Хаос, элементарные частицы, концепции происхождения живого

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Элементарные частицы

Наше понимание базовой структуры материи развивалось постепенно. Атомная теория строения вещества показала, что не все в мире устроено так, как кажется на первый взгляд, и что сложности на одном уровне легко объясняются на следующем уровне детализации. На протяжении всего ХХ века, после открытия структуры атома (то есть после появления модели атома Бора), усилия ученых были сосредоточены на разгадке структуры атомного ядра.

Первоначально предполагалось, что в атомном ядре существует только два типа частиц -- нейтроны и протоны. Однако, начиная с 1930-х годов, ученые все чаще стали получать экспериментальные результаты, необъяснимые в рамках классической модели Бора. Это навело ученых на мысль, что на самом деле ядро представляет собой динамичную систему разнообразных частиц, чье скоротечное образование, взаимодействие и распад играют ключевую роль в ядерных процессах. К началу 1950-х годов изучение этих элементарных, как их назвали, частиц вышло на передний край физической науки.

Основной метод изучения элементарных частиц состоит в том, что ядро-мишень бомбардируется мощным пучком протонов или электронов, а ученые ведут наблюдения за осколками ядра, образующимися в результате столкновений. Согласно теории относительности, кинетическая энергия быстрых частиц может быть преобразована в массу по знаменитой формуле

E = mc2,

так что новые виды частиц могут образовываться (и реально образуются) в изобилии.

Начиная с 1930-х годов ученые занимались изучением воздействия космических лучей на ядра-мишени. Космические лучи представляют собой потоки быстрых частиц (в основном протонов), образующиеся в результате различных процессов во Вселенной и постоянно изливаемые в земную атмосферу. Этим подарком природы в виде дождя частиц с высокими энергиями физики и не преминули воспользоваться. В 1950-е годы были разработаны и построены первые установки под названием «ускорители элементарных частиц», на которых стало возможным одним нажатием кнопки искусственно получать направленные, управляемые потоки быстрых частиц с высокими энергиями. За последующие десятилетия физикам удалось открыть более двухсот различных элементарных частиц.

За исключением протона и электрона все эти частицы нестабильны, то есть очень скоро распадаются на другие элементарные частицы (за пределами ядра быстрому распаду подвержен даже нейтрон). Однако для участия во внутриядерных процессах частице хватает и мизерного времени существования, достаточного для перемещения в пределах границ ядра.

Элементарные частицы подразделяются на два класса:

Лептоны

К классу лептонов относятся частицы, которые, подобно электрону, не участвуют в водовороте внутриядерных взаимодействий. На сегодня известно шесть таких частиц. К одному семейству с электроном относятся мюоны и тау-частицы, которые похожи на электрон, но массивнее его. Обе эти тяжелые частицы нестабильны и со временем распадаются на несколько продуктов, включая электрон. Также имеется три электрически нейтральные частицы с нулевой (или близкой к нулю, на этот счет ученые до конца не определились) массой, получившие название нейтрино. Каждая из трех разновидностей нейтрино парна одной из трех частиц электронного семейства. Слово «лептон» происходит от греческого leptos, что значит «маленький».

Адроны

К адронам относят частицы, существующие внутри атомного ядра. Самые известные из них -- это протон и нейтрон, но быстро распадающихся родственников у них сотни . За исключением протона все они нестабильны, и их можно классифицировать по составу частиц, на которые они распадаются. Если среди конечных продуктов распада частицы имеется протон, ее называют «барион» (от греческого barys -- «тяжелый»); если же протона среди продуктов распада нет, частица называется «мезон» (от греческого mesos -- «средний»). Сам термин «адрон» происходит от греческого hadros («большой»).

Сумбурная картина субатомного мира, усложнявшаяся с открытием каждого нового адрона, уступила место новой простой картине с появлением концепции кварков. Согласно кварковой модели все адроны (но не лептоны) состоят из еще более элементарных частиц. Барионы состоят из трех кварков, а мезоны -- из пары кварк--антикварк .

Вышеописанные элементарные частицы являются своего рода строительным материалом атомного ядра -- кирпичиками, из которых сложена Вселенная. Другая группа частиц, калибровочные бозоны (к их числу относятся и фотоны), -- носители сил, удерживающих элементарные частицы вместе, это своего рода цемент, которым скреплена Вселенная.

2. Понятие и причины "хаоса"

хаос элементарная частица происхождение жизнь

Понятие хаоса играло немаловажную роль на протяжении всей истории развития человеческой мысли.

С хаосом связывались представления о гибельном беспорядке, о неразличимой пучине, зияющей бездне. Собственно, такое представление является наиболее распространенным и в обыденной жизни.

