Интересные факты естествознания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Физическое состояние Вселенной

Космос (от греч. hosmos - мир) - термин, идущий из древнегреческой философии для обозначения мира как структурно организованного и упорядоченного целого. Космосом греки называли Мир упорядоченный, прекрасный в своей гармонии в отличие от Хаоса - первозданной сумятицы. Сейчас подкосмосом понимают все находящееся за пределами атмосферы Земли. Иначе космос называют Вселенной (место вселения человека).

Вселенная - окружающий нас мир, бесконечный в пространстве, во времени и по многообразию форм заполняющего его вещества и его превращений. Вселенную в целом изучает астрономия.

Астрономия (от греч. astron - звезда, nomos - наука) - наука о движении, строении, возникновении, развитии небесных тел, их систем и Вселенной в целом.

Основной метод получения астрономических знаний - наблюдение, поскольку, за редким исключением, эксперимент при изучении Вселенной невозможен.

Современная астрономия включает в себя несколько более узких научных дисциплин - астрофизику, астрохимию, радиоастрономию и др. Интенсивно развивается космология - раздел астрономии, тесно связанный с физикой.

Космология близко соприкасается с космогонией (от греч. hosmos - мир, gonos - рождение), разделом астрономии, изучающим происхождение космических объектов и систем. Вместе с тем подход космологии и космогонии к изучаемым явлениям различен - космология изучает закономерности всей Вселенной, а космогония рассматривает конкретные космические тела и системы.

Мир един, гармоничен и одновременно имеет многоуровневую организацию. Вселенная - это мегамир. Нет жесткой границы, однозначно разделяющей микро-, макро- и мегамиры. При несомненном качественном отличии они взаимосвязаны. Так, наша Земля представляет макромир, но в качестве одной из планет Солнечной системы она одновременно выступает и как элемент мегамира. Вселенная представляет собой упорядоченную систему отдельных взаимосвязанных элементов различного порядка. Это небесные тела (звезды, планеты, спутники, астероиды, кометы), планетные системы звезд, звездные скопления, галактики.

Звезды - гигантские раскаленные самосветящиеся небесные тела.

Планеты - холодные небесные тела, которые обращаются вокруг звезды.

Спутники (планет) - холодные небесные тела, которые обращаются вокруг планет.

Например: Солнце - это звезда, Земля - это планета, Луна - это спутник Земли. Небесные тела, находящиеся в зоне существенного действия силы тяготения звезды, образуют ее планетную систему.

Так, Солнечная система (или планетная система) - совокупность небесных тел - планет, их спутников, астероидов, комет, обращающихся вокруг Солнца под действием силы его тяготения. В Солнечную систему входят 9 планет, их спутники, свыше 100 тысяч астероидов, множество комет.

Астероиды (или малые планеты) - небольшие холодные небесные тела, входящие в состав Солнечной системы. Имеют диаметр от 800 км до 1 км и менее, обращаются вокруг Солнца по тем же законам, по которым движутся и большие планеты.

Кометы - небесные тела, входящие в состав Солнечной системы. Имеют вид туманных пятнышек с ярким сгустком в центре - ядром. Ядра комет имеют маленькие размеры - несколько километров. У ярких комет при приближении к Солнцу появляется хвост в виде светящейся полосы, длина которого может достигать десятков миллионов километров.

Звезды вместе с их планетными системами и межзвездной средой образуют галактики. Галактика - гигантская звездная система, насчитывающая более 100 млрд звезд, обращающихся вокруг ее центра. Внутри галактики отмечают звездные скопления. Звездные скопления - группы звезд, разделенные между собой меньшим расстоянием, чем обычные межзвездные расстояния. Звезды в такой группе связаны общим движением в пространстве и имеют общее происхождение. Галактики образуют метагалактику. Метагалактика - грандиозная совокупность отдельных галактик и скоплений галактик.

При изучении объектов Вселенной имеют дело со сверхбольшими расстояниями. Для удобства при измерении таких сверхбольших расстояний в космологии используют специальные единицы:

Астрономическая единица (а. е.) соответствует расстоянию от Земли до Солнца - 150 млн км.

