Вопросы естествознания

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Этические проблемы естествознания

Современная наука -- сложная и многообразная система отдельных научных дисциплин. Науковеды насчитывают их несколько тысяч, которые можно объединить в две следующие сферы: фундаментальные и прикладные науки.

Фундаментальные науки имеют своей целью познание объективных законов мира как они существуют «сами по себе» безотносительно к интересам и потребностям человека. К фундаментальным относятся: математические науки, естественные науки (механика, астрономия, астрофизика, физика, химическая физика, физическая химия, химия, геохимия, геология, география, биохимия, биология, антропология и др.), социальные науки (история, археология, этнография, экономика, статистика, демография, науки о государстве, праве, история искусства и др.)гуманитарные науки (психология и ее отрасли, логика, лингвистика, филология и др.). Фундаментальные науки потому и называются фундаментальными, что своими основополагающими выводами, результатами, теориями они определяют содержание научной картины мира.

Прикладные науки нацелены на разработку способов применения полученных фундаментальной наукой знаний объективных законов мира для удовлетворения потребностей и интересов людей. К прикладным наукам относятся: кибернетика, технические науки (прикладная механика, технология машин и механизмов, сопротивление материалов, техническая физика, химико-технологические науки, металлургия, горное дело, электротехнические науки, ядерная энергетика, космонавтика и др.), сельскохозяйственные науки (агрономические, зоотехнические); медицинские науки; педагогическая наука и т.д. В прикладных науках фундаментальное знание приобретает практическое значение, используется для развития производительных сил общества, совершенствования предметной сферы человеческого бытия, материальной культуры.

Каждая наука характеризуется собственными особенностями познавательной деятельности. Науки различаются предметом познания, средствами и методами познания, формами результата познания, теми системами ценностей, идеалами, методологическими установками, стилями мышления, которые функционируют в данной науке и определяют отношение ученых и к процессу познания, и к социально-культурному фону науки.

Совокупность таких систем ценностей, идеалов, методологических установок, стилей мышления, присущих отдельным наукам и их комплексам, иногда называют научной культурой; говорят, например, о культуре гуманитарного познания, культуре естественно-научного познания, культуре технического знания и т.п. Характер научной культуры многое определяет и в проблемах организации науки, и в проблемах отношения науки и общества. Здесь и вопросы нравственной ответственности ученого, особенности «этики науки», отношение науки и идеологии, науки и права, особенности организации научных школ и управления научными исследованиями и т.п. Наиболее контрастны такие различия «научных культур» между культурами гуманитарного и естественнонаучного познания.

Широко распространены представления о «двух культурах» в науке -- естественно-научной культуре и гуманитарной культуре. Английский историк и писатель Ч. Сноу написал книгу о «двух культурах», которые существуют в современном индустриальном и постиндустриальном обществе, -- естественно-научной и гуманитарно-художественной [1]. Он сокрушается по поводу огромной пропасти, которая наблюдается между ними и с каждым годом все возрастает. Ученые, посвятившие себя изучению гуманитарных и точных отраслей знания, все более и более не понимают друг друга. По мнению Сноу, это очень опасная тенденция, которая грозит гибелью всей человеческой культуре. Несмотря на излишнюю категоричность и спорность некоторых суждений Сноу, в целом нельзя не согласиться с наличием проблемы и оценкой ее важности.

Действительно, существуют немалые различия между естественно научным и гуманитарным познанием. Естествознание ориентировано на повторяющееся, общее и универсальное, абстрактное; гуманитарное познание -- на специальное, конкретное и уникальное, неповторимое. Цель естествознания -- описать и объяснить свой объект, ограничить свою зависимость от общественно-исторических факторов и выразить знание с позиций вневременных принципов бытия, выразить не только качественные, но и количественные характеристики объекта. Цель гуманитарных наук -- прежде всего понять свой объект, найти способы конкретно-исторического, личностного переживания, толкования и содержания объекта познания и своего отношения к нему и т.д. В 1960-- 1970-е гг. в массовом сознании, в молодежной, студенческой среде эти различия отражались в формах разного рода диспутов между «физиками», ориентированными на строго рационалистические и надличностные каноны естествознания («только физика -- соль, остальное все -- ноль»), и «лириками», воспитанными на идеалах гуманитарного познания, включающих в себя не только объективное отражение социальных процессов и явлений, но и субъективно-личностное их переживание и толкование.

В проблеме, поставленной Сноу, есть два аспекта. Первый связан с закономерностями взаимодействия науки и искусства, второй -- с проблемой единства науки.

Сначала о первом из них. Художественно-образный и научно рациональный способы отражения мира вовсе не исключают друг друга. Ученый должен обладать способностью не только к понятийному, но и к образному творчеству, а значит, обладать тонким художественным вкусом.

Так, многие ученые прекрасно разбираются в искусстве, живописи, литературе, играют на музыкальных инструментах, глубоко переживают прекрасное. Более того, само научное творчество выступает для них как некий вид искусства. В любых, даже исключительно абстрактных отраслях физико-математического естествознания, познавательная деятельность содержит в себе художественно-образные моменты. Поэтому справедливо говорят иногда о «поэзии науки». С другой стороны, художник, деятель искусства творит не произвольные, а типические художественные образы, предполагающие процесс обобщения, познания действительности. Таким образом, познавательный момент органично присущ искусству, вплетен в производство способов образного переживания мира. Интуиция и логика свойственны как науке, так и искусству. В системе духовной культуры наука и искусство не исключают, а предполагают и дополняют друг друга там, где речь идет о формировании целостной гармонической личности, о полноте человеческого мироощущения.

