КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

 

Учебное издание

 

Кокин Александр Васильевич, доктор геолого-минералогических наук.

 

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

 

Редактор В.И. Сергеев

КорректорД.Б. Нестерова

 

Сдано в набор 10.04.97. Подписано в печать 10.08.97.
Формат 60ґ84 ¹/₁₆. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать офсетная. Усл. печ. л. 12,25. Уч.-изд. л. 14,5. Тираж 10 000 экз.

 

Издательство “Экспертное бюро”,

344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Станиславского, 8-А.

 

 

 

А.В. Кокин

 

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Издательство “Экспертное бюро”

Ростов-на-Дону

Кокин А.В.Концепции современного естествознания. Учебное пособие. – Ростов н/Д.: Изд-во “Экс­пертное бюро”, 1997. 224 с.

 

ISBN 0-0000-0000-0

Учебное пособие дает целостное и достаточно широкое представление о естественнонаучной картине Мира – от эволюции Вселенной до эволюции звезд, планет, жизни, человеческого общества с учетом современных достижений в области естественных наук.

Книга предназначена студентам, преподавателям вузов, не занимающимся специальным изучением естественных наук, но желающим быть в курсе современных достижений естествознания и проблем, которые перед ним возникают. Популярный характер изложения материала дает основание рекомендовать книгу для массового читателя.

 

 

c А.В. Кокин, 1997,
c Издательство “Экспертное бюро”, 1997.

 

Предисловие

В настоящее время наши знания об окружающем мире необычайно расширились и углубились. Информация о новых достижениях науки становится совершенно необозримой, разделившись на различные ветви. Но всякое подразделение является относительным и условным, т.к. наука, как и природа, представляет собой неразрывное целое.

Предлагаемая книга доктора геолого-минералогических наук А.В.Кокина “Концепции современного естествознания” представляет окружающий мир как единое целое и, несомненно, расширяет мировоззрение читателя. В ней в кратком виде изложены современные представления о научной картине мира в его историческом развитии от эволюции звезд и атомов до возникновения живых систем и человеческого общества.

Автор достаточно убедительно показал, что биосфера нашей планеты является результатом естественной эволюции вещества – от космических процессов синтеза атомов до развития планетных систем. Развитие жизни в пределах биосферы привело к существенным изменениям поверхности нашей планеты. Важнейшие события в истории биосферы Земли выразились в возникновении фотосинтезирующих организмов: цианобактерий и сине-зеленых водорослей в Мировом океане. Изменился состав атмосферы. Освобождение кислорода при фотосинтезе привело к многочисленным процессам окисления в пределах атмосферы, гидросферы и литосферы.

В начале палеозойской эры в массовом количестве стали создаваться твердые части тела (раковины, скелет) у животных, что изменило природу океана и ход осадкообразования в пределах шельфовых зон. В середине палеозоя растительность вышла на сушу, что привело к значительному увеличению биомассы и возрастанию интенсивности процессов фотосинтеза. Содержание кислорода в атмосфере увеличилось. Была создана пищевая база для существования наземных позвоночных животных, эволюция которых значительно ускорилась. Все это привело к возникновению человека, современной цивилизации и становлению биосферы Земли. Создались предпосылки для выхода человека в Космос и возможности хозяйственного освоения планет.

Эти и другие события в эволюции биосферы с разной степенью детальности описаны автором.

Свыше четверти века я знаком с автором, и у нас имеются совместные научные работы в области геохимии. По своему образованию А.В. Кокин – геолог, известный и как практический деятель в поисках месторождений полезных ископаемых, и как видный теоретик. Его обобщающие работы затронули не только науки о Земле, но и смежные области, что свидетельствует о его широком научном интересе и кругозоре.

Предлагаемая книга предназначена широкому кругу читателей и является весьма полезной для формирования общего научного мировоззрения. Книга написана ясным, хорошим языком, доступна для студентов и преподавателей вузов, не имеющих прямого отношения к естественным наукам, но желающих расширить свой кругозор.

Заслуженный деятель науки и техники РФ, заслуженный Соросовский профессор Г.В.Войткевич

В одном мгновенье – видеть вечность,

огромный мир – в зерне песка,

в единой горсти – бесконечность,

и небо – в чашечке цветка

Уильям Блейк

Введение

Материальный мир достаточно однообразен, так как состоит из ограниченного набора элементов, атомов, частиц... Но многообразны, бесконечны, а потому и поразительны сочетания этого однообразия. Так прекрасна музыка, основу которой составляют всего семь нот, так восхитительна природа, которую мы можем созерцать, благодаря спектру, состоящему всего из семи цветов...

В современную эпоху происходит стремительное развитие естественных наук, открываются новые факты и создаются новые концепции в математике и физике, химии и науках о Земле, космологии и биологии. В этом информационном потоке трудно ориентироваться и соотносить новые открытия со старыми представлениями о строении и направленности развития Мира. Естественные науки и прикладные исследования развиваются настолько интенсивно, что человеческое сознание иногда не в силах не только переосмыслить достижения отдельных отраслей научного знания в рамках традиционно сложившейся парадигмы, но и попросту накапливать информацию, синтезировать ее.

Между тем научно-технический прогресс представляет все более высокие требования ко всем людям, и особенно деловым... Современный деловой человек должен не только ориентироваться в достижениях науки и техники, но чувствовать и предвидеть возможные варианты вложения средств в науку. Для этого необходимо обладать запасом знаний, определяющим современный уровень культуры человека.

Цель книги – дать общие представления о системе и концепциях современного естествознания о происхождении и эволюции Вселенной и жизни, человеческого общества и разума.

В задачи книги входит не столько проведение философского анализа той или иной проблемы, сколько отображение конкретных знаний, полученных в естественных науках, с тем, чтобы читатель, на основе полученной информации, сам пришел к выводам, определяющим его видение картины Мира.

Законы развития природных систем органично связаны с законами развития общества. Человеческий индивид является носителем коллективного разума и особенностей общества, в котором он живет. Общество и окружающая природная система взаимовлияют на самоорганизацию и эволюцию обеих систем. Окружающая среда представляет собой весьма сложную структуру, эволюционирующую по собственным законам. Испытывая антропогенное (обусловленное хозяйственной деятельностью человека) воздействие, она, в свою очередь, диктует условия выживания человеку и цивилизации в целом, ограничивает темпы экономического развития и использования природных ресурсов. В этой связи, зная законы развития природных систем, легче ориентироваться в выборе пути развития человеческого общества, не поскользнуться на льду кажущейся очевидности, не споткнуться на крутых поворотах фундаментальных открытий...

Современные представления об основных понятиях материального мира

Корпускулярная и континуальная концепция описания природы

Чтобы разобраться, в чем здесь соль, “начнем издалека, и в своих выводах пойдем еще дальше”. Принято говорить, что элементарная частица… Одним из них является туннельный эффект. Не слишком быстро катящийся по… В классической электродинамике заряженная частица реагирует на электромагнитное поле только если оно имеется в той…

Антропный принцип

Человек есть мера всем вещам – существованию существующих и несуществованию несуществующих.

Протагор

Думать, что природа относится к человеку лучше, чем к капусте – значит тешить свой рассудок забавными представлениями.

Сирано де Бержерак

Сегодня почва для нового синтеза появилась в виде так называемого антропного принципа. “Слабый” антропный принцип утверждает, что “мы являемся свидетелями процессов… Идеи обусловленности появления на Земле жизни и мыслящего наблюдателя глобальными свойствами Вселенной выдвигали А.Л.…

Термодинамика

Один из создателей атомной физики Э. Шредингер (1887-1961) в своей книге: “Что такое жизнь с точки зрения физики?” писал, что средство, при помощи… То есть, наиболее эффективным способом преодоления энтропии является живое… В природе наряду с явлениями, ведущими к росту энтропии, происходят и явления противоположные, при которых энтропия в…

Тит Лукреций Кар “О природе вещей”.

Порядок в строении атома определяется структурой закономерного размещения в ядре атома протонов и нейтронов, кварков, наконец, а вокруг ядра –… Порядок, как выражение структурно-энергетического состояния системы,… На уровне минерала порядок обеспечивается структурой вхождения атомов, ионов элементов в определенный тип элементарной…

Логика развития научного знания. Смена парадигм

(Пословица) Американский философ Томас Кун выдвинул концепцию познания как непрерывную… Г.М. Идлис выделяет четыре глобальные научные революции: аристотелевскую, ньютоновскую, эйнштейновскую и современную.…

Естественнонаучная и гуманитарная культуры

Научная картина Мира строится на основе объективных знаний и современных достижений естественных наук, свободных от субъективного человеческого… В гуманитарной культуре внимание акцентируется на совершенствовании человека… В этой связи естественнонаучная культура по своему мировоззренческому значению отличается от гуманитарной, не…

Математика

Таким образом, с помощью математики можно исследовать весь окружающий мир[30], она входит в методологию исследования всех естественных и… Исследования математики основаны на математической логике, индукции. Предметом математической логики служат рассуждения или дедуктивная логика, включающая математические исследования…

Физика

Наука о наиболее общих свойствах материального мира, природы и природных явлениях. Физика и ее законы лежат в основе всего естествознания. На стыке физики и других наук возникли астрофизика, физическая химия, биофизика, геофизика и другие науки. С точки зрения описания объектов природы физика подразделяется на физику элементарных частиц, атомную физику, физику атомных ядер, молекул, твердого тела, плазмы и т.д. К основным разделам физики относятся: классическая механика, электродинамика, статистическая физика, теория относительности, квантовая механика, квантовая теория поля. Физика составляет фундамент современной техники, включая такие ее новые отрасли, как космическая техника, ядерная энергетика, квантовая электроника.

В процессе рассмотрения естественнонаучных представлений о единой картине мира мы будем все время обращаться к этой науке, пронизывающей всю сущность других наук, базируясь на математической логике в описании физических явлений.

Ниже приведена схема, отражающая соотношение фундаментальных физических теорий.

Классическая ньютоновская механика (М), не содержащая никаких универсальных мировых постоянных, является не просто каким-то частным случаем физики, но одной из фундаментальных физических теорий.

Другой фундаментальной физической теорией является классическая ньютоновская гравитационная механика (GM), с его законом всемирного тяготения, содержащая ньютоновскую универсальную мировую гравитационную постоянную G.

Третьей фундаментальной физической теорией стала электродинамика Максвелла и связанная с ней специальная теория относительности Эйнштейна, или релятивистская механика (RM), содержащая в качестве универсальной мировой постоянной скорость света с – предельную физически возможную скорость распространения физических воздействий.

Четвертой фундаментальной физической теорией стала инициированная квантовыми постулатами Бора квантовая механика (QM), содержащая универсальную мировую постоянную Планка h, то есть минимальный физически возможный квант действия[31].

Пятой фундаментальной физической теорией стала релятивистская гравитационная механика (RGM), содержащая универсальные мировые постоянные c и G.

Шестой фундаментальной физической теорией стала релятивистская квантовая механика (RQM), содержащая универсальные мировые постоянные с и h.

Седьмой фундаментальной физической теорией должна быть квантовая гравитационная механика (QGM), содержащая универсальные мировые постоянные h и G.

Наконец, восьмой и по существу последней фундаментальной физической теорией должна стать искомая квантовая релятивистская гравитационная механика (QRGM), содержащая все три универсальные постоянные мировые постоянные h, c и G.

Классическая ньютоновская механика (М), которая еще игнорирует универсальное гравитационное взаимодействие, конечность физически возможной скорости распространения всех физических воздействий и принципиально дискретный (квантовый) характер любого физического действия, является предельным случаем гравитационной механики (GM), релятивистской механики (RM) и квантовой механики (QM), т.е., соответственно, получается из них при G®0, ^1/с ®0 и h®0. Аналогичным образом гравитационная механика (GM), релятивистская механика (RM) и квантовая механика (QM) представляют собой соответствующие предельные случаи релятивистской гравитационной механики (RGM), релятивистской квантовой механики (RQM) и квантовой гравитационной механики (QGM). А релятивистская гравитационная механика (RGM), релятивистская квантовая механика (RQM) и квантовая гравитационная механика (QGM) являются надлежащими предельными случаями искомой квантовой релятивистской гравитационной механики (QRGM). Как отметил А.Л. Зельманов, в пространстве трех одинаково нормированных универсальных мировых постоянных G, ^1/c и h все эти “механики” составляют характерный куб фундаментальных физических взаимопроникающих теорий, располагающихся в его вершинах с соответствующими координатами (Кузнецов и др., 1996).

Химия

Обычно считают, что это наука о превращении веществ, сопровождающихся изменением их состава и (или) их строения. Однако это определение не совсем точно и полно, поскольку химическими превращениями являются такие, в результате которых образуются новые химические соединения со своими характерными свойствами. Эти превращения связаны с перестройкой внешних или иных электронных оболочек атомов элементов, участвующих в реакциях, тогда как атомное ядро остается незатронутым в ходе реакции.

В сферу действия химических законов превращения, реакций и т.д. вовлечены все доступные для химических исследований элементы. И хотя с различными химическими превращениями человек имел дело еще в древности, становление химии как науки произошло во второй половине XVIII века. Оно готовилось исподволь “ремесленной химией” (в ходе выплавки металлов, изготовления стекол, крашения тканей и т.д.) и алхимией. Последняя, несмотря на свою мистическую направленность, предложила способы разложения различных руд и минералов, получения ряда кислот и щелочей, изобрела некоторые приборы, описала процессы прокаливания, перегонки, дистилляции, растворения, осаждения. Внесла свой вклад в фундамент современной химии и ятрохимия – область знаний, которая ставила целью изготовление лекарств для лечения людей.

В XVII столетии французский физик П.Гассенди ввел понятие “молекула”, которое обозначало соединение “атомов”. Англичане Р.Гук и Дж.Майов сформулировали правильные представления о процессах горения и дыхания. А голландский естествоиспытатель Ян ван Гельмонт ввел термин “газ” (от греч. caoV – хаос) и фактически первым наблюдал выделение углекислого газа. Французский ученый Н.Лемери написал первый фундаментальный учебник “Курс химии”, в котором четко определил химию как искусство разделять различные вещества, содержащиеся в смешанных телах, существующих в природе, – минералах, породах, растительных и животных системах.

Основателем научной химии следует считать англичанина Р.Бойля. Главная его заслуга состояла в том, что он стал рассматривать химические элементы не как некие отвлеченные понятия, а как реально существующие минеральные вещества. Он считал: в действительности химических элементов может быть много – и тем самым нацеливал на поиски их множества в природе. Он дал и определение элементов, как простых тел, не составленных друг из друга, а являющихся составными частями всех смешанных (сложных) тел. И, наконец, Бойль широко ввел в практику химический анализ как главный метод изучения состава веществ. То есть, он является основоположником аналитической химии. Столетие спустя, именно аналитический метод стал приносить обильные плоды в виде большого числа открываемых химических элементов. Мир химических элементов открывал пути познания вещественного (материального) наполнения мира. Возникает понятие о составе вещества и химических соединений. Позднее возникли проблемы познания их свойств и строения. Этот классический “треугольник познания”: состав – строение – свойства определил основное содержание химии под влиянием запросов практики.

Способ решения основной проблемы химии этого этапа ее развития можно описать схемой:

состав ® свойства

На рубеже XVII и XVIII вв. немецкий химик Г.Шталь предложил так называемую теорию флогистона. Это была первая химическая теория. И хотя она была неверна, ее критика во многом способствовала развитию химического мышления.

Материалистическое толкование химических явлений, создание корпускулярной теории веществ, формулировка основополагающего закона сохранения массы вещества и движения принадлежит русскому ученому-энциклопедисту М.В.Ломоносову. В средине XVIII века рождается химия газов. Одним из выдающихся достижений газовой химии (Д.Пристли – 1733-1804) является открытие кислорода. Понимание его природы как самостоятельного газообразного химического элемента позволило А.Лавуазье развенчать концепцию флогистона Г.Шталя и сформулировать кислородную теорию горения и дыхания. Вместе с крупными достижениями химического анализа это событие положило начало первой научной революции в области химии. В последние десятилетия XVIII в начал развиваться количественный подход к изучению химических процессов, была разработана первая номенклатура химических названий; А.Лавуазье предложил “Таблицу простых тел”, которая, по существу, является первой систематикой известных к тому времени (1789) химических элементов.

Однако важнейшей основой химической революции все же стала атомистика Дж.Дальтона. В начале XIX в. он четко сформулировал основы атомистического учения: тождественность атомов одного и того же вещества; способность различных атомов соединяться в различных соотношениях; абсолютную неделимость атомов. Наконец, Дальтон ввел фундаментально важное понятие атомного веса, – практически первого измеримого количественного параметра, характеризующего атом.