Световой год - расстояние, которое световой луч, движущийся со скоростью 300 000 км/с, проходит за один год.

Парсек (пк) - расстояние, равное 3,3 светового года.

Задачей современной астрономии является не только объяснение данных астрономических наблюдений, но и изучение эволюции Вселенной (от лат. evolution - развертывание, развитие). Эти вопросы рассматривает космология - наиболее интенсивно развивающаяся область астрономии.

Изучение эволюции Вселенной основано на следующем:

универсальные физические законы считаются действующими во всей Вселенной;

выводы из результатов астрономических наблюдений признаются распространимыми на всю Вселенную;

истинными признаются только те выводы, которые не противоречат возможности существования самого наблюдателя, то есть человека (антропный принцип).

При изучении Вселенной невозможно провести эмпирическую проверку результатов исследования, поэтому выводы космологии называют не законами, а моделями происхождения и развития Вселенной.

Молель (от лат. modulus - образец, норма) - это схема определенного фрагмента природной или социальной реальности (оригинала), возможный вариант его объяснения. В процессе развития науки старая модель заменяется новой моделью.

В основе современной космологии лежит эволюционный подход к вопросам возникновения и развития Вселенной, в соответствии с которым разработана модель расширяющейся Вселенной.

Ключевой предпосылкой создания модели эволюционирующей расширяющейся Вселенной послужила общая теория относительности А. Эйнштейна. Объектом теории относительности выступают физические события. Физические события характеризуют понятия пространства, времени, материи, движения, которые в теории относительности рассматриваются в единстве. Исходя из единства материи, пространства и времени следует, что с исчезновением материи исчезли бы и пространство, и время. Таким образом, до образования Вселенной не было ни пространства, ни времени. Эйнштейн вывел фундаментальные уравнения, связывающие распределение материи с геометрическими свойствами пространства, с ходом времени и на их основе в 1917 г. разработал статистическую модель Вселенной.

Согласно этой модели, Вселенная обладает следующими свойствами:

- однородностью, то есть имеет одинаковые свойства во всех точках;

- изотропностью, то есть имеет одинаковые свойства по всем направлениям.

Из теории относительности следует, что искривленное пространство не может быть стационарным: оно должно или расширяться, или сужаться. Таким образом, Вселенная обладает еще одним свойством - нестационарностью. Впервые вывод о нестационарности Вселенной сделал А. А. Фридман, российский физик и математик, в 1922 г.

В 1929 г. американский астроном Эдвин Хаббл открыл так называемое красное смещение.

Красное смешение - это понижение частот электромагнитного излучения: в видимой части спектра линии смешаются к его красному концу.

Сущность этого явления заключается в следующем: при удалении от нас какого-либо источника колебаний воспринимаемая нами частота колебаний уменьшается, а длина волны, соответственно, увеличивается, поэтому при излучении происходит «покраснение», то есть линии спектра сдвигаются в сторону более длинных красных волн. Э. Хаббл исследовал спектры дальних галактик и установил, что их спектральные линии смещены в сторону красных линий, что означает «разбегание» галактик. Последующие исследования показали: галактики с большой скоростью удаляются не только от наблюдателя, но и друг от друга. При этом скорость «разбегания» галактик, исчисляемая десятками тысяч километров в секунду, прямо пропорциональна расстоянию между ними. Так был установлен факт расширения Вселенной.

На основе результатов проведенных исследований Э. Хаббл сформулировал важный для космологии закон (закон Хаббла):

Чем дальше галактики отстоят друг от друга, тем с большей скоростью они удаляются друг от друга.

Это означает, что Вселенная нестационарна: она находится в состоянии постоянного расширения.