Второй аспект данной проблемы связан с единством науки. Наука в целом -- это многогранное и вместе с тем системное образование, все отдельные компоненты которого (конкретные науки) теснейшим образом связаны. Между различными науками имеет место постоянное взаимодействие. Развитие науки требует взаимного обогащения, обмена идеями между различными, даже кажущимися на первый взгляд далекими, областями знания. Например, в XX в. биология получила мощнейший импульс для своего развития именно в результате применения математических, физических и химических методов исследования. В то же время биологические знания помогают инженерам создавать новые типы автоматических устройств и проектировать новые поколения авиационной техники. Единство наук определяется в конечном счете материальным единством мира.

Естественно-научные методы познания все в большей мере используются в общественных и гуманитарных науках. Например, в исторических исследованиях они дают надежную основу для уточнения дат исторических событий, открывают новые возможности для быстрого анализа массы источников, фактов и др. Археологам они позволяют воссоздать значение астрономических знаний в повседневной жизни людей разных эпох, культур, этносов, в разной природно-географической среде, выявить закономерности исторического развития астрономии (археоастрономия). Без применения методов естественных наук были бы немыслимы выдающиеся достижения современной науки о происхождении человека и общества. Новые перспективы взаимообогащения естественно-научного и гуманитарного знания открываются с созданием новейшей теории самоорганизации - синергетики.

Одна из всеобщих закономерностей исторического развития науки -- диалектическое единство дифференциации и интеграции науки. Образование новых научных направлений, отдельных наук сочетается со стиранием резких граней, разделяющих различные отрасли науки, с образованием интегрирующих отраслей науки (кибернетика, теория систем, информатика, синергетика и др.), взаимным обменом методами, принципами, понятиями и т.п. Наука в целом становится все более сложной единой системой с богатым внутренним расчленением, где сохраняется качественное своеобразие каждой конкретной науки. Таким образом, не конфронтация различных «культур в науке», а их тесное единство, взаимодействие, взаимопроникновение является закономерной тенденцией современного научного познания.

2. Второе начало термодинамики

В свете закона сохранения и превращения энергии в середине XIX в. стало ясно, что теория Карно требует серьезной перестройки и дополнительного исследования. На это обратили внимание Р. Клаузиус и У. Томсон (барон Кельвин). Карно объяснял работу не потреблением теплоты, а ее падением; он считал, что теплота неуничтожаема. Карно сопоставляет работу с теплотой, перешедшей от нагревателя к холодильнику. Клаузиус же сопоставляет работу с пропорциональной ей теплотой, исчезнувшей при таком переходе.

Клаузиус ставит задачу связать переход теплоты от одного тела к другому с превращением теплоты в работу и установить количественные соотношения между этими процессами. В реальных тепловых двигателях процесс превращения теплоты в работу неизбежно сопровождается передачей определенного количества теплоты внешней среде. В результате нагреватель охлаждается, внешняя среда нагревается. Это значит, что термодинамические процессы носят необратимый характер, т.е. могут протекать только в одном направлении. Иначе говоря, невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от холодных тел к телам нагретым. Это и есть одна из формулировок второго начала термодинамики. Решая эту задачу, Клаузиус вводит понятие энтропии - функции состояния системы.

Понятие энтропии является центральным в термодинамике. Оно относится к закрытым системам, находящимся в тепловом равновесии, которое можно охарактеризовать температурой Т. Изменение энтропии определяется формулой

dE ? dQ/T

где dQ - количество теплоты, подведенное к системе или отведенное от нее. Энтропия -- это мера способности теплоты к превращению. В обратимых системах энтропия неизменна dE = dQ/T, а в необратимых - постоянно меняется (dE > dQ/T). Второе начало термодинамики гласит, что в замкнутой системе энтропия не может убывать, а лишь возрастает до тех пор, пока не достигнет максимума.

3. Методы измерения расстояния в микро-, макро-, мега-мире

На микро-, макро- и мегамир подразделяют все уровни строения материи и все типы материальных систем. Понятие структуры охватывает весь мир. В нем относительны «сложное» и «простое». Атом -- простой элемент молекулы, но сложный относительно составляющих его элементарных частиц.

Микромир -- мир очень малых микрообъектов, размеры которых от 10~8 до 10~16 см, а время жизни может быть до 10~24 сек. Испускание (и поглощение) света происходит порциями, квантами, получившими название фотонов. Это мир -- от атомов до элементарных частиц. При этом для микромира свойственен корпускулярно-волновой дуализм, т.е. любой микрообъект обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами.

В 1902 г. английский физик Томсон предложил первую модель атома. По его предположению положительный заряд-это масса всего, а электроны внутри его. В 1911 г. Ризерфорд предложил свою модель атома: в центре положительный заряд, а по орбитам движутся электроны. Чуть позже была предложена модель Максвелла и Фарадея. Атом стал рассматриваться с позиций существования электромагнитного поля. В микромире физики пришли к выводу, что любая материя существует в виде электромагнитного поля.