Основной результат первой химической революции – это создание атомно-молекулярного учения. Под его непосредственным влиянием проходило развитие химии на протяжении всего XIX столетия. Химия обретает статус самостоятельной науки в ряду естественных наук. Она создает свои понятия и термины; она становится предметом преподавания во многих учебных заведениях. В различных странах возникают химические общества, появляются новые химические журналы.

К началу 1890 года сформировалась база знаний, составившая классическую химию, которая подразделялась на неорганическую, органическую, физическую и аналитическую химию. Краеугольным стало учение о периодичности свойств элементов, связанное с открытием Д.И.Менделеевым (1869-1871 гг.) периодического закона, на основании которого были не только уточнены атомные массы урана, индия, церия и элементов его группы, но и предсказаны общие свойства экаалюминия (будущего галлия), экабора (будущего скандия) и экасилиция (будущего германия), будущих аналогов марганца (впоследствии открытого технеция и рения), теллура (полония), йода (астата), цезия (франция), бария (радия), тантала (протактиния). Существенными достижениями химии были также учение о строении органических соединений (А.М.Бутлеров, 1828-1886); учение о координационных (комплексных) соединениях; учение о валентности; учение о химическом процессе (химическая кинетика и катализ); учение о растворах вместе с теорией электрической диссоциации.

Однако химическая революция XIX в. исчерпала себя. Атомно-молекулярное учение достигло больших высот развития, но никто еще не представлял себе, как устроен атом. Поэтому неизбежной становилась новая, вторая революция в области химии. Ее основное содержание составила разработка учения об атоме в связи с революционными открытиями в области физики атома.

С открытием рентгеновских лучей, радиоактивности создается новая атомная физика, которая оказала мощное влияние на развитие новых идей в химии.

Важнейшей вехой на пути развития периодического закона явилось создание атомной модели Э.Резерфордом (1911). На ее основе голландский ученый А.Ван ден Брук (1913) высказал предположение, что порядковый номер элемента в периодической системе числено равен заряду ядра его атома (Z). Это экспериментально подтвердил английский ученый Г.Мозли (1913). Периодический закон получил новое физическое обоснование: периодичность изменения свойств элементов стала рассматриваться в зависимости от заряда (Z) ядра атома элемента, а не от атомной массы. Была определена одна из границ периодической системы с зарядом Z = 1 (водород). Стало возможным оценить точное количество элементов между водородом и ураном. Были определены “пробелы” в периодической системе, соответствующие неизвестным элементам с величиной Z = 43, 61, 72, 75, 85, 87. Однако оставались невыясненными вопросы о точном количестве редкоземельных элементов (группы церия и лантана) и, что особенно важно, не были вскрыты причины периодичности изменения свойств элементов в зависимости от Z.

Опираясь на сложившуюся структуру периодической системы и результаты учения атомных спектров, датский ученый Н.Бор (1918-1921) развил представления о последовательности построения электронных оболочек в атомах. Ученый пришел к выводу, что сходные типы электронных конфигураций внешних оболочек атомов периодически повторяются. Таким образом, было показано, что периодичность изменения свойств химических элементов объясняется существованием периодичности в построении электронных оболочек и подоболочек атома.

Мощный толчок в развитии атомный физики послужило новым импульсом в расширении границ микромира атомов.

В настоящее время периодическая система охватывает 110 элементов. Из них (Z = 93-110, а также элементы с Z = 43 – технеций, 61 – прометий, 85 – астат, 87 – франций) получены искусственно. Есть соображения о существовании “островков стабильности” и при более высоких зарядах ядра, разумеется, при достаточном перевесе нейтронов, благодаря которым компенсируются электрические силы отталкивания, и которые, поэтому, являются своеобразным “ядерным клеем”. Однако все ученые согласны, что ядра с еще более высокими зарядами абсолютно нестабильны, что где-то в обозримых пределах имеется вполне естественный конец таблицы Менделеева.

Основные особенности новейшей химии заключаются, во-первых, в том, что она становится мощнейшей “производительной силой” в создании обширного ассортимента веществ. Она синтезирует и извлекает из природного сырья, растительных и животных организмов огромное количество новых химических соединений. Каждый день приносит вести об открытии новых соединений. Это становится возможным на основе теоретических предпосылок направленного получения продуктов с заранее заданными свойствами. Это вторая сторона достижений новейшей химии. Третья – наличие фундаментальных теоретических основ (строение атома, учение о химической связи, катализе, реакционной способности веществ и другие направления учения в химии, включая органическую, физическую химию).

Важнейшим направлением современной химии является квантовая химия, изучающая электронное строение атомов, молекул, твердых тел, анализирующая закономерности химических превращений на микроскопическом (электронно-ядерном) уровне методами квантовой механики. Она является пограничной областью знания между физикой и химией.

Особую роль приобретают исследования химической кинетики, изучающей скорость течения химических реакций, которая имеет большое значение для построения общей теории реакционной способности. Фундамент химической кинетики был заложен более 100 лет назад, в 80-х годах XIX столетия, голландским физико-химиком Я.Вант-Гоффом и шведским ученым С. Аррениусом, открывшими закономерности, связывающие скорости реакций с концентрацией реагентов и температурой.

Основополагающими для химической кинетики являются представления о том, что исходные вещества, вступающие в химическую реакцию, чрезвычайно редко непосредственно превращаются в ее продукты. В большинстве случаев реакция проходит ряд последовательных и параллельных стадий, на которых образуются и расходуются промежуточные вещества. Число последовательных стадий может быть очень велико: в цепных реакциях (Н.М.Эмануэль – 1915-1984) их десятки и сотни тысяч. Время жизни промежуточных веществ весьма разнообразно. Некоторые вполне стабильны, их даже можно выделить из реакционной среды. Это обычно молекулы или комплексы. Другие, например свободные радикалы, существуют доли секунды и практически не могут быть выделены.

В процессе становления химической кинетики развивалась теория катализа и теория автокаталитических процессов, ускоряющих или замедляющих ход химических реакций.

Широкое использование аналитических методов исследований в химии – спектрального и рентгено-спектрального анализа, электроннного парамагнитного резонанса (ЭПР), ядерного магнитного резонанса (ЯМР), нейтронно-активационного анализа – четвертая особенность современной химии.

Взаимопроникновение наук делает химию весьма чувствительной к дроблению ее на самостоятельные химические дисциплины и в этом состоит пятая характерная черта новейшей химической науки. Это не только органическая химия, химия отдельных соединений, элементов, это физическая химия с разделами электрохимии, термохимии, химическая термодинамика и т.д. На стыке наук появляется геохимия, биохимия, биогеохимия, космохимия и т.д.

Ретроспективный взгляд на развитие химии дает возможность сформулировать основные принципы химического взаимодействия.

Химическая реакция – это превращение одного или нескольких исходных веществ в отличающиеся от них по химическому составу и строению вещества новообразования. Реакции происходят при фактическом контакте реагентов как самопроизвольно, так и под влиянием температуры, катализаторов, излучений, в том числе ионизирующих, электрического тока, механических напряжений, а также в низкотемпературной плазме. Характеристиками химических реакций являются: равновесная степень превращения, скорость реакции, глубина ее протекания. Реакции, сопровождающиеся выделением тепла называются экзотермическими, с поглощением тепла – эндотермическими.

Катализ – это процесс изменения скорости или возбуждения химической реакции веществами-катализаторами, которые участвуют в реакции, но не входят в состав конечных продуктов. Катализатор не сдвигает химические равновесия в реагирующей системе, он в равной мере ускоряет прямую и обратную реакции. Вещества, замедляющие химическую реакцию называются ингибиторами.

Реакции, протекающие под влиянием излучения оптического диапазона, называются фотохимическими. Их сущность заключается в изменении электронного строения молекул при их возбуждении. Поглощение ионизирующего излучения приводит к возникновению радиационно-химических реакций с образованием долгоживущих свободных радикалов, ионорадикалов, а также различных стабильных продуктов.

Реакции, сопровождающиеся переносом зарядов через границу между электродом и электролитом, всегда идут в двух направления – катодном и анодном, а химические процессы в этом случае называются электровосстановлением в катодном процессе и электроокислением – в анодном.

Реакции под влиянием механических воздействий называются механо-химическими. Они возможны как в жидкостях (кавитация, действие сдвиговых напряжений на растворы и расплавы полимеров), так и в твердых телах (при диспергировании, действии ударных волн или высокого давления в сочетании с деформацией сдвига).

Реакционная способность веществ определяется активностью атомов и молекул, которая может быть описана с помощью теории активированного комплекса, представляющую собой простейших вариант статистической теории химических реакций. Была разработана Э.Вигнером, М.Поляни, Г.Эйрингом, М.Эвансом в 30-х годах нашего столетия. Эта теория основана на предположении, согласно которому переход химической системы из начального состояния в конечное связан с образованием активированного комплекса или переходного состояния, а также на гипотезе термодинамического равновесия между реагентами активированного комплекса и на скорости реакции, которая отождествляется со скоростью распада активированного комплекса.

Наибольший интерес в современной химии представляет явление самоорганизации, которые приводят к образованию пространственно-временных диссипативных структур. Последние могут возникать при протекании некоторых нелинейных химических реакций, в которых продукты реакции являются ее катализаторами и ускоряют протекание самой реакции. И если в такой системе существует химический механизм, усиливающий случайные изменения скоростей прямой и обратной реакций, то возникает потенциально неустойчивое состояние. Таким механизмом является автокатализ, когда сам продукт реакции увеличивает скорость ее протекания. Открытие Б.П.Белоусовым гомогенной периодической химической реакции дало ключ к пониманию процессов автокатализа. При этом существенным параметром, характеризующим степень неравновесности химической системы, является время пребывания реагентов в реакционном объеме. В случае очень большого времени пребывания реагентов в системе достигается однородное ее стационарное состояние – концентрации реагентов не изменяются со временем. Если уменьшать время пребывания реагентов, то в какой-то момент вся система внезапно изменяет свойства, например, периодически окрашивается то в один, то в другой цвета, что указывает на периодический избыток какого-то составляющего компонента с большой точностью по типу автоколебательных процессов. Их асимптотическая неустойчивость означает, что некоторые малые возмущения, вносимые в систему (локальные изменения концентрации), не приводят к глобальному ее изменению, так как спустя некоторое время, система приходит в первоначальное состояние. Это свойство связано с необратимостью процесса и ответственно за воспроизводимость событий в системе. Если же время нахождения реагентов в реакционном объеме имеет промежуточное значение по отношению к временам, характерным для осцилляторных режимов, система демонстрирует сложное непериодическое поведение, называемое хаотичной турбулентностью. Это свойство характеризует тенденцию развития многих систем в направлении к хаотической эволюции (в отличие от самоорганизующихся систем) и непосредственно связано с химическим механизмом автокатализа, что и позволяет таким системам переходить в новые состояния путем усиления или ослабления малых возмущений в системе.

Из ретроспективного анализа мы наблюдаем, что развитие естественных наук шло все ускоряющимися темпами, с одной стороны, с другой – с непременным дроблением их на различные направления и ветви. При этом физические, химические науки переплетались с биологическими, геологическими и т.д., и давали свои ветви и направления исследования частей материального мира с целью познать его сущность через взаимодействия многих наук. Корпускулярность материального мира порождает множество объектов исследования и множество направлений в науке. Но в истории развития науки мы наблюдаем периодичность (цикличность). Она определяются уровнем обеспеченности теорией. Старение теорий, ранее успешно обеспечивающих развитие науки, приводит к застойным явлениям в ней до нового уровня разработанности идей, определяющих новый скачок развития науки. При этом развитие одной науки стимулирует развитие другой (например, открытия в области физики стимулировали взрывной характер развития химии). Однако развитие наук стимулируется не только и не столько взаимовлиянием, сколько требованиями и задачами практики.

Темпы развития естественнонаучных представлений о структуре и картине Мира может быть выражено геометрической прогрессией.

Другой особенностью развития всех наук являются междисциплинарные исследования, тенденция к созданию единых теорий, объясняющих разные уровни взаимодействия на разных уровнях организации вещества. Это приводит к анализу структуры взаимодействий, взаимопроникновений одних явлений в другие в условиях действия всеобщих законов развития материального мира и, наконец, приводит к созданию синтетической науки.

В получившей за последние годы развитие нелинейной термодинамике исследуется возможность самопроизвольного возникновения упорядоченных (когерентных) структур в сильно неравновесных открытых системах, которые изучаются разными науками, включая физику, химию, биологию, геологию, минералогию и др. Такое спонтанное возникновение неравновесных структур из исходного хаоса названо самоорганизацией. Г.Хакеном для процессов самоорганизации был введен общий термин – синергетика.

Физическая природа синергетики определяется тем, что вдали от равновесного состояния из-за нелинейности система является неустойчивой и потому даже малые флуктуации могут привести к новому состоянию, для которого характерным является совокупное движение многих частиц. Общая теория процессов самоорганизации в открытых сильно неравновесных системах строится в нелинейной области на основе принципа Генсдорфа-Пригожина, согласно которому в любой неравновесной системе с фиксированными граничными условиями процессы развиваются в том направлении, при котором скорость изменения производства энтропии, обусловленная изменением термодинамических сил, уменьшается. Существенным признаком упорядочения структур является то, что они возникают при превышения параметрами системы некоторых критических значений. Такие структуры Пригожин назвал диссипативными. Существует три вида диссипативных структур: пространственные (ячейки Бенара, кольца Сатурна); временные (автокаталитические реакции Белоусова-Жаботинского); пространственно-временные, которые могут возникать в нелинейных химических реакциях, идущих в тонком слое, при наличии локальных флуктуаций концентрации и диффузии реагентов.

“В 1828 г. сообщалось о колебаниях электрохимической реакции, через пять лет У.Гершель обнаружил колебания каталитической гетерогенной реакции. Примерно тогда же было замечено, что небольшая колба, содержащая немного фосфора, мерцает в темноте, и свечение происходит каждую седьмую секунду, а еще четыре десятилетия спустя наблюдались периодически образующиеся в пробирке “светящиеся облака” <...> Современники, абсолютно убежденные в однонаправленности естественно текущих химических процессов, проходили мимо этих результатов”[32]. Ни у кого не вызвало интереса и сообщение о колебательной реакции, опубликованное в 1921 г. В.Бреем из Калифорнийского университета в Беркли. Научный мир признавал второе начало термодинамики, формулировка которого была дана Рудольфом Клаузиусом в XIX в, согласно которому энтропия (т.е. беспорядок) во Вселенной может только возрастать. Причем неявно предполагалось, что изменения в любой системе должны идти в одном направлении, без возвращений вспять и без колебаний. Явное “нежелание” химической системы линейно достичь состояния равновесия бросало вызов большой теории, – либо заставляло думать об ошибке в эксперименте. Последнее было проще.

В 1958 г. московский химик Борис Павлович Белоусов в смеси растворов бромата калия, лимонной и серной кислот и катализатора – сульфата церия – наблюдал примерно ежеминутное периодическое изменение окраски раствора от желтого до бесцветного в течение нескольких часов подряд. Работу оценили лишь молодые ученые: биохимик С.Э. Шноль и физик Анатолий Жаботинский. Заговорили о “реакции Белоусова – Жаботинского” значительно позже; лишь в 1980 году Б.Л. Белоусов (посмертно) и группа ученых из Института биологической физики АН СССР были награждены Ленинской премией “за открытие и исследование нового класса автоволновых процессов”.

Жаботинский вспоминает о “ртутном сердце” – о капельке ртути, брошенной в перекись водорода: пленка окисла на поверхности ртути то образовывалась, останавливая дальнейшее окисление, то растворялась и реакция возобновлялась. Пленка меняла поверхностное натяжение ртути и капелька пульсировала. “Ртутное сердце” не было загадкой: налицо гетерогенная система, состоящая из двух фаз; механизм пульсаций был очевиден. Но белоусовская система была гомогенной, однофазной!

Г.Хакен создал новую междисциплинарную науку – синергетику. И.Пригожин из Свободного университета в Брюсселе пересмотрел классическую термодинамику и показал ее ограничения: исследуемая ею система должна быть в высокой степени изолирована и находиться вблизи от состояния равновесия[33]. Предложенная им неравновесная термодинамика (Нобелевская премия 1977 г.) позволила анализировать “открытые”, т.е. находящиеся в состоянии обмена веществом и энергией с окружающей средой, в состоянии перехода от “существующего” к “возникающему” диссипативные системы и структуры. “Между упорядоченностью, устойчивостью и диссипацией возникает в высшей степени нетривиальная связь”[34], – пишут Г.Николис и И.Пригожин в известной книге, и связь эта, говоря в самом общем виде, состоит в возникновении на пути потока энергии стабильных структур, максимально замедляющих, в определенных граничных условиях, рассеивание энергии. Параметры этих структур определяются их внутренними свойствами.