Из положения о том, что Вселенная в настоящее время находится в состоянии расширения, ученые, оперируя математическими моделями, пришли к заключению, что когда-то, в далеком прошлом, она должна была находиться в сжатом состоянии. Расчеты показали, что 13-15 млрд лет назад материя нашей Вселенной была сконцентрирована в необычайно малом объеме, и имела огромную плотность. Следовательно, начальное состояние Вселенной - так называемая «сингулярная точка» - характеризуется практически бесконечными плотностью и кривизной пространства, сверхвысокой температурой. Полагают, что наблюдаемая сейчас Вселенная возникла благодаря гигантскому взрыву этой исходной космической материи - Большому взрыву Вселенной. Представление о Большом взрыве является составной частью модели расширяющейся Вселенной. Концепция Большого взрыва, логично объясняя многие моменты эволюции Вселенной, не отвечает на вопрос, из чего же она возникла. Эту задачу решает теория инфляции.

Теория инфляции, или теория раздувающейся Вселенной, возникла не в противовес, а в дополнение и развитие концепции Большого взрыва. Как следует из этой теории, Вселенная возникла из ничего. «Ничего» в научной терминологии называется вакуумом. В соответствии с современными научными представлениями в вакууме отсутствуют физические частицы, поля и волны. Однако в нем имеются виртуальные частицы, которые рождаются за счет энергии вакуума и тут же исчезают. Когда вакуум по какой-то причине в некоторой точке возбудился и вышел из состояния равновесия, то виртуальные частицы стали захватывать энергию без отдачи и превращаться в реальные частицы. Этот период зарождения Вселенной и называют фазой раздувания (или инфляции). В фазе инфляции пространство нашей Вселенной увеличивается от миллиардной доли размера протона до нескольких сантиметров. Такое расширение во много раз больше, чем предполагалось в концепции Большого взрыва. К концу фазы раздувания Вселенной образовалось огромное множество реальных частиц вместе со связанной ими энергией.

При разрушении возбужденного вакуума высвободилась гигантская энергия излучения, а некая суперсила сжала частицы в сверхплотную материю. Из-за необычайно высокой температуры и огромного давления Вселенная продолжала раздувание, но теперь уже с ускорением. В итоге сверхплотная и сверхгорячая материя взорвалась. В момент Большого взрыва тепловая энергия превращается в механическую и гравитационную энергии масс. Это означает, что Вселенная рождается в соответствии с законом сохранения энергии.

Таким образом, основная идея теории инфляции состоит в том, что Вселенная на ранних стадиях своего возникновения имела неустойчивое вакуумоподобное состояние с большой плотностью энергии. Эта энергия, как и исходная материя, возникла из квантового вакуума, то есть из ничего. Объясняя происхождение Вселенной из возбужденного вакуума, теория инфляции пытается решить одну из основных проблем мироздания - проблему возникновения всего (Вселенной) из ничего (из вакуума).

В середине XX в. формулируется концепция горячей Вселенной. Согласно данной концепции, на ранних этапах расширения, вскоре после Большого взрыва, Вселенная была очень горячей: излучение доминировало надвеществом. При расширении температура падала, и с некоторого момента пространство стало для излучения практически прозрачным. Излучение, сохранившееся с начальных моментов эволюции (реликтовое излучение), равномерно заполняет всю Вселенную до сих пор. Вследствие расширения Вселенной температура этого излучения продолжает падать. В настоящее время она составляет 2,7 К Открытие реликтового излучения в 1965 г. явилось наблюдательным обоснованием концепции горячей Вселенной. Было выявлено фундаментальное свойство Вселенной - она горячая. Таким образом, в соответствии с моделью, разработанной на основе теории относительности, расширяющаяся Вселенная - однородная, изотропная, нестационарная и горячая

Убедительными аргументами, подтверждающими обоснованность космологической модели расширяющейся Вселенной, являются установленные факты. К числу таких фактов относятся следующие:

- расширение Вселенной в соответствии с законом Хаббла;

- однородность светящейся материи на расстояниях порядка 100 Мпк;

- существование реликтового фона излучения с тепловым спектром, соответствующим температуре 2,7 К.

Возраст Вселенной, согласно современной космологической концепции ее происхождения и развития, исчисляется с начала расширения и оценивается в 13 -15 млрд лет. Современная астрономия интенсивно развивается: открыты новые космические объекты, установлены ранее неизвестные факты. К числу сравнительно недавно открытых космических объектов относятся квазары, нейтронные звезды, черные дыры.