Описание микромира опирается на принцип дополнительности Н.Бора и соотношение неопределенности Гейзенберга. Мир элементарных частиц, которые долго считали элементарными «кирпичиками», подчиняется законам квантовой механики, квантовой электродинамики, квантовой хромодинамики. Квантовое поле носит дискретный характер.

Макромир -- это мир объектов, соизмеримых с человеческим опытом. Размеры макрообъектов измеряются от долей миллиметра до сотен километров, а времена -- от секунд до лет. Поведение же макроскопических тел, состоящих из микрочастиц, описывается классической механикой и электродинамикой. Материя может пребывать как в виде вещества, так и в виде поля, причем вещество дискретно, а поле -- непрерывно. Скорости распространения поля равны скорости света, максимальной из возможных скоростей, а скорости движения частиц вещества всегда много меньше скорости света.

Существует несколько уровней изучения живой природы входящей в макромир:

1. клеточный

2. тканевый (ткани-это группы клеток, имеющие сходное строение и выполняющие одинаковую физиологическую функцию)

3. органный

4. организменный

5. популяционно-видовой

6. Уровень биоциноза и биогеоциноза. Это более высокий уровень организмов живой материи в макромире, объединяет разные по видовому составу организмы, которые находятся между собой в определённом взаимодействии, а также связаны между собой факторами внешней среды.

7. Уровень биосферный. Это уровень на котором сформировалась природная биосистема самого высокого ранга для макромира.

Также макромир изучался с точки зрения механики. Исаак Ньютон предложил рассматривать природу, как сложную механическую систему и стал знаменит тем, что описал три основных закона механики и закон всемирного тяготения.

Мегамир -- мир объектов космического масштаба. Объекты мегамира планеты, звезды, галактики, Метагалактика. Помимо перечисленных космических тел во Вселенной присутствует материя в виде излучения и диффузная материя. Последняя может занимать огромные пространства в виде гигантских облаков газа и пыли--газопылевых туманностей. В звездах сосредоточено 97% вещества в нашей галактике, называемой Млечный Путь или Галактика. В других галактиках распределение материи почти такое же. Почти все звезды образуют системы. Так, в Галактике почти все звезды являются двойными, а всего их более 120 млрд. Диаметр Галактики порядка 100 тыс. св. лет, наше Солнце -- рядовая звезда типа желтый карлик находится на краю утолщенного диска, в 5 пк от края. Но много и звездных систем из 3-5 звезд, часто они окружены диффузной материей. Звездные скопления могут состоять из нескольких сотен отдельных звезд, а шаровые скопления -- из сотен тысяч. Галактики, наблюдаемые с Земли как туманные пятнышки, имеют разную форму: спиральную, неправильную, эллиптическую. Число их достигает 10 млрд. Галактики встречаются тоже в виде скоплений, которые состоят из нескольких тысяч отдельных систем. Упорядоченная система галактик получила название Метагалактики. Мегамир описывается законами классической механики с поправками, которые были внесены теорией относительности.

4. Абстракция, абстрагирование, индукция, дедукция

Абстракция-это (от лат. abstractio -- «отвлечение») -- отвлечение в процессе познания от несущественных сторон, свойств, связей предмета или явления с целью выделения их существенных, закономерных признаков; абстрагирование; теоретическое обобщение как результат такого отвлечения.

В европейской философии и логике абстрагирование трактуется, как правило, как способ поэтапного продуцирования понятий, которые образуют все более общие изображения реальности (иерархию абстракций). Наиболее развитой системой абстракций обладает математика. Степень отвлечённости обсуждаемого понятия называется уровнем абстракции. В зависимости от целей и задач, можно рассуждать об одном и том же объекте на разных уровнях абстракции.

Абстрагирование -- это мысленное выделение, вычленение некоторых элементов конкретного множества и отвлечение их от прочих элементов данного множества. Это один из основных процессов умственной деятельности человека, опирающийся на знаковое опосредствование и позволяющий превратить в объект рассмотрения разные свойства предметов. Это теоретическое обобщение позволяет отразить основные закономерности исследуемых объектов или явлений, изучать их, а также прогнозировать новые, неизвестные закономерности. В качестве абстрактных объектов выступают целостные образования, составляющие непосредственное содержание человеческого мышления -- понятия, суждения, умозаключения, законы, математические структуры и др.

Потребность в абстракции определяется ситуацией, когда становятся явными отличия между характером интеллектуальной проблемы и бытием объекта в его конкретности. В такой ситуации человек пользуется, например, возможностью восприятия и описания горы как геометрической формы, а движущегося человека -- в качестве некой совокупности механических рычагов.

Индукция (лат. inductio -- наведение) -- процесс логического вывода на основе перехода от частного положения к общему. Индуктивное умозаключение связывает частные предпосылки с заключением не строго через законы логики, а скорее через некоторые фактические, психологические или математические представления.^[1]

Различают полную индукцию -- метод доказательства, при котором утверждение доказывается для конечного числа частных случаев, исчерпывающих все возможности, и неполную индукцию -- наблюдения за отдельными частными случаями наводит на гипотезу, которая, конечно, нуждается в доказательстве. Также для доказательств используется метод математической индукции.