Тем не менее, идея первичного хаоса, из которого потом все родилось, также достаточно распространена в древних мифах, в восточной философии, в учениях древних греков.

И в ведийских "Ригведах", и в учении Платона мы встречаемся с мыслью о превращении изначального Хаоса в Космос, о возникновении из него "жизнедеятельного".

Хаос в переводе с греческого означает бесформенное состояние мира, бесконечное пространство, неупорядоченную первопотенцию мира.

Хаос - понятие, происходящее от греческого "зев", "зияние", разверстое пространство.

Как первичное бесформенное состояние материи и первопотенция мира, хаос, разверзаясь, извергает из себя ряды животворно оформленных элементов.

В досократовской философии хаос - это начало всякого бытия. Ферекид отождествлял хаос с водой как первопотенцией. Это начало и конец бытия, принцип универсального порождения и всевмещающего поглощения. В трактовке хаоса присутствует интуиция воды.

Фалес считал, что мир возник из воды (принятием такого взгляда можно объяснить значение воды в жизни). Ферекид воду также называет хаосом, заимствовав это у Гесиода, который считал, что прежде всего возник хаос.

Можно предположить, что отождествление хаоса с водяной стихией - это результат соединения с первообразом Океана, который является прародителем всего у Гомера.

Впечатляет первое историческое описание хаоса - сказание о Всемирном потопе.

Воды хлынули из-под земли, вздувшись до горных вершин. Разрушительный ливень, буря, смерч, гроза, т.е. великая катастрофа, уничтожившая почти весь человеческий род. История эта очень широко распространена по всему миру.

Хаос Гесиода - это некое вместилище мира, мировое пространство, которое ассоциируется с образом зияющей темной "бездны", "зияющим разрывом".

Древнегреческое слово хаос происходит от глагола "хайно", что означает "раскрываюсь", "разверзаюсь". Хаос Гесиода - это безначальное, всеобнимающее и порождающее начало. Его поддерживал и Аристотель.

У Еврипида хаос - это пространство между небом и землей. Впоследствии хаос начинает пониматься как первозданное беспорядочное состояние элементов, но с присоединением творчески оформляющего начала.

У неоплатоников хаос выступает в качестве начала, производящего разъединение и становление в умопостигаемом мире.

Хаос наделен формообразующей силой не только в интуициях античного мира. Не только Левкипп и Демокрит впускают в свою космогоническую теорию всеобщее рассеяние вещества, вихри и беспорядочное движение атомов.

Лукреций говорил о разрушении законов рока, об отклонении от первоначал. Платон, описывая рождение Вселенной, даже предполагает вид беспорядочной причины вместе со всеми способами действия.

Хаос как беспорядочное буйство стихий все раскрывает, разверстывает, всему дает возможность выйти наружу.

В этом качестве он выступает как основа мировой жизни, как нечто живое, животворное. К такому пониманию в большей мере тяготела языческая Эллада, чем Рим.

В трагедиях Сенеки многократно встречается взывание страдающих и гибнущих к всепоглощающему хаосу. Героев трагедий римлянина Сенеки хаос страшит. Он мрачен, слеп и алчен и всякий раз готов поглотить в разверстой бездне отчаявшихся и обезумевших.

В Греции же хаос - жизнерадостный, жизнью упоенный, славящий вакханалии, олицетворен культом Диониса (в греческой мифологии бога виноградарства и виноделия).

Но бог животворящих восторгов никогда не был богом обилия и покоя в достигнутой цели. Он - бог бесчисленных возможностей, бесконечно разверзающихся в несказанной полноте и силе и через миг исчезающих для новой смены - такова блистательная характеристика Дионисова культа.

Итак, хаос совмещает в себе принципы универсального порождения и универсального поглощения, является излюбленным образом античной философии на протяжении всей ее истории.

Хаос - это не только буйство слепых стихий, сумбур необузданных страстей и желаний, искушение абсурдным действием.

Это еще рождение новых возможностей, их спонтанное появление в бурлящем, клокочущем вихре перемен. Слепой и алчный хаос делает непостижимым тайну хаоса творческого.

2.1 Хаос и мифы

Этот вопрос уже частично затронут в предыдущем изложении.

Мифология - это совокупность мифов, рассказов, предания, повествования о жизни богов, героев, демонов, духов.

Одна из существенных особенностей мифотворчества заключена в стремлении компенсировать фундаментальную потребность всего живого способствовать понижению меры хаоса.

Заполняя пустоты неведомого ("природа не терпит пустоты"), расширяя могущество человека до масштабов всеведения, миф всегда был направлен на упорядочивание чувственной сферы.

Но жизнь социального организма не строится по законам мифов. Поиски принципов гармонизации мира как целого выступали ведущей чертой философских систем, начиная от Сократа и кончая Хакеном, творцом синергетики - теории самоорганизации.