Аксиомы биологии[35]

Представляют собой положения, не требующие доказательства и вытекают из логики современных представлений о развитии биологии и взглядов на эволюцию жизни.

Первая аксиома связана с именами Дж.Неймана – Н.Винера. Все живые организмы должны быть единством фенотипа и генотипа, передающегося по наследству из поколения в поколение. Другими словами, по наследству передается не структура, а описание структуры и инструкция ее изготовления. В таком понимании сущности эволюции первая аксиома лишь функциональна и не связана с какими – либо конкретными химическими веществами, обуславливающими жизнь. В земных условиях основу фенотипа составляют белки, а основу генотипа – нуклеиновые кислоты. На какой-либо другой планете иной галактики жизнь может быть построена на другой структурной основе, но по единому для всей Вселенной принципу первой аксиомы. Жизнь на основе только одного фенотипа или одного генотипа невозможна, так как при этом нельзя обеспечить ни самовоспроизведения самой структуры, ни ее самоподдержания.

Вторая аксиома связана с именем Н.К.Кольцова. “Наследственные молекулы” синтезируются матричным путем. В качестве матрицы, на которой строится ген будущего поколения, используется ген предыдущего поколения. Или другими словами, жизнь – это матричное копирование с последующей самосборкой копий. Веществом наследственности оказалась ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), а у некоторых вирусов РНК (рибонуклеиновая кислота). В земных условиях белки оказались плохими матрицами, а нуклеиновые кислоты – хорошими. В других планетных системах Вселенной может быть иначе, т.к. гены могут состоять из других соединений, но размножаться они должны по аксиомам 1-2.

Третья аксиома. В процессе передачи от поколения к поколению генетические программы изменяются случайно и ненаправленно, но лишь случайно эти изменения оказываются приспособительными. Эта аксиома – основана на важнейших принципах статистической физики и принципе неопределенности Гейзенберга. Отбор случайных изменений – не только основа эволюции жизни, но и причина ее становления, потому что без мутаций отбор не действует.

Четвертая аксиома связана с именем Н.В.Тимофеева-Ресовского и носит название принципа усиления. Случайные изменения генетических программ при становлении фенотипов многократно усиливаются и подвергаются отбору условиями внешней среды. Из-за усиления в фенотипах случайных изменений эволюция живой природы принципиально непредсказуема. Но естественный отбор размножит потомков тех особей, которые наилучшим образом будут адаптированы к окружающим условиям.

Таким образом, исследуемые живые системы на микроуровне показали, с одной стороны единство органического мира, с другой – открыли широкие перспективы в изучении наследственности и эволюции живых систем и, в частности, нервной системы.

Исследование неорганической и органической материи позволило установить единую и неразделимую сущность живого и неживого и понять, что вся материя состоит из одних и тех же атомов и частиц, лишь в разных соотношениях, что элементы (кроме водорода и гелия и некоторых легких изотопов) синтезируются в звездах. Вещество последних обновляет материю в галактиках и так происходит непрерывный круговорот и непрерывная эволюция вещества во Вселенной.

Структурные формы организации материи

Однако два иерархических уровня организации материи – микро- и макромир (микрокосм и макрокосм) издавна разграничиваются естественными науками,… Уже в древности существовала идея о микро- и макрокосме. Микрокосм – это… Микромир. Мир атомов, элементарных частиц. Мир бактерий и вирусов. Это вселенная невидимого невооруженным взглядом…

Микрофизика

Гипотеза кварков зародилась в 1963-1964 годах. “Изобретатели” кварков Гелл-Ман и Цвейг поначалу были уверены в существовании трех разных кварков и…

Три поколения фундаментальных элементарных частиц

Как уже говорилось, кварки могут пребывать только в составе адронов и в свободном состоянии не существуют (“невылетание” или конфайнмент). О существовании микромира догадывались еще древние греки. Первым атомы за… С открытием рентгеновского излучения (1895) немецким физиком Вильгельмом Конрадом Рентгеном (1845-1923) и…

Квантовая теория

Квантовая физика эту принципиальную разницу между частицами и волнами уничтожает. Любая частица проявляет волновые свойства, а поле квантовано и… Однако квантовая механика как наука – это не просто новое направление в… Одно из фундаментальных положений современной квантовой теории гласит, что характеризующие физическую систему так…

Взаимодействия и изменения

Мы познаем мир только через взаимодействия с ним. Когда мы видим предмет, наши глаза воспринимают свет, рассеянный его поверхностью. Происходит… В наших глазах происходит взаимодействия, превращающие свет в электрические… Однако одним только электромагнитным взаимодействием невозможно объяснить все происходящие в мире процессы.…

Создание единой теории поля

Сильное и слабое взаимодействия характерны для процессов в микромире, ведущих к взаимопревращениям частиц. Константа слабого взаимодействия gw »… Возможность объяснить различные виды взаимодействий элементарных частиц как… Теория электрослабого взаимодействия. В 1967 г Стивен Вайнберг, Шэлдон Глэшоу и Абдус Салам показали, что слабое и…

Пространство

Понятие “начала” и “конца” определяется только тем, что человек смертен. Для него разумное состояние вещей как раз соразмерно этому понятию. Вот… Эти же понятия о “начале” и “конце” пространства и времени неприемлемы для нас… Джордано Бруно восклицал: “Пусть эта поверхность будет какой угодно; но я спрашиваю: что находится за ней?”. И эта…

Время

Форма существования материи, выражающая порядок изменения объектов и явлений действительности. Характеризует реальную длительность действий, процессов, событий; обозначает промежуток между событиями. Необходимо сказать, что в состоянии сингулярности пространство и время разделимы.

Но, в отличие от пространства, в котором три измерения, время одномерно, и для какого-либо события время является его четвертой координатой. Издревле время сравнивали с прямой линией, считалось, что течение времени неизменно и ни от чего независимо. После открытия теории относительности картина существенно изменилась.

Что мы знаем о времени, о прошлом и настоящем, о вечности? Вряд ли больше, чем Августин Блаженный: “Что же такое, еще раз повторяю, что такое время? Пока никто меня о том не спрашивает, я понимаю, не затрудняясь; но как скоро я хочу дать ответ об этом, я становлюсь совершенно в тупик. Как можно говорить о прошедшем и будущем, когда первого уже нет, а второго еще нет? Они есть только в нас самих, когда мы думаем о них. Значит, правильнее было бы говорить: настоящее прошедшего и настоящее будущего. Для настоящего прошедших предметов у нас есть память или воспоминание, для настоящего настоящих предметов – взгляд, воззрение, созерцание, а для настоящего будущих – чаяние, упование, надежда”.

Выяснилось, например, что время нельзя рассматривать как нечто отдельно взятое. И в любом случае измеренное значение времени зависит от относительного движения наблюдателей. Поэтому, два наблюдателя, движущиеся относительно друг друга и следящие за двумя различными событиями, придут к разным выводам о том, насколько эти события разделены в пространстве и во времени. В 1907 г. немецкий математик Герман Минковский (1864-1909) высказал предположение о тесной связи трех пространственных и одной временной характеристик. По Минковскому все события во Вселенной происходят в четырехмерном пространственно-временном континууме. Минковский писал: “Отныне пространство само по себе и время само по себе должны обратиться в фикции, и лишь некоторый вид соединения обоих должен еще сохранить самостоятельность”. Итак, пространство и время тесным образом связаны между собой и их нужно рассматривать как взаимосвязанные элементы. Сумма всех событий названа Минковским понятием “мир”, а путь какой-либо частицы в пространстве-времени – ее “мировой линией”.

Общая и частная теории относительности

Относительность течения времени по Эйнштейну такова, что время для движущегося объекта течет медленнее, чем для того, кто неподвижно наблюдает за… Общая теория относительности была экспериментально подтверждена в 1919 г.… Относительность течения времени по Эйнштейну может быть иллюстрирована на примере черных дыр. Вблизи гравитационного…

Панорама представлений о строении Мира

Конец геоцентрической системы Птолемея

Еще египтяне знали, что движение Солнца и Луны можно предсказать. Те, кто умел это делать, занимали особое положение – они были жрецами, знающими… Греки пошли дальше египтян. Они задумались над тем, как устроена вся… Первую последовательную схему планетной системы дал Клавдий Птолемей, работавший в Александрии в средине II века нашей…

Гелиоцентрическая система

По схеме Коперника суточное движение неба объяснялось вращением Земли вокруг своей оси, годичное движение – обращением ее вокруг Солнца. Исчезло… Однако и система Коперника не объясняла неравномерность движения планет. Для… Коперник оставил своим последователям замечательную таблицу периодов обращения планет и их средних расстояний от…

Бесконечность Вселенной

Учение Бруно вскрывало убожество священного писания, опиравшегося на примитивные представления о существовании плоской Земли. Смелые идеи и… Галилео Галилей (1564-1642), один из основателей точного естествознания,… Иоганн Кеплер понял дефекты системы Коперника: планеты на самом деле должны двигаться не по окружностям, а по…

Разбегание галактик

Развитие спектроскопии (начало ХХ столетия) привело к удивительному открытию: было обнаружено, что Вселенная не статична, а находится в состоянии…

Внегалактическая шкала расстояний

Во втором десятилетии ХХ века Весто Мелвин Слайфер (1875-1969) и др. астрономы обнаружили, что почти все далекие галактики удаляются от Млечного… Зависимость между скоростью удаления галактик и расстоянием до них называют… Дальнейшие исследования подтвердили справедливость закона Хаббла, согласно которому все галактики (за исключением…

Однородность Вселенной

Хаббл внес в космологию еще один вклад, не менее важный, чем открытое им расширение Вселенной. Он обнаружил, что число галактик увеличивается пропорционально расстоянию до них. То есть, несмотря на локальные неоднородности в самой галактике, межгалактическое пространство со всеми звездными скоплениями и галактиками образует близкую к однородному состоянию структуру нашей Вселенной.

Ни в одном направлении не обнаружено каких-либо явных отклонений от однородности в больших масштабах. Если бы Вселенная имела какой-то выделенный центр или границу, то при подсчете галактик мы могли бы это заметить.

Вероятно, самое удивительное подтверждение крупномасштабной однородности Вселенной было получено при недавних исследованиях космического фонового излучения. Это говорит о том, что на очень раннем этапе эволюции Вселенной, когда возникло это излучение, она должна была быть очень однородной[53].

Парадокс Ольберса

Из этих соображений вытекает удивительный парадокс. Рассмотрим некоторую сферическую оболочку, в центре которой находится Земля. Можно вычислить… Парадокс Ольберса можно объясняется красным смещением света далеких галактик.… Таким образом, современное разрешение парадокса Ольберса состоит в том, что высказанное им предположение о бесконечной…

Принцип Маха: понятие инерции

Используя колебания маятника (следя за прецессией плоскости его колебаний) легко сделать вывод о вращении Земли относительно локальной системы… Мах понял, что измерения по Ньютону носят абсолютно локальный характер и не… То обстоятельство, что разные измерения должны дать один и тот же результат, произвело на Маха очень глубокое…

Реликтовое космическое микроволновое излучение

В 1965 г. радиоастрономы Арно Пензиас и Роберт Вильсон провели серию измерений с рупорной антенной радиотелескопа. Они обнаружили дополнительный… Столкнувшись с одним из самых захватывающих моментов истории современной… Теория Гамова была предана забвению, когда астрофизики пришли к выводу, что элементы тяжелее гелия не могли…

Космическая шкала времени

Ответ на этот вопрос по всей видимости нужно искать в процессах, происходивших в начале “Большого Взрыва”, когда плотность вещества была огромной и… При температуре порядка 1013 °К, когда котел Вселенной представлял собой… Таким образом, важнейшим обстоятельством ранней истории расширения Вселенной являлся факт асимметрии между тяжелыми…

Происхождение Вселенной

С происхождением и эволюцией Вселенной связаны проблемы происхождения и эволюции нашей Солнечной системы, наконец, Земли, жизни на ней. И нам совсем… Вся сложность изучения Вселенной заключена в громадных расстояниях,… Результатом исследований обозримой части Вселенной явились грандиозные открытия ХIХ и ХХ веков, которые стимулировали…

Модель Большого взрыва

Основное положение теории Большого Взрыва заключается в том, что около 15-20 млрд. лет назад любые две точки в наблюдаемой Вселенной были сколь угодно близки друг к другу. Плотность вещества в этот момент была бесконечна. Оно находилось в состоянии сингулярности.

Мы можем представить себе начальные стадии Большого Взрыва как действительно гигантский взрыв. Механизм взрыва будет характеризоваться ростом объема, снижением плотности вещества. Кинетическая (положительная) энергия возрастает за счет падения потенциальной (отрицательной) энергии.

Альтернативные космологические модели

  Эддингтона-Леметра +1 Сферическое Закрытое и конечное Сначала стастатическая, затем расширяется…  

Современная космогоническая концепция

Структура Метагалактики

Никто не знает точно, сколько фазовых переходов произошло в “молодом” вакууме. Однако все они должны были протекать в течение первой секунды от… В соответствии с эйнштейновским соотношением между массой и энергией,… Многие богатые скопления галактик содержат значительные количества горячего ионизованного газа, являющегося источником…

Галактики

Исследование галактик началось с 1920 г., когда К.Лундмарк смог выявить отдельные звезды в спиральной галактике М33 в созвездии Треугольника и, тем… Галактики весьма разнообразны. Половина галактик имеет спиральную структуру,… Галактики, как и звезды, имеют склонность образовывать группы и скопления различной численности. Это свойство у них…

Основные черты эволюции звезд

Наиболее распространенным элементом Космоса является водород. В результате сгорания водорода в звездах образуется гелий. Превращение водорода в… 12С + 4Не ® 16О; 16О + 4Не ® 20Ne;

Эволюция звезд и звездных систем

Когда впервые происходит конденсация звезды из межзвездного газа, который состоит в основном из водорода и гелия в пропорции ~7:3, она выглядит… В процессе своей эволюции при охлаждении звезда начинает сжиматься. Если ее… В начале 70-х гг. были открыты рентгеновские пульсары, расположенные в двойных звездных системах. В такой системе…

Рис. Строение Солнечной системы

Зона Оорта: зона размещения комет и космической пыли внешней части (фронта) Солнечной системы.

Внешние планеты Солнечной системы: Плутон и его спутник Харон.

Планеты-гиганты: Нептун, Уран, Сатурн, Юпитер со спутниками. Особенностью этих планет является их более низкая плотность, гигантские размеры за счет того, что в основном состоят из газов, льда. Лишь ядра планет-гигантов состоят из силикатов с примесью железа и никеля.

Внутренние планеты земной группы: Пояс астероидов, Марс, Земля со спутниками, Венера, Меркурий. Особенность этих планет заключается в большой относительной плотности вещества, состоящего в основном из силикатов железа, магния, кальция, алюминия и плотного никелистого железа с примесью сульфидов и силикатов.

Некоторые параметры планет Солнечной системы

Планетная система Луна Естественный спутник Земли. Ближайшее к Земле небесное тело. Обращается на расстоянии около 400 000 км. Диаметр Луны…

Средний химический состав земной коры и планет земной группы (%).

Образование земной коры произошло за счет верхней мантии. Поэтому этот слой иногда называют “истощенной” мантией. Геологи не располагают прямыми… Нижняя мантия представляет собой горные породы, близкие по своему составу к… Внешнее жидкое ядро состоит в основном из расплава железа с примесью никеля и серы.

Биосфера как одна из оболочек Земли

“Жизнь есть космическое явление, в чем-то резко отличное от косной материи”

Христиан Гюйгенс (1629-1695).

Под влиянием жизни происходило развитие поверхности нашей планеты в течение миллиардов лет. В этой связи мы должны обратить внимание на необычайно… Пространство Земли, занятое живыми организмами и системами, взаимодействующими… Основу живого вещества нашей планеты составляют соединения углерода, способного создавать бесчисленное множество…

Возникновение биосферы

Созвучье полное в природе; Лишь в нашей призрачной свободе Разлад мы с нею сознаем.