Дедукция (лат. deductio -- выведение) -- метод мышления, при котором частное положение логическим путем выводится из общего, вывод по правилам логики; цепь умозаключений (рассуждений), звенья которой (высказывания) связаны отношением логического следования. Началом (посылками) дедукции являются аксиомы, постулаты или просто гипотезы, имеющие характер общих утверждений («общее»), а концом -- следствия из посылок, теоремы («частное»). Если посылки дедукции истинны, то истинны и ее следствия. Дедукция -- основное средство доказательства. Противоположно индукции.

возраст земля галактика эволюционный

5. Можно ли считать, что теория относительности Эйнштейна опровергла механику Ньютона

Теория тяготения Ньютона состоит из трёх частей. В основе главной части лежит, имеющее фундаментальное значение положения, что материальные тела и их движения принадлежат пространству. Это главное положение определяет и направляет научно-теоретические исследования на конкретное русло и держит их в очень жестких рамках. Более того, главное положение теории требует согласованности, исходящих из научно-теоретических положений именно с ней. Такова суть и сила главного положения теории.

Кроме того, Ньютон окончательно похоронил укоренившееся с античных времён представление, что законы движения земных и небесных тел совершенно различны. В его модели мира вся Вселенная подчинена единым законам, допускающим математическую формулировку.

Основная идея Эйнштейна была проста: материальным носителем тяготения является само пространство (точнее, пространство-время). Тот факт, что гравитацию можно рассматривать как проявление свойств геометрии четырёхмерного неевклидова пространства, без привлечения дополнительных понятий, есть следствие того, что все тела в поле тяготения получают одинаковое ускорение («принцип эквивалентности» Эйнштейна). Четырёхмерное пространство-время при таком подходе оказывается не «плоской и безразличной сценой» для материальных процессов, у него имеются физические атрибуты, и в первую очередь -- метрика и кривизна, которые влияют на эти процессы и сами зависят от них. Если специальная теория относительности -- это теория неискривлённого пространства, то общая теория относительности, по замыслу Эйнштейна, должна была рассмотреть более общий случай, пространство-время с переменной метрикой (псевдориманово многообразие). Причиной искривления пространства-времени является присутствие материи, и чем больше её энергия, тем искривление сильнее. Ньютоновская же теория тяготения представляет собой приближение новой теории, которое получается, если учитывать только «искривление времени», то есть изменение временномй компоненты метрики, g₀₀^[25] (пространство в этом приближении евклидово). Распространение возмущений гравитации, то есть изменений метрики при движении тяготеющих масс, происходит с конечной скоростью. Дальнодействие с этого момента исчезает из физики.

Общая теория относительности -- теория гравитации, разработанная Эйнштейном в 1905--1917 годах. Является дальнейшим развитием специальной теории относительности. В общей теории относительности постулируется, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, а деформацией самого пространства-времени, в котором они находятся. Эта деформация связана, в частности, с присутствием массы-энергии.

Теория относительности применяется в физике и астрономии начиная с 20-го века. Впервые опубликованная работа заменила 200-т летнюю теорию механики Исаака Ньютона. Это в корне изменило восприятие мира. Ньютоновское понятие о движении было опровергнуто понятием об относительности движения. Время уже не было равномерным и абсолютным. Более того, Эйнштейн изменил фундаментальные взгляды на время и пространство. Согласно теории относительности время необходимо воспринимать как пространство, которое зависит от скорости.

Теория относительности значительно расширила понимание физики в целом, а также существенно углубила знания в области физики элементарных частиц. С помощью данной теории космология и астрофизика сумела предсказать такие чрезвычайные явления, как нейтронные звезды, черные дыры и гравитационные волны.

6. Как можно сравнивать формы энергии по качеству? Какая форма энергии является наименее качественной

Одним из важнейших выводов, следующих из второго начала термодинамики, является то, что, хотя энергия сохраняется, она не может быть преобразована из одной формы в другую по одному лишь нашему усмотрению. Это наводит на мысль, что энергия характеризуется не только количеством, но и качеством. Например, можно сказать, что вечный двигатель второго рода построить нельзя постольку, поскольку энергия среды, находящейся при более низкой температуре, имеет и более низкое качество. Энергию же низкого качества нельзя непосредственно перевести в энергию более высокого качества. Нельзя, например, вскипятить чайник, погрузив его в воды Мирового океана, даже если это произойдет на экваторе.

Однако объективно и достаточно полно оценивать качество энергии тел, не находящихся в термодинамически равновесном состоянии, пока наука не умеет.

По-видимому, это дело науки следующего века. В прошлом веке физики разобрались с качеством тепловой энергии. В нашем же веке они были заняты в основном другими вопросами (квантовой механикой и теорией относительности).

При этом, хотя проблемы преобразования различных форм энергии без потери качества уже давно стали насущными, они как-то недостаточно проникли в общественное сознание.

Удивительно, но инженеры, как правило, лучше ощущают ограничения, связанные с качеством различных форм энергии, чем ученые, особенно -- ученые, обсуждающие глобальные проблемы настоящего и будущего человечества. До сих пор сохраняется, например, тенденция оценивать развитость общества по количеству потребляемой энергии в топливных единицах. Это примерно то же, что оценивать интеллект человека по силе его мышц, или сравнивать вычислительные возможности современных и первых электронно-вычислительных машин по потребляемой ими энергии.

Возможно, качество энергии не имеет какой-либо абсолютной шкалы и характеризуется не одним числом, а совокупностью различных характеристик. Тем не менее кое-какие предварительные соображения о сравнительном качестве различных форм энергии можно высказать.