Квазары - мощные источники космического радиоизлучения, которые, как предполагают, являются самыми яркими и далекими из известных сейчас небесных объектов.

Нейтронные звезды - предполагаемые звезды, состоящие из нейтронов, образующиеся, вероятно, в результате вспышек сверхновых звезд.

Черные дыры (или «застывшие звезды», «гравитационные могилы») - объекты, в которые, как предполагают, превращаются звезды на заключительной стадии своего существования. Пространство черной дыры как бы вырвано из пространства метагалактики: вещество и излучение «проваливаются» в нее и не могут «выйти» обратно.

Исследование предельно далеких галактик привело к неожиданному открытию, вызвавшему кардинальный пересмотр представлений о динамике расширения Вселенной и о роли в ней обычной материи. Было установлено, что в настоящее время Вселенная расширяется ускоренно. Агент, вызвавший это ускорение, получил название темной энергии. Природа темной энергии пока неизвестна.

Вновь установленные факты изучаются с позиций эволюционного подхода к решению вопросов о происхождении и развитии Вселенной, согласно которому Вселенная выступает как результат дифференциации и усложнения форм организации материи.

Формы галактик и их характеристики

Вселенная образована огромным количеством галактик. Галактика (от греч. galaktikos - молочный, млечный) - звездная система, в свою очередь образованная звездами различных типов, звездными скоплениями. Помимо звездв состав галактик могут входить газовые, пылевые туманности и др. Разным галактикам соответствуют различные, но вполне определенные элементы. Состав галактик зависит от ее возраста и условий развития. Полагают, что среднее расстояние между галактиками 2 млн световых лет, а типичная скорость движения галактик - около 1000 км/с. Согласно расчетам, для прохождения расстояния до ближайшей галактики-соседки требуется около 1 млрд лет, и возможность столкновения любой галактики с себе подобной галактикой не исключена.

Галактик - миллиарды, и в каждой из них насчитываются миллиарды звезд. Предположения о множественности галактик высказывались еще в середине VIII в., но доказательства их существования появились только в первой четверти XX в. Галактики образуют метагалактику (Вселенную), размеры которой оцениваются в 15-20 млрд световых лет, а возраст - в 13-15 млрд лет. Некоторые галактики излучают радиоволны с потрясающей мощностью. Предполагают, что в них существует магнитное поле, тормозящее движение находящихся там элементарных частиц, а это вызывает радиоизлучение.

В 60-х гг. XX в. были открыты квазары - квазизвездные радиоисточники - самые мощные источники радиоизлучения во Вселенной со светимостью в сотни раз большей светимости галактик и размерами в десятки раз меньшими их. Природа квазаров пока неясна. Возможно, квазары представляют собой ядра новых галактик, а значит, процесс образования галактик продолжается и поныне.

Галактики имеют свой центр (ядро), они различаются по форме, в соответствии с которой их классифицируют как:

спиральные;

эллиптические;

шаровые;

неправильные.

Вследствие удаленности галактик свет от входящих в них миллиардов звезд сливается, создавая впечатление светящегося туманного вещества, поэтому галактики получили название туманностей.

Ближайшая к нам большая галактика - наблюдаемая в созвездии Андромеды туманность - Туманность Андромеды. Это спиральная галактика, находящаяся от на нас расстоянии около 2 млн световых лет. Она была открыта в 1917 г. как первый внегалактический объект. В 1923 г. путем спектрального анализа в этом объекте были обнаружены звезды и таким образом доказана его принадлежность к другой галактике. Туманность Андромеды имеет спутники эллиптической или шаровидной формы - более мелкие галактики. Еще одна спиральная галактика находится в созвездии Треугольника. По размерам она меньше Туманности Андромеды и не имеет спутников.