Космохимическая стадия эволюции преджизненных форм

Органические соединения достаточно большой сложности присутствуют в метеоритах (хондритах типа С1). В них обнаружены спирты, карбониловые соединения, алифатические карбоксиловые кислоты и т.д. Список органических веществ, обнаруженных в составе метеоритов, достаточно широк. Поскольку углистые хондриты типа С1 весьма распространены, напрашивается вывод, что образование органических соединений на ранних стадиях Солнечной системы было типичным и весьма широко распространенным явлением.

Наиболее широко этот процесс синтеза органических соединений проявился в поясе астероидов. Возникшие в космических условиях органические вещества не могли привести к зарождению высокоорганизованных форм жизни, но, будучи импреньированы в состав материи земного вещества, эти соединения реализовали возможность эволюции живого вещества на Земле.

Химическая эволюция преджизненных форм

2СО + 2Н2 ® СН4 + СО2 СО2+ 4Н2 ® СН4 + 2Н2О N2 + 3 H2 ® 2 NH3,

Направленность и необратимость биологической эволюции

Направленность эволюции живого вещества связана с появлением преджизненных форм из неорганической (минеральной) формы и перехода их в жизненные… Если на раннем этапе формирования преджизненных форм основная роль принадлежит… Сущность направленности биологической эволюции связана с непрерывным усложнением жизненных форм от простых к сложным.…

Начальная стадия биологической эволюции

Наиболее примитивными формами жизни (преджизненные формы) являются прокариоты – бактерии и сине-зеленые водоросли. Это практически бессмертные… Прокариоты существуют с рубежа 4 миллиардов лет. Эти, практически бессмертные… Эукариоты. Таким образом, не за бессмертными прокариотами было будущее. Будущее оказалось за смертными эукариотами…

Эволюция биосферы

Первый этап ‑ восстановительный. Начался в космических условиях и завершился появлением на Земле первой гетеротрофной биосферы. На этом этапе… Весь парадокс заключается в том, что жизнь возникла в условиях повышенной… На первом этапе жизнь, еще не освоив механизм фотосинтеза, нуждалась в источнике энергии, которым и была радиация…

Феномен человека

Пьер Тейяр де Шарден (1881-1955) Современные представления о человеке в первую очередь связаны с феноменом его… Важнейший феномен, по существу отличающий человека от братьев наших меньших – животных заключается в его разуме. Мы…

К проблеме общества

Общество, как совокупность исторически сложившихся форм совместной деятельности людей, может быть рассмотрена в культурно-историческом и… Культурно-историческая концепция была высказана еще Геродотом, который… Вторая концепция объясняет историю общества как единый процесс прогрессивного развития, захватывающий все регионы…

Этногенез в понимании Л.Гумилева

Этническая общность (этнос) – исторически возникший вид устойчивой социальной группы людей, представленный племенем, народностью, нацией. Это, в… Способность адаптации к окружающей среде и своему этническому окружению… Наибольшее количество индивидуумов располагает этой энергией в количестве, необходимом для удовлетворения потребности,…

На пути к ноосфере

Ноосфера

Ноосферный этап или этап устойчивого (допустимого) развития. Его суть заключается в таком развитии человеческого общества, когда экономические и… Эта парадигма должна лечь в основу следующих мероприятий: – решить проблему разумной плотности народонаселения на Земле с постепенной его стабилизацией на уровне не выше 8…

Концепция устойчивого (допустимого) развития

В настоящее время трактовка устойчивого развития осуществляется по-разному. В самом определении “устойчивое развитие” заложено некоторое… Рассмотрим модель в рамках самого важного механизма использования природных… До времен индустриального развития у человеческого общества не было необходимости устанавливать какие-либо границы в…

Экология духа

Плиний Старший (23 или 24-79) Останавливаясь на трех вариантах взаимоотношения человека и природы, мы… Мог ли человек, в рамках своего развития и использования достижений НТР, не совершить грубых ошибок по отношению к…

Парадокс развития

“Некогда предшественники наших химиков ожесточенно искали философский камень. Ныне наша амбиция возросла. Создавать не золото, а жизнь. И кто осмелится, видя то, что произошло за последние пятьдесят лет, сказать, что это простой мираж?..”

Пьер Тейяр де Шарден (1881-1955).

Однако различные взгляды на эволюцию человека в форме его взаимоотношений с природной средой позволяют вскрыть несколько неожиданностей, которые… В истории развития человеческой цивилизации во времени возрастает: – потребление;

Заключение

“Что такое человек в Природе? Ничто по сравнению с бесконечностью и все в сравнение ни с чем... Это середина между ничем и всем...”

Б.Паскаль (1623-1662)

Мир, в котором мы живем, есть составная часть Вселенной. Сама же Вселенная является динамически развивающейся системой.

Процессы взрывного характера в галактиках, звездах сменяются длительными, относительно спокойными, этапами развития. Процессы, происходящие в мировом пространстве, оказывают влияние непосредственно на нас посредством взаимодействия полевых форм материи через физический вакуум, Галактики, звездные, планетные системы.

Наша планетная Солнечная система, находясь на окраине Млечного Пути, охватывает по времени существования третью часть возраста Вселенной. Особенность нашей системы заключена в появлении жизни, признаки которой не установлены в ближайшем окружении звезд. В то же время можно утверждать, что она является следствием эволюции космического вещества, а на Земле были созданы лишь предпосылки для ее развития. Это дает основание надеяться на то, что мы не одиноки во Вселенной, и, в то же время, мы неповторимы и по образу и подобию, и по сути в силу огромного разнообразия возможностей материи в пространстве-времени.

Уникальная способность живого воспроизводить (реплицировать) самое себя посредством преобразования излучения и вещества (фотосинтеза) препятствует вырождению материи за счет ее самоорганизации. К чему это приведет в будущем, мы не знаем, но понятно одно, что сущность эволюции – в предотвращении вырождения (реструктуризации) материи путем создания самоорганизующихся структур, наподобие жизненных, способных к воспроизводству (репликации) себе подобных.

Песчинка Разума, затерянная в безграничных просторах Вселенной, является следствием ее эволюции. Подвластно ли Разуму влиять на самоорганизацию материи во Вселенной? Или это просто эпизод в саморазвитии материи? Наука, к сожалению, может пока только ставить такие вопросы. Но любая постановка вопроса это уже шаг к поиску... Увенчается ли он успехом, покажет будущее, которое заложено в нас и наших представлениях о судьбе дальнейшего развития разума. Положительный ответ на этот вопрос обосновывается следующими рассуждениями.

Во-первых, осознание того, что мы являемся частью природы и должны следовать законам ее развития в рамках коэволюции – это уже великое осознание. Главное заключается в том, чтобы мы не прервали тонкую нить надежды самоорганизации и самопознания путем уничтожения окружающей природной среды, в которой возможна жизнь.

Во-вторых, мы в общих чертах представляем сценарий развития будущего нашей планеты и Солнечной системы: через 5 миллиардов лет наше Солнце превратится в белого карлика, и одновременно наша планетная система будет уничтожена. Вырождение же человечества как биологического вида определено рамками куда более короткого периода.

В-третьих, эволюционирует и сама Вселенная. Вне зависимости от того, по какому сценарию будут развиваться события (модели развития Вселенной), она всегда будет оставаться непознанной и, в конечном счете, отличной от наших представлений о вечном круговороте материи и движения в пространстве и времени.

В таком случае, чего добивается наш разум?

Просто он хочет знать, что произойдет за гранью того, что мы уже знаем... И это желание так же неистребимо, как желание глотка свежего воздуха в знойный день...

Литература

Агекян Т.А. Звезды, галактики, метагалактика. М., 1982. 415 с.

Альвен Х., Аррениус Г. Структура и эволюционная история Солнечной системы. Киев, 1981.

Баландин Р.К. Время – Земля – мозг. Минск, 1979.

Барг О.А. Живое в едином мировом процессе. Пермь, 1993. 225 с.

Батурин Л.А., Игнатов В.Г., Кокин А.В. Экономика и управление природопользованием. Ростов-на-Дону, 1996. 128 с.

Бессонов О.А. Геохимическая история углерода. Возникновение, становление и эволюция сферы жизни. Ростов-на-Дону, 1996.

Браун Д., Массет А. Недоступная Земля. М., 1984.

Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. М.,1965.

Витязев А.В., Печерникова Г.В., Сафронова В.С. Планеты земной группы (происхождение и ранняя эволюция). М., 1990.

Войткевич Г.В. Рождение Земли. Ростов-на-Дону, 1996. 471 с.

Войткевич Г.В., Вронский В.А. Основы учения о биосфере. Ростов-на-Дону, 1996.

Войткевич Г.В., Кокин А.В., Мирошников А.Е., Прохоров В.Г. Справочник по геохимии. М., 1990. 480 с.

Воронцов-Вельяминов Б.А. Очерки о Вселенной. М., 1980. 672 с.

Гачев Г.Д. Наука и национальные культуры. Гуманитарный комментарий к естествознанию. Ростов-на-Дону, 1992. 316 с.

Гегузин Я.Е. Живой кристалл.-М.:Наука,1981.192с.

Гнедин Ю.Н. Современная астрономия: новые направления и проблемы // Соросовский образовательный журнал, №8. С. 76-83.

Грант В. Эволюционный процесс. М., 1991.

ГумилевЛ.Н. Этногенез и биосфера Земли.-Л.:Гидрометеоиздат,1990.

Данилов-Данильян В.И., Горшков В.И., Арский Ю.М., Лосев К.С. Окружающая среда между прошлым и будущим: мир и Россия (опыт эколого-экономического анализа). М., 1994. 132 с.

Демин В.Г. Судьба Солнечной системы. М., 1969. 255 с.

Демин В.Н., Селезнев В.П. Мироздание постигая. М., 1989. 266 с.

Дрейк Ч., Имбри Дж., Кнаус Дж., Турекиан К. Океан сам по себе и для нас. М., 1982. 469 с.

Елинек Я. Большой иллюстрированный атлас первобытного человека. Прага, 1982.

Заварзин Г.А. Сила парадигмы в биологии // Вестник Российской Академии Наук. 1995. № 1.

Катастрофы и история Земли. Новый униформизм / Под ред. У. Бергрена и Дж.Кауверинга.М., 1986.

Кернс-Смит А.Дж. Первые организмы // Scientific American. 1985. С. 46-56.

Кокин А.В. Эволюция источников металлов рудных месторождений. Дис... докт. геол.-мин. наук. Новосибирск, 1990. 300 с.

Козырев Н. А. Избранные труды. Л., 1991.

Крамаровский Я.М., Чечев В.П. Синтез элементов во Вселенной. М., 1987.

Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. М., 1996. 383 с.

Лавенда Б.Х. Броуновское движение // Scientific American. 1985. № 2, с. 36-45.

Лаврухина А.К. Нуклеосинтез и возраст химических элементов, метеоритов и Земли // Проблемы радиохимии. М., 1992. с. 254-302.

Мищуров Ю.Н. Феномен возникновения жизни на краю Галактики // Научная мысль Кавказа. 1995, №2, 3.

Моисеев Н.Н. Человек и ноосфера. М., 1990. 352 с.

Новиков И.Д. Черные дыры и Вселенная. М., 1985. 190 с.

Планетарная идеология – новое мировоззрение как основа интеграции стран-участниц Содружества Независимых Государств (концепция). Ред. В.А.Горшенин. М., 1996. 80 с.

Суорц Кл.Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений. В 2-х томах. М., 1986.

Силк Дж. Большой взрыв. Рождение и эволюция Вселенной... М., 1982. 390 с.

Шарден П. Феномен человека (Преджизнь, жизнь, мысль, сверх-жизнь). М., 1987. 240 с.

Шкловский И.С. Звезды: их рождение, жизнь и смерть. М., 1984.

Философия (под ред.В.П.Кохановского). Ростов-на-Дону, 1995. 573 с.

Хапачев Ю.П., Дышеков А.А., Шустова Т.И., Иванихенко Е.Н. Концепция современного естествознания.-Нальчик: К-БГУ, 1995. 175с.

Хаксли Дж. Удивительный мир эволюции. М., 1971.

Хефлинг Г. Тревога в 2000 г. М., 1990. 272 с.

Холдрен Д.П. Энергетика на переходном этапе // Scientific American. №11, 1990, с. 113-121.

Яблоков А.В., Юсуфов А.Г. Эволюционное учение. М., 1989.

Fisher D.E. The Birth of the Earth. Columbia University Press.1987.

Lewis J.S., Prine R.G. Planets and their atmospheres, origin and evolution.Orlando, Academic Press,1983.

Runcorn S.K., Turner G.,Wolfson M.M. (editors) The Solar System: Chemistry as a Key to its origin. The royal Society, London,1988.

World resources,1990-1991. N.Y.; Oxford: Basic Book, Inc. -1990.-XIV, 383.

World resources, 1989-1990.N.Y.; Basic Books, Inc. 1989. XII, 372 p.

The world environment 1972-1992. London: Chapan and Hall. 1992. 884 p.

Рекомендуемая литература для изучения курса

Арнольд В.И. Теория катастроф.-М.:Наука,1990.

Баландин Р.К. Время – Земля – мозг. Минск, 1979.

Барг О.А. Живое в едином мировом процессе. Пермь, 1993. 225 с.

Бердяев Н. Смысл истории.-М.:Мысль,1990.

Бердникова В.А. Эволюция и прогресс.-Новосибирск:Наука, 1991.191с.

Войткевич Г.В. Рождение Земли. Ростов-на-Дону, 1996. 471 с.

Войткевич Г.В., Вронский В.А. Основы учения о биосфере. Ростов-на-Дону, 1996.

Воронцов-Вельяминов Б.А. Очерки о Вселенной. М., 1980. 672 с.

Воронцов Н.Н., Сухорукова Л.Н. Эволюция органического мира.-М.:Просвещение,1991.

Гачев Г.Д. Наука и национальные культуры. Гуманитарный комментарий к естествознанию. Ростов-на-Дону, 1992. 316 с. (Естествознание – философские проблемы. Гуманитаризация научного знания. Картина Мира. Наука и культура).

Гнедин Ю.Н. Современная астрономия: новые направления и проблемы // Соросовский образовательный журнал, №8. С. 76-83.

Грант В. Эволюционный процесс. М., 1991.

Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология. В 3. т. / Пер. с англ. под ред. Р.Сопера. М., 1990.

ГумилевЛ.Н. Этногенез и биосфера Земли.-Л.:Гидрометеоиздат,1990.

Демин В.Н., Селезнев В.П. Мироздание постигая. М., 1989. 266 с.

Зельдович Я.Б.,Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной.-М.:1975.

Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. М., 1996. 383 с.

Кун Т. Структура научных революций.-М.:Прогресс,1977.

Моисеев Н.Н. Человек и ноосфера.-М. Молодая гвардия, 1990.-352 с. (Философские проблемы перехода человека в ноосферу).

Небел Б. Наука об окружающей среде. М., 1993.

Николов Т. Долгий путь жизни.- М.:1986.

Николс Г., Пригожин И. Познание сложного.-М.:Мир,1990.

Новиков И.Д. Эволюция Вселенной.-М.:1979.

Поппер К. Логика и рост научного познания.-М.:Прогресс,1983.

Пригожин И.Р., Стенгерс И. Порядок из хаоса.-М:Прогресс, 1986.

Савенков В.Я. Новые представления о возникновении жизни на Земле-Киев,1991.

Силк Дж. Большой взрыв. Рождение и эволюция Вселенной. М., 1982. 390 с.

Стеббнис Д.Л., Айла Ф.Х. Эволюция дарвинизма./Scintific American. 1985,№9, с.38-50.

Суорц Кл.Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений. В 2-х томах. М., 1986.

Татаринов Л.И. Очерки по истории эволюции.-М.:1987.

Тимофеев-Ресовский М.В., Воронцов Н.Н., Яблоков А.В. Краткий очерк теории эволюции.-М.:Наука, 1977.

Хилл Т.И. Современные теории познания.-М.:1965.

Шарден П. Феномен человека.Преджизнь, жизнь, мысль, сверхжизнь.-М:Наука,1987.240с.

Шкловский И.С. Звезды: их рождение, жизнь и смерть. М., 1984.

Шпенглер О.Закат Европы.-М.:1923.

Шредингер Э. Что такое жизнь? С точки зрения физика.-М.:Атомиздат,1972.

Хаксли Дж. Удивительный мир эволюции. М., 1971.

Хапачев Ю.П., Дышеков А.А., Шустова Т.И., Иванихенко Е.Н. Концепция современного естествознания.-Нальчик: К-БГУ, 1995. 175с.

Хефлинг Г. Тревога в 2000 г. М., 1990. 272 с.

Эйген М. Молекулярная самоорганизация и ранние стадии эволюции.-УФН. 1973.Т.109, вып.3.с.545-589.