Во-первых, ясно, что энергия более высокого качества может быть преобразована в энергию низкого качества с меньшими потерями, чем энергия низкого качества в высококачественную. Во-вторых, более высоким качеством обладает энергия, которую можно с меньшими; потерями концентрировать или передавать на большие расстояния. Например, лазерный луч несет энергию более высокого качества, чем поток света от лампочки. Кроме того, более высоким качеством обладает энергия, неравномерно распределенная по энергоносителям. Например, раскаленная игла и стакан с холодной водой до охлаждения иглы в стакане имеют энергию более высокого качества, чем после охлаждения.

7. Как был определён возраст Земли? Чему он равен

Лишь в XX в. удалось установить точный возраст нашей планеты. В этом помогли новые методы, связанные с изучением радиоактивных веществ и их распада. В настоящее время имеется достоверная информация о горных породах с возрастом до 3,5 млрд лет. Однако известные наиболее древние отложения в Австралии соответствуют возрасту 4,2-4,3 млрд лет.

Тем не менее, древнейшие породы по составу и структуре не отличаются от аналогичных пород более молодых геологических эпох. Поэтому у нас нет доказательств того, что обнаруженные древнейшие породы возникли одновременно с образованием Земли как планеты. Первичная земная кора, которая в известной степени соответствовала бы дате завершения образования Земли, уничтожена под действием внешних (ветра, воды, живых организмов) и внутренних (магматической деятельности, переплавления, метаморфизма) геологических агентов. Следовательно, на основании данных о возрасте древнейших минералов и горных пород можно сделать вывод, что возраст Земли превышает 4 млрд лет, и до этой даты наша планета прошла определенный, хотя и неизвестный путь развития.

На возраст Земли также указывают данные исследования метеоритов - твердых тел Солнечной системы. Они относятся к наиболее изученным космическим объектам и несут ценную информацию. Исследования показывают, что возраст как железных, так и каменных метеоритов совпадает и составляет примерно 4,5-4,6 млрд лет.

Схожие данные получены и при исследовании лунных пород. Образцы этих пород были доставлены на Землю, как с помощью космических станций «Луна», так и экипажами американских космических кораблей «Аполлон». Оказалось, что возраст самых древних лунных образцов совпадает с возрастом самой Луны и составляет 4-4,5 млрд лет. Значит, первичная лунная кора возникла вскоре после образования Луны, и отдельные участки этой коры сохранились до сегодняшнего дня.

Такое совпадение данных для разных тел Солнечной системы не может считаться случайным, поэтому делается вывод о возрасте нашей планеты, равном примерно 4,5 млрд лет. К этому времени завершилось формирование нашей планеты.

Сегодня считается, что геологическая история нашей планеты составляет около 4 млрд лет, а 0,6 млрд лет - это ранняя история Земли.

Ранняя история Земли, как и других планет, включает ранние фазы эволюции - фазу аккреции (рождения), фазу расплавления внешней сферы земного шара и фазу первичной коры (лунную фазу).

Фаза аккреции представляла собой непрерывное выпадение на растущую Землю все большего количества тел, укрупняющихся в своем полете при соударениях между собой, а также в результате притяжения к ним более удаленных мелких частиц. При этом на Землю падали и самые крупные объекты, достигавшие в поперечнике многих километров. В фазу аккреции, которая длилась около 17 млн лет (правда, некоторые исследователи увеличивают этот срок до 400 млн лет), Земля приобрела примерно 95% современной массы.

Однако Земля оставалась холодным космическим телом, и только в конце этой фазы, когда началась предельно интенсивная бомбардировка ее крупными объектами, произошло сильное разогревание, а затем полное расплавление вещества поверхности планеты.

Фаза расплавления внешней сферы Земли наступила в промежутке 4-4,6 млрд лет назад. В это время произошла общепланетарная химическая дифференциация вещества Земли, которая привела к формированию центрального ядра и обволакивающей его мантии. Позже образовалась и земная кора.

В фазе расплавления внешней сферы поверхность Земли представляла собой океан тяжелого расплава с вырывающимися из него газами. В него продолжали стремительно падать мелкие и крупные космические тела, вызывая всплески тяжелой жидкости. Над раскаленным океаном нависало сплошь затянутое густыми тучами небо, с которого не могло упасть ни капли воды.

Лунная фаза - это время остывания расплавленного вещества поверхности Земли из-за излучения тепла в космос и ослабления метеоритной бомбардировки. Так образовалась первичная кора базальтового состава. Одновременно шло образование гранитного слоя материковой коры. Правда, механизм этого процесса до сих пор не ясен.

В течение лунной фазы поверхность Земли постепенно остывала (от температуры плавления базальтов, составляющей 800-1000°С, до 100°С). Когда температура опустилась ниже 100°С, из атмосферы выпала вся вода, покрывшая Землю: сформировались поверхностные и грунтовые стоки, появились водоемы, в том числе и океан.

8. Что такое галактики? Какими они бывают

Галактика --это гигантская система состоящая из скоплений звёзд, туманностей, космической пыли, астероидов, образовывающих в пространстве весьма сложную конфигурацию.