Галактики образуют группы галактик. Таких групп во Вселенной множество, они могут быть малыми и большими. Так, огромное облако, наблюдаемое в созвездии Девы, состоит из сотен галактик. В состав одной из групп - Местного скопления - входят спиральные галактики вместе со своими спутниками: Туманность Андромеды, галактика в созвездии Треугольника и наша Галактика.

Наша Галактика - это звездная система, в которую входят все звезды, видимые в созвездиях, и все звезды Млечного Пути, а также газовые и пылевые туманности.

Пылевые туманности - облака в межзвездном пространстве, образованные очень мелкой космической пылью.

Космическая пыль препятствует прохождению света от звезд, поглощая его. В большей степени поглощается коротковолновая, сине-зеленая часть спектра, поэтому свет звезд становится более желтоватым и даже красноватым. Космическая пыль является существенной помехой для исследований, поскольку она искажает свет звезд, ослабляет их блеск, а более далекие из них делает совсем невидимыми. Полагают, что в малой доле космическая пыль образуется от столкновения и разрушения мелких твердых тел, но в своей основной массе она возникает, вероятно, вследствие сгущения межзвездного газа.

Межзвездный газ был обнаружен по линиям поглощения в спектрах звезд. В его состав входит преимущественно водород, в меньшей степени - гелий; содержание азота и других легких газов небольшое. Межзвездный газ в крайне низких концентрациях имеется в большей части межзвездного пространства, а в отдельных местах образует скопления - газовые туманности Считают, что газ в туманностях частично является остатком тех газов, из которых когда-то возникли звезды, а также возникают и теперь: он выбрасывается звездами. В местах скопления газа может содержаться значительное количество космической пыли - это газово-пылевые туманности. Газовые и газово-пылевые туманности благодаря их свечению изучают с помощью астрономических приборов. Свечение газов в крупных газовых туманностях можно наблюдать потому, что толщина их огромна, а общая масса составляет от нескольких десятков до сотен тысяч масс Солнца. Газовые туманности бывают разных размеров и различной, чаще неправильной, формы. Туманности правильной, округлой формы - небольшие. Их называют планетарными.

В отличие от крупных газовых туманностей масса планетарных туманностей очень мала: она составляет десятые и даже сотые доли массы Солнца. В центре каждой такой туманности имеется ядро - небольшая звездочка. Полагают, что это самые горячие из звезд, поскольку их излучение заставляет светиться планетарную туманность. Планетарные туманности образуются из газов, выделяемых звездой. Они недолговечны, поскольку медленно, со скоростью нескольких километров в секунду, расширяются в пространстве и со временем рассеиваются. Согласно расчетам, планетарные газовые туманности могут быть видимыми около 10 тыс. лет.

Две туманности, наблюдаемые в южном полушарии неба, представляют собой галактики неправильной формы. Это Большое и Малое Магеллановы Облака - спутники нашей Галактики. Расстояние до них оценивается в 120 тыс. световых лет, а размеры этих галактик составляют 26 и 17 тыс. световых лет. По данным исследований, они состоят из звезд всевозможных типов, а также из газовых и пылевых туманностей. В них есть рассеянные и шаровые звездные скопления. Наша Галактика по форме очень похожа на Туманность Андромеды, обе имеют спутники. По размерам наша Галактика несколько меньше.

Наша Галактика называется Млечный Путь. Млечный Путь опоясывает все небо как гигантская светящаяся лента. Это довольно большая галактика, имеющая диаметр около 100 тыс. свет. лет и включающая в себя более 100 млрд звезд, в том числе Солнце. Полная масса Галактики равна 150 млрд солнечных масс. Более яркие, близкие звезды расположены тем гуще, чем они ближе к средней линии Млечного Пути. Среднюю линию Млечного Пути называют галактическим экватором. Плоскость галактического экватора - это плоскость симметрии нашей звездной системы.

Звездные скопления, звезды, газовые туманности, облака космической пыли - 95 % массы Галактики - сосредоточены в основном в районе этой плоскости. Только шаровые звездные скопления и звезды некоторых типов не подчиняются этому закону: они заполняют сферический объем, концентрируясь со всех сторон к центру Галактики. На долю сферической составляющей приходится около 5 % вещества Галактики. Таким образом, большая часть звезд нашей Галактики сосредоточена в гигантском «диске» толщиной около 1500 световых лет. Наша Солнечная система находится очень близко к галактической плоскости, в которой звезды расположены наиболее тесно.