Яблоков А.В., Юсуфов А.Г. Эволюционное учение. М., 1989.

Словарь терминов, не нашедших пояснения в тексте

Автокаталитические реакции – реакции, в которых один из продуктов служит катализатором превращения исходных веществ. Скорость автокаталитической реакции в течение некоторого времени (период индукции) весьма мала, но по мере накопления продукта-катализатора растет, достигает максимума и снова уменьшается вследствие израсходования исходного вещества. Иногда к автокаталитическим относят все реакции, продукты которых оказывают ускоряющее действие. Например, при цепном окислении органических соединений молекулярным кислородом одним из продуктов является пероксид ROOH, которых распадается с образованием свободных радикалов, инициирующих новые цепи окисления. Автокаталитический характер также имеют самосопряженные реакции.

Автоколебания – незатухающие колебания в диссипативной нелинейной системе, поддерживаемые за счет энергии внешнего источника, параметры которых (амплитуда, частота, спектр колебаний) определяются свойствами самой системы и в широких пределах не зависят от изменения начальных условий. Термин “автоколебания” ввел А.А. Андронов в 1928 г.

Автотрофы – живые организмы, синтезирующие из неорганического вещества (главным образом воды, углекислого газа, неорганических соединений азота) все необходимые для жизни органические вещества, используя энергию фотосинтеза – фототрофы (все зеленые растения) или хемосинтеза – хемотрофы (некоторые бактерии).

Адроны – частицы, участвующие в сильном взаимодействии: барионы (в т.ч. нуклоны – протоны и нейтроны) и мезоны. Адроны обладают сохраняющимися в процессах сильного взаимодействия квантовыми числами: странностью[95], очарованием, красотой и др.)

Аннигиляция пары частица-античастица (от позднелатинского annihilatio – уничтожение, исчезновение) – один из видов взаимопревращения элементарных частиц. Возможность аннигиляция предсказана П.Дираком на основе развитой им квантовомеханической релятивистской теории электрона. В 1932 году в космических лучах были обнаружены первые античастицы – позитроны, а в 1933 зарегистрированы случаи аннигиляции пар электрон-позитрон. В настоящее время открыто много пар частиц-античастиц.

Античастица – элементарные частицы имеющие то же значение масс, спинов и других физических характеристик, что и их “двойники” – “частицы”, но отличающиеся от них знаками некоторых характеристик взаимодействия (зарядом).

Ареал – область распространения чего-либо.

Астрофизика – раздел астрономии, изучающей физическое состояние и химический состав небесных тел и их систем, межзвездной и межгалактической сред, а также происходящие в них процессы. Основные разделы астрофизики включают: физику планет и их спутников, физику Солнца, физику звездных атмосфер, межзвездной среды, теорию внутреннего строения звезд и их эволюции. Релятивистская астрофизика изучает объекты сверхплотных образований во Вселенной.

Аккреция – (от латинского accretio – приращение, увеличение) – падение вещества на звезду (планету, галактику или какое-либо другое космическое тело) из окружающего пространства. Процессом обратным по отношению к аккреции является истечение или выбросы вещества.

Астеносфера – слой пониженной твердости, вязкости в верхней мантии Земли, подстилающий литосферу. Верхняя граница астеносферы расположена на глубине около 100 км под материками и на глубине 50 км под океанами. Нижняя граница астеносферы проникает до глубины 350 км. Астеносфера играет важную роль в происхождении эндогенных процессов, протекающих в земной коре, а также в происхождении землетрясений.

Астрономическая единица – среднее расстояние от Земли до Солнца, принятое за 150 миллионов километров.

Аэробные организмы – организмы, способные жить только в присутствии атмосферного кислорода (почти все животные и растения, микроорганизмы). Энергию для жизнедеятельности получают в результате окислительных процессов с участием атом кислорода.

Барионы – (от греческого bar®s – тяжелый) – частицы с равным единице барионным числом. Все барионы являются адронами и имеют полуцелый спин, т.е., подчиняются статистике Ферми-Дирака. К барионам относятся нуклоны (протон и нейтрон), гипероны, очарованные барионы, а также барионные резонансы. Все барионы, кроме легкого протона, нестабильны и в свободном состоянии распадаются в конечном итоге на протон.

Барстеры – вспыхивающие галактические рентгеновские источники с интервалом повторения вспышек от нескольких минут до нескольких десятков часов. Открыты в 1975 году методами рентгеновской астрономии.

Белые карлики – компактные звезды с массами порядка около массы Солнца и радиусом 0,01 радиуса Солнца. Средняя плотность вещества внутри них составляет 10⁵-10⁶ г/см³. Светимость низка и составляет 10^-4 % светимости Солнца. Находятся вблизи Солнечной системы. Количество белых карликов в среднем достигает величины 3-10 % от общего числа звезд в Галактики. Являются следствием эволюции звезд с массой, сравнимой с массой Солнца.

Белая дыра – гипотетический космический объект, эволюция которого представляет собой обращенный во времени гравитационный коллапс небесного тела с образованием черной дыры. По представлениям И.Д.Новикова (1964) вещество, находящееся первоначально в белой дыре, с течением времени расширяется и выходит из-под гравитационного радиуса белой дыры.

Биомасса – общая масса особей одного вида, группы видов или сообщества в целом на единицу поверхности или объема местообитания.

Биота – совокупность видов растений, животных и микроорганизмов, объединенных общей областью распространения. В отличие от биоценоза может характеризоваться отсутствием экологических связей между видами.

Биосфера – область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. В биосфере живые организмы (живое вещество) и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему.

Биотоп – участок земной поверхности (суши или водоема) с однотипными условиями среды, занятый биоценозом.

Биоценоз – совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих данный биотоп, характеризующихся определенными отношениями между собой и приспособленностью к условиям окружающей природной среды. Биотоп+биоценоз = экосистема.

Биофизика – раздел науки, посвященный изучению физических и физико-химический явлений в биологических объектах; ее целью является исследование фундаментальных процессов, лежащих в основе живой природы. Оформилась в 1961 году.

Бифуркация – (новолатинское – bifurcatio – раздвоенный) – приобретение нового качества движениями динамической системы при малом изменении ее параметров. Бифуркация соответствует перестройке характера движения реальной системы (физико-химической, физической, биологической и т.д.). Основы теории бифуркации заложены А.Пуанкаре и А.М. Ляпуновым в начале двадцатого века, затем эта теория была развита А.А. Андроновым и его учениками.

Бозоны – (бозе-частицы) – квазичастицы с нулевым или целочисленным спином. К ним относятся фотон, промежуточные векторные бозоны, глюоны, гравитон, бозоны Хиггса, а также составные частицы из четного числа фермионов, например, все мезоны, “построенные” из кварка и антикварка, атомные ядра с четным числом нуклонов (дейтрон, ядро гелия и т.пр.).

Галактика – Млечный Путь – (от греческого – galakticos – молочный, млечный) – обширная звездная система (содержащая до 10¹¹ звезд), к которой принадлежит Солнечная система. Включает звезды, межзвездную среду, в том числе магнитные поля, частицы высоких энергий (космические лучи). По своей структуре наша галактика принадлежит к спиральным галактикам, в которой большая часть объема принадлежит форме диска (здесь сосредоточены в основном звезды населения-I, характеризующиеся разной светимостью, размерами и возрастом), а меньшая часть образует гало сферической формы (здесь сосредоточены звезды населения-II, представляющие в основном старые объекты, возраст которых близок к возрасту самой галактики и с массами 0,85 массы Солнца). В центральной части диска имеется утолщение (балдж). Поперечник диска имеет протяженность около 30 килопарсек, балджа – 8 килопарсек. Галактика имеет плоскость симметрии, которая называется галактической плоскостью и ось симметрии (ось вращения галактики). В галактической плоскости находятся типичные для спиральных галактик крупномасштабные образования – спиральные рукава. В них сосредоточены все горячие звезды высокой светимости и большая часть газово-пылевой материи. Солнце практически расположено в галактической плоскости на расстоянии около 10 килопарсек от галактического центра на внутреннем краю рукава, носящего название рукава Ориона. Период вращения галактики вокруг Солнца составляет по разным оценкам 220-250 миллионов лет, так называемый галактический год. Линейная скорость вращения составляет величину 220-250 км/сек.

Генезис – происхождение.

Ген – (от греческого – gen – род, происхождение) – наследственный фактор, единица наследственного материала, ответственная за формирование какого-либо элементарного признака. У высших организмов (эукариот) входит в состав хромосом. Дискретные наследственные признаки были открыты в 1865 году Г.Менделем. В 1909 г. В.Иогансен назвал их генами. Развитие молекулярной генетики привело к раскрытию химической природы генетического материала и представлению о гене, как об участке молекулы ДНК (у некоторых вирусов РНК) со специфическим набором нуклеотидов, в линейной последовательности которых закодирована генетическая информация. Каждый ген ответственен за синтез определенного белка (фермента и др.). Контролируя их образование, ген управляет всеми химическими реакциями организма и определяет его признаки. Уникальное свойство генов – сочетание их высокой устойчивости (неизменяемости в ряду поколений) со способностью к наследуемым изменениям – мутациям, которые являются источником генетической изменчивости организмов и основой для действия естественного отбора.

Генотип – совокупность всех генов организма, составляющих его генетическую конституцию.

Гипероны – (от греческого – hyper – над, сверх, выше) – барионы, с отличным от нуля значением странности, распадающиеся благодаря слабому (или электромагнитному) взаимодействию и имеющие вследствие этого времена жизни, на много порядков превышающие характерное время сильного взаимодействия. Поэтому гипероны условно относят к квазистабильным частицам. Как все барионы гипероны являются адронами и имеют полуцелый спин. Убедительные доказательства их существования получены в 1951 году.

Глюоны – (от греческого glue – клей) – нейтральные частицы со спином 1 и нулевой массой, обладающие специфическим цветовым зарядом (цветом); являются переносчиками сильного взаимодействия между кварками и “склеивают” их в адроны.

Гондвана – гипотетический материк, который существовал в южном полушарии, по мнению одних геологов, с начала палеозойской эры и частично в мезозойскую эру, а по мнению других – во второй половине палеозойской эры. В этот материк входили части современных материков Южной Америки и Африки, Аравии, Индия, Австралия и, возможно, часть Антарктиды. В триасе и юре большая часть Гондваны погрузилась под уровень Индийского океана, что привело к расчленению единого материка.

Гравитационное взаимодействие – тип фундаментальных взаимодействий (наряду с сильным, электромагнитным и слабым), который характеризуется участием гравитационного поля (поля тяготения) в процессах взаимодействия. По современным представлениями любое взаимодействие частиц осуществляется путем обмена виртуальными (или реальными) частицами – переносчиками взаимодействия. Так, переносчиками электромагнитного взаимодействия является квант электромагнитного поля – фотон, переносчиком слабого взаимодействия в современной объединенной теории электрослабого взаимодействия – промежуточные векторные бозоны. Предполагается, что сильное взаимодействие переносят глюоны, “склеивающие” кварки внутри адронов.

Двойные звезды – пары звезд, обращающихся вокруг общего центра масс.

Динамическая система – реальная система (химическая, физическая, биологическая и др.) эволюция которых однозначно определяется начальным состоянием. Характеризуется видом, локальным свойством, критериями поведения.

Живое вещество – совокупность живых организмов биосферы, числено выраженная в элементарном химическом составе, массе и энергии. Понятие введено В.И.Вернадским в его учении о биосфере и роли живых организмов в круговороте веществ и энергии в природе.

Звездные скопления – гравитационно связанные группировки звезд одинакового возраста и совместного происхождения. Различают шаровые и рассеянные скопления.

Звездообразование – процесс превращения облаков разреженного газа в плотные самосветящиеся газовые шары – звезды. Звездообразование заключается в постепенном сжатии под влиянием собственной гравитационной силы определенного объема межзвездного газа до значений температуры и плотности, достаточных для возникновения термоядерных реакций в центре образующегося сгустка и прекращения дальнейшего сжатия. Образовавшаяся звезда достигает главной последовательности и начинает термоядерный тип своей эволюции.

Изостазия – равновесное состояние земной коры и мантии, вызванное действия гравитационных сил, при котором земная кора как бы плавает на более плотном и пластичном подкоровом слое.

Ионосфера – ионизованная часть верхней атмосферы Земли. Расположена на высоте более 50 км. Верхней границей ионосферы является внешняя часть магнитосферы Земли. Ионосфера представляет собой природное образование разреженной слабоионизованной плазмы, находящейся в магнитном поле Земли и подвергающейся воздействию ионизующего излучения Солнца. Только благодаря ионосфере возможно распространение радиоволн на далекие расстояния.

Квазары – (от английского quasar, сокращенно от quasistellar radiosource – квазизвездный источник радиоизлучения) – космические объекты чрезвычайно малых угловых размеров, имеющие значительные красные смещения линий в спектрах, что указывает на их большую удаленность от Солнечной системы[96], достигающую нескольких тысяч мегапарсек. Это образования окраин Вселенной. Квазары излучают в десятки раз больше энергии, чем самые мощные галактики. Источник их энергии точно не известен.

Квантовая механика – (волновая механика) – теория, устанавливающая способ описания и законы движения физических систем, для которых величины, характеризующие систему и имеющие размерность действия, оказываются сравнимыми с постоянной Планка h. Этому условию удовлетворяют движения микрочастиц (электронов в атоме, атомов в молекулах, нуклонов в ядрах и т.д.). Однако в некоторых случаях специфическими квантовыми свойствами обладают макроскопические системы как целое.

Кварки – самые малые, микроскопические частицы со спином ¹/₂ и электрическим зарядом, кратным 1/3, элементарные составляющие всех адронов: барионов и их мезонов. Это конечные бесструктурные образования, размер которых составляет > 10^-12 см. К началу 80-х годов известно 5 типов кварков. Имеются серьезные основания предполагать и шестой тип.

Каталитические процессы – ускоряющие химические реакции. Катализаторами выступают различные вещества, влияющие на изменение скорости химических превращений. Катализаторы, замедляющие скорости химических реакций, называют ингибиторами. Биологические катализаторы называются ферментами. Каталитическими веществами служат синтетические алюмосиликаты, металлы платиновой группы (платина, осмий, иридий, палладий), серебро, никель и др. Естественные алюмосиликаты группы железа, магния, кальция на ранних стадиях эволюции вещества в Солнечной системе могли входить в структуру соединений (глинистых минералов), ускоряющих процесс формирования преджизненных форм не только на Земле, но и в открытом космическом пространстве в присутствии воды, углерода (углекислоты).

Конвекция – перенос массы в результате перемещения сплошной среды (газа, жидкости). Различают свободную, вынужденную и капиллярную конвекции.

Корпускулярно-волновой дуализм – важнейшее универсальное свойство природы, заключающееся в том, что всем микрообъектам присущи одновременно и корпускулярные и волновые характеристики. Так например, электрон, нейтрон, фотон в одних условиях проявляют себя как частицы, движущиеся по классическим траекториям и обладающие определенной энергией и импульсом, а в других – обнаруживают свою волновую природу, характерную для явлений интерференции и дифракции частиц. Корпускулярно-волновой дуализм лежит в основе квантовой механики и квантовой теории поля.

Космические скорости – скорости, употребляемые в астрономии и динамике космических полетов. Различают три типа скоростей. Первая космическая скорость (круговая скорость) – скорость, которую необходимо придать объекту, чтобы он стал искусственным спутником Земли (около 7,9 км/сек). Вторая космическая скорость (параболическая скорость) – скорость, которую необходимо сообщить телу, чтобы он преодолел земное притяжение, но не вышел из пределов Солнечной системы (около 11,2 км/сек). Третья космическая скорость, при которой тело покидает Солнечную систему ‑ около 16 км/сек.

Лептоны – (от греческого leptos – легкий) – группа элементарных частиц, обладающих только слабым и (при наличии электрического заряда) электромагнитным взаимодействием. Все лептоны имеют спин ¹/₂. К их числу относятся : электрон, электронное нейтрино, мюон и мюонное нейтрино, тау-лептон и тау-нейтрино, а также их античастицы.

Литосфера – верхняя каменная оболочка Земли, включающая земную кору.

Литосферная плита – крупный (несколько тыс. километров в поперечнике) блок земной коры, включающий не только континентальную, но и сопряженную с ней океаническую кору. Ограничен со всех сторон сейсмически и тектонически активными зонами глубинных разломов.