Зло и мрак, хаос и бездна не вписываются во всеобщую гармонию и мыслились изначально как чуждые.

Неузнаваемо искажая зеркальное отражение божественной красоты, они пугали существо, устремленное к всеобщей благодати, и поэтому объявлялись запредельными и вытеснялись на "тот свет". И тем не менее искусство и литература увековечили тему "пляски смерти", а демонология и демономания приобрели широкое распространение.

2.2 Примеры хаоса

Хаос - широко распространенное нелинейное явление, которое встречается во всех дисциплинах. Это реальное устойчивое явление.

Наверняка, многие исследователи обращали свой взор на хаос, приняв его за шум. Однако хаос возникает не только в искусственных системах, но и в любых системах, в том числе и в живых, где встречается нелинейность.

Проявление хаоса разнообразно. Это турбулентные клубы сигаретного дыма; водный след за судном на подводных крыльях; вихреобразное образование по ходу плывущего судна; внезапная потеря управления космическим кораблем; неожиданная выдача ЭВМ огромного потока случайных данных; разрушительное действие компьютерного вируса; возникновение фибрилляции сердца у сердечного больного; случайное перемещение магнитных полюсов Земли за последнее тысячелетие.

Хаос - это события, способные приводить к катастрофам. Потеря устойчивости рождает турбулентность. Не случайно в восточной философии распространен графический образ хаоса в виде завихрений.

Вихреобразные рисунки и аналогичная символика на японских кимоно - наиболее узнаваемые признаки восточной символики, интуитивно навевающие образ хаоса. Возникающий мир дает начало всем вещам и миру в природе.

Сообщения о тех или иных проявлениях хаоса встречаются почти во всех научных дисциплинах: астрономии, физике, биологии, биофизике, химии, машиноведении, геологии, медицине, математике, теории плазмы, общественных науках и т.д.

В теории хаоса хаос представляет собой довольно необычную форму поведения какой-либо системы в уравновешенном состоянии.

Характер системы оказывается настолько чувствительным к начальным условиям, что долговременное прогнозирование поведения становится невозможным.

3. Концепции происхождения живого

Еще в глубокой древности люди задавали себе вопросы: откуда произошла живая природа? Как появилась жизнь? Где та грань, через которую природа перешагнула при переходе от неживого к живому? Почему живые системы для своего построения выбрали молекулы лишь с определенной пространственной организацией.

Проблема происхождения живого решалась довольно просто, пока ученые находились в счастливом неведении относительно сущности живого, как, впрочем, и того, что представляла собой Земля в младенчестве.

3.1 Идея самопроизвольного происхождения жизни

Первая идея, которая была выдвинута, -- это идея самопроизвольного зарождения жизни. Эмпедокл, например, считал, что все дышащее обязано своим существованием самозарождению отдельных органов -- рук, ног, лап, голов, сердец, которые затем, случайно комбинируясь, складывались в тела и достигали в конце концов вполне удачных комбинаций.

Лет за сто до него Анаксимандр с поразительной для своего времени прозорливостью утверждал, что путь к высшим организмам природа начинала с более примитивных, и, пожалуй, впервые выдвинул идею эволюции природы. Но и он за исходную субстанцию брал сложный природный продукт -- морской ил. По его мнению, живые существа зародились во влажном иле, который когда-то покрывал землю. Когда Земля стала высыхать, влага скапливалась в углублениях, в результате чего образовывались моря, а некоторые животные вышли на сушу. Среди них были разнообразные существа, в чреве которых развивались люди. Когда люди выросли, покрывавшая их чешуйчатая оболочка развалилась.

Эта идея самопроизвольного зарождения организмов, видимо, представлялась многим поколениям наших далеких предков очень убедительной, так как просуществовала, не меняясь, долгие века. Самопроизвольное зарождение лягушек, мышей, саламандр, ягнят и т.п. из различных материальных образований, в том числе гниющей земли, отбросов и иных объектов, рассматривалось многими выдающимися умами и мыслителями: Аристотелем, Коперником, Декартом, Галилеем, и именно благодаря этому идея имела столь широкое распространение и просуществовала так долго.

3.2 Опыты Пастера, доказывающие происхождение живого от живого

В XVII в. опыты Реди показали, что без мух черви в гниющем мясе не обнаружатся, а если прокипятить органические растворы, то микроорганизмы в них не смогут зарождаться (суждение, известное сейчас любой хозяйке, занимающейся консервированием продуктов). И только в 60-х гг. XIX в. Пастер (1822--1895) в своих опытах продемонстрировал, что микроорганизмы появляются в органических растворах только потому, что туда раньше был внесен зародыш. Пастером фактически была открыта природа брожения. Он ввел методы асептики и антисептики, а в 1888 г. создал и возглавил институт микробиологии (впоследствии Пастеровский институт).

