованиях процессов излучения тел. Еще в 1809 г. П. Прево сделал вывод, что каждое тело излучает независимо от окружающей среды. Развитие с
Теория атома И. Бора. Принцип соответствия
В свете тех выдающихся открытий конца XIX в., которые революционизировали физику, одной из ключевых стала проблема строения атомов. Еще в 1889 г. в своей Фарадеевской лекции Д.И. М
Создание нерелятивистской квантовой механики
Такие новые представления и принципы были созданы плеядой выдающихся физиков XX в. в 1925—1927 гг.: В. Гейзенберг установил основы так называемой матричной механики; Л. де Бройль,
Проблема интерпретации квантовой механики. Принцип дополнительности
Созданный группой физиков в 1925—1927 гг. формальный математический аппарат квантовой механики убедительно продемонстрировал свои широкие возможности по количественному охвату зна
МИР ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
Во второй половине XX в. физики, занятые изучением фундаментальной структуры материи, получили поистине удивительные результаты. Было открыто множество новых субатомных частиц. Их о
Гравитация
В свой повседневной жизни человек сталкивается с множеством сил, действующих на тела: сила ветра или потока воды; давление воздуха; мощный выброс взрывающихся химических веществ; му
Электромагнетизм
По величине электрические силы намного превосходят гравитационные, поэтому в отличие от слабого гравитационного взаимодействия электрические силы, действующие между телами обычных
Слабое взаимодействие
К выявлению существования слабого взаимодействия физика продвигалась медленно. Слабое взаимодействие ответственно за распады частиц; и поэтому с его проявлением столкнулись с откр
Сильное взаимодействие
Последнее в ряду фундаментальных взаимодействий — сильное взаимодействие, которое является источником огромной энергии. Наиболее характерный пример энергии, высвобождаемой сильным
Проблема единства физики
Познание есть обобщение действительности, и поэтому цель науки — поиск единства в природе, связывание разрозненных фрагментов знания в единую картину. Для того чтобы создать единую
Характеристики субатомных частиц
Исторически первыми экспериментально обнаруженными элементарными частицами были электрон, протон, а затем нейтрон. Казалось, что этих частиц и фотона (кванта электромагнитного пол
Лептоны
Хотя лептоны могут иметь электрический заряд, а могут и не иметь, спин у всех у них равен 1/2. Среди лептонов наиболее известен электрон. Электрон — это первая из открытых элементар
L0.2.3. Адроны
Если лептонов двенадцать, то адронов сотни; и подавляющее большинство из них резонансы, т.е. крайне нестабильные частицы. Тот факт, что адронов существует сотни, наводит на мысль,
Частицы - переносчики взаимодействий
Перечень известных частиц не исчерпывается лептонами и адронами, образующими строительный материал вещества. В этот перечень не включен, например, фотон. Есть еще один тип частиц, к
Квантовая электродинамика
Квантовая механика позволяет описывать движение элементарных частиц, но не их порождение или уничтожение, т.е. применяется лишь для описания систем с неизменным числом частиц. Обобщ
Теория кварков
Теория кварков — это теория строения адронов *. Основная идея этой теории очень проста: все адроны построены из более мелких частиц — кварков. Кварки несут дробный электрический за
Теория электрослабого взаимодействия
В 70-е гг. XX в. в естествознании произошло выдающееся событие: два фундаментальных взаимодействия из четырех физики объединили в одно. Картина фундаментальных взаимодействий неско
Квантовая хромодинамика
Следующий шаг на пути познания фундаментальных взаимодействий — создание теории сильного взаимодействия. Для этого необходимо придать черты калибровочного поля сильному взаимодейс
На пути к Великому объединению
С созданием квантовой хромодинамики появилась надежда на построение единой теории всех (или хотя бы трех из четырех) фундаментальных взаимодействий. Модели, единым образом опис
ОСОБЕННОСТИ АСТРОНОМИИ XX в.