Мезоны – нестабильные элементарные частицы с нулевым или целым спином, принадлежащие к классу адронов и не имеющие барионного заряда. К мезонам относятся пи-мезоны, К-мезоны и некоторые резонансы. Мезоны являются переносчиками ядерных сил. Мюон, который прежде (а иногда и сейчас) называли мю-мезоном, фактически мезоном не является; это лептон.

Метаболизм – обмен веществ. В более узком смысле метаболизм – промежуточный обмен, то есть, превращение определенных веществ внутри клеток с момента их поступления до образования конечных продуктов (например, метаболизм белков, метаболизм глюкозы и т.д.).

Мутагенез – процесс возникновения в организме наследственных изменений – мутаций. Основа мутагенеза – изменения в молекулах нуклеиновых кислот, хранящих и передающих наследственную информацию.

Мутагены – физические и химические факторы, вызывающие наследственные изменения – мутации; ионизирующее и ультрафиолетовое излучения, различные химические соединения (иприт, азотистая кислота) и др.

Мутанты – организмы, отличающиеся от исходного (дикого) типа каким-либо наследственным отклонением, возникающим в результате мутации.

Мутации – (от латинского – mutatio – изменение, перемена) – возникновение естественным или искусственным путем изменений наследственных свойств организма в результате перестроек и нарушений в генетическом материале организма – хромосомах и генах. Мутации – основа наследственной изменчивости в живой природе.

Нейтрино – стабильная незаряженная частица со спином ¹/₂ и, по-видимому, нулевой массой. Относится к лептонам. Нейтрино участвуют только в слабых и гравитационных взаимодействиях и поэтому чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом. Различают электронное нейтрино, всегда выступающее в паре с электроном или позитроном, мюонное нейтрино, выступающее в паре с мюоном и тау-нейтрино, связанное с тяжелым лептоном. Каждый тип нейтрино имеет свою античастицу.

Неодарвинизм – эволюционная концепция, созданная в 80-90-х годах 19 века. Основоположник неодарвинизма ‑ А. Вейсман. Концепция, пытавшаяся увязать данные цитологии об оплодотворении с эволюционной теорией и дополнить дарвиновское представление о естественном отборе, содержала ценные идеи (например, роль хромосом в наследственности, отрицание наследственности приобретенных признаков). Сегодня считается устаревшей.

Нуклоны – частицы (протоны и нейтроны), слагающие ядро атома.

Нуклеиновые кислоты – (полинуклеотиды) – высокомолекулярные органические соединения, образованные остатками нуклеотидов. В зависимости от того, какой углевод входит в состав нуклеиновых кислот – дезоксирибоза или рибоза, различают дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК) кислоты. Последовательность нуклеотидов в нуклеиновых кислотах определяет их первичную структуру. Нуклеиновые кислоты присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению и передаче генетической информации, участвуют в механизмах, при помощи которых она реализуется в процессе синтеза клеточных белков. В организмах находятся в свободном состоянии и в комплексе с белками (нуклеопротеиды).

Нуклеотиды – фосфорные эфиры нуклеозидов. Состоят из азотистого основания, углевода и остатка фосфорной кислоты. Соединения из одного, двух, трех или нескольких остатков нуклеотидов называются, соответственно, моно-, ди-, три- или полинуклиотидами. Нуклеотиды – составная часть нуклеиновых кислот, коферментов и других активных соединений.

Пангея – гипотетический материк, объединяющий в палеозое современные материки. Раскол и раздвижение его связывают с образованием новой системы конвекционных течений в мантии.

Парадигма – 1) строго научная теория, воплощенная в системе понятий, выражающих существенные черты действительности; 2) исходная концептуальная схема, модель постановки проблем и их решения, методов исследования, господствующих в течение определенного исторического периода.

Плазма – ионизованный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов равны (квазинейтральность). В состоянии плазмы находится подавляющая часть вещества во Вселенной. Около Земли плазма существует в виде солнечного ветра и ионосферы. Высокотемпературная плазма (десятки, сотни миллионов градусов Кельвина) из смеси дейтерия и трития исследуется с целью управляемого термоядерного синтеза. Низкотемпературная плазма (менее 100000°К) используется в газоразрядных приборах, МГД-генераторах, плазмотронах и т.д.

Планетарная туманность – галактические туманности, которые при наблюдении в телескоп имеют вид круглых или овальных дисков, напоминающих диски планет, а также колец. Состоят из космической пыли и газа. В центре планетарной туманности всегда находится звезда с очень высокой температурой – источник свечения туманности. Средний диаметр туманности – 10000 астрономических единиц.

Персистентные формы – (от латинского persisto – упорствую) – организмы, сохраняющиеся в процессе эволюции в неизменном виде, так называемые “живые ископаемые”, или филогенетические реликты (кистеперая рыба латимерия, моллюск неопилина).

Пульсары – пульсирующие источники радиоизлучения. Космические источники импульсного электромагнитного излучения, открытые в 1967 году группой Э.Хьюиша (Великобритания). Импульсы пульсаров повторяются с периодом от нескольких долей секунд до секунд с высокой точностью. Большинство пульсаров излучает в радиодиапазоне от метровых до сантиметровых волн. Радиопульсары отождествляются с быстровращающимися нейтронными звездами, у которых имеется активная область, генерирующая излучение в узком конусе. Этот конус бывает направлен в сторону наблюдателя через промежуток времени, равный периоду вращения звезды. Энергия излучения черпается из вращения звезды, поэтому ее период вращения (период пульсара) постепенно возрастает. Кроме радиопульсаров открыты пульсары, наблюдающиеся только в рентгеновском или гамма-диапазонах. Они имеют периоды от нескольких до сотен секунд и входят в тесные системы двойных звезд. Источником энергии их излучения, согласно современным представлениям, является гравитационная энергия, выделяющаяся при аккреции на нейтронную звезду или черную дыру вещества, перетекающего от соседней нормальной звезды.

Резонансы – резонансные частицы, адроны, которые могут распадаться за счет сильного взаимодействия и поэтому имеют крайне малое время жизни порядка 10^-24 с.

Реликт – организм, вещь или явление, сохранившиеся как пережиток минувших эпох, как остаток явлений далекого прошлого.

Реликтовое излучение – фоновое (остаточное) космическое излучение, спектр которого близок к спектру абсолютно черного тела с температурой около 3°К. Наблюдается на волнах от нескольких мм до десятков см, практически изотропно. Происхождение реликтового излучения связывают с эволюцией Вселенной, которая в пролом имела высокую температуру и плотность излучения.

Релятивистская астрофизика – раздел астрофизики, изучающий на основе общей теории относительности (теория тяготения А.Эйнштейна) свойства сверхплотных космических тел – нейтронных звезд и черных дыр.

Сверхновые звезды – внезапно вспыхивающие звезды, мощность излучения которых во время вспышки во много тысяч раз превышает мощность вспышки новой звезды. К взрыву сверхновой приводит гравитационный коллапс. При взрыве центральная часть становится нейтронной звездой (пульсаром), а вещество внешних слоев выбрасывается со скоростью в несколько тысяч км/сек и образует волокнистую туманность (пример – Крабовидная туманность).

Строматолиты – карбонатные мелководные постройки в области смешения пресных и морских вод, образованные древнейшими организмами (сине-зелеными водорослями), жившими в протерозое, венде, кембрии, ордовике.

Тектонические циклы – определенная последовательность тектонических процессов, благодаря которым геосинклиналь превращается в платформу. Охватывает интервалы геологического времени продолжительностью в 150-250 миллионов лет (галактический год). Завершаются эпохами складчатости (горообразования). Это этапы общей направленной геологической эволюции Земли.

Термодинамика – раздел физики, изучающий наиболее общие свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между этими состояниями (неравновесные процессы изучает термодинамика неравновесных процессов). Она возникла в первой половине 19 века в связи с развитием теории тепловых машин (С.Карно) и установлением закона сохранения энергии (Ю.Р.Майер, Дж.Джоуль, Г.Гельмгольц). Основные этапы термодинамики связаны с именами Р.Клаузиуса, У.Томсона, В.Нернста.

Термоядерные реакции – реакция слияния легких ядер в более тяжелые, происходящие при высоких температурах. Сопровождаются выделением колоссальной энергии. Основной источник энергии звезд.

Триггер – внезапный спусковой механизм (переключатель), скачкообразно изменяющий состояние любой физической, химической, физико-химической и других систем, развивающихся самопроизвольно или под влиянием внешних воздействий.

Туманности (в астронимии) – внутригалактические облака разреженных газов и пыли. Преимущественно газовые туманности выделяются в планетарные (правильной формы) и диффузные (неправильной формы). Пылеватые туманности подразделяются на светлые (светятся отраженным светом) и темные (видны на фоне Млечного пути).

Управляемый термоядерный синтез – синтез легких ядер в более тяжелые, идущий с выделением колоссальной энергии и могущий служить для ее производства. Условия достижимости термоядерного синтеза достигаются в плазме с температурой более 10000000°К. Решение проблемы управляемого синтеза позволит обеспечить потребности человека энергией на неограниченный срок.

Фазовый переход – переход вещества из одной фазы в другую. В термодинамике рассматриваются только равновесные фазовые переходы. Различают фазовые переходы первого и второго рода. Фазовые переходы первого рода – превращения, при которых плотность вещества, термодинамические потенциалы, энтропия меняются скачкообразно, выделяется или поглощается теплота фазового перехода (испарение, плавление и обратные им процессы – конденсация, кристаллизация, а также полиморфные превращения веществ). Фазовые переходы второго рода – превращения, при которых плотность вещества, энтропия и термодинамические потенциалы не испытывают скачкообразных изменений, а теплоемкость, сжимаемость, коэффициент термического расширения фаз меняются скачкообразно (переход гелия в сверхтекучее состояние, переход железа из ферромагнитного в парамагнитное состояние).

Фотон – квант электромагнитного поля, нейтральная элементарная частица с нулевой массой и спином 1. Переносчик электромагнитного взаимодействия между заряженными частицами.

Цефализация – (от греческого – kephale – голова) – процесс обособления головы и включения одного или более туловищных сегментов в головной отдел у животных в процессе их исторического развития.

Экосистемы – единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и косные компоненты связаны между собой обменом вещества и энергией. Термин введен английским фитоценологом А.Тенсли (1935).

Крупнейшие исследователи естествознания

Больцман Людвиг – (1844-1906) – австрийский физик, один из основателей статистической физики и физической кинетики. Иностранный член Петербургской… Бор Нильс Хенрик Давид – (1885-1962) – датский физик, один из создателей… Вайнберг Стивен – (род.1933) – американский физик. Основные работы по физике элементарных частиц. Нобелевский лауреат…

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие............................................................................................. 2

Введение...................................................................................................... 3

Современные представления об основных понятиях материального мира 4

Корпускулярная и континуальная концепция описания природы 4

Антропный принцип................................................................................ 6

Термодинамика........................................................................................ 8

Энтропия................................................................................................... 9

Порядок и беспорядок в природе..................................................... 10

Логика развития научного знания. Смена парадигм 18

Естественнонаучная и гуманитарная культуры 22

Математика............................................................................................. 22

Физика......................................................................................................... 23

Химия.......................................................................................................... 24

Аксиомы биологии................................................................................ 30

Структурные формы организации материи............. 30

Микрофизика........................................................................................... 31

Квантовая теория.................................................................................. 33

Взаимодействия и изменения......................................................... 37

Создание единой теории поля........................................................ 38

Пространство........................................................................................... 39

Время........................................................................................................... 40

Общая и частная теории относительности............................... 41

Панорама представлений о строении Мира............. 42

Конец геоцентрической системы Птолемея............................ 42

Гелиоцентрическая система............................................................ 43

Бесконечность Вселенной................................................................. 44

Разбегание галактик............................................................................ 46

Внегалактическая шкала расстояний......................................... 46

Однородность Вселенной.................................................................. 47

Парадокс Ольберса................................................................................ 48

Принцип Маха: понятие инерции.................................................. 48

Реликтовое космическое микроволновое излучение.......... 49

Космическая шкала времени........................................................... 49

Происхождение Вселенной..................................................... 53

Модель Большого взрыва................................................................... 54

Альтернативные космологические модели.............................. 54

Современная космогоническая концепция............................. 56

Галактики.................................................................................................. 57

Основные черты эволюции звезд................................................... 58

Эволюция звезд и звездных систем............................................. 60

Строение Солнечной системы........................................................ 65

Планетная система.............................................................................. 65

Земля......................................................................................................... 71

Современная концепция происхождения жизни 79

Возникновение биосферы.................................................................. 80

Космохимическая стадия эволюции преджизненных форм 81

Химическая эволюция преджизненных форм......................... 81

Направленность и необратимость биологической эволюции 84

Начальная стадия биологической эволюции.......................... 86

Эволюция биосферы............................................................................. 88

Феномен человека........................................................................... 90

К проблеме общества........................................................................... 91

Этногенез в понимании Л.Гумилева........................................... 92

На пути к ноосфере............................................................................... 93

Ноосфера................................................................................................... 93

Концепция устойчивого (допустимого) развития................ 94

Небольшое отступление.................................................................... 97

Экология духа......................................................................................... 97

Парадокс развития................................................................................ 98

Заключение............................................................................................ 99

Литература............................................................................................. 100

Рекомендуемая литература для изучения курса................. 101

Словарь терминов, не нашедших пояснения в тексте....... 102

Крупнейшие исследователи естествознания....................... 108

 

[1] Противоречие здравому смыслу вовсе не означает внутренней противоречивости. Квантовая механика – логически непротиворечива, и, в строгом смысле слова, в квантовой механике нет никаких парадоксов. – Ред.

[2] Фейнман Р. КЭД – странная теория света и вещества. М., 1988, С. 13.

[3] Например, электронные оболочки могут иметь форму сфер, гантелей и пр.

[4] Практически зафиксировать это пребывание частицы “везде и нигде” весьма и весьма трудно: нужны либо невероятные энергии, либо время эксперимента, сравнимое со сроком существования Вселенной. Однако Якир Ааронов из Тель-Авивского университета утверждает, что можно в эксперименте обнаружить “размазанность” одиночного электрона по относительно большой, например 10 см в поперечнике, полости. “Точечное” представление частиц неверно еще и потому, что ни одну частицу нельзя локализовать в области пространства меньшей, чем h/mc, где h ‑ постоянная Планка, m ‑ месса частицы, а c ‑ скорость света; это прямо следует из принципа неопределенности Гейзенберга. Для протона, например, это 10^-15 м ‑ так называемая “комптоновская длина волны протона”. – Ред.

[5] Шевченко С.М. Молекула в пространстве. Л., 1986. С. 5.

[6] Эйнштейн, Подольский и Розен утверждали, что существуют некие скрытые параметры, благодаря которым квантовая механика становится детерминированной, а отрицание этих параметров ведет к логическому противоречию. О скрытых параметрах см. далее. – Ред.

[7] Хорган Джон. Квантовая философия // В мире науки. 1992. №9-10. С.

[8] Фридмоны (максимоны, планкеоны) – гипотетические объекты с почти закрытой внутренней метрикой, некоторая масса, “ушедшая” под свой гравитационный радиус. – Ред.

[9] “Дефект массы” возникает в силу эквивалентности массы энергии: частицы, объединяясь в некоторую более для них энергетически выгодную структуру, выделяют в процессе такого объединения энергию, и суммарная масса структуры оказывается меньше суммы масс входящих в нее частиц; скажем, масса протона заметно меньше массы входящих в него кварков. – Ред.

[10] “Вселенная извне” – это похоже на “мир наизнанку” Стругацких (Массаракш), но функционал состояния для любого квантованного объекта, в том числе и Вселенной как целого, еще более бессмыслен, если для него не существует внешнего наблюдателя. – Ред.

[11] Сегодняшняя концепция развития Вселенной предполагает существование “улетающего” от нас со скоростью света горизонта событий. Объекты, “появившиеся” для нас из-за него в диаметрально противоположных направлениях, не связаны между собой причинно; за все время существования Вселенной свет от каждого из них успел долететь только до нас, наблюдателей, и долетит до другого из анализируемых объектов еще по крайней мере за такое же время. Еще “хуже” в этом смысле положение было в первые мгновения Большого Взрыва, когда ныне наблюдаемая Вселенная состояла по меньшей мере из 10⁸⁰ изолированных, не связанных причинно областей размерами порядка 10^-35 м. На сегодняшний день эти области установили между собой связь; однако вовсе не тривиальным выглядит тот факт, что квазары, галактики и иные объекты в разных частях Вселенной, большую часть времени своего существования не имевшие между собой ни причинных, ни физических связей, выглядят достаточно “похожими” друг на друга... – Ред.