Из-за облаков пыли, ослабляющих свет далеких звезд, очень трудно выяснить подробности строения Галактики. Установлено, что Наша Галактика имеет спиральное строение. Из ее ядра выходят две (возможно, более) спиральные ветви. Они состоят из звезд, газовых и пылевых туманностей и закручиваются вокруг ядра. Расположение спиральных ветвей точно пока не выяснено, но Солнце находится между ними, а самые горячие и яркие звезды группируются в звездных облаках, непосредственно образующих спиральные ветви.

Много неясного связано с ядром Галактики. Его линейные размеры оценивают приблизительно в 4000 световых лет. Ядро является источником очень мощного излучения. Однако на звездном небе ядро Галактики не видно, поскольку заслонено облаками космической пыли, через которые его свет не доходит до нас. Ядро можно наблюдать, только применяя особые способы фотографирования. Вокруг ядра Галактики все звезды вращаются с разной скоростью. Скорость движения Солнечной системы вокруг центра Галактики - около 250 км/с. На один оборот ей требуется примерно 200 млн лет. Расстояние от Солнца до центра Галактики - около 30 тыс. световых лет, а до ее края - несколько меньше. Чем ближе к краю Галактики, тем разреженнее звезды.

Свет всех далеких и слабых звезд сливается для нас в сплошное кольцо Млечного Пути. Предполагают, что вокруг многих звезд должны быть планетные системы. Даже если только на тысячу звезд приходится одна обитаемая планета, то и тогда во всей Галактике таких планет должно быть 100 миллионов.

Основные законы естествознания. Аксиома смысла человеческой жизни

Смысл человеческой жизни не только в продолжении рода, но и в его совершенствовании.

Конечно продолжении рода для человека - главное без чего не имеет смысла говорить о его совершенствовании.

Смысл жизни, смысл бытиям -- философская и духовная проблема, имеющая отношение к определению конечной цели существования, предназначения человечества, человека как биологического вида, одно из основных мировоззренческих понятий, имеющее огромное значение для становления духовно-нравственного облика личности.

Вопрос о смысле жизни также может пониматься как субъективная оценка прожитой жизни и соответствия достигнутых результатов первоначальным намерениям, как понимание человеком содержания и направленности своей жизни, своего места в мире, как проблема воздействия человека на окружающую действительность и постановки человеком целей, выходящих за рамки его жизни. В этом случае подразумевается необходимость найти ответ на вопросы:

«В чём состоят жизненные ценности?»

«Что является целью жизни?» (либо наиболее общей целью жизни человека как такового)

«Зачем (для чего) жить?».

Вопрос о смысле жизни -- одна из традиционных проблем философии, теологии и художественной литературы, где она рассматривается преимущественно с точки зрения определения, в чём состоит наиболее достойный для человека смысл жизни.

Представления о смысле жизни складываются в процессе деятельности людей и зависят от их социального положения, содержания решаемых проблем, образа жизни, миропонимания, конкретной исторической ситуации. В благоприятных условиях человек может видеть смысл своей жизни в достижении счастья и благополучия; во враждебной среде существования, жизнь может утратить для него свою ценность и смысл.

Вопросы о смысле жизни люди задавали и задают до сих пор, выдвигая соперничающие между собой гипотезы, философские, теологические и религиозные объяснения. Полученные проверяемые ответы на эти вопросы формировали науку. В данный момент наука в состоянии ответить с определённой долей вероятности на конкретные вопросы типа «Как именно …?», «При каких условиях …?», «Что будет, если …?». В то же время вопросы типа «В чём (что является) цель (смысл) жизни?» остаются в рамках только философии и теологии. Биологические основы возникновения подобных вопросов исследуются в психологии. Отдельно можно заметить, что в рамках психологии вопрос «Какова цель жизни человека вообще?» может быть изучен (и изучается), так как психология оперирует понятиями «цель», «человек» и «жизнь».