Галактики -- чрезвычайно далёкие объекты, расстояние до ближайших из них принято измерять в мегапарсеках, а до далёких -- в единицах красного смещения z. Именно из-за удалённости различить на небе невооружённым глазом можно всего лишь три из них: туманность Андромеды (видна в северном полушарии), Большое и Малое Магеллановы Облака (видны в южном). Разрешить изображение галактик до отдельных звёзд не удавалось вплоть до начала XX века. К началу 1990-х годов насчитывалось не более 30 галактик, в которых удалось увидеть отдельные звёзды, и все они входили в Местную группу. После запуска космического телескопа «Хаббл» и ввода в строй 10-метровых наземных телескопов число галактик, в которых удалось различить отдельные звёзды, резко возросло.

Галактики отличаются большим разнообразием: среди них можно выделить сфероподобные эллиптические галактики, дисковые спиральные галактики, галактики с перемычкой (баром), карликовые, неправильные и т. д. Если же говорить о числовых значениях, то, к примеру, их масса варьируется от 10⁷ до 10¹² масс Солнца, для сравнения масса нашей галактики Млечный путь 3Ч10¹² масс Солнца. Диаметр галактик -- от 5 до 50 килопарсек (от порядка 16 тысяч до 160 тысяч световых лет), для сравнения диаметр нашей галактики Млечный путь около 100 000 световых лет.

Одной из нерешённых проблем строения галактик является тёмная материя, проявляющая себя только в гравитационном взаимодействии. Она может составлять до 90 % от общей массы галактики, а может и полностью отсутствовать, как в карликовых галактиках.

В пространстве галактики распределены неравномерно: в одной области можно обнаружить целую группу близких галактик, а можно не обнаружить ни одной, даже самой маленькой галактики (так называемые войды). Точное количество галактик в наблюдаемой части Вселенной неизвестно, но, по всей видимости, их порядка 10¹¹

Основные наблюдаемые составляющие галактик включают:

1. Нормальные звёзды различных масс и возрастов, часть которых заключена в скоплениях.

2. Компактные остатки проэволюционировавших звёзд.

3. Холодная газопылевая среда.

4. Наиболее разрежённый горячий газ с температурой 10⁵--10⁶ К.

Двойные звёзды в соседних галактиках не наблюдаются, но, судя по окрестностям Солнца, кратных звёзд должно быть достаточно много. Газопылевая среда и звёзды состоят из атомов, и их совокупность называют барионной материей галактики. В небарионную включается масса тёмной материи и масса чёрных дыр^[6].

Масса и размер

Галактики не имеют чётких границ. Нельзя точно сказать, где кончается галактика и начинается межгалактическое пространство. К примеру, если в оптическом диапазоне галактика имеет один размер, то определяемый по радионаблюдениям межзвёздного газа радиус галактики может оказаться в десятки раз больше. От размера зависит и измеряемая масса галактики. Обычно под размером галактики понимают фотометрический размер изофоты 25-й звёздной величины с квадратной угловой секунды в фильтре B. Стандартное обозначение такого размера -- D₂₅^[8].

Масса дисковых галактик оценивается по кривой вращения в рамках некой модели. Выбор оптимальной модели галактики опирается как на форму кривой вращения, так и на общие представления о структуре галактики. Для грубых оценок массы эллиптических галактик необходимо знать дисперсию скоростей звёзд в зависимости от расстояния от центра и радиальное распределение плотности^[9].

Масса холодного газа в галактике определяется по интенсивности линии H I. Если регистрируемая плотность потока излучения от галактики или какой-либо её части равны F_н, то соответствующая масса равна

где D -- расстояние в мегапарсеках, поток выражен в янских.

Оценка массы молекулярного газа весьма сложна, так как спектр самой распространённой молекулы H₂ не имеет линий, возбуждаемых в холодном газе. Поэтому исходными данными являются интенсивности спектральных линий молекулы CO (I_CO). Коэффициент пропорциональности между интенсивностью излучения CO и его массой зависит от металличности газа. Но самая большая неопределённость связана с малопрозрачностью облака, из-за неё основная доля света, излучаемая внутренними областями, поглощается самим же облаком, таким образом, до наблюдателя доходит свет только от поверхности облаков.

9. Как связаны между собой белки и нуклеиновые кислоты

Белки и нуклеиновые кислоты являются биополимерами, состоящими из мономерных остатков - аминокислот (белки) или нуклеотидов (нуклеиновые кислоты). В состав белков и пептидов входят 20 канонических аминокислот, которые отличаются между собой структурой радикала R:

Существует также одна аминокислота - пролан:

Аминокислоты в белках соединены между собой пептидными связями:

В состав нуклеиновых кислот и олигонуклеотидов входят пять нуклеотидов, отличающихся между собой строением азотистого гетероцикла В. Три из них - производные аденина (А), гуанина (G) и цитозина (С) входят в состав и ДНК и РНК, производное тимина (Т) - только в ДНК, урацила (U) - только в РНК. Нуклеотиды в отличие от нуклеозидов содержат остаток фосфорной кислоты:

Если Х = ОН - это рибонуклеозид и рибонуклеотид, входящие в состав РНК. При Х = Н - это дезоксирибонуклеозид и дезоксирибонуклеотид, они входят в состав ДНК. Структура азотистых гетероциклов нуклеиновых кислот:

В нуклеиновых кислотах нуклеотиды соединены между собой фосфодиэфирными связями:

Строение нуклеиновых кислот, а также основные достижения их химии и биохимии описаны в статьях Д.Г. Кнорре.