В XX в. в астрономии произошли поистине радикальные изменения. Прежде всего значительно расширился и обогатился теоретический фундамент астрономических наук. Начиная с 20-30-х гг. в
Изменения способа познания в астрономии ХХ в.
Общая теория относительности дала возможность модельного теоретического описания явлений космологического масштаба и по сути впервые поставила космологию — эту важную отрасль астро
Новая астрономическая революция
Попытки объяснить эти и другие новейшие открытия столкнулись с рядом принципиальных трудностей, преодоление которых связано с необходимостью совершенствования теоретико-методологиче
Планеты и их спутники
Земля — спутник Солнца в мировом пространстве, вечно кружащийся вокруг этого источника тепла и света, делающего возможной жизнь на Земле. Самыми яркими из постоянно наблюдаемых нами
Строение планет
Строение планет слоистое. Выделяют несколько сферических оболочек, различающихся по химическому составу, фазовому состоянию, плотности и другим характеристикам.
Все планет
Происхождение планет
Предполагается, что планеты возникли одновременно (или почти одновременно) 4,6 млрд лет назад из газово-пылевой туманности, имевшей форму диска, в центре которого располагалось моло
Химический состав вещества во Вселенной
Для понимания структуры и эволюции Вселенной очень важен вопрос о химическом составе вещества во Вселенной.
Как известно, всякое вещество состоит из атомов. В естественном
Звезда - газовый шар
Звезды — далекие солнца. Звезды — это огромные раскаленные солнца, но столь удаленные от нас по сравнению с планетами Солнечной системы, что, хотя они сияют в миллионы раз ярче, их
Общее представление о галактиках и их изучении
Вскоре после изобретения телескопа внимание наблюдателей привлекли многочисленные светлые пятна туманного вида, так и названные туманностями, видимые в разных созвездиях неизменно
Наша Галактика - звездный дом человечества
Особый интерес вызывает вопрос о том, что представляет собой наш звездный дом — наша Галактика. Те отдельные звезды, которые мы можем различить на ночном небе,— просто ближайшие к н
Межзвездная среда
Хотя в мощные телескопы нам удается увидеть только галактики, в темных пространствах, разделяющих их, несомненно присутствует вещество. Вопрос в том, сколько его и в каком состоянии
Понятие Метагалактики
Совокупность галактик всех типов, квазаров, межгалактической среды образует Метагалактику — доступную наблюдениям часть Вселенной.
Одно из важнейших свойств Метагалактики
Модель горячей Вселенной
В основе современных представлений об эволюции Вселенной лежит модель горячей Вселенной, или «Большого Взрыва», основы которой были заложены в трудах американского физика русского п
Первые секунды Вселенной
Ранняя Вселенная представляла собой гигантскую лабораторию природы, в которой энергия, высвободившаяся в результате Большого взрыва, пробудила физические процессы, не воспроизводимы
От первых минут Вселенной до образования звезд и галактик
Методом математического моделирования астрофизикам удалось воспроизвести детали ядерных процессов, происходивших в первые минуты существования Вселенной *.
* См.: Вайнбе
Образование тяжелых химических элементов
Таким образом, согласно современным космологическим представлениям, атомы существовали не всегда: они являются реликтами физических процессов, происходивших в глубинах Вселенной з
Сценарии будущего Вселенной
Любопытно знать не только далекое прошлое Вселенной, но и ее далекое будущее. Тем более что это будущее не менее поразительно, чем ее прошлое. Теоретическое моделирование будущего В
Понятие внеземных цивилизаций. Вопрос об их возможной распространенности
В последние десятилетия в массовом сознании отмечается наплыв очередной волны мистицизма. На этом фоне широкое распространение получило обсуждение вопроса о внеземных цивилизациях,
Типы контактов с внеземными цивилизациями
Тема контактов со внеземными цивилизациями — пожалуй, одна из самых популярных в научно-фантастической литературе и кинематографии. Она вызывает, как правило, самый горячий интерес
Поиски внеземных цивилизаций
Изучению внеземных цивилизаций должно предшествовать установление той или иной формы связи с ними. В настоящее время наметилось несколько направлений поиска следов активности внез
ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИИ XX в.