Термин пастеризация произошел от фамилии этого ученого. Пастеризация означает способ уничтожения микробов в жидкостях и пищевых продуктах однократным нагреванием до температуры ниже 100 °С (обычно 60-- 70 °С) с различной выдержкой (чаще всего 15--30 минут). Способ этот был предложен Л. Пастером и применяется для консервирования молока, вина, пива.

Являясь основоположником современной микробиологии и иммунологии, Л.Пастер известен также своими работами по асимметрии молекул, которые легли в основу стереохимии -- области науки, изучающей пространственное строение молекул и влияние его на физические свойства, а также на направление и скорость реакций. Молекулярная асимметрия, открытая Л. Пастером, явилась одним из доказательств земного происхождения жизни и имела огромное значение для понимания особенностей мирового эволюционного процесса.

Таким образом, опыты Пастера имели двоякое значение:

1. Доказали несостоятельность концепции самопроизвольного зарождения жизни.

2. Обосновали идею о том, что все современное живое происходит только от живого.

3.3 Гипотеза занесения живых существ на Землю из космоса

Примерно в тот же период, когда Пастер продемонстрировал свои опыты, немецкий ученый Г. Рихтер (1865 г.) разработал гипотезу занесения живых существ на Землю из космоса. Зародыши могли попасть на Землю вместе с метеоритами и космической пылью и положить начало эволюции живого, которая породила все многообразие земной жизни. Эта концепция называлась концепцией панспермии. Ее разделяли такие ученые, как Г. Гельмгольц, У. Томсон, что способствовало ее широкому распространению среди ученых. Но она не получила научного доказательства, так как примитивные организмы или зародыши должны были погибнуть под действием ультрафиолетовых и космических лучей.

3.4 Гипотеза Опарина

В 1924 г. вышла книга “Происхождение жизни” советского ученого А. И. Опарина, где он теоретически и экспериментально доказал, что органические вещества могут образовываться абиогенным путем при действии электрических зарядов, тепловой энергии, ультрафиолетовых лучей на газовые смеси, содержащие пары воды, аммиака, метана и др. Под влиянием различных факторов природы эволюция углеводородов привела к образованию аминокислот, нуклеотидов и их полимеров, которые по мере увеличения концентрации органических веществ в первичном бульоне гидросферы способствовали образованию коллоидных систем, которые, выделяясь из окружающей среды и имея неодинаковую внутреннюю структуру, по-разному реагировали на внешнюю среду. Превращению углеродистых соединений в химический период эволюции способствовала атмосфера с ее восстановительными свойствами, которая потом стала приобретать окислительные свойства, что свойственно атмосфере и в настоящее время.

3.5 Современные концепции происхождения жизни

Сегодня проблема происхождения жизни исследуется широким фронтом различных наук. В зависимости от того, какое наиболее фундаментальное свойство живого исследуется и преобладает в данном изучении (вещество, информация, энергия), все современные концепции происхождения жизни можно условно разделить:

1. Концепция субстратного происхождения жизни (ее придерживаются биохимики во главе с А. Опариным).

2. Концепция энергетического происхождения (И. Пригожин, А. Волькенштейн).

3. Концепция информационного происхождения (ее развивали А.Н. Колмогоров; А.А. Ляпунов, Д.С. Чернавский и др.).

Из конкретных концепций, получивших сегодня признание, кроме гипотезы Опарина о путях эволюции обмена веществ можно выделить концепцию о передаче наследственной информации (см. ТЕМУ 19.2.3.1) английского ученого Д. Холдейна (1892--1964), имевшего труды по генетике, биохимии, применению математических методов в биологии.

Все концепции ставят целью определить тот низший порог, с которого начинает действовать естественный отбор на биологическом уровне, а значит, начинают функционировать биологические законы. Однако ниже этой границы действуют другие законы -- закономерности эволюционной химии, т.е. совсем иная форма естественного отбора.

В 1969 г. А. П. Руденко предложил химический аспект происхождения жизни. Используя положение Ч. Дарвина о естественном отборе и принцип усложнения и прогрессивной направленности эволюции, он заложил теоретическую базу эволюционной химии.

Современные биологи доказывают, что универсальной формулы жизни (т.е. такой, которая исчерпывающе отображала бы ее сущность) нет и не может быть. Такое понимание предполагает исторический подход к биологическому познанию как постижению сущности жизни, в ходе чего менялись и сами концепции происхождения жизни и представления о тех формах, в которых такое познание возможно.

Размещено на Allbest.ru