Задачей химического синтеза белков и нуклеиновых кислот является соединение входящих в их состав мономеров в строго определенной последовательности. Схематически образование пептидной связи можно представить как конденсацию двух аминокислот с отщеплением молекулы воды:

Для образования межнуклеотидной связи также должно произойти соединение двух нуклеотидов с отщеплением молекулы воды:

Образующийся димер реагирует далее со следующим мономером (аминокислотой или нуклеотидом) с образованием тримера и т.д. Для проведения этих реакций необходимо выполнение следующих условий.

1. Нужно добиться селективности соединения мономерных звеньев. Например, карбоксильная группа первой аминокислоты должна прореагировать с аминогруппой второй аминокислоты, тогда как другие амино- и карбоксильная группы не должны участвовать в реакции. То же и в случае конденсации нуклеотидов - гидроксильная группа первого нуклеотида должна взаимодействовать с фосфатным остатком второго, но не наоборот. Для этого фрагменты, которые не участвуют в реакции, нужно блокировать с помощью специальных защитных групп.

2. Сами по себе карбоксильная и аминогруппы в аминокислотах (так же, как и фосфатная и гидроксильная группы в нуклеотидах) не реагируют друг с другом. Для проведения конденсации мономеров нужно активировать карбоксильную (фосфатную) группу.

3. Поскольку синтез проводится в несколько стадий, каждая реакция должна проходить с очень высоким выходом. В противном случае общий выход будет катастрофически падать с ростом длины целевого продукта. Например, для получения фрагмента длиной десять звеньев нужно провести девять реакций конденсации. При 90%-ном выходе на каждой стадии общий выход продукта составит 0,99 " 100 = 39%. Для синтеза фрагмента длиной 20 звеньев понадобится провести 19 реакций конденсации, и общий выход продукта составит всего 0,919 " 100 = 13,5%. Чтобы добиться получения значительного количества вещества при синтезе протяженных фрагментов белков и нуклеиновых кислот, выход на каждой стадии должен составлять 96-98%.

4. Все процессы - введение и удаление защитных групп, активация и конденсация - должны проводиться в мягких условиях, то есть без использования высоких температур, а также концентрированных растворов кислот или щелочей, что могло бы привести к образованию побочных продуктов и разрушению имеющихся и вновь образованных химических связей.

В настоящее время разработано большое число методов синтеза пептидов и олигонуклеотидов, удовлетворяющих этим условиям, подобраны удобные защитные группы и предложены способы активации карбоксильной и фосфатной групп.

10. Какие недарвинские эволюционные концепции вам известны

Синтетическая теория эволюции

Особую роль в становлении новых представлений о развитии сыграла генетика, которая составила основу неодарвинизма - теории органической революции путём естественного отбора признаков, детерминированных генетические. Другое общепринятое название неодарвинизма - синтетическая, или общая, теория эволюции (СТЭ), которая представляет собой синтез эволюционных идей Дарвина с новыми результатами исследований в области наследственности и изменчивости. Началом разработки СТЭ принято считать работы русского генетика С.С. Четверикова по популяционной генетике. Затем к этой работе подключились около 50 учёных из восьми стран.

Основные положение СТЭ можно свести к четырем утверждениям:

1) главным фактором эволюции считается естественный отбор, интегрирующий и регулирующий действие всех остальных факторов (мутагенеза, гибридизации, миграции, изоляции и т.д.);

2) эволюция протекает постепенно, посредством отбора случайных мутаций, а новые формы образуются через наследственные изменения;

3) эволюционные изменения случайные и ненаправленны. Исходные организации популяции и изменения внешних условий ограничивают и направляют наследственные изменения;

4) макроэволюция, ведущая к образованию надвидовых групп, осуществляется только посредством процессов микроэволюции. Каких либо специфических механизмов возникновения новых форм жизни не существует.

Однако и синтетическая теория эволюции имеет ряд трудностей, что ставит эволюционистов в трудное положение, и на которых основываются недарвиновские концепции эволюции. Что они могут возразить, если действительно никаких свидетельств якобы постоянно текущей тотальной эволюции не видно?

Религиозный креационизм

В религиозном креационизме существует множество различных течений, расходящихся в интерпретации естественнонаучных данных.

Буквалистский, или младоземельный, креационизм настаивает на буквальном следовании Книги Бытия Ветхого Завета, то есть что мир был создан в точности так, как это описано в Библии -- за 6 дней и около 6000 лет назад. Однако, согласно самой авторитетной в западном мире хронологии архиепископа английского и ирландского Джеймса Ушера (середина 17 века), это уникальное событие произошло в ночь с субботы на воскресенье 23 октября 4004 года до новой эры.

Наиболее активны в пропаганде буквалистского креационизма религиозные общины США. Здесь основная масса верующих - как протестантов, так и католиков, - считает библейский рассказ, точно и правильно отражающим историю возникновения человека. Столь буквалистское прочтение Библии характерно для фундаментальной религиозности. Свою роль играет и то, что в последние десятилетия вопрос о правоте или ложности теории эволюции был в США сильно политизирован. Во второй половине 20 века консервативное крыло республиканской партии приняло креационизм в качестве одного из пунктов своей партийной платформы, призванной сплотить вокруг республиканцев жителей «red-neck штатов» - Юга и Среднего Запада страны.