Понятие смысла жизни наличествует в любой развитой мировоззренческой системе, оправдывая и истолковывая свойственные этой системе моральные нормы и ценности, демонстрируя цели, оправдывающие предписываемую ими деятельность.

Социальное положение индивидов, групп, классов, их потребности и интересы, стремления и ожидания, принципы и нормы поведения определяют содержание массовых представлений о смысле жизни, которые при каждом общественном строе имеют специфический характер, хотя и обнаруживают известные моменты повторяемости.

Подвергая теоретическому анализу представления массового сознания о смысле жизни, многие философы исходили из признания некой неизменной «человеческой природы», конструируя на этой основе некий идеал человека, в достижении которого и усматривался смысл жизни, основное назначение человеческой деятельности.

Великие философы -- такие, как Сократ, Платон, Декарт, Спиноза, Диоген и многие другие -- обладали чёткими представлениями о том, какая жизнь «лучше всего» (а, следовательно, и более всего осмысленна) и, как правило, ассоциировали смысл жизни с понятием блага.

Принцип экономии энергии

При вероятном развитии процесса в некотором множестве направлений реализуется то, которое обеспечивает минимум диссипации (рассеивания) энергии.

Биологи давно уже обратили внимание на экстремальные принципы. Заложенная в них идея оптимальности, экономии как нельзя лучше соответствует давнему представлению о совершенстве и целесообразности живой природы. Дарвиновская концепция эволюции и естественного отбора подвела под это представление «законный» естественно-научный фундамент: выживают наиболее приспособленные. Живой организм прошел много туров естественного отбора, и каждый раз отбирались «лучшие из лучших». Естественно ожидать, что в результате этот самый живой организм должен быть в каком-то смысле совершенным, оптимальным, наиболее экономным.

Но что именно экономит природа, создавая живой организм? Энергию? Материалы? А может быть, минимизирует энтропию (греч. en - в, внутрь, trop - поворот, превращение)? Недаром живые существа кажутся на первый взгляд каким-то странным исключением из всеобщего закона возрастания энтропии. Идея экономии энергии чрезвычайно стара, она возникла раньше самого понятия энергии и обычно формировалась в терминах «сила», «работа» и т. п. «Работа - не волк, в лес не уйдет», «Работа любит дураков» - такими репликами обменивались, наверное, еще троглодиты, полеживая в пещере. Столетия спустя немецкий философ-идеалист Г. В. Лейбниц (1646--1716) формирует ту же идею в более респектабельной форме: «Мудрому не свойственно тратить силы сверх надобности».

Из принципа экономии энергии можно вывести целый ряд биологических закономерностей - таких как толщина шерстяного покрова у различных видов животных, параметры систем в условиях нормы и патологии, оптимальная концентрация эритроцитов в крови и ряд других фактов. Поясним логику этих расчетов хотя бы таким примером - расчетом оптимальной толщины шерстяного покрова у теплокровных животных. С одной стороны, чем толще шерстяной покров, тем лучше термоизоляция, тем меньше энергии нужно тратить на поддержание нормальной температуры тела в условиях холода. Но, с другой стороны, шерсть - это дополнительный вес, а значит - дополнительные расходы энергии при перемещениях. Кроме того, шерсть, как и все другие ткани организма, должна возобновляться, а это означает опять-таки расход энергии на синтез белка (кератина), из которого состоит шерсть.

Следовательно, зависимость суммарных энергетических затрат от толщины шерстяного покрова имеет сложную форму. У этой зависимости есть минимум, которому и соответствует оптимальная толщина шерстяного покрова. Положение минимума определяется целым рядом факторов: средней продолжительностью холодного времени года, размерами тела, дальностью перемещений животного в поисках корма и т. п. Эти зависимости могут быть рассчитаны теоретически и сопоставлены с опытом. Сопоставление показывает хорошее совпадение данных расчета и опыта.