[12] Зельманов А.Л. Проблема экстраполябельности, антропологический принцип и идея множественности Вселенных // Диалектика и современное естествознание. М., 1970. С. 395.

[13] См., напр: Картер Б. Совпадение больших чисел и антропологический принцип в космологии // Космология. Теория и наблюдения. М., 1978, с. 369-380.

[14] Строго говоря, различаются по массе u- и d-кварки, но для наших рассуждений это не имеет значения.

[15] Здесь есть еще одна тонкость: распадаются (период полураспада ок. 17 мин) только чрезвычайно редко встречающиеся свободные нейтроны; связанные в ядрах нейтроны стабильны. Теория не может пока объяснить эту тонкость

[16] Цит. по: Девис П. Случайная Вселенная. М., 1985. С. 141.

[17] Мы полагаем, что читатель наш не глупее барышни де Броссар, тетушка которой заметила как-то: “Камилла такая умница, она сразу все поймет. Право, ей даже удалось как-то понять обратную пропорциональность квадрата расстояний”.

[18] “Скорее ураган, пронесшийся над авиационной свалкой, соберет из имеющихся там деталей Боинг-747, чем в результате случайных процессов возникнет из своих компонентов жизнь” (Чандра Викрамасингх. Размышления астронома о биологии // Курьер ЮНЕСКО, 1982. №6. С. 36-38). Эту фразу иногда неправильно приписывают Ф.Хойлу. – Ред.

[19] Удивительным образом концепцию множественности миров, правда, не в пространстве, а во времени, упоминает черт в беседе с Иваном Федоровичем Карамазовым: “Да ведь теперешняя земля, может, сама-то биллион раз повторялась: ну, отживала, леденела, трескалась, рассыпалась, разлагалась на составные начала, опять вода, яже бе над твердию, потом опять комета, опять солнце, опять из солнца земля – ведь это развитие, может, уже бесконечно раз повторяется и все в одном и том же виде, до черточки. Скучища неприличнейшая...”. В некоторых вариантах теории “множественных миров” Вселенная осциллирует, многократно проходя через состояние сингулярности, почти по Гераклиту (“Космос этот никто из богов или людей не сотворил; но был он вечно, и есть, и будет огнем вечно живым – мерно зажигающимся и мерно потухающим...” – Гераклит Эфесский. Фрагменты. М., 1910. С. 15), причем в каждом цикле у нее могут быть иные космологические константы, иные пространственно-временные размерности... Человек, наблюдатель, естественно, появляется только в той вселенной, параметры которой позволяют ему появиться. Остальные миры ненаблюдаемы. – Ред.

[20] А.Дж.Кернс-Смит, химик из Глазго, не считает понятие минерального гена метафорой. Согласно его представлениям дефект в кристалле, одним из свойств которого является способность к саморепликации, пусть на первых порах весьма неточной, как раз и был тем зерном, из которого произросло древо жизни. “Представьте себе что какие-то особые глины “поднимаются вверх по течению и откладывают икру” – звучит странно, но не так уж абсурдно. Допустим, для роста некоторой формы кристаллов в трещине увлажненного песчаника сложились особо благоприятные условия. Выросшие кристаллы образовывали хлопья и с током воды перемещались, как семена. В новом месте условия для их роста могли быть хуже. Если, например, хлопья глины образуются при понижении концентрации ионов натрия, то эти формы “произрастали” бы в соленых местах, а “путешествовали” там, где вода более пресная. Если при этом такие структуры были способны к самовоспроизведению, то получался естественный отбор на уровне коллоидов” (Моррисон Ф. Рецензия на Genetic Takeover and the Mineral Origins of Life, by A.G.Cairns-Smith, Cambridge University Press // В мире науки. 1989. №7. С. 104.). – Ред.

[21] Гутцвиллер Мартин К. Квантовый хаос // В мире науки. 1992. №9 3. См. также Кратчфилд Дж., Фармер Дж., Паккард Н., Шоу Р. Хаос // В мире науки. 1987. №2.

[22] Фок В.А. Об интерпретации квантовой механики // УФН. 1957. Т. 62. №4. С. 463.

[23] Углубляясь в микромир, открывая все более фундаментальные уровни строения материи, мы не должны сбрасывать со счета структуры, существующие на уровнях более высоких. Такие структуры, длительное время сохраняющие свою “индивидуальность” при самых разнообразных изменениях условий их бытия (разумеется, не выходящих за некоторые граничные значения), в некотором смысле не менее “элементарны”, чем “самые настоящие” элементарные частицы. Попытки “свести” закономерности их функционирования исключительно к законам более “фундаментальных” уровней (такая тенденция в науке имеется и называется “редукционизм”), как правило, заканчиваются безуспешно. ‑ Ред.

[24] atomoV – неделимый; слово анатомия имеет тот же корень, но с добавочным отрицанием: не неделимое, подлежащее разрезанию.

[25] Человек также может быть понят как некая элементарная частица; он – аналог “вещества”, фермион, т.е. подчиняется статистике Ферми – Дирака: в одной точке пространства не может быть двух таких частиц. Как элементарная частица он принимает участие по крайней мере в двух специфических типах взаимодействия. Первое из них – “генетическое” или сексуальное: две частицы с противоположными половыми “зарядами” – мужчина и женщина – могут участвовать в такого рода взаимодействии, которое приводит к увеличению суммарного числа объектов; квантом поля общения является генетическая информация, “бессмертная зародышевая плазма” А.Вейсмана, материализованная в гаметах. Второе – духовное. Слова, которые человек произносит, идеи, которые он доводит до сведения окружающих – аналог “поля”, бозоны, т.е. они подчиняются статистике Бозе – Эйнштейна, и в одной точке пространства, вообще говоря, может быть произвольное число таких частиц. Квант этого “поля общения”, например, книгу или полотно художника, можно представить себе как некий “бозе-конденсат”, и чем более она будет насыщена разнообразными структурированными, соотнесенными и соподчиненными идеями, тем вообще говоря, будет интереснее, значимее для общения. Такие “кванты общения” могут возникать и в самом человеке, в его мозге, его гортани и пр.; однако этот конкретный материальный субстрат не должен затенять простой идеи, что факты сознания возникают только между людьми: “...где двое или трое собраны во имя Мое, там Я посреди них” (Матф. 18:20). – Ред.

[26] Так, изучая радиоактивность, М. Склодовская-Кюри, чтобы согласовать в единой концепции все полученные ею факты, должна была заявить, что источник энергии радиоактивных процессов находится внутри атома, и атомы могут превращаться один в другой. Позже эту идею обосновали и развили Э. Резерфорд и Ф. Содди, но на первых порах она вызвала ожесточенное сопротивление практически всех видных физиков и химиков. Еще бы! Эта идея рушила освященное многовековой традицией, незыблемое положение: атом – неделим. Радиоактивность, с легкой руки Беккереля, впервые наблюдавшего явление радиоактивности, понималась как некая форма фосфоресценции: неделимые атомы получают энергию извне и отдают ее в форме радиоактивных излучений. Кельвин, Лодж, другие авторитетные исследователи утверждали неприемлемость концепции превращения элементов одного в другой, подрывающей самые незыблемые основы наук, и готовы были скорее допустить то, что сегодня мы назвали бы “подпиткой атомов энергией мирового эфира”. Д.И.Менделеев говорил, что “радиоактивность связана со свойством вещества поглощать из окружающего пространства и выделять в него особое, еще неизвестное вещество, быть может, близкое к тому, которое образует мировой эфир и проницает все тела” (Менделеев Д.И. Основы химии. СПб., 1908. С. 735.). Этого мнения первоначально придерживался и Пьер Кюри, спорил с женой.... – Ред.

[27] Попытки ревизии теории естественного отбора не прекращаются до сегодняшнего дня. – Ред.

[28] В ХVII-ХVIII вв. обсуждались две теории, объяснявшие движения небесных светил – одну предложил Декарт, другую – Ньютон. Декарт полагал материю инертной и пассивной: движение возникало только в результате толчка и требовало постоянного действия силы, направленной вдоль траектории. Движение по инерции и притяжение на расстоянии отрицалось. “Естественными” движениями Декарт считал видимые при астрономических наблюдениях движения планет по окружностям.

Постулаты Декарта казались естественными. Ньютон же предлагал нечто новое и непонятное: закон инерции и силу всемирного тяготения, действующую мгновенно и на любом расстоянии. Более того: сила эта была направлена по радиусу, и реальное движение планет никогда и нигде не совпадало с ней... Теория Декарта естественно объясняла движение всех планет в одну сторону (планеты приводятся в движение вихрями эфира); Ньютону для расчета положения планет потребовалось создать дифференциальное и интегральное исчисления, а одинаковая направленность их вращения была самостоятельной загадкой (граничными условиями) теории.

Согласно Ньютоновскому закону всемирного тяготения любое тело мгновенно и через пустоту, без посредующего агента, воздействует на другие тела, расположенные как угодно далеко. Фактически при этом нарушается принцип причинности. Это понимал и сам Ньютон; казалось бы, он мог сказать, что гравитация распространяется с конечной, хоть и очень большой скоростью. Но так может только показаться. Отсутствие ограничений на скорость гравитационного взаимодействия – принцип, на котором строится теория Ньютона. Если гравитация распространяется с конечной скоростью, то всегда можно отыскать момент, когда одно из движущихся друг относительно друга тел уже действует на другое, а это последнее еще не действует на первое. Такая ситуация противоречит третьему закону Ньютона, который, в свою очередь, содержит в себе закон сохранения импульса; нарушение этого закона означает, что движения могут и возникать из ничего, и исчезать без последствий. Поэтому признание конечности скорости распространения взаимодействия было бы для теории Ньютона катастрофой. Только теория относительности сняла это противоречия, наделив тяготение (гравитационное поле) не только конечной скоростью распространения, но и собственным импульсом, что, в частности, “спасло” и принцип причинности.

Все это привело к тому, что современники Ньютона встретили его теорию “в штыки”. X. Гюйгенс, Г. Лейбниц, другие видные ученые осуждали сложные абстрактные построения Ньютона, отвергали мгновенное притяжение на расстоянии.

Конечный итог известен: теория Ньютона оказалась победительницей. Очевидная и наглядная, теория Декарта не содержала количественных закономерностей, ее нельзя было ни проверить, ни использовать для расчетов. Из механики же Ньютона следовали все три закона Кеплера. Это еще раз свидетельствует, что теория должна удовлетворять требованиям практики. – Ред.

[29] Знание всегда относительно; здесь уместно напомнить слова Сократа, обращенные к афинянам: “я знаю, что я ничего не знаю, а вы этого не знаете. – Ред.

[30] Известен афоризм “в теории столько науки, сколько в ней математики”, восходящий к появившемуся в эпоху Возрождения тезису “природа написана на языке математики”. Причины столь высокой эффективности математики нам неизвестны. “То, что между экспериментальными явлениями и математическими структурами существует тесная связь, – пишет Н. Бурбаки – это, как кажется, было совершенно неожиданным образом подтверждено недавними открытиями современной физики, но нам совершенно неизвестны глубокие причины этого, и, быть может, мы их никогда и не узнаем. В своей аксиоматической форме математика представляется скоплением абстрактных форм – математических структур, и оказывается (хотя по существу и неизвестно почему), что некоторые аспекты экспериментальной деятельности как будто в результате предопределения укладываются в некоторые из этих форм” (Бурбаки Н. Очерки по истории математики. М., 1963, с. 258-259). Бурбаки^¢ Николя^¢ (Bourbaki Nicolas) – псевдоним группы математиков (Дьедонне, Картан и др.), авторов многотомного трактата “Элементы математики”, попытавшихся изложить основные математические теории с позиций формального аксиоматического метода. – Ред.

[31] Численно она равна 6,6×10^-34 Дж×с.

[32] См. Самарский А.А., Курдюмов С.П. Парадоксы многовариантного нелинейного мира ‑ мира вокруг нас // Будущее науки. Вып. 22. М., 1989. С. 22.

[33] См. Эпстейн И.Р., Кастин К., де Кеппер П., Орбан М. Колебательные химические реакции // В мире науки. 1983. №5 С. 72.

[34] Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. Цит. по: Самарский А.А., Курдюмов С.П. Цит. соч., с. 20.

[35] Первым использовал аксиоматический метод в биологии Б.М.Медников (см. Медников Б.М. Аксиомы биологии (Biologia axiomatica). М., 1982)

[36] Каждая из этих букв отражает название соответствующего кваркового аромата: u – up (верхний), d – down (нижний), s – strange (странный), c – charm (очаровательный), b – beauty (красивый) [bottom (нижний)], t – true (истинный) [top (верхний)]. Получены надежные экспериментальные подтверждения существования всех кварков, кроме “истинного”, однако сегодня практически нет ученых, которые бы сомневались, что и этот кварк вскоре будет обнаружен; просто он слишком массивен, чтобы рождаться на современных ускорителях. Все кварки принято разделять на три “поколения”: к первому относятся кварки u и d, ко второму – s и c, к третьему – b и t. В каждом поколении наряду с двумя кварками имеется два лептона: для первого поколения это электрон и электронное нейтрино, для второго – мюон (m-мезон) и мюонное нейтрино, для третьего – таон (t-мезон) и, соответственно, таонное нейтрино. Существуют довольно надежные экспериментальные данные и теоретические соображения в пользу того, что это – все возможные “поколения”, и четвертого – нет. – Ред.

[37] Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. М., 1996. 383 с.

[38] Нильс Бор был большим мастером парадоксов. На вопрос, что дополнительно истине, он дал ответ ясность, и уточнил: “...как жаль, что, когда теория становится понятной, она уже перестает быть верной...” – Ред.

[39] Хорган Джон. Квантовая философия // В мире науки. 1992. №9-10. стр. 72.

[40] “Шалтай-Болтай сидел на стене,

Шалтай-Болтай свалился во сне;

Вся королевская конница, вся королевская рать

Не могут Шалтая, не могут Болтая, Шалтая-Болтая собрать”.

[41] Квантовый биллиард // В мире науки. 1992. №1. С. 81.

[42] Вилчек Франк. Энионы // В мире науки. 1991. №11*1В 7). Слова “притяжение” и “отталкивание” употреблены здесь переводчиком не вполне корректно, речь идет о вероятностном, а не силовом взаимодействии между частицами; тем не менее их можно употребить, так как этот класс взаимодействий, несмотря на его несиловой характер, определяет формы не только самих частиц, но и структур, из них возникающих. Так, принцип Паули, являющийся частным проявлением статистики Ферми-Дирака, полностью определяет структуру электронных облаков атома. – Ред.

[43] Фок В.А. Об интерпретации квантовой механики // УФН. 1957. Т. 62. №4. С. 461.

[44] Напомним, что слово “лазер” является аббревиатурой английской фразы “light amplification by stimulated emission of radiation”, что буквально значит “усиление света с помощью индуцированного излучения”, а принципом его функционирования является получение не только монохроматичного, но и в высшей степени когерентного излучения, т.е. такого, все колебания которого синхронны и синфазны.

[45] Фок В.А. Цит. соч., С. 468

[46] Фок В.А. Цит. соч., С. 467.

[47] Они даже описываются общей волновой функцией.

[48] Электрическая проницаемость вакуума, численно равная 8,85×10^-12 ферми на метр. При расчете сил взаимодействия в веществе в формулу необходимо добавить безразмерный табличный коэффициент, называемый относительной электрической проницаемостью этого вещества.

[49] Рис. взят из публикации: Квиг К. Элементарные частицы и их взаимоотношения // В мире науки. 1985. №6. С. 42. – Ред.

[50] Более того: все неисчерпаемое многообразие Вселенной в среднем эквивалентно предельно однородному космологическому вакууму. Последовательный учет дефектов масс космических систем всех порядков с необходимостью дает для средней плотности массы Вселенной нуль. – Ред.

[51] Р.Фейнман не считает, что 300000 км/сек, максимальная скорость распространения для безынерционных тел, является пределом для виртуальных фотонов; они распространяются по всем возможным направлениям со всеми возможными скоростями, но в большинстве точек взаимно погашают друг друга. Поразительно, что результат “интегрирования по путям” Фейнмана во всех деталях совпадает с экспериментом. Удивительно, как эта концепция напоминает построения Эверетта, в которых все процессы осуществляются также всеми возможными способами! – Ред.

[52] Величина, обратная Н дает “время Хаббла”, фундаментальную длительность, приблизительно равную 10¹⁰ лет; в начале этого срока все галактики должны были находиться в некоем более или менее компактном образовании, имевшем иную крупномасштабную структуру нежели та, которую мы наблюдаем сейчас. По порядку величины “время Хаббла” должно совпадать с возрастом Вселенной. – Ред.