Верхушка католической церкви придерживается метафорического, или староземельного, подхода к креационизму. В нём «6 дней творения» -- универсальная метафора, адаптированная к уровню восприятия людей с различным уровнем знаний.

22 октября 1996 года пап Иоанн-Павел II обратился к Папской академии наук с посланием, где заявил, что выводы светских наук, касающиеся теории эволюции, в том числе и её роли в происхождении тела человека, основываются на прочных научных основаниях, подтвердив слова своего предшественника Пия XII «Humani Generis» (1950 год): «В вопросе о человеке и его происхождении между теорией эволюции и доктриной веры не будет противоречий, если мы сохраним незыблемые основные фундаментальные положения». Близкое миропонимание излагается в публикациях православных священников, протоиерея Александра Меня («История религии»), диакона Андрея Кураева («Может ли православный быть эволюционистом?») и протоиерея Глеба Каледы («Библия и наука о сотворении мира»).

Теория панспермии

Согласно теории панспермии, предложенной в 1865 году немецким ученым Г. Рихтером и окончательно сформулированной шведским ученым Аррениусом в 1895 году, жизнь могла быть занесена на Землю из космоса. Наиболее вероятно попадание живых организмов внеземного происхождения с метеоритами и космической пылью. Это предположение основывается на данных о высокой устойчивости некоторых организмов и их спор к радиации, глубокому вакууму, низким температурам и другим воздействиям. Или целенаправленно какими-то космическими существами была заселена Земля и, может быть, сейчас над нами ведется наблюдение. Но вопрос об изначальном возникновении жизни остается без ответа.

Теория абиогенеза (живое из неживого)

Эта теория была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Древнем Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель (384--322 гг. до н. э.), которого часто провозглашают основателем биологии, придерживался теории спонтанного зарождения жизни. Согласно этой гипотезе, определенные «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм. Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе.

Факты и эксперименты.

· Известный ученый Ван Гельмонт описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, тёмный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши Ван Гельмонт считал человеческий пот.

· В 1688 году итальянский биолог и врач Франческо Реди подошел к проблеме возникновения жизни более строго и подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. Реди установил, что маленькие белые червячки, появляющиеся на гниющем мясе, -- это личинки мух. Проведя ряд экспериментов, он получил данные, подтверждающие мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза).

Концепция биогенеза (биохимической эволюции)

В зависимости от того, что считается первичным, различают два методологических подхода к вопросу возникновения жизни:

· Генобиоз - методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на убеждении в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода.

· Голобиоз - методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на идее первичности структур, наделенных способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма.

Теория А.И. Опарина

В настоящее время наиболее широкое признание получила гипотеза о происхождении жизни на Земле, разработанная советским ученым академиком А. И. Опариным. Эта гипотеза исходит из предположения о постепенном возникновении жизни на Земле из неорганических веществ путем длительной абиогенной (небиологической) молекулярной эволюции.

Теория возникновения жизни, предложенная советским ученым Александром Опариным (1894-1980) надолго стала одной из самых влиятельных в научном мире. Данная теория описывает жизнь с позиций материалистической методологии и постулирует самозарождение жизни под воздействием физико-химических процессов, протекающих в условиях первобытной Земли. Теория Опарина, таким образом, является теорией химической эволюции. А.И. Опарин полагал, что первоначально имело место образование белковоподобных соединений, комплексных коллоидных систем «коацерватов» и затем первичных живых тел.

Суть теории Опарина заключается в следующем:

1. Первобытная Земля имела разреженную (то есть лишенную кислорода) атмосферу.

2. Когда на эту атмосферу стали воздействовать различные естественные источники энергии - например, грозы и извержения вулканов - то при этом начали самопроизвольно формироваться основные химические соединения, необходимые для органической жизни.

3. С течением времени молекулы органических веществ накапливались в океанах, пока не достигли консистенции горячего разбавленного бульона. Однако в некоторых районах концентрация молекул, необходимых для зарождения жизни, была особо высокой, и там образовались нуклеиновые кислоты и протеины.

4. Некоторые из этих молекул оказались способны к самовоспроизводству.

5. Взаимодействие между возникшими нуклеиновыми кислотами и протеинами, в конце концов, привело к возникновению генетического кода.

6. В дальнейшем эти молекулы объединились, и появилась первая живая клетка.

7. Первые клетки были гетеротрофами, они не могли воспроизводить свои компоненты самостоятельно и получали их из бульона. Но со временем многие соединения стали исчезать из бульона, и клетки были вынуждены воспроизводить их самостоятельно. Так клетки развивали собственный обмен веществ для самостоятельного воспроизводства.

8. Благодаря процессу естественного отбора из этих первых клеток появились все живые организмы, существующие на Земле.

Данная теория является наиболее логичной и доказательной, признается большинством ученых, имеет экспериментальные доказательства некоторых этапов(опыты C. Миллера по синтезу аминокислот в 1955 г.). Но все же вопрос как из неживых коацерватных капель, возникли живые клетки, остается без ответа. На сегодняшний день не существует ни одной идеальной со всех позиций теории возникновения жизни на Земле. Каждая из теорий имеет свои недостатки и преимущества и имеет право на существование. Какую из них выберете вы, решайте сами.

Размещено на Allbest.ru