В XX в. динамичное развитие биологического познания позволило открыть молекулярные основы живого и непосредственно приблизиться к решению величайшей проблемы науки — раскрытию сущн
Хромосомная теория наследственности
Вступление в XX в. ознаменовалось в биологии бурным развитием генетики. Важнейшим исходным событием явилось новое открытие законов Менделя. В 1900 г. законы Менделя были переоткрыты
Создание синтетической теории эволюции
Преодоление противоречий между эволюционной теорией и генетикой стало возможным с созданием синтетической теории эволюции, которая выступает основанием всей системы современной эво
Революция в молекулярной, биологии
Во второй половине 40-х гг. в биологии произошло важное событие — осуществлен переход от белковой к нуклеиновой трактовке природы гена. Предпосылки новых открытий в области биохимии
Методологические установки современной биологии
Методологические установки биологии XX в. значительно отличаются от методологических регулятивов классической биологии (см. 7.4.7.). Основные направления, по которым произошло их р
Существенные черты живых систем
Число видов ныне существующих растений достигает более 500 тыс., из них цветковых примерно 300 000. Царство животных не менее разнообразно, чем царство растений, а по числу видов жи
Основные уровни организации живого
Системно-структурные уровни организации многообразных форм живого достаточно многочисленны. Среди них: молекулярный, клеточный, тканевой, органный, онтогенетический, популяционный,
Развитие представлений о происхождении жизни
Происхождение жизни — одна из трех важнейших мировоззренческих проблем наряду с проблемой происхождения нашей Вселенной и проблемой происхождения человека.
Попытки понять,
Возникновение жизни
С позиций современной науки жизнь возникла из неживого вещества в результате эволюции материи, является результатом естественных процессов, происходивших во Вселенной. Жизнь — это свойство материи
Основные этапы геологической истории Земли
Прежде чем перейти к рассмотрению развития органического мира, ознакомимся с основными этапами геологической истории Земли.
Геологическая история Земли подразделяется на кр
Начальные этапы эволюции жизни
Более 3,5 млрд лет назад на дне мелководных, теплых и богатых питательными веществами морей, водоемов возникла жизнь в виде мельчайших примитивных существ. Первый период развития ор
Образование царства растений и царства животных
Дальнейшая эволюция эукариотов была связана с разделением на растительные и животные клетки. Это разделение произошло еще в протерозое, когда мир был заселен одноклеточными организм
Завоевание суши
Важнейшим событием в эволюции форм живого являлся выход растений и живых существ из воды и последующее образование большого многообразия наземных растений и животных. Из них в дал
Основные пути эволюции наземных растений
Эволюция растений после выхода на сушу была связана с усилением компактности тела, развитием корневой системы, тканей, клеток, проводящей системы, изменением способов размножения, р
Пути эволюции животных
Вышедшие на сушу рептилии оказались перспективной формой. Возникло множество видов рептилий; они осваивали все новые места обитания. При этом одни (большинство) уходили от воды, а
ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА И ОБЩЕСТВА (антропосоциогенез)
Что такое человек ? Каково место человека в природе? Вечно ли существует человек или он возник на каком-то этапе развития мира? Если он возник исторически, то каким образом? Каким б
Естествознание XVII— первой половины XIXв. о происхождении человека
Несмотря на ряд гениальных догадок, проблема происхождения человека и общества в древности и средневековье была покрыта наслоениями мифологии, мистики, религиозных домыслов, умозр
Абиотические предпосылки
Каким же образом происходило естественное возникновение человека, общества и сознания? Каковы основные закономерности антропосоциогенеза, этого связующего звена между историей природы, и историей
Биологические предпосылки
Для понимания антропосоциогенеза большое значение имеет анализ эволюции высших биологических организмов, их анатомо-физиологического строения, которое явилось предпосылкой формирова
Возникновение труда
14.3.1. «Человек умелый»
Биологическая эволюция австралопитековых протекала в сложных условиях. Переход от древесной жизни к наземной сопро
Развитие древнейшей техники человека
С возникновением гомо хабилис начался длительный период сосуществования социальных и биологических закономерностей, на протяжении которого биологические факторы и закономерности п
Биологические предпосылки социальных отношений
Генезис человека — это единый процесс морфофизиологического превращения животного в человека (антропогенез) и стадных объединений животных в человеческое общество (социогенез). Ста
Раскрытие тайны происхождения сознания
Важной стороной антропосоциогенеза являлся генезис сознания. Сознание — высшая форма отражения мира. Носителем сознания выступает человек, обладающий мозгом — высокоразвитой матер
Генезис языка
Генезис и развитие сознания неразрывно связаны с генезисом и развитием языка, речи. Происхождение и начальные этапы развития языка — одна из интереснейших проблем истории культуры.