Исследователи, разрабатывающие принцип экономии энергии, видят в нем прежде всего средство объяснения конструктивных особенностей организма, его размеров, форм, пропорций, значения тех или иных параметров. Между «конструкцией» и «поведением» нет непроходимой границы. Устойчивые формы поведения в конце концов закрепляются в конструкции, а конструкция многое предопределяет в поведении.

И действительно, стоит взглянуть на тропинки, которые мы протаптываем для кратчайшего пути через газоны, как в голову приходит мысль об экономии энергии (и времени тоже; но для живого организма, постоянно работающего на самоподдержание, время имеет определенную энергетическую стоимость). Между прочим и организация летящей стаи журавлей - знаменитый клин - тоже следствие экономии энергии. Каждая птица летит в зоне наименьшего сопротивления, создаваемой волной от предыдущей птицы.

Можно привести много и других примеров. И все же…

И все же гораздо больше примеров, где принцип экономии энергии нарушается и поведение организма подчиняется какому-то другому принципу, явно более мощному.

Приведем пример из книги П. Кроукрофта. Землеройка на пути к кормушке должна была прыгать через препятствие. Потом препятствие убрали. Но землеройка, добежав до этого места, все равно продолжала прыгать. Можете объяснить это привычкой, условным рефлексом или еще чем угодно, но только не экономией энергии. С точки зрения экономии энергии эти прыжки - чистый убыток. Здесь просматривается другой принцип: из всех возможных состояний (реакций, действий и т. п.) организм предпочитает то, которое обеспечивало ему в прошлом успех, достижение полезного результата. Такое состояние становится для организма нормой, и соблюдение нормы для него важнее экономии энергии.

То, что принцип экономии энергии отнюдь не универсален, а носит условный и ограниченный характер, разумеется, хорошо осознают его приверженцы. Экономь - но не доводи этот хороший принцип до абсурда. Экономь - но не нарушай тех условий, которые обеспечивают жизнь. Словом, разумный человек экономит деньги не ради самой экономии, а чтобы употребить их на какие-то разумные цели. Экономия ради экономии - это уже патология.

Список использованной литературы

астрономический галактика вселенная

1.Аистов И. А., Голиков П. А., Зайцев В. В. Концепция современного естествознания. - СПб.: Питер, 2005.

2.Горелов А. А. Концепции современного естествознания. - М., 2003.

3.Грушевицкая Т. Г., Садохин Б. П. Концепции современного естествознания. - М., 2003.

4.Данилова В. С., Кожевников П. П. Основные концепции современного естествознания. - М., 2001.

5.Девис П. Случайная Вселенная. - М., 1995.

6.Демин В. П., Селезнев В. П. К звездам быстрее света. Русский космизм вчера, сегодня, завтра. - М., 1993.

7.Долгов Б. Д., Зельдович Я. Б., СажинМ. В. Космология ранней Вселенной. - М., 1994.

8.Дубнищева Т. Я. Концепция современного естествознания. - Новосибирск,

9.Игнатова В. Б. Естествознание. - М.: Академкнига, 2002.

10.Капке В. Б. Концепция современного естествознания. - М.: Логос, 2002.

11.Карпенков С. X. Концепции современного естествознания. - М., 2004.

12.Климишин И. Б. Релятивистская астрономия. - М., 1980.

13.Кузовлев В. Б. Техническая термодинамика и основы теплопередачи. - М., 1983.

14.Кэрри У. В поисках закономерностей развития Земли и Вселенной. - М., 1991.

15.Моисеев П. П. Судьба цивилизации. Путь разума. - М., 1998.

16.Пахомов Б. Я. Становление современной научной картины мира. - М., 1995.

17.Редже Т. Этюды о Вселенной. - М., 1995.

18.Садохин А. П. Концепции современного естествознания. - М., 2007.

19.Садохин А. П. Концепция современного естествознания. - М.: Омега, 2006.

Чижевский А. Л. Космический пульс жизни. - М., 1995.

20.Шкловский И. С. Звезды, их рождение, жизнь и смерть. - М., 1995.

Размещено на Allbest.ru