[53] Эта высокая однородность не исключает структурированности. На миллиарды световых лет через просторы Вселенной протянулись космические “соты”: сверхскопления галактик, окружающие гигантские пустоты. Возможно, такая структура обусловлена возмущениями плотности вещества на ранних стадиях расширения Вселенной. “...Были построены трехмерные карты распределения галактик. Карты выявляют особенности, не свойственные никаким другим астрономическим объектам: галактики концентрируются в колоссальные слои и волокнистые структуры, причем их наибольший размер (около 100 млн световых лет) примерно на порядок величины превышает наименьший размер. Такая структура может насчитывать до миллиона галактик, а ее масса может составлять по порядку величины 10¹⁶ масс Солнца. <...> Между самыми крупными структурами выявленные практически лишенные галактик огромные пустоты (“черные области”) размерами от 100 до 400 млн световых лет” (Силк Дж., Салаи А.Ш., Зельдович Я.Б. Крупномасштабная структура Вселенной // В мире науки. 1983. №12. С. 28; см. тж. Gregori S.A., Thompson L.A. Superclasters and Voids in the Distribution of Galaxies // Scientific American, March 1982). – Ред.

[54] Зависимость между энергией излучения, длиной волны и температурой:

E = sT⁴ (закон Стефана – Больцмана);

Е = hn (закон Планка);

l = с/n, где с – скорость света, n – частота, l – длина волны, Т – абсолютная температура Кельвина, h – постоянная Планка.

[55] Наш мир реально асимметричен. То обстоятельство, что ход процессов в микромире не меняется при замене всех частиц античастицами и одновременно с этим заменой системы координат с “правой” на “левую” называют СР-инвариантностью или комбинированной четностью (Л.Д.Ландау). Нарушение четности в процессах так называемого слабого взаимодействия было предсказано в 1956 г. китайскими физиками Ли и Янгом и подтверждено в 1957 г. в опытах Ву Цзяньсюн по b-распаду ядер. СР-инвариантность нарушается и в других процессах, например при распаде нейтрального К-мезона – К₀ двумя различными способами: на 2 или 3 p-мезона; прежде считалось, что это – две различные частицы (т. наз. “загадка t – q” [тау – тета]).

[56] Это допущение асимметричности между веществом и антивеществом воспринимается некоторыми учеными как нечто искусственное и вызывающее раздражение. Однако до последнего времени не было возможности как-то иначе объяснить появление во Вселенной вещества. Модель раздувающейся Вселенной снимает и эту, и ряд других проблем. – Ред.

[57] Гут А.Г., Стейнхардт П.Дж. Раздувающаяся Вселенная // В мире науки. 1984. №7. С. 56. – Ред.

[58] Проблема овладения управляемым термоядерным синтезом существует почти 50 лет. Первоначальный оптимизм здесь сменился достаточно пессимистическими оценками: удержать миллионноградусную плазму в пределах активной зоны оказалось очень сложной технологической задачей. Для этого разрабатывают все новые схемы магнитных ловушек. Чаще всего пользуются токамаками (это – получившая международное признание русская аббревиатура: ТОроидальная КАмера с МАгнитной Катушкой) и стеллараторами (англ. stellar – “звездный”), причем предпочтение отдается первым. Возрос также интерес к способу инерциального удержания плазмы, где осуществляется микровзрыв смеси дейтерия и трития. “Обжатие” этой смеси осуществляют лазерами, электронными и ионными пучками.

[59] Волосы Вероники. – Ред.

[60] См., напр. Рубин В.К. Невидимое вещество в спиральных галактиках // В мире науки. 1983. №8. С. 4 и след.

[61] Одним из эффектов ОТО является т.н. линзоподобное действие массивной области (звезды, галактики) на электромагнитные волны, проходящие вблизи них. Еще Эйнштейн указывал на возможность существования гравитационных линз и опубликовал расчеты такого эффекта. В конце 1979 г. был найден первый кандидат на роль гравитационной линзы – эллиптическая галактика между нами и двойным квазаром 0957+561А, В. Это свидетельствует, как о том, что ОТО применима для описания явлений не только внутри Солнечной системы, но и для всей Вселенной, так и о том, что квазары находятся от нас на расстояниях в миллиарды световых лет. – Ред.

[62] Для активных галактик характерны два более или менее симметричных “радиооблака”, т.е. протянувшиеся на миллионы световых лет облака плазмы (ионизированного газа), выбрасываемых из ядра галактики. Предполагается, что “в центре источника, генерирующего излучающую в радиодиапазоне плазму, находится черная дыра массой в миллиард солнечных масс. Черная дыра окружена тороидальным аккреционным диском, состоящим из газа и пыли” (Бернс Дж.О., Прайс Р.М. Центавр-А – ближайшая активная галактика // В мире науки. 1984. №1. С. 4). Выбросы могут иметь как обращенную, так и зеркальную симметрию; первое объясняется прецессией источника выбросов (круговым движением оси вращения источника), второе – либо обращением галактики с выбросами вокруг тяготеющей массы (напр., ЗС449), напр. другой галактики, либо движением межгалактического газа со скоростью несколько тысяч км/сек, “сдувающего” выбросы в одну сторону (напр., NGC 1265) (Блэндфорд Р.Д., Беджелмен М.С., Рис М.Дж. Космические выбросы // В мире науки. 1983. №2. С. 30). – Ред.

[63] Железо – самый стабильный (в ядерном смысле) элемент: у него наибольшая энергия ядерных связей и, соответственно, наибольший дефект массы ядра, по сравнению как с более легкими, так и с более тяжелыми элементами. Ядерные реакции синтеза для железа и всех последующих элементов возможны только в весьма экзотических условиях, которые возможны лишь в краткие мгновения в Сверхновой непосредственно неред взрывом. Ядра элеметов с Z > 56 становятся все более неустойчивыми за счет увеличения “расталкивающего” протоны электрического заряда ядра и ослабления сил ядерной связи из-за его возрастающего объема. Эти элементы способны только распадаться. – Ред.

[64] Однако черная дыра может терять энергию и в конце концов исчезнуть благодаря любопытному явлению, называемому “квантовым испарением”. В окрестностях черной дыры вакуум значительно поляризован, и в нем за счет ее энергии, происходит интенсивное образование в первую очередь электрон-позитронных, но также и других пар; аннигилируя, они превращаются в излучение, часть которого, пусть и значительно “покраснев”, способно уйти в пространство и унести энергию. – Ред.

[65] Когда гравитация “вталкивает” электроны в протоны, происходит массовый b-захват: p + e ® n + n~(про­тон+элек­т­рон ® нейт­рон+антинейт­ри­но. Напомним, что b-частицы ‑ это электроны. – Ред.

[66] При определенных соотношениях массы и размеров это падение может стать “смертельным” для звезды, превратив ее не в сверхновую, а в черную дыру. – Ред.

[67] Вусли С. Уивер Т. Грандиозная Сверхновая 1987 года // В мире науки” №10, Бете Х.А., Браун Дж. Как взрывается сверхновая // В мире науки. 1985. №7. С. 27.

[68] Войткевич Г.В. Рождение Земли. Ростов-на-Дону, 1996. 471 с.

[69] Это ‑ не единственная мера длины, “завязанная” на параметры земной орбиты. 1 парсек – расстояние, с которого диаметр земной орбиты виден под углом в 1 сек, или, что то же самое, расстояние, на котором годичный параллакс объекта равен 1 угл. сек. Примерно это расстояние равно 3 световым годам.

[70] Напомним, что шкала Кельвина практически совпадает со шкалой Цельсия и лишь “сдвинута” на 273°. Приведенные цифры ‑ это ок. 7-17°С.

[71] См., напр. Льюис Р.С., Андерс Э. Межзвездное вещество в метеоритах // В мире науки. 1983. №10. С. 36 и след.

[72] Т.е. в конечном счете за счет энергии сверхновой, депонированной в структурах атомов, прошедших через фазу чудовищного сжатия.

[73] Stratus ‑ слой, лат. Отсюда ‑ стратиграфия, раздел геологической науки, изучающий закономерность отложения слоев осадочных материалов в геологической истории Земли. Не путать со стратосферой, атмосферной оболочкой. ‑ Ред.

[74] Мы живем в геомагнитной эпохе, которую палеомагнитологи называют Брюнес. Она началась ок. 730 тыс. лет назад, сменив эпоху обратной магнитной полярности Матуяма. Впрочем, известны и кратковременные смены магнитной полярности: можно назвать эпизоды Уреки (300 тыс. лет назад), Блейк (110 тыс.), Лашамп (22 тыс.), Геттенбург (11-13 тыс. лет назад). ‑ Ред.

[75] Образование торосов. “Лед в рекостав спирается и ставит шатры, шиханы, торосы” ‑ пишет Вл. Даль. (Даль В.И. Толковый словарь живого великорусского языка. В 4 т. Т. 4. СПб, 1996. С. 421.

[76] Около 11 млн лет назад Африканская и Европейские плиты, сблизившись, перекрыли Гибралтарский пролив, соединяющий Средиземное море с Атлантическим океаном. Море высохло, отложились мощные толщи соли и гипса. “Водоем превратился в сухую раскаленную адскую бездну глубиной до 3 км ниже уровня моря, где смерчи рассеивали красную пыль пустыни, поблескивали на солнце эфемерные соляные озера и речные потоки прорывали длинные узкие каньоны” (Моррисон Ф. Рецензия на: The Mediterranean Was a Desert: a Voyage of the Glomar Challenger, by Kenneth J. Hsu // В мире науки. 1983. №11. С. 122.) ‑ об этом свидетельствуют керны донных отложений, полученных исследовательским судном “Гломар Челледжер” в знаменитом 13-м рейсе. Керн №124, например, свидетельствует об обмелении небольшого солоноватого озера, населенного диатомеями, находившегося, напомним, на дне нынешнего Средиземного моря, о ветровых воздействиях на донные осадки, и, наконец, об установлении аридных условий.

Затем проход вновь открылся, и сотни лет в проливе ревел самый большой на планете (как тысяча Ниагар) водопад, заполняя водой бассейн будущего “темнотуманного мглистого моря”... ‑ Ред.

[77] Войткевич Г.В., Кокин А.В., Мирошников А.Е., Прохоров В.Г. Справочник по геохимии. М., 1990. 480 с.

[78] “Близ места <...> Норт-Пол в породах возрастом около 3,5 млрд лет (группа Уарравуна) были найдены предположительно биогенные осадочные структуры, называемые строматолитами <...> в слоях возрастом 2,8 млрд лет группы Фортескью обнаружено древнейшее ископаемое микробиологическое сообщество... <...> Менее прямое доказательство в пользу того, что жизнь существовала еще раньше, найдено в углеродистых осадках района на Юго-Западе Гренландии, возраст которых 3,8 млрд лет...” (Клауд П. Биосфера // В мире науки. 1983. №11 С. 104-105.). – Ред.

[79] Спектральный анализ космической пыли позволяет обнаружить в ней достаточно сложные органические вещества. При ультрафиолетовом облучении и особом температурном режиме (в искусственной “межзвездной” среде) получена смесь сложных органических молекул. “Наша работа имеет много общего с экспериментом С.Миллера и Г. Юри по моделированию образования органических молекул в атмосфере первичной Земли”, – утверждают авторы эксперимента (Гринберг Дж.М. Межзвездная пыль: строение и эволюция // В мире науки. 1984. №8 С. 71). Миллер и Юри, пропуская электрические разряды через смесь паров воды, метана, аммиака и др. веществ, ‑ т.е., имитируя условия древнейшей восстановительной атмосферы Земли, ‑ получили аминокислоты и другие органические вещества. Некоторые ученые в то время сочли, что эти эксперименты исчерпывают проблему возникновения жизни. – Ред.

[80] Кернс-Смит А.Дж. Первые организмы // В мире науки. 1985. №8. С. 46. – Ред.

[81] См. Новое об асимметрии в природе // В мире науки. 1986. №4 С. 27. – Ред.

[82] Хорган Джон. У истоков жизни // В мире науки. 1991 1 № 4

[83] В последние годы получила значительное развитие физика различных процессов и явлений, происходящих на поверхности и вблизи нее. Атомы и электроны на поверхности вещества располагаются иначе, чем в его глубине, вспомните, скажем, пленку поверхностного натяжения у воды, обуславливающая появление менисков и явления капиллярности. Кристаллическая решетка приповерхностного слоя может иметь иную структуру или магнитное упорядочение. Еще более своеобразна физика фазовых переходов в двумерных и квазидвумерных системах – тонких пленках и слоях. – Ред.

[84] Древнейшие палеонтологические свидетельства накопления в атмосфере кислорода относятся к периоду ок. 2 млрд лет назад (железорудная формация Ганфлинт). Его концентрация в это время составляла ок. 0,2 %, что не создает возможности накопления заметных количеств озона в верхних слоях атмосферы и создания “ультрафиолетового щита”. – Ред.

[85] Поразительную по точности и экспрессии иллюстрацию этих процессов дает стихотворение Л.Мартынова “Воздух”:

Воздух

Создан из вздохов,

Из возгласов, рева и воя,

Он создание жизни,

Он эту планету покрыл

Пеленой перегноя, цветами, листвой и травою, –

Воздух, взболтанный взмахами крыльев,

Густой от сопения рыл.

Это мы,

Все мы вместе

В берлогах и норах, в домах, водоемах и гнездах,

Зачастую еще пожирая друг дружку живьем,

Надышали ноздрями, пастями и ртами свой воздух.

Это мы создаем атмосферу, в которой живем.

(Мартынов Л. Избр. в 2 т. Т. 1. М., 1990. С. 298). – Ред.

[86] По стандартным представлениям многоклеточные существа впервые возникают в верхнем отделе докембрия – венде ок. 800 млн лет назад. Древнейшие многоклеточные так называемой Эдиакарской фауны (Австралия) относятся к периоду не древнее 700 млн лет назад, т.е. к самому началу палеозоя. Это были существа вроде современных кишечнополостных и полихет. – Ред.

[87] Острые формы приобрела дискуссия о том, возникают ли нефть и газ в земной коре только органическим путем, из биогенных отложений, или неорганическом путем, из просачивающихся из земных глубин углеводородов. – Ред.

[88] Послание Павла к Колоссянам, 3:11.

[89] Есть другие оценки. “Доля потребления [суммарной продукции биосферы] дикими позвоночными животными (земноводные, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие) очень низка – лишь около 1 % продукции биосферы. Человек со своими домашними животными и потреблением леса должен входить в эту группу крупных потребителей, т.е. потреблять менее 1 % [суммарной биомассы, производимой зелеными растениями], и то при этом другие члены его группы будут обречены на вымирание. Современный же человек потребляет (вместе с домашними животными и изъятием леса) 7 % продукции биосферы, т.е. вышел далеко за пределы того, что в биосфере отведено для крупных потребителей” (Дольник В.Р. Существуют ли биологические механизмы регуляции численности людей? // Природа. 1992. №6. С. 6). Согласно этой концепции экологическая вместимость планеты для вида Homo sapiens не превышает 500-600 млн чел. – Ред.

[90] Цит. по: Рост населения угрожает // В мире науки. 1992. №11-12. С. 215.

[91] “Микробы выдерживают присутствие таких ядовитых веществ, как серная кислота, фенол и сероводород, и даже могут успешно расти и размножаться на них” (Клауд П. Биосфера // В мире науки. 1983. №11 С. 104.). Беда, однако, в том, что даже если биосфера сохранится, более того, если в ней еще раз возникнет разумная жизнь на иной биологической базе, ни нам, ни нашим детям и внукам от этого не будет ни жарко, ни холодно... – Ред.

[92] Некоторые высказывания ученых относительно того, что экологическая катастрофа может поставить на карту возможность выживания человека как вида, также несостоятельна, поскольку многообразие физико-географических зон расселения человека по планете станет естественным препятствием на пути его уничтожения. Но это уже будет не то человечество и, в принципе, другой человек... – прим. авт.

[93] “В ню же меру мерите: и возмерится вам”

[94] По усредненным данным без разделения на мужское и женское население по страницам газет и журналов.

[95] Странность потому и названа “странностью”, что физики впервые столкнулись с несохраняющимся квантовым числом. Однако закономерности есть и здесь: так, странность не может меняться в каждом взаимодействии больше, чем на единицу.

[96] Есть также предположения, что сильное красное смещение в их спектре связано не с эффектом Допплера, а с чем-то иным, и поэтому вычисленные расстояния в миллиарды световых лет неверны.

[97] Численно она равна 6,7×10^-11 Н.