ТЕОРИЯ САМООРГАНИЗАЦИИ (СИНЕРГЕТИКА)
В течение последних трех столетий естествознание развивалось невероятно динамично. Горизонт научного познания расширился поистине до фантастических размеров. На микроскопическом к
От моделирования простых систем к моделированию сложных
Классическое и неклассическое естествознание объединяет одна общая черта: их предмет познания — это простые (замкнутые, изолированные, обратимые во времени) системы. Однако такое п
Характеристики самоорганизующихся систем
Итак, предметом синергетики являются сложные самоорганизующиеся системы. Один из основоположников синергетики Г. Хакен определяет понятие самоорганизующейся системы следующим обра
Открытость
Объект изучения классической термодинамики — закрытые системы, т.е. системы, которые не обмениваются со средой веществом, энергией и информацией. Напомним, что центральным понятием
Нелинейность
Но если большинство систем Вселенной носит открытый характер, то это значит, что во Вселенной доминируют не стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновесность. Неравновес
Диссипативность
Открытые неравновесные системы, активно взаимодействующие с внешней средой, могут приобретать особое динамическое состояние — диссипативность, которую можно определить как качестве
Закономерности самоорганизации
Главная идея синергетики — это идея о принципиальной возможности спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Решаю
ГЛОБАЛЬНЫЙ ЭВОЛЮЦИОНИЗМ
Одна из важнейших идей европейской цивилизации — идея развития мира. В своих простейших и неразвитых формах (преформизм, эпигенез, кантовская космогония) она начала проникать в ест
Естествознание как революционизирующая сила цивилизации
Естествознание — и продукт цивилизации, и условие ее развития. С помощью науки человек развивает материальное производство, совершенствует общественные отношения, воспитывает и обу
Наука и квазинаучные формы духовной культуры
Наука — компонент духовной культуры, поэтому процессы, которые происходят во всей системе культуры в той или иной форме отражаются и на науке. Так, всплеск в конце XX в. очередной
ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ
Аберрация: 1) оптических систем — погрешности изображений, даваемых оптическими системами. Проявляется в том, что оптические изображения в ряде случаев не вполне отчетливы
ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ
Августин Блаженный (354—430) — христианский теолог, представитель западной патристики 141
Авенариус Рихард (1843-1896) -швейцарский естествоиспытатель и философ-идеал
ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
а. е. — астрономическая единица, расстояние от Земли до Солнца
Световой год — расстояние, которое проходит луч света за один год
°,', " — граду
СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ НЕКОТОРЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ ВЕЛИЧИНАМИ
1 а. е. =149 600 000 км
Световой год равен 9,46 • 1015 м = 0,3 пк, или около 10. 000 млрд км
Парсек (пк) - единица для выражения межзвездных расстояний,
Новости и инфо для студентов